JP2024018569A - 積込機械の制御装置、積込機械の制御方法および制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】積込機械の自動制御において作業具が目標位置に到達する時間を短縮する。【解決手段】移動制御部は、自動制御において、以下の処理を行う。移動制御部は、旋回体のうち作業機が取り付けられた部分が目標位置を向くまで旋回体を旋回させる操作信号を出力する。移動制御部は、作業具が積込対象の上方に位置するときに、複数のリンク部品の１つである第一リンク部品を上方に駆動させる操作信号を出力する。移動制御部は、作業具が積込対象の上方に位置するときに、複数のリンク部品の１つである第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力する。移動制御部は、作業具が積込対象の上方に位置しないときに、第一リンク部品および第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力する。【選択図】図７

Description

本開示は、積込機械の制御装置、積込機械の制御方法および制御システムに関する。

特許文献１には、積込機械の半自動制御に関する技術が開示されている。特許文献１に係る半自動制御は、ダンプトラックなどの積込対象に対する積込完了後に、オペレータから掘削指示を受け付け、制御装置が積込機械の旋回及び作業機の駆動を制御することで、自動掘削を行う制御である。

特開２０２０－０４１３５２号公報

ところで、特許文献１によれば、作業機が積込対象と接触しないように、作業機と積込対象とが上方からの平面視において重ならない角度まで旋回体が旋回した後に、作業機を下方に移動させる。そのため、作業機の移動開始タイミングが遅く、作業具を掘削位置などの目標位置へ移動させるまでに時間がかかる。一方で、作業効率を高めるために、できるだけ早く作業具を目標位置に移動させたいという要望がある。

本開示の目的は、積込機械の自動制御において作業具が目標位置に到達する時間を短縮することができる積込機械の制御装置、積込機械の制御方法および制御システムを提供することにある。

本開示の一態様は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を含む複数のリンク部品で構成され前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置である。積込機械の制御装置は、前記作業具を、積込対象の上方から、前記積込対象から離れかつ前記積込対象より低い目標位置まで自動的に移動させる自動制御を行う移動制御部を備え、前記移動制御部は、前記自動制御において、前記旋回体のうち前記作業機が取り付けられた部分が前記目標位置を向くまで前記旋回体を旋回させる操作信号を出力し、前記旋回体が旋回し、かつ前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第一リンク部品を上方に駆動させる操作信号を出力し、前記旋回体が旋回し、かつ前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力し、前記旋回体が旋回し、かつ前記作業具が前記積込対象の上方に位置しないときに、前記第一リンク部品および前記第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力する。

上記態様によれば、積込機械の自動制御において作業具が目標位置に到達する時間を短縮することができる。

第一実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。 第一実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。 第一実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第一実施形態に係る第一旋回における積込機械の動きの例を示す図である。 第一実施形態に係る第二旋回における積込機械の動きの例を示す図である。 第二旋回における作業機の姿勢の変化の例を示す図である。 第一実施形態に係る第二旋回の時間短縮効果を表す図である。 第一実施形態に係る制御装置の動作の一部を示すフローチャートである。 第一実施形態に係る制御装置の旋回制御を示すフローチャート（パート１）である。 第一実施形態に係る制御装置の旋回制御を示すフローチャート（パート２）である。 第二実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。 第二実施形態に係る第二旋回の時間短縮効果を表す図である。

〈第一実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。

《積込機械１００の構成》
図１は、第一実施形態に係る積込機械１００の構成を示す概略図である。
積込機械１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を掘削し、ダンプトラックなどの積込対象Ｔに積み込む。積込機械１００の例としては、フェイスショベル、バックホウショベル、ロープショベルなどが挙げられる。また積込機械１００は電動駆動するものであってもよいし、油圧駆動するものであってもよい。第一実施形態に係る積込機械１００は、フェイスショベルである。積込機械１００は、走行体１１０、旋回体１２０、作業機１３０及び運転室１４０を備える。

