JP2022160276A - 掘削システム - Google Patents

Abstract

【課題】自動運転における掘削作業の効率を向上させる。【解決手段】掘削制御部３５は、掘削列Ｃに沿って掘削対象物Ｏを掘削するようにバケット１５ｃを制御する。掘削制御部３５は、バケット１５ｃによる１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、上部旋回体１３から見てボーダー５３よりも奥側Ｘ１である場合、掘削列Ｃを変更することなく次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる。掘削制御部３５は、バケット１５ｃによる１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、ボーダー５３と同じ位置、または上部旋回体１３から見てボーダー５３よりも手前側Ｘ２である場合、掘削列Ｃを変更して次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる。【選択図】図２

Description

本発明は、バケットで掘削対象物を掘削するための掘削システムに関する。

例えば特許文献１などに、作業機械を自動運転させ、バケットで掘削対象物を掘削する技術が記載されている。同文献に記載の技術では、上部旋回体から見て奥側から手前側に掘削列に沿って、バケットによる掘削が行われる。そして、掘削が終わると上部旋回体が旋回し、新たな掘削列で掘削が行われる。

特開２００１－１２３４７９号公報

ある掘削列での掘削が１回の掘削の動作のみで行われる場合、例えばバケットに掘削対象物が入り切っているにもかかわらず掘削を続けるなど、掘削の動作が無駄な動作となる場合がある。一方、ある掘削列での掘削が複数回の掘削の動作で行われる場合、例えばその掘削列に残っている掘削対象物が少ないにもかかわらず掘削が行われるなど、掘削の動作が無駄な動作となる場合がある。そのため、掘削作業の効率を向上させることが望まれる。

そこで、本発明は、自動運転における掘削作業の効率を向上させることができる掘削システムを提供することを目的とする。

掘削システムは、下部本体と、上部旋回体と、アタッチメントと、ボーダー設定部と、を備える。前記上部旋回体は、前記下部走行体に旋回可能に搭載される。前記アタッチメントは、前記上部旋回体に取り付けられ、掘削対象物を掘削するバケットを有する。前記ボーダー設定部は、前記上部旋回体との間に間隔をあけた位置にボーダーを設定する。前記掘削制御部は、前記上部旋回体の前後方向に延びる掘削列に沿って、前記上部旋回体に近づく向きに、前記掘削対象物を自動的に掘削するように前記バケットを制御する。前記掘削制御部は、前記バケットによる１回の掘削が終了したときの前記バケットの位置が、前記上部旋回体から見て前記ボーダーよりも奥側である場合、前記掘削列を変更することなく次回の掘削を前記バケットに行わせる。前記掘削制御部は、前記バケットによる１回の掘削が終了したときの前記バケットの位置が、前記ボーダーと同じ位置、または前記上部旋回体から見て前記ボーダーよりも手前側である場合、前記掘削列を変更して次回の掘削を前記バケットに行わせる。

上記構成により、自動運転における掘削作業の効率を向上させることができる。

掘削システム１を示す図であり、作業機械１０などを横から見た図である。 図１に示す作業機械１０などを上から見た図である。 図２のＦ３－Ｆ３矢視図である。 図１に示す掘削システム１のブロック図である。 図２に示す掘削エリア５１などの設定の流れを示すフローチャートである。 図３に示す掘削列Ｃでの掘削に関する処理を示すフローチャートである。 図２に示すボーダー５３の変形例を示す図２相当図である。

図１～図７を参照して、掘削システム１について説明する。

掘削システム１は、図１に示すように、掘削対象物Ｏを掘削するためのシステムである。掘削システム１は、作業機械１０と、撮像装置２１と、姿勢検出部２３（図４参照）と、入力装置２５と、コントローラ３０（図４参照）と、を備える。

作業機械１０は、バケット１５ｃで掘削対象物Ｏを掘削する掘削作業を行う機械であり、ショベルである。作業機械１０は、例えば建設作業を行う建設機械である。作業機械１０が掘削する掘削対象物Ｏは、土砂でもよく、砕石でもよく、廃棄物でもよい。掘削対象物Ｏは、例えば、山形状（例えば土砂山）でもよく、地面に配置されてもよく、土砂ピットＰ内に（壁Ｐｗに囲まれるように）配置されてもよい。作業機械１０は、下部走行体１１（下部本体）と、上部旋回体１３と、アタッチメント１５と、駆動部１７（図４参照）と、を備える。

下部走行体１１（下部本体）は、作業機械１０を走行させる。下部走行体１１は、例えばクローラを備える。

上部旋回体１３は、下部走行体１１に旋回可能に搭載される。上部旋回体１３には、アタッチメント１５が取り付けられる。上部旋回体１３は、運転室１３ａと、カウンタウエイト１３ｂを備える。運転室１３ａは、操作者が作業機械１０の操作をすることが可能な部分である。作業機械１０は、操作者に操作されなくてもよく、コントローラ３０（図４参照）により自動的に操作される場合がある。カウンタウエイト１３ｂは、作業機械１０の前後方向Ｘのバランスをとるためのおもりである。

