JP2023138009A - 作業機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的かつ追従性に優れた作業機械の運搬経路を計画することが可能な作業機械の制御装置を提供する。【解決手段】作業機械の制御装置は、積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰの位置情報（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）と、積込位置ＬＰの作業機械の積込方位θ１と、積降位置ＤＰの作業機械の積降方位θ２とに基づいて、作業機械の最小旋回半径よりも小さい曲率半径の経路を含まない運搬経路ＴＲの複数の経路候補を生成する。また、作業機械の制御装置は、複数の経路候補の各々の経路候補の経路長、曲率、または、切返し位置の数の少なくとも一つに基づいて、各々の経路候補の評価値を算出し、複数の経路候補の中から評価値が最も高い経路候補を運搬経路ＴＲとして選択する。【選択図】図７

Description

本開示は、作業機械の制御装置に関する。

従来から積込運搬車両の作業制御装置が知られている。たとえば、下記特許文献１は、積込場の積込位置にて積荷を積み込んだ後、切返し点を経由して排土場まで戻り、その排土場にて積荷を排出してから、再び上記排土場から上記切返し点を経由して上記積込場まで移動する１サイクルの積込運搬作業を繰り返し行う積込運搬車両の作業制御装置を開示している（同文献第０００８段落、請求項１等）。

上記従来の積込運搬車両の作業制御装置は、入力手段と、演算手段と、制御手段とを備えている。上記入力手段は、上記積込場、上記切返し点および上記排土場それぞれの車両位置、車両姿勢角の教示データを入力する。上記演算手段は、上記入力手段で入力された教示データに基づいて、上記積込場と上記切返し点と上記排土場とを結ぶ予定走行路上の各点の位置を演算する。上記制御手段は、上記演算手段で演算された予定走行路上の各点に沿って上記積込運搬車両が移動し、上記積込運搬作業が行われるように上記積込運搬車両を制御する。

特開平１０－２１２０３５号公報

上記従来の積込運搬車両の作業制御装置は、前述のように、上記入力手段に上記積込場、上記切返し点および上記排土場それぞれの車両位置、車両姿勢角の教示データを入力する必要がある。そのため、上記入力手段に入力した上記教示データの内容によっては、上記積込運搬車両の効率的な経路を計画できない場合がある。たとえば、上記積込運搬車両の最小旋回半径よりも内側や障害物の死角などに車両位置の教示データを設定すると、多数の切返し点を含む非効率な経路が計画されたり、上記積込運搬車両が車両位置や車両姿勢角に追従できなくなったりするおそれがある。

本開示は、効率的かつ追従性に優れた作業機械の運搬経路を計画することが可能な作業機械の制御装置を提供する。

本開示の一態様は、積込位置で積載物を積み込み、前記積込位置から切返し位置まで後退し、前記切返し位置から前進して積降位置で前記積載物を積み降ろす運搬経路を計画する作業機械の制御装置であって、前記積込位置および前記積降位置の位置情報と、前記積込位置の前記作業機械の積込方位と、前記積降位置の前記作業機械の積降方位とに基づいて、前記作業機械の最小旋回半径よりも小さい曲率半径の経路を含まない前記運搬経路の複数の経路候補を生成し、複数の前記経路候補の各々の前記経路候補の経路長、曲率、または、前記切返し位置の数の少なくとも一つに基づいて、各々の前記経路候補の評価値を算出し、複数の前記経路候補の中から前記評価値が最も高い前記経路候補を前記運搬経路として選択することを特徴とする、作業機械の制御装置である。

本開示の上記一態様によれば、効率的かつ追従性に優れた作業機械の運搬経路を計画することが可能な作業機械の制御装置を提供することができる。

本開示に係る作業機械の制御装置の実施形態１を示す作業機械の斜視図。 図１の作業機械の概略的な構成を示すブロック図。 図２の作業機械の制御装置に含まれる自動運転制御装置のブロック図。 図３の自動運転制御装置に記録される地図情報の一例。 図３の自動運転制御装置に入力される作業指示の一例。 図３の自動運転制御装置の経路計画部の処理の流れを示すフロー図。 図６の処理によって生成される運搬経路の一例。 図６の経路候補を生成する処理で生成される経路候補の一例。 図８の経路候補の曲率を示すグラフ。 図６の運搬経路を選択する処理の詳細を示すフロー図。 本開示に係る作業機械の制御装置の実施形態２の積込位置の一例。

以下、図面を参照して本開示に係る作業機械の制御装置の実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本開示に係る作業機械の制御装置の実施形態１を示す作業機械１００の斜視図である。図２は、図１の作業機械１００の概略的な構成を示すブロック図である。