走行体１１０は、積込機械１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、左右に設けられた２つの無限軌道１１１と、各無限軌道１１１を駆動するための２つの走行モータ１１２を備える。走行体１１０は、支持部の一例である。
旋回体１２０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１３０は、油圧により駆動する。作業機１３０は、旋回体１２０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。運転室１４０は、オペレータが搭乗し、積込機械１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、旋回体１２０の左前部に設けられる。
ここで、旋回体１２０のうち作業機１３０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１２０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。

《旋回体１２０の構成》
旋回体１２０には、エンジン１２１、油圧ポンプ１２２、コントロールバルブ１２３、旋回モータ１２４を備える。
エンジン１２１は、油圧ポンプ１２２を駆動する原動機である。エンジン１２１は、動力源の一例である。
油圧ポンプ１２２は、エンジン１２１により駆動される可変容量ポンプである。油圧ポンプ１２２は、コントロールバルブ１２３を介して各アクチュエータ（ブームシリンダ１３１Ｃ、スティックシリンダ１３２Ｃ、バケットシリンダ１３３Ｃ、クラムシリンダ１３３２Ｃ、走行モータ１１２、及び旋回モータ１２４）に作動油を供給する。
コントロールバルブ１２３は、油圧ポンプ１２２から供給される作動油の流量を制御する。
旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３を介して油圧ポンプ１２２から供給される作動油によって駆動し、旋回体１２０を旋回させる。

《作業機１３０の構成》
作業機１３０は、ブーム１３１、スティック１３２、作業具としてのクラムバケット１３３、ブームシリンダ１３１Ｃ、スティックシリンダ１３２Ｃ、及びバケットシリンダ１３３Ｃを備える。作業具の一例として、バケット、チルトバケット、チルトローテートバケットなどが挙げられる。

ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にブームピンを介して回転可能に取り付けられる。なお、図１に示す積込機械１００においては、ブーム１３１が旋回体１２０の正面中央部分に設けられるが、これに限られず、ブーム１３１は左右方向にオフセットして取り付けられたものであってもよい。この場合、旋回体１２０の旋回中心は作業機１３０の動作平面上に位置しない。
スティック１３２は、ブーム１３１とクラムバケット１３３とを連結する。スティック１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にスティックピンを介して回転可能に取り付けられる。
クラムバケット１３３は、スティック１３２の先端部にピンを介して回転可能に取り付けられるバックオール１３３１と、土砂などを掘削するための刃を有するクラムシェル１３３２と、バックオール１３３１とクラムシェル１３３２とを開閉するためのクラムシリンダ１３３２Ｃを有する。バックオール１３３１とクラムシェル１３３２とはピンを介して開閉可能に連結される。バックオール１３３１とクラムシェル１３３２とが閉じているとき、バックオール１３３１及びクラムシェル１３３２は、掘削した土砂を収容するための容器として機能する。他方、バックオール１３３１とクラムシェル１３３２とが開くことで、収容した土砂を排土することができる。クラムシリンダ１３３２Ｃの基端部は、バックオール１３３１に取り付けられる。クラムシリンダ１３３２Ｃの先端部は、クラムシェル１３３２に取り付けられる。クラムバケット１３３は、開口が旋回体１２０の前方を向くように取り付けられる。すなわち、掘削時に、クラムバケット１３３の開口と旋回体１２０とはほぼ同じ方向を向く。
ブーム１３１、スティック１３２およびクラムバケット１３３は、リンク部品の一例である。

ブームシリンダ１３１Ｃは、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３１Ｃの基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３１Ｃの先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
スティックシリンダ１３２Ｃは、スティック１３２を駆動するための油圧シリンダである。スティックシリンダ１３２Ｃの基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。スティックシリンダ１３２Ｃの先端部は、スティック１３２に取り付けられる。
バケットシリンダ１３３Ｃは、クラムバケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３３Ｃの基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。バケットシリンダ１３３Ｃの先端部は、バックオール１３３１に接続されるリンク部品に取り付けられる。

