JP2022152434A - 集材用車両および集材システム - Google Patents

Abstract

【課題】積み込み位置や荷下ろし位置等において、木材の積み下ろし作業を自動化することができる集材用車両を提供する。【解決手段】走行可能な車体部１０と、車体部１０に設けられたアーム２０と、アーム２０に設けられたグラップル装置３０と、を備え、車体部１０、アーム２０、およびグラップル装置３０の駆動を制御する駆動制御部５１と、車体部１０の周囲、およびグラップル装置３０の周囲の画像を撮像する撮像部７０と、画像中の木材Ｗを認識する画像認識部５２と、を有し、駆動制御部５１は、画像認識部５２の認識結果に応じて車体部１０、アーム２０、およびグラップル装置３０の駆動を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、集材用車両および集材システムに関する。より詳細には、グラップル装置が設けられた、フォワーダや油圧ショベル等の集材用車両と、集材用車両を含む集材システムに関する。

従来、集材用車両としてフォワーダが使用されている。フォワーダは、例えば木材の伐採を行う木材伐採地（積み込み位置）から木材の集材を行う木材集材地（荷下ろし位置）に向けて、伐採された木材を搬送する作業に用いられている（例えば特許文献１参照）。

フォワーダは、シャシフレームの下部に、自走可能なクローラ式の走行装置を備えている。シャシフレームの上部には、運転室、荷台、および折り曲げ式のクレーンが架装されている。クレーンにはグラップル装置が設けられている。グラップル装置は、開閉して木材を機械的に把持することができる。

フォワーダは、積み込み位置や荷下ろし位置において、オペレータがクレーンおよびグラップル装置を手動操作することにより、荷台に木材を積み下ろしすることができる。また、フォワーダは、オペレータが手動運転することによって、積み込み位置から荷下ろし位置まで荷台に積載した木材を搬送することができる。

特開２０１５-２１９７０７号公報

しかしながら、積み込み位置や荷下ろし位置において、オペレータが手動操作でフォワーダに木材を積み下ろしする場合、木材の位置や、荷台の位置等を視認しながらクレーンおよびグラップル装置を操作する必要がある。このため、オペレータの手動操作によってフォワーダに木材を積み下ろしする作業は容易ではなく、オペレータが手動操作に習熟していなければ、木材を適切に積み下ろしすることは困難であった。また、オペレータがフォワーダを手動運転しながら伐採された木材を探すことは容易ではなかった。

本発明の目的は、走行および移動を自動で行うとともに、積み込み位置や荷下ろし位置等において、木材の積み下ろし作業を自動で行うことができる集材用車両、および集材システムを提供することである。

本発明の集材用車両は、
走行可能な車体部と、
前記車体部に設けられたアームと、
前記アームに設けられたグラップル装置と、
を備えた集材用車両であって、
前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御する駆動制御部と、
前記車体部の周囲、および前記グラップル装置の周囲の画像を撮像する撮像部と、
前記画像中の木材を認識する画像認識部と、を有し、
前記駆動制御部は、前記画像認識部の認識結果に応じて前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御する。

本発明の集材システムは、本発明に係る集材用車両を含んでいる。

本発明の集材用車両によれば、走行および移動を自動で行うとともに、積み込み位置や荷下ろし位置等において、木材の積み下ろし作業を自動で行うことができる。

本発明の集材システムによれば、積み込み位置や荷下ろし位置等において、木材の積み下ろし作業を自動で行うことができとともに、積み込み位置および荷下ろし位置の間を自動走行して移動することができる。

図１は、実施形態１に係る集材用車両の側面図である。 図２は、集材用車両の平面図である。 図３は、グラップル装置の側面図である。 図４は、集材用車両の制御システムを示すブロック図である。 図５は、集材用車両の自動制御による動作を模式的に示す図である。 図６は、自動制御開始からの制御を示すフローチャートである。 図７は、図６に続く制御を示すフローチャートである。 図８は、図７に続く制御を示すフローチャートである。 図９は、図８に続く制御を示すフローチャートである。 図１０は、図９に続く制御を示すフローチャートである。 図１１は、図１０に続く制御を示すフローチャートである。 図１２は、図１１に続く制御を示すフローチャートである。 図１３は、図１２に続く制御を示すフローチャートである。 図１４は、実施形態２の集材システムを構成する集材用車両を示す図である。 図１５は、実施形態２の集材システムを構成する集材用車両を示す図である。 図１６は、実施形態２の集材システムを構成する集材用車両および木材運搬用車両を示す図である。 図１７は、実施形態２の集材システムを構成する集材用車両および木材運搬用車両を示す図である。

本発明の一実施形態にかかる集材用車両は、
走行可能な車体部と、
前記車体部に設けられたアームと、
前記アームに設けられたグラップル装置と、
を備えた集材用車両であって、
前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御する駆動制御部と、
前記車体部の周囲、および前記グラップル装置の周囲の画像を撮像する撮像部と、
前記画像中の木材を認識する画像認識部と、を有し、
前記駆動制御部は、前記画像認識部の認識結果に応じて前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御する（第１の構成）。

上記構成によれば、駆動制御部は、画像認識部の認識結果に応じて車体部、アーム、およびグラップル装置の駆動を制御する。このため、走行および移動を自動で行うとともに、積み込み位置や荷下ろし位置等において、木材の積み下ろし作業を自動で行うことができる。

上記第１の構成において、
前記駆動制御部は、
前記画像中において、前記グラップル装置によって把持できる範囲に木材が含まれる場合には、前記グラップル装置によって前記木材を把持する把持動作を実行するように、前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御し、
前記画像中において、前記グラップル装置によって把持できる範囲には木材が含まれないが、前記画像中に把持可能な木材が含まれる場合には、前記グラップル装置によって把持できる範囲に木材が含まれる位置に移動するように、前記車体部の駆動を制御してもよい（第２の構成）。

上記構成によれば、グラップル装置によって把持できる範囲に木材が含まれる場合には、グラップル装置によって木材を把持する把持動作を実行し、グラップル装置によって把持できる範囲に木材が含まれないが、画像中に把持可能な木材が含まれる場合には、木材を把持できる位置まで移動する。
このため、積み込み位置や荷下ろし位置において、オペレータが操作することなく、グラップル装置による把持動作を実行することができる。

本発明の一実施形態にかかる集材システムは、
上記第１または第２の構成に係る集材用車両を含んでいる（第３の構成）。

上記構成によれば、積み込み位置や荷下ろし位置等において、木材の積み下ろし作業を自動で行うことができとともに、積み込み位置および荷下ろし位置の間を自動走行して移動することができる。