詳細については後述するが、本実施形態の作業機械の制御装置２００は、たとえば、作業機械１００に搭載され、作業機械１００の各部の動作を制御して、作業機械１００に自動運転をさせることができるように構成されている。作業機械１００は、たとえば、ホイールローダである。なお、作業機械１００は、ホイールローダに限定されず、たとえば、リジッドダンプトラックや油圧ショベルなど、積載物を搬送可能な他の作業機械であってもよい。

作業機械１００は、たとえば、車体前部１０１Ｆと、車体後部１０１Ｒと、センタージョイント１０１Ｃと、一対の前輪１０２Ｆと、一対の後輪１０２Ｒと、を備えている。また、作業機械１００は、エンジン１０３と、動力伝達機構１０４と、フロント差動装置１０５Ｆと、リア差動装置１０５Ｒと、前輪用ブレーキ１０６Ｆと、後輪用ブレーキ１０６Ｒと、を備えている。また、作業機械１００は、たとえば、リフトアーム１０７と、バケット１０８と、油圧装置１１０と、を備えている。さらに、作業機械１００は、たとえば、ユーザインタフェース１２１と、測位装置１２２と、作業機械の制御装置２００と、を備えている。

車体前部１０１Ｆと車体後部１０１Ｒは、たとえば、センタージョイント１０１Ｃを介して連結されることで、作業機械１００の高さ方向に平行な回転軸を中心として、互いに回動可能に連結されている。車体前部１０１Ｆと車体後部１０１Ｒには、それぞれ、一対の前輪１０２Ｆと一対の後輪１０２Ｒが設けられている。エンジン１０３は、たとえば、作業機械の制御装置２００によって制御されて回転することで、動力を発生する。

動力伝達機構１０４は、たとえば、エンジン１０３の動力を、フロント差動装置１０５Ｆとリア差動装置１０５Ｒへ伝達する。フロント差動装置１０５Ｆとリア差動装置１０５Ｒは、エンジン１０３から動力伝達機構１０４を介して伝達された動力を、それぞれ、一対の前輪１０２Ｆと一対の後輪１０２Ｒとに伝達する。これにより、一対の前輪１０２Ｆと一対の後輪１０２Ｒを回転させて、作業機械１００を走行させることができる。

リフトアーム１０７は、たとえば、車体前部１０１Ｆから作業機械１００の前方へ延びる左右一対のアーム部と、これら一対のアーム部を長手方向の中央部で連結する連結部とを有している。リフトアーム１０７の長手方向の一端は、作業機械１００の幅方向に平行な回転軸を介して、車体前部１０１Ｆの上部に取り付けられている。これにより、リフトアーム１０７は、車体前部１０１Ｆの上部に取り付けられた回転軸を中心に、上下に回動可能に設けられている。

リフトアーム１０７の長手方向の他端には、作業機械１００の幅方向に平行な回転軸を介して、バケット１０８が取り付けられている。これにより、バケット１０８は、車体前部１０１Ｆに連結されたリフトアーム１０７の長手方向の一端とは反対側の先端部に取り付けられた回転軸を中心に、上下に回動可能に設けられている。

油圧装置１１０は、たとえば、油圧ポンプ１１１と、コントロールバルブ１１２と、一対のステアシリンダ１１３と、一対のリフトシリンダ１１４と、バケットシリンダ１１５とを含む。油圧ポンプ１１１は、たとえば、エンジン１０３によって駆動され、作動油をコントロールバルブ１１２へ圧送して油圧を発生させる。

コントロールバルブ１１２は、たとえば、作業機械の制御装置２００によって制御され、油圧ポンプ１１１から圧送された作動油の油圧を、前輪用ブレーキ１０６Ｆおよび後輪用ブレーキ１０６Ｒへ供給する。これにより、前輪用ブレーキ１０６Ｆおよび後輪用ブレーキ１０６Ｒを作動させ、一対の前輪１０２Ｆおよび一対の後輪１０２Ｒを制動し、作業機械１００を減速または停止させることができる。

また、コントロールバルブ１１２は、たとえば、作業機械の制御装置２００によって制御され、油圧ポンプ１１１から圧送された作動油を、一対のステアシリンダ１１３の一方へ供給する。これにより、一対のステアシリンダ１１３のうち、一方のステアシリンダ１１３が伸長し、他方のステアシリンダ１１３が収縮する。その結果、車体前部１０１Ｆが、センタージョイント１０１Ｃを中心に、車体後部１０１Ｒに対して右または左へ旋回する。

これにより、車体前部１０１Ｆと車体後部１０１Ｒとの間に角度差を生じさせて、作業機械１００を右または左へ旋回させることができる。すなわち、作業機械１００は、アーティキュレート型の操舵機構を備え、作業機械１００の高さ方向に平行な回転軸を中心に車体前部１０１Ｆを車体後部１０１Ｒに対して回転させることで旋回する。