《運転室１４０の構成》
図２は、第一実施形態に係る運転室１４０の内部の構成を示す図である。
運転室１４０内には、運転席１４１、操作端末１４２及び操作装置１４３が設けられる。操作端末１４２は、運転席１４１の近傍に設けられ、後述する制御装置１６０とのユーザインタフェースである。操作端末１４２は、例えばタッチパネルで構成された表示装置であり、オペレータが操作する操作部と、操作を受け付ける入力受付部があってもよい。また、表示装置には、エンジン水温計、燃料計の計測データなどが表示されている。また、操作端末１４２は、ＬＣＤなどの表示部を備えるものであってよい。前記タッチパネルは表示部の一例である。

操作装置１４３は、オペレータの手動操作によって走行体１１０、旋回体１２０及び作業機１３０を駆動させるための装置である。操作装置１４３は、左操作レバー１４３ＬＯ、右操作レバー１４３ＲＯ、左フットペダル１４３ＬＦ、右フットペダル１４３ＲＦ、左走行レバー１４３ＬＴ、右走行レバー１４３ＲＴ、クラムオープンペダル１４３ＣＯ、クラムクローズペダル１４３ＣＣ、旋回ブレーキペダル１４３ＴＢ、開始スイッチ１４３ＳＷを備える。

左操作レバー１４３ＬＯは、運転席１４１の左側に設けられる。右操作レバー１４３ＲＯは、運転席１４１の右側に設けられる。

左操作レバー１４３ＬＯは、旋回体１２０の旋回転作、及び、スティック１３２の掘削／ダンプ動作を行うための操作機構である。具体的には、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを前方に倒すと、スティック１３２がダンプ動作する。また、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを後方に倒すと、スティック１３２が掘削動作する。また、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを右方向に倒すと、旋回体１２０が右旋回する。また、積込機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを左方向に倒すと、旋回体１２０が左旋回する。なお、他の実施形態においては、左操作レバー１４３ＬＯを前後方向に倒した場合に旋回体１２０が右旋回又は左旋回し、左操作レバー１４３ＬＯが左右方向に倒した場合にスティック１３２が掘削動作又はダンプ動作してもよい。

右操作レバー１４３ＲＯは、クラムバケット１３３の掘削／ダンプ動作、及び、ブーム１３１の上げ／下げ動作を行うための操作機構である。具体的には、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを前方に倒すと、ブーム１３１の下げ動作が実行される。また、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを後方に倒すと、ブーム１３１の上げ動作が実行される。また、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを右方向に倒すと、クラムバケット１３３のダンプ動作が行われる。また、積込機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを左方向に倒すと、クラムバケット１３３の掘削動作が行われる。なお、他の実施形態においては、右操作レバー１４３ＲＯを前後方向に倒した場合に、クラムバケット１３３がダンプ動作又は掘削動作し、右操作レバー１４３ＲＯを左右方向に倒した場合にブーム１３１が上げ動作又は下げ動作してもよい。

左フットペダル１４３ＬＦは、運転席１４１の前方の床面の左側に配置される。右フットペダル１４３ＲＦは、運転席１４１の前方の床面の右側に配置される。左走行レバー１４３ＬＴは、左フットペダル１４３ＬＦに軸支され、左走行レバー１４３ＬＴの傾斜と左フットペダル１４３ＬＦの押し下げが連動するように構成される。右走行レバー１４３ＲＴは、右フットペダル１４３ＲＦに軸支され、右走行レバー１４３ＲＴの傾斜と右フットペダル１４３ＲＦの押し下げが連動するように構成される。

左フットペダル１４３ＬＦ及び左走行レバー１４３ＬＴは、走行体１１０の左側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、積込機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを前方に倒すと、左側履帯は前進方向に回転する。また、積込機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを後方に倒すと、左側履帯は後進方向に回転する。

右フットペダル１４３ＲＦ及び右走行レバー１４３ＲＴは、走行体１１０の右側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、積込機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを前方に倒すと、右側履帯は前進方向に回転する。また、積込機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを後方に倒すと、右側履帯は後進方向に回転する。