［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態１に係る集材用車両１００を詳しく説明する。本実施形態にかかる集材用車両１００は、フォワーダの形態を有している。集材用車両１００は、積み込み位置Ｐ１および荷下ろし位置Ｐ２において、オペレータがクレーン２０およびグラップル装置３０を手動操作することなく、自動運転により、荷台１５に木材Ｗを積み下ろしすることができる。また、集材用車両１００は、オペレータが手動運転することなく、積み込み位置Ｐ１から荷下ろし位置Ｐ２まで自動走行して荷台１５に積載した木材Ｗを搬送することができる。

以下の説明では、集材用車両１００が自動走行し、自動で把持動作および配置動作を行う制御システムについて主に説明する。集材用車両１００は、オペレータが手動運転して走行したり、手動操作によって木材Ｗの積み込みおよび荷下ろしを行うための操作部等の構成も備えているが、手動運転および手動操作に関する構成については詳細な説明を省略する。

図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。図中、矢印Ｆは前方を示し、矢印Ｂは後方を示す。矢印Ｌは左方を示し、矢印Ｒは右方を示す。矢印Ｕは上方を示し、矢印Ｄは下方を示す。

［全体構成］
まず、集材用車両１００の全体構成について説明する。図１は、実施形態１に係る集材用車両１００の側面図である。図２は、集材用車両１００の平面図である。図１および図２に示すように、集材用車両１００は、車体部１０、クレーン２０、グラップル装置３０、情報処理部５０、および撮像部７０を備えている。

車体部１０は、シャシフレーム１１、および走行装置１２を備えている。シャシフレーム１１は、車体部１０の基体をなす部分である。シャシフレーム１１の上部には、運転室１４および荷台１５が設けられている。走行装置１２は、走行用の油圧システムによって自走可能なクローラ式であり、シャシフレーム１１の下部に配置されている。走行装置１２は、油圧システムで構成される車体駆動部１８（図４参照）によって駆動される。具体的には、車体部１０は、車体駆動部１８が制御されることによって、前進、後進、方向転換、旋回等を行うことが可能である。なお、オペレータが手動で集材用車両１００の運転操作を行う場合は、オペレータは運転室１４に搭乗するが、集材用車両１００を自動運転させる場合は、オペレータは運転室１４に搭乗していなくてもよい。

クレーン２０は、シャシフレーム１１の運転室１４と荷台１５との間に配置されている。クレーン２０は、開閉可能なグラップル装置３０を操作することにより、荷台１５に対して木材Ｗを積み下ろしする際に使用される。

クレーン２０は、ベース２１、コラム２２、およびブーム２３を有している。クレーン２０は、油圧システムで構成されるクレーン駆動部２８（図４参照）によって駆動される。クレーン駆動部２８は、旋回装置（図示せず）、インナシリンダ２４、アウタシリンダ２５、およびブーム伸縮シリンダ２６を有している。クレーン２０は、クレーン駆動部２８が制御されることによって、コラム２２の旋回、ブーム２３の起伏および伸縮等が可能である。クレーン２０は、本発明のアームに相当する。

ベース２１は、シャシフレーム１１の上部に固定されている。コラム２２は、クレーン駆動部２８を構成する旋回装置（図示せず）によってベース２１に対して旋回できるように構成されている。

ブーム２３は、折り曲げ式であり、コラム２２の上部に支持されている。ブーム２３は、インナブーム２３１、およびアウタブーム２３２を有している。インナブーム２３１は、コラム２２に対して起伏可能に支持されている。インナブーム２３１の起伏は、インナシリンダ２４によって行われる。

アウタブーム２３２は、インナブーム２３１に対して格納および展開可能に接続されている。アウタブーム２３２は、複数の筒体が入れ子状に構成されている。アウタブーム２３２の展開および格納は、アウタシリンダ２５により行い、アウタブーム２３２の伸縮は、ブーム伸縮シリンダ２６により行う。アウタブーム２３２の先端には、グラップル装置３０が装着されている。

コラム２２の上方には、作業台２７が設けられている。木材Ｗの積み下ろし作業の際に、オペレータが手動操作によってクレーン２０を操作するときは、オペレータは、作業台２７に搭乗してクレーン２０の操作を行うが、木材Ｗの積み下ろし作業を自動で行う場合は、オペレータは作業台２７に搭乗していなくてもよい。

グラップル装置３０は、木材Ｗを機械的に掴む装置である。グラップル装置３０は、上側部分３１、下側部分３２、およびトング３３を備えている。グラップル装置３０は、油圧システムで構成されるグラップル駆動部３８（図４参照）によって駆動される。グラップル駆動部３８は、ローテータ３５、および油圧シリンダ３６を有している。

上側部分３１と下側部分３２は、ローテータ３５を介して連結されている。ローテータ３５は油圧により旋回可能であるため、下側部分３２は、上側部分３１に対して旋回可能である。

下側部分３２には、トング３３が設けられている。トング３３は、油圧シリンダ３６によって開閉可能であり、トング３３を閉じることによって木材Ｗを把持することができ、トング３３を開くことによって把持した木材Ｗを開放することができる。

情報処理部５０は、駆動制御部５１および画像認識部５２等を有している（図４参照）。情報処理部５０は、車体部１０の運転室１４付近に配置されている。駆動制御部５１は、車体部１０、クレーン２０、およびグラップル装置３０の駆動を制御する。画像認識部５２は、撮像部７０によって撮像された画像中の木材Ｗを認識する。情報処理部５０については後に詳細に説明する。

撮像部７０は、集材用車両１００の周囲、およびグラップル装置３０の周囲の画像を撮像する。撮像部７０は、車両周辺撮像部７１およびグラップル周辺撮像部７２を有している。車両周辺撮像部７１は、主に集材用車両１００の周囲を撮像し、集材用車両１００の周囲に存在する木材Ｗ、障害物、あるいは人等を撮像する。グラップル周辺撮像部７２は、主にグラップル装置３０で把持しようとする木材Ｗを撮像する。車両周辺撮像部７１およびグラップル周辺撮像部７２に示した２点鎖線は、車両周辺撮像部７１およびグラップル周辺撮像部７２で撮像する領域の角度の一例を示している。

車両周辺撮像部７１は、前方領域撮像部７１１、後方領域撮像部７１２、右領域撮像部７１３、および左領域撮像部７１４を有している。前方領域撮像部７１１は、運転室１４の前部に配置されており、車体部１０の前方を撮像する。後方領域撮像部７１２は、シャシフレーム１１の後部に配置されており、車体部１０の後方を撮像する。右領域撮像部７１３は、運転室１４の右部に配置されており、車体部１０の右方を撮像する。左領域撮像部７１４は、運転室１４の左部に配置されており、車体部１０の左方を撮像する。