また、コントロールバルブ１１２は、たとえば、作業機械の制御装置２００によって制御され、油圧ポンプ１１１から圧送された作動油を、一対のリフトシリンダ１１４、およびバケットシリンダ１１５へ分配する。これにより、バケットシリンダ１１５を伸長させ、リフトアーム１０７の連結部に取り付けられたベルクランクを介してバケット１０８を上方に回動させることができる。その結果、バケット１０８によって、たとえば、地表の土砂、砕石、鉱物などの積載物をすくい取り、バケット１０８に積載物を積み込むことができる。

さらに、一対のリフトシリンダ１１４を伸長させてリフトアーム１０７を上方へ回動させることで、積載物をすくい取ったバケット１０８を上方へ持ち上げることができる。また、バケットシリンダ１１５を収縮させることで、ベルクランクを介してバケット１０８を下方へ回動させ、バケット１０８に積み込まれた積載物を投下して、バケット１０８から積み降ろすことができる。また、一対のリフトシリンダ１１４を収縮させることで、リフトアーム１０７を下方へ回動させ、バケット１０８を下降させることができる。これにより、再度、バケット１０８に地表の積載物を積み込むことが可能になる。

ユーザインタフェース１２１は、たとえば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）、タブレット端末、またはスマートフォンなどの情報端末であり、無線通信によって作業機械の制御装置２００と情報通信可能に接続される。測位装置１２２は、たとえば、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）の受信機であり、作業機械の制御装置２００に接続され、作業機械の制御装置２００へ作業機械１００の位置情報を出力する。なお、測位装置１２２は、ＧＮＳＳの受信機に限定されず、カメラやレーザレーダを用いて自己位置推定と環境地図作成を同時に行うＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）を採用することも可能である。

作業機械の制御装置２００は、たとえば、一つ以上のマイクロコントローラによって構成することができる。作業機械の制御装置２００は、たとえば、自動運転制御装置２１０と、油圧制御装置２２０と、エンジン制御装置２３０と、走行制御装置２４０とを含む。これら自動運転制御装置２１０、油圧制御装置２２０、エンジン制御装置２３０、および走行制御装置２４０は、すべてを一つの装置で構成してもよく、各々を別の装置として構成してもよく、いくつかの装置をまとめた複数の装置で構成してもよい。

自動運転制御装置２１０は、たとえば、ユーザインタフェース１２１から作業指示や退避指示が入力される。また、自動運転制御装置２１０は、たとえば、測位装置１２２から作業機械１００の位置情報が入力される。また、図示を省略するが、自動運転制御装置２１０は、たとえば、バケットシリンダ１１５のシリンダ内の作動油の圧力を検出する圧力センサから、バケット１０８に積み込まれた積載物の重量に応じた圧力情報が入力される。自動運転制御装置２１０は、入力された情報に基づいて、油圧制御信号、エンジン制御信号、および、走行制御信号を生成し、それぞれ、油圧制御装置２２０、エンジン制御装置２３０、および、走行制御装置２４０へ出力する。

油圧制御装置２２０は、自動運転制御装置２１０から入力された油圧制御信号に基づいて、コントロールバルブ１１２から、前輪用ブレーキ１０６Ｆ、後輪用ブレーキ１０６Ｒ、一対のステアシリンダ１１３、一対のリフトシリンダ１１４、およびバケットシリンダ１１５への作動油の分配を制御する。これにより、前述の前輪用ブレーキ１０６Ｆ、後輪用ブレーキ１０６Ｒ、一対のステアシリンダ１１３、一対のリフトシリンダ１１４、および、バケットシリンダ１１５の動作が制御される。

エンジン制御装置２３０は、自動運転制御装置２１０から入力されたエンジン制御信号に基づいて、エンジン１０３の回転数を制御する。これにより、油圧ポンプ１１１の作動油の吐出量や、動力伝達機構１０４、フロント差動装置１０５Ｆ、およびリア差動装置１０５Ｒを介して一対の前輪１０２Ｆおよび一対の後輪１０２Ｒに伝達される動力が制御される。

走行制御装置２４０は、たとえば、動力伝達機構１０４の変速比および回転方向を制御することで、作業機械１００の一対の前輪１０２Ｆおよび一対の後輪１０２Ｒの回転速度とトルク、および、作業機械１００の前進または後退を切り替える。

図３は、図２の作業機械の制御装置２００に含まれる自動運転制御装置２１０のブロック図である。自動運転制御装置２１０は、たとえば、地図情報記録部２１１と、行動管理部２１２と、経路計画部２１３と、動作生成部２１４と、を備えている。自動運転制御装置２１０は、たとえば、図示を省略する中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、タイマ、および、入出力部を備えた一つ以上のマイクロコントローラやファームウェアなどによって構成されている。図３に示す自動運転制御装置２１０の各部は、たとえば、メモリに記録されたプログラムをＣＰＵによって実行することで実現される自動運転制御装置２１０の各機能を表している。