クラムオープンペダル１４３ＣＯ及びクラムクローズペダル１４３ＣＣは、左フットペダル１４３ＬＦの左側に配置される。クラムオープンペダル１４３ＣＯはクラムクローズペダル１４３ＣＣの右隣に配置される。クラムオープンペダル１４３ＣＯが押し下げられると、クラムバケット１３３が押し下げ量に応じた速度で開く。クラムクローズペダル１４３ＣＣが押し下げられると、クラムバケット１３３が押し下げ量に応じた速度で閉じる。

旋回ブレーキペダル１４３ＴＢは、右フットペダル１４３ＲＦの右側に配置される。旋回ブレーキペダル１４３ＴＢが押し下げられると、コントロールバルブ１２３と旋回モータ１２４とを結ぶ油圧回路のリリーフ圧を増大させる。具体的には、旋回ブレーキペダル１４３ＴＢが押し下げられたときに、コントロールバルブ１２３と旋回モータ１２４とを結ぶ油圧回路に設けられた可変リリーフバルブのソレノイドを励磁することで、可変リリーフバルブのリリーフ圧を増大させる。これにより、旋回に係るブレーキ力を増加させることができる。

開始スイッチ１４３ＳＷは、例えば左操作レバー１４３ＬＯのハンドル部分に設けられる。なお、開始スイッチ１４３ＳＷは、運転席１４１に着座したオペレータの近傍に位置するように配置されればよい。開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０に自動制御指示信号が出力される。制御装置１６０は、自動制御指示信号の入力を受け付けると、自動制御を開始する。

自動制御は、所定の動作を実現するために積込機械１００が自律的に作業機１３０および旋回体１２０の駆動を制御することである。第１の実施形態における自動制御は、掘削した土砂を積み込むためにブーム１３１を上げながら旋回体１２０が積込対象Ｔを向くまで旋回し、積込対象Ｔの上方でクラムバケット１３３を開き、その後、次の掘削のためにブーム１３１を下げながら所定の方位まで旋回する一連の動作を、積込機械１００が自律的に行う制御である。なお、他の実施形態に係る自動制御は、掘削した土砂を積み込む動作を行わないものであってもよい。例えば、他の実施形態に係る自動制御は、積込対象Ｔの上方に位置するクラムバケット１３３を、次の掘削のために所定の位置まで下ろす動作を自律的に行う制御であってもよい。この場合、掘削した土砂を積み込む動作はオペレータの手動操作で行ってよい。以下、開始スイッチ１４３ＳＷが押下されたときに旋回体１２０が向く方位（初期方位）から積込対象Ｔを向く方位までの旋回を「第一旋回」とよび、積込対象Ｔを向く方位から初期方位までの旋回を「第二旋回」とよぶ。第一実施形態においては、初期方位を、第二旋回における目標方位とする。なお、他の実施形態においては、これに限られず、オペレータによって予め指定された方位を第二旋回における目標方位として設定してもよい。また、自動制御では、第一旋回および第二旋回の終了時の作業機１３０の姿勢が所定の目標姿勢となるように、作業機１３０を駆動させる。第一旋回における目標姿勢は、クラムバケット１３３が積込対象Ｔの上方に位置し、かつクラムバケット１３３の開口が上を向く姿勢である。第二旋回における目標姿勢は、クラムバケット１３３が掘削対象の近傍に位置し、かつクラムバケット１３３の開口が前を向く掘削準備姿勢である。なお、他の実施形態においては、第二旋回における目標姿勢は、開始スイッチ１４３ＳＷが押下されたときの作業機１３０の姿勢（初期姿勢）であってもよいし、またはあらかじめ決められた姿勢でもよい。なお、通常、掘削対象は積込対象Ｔの高さより低い位置となる。そのため、積込機械１００は、第一旋回および第二旋回において、積込対象Ｔと作業機１３０とが接触しないように作業機１３０の駆動を制御する。自動制御の詳細は後述する。

《計測系の構成》
図１に示すように、積込機械１００は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブーム角度センサ１５３、スティック角度センサ１５４、バケット角度センサ１５５、検出装置１５６を備える。

位置方位演算器１５１は、旋回体１２０の位置及び旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１５１は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１５１は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
位置方位演算器１５１は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。旋回体１２０が向く方位とは、旋回体１２０の正面に直交する方向であって、作業機１３０のブーム１３１からクラムバケット１３３へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。