グラップル周辺撮像部７２は、ブーム撮像部７２１、グラップル撮像部７２２を有している。ブーム撮像部７２１は、アウタブーム２３２の基部に配置されており、グラップル装置３０およびグラップル装置３０の下方を撮像する。グラップル撮像部７２２は、グラップル装置３０のトング３３の間に配置されており、グラップル装置３０の下方を撮像する。なお、図示した車両周辺撮像部７１およびグラップル周辺撮像部７２の取り付け位置は一例である。例えば、グラップル撮像部７２２は、トング３３の外側に配置されていてもよい。

図３は、グラップル装置３０の側面図である。図３に示すように、グラップル装置３０の上側部分３１は、アウタブーム２３２に対して揺動可能に連結されている。下側部分３２は、上側部分３１に対してローテータ３５を介して連結されている。下側部分３２に設けられたトング３３は、油圧シリンダ３６によって開閉駆動される。ローテータ３５および油圧シリンダ３６を駆動させる作動油は、グラップル駆動部３８を構成する油圧ポンプおよび油圧バルブ等から油圧配管３９を介して供給される。

グラップル駆動部３８の駆動制御により油圧シリンダ３６に作動油が供給されると、油圧シリンダ３６が伸縮動作する。油圧シリンダ３６の伸縮動作は、リンク機構を介して伝達され、トング３３を開閉動作させる。本実施形態では、トング３３は、図３の実線で示す開放位置と、２点鎖線で示す閉鎖位置との間で動作可能になっている。

トング３３が開いており、トング３３間に木材Ｗが位置している状態で、トング３３を閉じることにより、トング３３で木材Ｗを把持する把持動作を実行することができる。また、トング３３で木材Ｗを把持した状態から、トング３３を開くことにより、トング３３から木材Ｗを開放する配置動作を実行することができる。

グラップル駆動部３８の駆動制御によりローテータ３５に作動油が供給されると、ローテータ３５が回転動作する。ローテータ３５の回転動作に応じて、グラップル装置３０の上側部分３１に対して、下側部分３２が所定の角度だけ旋回される。これにより、木材Ｗを把持できるようにトング３３の向きを変更することができる。

次に、集材用車両１００の自動制御について図４～図１３を用いて詳細に説明する。図４は、集材用車両１００の制御システムを示すブロック図である。

図４に示すように、情報処理部５０は、予め記録されたプログラムや機械学習によって情報処理を行い、集材用車両１００の各部との間で情報通信をする装置である。情報処理部５０の構成は限定されず、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やメモリ、外部記憶装置、情報通信手段等を備えた公知のコンピュータ装置を用いることができる。

情報処理部５０は、駆動制御部５１、画像認識部５２、距離判定部５３、荷重判定部５４、走行ルート案内部５５、積載量判定部５６、および機械学習部５８を有している。また、情報処理部５０には、撮像部７０、距離計測部７３、荷重計測部７４、衛星測位システム７５、および自立航法システム７６からの出力信号が入力されるように構成されている。

駆動制御部５１は、情報処理部５０の一部として構成された部分である。駆動制御部５１は、画像認識部５２、距離判定部５３、荷重判定部５４、走行ルート案内部５５、積載量判定部５６、機械学習部５８の出力に基づいて、車体駆動部１８、クレーン駆動部２８、およびグラップル駆動部３８の駆動を制御する。駆動制御部５１による自動制御の詳細については後述する。

画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した画像を取得し、画像に含まれる木材やその他の構造物、人等について形状やサイズ、位置、向きなどを認識する。

距離判定部５３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗやその他の構造物、人等について、距離を判定し、例えば木材Ｗについてはグラップル装置３０によって把持できる範囲に含まれているかどうかを判定する。木材Ｗまでの距離は、距離計測部７３からの出力信号に基づいて算出する。なお、木材Ｗまでの距離は、撮像部７０が撮像した画像から画像認識によって算出してもよい。

荷重判定部５４は、グラップル装置３０で木材Ｗを把持したかどうか判定するとともに、グラップル装置３０で把持した木材Ｗによる荷重が過荷重であるかどうかを判定する。また、荷重判定部５４は、グラップル装置３０で木材Ｗを把持できなかった場合における荷重がない状態も判定する。判定はグラップル装置３０の荷重に基づいて行い、グラップル装置３０の荷重は、グラップル装置３０に設けた荷重計測部７４からの出力信号に基づいて算出する。

走行ルート案内部５５は、木材Ｗの積み込み位置Ｐ１と荷下ろし位置Ｐ２との間の走行ルートを記憶する。また、走行ルート案内部５５は、集材用車両１００が積み込み位置Ｐ１と荷下ろし位置Ｐ２との間を走行ルートに沿って自動走行するように、駆動制御部５１に対して制御信号を出力する。走行ルート案内部５５に記憶させる走行ルートは、衛星測位システム７５および自立航法システム７６からの出力信号を用いて記憶させる。具体的には、例えばオペレータが集材用車両１００を走行ルートに沿って手動運転し、その際に、走行ルートに対応する位置情報等を衛星測位システム７５および自立航法システム７６から走行ルート案内部５５に入力して記憶させる。

積載量判定部５６は、荷台１５に積載された木材Ｗによる荷重が積載可能範囲であるかどうかを判定する。判定は荷台１５の荷重に基づいて行い、荷台１５の荷重は、荷台１５の支持部に設けたロードセル（図示せず）等の荷重計測装置からの出力信号に基づいて算出する。

機械学習部５８は、駆動制御部５１による車体駆動部１８、クレーン駆動部２８、およびグラップル駆動部３８の駆動制御と、車体部１０、クレーン２０、およびグラップル装置３０による作業結果とを照らし合わせて、機械学習を実行することで駆動制御部５１による制御効率を向上させる。機械学習部５８による機械学習としては、多層のニューラルネットワークを用いた深層学習等の公知の技術を用いることができる。

撮像部７０は、上述のように、集材用車両１００の周囲、およびグラップル装置３０の周囲の画像を撮像する。車両周辺撮像部７１は、主に集材用車両１００の周囲に存在する木材Ｗ、障害物、人を撮像する。グラップル周辺撮像部７２は、主にグラップル装置３０の周囲、特にグラップル装置３０で把持しようとする木材Ｗを撮像する。

距離計測部７３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗやその他の構造物、人等までの距離を計測する。距離計測部７３からの出力信号は、距離判定部５３に入力される。距離計測部７３として、例えばレーザー距離センサを用いることができる。

荷重計測部７４は、グラップル装置３０に加わる荷重を計測する。荷重計測部７４はグラップル装置３０に設けられており、出力信号は、荷重判定部５４に入力される。荷重計測部７４として、例えばロードセルを用いることができる。

衛星測位システム７５は、測位衛星からの信号に基づいて集材用車両１００の位置情報を取得するシステムである。衛星測位システム７５としてＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いることができる。衛星測位システム７５からの出力信号は、走行ルート案内部５５に入力される。