図４は、図３の自動運転制御装置２１０の地図情報記録部２１１に記録される地図情報ＭＩの一例を示す模式図である。地図情報ＭＩは、たとえば、ＸＹ座標上の複数の座標点である位置情報ｐ０，ｐ１，…と、各々の位置情報ｐ０，ｐ１，…を接続する線分情報を含む。また、各々の位置情報ｐ０，ｐ１，…には、たとえば、作業機械１００に積み込まれる積載物Ｏ１，Ｏ２，…の積込位置、作業機械１００が積載物Ｏ１，Ｏ２，…を積み降ろすダンプトラックＤ１，Ｄ２，…や放土場などの積降位置、または、作業機械１００が回避すべき障害物ＯＢなどの属性情報が付与される。なお、地図情報ＭＩは、たとえば、あらかじめ作業機械の制御装置２００のメモリに記憶された情報でもよく、レーザレーダやＳＬＡＭなどの作業機械１００に搭載された外界センサの検出結果に基づいて生成および更新した情報でもよい。

図３に示すように、行動管理部２１２は、地図情報記録部２１１から地図情報ＭＩが入力され、ユーザインタフェース１２１から作業指示ＷＩが入力され、測位装置１２２から作業機械１００の現在の位置情報ＰＩが入力される。また、行動管理部２１２は、たとえば、経路計画部２１３から運搬経路ＴＲが入力される。行動管理部２１２は、たとえば、入力された作業指示ＷＩに基づいて、経路計画部２１３へ、目標位置である積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰを出力する。

また、行動管理部２１２は、入力された情報に基づいて、作業機械１００の動作モードＯＭを生成して動作生成部２１４へ出力する。作業機械１００の動作モードＯＭは、たとえば、積載物を掘削してバケット１０８に積み込む積込モード、バケット１０８からダンプトラックや放土場などに積載物を積み降ろす積降モードを含む。また、行動管理部２１２は、作業機械１００の動作モードＯＭを、通知情報の一つとしてユーザインタフェース１２１へ送信してもよい。

図５は、図３の自動運転制御装置２１０の行動管理部２１２に入力される作業指示ＷＩの一例を示す表である。作業指示ＷＩは、たとえば、バケット１０８に積み込む積載物の種別Ｏ１，Ｏ２，…、それぞれの積載物Ｏ１，Ｏ２，…の目標積込量Ｗ１，Ｗ２，…、掘削位置である積込位置ＬＰ、および、ダンプトラックＤ１，Ｄ２または放土場への積降位置ＤＰを含む。

図４および図５に示す例において、積載物Ｏ１は、掘削位置である積込位置ＬＰの位置情報がｐ８であり、ダンプトラックＤ１への積載位置である積降位置ＤＰの位置情報がｐ６であり、目標積込量Ｗ１を超えた余剰の積載物Ｏ１の放土位置である積降位置ＤＰの位置情報が積込位置ＬＰと同じｐ８である。また、積載物Ｏ２は、掘削位置である積込位置ＬＰの位置情報がｐ１であり、ダンプトラックＤ２への積載位置である積降位置ＤＰの位置情報がｐ２であり、目標積込量Ｗ２を超えた余剰の積載物Ｏ２の放土位置である積降位置ＤＰの位置情報が積込位置ＬＰと同じｐ１である。

経路計画部２１３は、行動管理部２１２から目標位置としての積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰが入力され、測位装置１２２から作業機械１００の位置情報ＰＩが入力され、地図情報記録部２１１から地図情報ＭＩが入力される。経路計画部２１３は、入力された情報に基づいて、後述する運搬経路ＴＲを生成して、行動管理部２１２および動作生成部２１４へ出力する。

動作生成部２１４は、行動管理部２１２から動作モードＯＭが入力され、経路計画部２１３から運搬経路ＴＲが入力され、測位装置１２２から作業機械１００の位置情報ＰＩが入力される。動作生成部２１４は、たとえば、作業機械１００が運搬経路ＴＲに沿って走行するための走行動作を生成する。また、動作生成部２１４は、たとえば、作業機械１００の動作モードＯＭに応じて積載物Ｏ１，Ｏ２…の積込動作および積降動作を生成する。動作生成部２１４は、たとえば、生成した走行動作、積込動作、および積降動作に対応する油圧制御信号ＨＰＳおよび走行制御信号ＴＣＳを生成し、それぞれ、油圧制御装置２２０および走行制御装置２４０へ出力する。

また。動作生成部２１４は、たとえば、走行動作、積込動作、および積降動作から必要なエンジン１０３の回転数を算出する。動作生成部２１４は、たとえば、エンジン１０３の回転数を含むエンジン制御信号ＥＣＳをエンジン制御装置２３０へ出力する。動作生成部２１４が生成する走行制御信号ＴＣＳは、たとえば、作業機械１００の手動操作と同様に、アクセルおよびブレーキのペダル操作量、ステアリング操作装置の操作量、ならびに前後進スイッチの切替信号としてもよい。また、動作生成部２１４が生成する油圧制御信号ＨＰＳは、たとえば、リフトアーム１０７およびバケット１０８の操作レバーの操作量としてもよい。