傾斜計測器１５２は、旋回体１２０の加速度及び角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角、ピッチ角、ヨー角）および旋回速度を検出する。傾斜計測器１５２は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１５２は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。

ブーム角度センサ１５３は、ブーム１３１に取り付けられ、ブーム１３１の傾斜角を検出する。
スティック角度センサ１５４は、スティック１３２に取り付けられ、スティック１３２の傾斜角を検出する。
バケット角度センサ１５５は、クラムバケット１３３のバックオール１３３１に取り付けられ、クラムバケット１３３の傾斜角を検出する。
第一実施形態に係るブーム角度センサ１５３、スティック角度センサ１５４、及びバケット角度センサ１５５は、地平面に対する傾斜角を検出する。なお、他の実施形態に係る角度センサはこれに限られず、他の基準面に対する傾斜角を検出してもよい。例えば、他の実施形態においては、角度センサは、ブーム１３１、スティック１３２及びクラムバケット１３３の基端部に設けられたポテンショメータによって相対回転角を検出してもよいし、ブームシリンダ１３１Ｃ、スティックシリンダ１３２Ｃ及びバケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長さを計測し、シリンダ長さを角度に変換することで傾斜角を検出するものであってもよい。

検出装置１５６は、積込機械１００の周囲に存在する物体の三次元位置を検出する。検出装置１５６の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）測距装置などが挙げられる。検出装置１５６は、例えば運転室１４０の上部に、検出方向が前方を向くように設けられる。なお、検出装置１５６は、積込機械１００の周囲を撮像可能であれば、どこに設けられてもよい。例えば、運転室１４０外の旋回体１２０の側壁等に設けられていてもよい。また検出方向は前方を向かなくてもよい。検出装置１５６は、物体の三次元位置を、検出装置１５６の位置を基準とした座標系で特定する。なお、他の実施形態に係る積込機械１００は、複数の検出装置１５６を備えてもよい。

《制御装置１６０の構成》
図３は、第一実施形態に係る制御装置１６０の構成を示す概略ブロック図である。
積込機械１００は、制御装置１６０を備える。制御装置１６０は、操作端末１４２に実装されるものであってもよいし、操作端末１４２と別個に設けられ、操作端末１４２からの入出力を受け付けるものであってもよい。制御装置１６０は、操作装置１４３から操作信号を受信する。制御装置１６０は、受信した操作信号又は自動制御のために生成された操作信号をコントロールバルブ１２３に出力することで、作業機１３０、旋回体１２０及び走行体１１０を駆動させる。なお、自動制御のために生成される操作信号は、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させる操作信号からなり、走行体１１０を駆動させる操作信号を含まない。自動制御中に、オペレータによる操作装置１４３から走行体１１０を駆動する操作信号を受信した場合、制御装置１６０は自動制御を停止する。

制御装置１６０は、プロセッサ６１０、メインメモリ６３０、ストレージ６５０、インタフェース６７０を備えるコンピュータである。ストレージ６５０は、プログラムを記憶する。プロセッサ６１０は、プログラムをストレージ６５０から読み出してメインメモリ６３０に展開し、プログラムに従った処理を実行する。

ストレージ６５０の例としては、半導体メモリ、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク等が挙げられる。ストレージ６５０は、制御装置１６０の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース６７０を介して制御装置１６０に接続される外部メディアであってもよい。メインメモリ６３０及びストレージ６５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。

プロセッサ６１０は、プログラムの実行により、計測データ取得部６１１、マップ生成部６１２、操作信号入力部６１３、作業機位置特定部６１４、積込対象特定部６１５、旋回角度特定部６１６、回避角度特定部６１７、目標姿勢決定部６１８、移動制御部６１９、クラム制御部６２０、操作信号出力部６２１を備える。

計測データ取得部６１１は、積込機械１００の計測系による計測データを取得する。具体的には、計測データ取得部６１１は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブーム角度センサ１５３、スティック角度センサ１５４、バケット角度センサ１５５、及び検出装置１５６から計測データを取得する。計測データ取得部６１１は、傾斜計測器１５２が計測した旋回体１２０の角速度を積分することで、旋回体１２０の角度を算出する。