（作業機械１０に関する方向の定義）
下部走行体１１に対する上部旋回体１３の旋回の回転軸（図２に示す旋回中心１３ｏ）が延びる方向を、上下方向Ｚとする。上下方向Ｚにおいて、下部走行体１１から上部旋回体１３に向かう側（向き）を上側Ｚ１とし、その逆側を下側Ｚ２とする。図２に示すように、上下方向Ｚから見たときにアタッチメント１５が延びる方向（上部旋回体１３に対してアタッチメント１５が突出する方向）を、前後方向Ｘとする。前後方向Ｘにおいて、カウンタウエイト１３ｂから、上部旋回体１３へのアタッチメント１５の取付部に向かう側を、「前側」とする。前後方向Ｘにおいて、上部旋回体１３から前側を見たときの、上部旋回体１３から遠い側を奥側Ｘ１とし、上部旋回体１３に近い側を手前側Ｘ２とする。下部走行体１１に対する上部旋回体１３の旋回の方向を、旋回方向θとする。

アタッチメント１５は、図１に示すように、上部旋回体１３に取り付けられ、掘削作業を行う部分である。アタッチメント１５は、ブーム１５ａと、アーム１５ｂと、バケット１５ｃと、を備える。ブーム１５ａは、上部旋回体１３に起伏可能（上下方向Ｚに回転可能）に取り付けられる。アーム１５ｂは、ブーム１５ａに対して回転可能に取り付けられる。バケット１５ｃは、掘削対象物Ｏを掘削する部分である。バケット１５ｃは、アタッチメント１５の先端部に設けられ、アーム１５ｂに回転可能に取り付けられる。バケット１５ｃは、掘削対象物Ｏをすくうことが可能な形状を有する。

駆動部１７は、作業機械１０を駆動させる。具体的には、駆動部１７は、下部走行体１１に対して上部旋回体１３を旋回させる旋回モータ（図示なし）を備える。駆動部１７は、上部旋回体１３に対してブーム１５ａを起伏させるブームシリンダ１７ａと、ブーム１５ａに対してアーム１５ｂを回転させるアームシリンダ１７ｂと、アーム１５ｂに対してバケット１５ｃを回転させるバケットシリンダ１７ｃと、を備える。

撮像装置２１は、撮像対象物の、位置および形状の三次元情報を検出する。上記「撮像対象物」は、掘削対象物Ｏ、および掘削対象物Ｏの周辺物の少なくともいずれかである。撮像装置２１は、距離の情報（奥行きの情報）を有する画像（距離画像）を取得する。撮像装置２１は、距離画像と二次元画像とに基づいて、撮像対象物の三次元情報を検出してもよい。撮像装置２１は、１つのみ設けられてもよく、複数設けられてもよい。撮像装置２１は、作業機械１０に搭載されてもよく、作業機械１０の外部（例えば作業現場）に配置されてもよい。作業機械１０に搭載されてもよく、作業機械１０の外部に配置されてもよい点は、図４に示す姿勢検出部２３、入力装置２５、およびコントローラ３０についても同様である。

この撮像装置２１は、レーザー光を用いて三次元の情報を検出する装置を備えてもよい。撮像装置２１は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection and RangingまたはLaser Imaging Detection and Ranging）を備えてもよく、ＴＯＦ（Time Of Flight）センサを備えてもよい。撮像装置２１は、電波を用いて三次元の情報を検出する装置（例えばミリ波レーダなど）を備えてもよい。撮像装置２１は、ステレオカメラを備えてもよい。撮像装置２１が三次元の情報と二次元の情報とに基づいて撮像対象物の三次元の位置および形状を検出する場合などには、撮像装置２１は、二次元の画像を検出可能なカメラを備えてもよい。

姿勢検出部２３は、図１に示す作業機械１０の姿勢を検出する。姿勢検出部２３（図４参照）は、下部走行体１１に対する上部旋回体１３の旋回角度を検出する。姿勢検出部２３は、上部旋回体１３に対するブーム１５ａの回転角度（起伏角度）を検出する。姿勢検出部２３は、ブーム１５ａに対するアーム１５ｂの回転角度を検出する。姿勢検出部２３は、アーム１５ｂに対するバケット１５ｃの回転角度を検出する。姿勢検出部２３は、上部旋回体１３に対するブーム１５ａの回転軸に取り付けられる角度センサを備えてもよい（アーム１５ｂおよびバケット１５ｃについても同様）。姿勢検出部２３は、地面などに対するブーム１５ａの傾斜角度を検出する傾斜センサを備えてもよい（アーム１５ｂおよびバケット１５ｃについても同様）。姿勢検出部２３は、ブーム１５ａを駆動するシリンダのストローク（シリンダチューブに対するシリンダロッドの位置）を検出するストロークセンサを備えてもよい（アーム１５ｂおよびバケット１５ｃについても同様）。姿勢検出部２３は、二次元画像または距離画像に基づいてブーム１５ａの姿勢を検出するものでもよい（アーム１５ｂおよびバケット１５ｃについても同様）。この場合、二次元画像または距離画像は、撮像装置２１により撮像されてもよい。