自立航法システム７６は、加速度センサやジャイロセンサ等を用いて集材用車両１００の位置情報を取得するシステムである。自立航法システム７６からの出力信号は、走行ルート案内部５５に入力される。

車体駆動部１８は、車体部１０の駆動を行う。車体駆動部１８は、車体部１０に設けられた油圧ポンプ、油圧バルブ等の油圧システムによって構成されている。車体駆動部１８は、駆動制御部５１によって駆動制御されて車体部１０の駆動を行い、例えば走行ルートに沿って集材用車両１００を前進、後進、方向転換、旋回等させることが可能である。

クレーン駆動部２８は、クレーン２０の駆動を行う。クレーン駆動部２８は、車体部１０に設けられた油圧ポンプ、油圧バルブ、および、クレーン２０に設けられた旋回装置（図示せず）、インナシリンダ２４、アウタシリンダ２５、およびブーム伸縮シリンダ２６（図１参照）等の油圧システムによって構成されている。クレーン駆動部２８は、駆動制御部５１によって駆動制御されてクレーン２０の駆動を行い、グラップル装置３０の位置を操作して木材Ｗを移動させることが可能である。

グラップル駆動部３８は、グラップル装置３０の駆動を行う。グラップル駆動部３８は、車体部１０に設けられた油圧ポンプ、油圧バルブ、および、グラップル装置３０に設けられたローテータ３５、および油圧シリンダ３６（図３参照）等の油圧システムによって構成されている。グラップル駆動部３８は、駆動制御部５１によって駆動制御されてグラップル装置３０の駆動を行い、木材Ｗの把持および開放を行うことが可能である。

［動作］
図５は、集材用車両１００の自動制御による動作を模式的に示す図である。図５に示すように、集材用車両１００の自動制御では、駆動制御部５１の制御によって、Ａ～Ｄ段階に示したよう動作を繰り返し行う。

Ａ段階の積み込み位置Ｐ１への移動動作では、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）７５および自立航法システム（慣性システム）７６を用いて、予め記憶された走行ルートに沿って積み込み位置Ｐ１に向けて自動走行する。自動走行中は、画像認識に基づいて、周囲に人や障害物が存在するかどうかを判定しながら走行する。積み込み位置Ｐ１では、画像認識により、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが存在するかどうかを判定する。

Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作では、画像認識に基づいて、クレーン２０およびグラップル装置３０を駆動制御し、積み込み位置Ｐ１の木材Ｗをグラップル装置３０で把持する動作（把持動作）と、グラップル装置３０で把持した木材Ｗを集材用車両１００の荷台１５に積み込む動作（配置動作）を繰り返し行う。

Ｃ段階の木材Ｗの荷下ろし位置Ｐ２への移動動作では、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）７５および自立航法システム（慣性システム）７６を用いて、予め記憶された走行ルートに沿って積み込み位置Ｐ１から荷下ろし位置Ｐ２に向けて自動走行する。自動走行中は、画像認識に基づいて、周囲に人や障害物が存在するかどうかを判定しながら走行する。

Ｄ段階の木材Ｗの荷下ろし動作では、画像認識に基づいて、クレーン２０およびグラップル装置３０を駆動制御し、荷台１５に積載された木材Ｗをグラップル装置３０で把持する動作（把持動作）と、グラップル装置３０で把持した木材Ｗを荷下ろし位置Ｐ２で開放して（配置動作）、荷下ろしする動作を繰り返し行う。

次に、図６～図１３を用いて、集材用車両１００の自動制御による木材Ｗの積み込み位置Ｐ１への移動動作、木材Ｗの積み込み動作、木材Ｗの荷下ろし位置Ｐ２への移動動作、木材Ｗの荷下ろし動作について、さらに詳細に説明する。

図６は、自動制御開始からの制御を示すフローチャートである。図７は、図６に続く制御を示すフローチャートである。図８は、図７に続く制御を示すフローチャートである。図９は、図８に続く制御を示すフローチャートである。図１０は、図９に続く制御を示すフローチャートである。図１１は、図１０に続く制御を示すフローチャートである。図１２は、図１１に続く制御を示すフローチャートである。図１３は、図１２に続く制御を示すフローチャートである。

図６に示すように、集材用車両１００の自動運転を開始すると、Ａ段階の木材Ｗの積み込み位置Ｐ１への移動動作を開始する。駆動制御部５１は車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００を積み込み位置Ｐ１に向けて走行させる。走行中は、走行ルート案内部５５が衛星測位システム（ＧＮＳＳ）７５および自立航法システム（慣性システム）７６からの出力信号に基づいて予め記憶された走行ルートの範囲内であるかどうかを判定する。走行ルートの範囲外を走行している場合（ＮＯ）は走行方向を修正する。走行ルートの範囲内を走行している場合（ＹＥＳ）は走行を続行する。

画像認識部５２は、走行中に撮像部７０が撮像した画像を取得し、画像に含まれる人や障害物を認識する。人や障害物を認識した場合（ＮＯ）は自動運転を停止する（２）。人や障害物を認識しない場合（ＹＥＳ）は走行を続行する。

走行ルート案内部５５は、衛星測位システム７５および自立航法システム７６からの出力信号に基づいて予め記憶された積み込み位置Ｐ１に到達したかどうかを判定する。集材用車両１００が積み込み位置Ｐ１に到達した場合（ＹＥＳ）は、駆動制御部５１は、車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００の走行を停止する。集材用車両１００が積み込み位置Ｐ１に到達していない場合（ＮＯ）は走行を続行する。

集材用車両１００が積み込み位置Ｐ１に到達して停止すると、画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した画像を取得し、画像に含まれる木材Ｗを認識する。距離計測部７３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗまでの距離を計測する。距離判定部５３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗについて、グラップル装置３０によって把持できる範囲に含まれているかどうかを判定する。

距離判定部５３により、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれていると判定された場合（ＮＯ）、図７に示したＢ段階の木材Ｗの積み込み動作に移行する（３）。

距離判定部５３により、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれていないと判定された場合（ＹＥＳ）には、画像認識部５２は、画像中に把持可能な木材Ｗが含まれるかどうか判定する。

その結果、画像認識部５２が、画像中に把持可能な木材Ｗが含まれないと判定した場合（ＮＯ）、駆動制御部５１は、集材用車両１００の自動運転を停止する（２）。画像認識部５２により、画像中に把持可能な木材Ｗが含まれると判定された場合（ＹＥＳ）、駆動制御部５１は、車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００をその木材Ｗに向けて走行させる（図７の（ａ）へ続く）。

図７に示すように、駆動制御部５１が車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００を木材Ｗに向けて走行させると、画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した画像を取得し、画像に含まれる木材Ｗを認識する。距離計測部７３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗまでの距離を計測する。距離判定部５３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗについて、グラップル装置３０によって把持できる範囲に含まれているかどうかを判定する。