図６は、図３の自動運転制御装置２１０の経路計画部２１３の処理の流れを示すフロー図である。図７は、作業機械の制御装置２００が図６に示す処理フローＰＦによって計画する運搬経路ＴＲの一例を示す図である。ここで、運搬経路ＴＲとは、積込位置ＬＰで積載物Ｏ１を積み込み、積込位置ＬＰから切返し位置ＣＰまで後退し、切返し位置ＣＰから前進して積降位置ＤＰで積載物Ｏ１を積み降ろす、作業機械１００の経路である。

経路計画部２１３は、たとえば、図６に示す処理フローＰＦを開始すると、まず、情報を取得する処理Ｐ１を実行する。この処理Ｐ１において、経路計画部２１３は、たとえば、行動管理部２１２から、目標位置としての積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰを取得し、地図情報記録部２１１から地図情報ＭＩを取得する。

次に、経路計画部２１３は、たとえば、取得した積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰに基づいて、目標を設定する処理Ｐ２を実行する。この処理Ｐ２において、経路計画部２１３は、たとえば、図７に示すように、積込位置ＬＰの座標ｘ１，ｙ１と積込方位θ１とを目標に設定するとともに、積降位置ＤＰの座標ｘ２，ｙ２と積降方位θ２とを目標に設定する。ここで、積込位置ＬＰにおける積込方位θ１と、積降位置ＤＰにおける積降方位θ２は、たとえば、積込位置ＬＰと積降位置ＤＰに対してあらかじめ設定され、作業機械の制御装置２００のメモリに記録されている。

なお、積込方位θ１および積降方位θ２は、たとえば、積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰにおける作業機械１００の方位角である。作業機械１００の方位角とは、たとえば、作業機械１００の車体前部１０１Ｆと車体後部１０１Ｒとが前後方向に一直線に並んだ状態で、作業機械１００の前方を向く方向がＸ軸に対してなす角度である。すなわち、図７に示す例において、作業機械１００は、積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰにおいて、車体前部１０１Ｆと車体後部１０１Ｒとの間に角度を有しない状態で、それぞれ、矢印Ａ１および矢印Ａ２の方向を向くように規定されている。

次に、経路計画部２１３は、切返し位置の候補を設定する処理Ｐ３を実行する。ここで、切返し位置とは、作業機械１００が積込位置ＬＰまたは積降位置ＤＰから後進した後に停止して方向転換する位置であり、切返し位置における作業機械１００の方位角である切返し方位を含む。積込位置ＬＰから積降位置ＤＰへの移動には少なくとも一つの切返し位置が必要になる。経路計画部２１３は、たとえば、前の処理Ｐ２で設定された積込位置ＬＰおよび積込方位θ１、ならびに、積降位置ＤＰおよび積降方位θ２に基づいて、一つ以上の切返し位置の候補を設定する。

図７に示す例では、切返し位置の候補として、たとえば、第１の切返し位置ＣＰと、第２の切返し位置ＣＰ’と、第３の切返し位置ＣＰ”とが設定されている。第１の切返し位置ＣＰおよび第２の切返し位置ＣＰ’は、たとえば、積込位置ＬＰを通り積込方位θ１に平行な第１直線Ｌ１と、積降位置ＤＰを通り積降方位θ２に平行な第２直線Ｌ２との夾角の二等分線Ｌ３上に設定されている。第３の切返し位置ＣＰ”は、たとえば、第２直線Ｌ２上に設定されている。

次に、経路計画部２１３は、前回の処理フローＰＦで計画した運搬経路ＴＲを破棄する処理Ｐ４を実行し、その後、新たに運搬経路ＴＲの経路候補を生成する処理Ｐ５を実行する。この処理Ｐ５において、経路計画部２１３は、たとえば、前の処理Ｐ２，Ｐ３で設定した積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰと、切返し位置ＣＰ，ＣＰ’，ＣＰ”の一つとを選択して、経路候補を計画する。ここで、経路計画部２１３は、たとえば、作業機械１００の最小旋回半径よりも小さい曲率半径の経路を含まない運搬経路ＴＲの経路候補を生成する。

図８は、図６の経路候補を生成する処理Ｐ５で生成される経路候補ＣＲの一例を示す図である。図９は、図８の経路候補ＣＲの曲率を示すグラフである。経路計画部２１３は、たとえば、積込位置ＬＰに対応する点Ａからまっすぐに後退して点Ｂに至る経路Ｒａｂと、点Ｂから曲率を正方向に一定の変化率で増加させながら点Ｃに至る経路Ｒｂａと、点Ｃから曲率を正方向に一定の変化率で減少させながら切返し位置ＣＰに対応する点Ｄに至る経路Ｒｃｄを生成する。