入力装置２５は、作業者に各種情報を入力させる装置である。入力装置２５は、例えば作業者が携帯する携帯情報端末（例えばタブレット、スマートフォンなど）でもよい。入力装置２５は、作業機械１０に設けられてもよく、作業機械１０を遠隔操作する設備に設けられてもよい。

コントローラ３０（図４参照）は、信号の入出力、演算（処理）、情報の記憶などを行う。例えば、図４に示すように、コントローラ３０は、撮像装置２１、姿勢検出部２３、および入力装置２５から信号を受信する。例えば、コントローラ３０は、駆動部１７を駆動させるための信号を出力する。コントローラ３０は、掘削エリア設定部３１と、ボーダー設定部３３と、掘削制御部３５と、を備える。

掘削エリア設定部３１は、掘削エリア５１（図２参照）を設定する（後述）。ボーダー設定部３３は、ボーダー５３（図２参照）を設定する（後述）。

掘削制御部３５は、図１に示す作業機械１０を自動的に作動させる。掘削制御部３５（図４参照）は、アタッチメント１５の作動を制御することで、バケット１５ｃの作動を制御し、バケット１５ｃによる掘削を制御する（自動掘削を行わせる）（後述）。

（作動）
掘削システム１は、次のように作動するように構成される。

（設定）
掘削に必要な情報がコントローラ３０（図４参照）に設定される。以下、コントローラ３０については図４を参照して説明する。具体的には、図２に示す掘削エリア５１と、ボーダー５３と、図３に示す掘削開始高さＺｓと、１サイクル深さＺｃと、最終深さＺｅと、が設定される（図５参照）。

掘削エリア５１は、図２に示すように、掘削対象物Ｏが配置される範囲である。掘削エリア５１の少なくとも一部に、掘削対象物Ｏが配置される。コントローラ３０は、掘削エリア５１の内側でバケット１５ｃに掘削を行わせるように制御する。コントローラ３０は、掘削エリア５１の外側ではバケット１５ｃに掘削を行わせない。鉛直方向ＡＺから見たとき、掘削エリア５１の形状は、様々に設定されてもよい。鉛直方向ＡＺから見たとき、掘削エリア５１は、多角形でもよく、例えば四角形でもよく、例えば長方形でもよく、長方形以外の四角形でもよく、これらに近い形状（例えば略多角形など）でもよい。鉛直方向ＡＺから見たとき、掘削エリア５１は、円形でもよく、楕円形でもよく、これらに近い形状（例えば略円形など）でもよい。掘削エリア５１に関する方向であって水平面と平行の、ある方向を、エリア前後方向ＡＸとする。エリア前後方向ＡＸおよび鉛直方向ＡＺのそれぞれに直交する方向を、エリア横方向ＡＹとする。

掘削エリア５１の設定は、様々に行われてもよい。掘削エリア５１は、掘削エリア設定部３１（図４参照）により自動的に設定（算出）されてもよい。具体的には例えば、掘削エリア５１は、撮像装置２１（図１参照）が取得した掘削対象物Ｏおよびその周辺部の距離画像に基づいて、自動的に算出されてもよい。掘削エリア５１は、掘削対象物Ｏが配置される作業現場の三次元情報（例えば土砂ピットＰの三次元情報など）に基づいて、自動的に算出されてもよい。掘削エリア５１は、アタッチメント１５でのティーチング（後述）により設定されてもよい。掘削エリア５１は、入力装置２５（図１参照）に入力された値（例えば座標など）により設定されてもよい。掘削エリア５１は、掘削エリア設定部３１（図４参照）に予め設定された固定値でもよく、例えば作業現場の情報（地形、土砂ピットＰの構造など）に基づいて予め算出および設定された値でもよい。

掘削エリア５１がティーチングにより設定される場合の、掘削エリア５１の設定の具体例は、次の通りである。掘削エリア５１がティーチングにより設定される場合、掘削エリア５１の内側と外側との境界を決めるための位置（ティーチングポイント、例えば境界上の位置）が、操作者のアタッチメント１５の操作により指定される。ここでは、鉛直方向ＡＺから見て掘削エリア５１が長方形である場合について説明する。鉛直方向ＡＺから見た掘削エリア５１の４つの角の位置を、ポイント５１ａ、ポイント５１ｂ、ポイント５１ｃ、およびポイント５１ｄとする。