距離判定部５３により、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれていると判定された場合（ＹＥＳ）、駆動制御部５１が車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００を停止させ、Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作に移行する。距離判定部５３により、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれていないと判定された場合（ＮＯ）は、走行を続行する。

Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作を開始すると、駆動制御部５１は、把持動作を開始する。具体的には、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を開放させる。また、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０の旋回、起伏および伸縮等を行い、集積された木材Ｗの中央上部にグラップル装置３０を移動させる。さらに、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してローテータ３５を回転させ、グラップル装置３０の上側部分３１に対して、下側部分３２を旋回させてトング３３の向きを変更する。

画像認識部５２は、把持しようとしている木材Ｗ、および旋回中のグラップル装置３０のトング３３の画像を取得し、木材Ｗとトング３３のそれぞれの向きを認識する。画像認識部５２により、トング３３と木材Ｗが平行ではないと判定した場合（ＹＥＳ）、トング３３で木材Ｗを把持可能であるため、トング３３の旋回を停止する。

画像認識部５２により、トング３３と木材Ｗが平行になっていると判定した場合（ＮＯ）、トング３３を閉じても木材Ｗを把持することができないため、トング３３を開放した状態を維持し、集積された木材Ｗの中央上部にグラップル装置３０を移動させた状態のままで、トング３３の旋回を続行する（図８の（ｂ）へ続く）。

図８に示すように、トング３３の旋回を停止した後、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してブーム２３の高さを下げてグラップル装置３０を木材Ｗに向けて降下させる。

画像認識部５２は、把持しようとしている木材Ｗ、およびグラップル装置３０のトング３３の画像を取得し、木材Ｗとトング３３のそれぞれの位置を認識する。画像認識部５２、距離計測部７３および距離判定部５３により、トング３３が木材Ｗを把持できる高さになっていると判定した場合（ＹＥＳ）、トング３３で木材Ｗを把持可能であるため、ブーム２３の降下を停止する。

画像認識部５２および距離判定部５３により、トング３３が木材Ｗを把持できる高さになっていないと判定した場合（ＮＯ）、ブーム２３の降下を続行する。

トング３３が木材Ｗを把持できる高さになっている状態で、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を閉鎖させる。

トング３３を閉鎖すると、荷重判定部５４は、グラップル装置３０で木材Ｗを把持したかどうか判定する。判定はグラップル装置３０の荷重に基づいて行い、グラップル装置３０の荷重は、グラップル装置３０に設けた荷重計測部７４からの出力信号に基づいて算出する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で木材Ｗを把持していないと判定した場合（ＮＯ）、図７の（６）で示したように、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を再度開放させて、Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作を再度実行する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で木材Ｗを把持していると判定した場合（ＹＥＳ）、さらに荷重判定部５４は、グラップル装置３０で把持した木材Ｗによる荷重が過荷重であるかどうかを判定する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で把持した木材Ｗによる荷重が過荷重であると判定した場合（ＮＯ）、図７の（６）で示したように、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を開放させて木材Ｗを開放し、Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作を再度実行する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で把持した木材Ｗによる荷重が過荷重でないと判定した場合（ＹＥＳ）、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０の旋回、起伏および伸縮等を行い、グラップル装置３０で把持した木材Ｗを集材用車両１００の荷台１５の直上に移動させ、配置動作を行う。

配置動作においては、画像認識部５２は、把持している木材Ｗ、および集材用車両１００の荷台１５の画像を取得し、木材Ｗと荷台１５のそれぞれの位置を認識する。画像認識部５２により、木材Ｗが荷台１５の直上になっていないと判定した場合（ＮＯ）、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０による木材Ｗの移動を続行する。画像認識部５２により、木材Ｗが荷台１５の直上であると判定した場合（ＹＥＳ）、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０による木材Ｗの移動を停止する（図９の（ｃ）へ続く）。

図９に示すように、クレーン２０による木材Ｗの移動を停止した後、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してローテータ３５を回転させ、グラップル装置３０の上側部分３１に対して、下側部分３２を旋回させてトング３３の向きを変更する。

画像認識部５２は、把持している木材Ｗ、および集材用車両１００の荷台１５の画像を取得し、木材Ｗと荷台１５のそれぞれの向きを認識する。画像認識部５２により、トング３３と荷台１５が平行であると判定した場合（ＹＥＳ）、木材Ｗを荷台１５に積み込み可能であるため、トング３３の旋回を停止する。

画像認識部５２により、トング３３と荷台１５が平行でないと判定した場合（ＮＯ）、木材Ｗを荷台１５に積み込みできないため、トング３３の旋回を続行する。

トング３３の旋回を停止した後、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してブーム２３の高さを下げてグラップル装置３０を荷台１５に向けて降下させる。

画像認識部５２は、把持している木材Ｗ、および荷台１５の画像を取得し、木材Ｗと荷台１５のそれぞれの位置を認識する。画像認識部５２および距離判定部５３により、把持している木材Ｗが荷台１５または荷台１５に積載している別の木材Ｗに近い高さになっていると判定した場合（ＹＥＳ）、木材Ｗを積み込み可能であるため、ブーム２３の降下を停止する。

画像認識部５２により、把持している木材Ｗが荷台１５または荷台１５に積載している別の木材Ｗに近い高さになっていないと判定した場合（ＮＯ）、ブーム２３の降下を続行する。

木材Ｗが荷台１５に積み込みできる高さになっている状態で、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を開放させ、把持していた木材Ｗを荷台１５または荷台１５に積載している別の木材Ｗの上に載置する。

木材Ｗを荷台１５に積み込むと、積載量判定部５６は、荷台１５に積載された木材Ｗによる荷重が積載可能範囲であるかどうかを判定する。判定は荷台１５の荷重に基づいて行い、荷台１５の荷重は、荷台１５の支持部に設けたロードセル（図示せず）等の荷重計測装置からの出力信号に基づいて算出する。

積載量判定部５６により、更なる積載は可能でないと判定された場合（ＮＯ）、図１０に示したＣ段階の木材Ｗの荷下ろし位置への移動動作に移行する（５）。

積載量判定部５６により、更なる積載が可能であると判定された場合（ＹＥＳ）、画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した画像を取得し、画像に含まれる木材Ｗを認識する。距離計測部７３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗまでの距離を計測する。距離判定部５３は、撮像部７０が撮像した画像中に含まれる木材Ｗについて、グラップル装置３０によって把持できる範囲に含まれているかどうかを判定する。

距離判定部５３により、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれていると判定された場合（ＮＯ）、図７の（６）で示したように、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を再度開放させて、Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作を再度実行する。

距離判定部５３により、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれていないと判定された場合（ＹＥＳ）には、画像認識部５２は、画像中に把持可能な木材Ｗが含まれるかどうか判定する。その結果、画像中に把持可能な木材Ｗが含まれると判定された場合（ＮＯ）、図７の（４）で示したように、駆動制御部５１は、車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００をその木材Ｗに向けて走行させる。