さらに、経路計画部２１３は、たとえば、点Ｄから曲率を負方向に一定の変化率で増加させながら点Ｅに至る経路Ｒｄｅと、点Ｅから曲率を負方向に一定の変化率で減少させながら点Ｆに至る経路Ｒｅｆと、点Ｆからまっすぐに前進して積降位置ＤＰに対応する点Ｇに至る経路Ｒｆｇとを生成する。すなわち、本実施形態において、作業機械の制御装置２００の経路計画部２１３が生成する各々の経路候補ＣＲの曲線部分は、たとえば、クロソイド曲線である。なお、経路計画部２１３は、たとえば、点Ｇから後退して点Ｄに至り、点Ｄから前進して点Ａに至る逆方向の経路候補を同時に生成してもよい。

次に、経路計画部２１３は、経路候補の生成可否を判定する処理Ｐ６を実行する。処理Ｐ６において、経路計画部２１３は、前の処理Ｐ５で経路候補が生成できた場合に、経路候補の生成可（Ｙｅｓ）を判定し、生成した経路候補を保存する処理Ｐ７を実行して次の処理Ｐ８を実行する。一方、処理Ｐ６において、経路計画部２１３は、前の処理Ｐ５で経路候補が生成できなかった場合に、経路候補の生成不可（Ｎｏ）を判定し、経路候補を保存する処理Ｐ７を実行することなく、次の処理Ｐ８を実行する。

処理Ｐ８において、経路計画部２１３は、未選択の切返し位置ＣＰ，ＣＰ’，ＣＰ”の有無を判定する。この処理Ｐ８において、経路計画部２１３は、未選択の切返し位置ＣＰ，ＣＰ’，ＣＰ”があること（Ｙｅｓ）を判定すると、未選択の切返し位置ＣＰ，ＣＰ’，ＣＰ”の一つを選択する処理Ｐ９を実行して、再度、経路候補を生成する処理Ｐ５から処理Ｐ８までを繰り返す。

これにより、経路計画部２１３は、作業機械１００の最小旋回半径よりも小さい曲率半径の経路を含まない運搬経路ＴＲの複数の経路候補を生成する。一方、処理Ｐ８において、経路計画部２１３は、未選択の切返し位置ＣＰ，ＣＰ’，ＣＰ”がないこと（Ｎｏ）を判定すると、作業機械の制御装置２００のメモリに保存された経路候補の有無を判定する処理Ｐ１０を実行する。

処理Ｐ１０において、経路計画部２１３は、メモリに記録された経路候補がないこと（Ｎｏ）を判定すると、経路候補が生成できなかったことを行動管理部２１２および動作生成部２１４へ通知する処理Ｐ１１を実行して、図６に示す処理フローＰＦを終了する。この場合、動作生成部２１４は、たとえば、ユーザインタフェース１２１を介して、経路候補が生成できなかったことを、ユーザへ通知する。

一方、処理Ｐ１０において、経路計画部２１３は、メモリに記録された経路候補があること（Ｙｅｓ）を判定すると、複数の経路候補から運搬経路ＴＲを選択する処理Ｐ１２を実行する。この処理Ｐ１２において、経路計画部２１３は、複数の経路候補の各々の経路候補の経路長、曲率、または、切返し位置の数の少なくとも一つに基づいて、各々の経路候補の評価値を算出し、複数の経路候補の中から評価値が最も高い経路候補を運搬経路ＴＲとして選択する。

図１０は、図６の運搬経路ＴＲを選択する処理Ｐ１２の詳細を示すフロー図である。経路計画部２１３は、図１０に示す処理Ｐ１２を開始すると、まず、複数の経路候補の中から一つの経路候補を選択する処理Ｐ１２１を実行する。次に、経路計画部２１３は、たとえば、選択した経路候補について、経路長を算出する処理Ｐ１２２と、最大曲率を算出する処理Ｐ１２３と、切返し位置の数を算出する処理Ｐ１２４を実行する。

次に、経路計画部２１３は、選択した経路候補の経路長、曲率、または、切返し位置の数の少なくとも一つに基づいて、各々の経路候補の評価値を算出する処理Ｐ１２５を実行する。具体的には、評価値の指標として経路候補の経路長を用いる場合、経路長が短いほど評価値が高くなるように、評価値の演算式を設定する。また、評価値の指標として曲率を用いる場合、最大曲率が小さいほど評価値が高くなるように、評価値の演算式を設定する。また、評価値の指標として切返し位置の数を用いる場合、切返し位置の数が少ないほど評価値が高くなるように、評価値の演算式を設定する。

上記の観点から、経路候補の評価値ＥＶの演算式は、α、β、γを係数、経路候補の経路長をＬｒ、経路候補の最大曲率をＣｍａｘ、経路候補の切返し位置の数をＮｃとして、たとえば、以下の式（１）のように設定することができる。なお、経路候補の評価値ＥＶは、たとえば、経路候補の勾配が小さいほど高くするなど、他の指標を用いて算出してもよい。