作業機械１０の操作者が、作業機械１０を操作し、鉛直方向ＡＺから見た掘削エリア５１の対角となる位置、具体的にはポイント５１ａおよびポイント５１ｃのティーチングを行う（図５に示すステップＳ１１およびＳ１２を参照）。例えば、ポイント５１ａのティーチングは、次のように行われる。操作者が、アタッチメント１５を操作し、ポイント５１ａとして設定しようとする位置にバケット１５ｃの先端を移動させる。そして、操作者が、例えば入力装置２５（図１参照）の決定ボタンを押すことなどにより、このときのバケット１５ｃの先端の位置が、ポイント５１ａとして設定される。具体的には、掘削エリア設定部３１（図４参照）には、ポイント５１ａの前後方向Ｘの位置の座標（Ｘａ）、上下方向Ｚの位置の座標（Ｚａ）、および、旋回方向θの値（角度）（θａ）が設定される。例えば、図３に示すように、ポイント５１ａの上下方向Ｚの位置（Ｚａ）が、後述する掘削の深さの基準位置とされてもよい。図２に示すポイント５１ａと同様に、ポイント５１ｃが、ティーチングにより設定される。具体的には、掘削エリア設定部３１（図４参照）には、ポイント５１ｃの前後方向Ｘの座標（Ｘｃ）、上下方向Ｚの座標（Ｚｃ）、および旋回方向θの値（角度）（θｃ）が設定される。

掘削エリア設定部３１（図４参照）は、ポイント５１ａおよびポイント５１ｃの位置に基づいて、ポイント５１ｂおよびポイント５１ｄの位置を算出する。具体的には例えば、鉛直方向ＡＺから見たときにアタッチメント１５の長手方向に延びるアタッチメント１５の中心軸を、アタッチメント中心軸１５ｅとする。ポイント５１ａとポイント５１ｃとの中央（例えばポイント５１ａとポイント５１ｃとを結んだ直線の中点）を、エリア中央５１ｏとする。このとき、鉛直方向ＡＺから見たときに、アタッチメント中心軸１５ｅがエリア中央５１ｏを通るときの上部旋回体１３の前後方向Ｘが、エリア前後方向ＡＸとして設定される。エリア前後方向ＡＸが決まると、エリア横方向ＡＹも決まる。なお、エリア前後方向ＡＸおよびエリア横方向ＡＹは、ティーチング結果に基づいて設定されなくてもよく、例えば作業現場の座標系の座標軸の方向などに基づいて設定されてもよい。

例えば、エリア前後方向ＡＸが、鉛直方向ＡＺから見て長方形の掘削エリア５１の２辺（互いに対向する２辺、図２では短辺）が延びる方向とされる。エリア横方向ＡＹが、鉛直方向ＡＺから見て長方形の掘削エリア５１の残りの２辺（図２では長辺）が延びる方向とされる。すると、ポイント５１ａおよびポイント５１ｃの位置に基づいて、ポイント５１ｂおよびポイント５１ｄの位置が決定される。なお、ポイント５１ｂおよびポイント５１ｄがティーチングにより設定されてもよい。掘削エリア設定部３１は、ポイント５１ａ、ポイント５１ｂ、ポイント５１ｃ、およびポイント５１ｄに囲まれた領域を、掘削エリア５１として設定する。

ボーダー５３は、掘削列Ｃを変えて掘削を行うか否かの境界である（掘削の詳細は後述）。ボーダー５３は、上部旋回体１３との間に間隔をあけた位置に設定される。例えば、ボーダー５３の少なくとも一部は、掘削エリア５１の内側に設定される。鉛直方向ＡＺから見たとき、ボーダー５３は、直線状でもよく、曲線状でもよい（図７に示すボーダー１５３を参照）。鉛直方向ＡＺから見たとき、ボーダー５３は、例えばエリア横方向ＡＹに延びるように設定される。図７に示すように、鉛直方向ＡＺから見たとき、ボーダー１５３は、弧状でもよく、例えば円弧状でもよく、さらに詳しくは旋回中心１３ｏを中心とする円弧状でもよい。鉛直方向ＡＺからみたとき、ボーダー１５３は、奥側Ｘ１に凸の弧状（例えば円弧状）でもよい。

図２に示すボーダー５３の設定（図５に示すステップＳ２１を参照）は、様々に行われてもよい（図７に示すボーダー１５３も同様）。ボーダー５３は、ボーダー設定部３３（図４参照）により自動的に算出されてもよい。具体的には例えば、ボーダー５３は、掘削エリア５１の情報（位置）、およびバケット１５ｃの情報（容量、形状、大きさなど）に基づいて、自動的に算出されてもよい。ボーダー５３は、アタッチメント１５でのティーチングにより設定されてもよい。ボーダー５３は、入力装置２５（図１参照）に入力された値（例えばポイント５１ａとポイント５１ｃとを通る直線からの距離など）により設定されてもよい。ボーダー５３は、ボーダー設定部３３（図４参照）に予め設定された固定値でもよく、作業現場の情報（地形、土砂ピットＰの構造など）に基づいて予め算出および設定された値でもよい。