一方、画像認識部５２が、画像中に把持可能な木材Ｗが含まれないと判定した場合（ＹＥＳ）、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８およびグラップル駆動部３８を駆動制御して、クレーン２０およびグラップル装置３０を格納し、Ｃ段階の木材Ｗの荷下ろし位置への移動動作に移行する。

図１０に示すように、Ｃ段階の木材Ｗの荷下ろし位置Ｐ２への移動動作に移行すると、駆動制御部５１は車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００を荷下ろし位置Ｐ２に向けて走行させる。走行中は、走行ルート案内部５５が衛星測位システム（ＧＮＳＳ）７５および自立航法システム（慣性システム）７６からの出力信号に基づいて予め記憶された走行ルートの範囲内であるかどうかを判定する。走行ルートの範囲外を走行している場合（ＮＯ）は走行方向を修正する。走行ルートの範囲内を走行している場合（ＹＥＳ）は走行を続行する。

画像認識部５２は、走行中に撮像部７０が撮像した画像を取得し、画像に含まれる人や障害物を認識する。人や障害物を認識した場合（ＮＯ）は自動運転を停止する（２）。人や障害物を認識しない場合（ＹＥＳ）は走行を続行する。

走行ルート案内部５５は、衛星測位システム７５および自立航法システム７６からの出力信号に基づいて予め記憶された荷下ろし位置Ｐ２に到達したかどうかを判定する。集材用車両１００が荷下ろし位置Ｐ２に到達した場合（ＹＥＳ）は、駆動制御部５１は、車体駆動部１８を駆動制御して集材用車両１００の走行を停止する。集材用車両１００が荷下ろし位置Ｐ２に到達していない場合（ＮＯ）は走行を続行する（図１１の（ｄ）へ続く）。

図１１に示すように、集材用車両１００が荷下ろし位置Ｐ２に到達して停止すると、Ｄ段階の木材Ｗの荷下ろし動作に移行する。

Ｄ段階の木材Ｗの荷下ろし動作を開始すると、駆動制御部５１は、把持動作を開始する。具体的には、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を開放させる。また、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０の旋回、起伏および伸縮等を行い、荷台１５に積載された木材Ｗのうち頂上部の木材Ｗの中央上部にグラップル装置３０を移動させる。さらに、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してローテータ３５を回転させ、グラップル装置３０の上側部分３１に対して、下側部分３２を旋回させてトング３３の向きを変更する。

画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した、把持しようとしている木材Ｗおよび旋回中のグラップル装置３０のトング３３の画像を取得し、木材Ｗとトング３３のそれぞれの向きを認識する。画像認識部５２により、トング３３と木材Ｗが平行ではないと判定した場合（ＹＥＳ）、トング３３で木材Ｗを把持可能であるため、トング３３の旋回を停止する。

画像認識部５２により、トング３３と木材Ｗが平行になっていると判定した場合（ＮＯ）、トング３３を閉じても木材Ｗを把持することができないため、トング３３を開放した状態を維持し、積載された木材Ｗの中央上部にグラップル装置３０を移動させた状態のままで、トング３３の旋回を続行する。

トング３３の旋回を停止した後、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してブーム２３の高さを下げてグラップル装置３０を荷台１５に積載された木材Ｗに向けて降下させる。

画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した、把持しようとしている木材Ｗおよびグラップル装置３０のトング３３の画像を取得し、木材Ｗとトング３３のそれぞれの位置を認識する。画像認識部５２および距離判定部５３により、トング３３が木材Ｗを把持できる高さになっていると判定した場合（ＹＥＳ）、トング３３で木材Ｗを把持可能であるため、ブーム２３の降下を停止する（図１２の（ｅ）へ続く）。

画像認識部５２および距離判定部５３により、トング３３が木材Ｗを把持できる高さになっていないと判定した場合（ＮＯ）、ブーム２３の降下を続行する。

図１２に示すように、トング３３が木材Ｗを把持できる高さになっている状態で、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を閉鎖させる。

トング３３を閉鎖すると、荷重判定部５４は、グラップル装置３０で木材Ｗを把持したかどうか判定する。判定はグラップル装置３０の荷重に基づいて行い、グラップル装置３０の荷重は、グラップル装置３０に設けた荷重計測部７４からの出力信号に基づいて算出する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で木材Ｗを把持していないと判定した場合（ＮＯ）、図１１の（７）で示したように、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を再度開放させて、Ｄ段階の木材Ｗの荷下ろし動作を再度実行する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で木材Ｗを把持していると判定した場合（ＹＥＳ）、さらに荷重判定部５４は、グラップル装置３０で把持した木材Ｗによる荷重が過荷重であるかどうかを判定する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で把持した木材Ｗによる荷重が過荷重であると判定した場合（ＮＯ）、図１１の（７）で示したように、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を開放させて木材Ｗを開放し、Ｄ段階の木材Ｗの荷下ろし動作を再度実行する。

荷重判定部５４により、グラップル装置３０で把持した木材Ｗによる荷重が過荷重でないと判定した場合（ＹＥＳ）、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０の旋回、起伏および伸縮等を行い、グラップル装置３０で把持した木材Ｗを荷下ろし位置Ｐ２の直上に移動させ、配置動作を行う。

配置動作においては、画像認識部５２は、把持している木材Ｗ、および荷下ろし位置Ｐ２の画像を取得し、木材Ｗと荷下ろし位置Ｐ２のそれぞれの位置を認識する。画像認識部５２により、木材Ｗが荷下ろし位置Ｐ２または荷下ろし位置Ｐ２に先に荷下ろしされた別の木材Ｗの直上になっていないと判定した場合（ＮＯ）、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０による木材Ｗの移動を続行する。画像認識部５２により、木材Ｗが荷下ろし位置Ｐ２または荷下ろし位置Ｐ２に先に荷下ろしされた別の木材Ｗの直上であると判定した場合（ＹＥＳ）、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してクレーン２０による木材Ｗの移動を停止する。

クレーン２０による木材Ｗの移動を停止した後、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してローテータ３５を回転させ、グラップル装置３０の上側部分３１に対して、下側部分３２を旋回させてトング３３の向きを変更する。

画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した、把持している木材Ｗおよび集材用車両１００の荷台１５の画像を取得し、把持している木材Ｗと荷下ろし位置Ｐ２に先に荷下ろしされた別の木材Ｗのそれぞれの向きを認識する。画像認識部５２により、把持している木材Ｗと荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗが平行であると判定した場合（ＹＥＳ）、木材Ｗを荷下ろし位置Ｐ２に荷下ろし可能であるため、トング３３の旋回を停止する（図１３の（ｆ）へ続く）。