ＥＶ＝α（１／Ｌｒ）＋β（１／Ｃｍａｘ）＋γ（１／Ｎｃ）・・・（１）

次に、経路計画部２１３は、未選択の経路候補の有無を判定する処理Ｐ１２６を実行する。この処理１２６において、経路計画部２１３は、メモリに記録された複数の経路候補に未選択の経路候補が存在する（Ｙｅｓ）と判定すると、前述の処理Ｐ１２１で未選択の経路候補を選択して、処理Ｐ１２２から処理Ｐ１２５までを繰り返す。一方、処理１２６において、経路計画部２１３は、メモリに記録された複数の経路候補に未選択の経路候補が存在しない（Ｎｏ）と判定すると、運搬経路ＴＲを選択する処理Ｐ１２７を実行する。

処理Ｐ１２７において、経路計画部２１３は、複数の経路候補の中から評価値が最も高い経路候補を運搬経路ＴＲとして選択し、図１０に示す処理Ｐ１２を終了する。その後、経路計画部２１３は、図６に示すように、選択した運搬経路ＴＲを行動管理部２１２および動作生成部２１４へ通知する処理Ｐ１３を実行し、図６に示す処理フローＰＦを終了する。

以下、本実施形態の作業機械の制御装置２００の作用を説明する。

本実施形態の作業機械の制御装置２００は、たとえば図４および図７に示すように、積込位置ＬＰで積載物Ｏ１を積み込み、積込位置ＬＰから切返し位置ＣＰまで後退し、切返し位置ＣＰから前進して積降位置ＤＰで積載物Ｏ１を積み降ろす運搬経路ＴＲを計画する。作業機械の制御装置２００は、前述のように、積込位置ＬＰおよび積降位置ＤＰの位置情報ｐ８（ｘ１，ｙ１），ｐ６（ｘ２，ｙ２）と、積込位置ＬＰの作業機械１００の積込方位θ１と、積降位置ＤＰの作業機械１００の積降方位θ２とに基づいて、作業機械１００の最小旋回半径よりも小さい曲率半径の経路を含まない運搬経路ＴＲの複数の経路候補を生成する。また、作業機械の制御装置２００は、複数の経路候補の各々の経路候補の経路長、曲率、または、切返し位置の数の少なくとも一つに基づいて、各々の経路候補の評価値を算出し、複数の経路候補の中から評価値が最も高い経路候補を運搬経路ＴＲとして選択する。

このような構成により、本実施形態の作業機械の制御装置２００によれば、効率的かつ追従性に優れた作業機械１００の運搬経路ＴＲを計画することができる。より具体的には、本実施形態の作業機械の制御装置２００は、切返し位置の教示データを入力する必要がなく、障害物や現場の状況に応じた適切な切返し位置を含む効率の良い運搬経路ＴＲを自動的に計画することができる。より詳細には、たとえば、経路長がより短く、曲率がより小さく、切返し位置の数がより少ない候補経路の評価値をより高くすることで、作業機械１００の消費エネルギーを低減し、路面や作業機械１００への負荷を抑制可能な運搬経路ＴＲを計画することができる。

また、本実施形態の作業機械の制御装置２００は、複数の経路候補の生成時に、たとえば、図７に示すように、積込位置ＬＰを通り積込方位θ１に平行な第１直線Ｌ１と、積降位置ＤＰを通り積降方位θ２に平行な第２直線Ｌ２との夾角の二等分線Ｌ３上に各々の経路候補の切返し位置ＣＰ，ＣＰ’を設定する。このような構成により、本実施形態の作業機械の制御装置２００は、切返し位置ＣＰ，ＣＰ’の前後の経路候補の曲線部を同一の形状または同一の曲率にすることができ、経路候補の経路長を短縮して、最大曲率を低減することができる。

また、本実施形態の作業機械の制御装置２００は、たとえば、図８および図９に示すように、生成する各々の経路候補ＣＲの曲線部分である経路Ｒｂｃ，Ｒｃｄ，Ｒｄｅ，Ｒｅｆが、クロソイド曲線である。このように、経路候補ＣＲの曲線部分をクロソイド曲線とすることで、直線区間である経路Ｒａｂ，Ｒｆｇと曲線区間である経路Ｒｂｃ，Ｒｅｆとが切り換わる地点においても、曲率が不連続となることがない。したがって、複数の経路候補の中から選択された運搬経路ＴＲを、作業機械１００が確実に追従することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、効率的かつ追従性に優れた作業機械１００の運搬経路ＴＲを計画することが可能な作業機械の制御装置２００を提供することができる。