図３に示す掘削開始高さＺｓは、バケット１５ｃによる掘削対象物Ｏの掘削開始時の、バケット１５ｃの（さらに詳しくはバケット１５ｃの先端部の）高さである。掘削開始高さＺｓは、掘削対象物Ｏの最も高い位置（頂点）の高さ、または頂点よりも高い位置に設定されることが好ましい。掘削開始高さＺｓの設定（図５に示すステップＳ２２を参照）は、様々に行われてもよい。掘削開始高さＺｓは、コントローラ３０（図４参照）に自動的に算出されてもよく、具体的には例えば撮像装置２１（図１参照）が撮像した距離画像から自動的に算出されてもよい。掘削開始高さＺｓは、アタッチメント１５でのティーチングにより設定されてもよい。掘削開始高さＺｓは、入力装置２５（図１参照）に入力された値により設定されてもよい。掘削開始高さＺｓは、掘削の基準となる位置（例えばポイント５１ａなど）の高さでもよく、掘削の基準となる位置（ポイント５１ａ）に基づいて決定されてもよい。掘削開始高さＺｓは、予め設定された固定値でもよい。

１サイクル深さＺｃは、バケット１５ｃが掘削を１サイクル（１回）行うときの掘削の深さ（上下方向Ｚの長さ）である。１サイクル深さＺｃの設定（図５に示すステップＳ２３を参照）は、様々に行われてもよい。１サイクル深さＺｃは、コントローラ３０（図４参照）に自動的に算出されてもよく、具体的には例えばバケット１５ｃの情報（容量、形状、大きさなど）に基づいて自動的に算出されてもよい。１サイクル深さＺｃは、入力装置２５（図１参照）に入力された値により設定されてもよく（最終深さＺｅも同様）、コントローラ３０（図４参照）に予め設定された固定値でもよい（最終深さＺｅも同様）。

最終深さＺｅは、掘削の基準となる位置（例えばポイント５１ａ）から、バケット１５ｃによる掘削作業が完了する位置までの深さである。最終深さＺｅの設定（図５に示すステップＳ２４を参照）は、様々に行われてもよい。コントローラ３０（図４参照）は、バケット１５ｃに掘削対象物Ｏを最終深さＺｅまで掘削させ、最終深さＺｅよりも深い位置を掘削させない。

（掘削の流れ）
掘削システム１（図４参照）は、次のように掘削を行うように構成される。掘削制御部３５（図４参照）は、バケット１５ｃが自動的に掘削対象物Ｏを掘削するように、バケット１５ｃを制御する。掘削制御部３５は、図２に示す掘削エリア５１の内側で、掘削対象物Ｏを掘削するようにバケット１５ｃを制御する。掘削制御部３５（図４参照）は、掘削列Ｃに沿って掘削対象物Ｏを掘削するようにバケット１５ｃを制御する。掘削列Ｃは、前後方向Ｘに延びる。なお、図２では、掘削列Ｃの中心軸のみを図示した。

掘削列Ｃは、下部走行体１１に対して上部旋回体１３を旋回させずに、バケット１５ｃに掘削を行わせたときの、バケット１５ｃの軌跡である。掘削列Ｃは、掘削エリア５１内に複数設定される。図３に示すように、掘削列Ｃは、複数の掘削段Ｄ（図３では３段）のそれぞれに設定される。図３に示す例では、掘削段Ｄには、上側Ｚ１から下側Ｚ２の順に、第１掘削段Ｄ１と、第２掘削段Ｄ２と、第３掘削段Ｄ３と、がある。第１掘削段Ｄ１の上側Ｚ１端部の高さは、例えば掘削開始高さＺｓまたは掘削開始高さＺｓよりも低い位置である。第１掘削段Ｄ１には、複数の掘削列Ｃが設定され得る。図３に示す例では、第１掘削段Ｄ１には、４列の掘削列Ｃ（掘削列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４）が設定される。図２に示すように、同じ掘削段Ｄの掘削列Ｃの中心軸どうしの間隔は、一定間隔でもよく、例えば一定の旋回方向θの間隔でもよく、例えば一定のエリア横方向ＡＹの間隔でもよい。同じ掘削段Ｄの掘削列Ｃの中心軸どうしの間隔は、一定でなくてもよい。図３に示すように、第１掘削段Ｄ１と同様に、第２掘削段Ｄ２には、４列の掘削列Ｃ（掘削列Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、およびＣ８）が設定される。第２掘削段Ｄ２の上側Ｚ１端部の高さは、掘削開始高さＺｓから１サイクル深さＺｃを引いた高さである。第３掘削段Ｄ３には、４列の掘削列Ｃ（掘削列Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２）が設定される。第３掘削段Ｄ３の下側Ｚ２端部の高さは、最終深さＺｅの高さである。第３掘削段Ｄ３の上側Ｚ１端部の高さは、掘削開始高さＺｓから、１サイクル深さＺｃの２倍を引いた高さでもよい。１段の掘削段Ｄの掘削列Ｃの数（例えば図４に示す例では４つ）は、複数の掘削段Ｄの間で同じでもよく、相違してもよい。

掘削制御部３５（図４参照）は、図２に示すバケット１５ｃを手前側Ｘ２に移動させる。掘削制御部３５は、手前側Ｘ２に掘削対象物Ｏを掘削するように、バケット１５ｃを制御する。それぞれの掘削列Ｃでは、１回または複数回の掘削が行われる（後述）。