画像認識部５２により、把持している木材Ｗと荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗが平行でないと判定した場合（ＮＯ）、木材Ｗを荷下ろし位置Ｐ２に荷下ろしできないため、トング３３の旋回を続行する。

図１３に示すように、トング３３の旋回を停止した後、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８を駆動制御してブーム２３の高さを下げてグラップル装置３０を荷下ろし位置Ｐ２の地面または荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗに向けて降下させる。

画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した、把持している木材Ｗ、荷下ろし位置Ｐ２の地面または荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗの画像を取得し、把持している木材Ｗと荷下ろし位置Ｐ２の地面または荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗのそれぞれの位置を認識する。画像認識部５２および距離判定部５３により、把持している木材Ｗが荷下ろし位置Ｐ２の地面または荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗに近い高さになっていると判定した場合（ＹＥＳ）、木材Ｗを荷下ろし可能であるため、ブーム２３の降下を停止する。

画像認識部５２により、把持している木材Ｗが荷下ろし位置Ｐ２の地面または荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗに近い高さになっていないと判定した場合（ＮＯ）、ブーム２３の降下を続行する。

木材Ｗが荷下ろし位置Ｐ２に荷下ろしできる高さになっている状態で、駆動制御部５１は、グラップル駆動部３８を駆動制御してグラップル装置３０のトング３３を開放させ、把持していた木材Ｗを荷下ろし位置Ｐ２の地面または荷下ろし位置Ｐ２の既存の木材Ｗの上に荷下ろしする。

画像認識部５２は、撮像部７０が撮像した、集材用車両１００の荷台１５の画像を取得し、画像に含まれる木材Ｗを認識する。画像中に木材Ｗが含まれると判定した場合（ＮＯ）、荷下ろし動作を再度実行する。

画像認識部５２が、画像中に木材Ｗが含まれないと判定して（ＹＥＳ）、荷台１５に積載していた木材Ｗの荷下ろしが完了すると、駆動制御部５１は、クレーン駆動部２８およびグラップル駆動部３８を駆動制御して、クレーン２０およびグラップル装置３０を格納し、Ａ段階の木材Ｗの積み込み位置Ｐ１への移動動作に移行する。

以上説明した本実施形態に係る集材用車両１００によれば、駆動制御部５１は、画像認識部５２の認識結果に応じて車体部１０、クレーン２０、およびグラップル装置３０の駆動を制御する。このため、積み込み位置Ｐ１や荷下ろし位置Ｐ２等において、木材Ｗの積み下ろし作業を自動化することができる。

グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれる場合には、グラップル装置３０によって木材Ｗを把持する把持動作を実行する。このため、積み込み位置Ｐ１や荷下ろし位置Ｐ２において、オペレータが操作することなく、グラップル装置３０による把持動作を実行することができる。

グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれないが、画像中に把持可能な木材Ｗが含まれる場合には、木材Ｗを把持できる位置まで集材用車両１００が移動する。このため、積み込み位置Ｐ１や荷下ろし位置Ｐ２において、オペレータが操作することなく、木材Ｗを把持できる位置まで集材用車両１００が移動し、移動した位置でグラップル装置３０による把持動作を実行することができる。

距離判定部５３は、画像中に含まれる木材Ｗについて、グラップル装置３０によって把持できる範囲に含まれているかどうかを判定する。このため、グラップル装置３０によって把持できる範囲に木材Ｗが含まれると判定した場合に、オペレータが操作することなく、グラップル装置３０によって木材Ｗを把持する把持動作を実行することができる。

把持動作の後、木材Ｗを配置する荷台１５の上や荷下ろし位置Ｐ２までグラップル装置３０を移動させ、荷台１５の上や荷下ろし位置Ｐ２においてグラップル装置３０に木材Ｗを開放させる配置動作を実行する。このため、積み込み位置Ｐ１や荷下ろし位置Ｐ２において、オペレータが操作することなく、把持動作および配置動作を実行し、木材Ｗを積み下ろしすることができる。

機械学習部５８は、把持動作および配置動作を機械学習する。このため、グラップル装置３０を用いた把持動作および配置動作の最適化を図ることができる。

集材用車両１００は、オペレータが操作することなく、積み込み位置Ｐ１および荷下ろし位置Ｐ２の間を自動走行して移動することができる。

［実施形態２］
図１４および図１５は、実施形態２の集材システム５００を構成する集材用車両１００Ａを示す図である。図１６および図１７は、実施形態２の集材システム５００を構成する集材用車両１００Ａおよび木材運搬用車両３００を示す図である。実施形態２の集材システム５００は、集材用車両１００Ａおよび木材運搬用車両３００によって構成されている。本実施形態の集材システム５００では、集材用車両１００Ａおよび木材運搬用車両３００が、実施形態１で説明したＡ～Ｄ段階の動作を分担して行う（図５参照）。

図１４に示すように、集材用車両１００Ａは、ベースマシンである油圧ショベルのアーム１２０の先端にグラップル装置３０が取り付けられることで構成されている。集材用車両１００Ａは、例えば、クローラ１１２を有する下部走行体１１３と、下部走行体１１３に対してショベル本体旋回ベアリング１１４を介して旋回自在に支持される上部旋回フレーム１１５とを備えている。上部旋回フレーム１１５の前側には、ブーム１２２がブームシリンダ１２４によって起伏可能に連結されている。アーム１２０は、ブーム１２２の先端にアームシリンダ１２６によって揺動自在に連結されている。グラップル装置３０は、アーム１２０の先端の第１支持ピン１３４と、リンク部材１３８の一端に設けた第２支持ピン１３６とに連結されている。リンク部材１３８の他端はアーム１２０の先端に連結されており、リンク部材１３８の中間部にバケットシリンダ１３２の先端が連結されている。

本実施形態のアーム１２０およびブーム１２２は、本発明のアームに相当する。また、アーム（アーム１２０およびブーム１２２）はブームシリンダ１２４およびアームシリンダ１２６によって起伏が可能であり、アーム（アーム１２０およびブーム１２２）の旋回は、ショベル本体旋回ベアリング１１４により上部旋回フレーム１１５が旋回することによって行われる。

図１４から図１７では、集材システム５００による、積み込み位置Ｐ１における木材Ｗの積み込み動作、または荷下ろし位置Ｐ２における木材Ｗの荷下ろし動作を示している。積み込み位置Ｐ１における木材Ｗの積み込み動作では、例えば図１４、図１５、図１６および図１７の順番に動作を行う。これに対して、荷下ろし位置Ｐ２における木材Ｗの荷下ろし動作では、例えば図１７、図１６、図１５および図１４の順番に動作を行う。