［実施形態２］
以下、前述の実施形態の図１から図３、図５から図１０を援用し、図１１を参照して本開示に係る作業機械の制御装置の実施形態２を説明する。図１１は、本開示に係る作業機械の制御装置の実施形態２の積込位置ＬＰの一例を示す図である。

本実施形態の作業機械の制御装置２００は、複数の経路候補の生成時に、積込位置ＬＰが複数の位置情報ｐ１１，ｐ１２，ｐ１３，…，ｐ１ｎを含み、積込方位θ１が積込位置ＬＰの複数の位置情報ｐ１１，ｐ１２，ｐ１３，…，ｐ１ｎの各々に対する積込方位θ１１，θ１２，θ１３，…，θ１ｎを含む。すなわち、本実施形態の積込位置ＬＰは、地図情報ＭＩにおいて、たとえば、ストックパイルなどの積載物が存在する掘削範囲または積込範囲として規定されている。

本実施形態の作業機械の制御装置２００は、たとえば、図６に示す処理Ｐ１において、積込位置ＬＰが複数の位置情報ｐ１１，ｐ１２，ｐ１３，…，ｐ１ｎと、積込方位θ１１，θ１２，θ１３，…，θ１ｎとを取得する。さらに、図６に示す処理Ｐ２において、作業機械の制御装置２００は、各々の位置情報ｐ１１，ｐ１２，ｐ１３，…，ｐ１ｎと、積込方位θ１１，θ１２，θ１３，…，θ１ｎを目標に設定する。さらに、この処理Ｐ２において、作業機械の制御装置２００は、設定した各々の目標に対し、切返し位置の候補を設定する。

したがって、本実施形態の作業機械の制御装置２００は、前述の処理Ｐ１２において、上記各々の位置情報ｐ１１，ｐ１２，ｐ１３，…，ｐ１ｎと、積込方位θ１１，θ１２，θ１３，…，θ１ｎを含む複数の経路候補の評価値も算出される。その結果、たとえば、最も評価値が高い経路候補として、経路長が最も短い運搬経路ＴＲを選択することができる。したがって、本実施形態によれば、効率的かつ追従性に優れた作業機械１００の運搬経路ＴＲを計画することが可能な作業機械の制御装置２００を提供することができる。

以上、図面を用いて本開示に係る作業機械の制御装置２００の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１００ 作業機械
２００ 作業機械の制御装置
Ｃｍａｘ 最大曲率（曲率）
ＣＰ 切返し位置
ＣＲ 経路候補
ＤＰ 積降位置
ＥＶ 評価値
Ｌ１ 第１直線
Ｌ２ 第２直線
Ｌ３ 夾角の二等分線
ＬＰ 積込位置
Ｌｒ 経路長
Ｎｃ 切返し位置の数
Ｏ１ 積載物
Ｏ２ 積載物
ｐ１ 積込位置の位置情報
ｐ１１－ｐ１ｎ 積込位置の位置情報
ｐ２ 積降位置の位置情報
ｐ６ 積降位置の位置情報
ｐ８ 積込位置の位置情報
Ｒｂｃ 経路（経路候補の曲線部分）
Ｒｃｄ 経路（経路候補の曲線部分）
Ｒｄｅ 経路（経路候補の曲線部分）
Ｒｅｆ 経路（経路候補の曲線部分）
ＴＲ 運搬経路
θ１ 積込方位
θ１１－θ１ｎ 積込方位
θ２ 積降方位

Claims (4)

1. 積込位置で積載物を積み込み、前記積込位置から切返し位置まで後退し、前記切返し位置から前進して積降位置で前記積載物を積み降ろす作業機械の運搬経路を計画する作業機械の制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記作業機械による前記積込位置および前記積降位置の位置情報と、前記積込位置での前記作業機械の積込方位と、前記積降位置での前記作業機械の積降方位とに基づいて、前記作業機械の最小旋回半径よりも小さい曲率半径の経路を含まない前記運搬経路の複数の経路候補を生成し、
   複数の前記経路候補の各々の前記経路候補の経路長、曲率、または、前記切返し位置の数の少なくとも一つに基づいて、各々の前記経路候補の評価値を算出し、
   複数の前記経路候補の中から前記評価値が最も高い前記経路候補を前記運搬経路として選択することを特徴とする、作業機械の制御装置。
2. 複数の前記経路候補の生成時に、前記積込位置を通り前記積込方位に平行な第１直線と、前記積降位置を通り前記積降方位に平行な第２直線との夾角の二等分線上に各々の前記経路候補の前記切返し位置を設定することを特徴とする請求項１に記載の作業機械の制御装置。
3. 複数の前記経路候補の生成時に、前記積込位置が複数の位置情報を含み、前記積込方位が前記積込位置の複数の前記位置情報の各々に対する前記積込方位を含むことを特徴とする請求項１に記載の作業機械の制御装置。
4. 各々の前記経路候補の曲線部分は、クロソイド曲線であることを特徴とする請求項１に記載の作業機械の制御装置。

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