掘削制御部３５（図４参照）は、掘削列Ｃを変えながら、バケット１５ｃに掘削を行わせる。例えば、掘削制御部３５は、上部旋回体１３の旋回角度（旋回方向θの向き）を変えさせることで、バケット１５ｃが掘削を行う掘削列Ｃを変えてもよい。例えば、掘削制御部３５は、下部走行体１１を走行させることで、バケット１５ｃが掘削を行う掘削列Ｃを変えてもよい。

図３に示す、ある掘削列Ｃ（例えば掘削列Ｃ１）での掘削が完了し、次に掘削される掘削列Ｃは、掘削が完了した掘削列Ｃと同じ掘削段Ｄの掘削列Ｃ（掘削列Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のいずれか）でもよく、掘削が完了した掘削列Ｃと異なる掘削段Ｄの掘削列Ｃでもよい。

ある掘削列Ｃでの掘削が完了し、掘削列Ｃが変えられる場合の具体例は、次の通りである。まず、第１掘削段Ｄ１での掘削が行われる。例えば、掘削列Ｃ１で、１回または複数回の掘削が行われる（後述）。掘削列Ｃ１での掘削が完了すると、掘削列Ｃ２、Ｃ３、およびＣ４でも同様に掘削が行われる。具体的には例えば、奥側Ｘ１に向かって見たときの、第１掘削段Ｄ１の左側部分（エリア横方向ＡＹの一方）から右側部分（エリア横方向ＡＹの一方とは反対側）に順に、掘削列Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の順に掘削が行われる。例えば、奥側Ｘ１に向かって見たときの、第１掘削段Ｄ１の右側部分から左側部分に順に、掘削列Ｃ４、Ｃ３、Ｃ２、Ｃ１の順に、掘削が行われてもよい。例えば、第１掘削段Ｄ１のエリア横方向ＡＹ中央部（掘削列Ｃ２、Ｃ３）の掘削が行われた後、エリア横方向ＡＹ外側部分での掘削が行われてもよい。第１掘削段Ｄ１の掘削が完了すると、第２掘削段Ｄ２での掘削が行われる。第２掘削段Ｄ２の掘削が完了すると、第３掘削段Ｄ３での掘削が行われる。なお、第１掘削段Ｄ１の一部のみの掘削列Ｃ（例えば掘削列Ｃ１）での掘削が完了し、次に、第１掘削段Ｄ１とは異なる第２掘削段Ｄ２の掘削列Ｃ（例えば掘削列Ｃ５）での掘削が行われてもよい。第１掘削段Ｄ１から第３掘削段Ｄ３までの全ての掘削列Ｃでの掘削が完了すると、掘削エリア５１（図２参照）での掘削作業が完了する。

（１つの掘削列Ｃでの掘削）
図２に示す、ある１つの掘削列Ｃでの掘削について説明する。バケット１５ｃが、掘削列Ｃの奥側Ｘ１部分（例えば掘削列Ｃの中で最も奥側Ｘ１の部分）から掘削を開始する（図６に示すステップＳ３１を参照）。バケット１５ｃが上部旋回体１３に向かって掘削を行い、所定の条件が満たされると、バケット１５ｃによる１回の掘削が終了する（図６に示すステップＳ３２を参照）。例えば、上記「所定の条件」は、１回の掘削においてバケット１５ｃが掘削した掘削対象物Ｏの量（掘削量）が、所定量を超えたことでもよく、掘削量が所定量を超えたと想定される状態になったことでもよい。具体的には例えば、「所定の条件」は、バケット１５ｃが移動した距離（掘削ストローク）が所定値以上となったことでもよい。例えば、「所定の条件」は、撮像装置２１（図１参照）が撮像したバケット１５ｃ内の掘削対象物Ｏの量が所定値以上となったことでもよい。例えば、「所定の条件」が満たされている状態でさらに掘削が行われても、バケット１５ｃに入る掘削対象物Ｏの量は増えない（または略増えない）。また、「所定の条件」が満たされている状態でさらに掘削が行われても、バケット１５ｃが持ち上げられたときにバケット１５ｃから掘削対象物Ｏがこぼれる場合がある。そのため、「所定の条件」が満たされている状態でさらに行われる掘削の動作は、無駄な動作となる。そのため、「所定の条件」が満たされたときに、バケット１５ｃによる１回の掘削を終了させることが好ましい。

（ボーダー５３の判定）
掘削制御部３５（図４参照）は、バケット１５ｃによる１回の掘削（以下、単に「１回の掘削」という）が終了したときのバケット１５ｃの位置が、上部旋回体１３から見てボーダー５３よりも奥側Ｘ１か否かを判定する（図６に示すステップＳ４１を参照）。