図１６および図１７に示すように、木材運搬用車両３００は、グラップル装置は備えていないが、木材Ｗを積載する荷台３１５を備えている。木材運搬用車両３００は、積み込み位置Ｐ１から荷下ろし位置Ｐ２まで自動走行して荷台３１５に積載した木材Ｗを搬送することができる。木材運搬用車両３００は、自動走行に関しては、集材用車両１００Ａと同様の制御システムを備えているものとする。

本実施形態に係る集材システム５００は、積み込み位置Ｐ１では、木材運搬用車両３００の荷台３１５に対して、集材用車両１００Ａが自動制御により木材Ｗを積載する。木材Ｗを積載した木材運搬用車両３００は、積み込み位置Ｐ１から荷下ろし位置Ｐ２まで自動走行して木材Ｗを搬送する。荷下ろし位置Ｐ２では、木材運搬用車両３００の荷台３１５から、集材用車両１００Ａが自動制御により木材Ｗを荷下ろしする。

なお、以下の説明では、積み込み位置Ｐ１および荷下ろし位置Ｐ２にそれぞれ別の集材用車両１００Ａが配置され、積み込み位置Ｐ１で積み込み動作を行う集材用車両１００Ａと、荷下ろし位置Ｐ２で荷下ろし動作を行う集材用車両１００Ａは、異なる車両であるものとする。しかしながら、積み込み位置Ｐ１および荷下ろし位置Ｐ２において同じ集材用車両１００Ａが作業を行ってもよい。この場合、同一の集材用車両１００Ａが木材運搬用車両３００と共に積み込み位置Ｐ１と荷下ろし位置Ｐ２の間を自動走行して、積み込み位置Ｐ１で積み込み動作を行い、荷下ろし位置Ｐ２で荷下ろし動作を行う。

［動作］
集材システム５００の自動運転を開始すると、木材運搬用車両３００は、Ａ段階の木材Ｗの積み込み位置Ｐ１への移動動作を行う。Ａ段階の積み込み位置Ｐ１への移動動作では、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）７５および自立航法システム（慣性システム）７６を用いて、予め記憶された走行ルートに沿って積み込み位置Ｐ１に向けて自動走行する。自動走行中は、画像認識に基づいて、周囲に人や障害物が存在するかどうかを判定しながら走行する。

木材運搬用車両３００が積み込み位置Ｐ１に到着すると、積み込み位置Ｐ１に配置されている集材用車両１００Ａは、木材運搬用車両３００の荷台３１５に対して、Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作を行う。積み込み動作は、画像認識に基づいて、アーム（アーム１２０およびブーム１２２）、ショベル本体旋回ベアリング１１４およびグラップル装置３０を駆動制御する。

Ｂ段階の木材Ｗの積み込み動作が完了すると、木材運搬用車両３００は、Ｃ段階の木材Ｗの荷下ろし位置Ｐ２への移動動作を行う。Ｃ段階の荷下ろし位置Ｐ２への移動動作では、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）７５および自立航法システム（慣性システム）７６を用いて、予め記憶された走行ルートに沿って荷下ろし位置Ｐ２に向けて自動走行する。自動走行中は、画像認識に基づいて、周囲に人や障害物が存在するかどうかを判定しながら走行する。

木材運搬用車両３００が荷下ろし位置Ｐ２に到着すると、荷下ろし位置Ｐ２に配置されている集材用車両１００Ａ（積み込み位置Ｐ１で作業を行った集材用車両１００Ａとは異なる車両）が、木材運搬用車両３００の荷台３１５に対して、Ｄ段階の木材Ｗの荷下ろし動作を行う。荷下ろし動作は、画像認識に基づいて、アーム（アーム１２０およびブーム１２２）、ショベル本体旋回ベアリング１１４およびグラップル装置３０を駆動制御する。

Ｄ段階の木材Ｗの荷下ろし動作が完了すると、木材運搬用車両３００は、Ａ段階の木材Ｗの積み込み位置Ｐ１への移動動作を行い、Ａ～Ｄ段階に示した動作を繰り返し行う。

以上説明した本実施形態に係る集材システム５００によれば、積み込み位置Ｐ１や荷下ろし位置Ｐ２等において、木材Ｗの積み下ろし作業を自動で行うことができるとともに、積み込み位置Ｐ１および荷下ろし位置Ｐ２の間を自動走行して移動することができる。

［変形例］
本発明に係る集材用車両は、上記説明した実施形態に限定されない。

例えば、実施形態で説明した自動制御において、駆動制御部５１は機械学習部５８を用いて画像中の木材Ｗの画像認識、把持できる木材Ｗの判断、木材Ｗとトング３３との交差方向、把持動作や配置動作におけるトング３３の開閉動作等について機械学習を行って、動作の最適化を図るものとしたが、予め縮小サイズの模型や学習用データ画像を用いて機械学習を実行してから実物でさらに機械学習を繰り返すようにしてもよい。

本発明におけるグラップル装置として、実施形態の説明では、把持機能を有する単体のグラップル装置３０を例に挙げて説明したが、これに限定されない。グラップル装置は、例えば、ハーベスタやプロセッサに設けられていてもよい。ハーベスタは、立木の伐倒、枝払い、玉切りなどの工程を行うことができる装置であり、ハーベスタに設けられたグラップル装置によって立木や木材を把持することができる。プロセッサは、伐倒後の木の枝払い、玉切りなどの工程を行うことができる装置であり、プロセッサに設けられたグラップル装置によって伐倒後の木や木材を把持することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明は、グラップル装置を用いた集材用車両、および集材システムに利用することができる。

１００ 集材用車両
３００ 木材運搬用車両
５００ 集材システム
１０ 車体部
２０ クレーン（アーム）
３０ グラップル装置
５１ 駆動制御部
５２ 画像認識部
７０ 撮像部
Ｗ 木材

Claims (3)

1. 走行可能な車体部と、
   前記車体部に設けられたアームと、
   前記アームに設けられたグラップル装置と、
   を備えた集材用車両であって、
   前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御する駆動制御部と、
   前記車体部の周囲、および前記グラップル装置の周囲の画像を撮像する撮像部と、
   前記画像中の木材を認識する画像認識部と、を有し、
   前記駆動制御部は、前記画像認識部の認識結果に応じて前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御する、
   集材用車両。
2. 前記駆動制御部は、
   前記画像中において、前記グラップル装置によって把持できる範囲に木材が含まれる場合には、前記グラップル装置によって前記木材を把持する把持動作を実行するように、前記車体部、前記アーム、および前記グラップル装置の駆動を制御し、
   前記画像中において、前記グラップル装置によって把持できる範囲には木材が含まれないが、前記画像中に把持可能な木材が含まれる場合には、前記グラップル装置によって把持できる範囲に木材が含まれる位置に移動するように、前記車体部の駆動を制御する、
   請求項１に記載の集材用車両。
3. 請求項１または請求項２に記載の集材用車両を含む、集材システム。

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