１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、ボーダー５３よりも奥側Ｘ１である場合（ステップＳ４１でＹＥＳの場合）について説明する。この場合は、掘削列Ｃの手前側Ｘ２の部分に、掘削対象物Ｏが多く残っている状態である。そこで、この場合、掘削制御部３５（図４参照）は、掘削列Ｃを変更することなく次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる（図６に示すステップＳ４２を参照）。例えば、掘削列Ｃ１で１回の掘削が終了した場合、次回も掘削列Ｃ１での掘削をバケット１５ｃに行わせる。この場合、掘削制御部３５は、１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置またはその近傍から、次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる。

１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、上部旋回体１３から見てボーダー５３と同じ位置、または、ボーダー５３よりも手前側Ｘ２である場合（図６に示すステップＳ４１でＮＯの場合）について説明する。この場合は、この掘削列Ｃ１でさらに掘削しても、バケット１５ｃに入る掘削対象物Ｏが少ないことが想定される。さらに詳しくは、掘削列Ｃ１のうち、１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置よりも手前側Ｘ２の部分には、掘削対象物Ｏが残っている。しかし、残っている掘削対象物Ｏの量は、バケット１５ｃを十分満たせないような少なさである（そうなるようにボーダー５３の位置が設定される）。そのため、バケット１５ｃに掘削を行わせても、この掘削が無駄な動作となる。そこで、この場合、掘削制御部３５（図４参照）は、掘削列Ｃを変更して（残っている掘削対象物Ｏは見切って）次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる（図６に示すステップＳ４３を参照）。具体的には例えば、掘削制御部３５は、掘削列Ｃを掘削列Ｃ１から掘削列Ｃ２に変更して、次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる。

（ボーダー１５３の形状）
上記のように、図７に示すように、ボーダー１５３は、鉛直方向ＡＺから見たとき、奥側Ｘ１に凸の弧状に設定されてもよい。このようにボーダー１５３が設定される理由は、次の通りである。図２に示す例では、鉛直方向ＡＺから見たときに掘削エリア５１の手前側Ｘ２の境界がエリア横方向ＡＹに延び（例えば直線状であり）、かつ、ボーダー１５３がエリア横方向ＡＹに延びる直線状である。この例では、ボーダー５３よりも手前側Ｘ２での掘削列Ｃの長さが、掘削列Ｃによって（旋回方向θによって、エリア横方向ＡＹによって）異なる。具体的には、ボーダー１５３よりも手前側Ｘ２での掘削列Ｃの長さが、エリア横方向ＡＹの中央部よりも、エリア横方向ＡＹの外側（ポイント５１ａ、ポイント５１ｂに近い側）で長い。そして、上記のように、ボーダー５３よりも手前側Ｘ２で１回の掘削が終了した場合は、この掘削列Ｃに掘削対象物Ｏが残ることになる。そのため、エリア横方向ＡＹの中央部よりも、エリア横方向ＡＹの外側で、掘削対象物Ｏが多く残ることが想定される。

一方、図７に示す例では、ボーダー１５３は、鉛直方向ＡＺから見たとき、奥側Ｘ１に凸の弧状に設定される。よって、ボーダー１５３よりも手前側Ｘ２での掘削列Ｃの長さが、各掘削列Ｃで（旋回方向θで、エリア横方向ＡＹで）一定または略一定になる。よって、エリア横方向ＡＹ（旋回方向θ）の位置が異なる掘削列Ｃごとの、掘削列Ｃに残る掘削対象物Ｏの量を、一定または略一定にすることができる。よって、掘削対象物Ｏの手前側Ｘ２部分で、万遍なく掘削対象物Ｏを掘削することができる。例えば、掘削エリア５１内の手前側Ｘ２部分で、万遍なく掘削対象物Ｏを掘削することができる。よって、掘削作業の効率を向上させることができる。

（第１の発明の効果）
図１に示すように、掘削システム１は、下部走行体１１（下部本体）と、上部旋回体１３と、アタッチメント１５と、図４に示すボーダー設定部３３と、掘削制御部３５と、を備える。図１に示す上部旋回体１３は、下部走行体１１に旋回可能に搭載されたものである。アタッチメント１５は、上部旋回体１３に取り付けられる。アタッチメント１５は、掘削対象物Ｏを掘削するバケット１５ｃを有する。ボーダー設定部３３（図４参照）は、図２に示すように、上部旋回体１３との間に間隔をあけた位置にボーダー５３を設定する。掘削制御部３５（図４参照）は、上部旋回体１３の前後方向Ｘに延びる掘削列Ｃに沿って、上部旋回体１３に近づく向き（手前側Ｘ２）に、掘削対象物Ｏを自動的に掘削するようにバケット１５ｃを制御する。

［構成１－１］掘削制御部３５（図４参照）は、バケット１５ｃによる１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、上部旋回体１３から見てボーダー５３よりも奥側Ｘ１である場合、掘削列Ｃを変更することなく次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる。

［構成１－２］掘削制御部３５（図４参照）は、バケット１５ｃによる１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、ボーダー５３と同じ位置、または上部旋回体１３から見てボーダー５３よりも手前側Ｘ２である場合、掘削列Ｃを変更して次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる。

上記［構成１－１］により、次の効果が得られる。ある掘削列Ｃにおいてバケット１５ｃによる１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、上部旋回体１３から見てボーダー５３よりも奥側Ｘ１である場合（場合α）を考える。この場合、掘削列Ｃにおける手前側Ｘ２部分に多くの掘削対象物Ｏが残っていることが想定される。そこで、上記［構成１－１］では、バケット１５ｃによる１回の掘削が終了したときの掘削列Ｃ（例えば掘削列Ｃ１）を変更することなく、前回と同じ掘削列Ｃ（例えば掘削列Ｃ１）で、バケット１５ｃに掘削を行わせる。よって、この掘削列Ｃの手前側Ｘ２部分の掘削対象物Ｏを掘削することができる。

上記［構成１－２］により、次の効果が得られる。ある掘削列Ｃにおいてバケット１５ｃによる１回の掘削が終了したときのバケット１５ｃの位置が、ボーダー５３と同じ位置、または上部旋回体１３から見てボーダー５３よりも手前側Ｘ２である場合を考える。この場合、上記の場合αに比べ、この掘削列Ｃ（例えば掘削列Ｃ１）における手前側Ｘ２部分に残っている掘削対象物Ｏが少ない。そのため、この掘削列Ｃ（例えば掘削列Ｃ１）でさらに掘削を行っても、掘削できる掘削対象物Ｏの量は少なく、掘削作業の効率が悪い。そこで、上記［構成１－２］では、掘削制御部３５は、掘削列Ｃを変更して（例えば掘削列Ｃ１から掘削列Ｃ２に変更して）、変更後の掘削列Ｃ（この例では掘削列Ｃ２）で、次回の掘削をバケット１５ｃに行わせる。したがって、上記［構成１－１］および［構成１－２］により、ボーダー５３が設定されない場合に比べ、自動運転における掘削作業の効率を向上させることができる。

（第２の発明の効果）
［構成２］図７に示すように、鉛直方向ＡＺから見たとき、ボーダー１５３は、上部旋回体１３から見て奥側Ｘ１に凸の弧状に設定される。

上記［構成２］により、ボーダー１５３よりも手前側Ｘ２の掘削列Ｃの長さ（掘削ストローク）を、上部旋回体１３の旋回角度（旋回方向θの向き）が変わっても一定または略一定にすることができる。よって、上部旋回体１３の旋回角度が変わっても、ボーダー１５３よりも手前側Ｘ２部分に残る掘削対象物Ｏの量を一定または略一定にすることができる。よって、掘削対象物Ｏの手前側Ｘ２部分で、万遍なく掘削対象物Ｏを掘削することができる。よって掘削作業の効率をより向上させることができる。

（変形例）
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、上記実施形態の各構成要素の配置や形状が変更されてもよい。例えば、図４に示す各構成要素の接続は変更されてもよい。例えば、図５および図６に示すフローチャートのステップの順序が変更されてもよく、ステップの一部が行われなくてもよい。例えば、各種設定値（例えば１サイクル深さＺｃ）、設定範囲（例えば掘削エリア５１）、およびボーダー５３などは、作業中に一定でもよく、手動操作により変えられてもよく、何らかの条件に応じて自動的に変えられてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、互いに異なる複数の部材や部分として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい。例えば、一つの部材や部分として説明したものが、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。具体的には、図４に示すコントローラ３０の構成要素（掘削エリア設定部３１、ボーダー設定部３３、および掘削制御部３５）が、１つのコントローラ３０にまとめて設けられてもよく、別々に設けられてもよい。

１ 掘削システム
１１ 下部走行体（下部本体）
１３ 上部旋回体
１５ アタッチメント
１５ｃ バケット
３３ ボーダー設定部
３５ 掘削制御部
５３、１５３ ボーダー
Ｃ、Ｃ１～Ｃ１２ 掘削列
Ｏ 掘削対象物
Ｘ１ 奥側
Ｘ２ 手前側

Claims (2)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
   前記上部旋回体に取り付けられ、掘削対象物を掘削するバケットを有するアタッチメントと、
   前記上部旋回体との間に間隔をあけた位置にボーダーを設定するボーダー設定部と、
   前記上部旋回体の前後方向に延びる掘削列に沿って、前記上部旋回体に近づく向きに、前記掘削対象物を自動的に掘削するように前記バケットを制御する掘削制御部と、
   を備え、
   前記掘削制御部は、前記バケットによる１回の掘削が終了したときの前記バケットの位置が、前記上部旋回体から見て前記ボーダーよりも奥側である場合、前記掘削列を変更することなく次回の掘削を前記バケットに行わせ、
   前記掘削制御部は、前記バケットによる１回の掘削が終了したときの前記バケットの位置が、前記ボーダーと同じ位置、または前記上部旋回体から見て前記ボーダーよりも手前側である場合、前記掘削列を変更して次回の掘削を前記バケットに行わせる、
   掘削システム。
2. 請求項１に記載の掘削システムであって、
   鉛直方向から見たとき、前記ボーダーは、前記上部旋回体から見て奥側に凸の弧状に設定される、
   掘削システム。

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