マップ生成部６１２は、検出装置１５６から取得した計測データを用いて積込機械１００の周囲を表すマップデータを生成する。マップ生成部６１２は、例えばＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術によってマップデータを生成する。マップデータは、車体座標系で表される。車体座標系は、旋回体１２０の旋回中心を原点とし、前後方向に伸びる軸、左右方向に伸びる軸、上下方向に伸びる軸で表される直交座標系である。検出装置１５６は、旋回体１２０に固定されているため、マップ生成部６１２は、ＳＬＡＭの計算結果を、旋回中心と検出装置１５６との位置関係に基づいて平行移動させることで、車体座標系のマップデータを生成することができる。マップ生成部６１２が生成したマップデータは、メインメモリ６３０に記録される。

操作信号入力部６１３は、操作装置１４３からオペレータが手動で操作された操作信号の入力を受け付ける。操作信号には、ブーム１３１の上げ操作や下げ操作をする駆動信号、スティック１３２の上げ操作や下げ操作をする駆動信号、クラムバケット１３３のダンプ操作や掘削操作をする駆動信号、クラムバケット１３３の開閉操作をする駆動信号、旋回体１２０の旋回操作をする駆動信号、走行体１１０の走行操作をする駆動信号、ならびに積込機械１００の自動制御指示信号が含まれる。

作業機位置特定部６１４は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、旋回体１２０を基準とする車体座標系におけるスティック１３２の先端の位置Ｐ（図４）及びスティック１３２の先端からクラムバケット１３３の最下点までの高さＨ（図４）を特定する。クラムバケット１３３の最下点とは、クラムバケット１３３の外形のうち地表面からの距離が最も短い点をいう。

作業機位置特定部６１４は、スティック１３２の先端からクラムバケット１３３の最下点までの高さＨ（図４）を特定する。クラムバケット１３３の最下点とは、クラムバケット１３３の外形のうち地表面からの距離が最も短い点をいうが、作業機位置特定部６１４が特定するクラムバケット１３３の基準点は、最下点でなくてもよい。例えば、他の実施形態に係る作業機位置特定部６１４は、バケットの背面等のあらかじめ決められた所定の位置を基準点として特定してもよい。

作業機位置特定部６１４は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。同様に、作業機位置特定部６１４は、スティック１３２の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。作業機位置特定部６１４は、積込機械１００の位置から、積込機械１００の方位及び姿勢から特定される方向に、ブーム１３１及びスティック１３２の長さの垂直方向成分の和及び水平方向成分の和だけ離れた位置を、スティック１３２の先端の位置Ｐとして特定する。また、作業機位置特定部６１４は、クラムバケット１３３の傾斜角と既知のクラムバケット１３３の形状とに基づいて、クラムバケット１３３の鉛直方向の最下点を特定し、スティック１３２の先端から最下点までの高さＨ及び先端から最下点までの水平距離Ｄ（図４）を特定する。

積込対象特定部６１５は、操作信号入力部６１３に自動制御指示信号が入力された場合に、マップ生成部６１２が生成したマップデータに基づいて、積込点を決定する。積込点は、自動制御の第一旋回における目標位置であり、積込対象Ｔ（例えば、ダンプトラックのベッセル）より上方の位置である。具体的には、積込対象特定部６１５は、マップデータと既知の積込対象Ｔの形状とから、積込対象Ｔの位置及び形状を特定する。特定したデータは、積込対象Ｔの地面からの高さを示す高さデータを含んでもよい。例えば積込対象特定部６１５は、三次元パターンマッチングによって、マップデータから積込対象Ｔの位置及び形状を特定する。また例えば、積込対象特定部６１５は、マップデータではなく、検出装置１５６による計測データもしくは撮像データから、積込機械１００の周囲に存在するダンプトラックなどの積込対象Ｔの位置及び形状を特定してもよい。積込対象特定部６１５は、特定した積込対象Ｔの上面の中心点とクラムバケット１３３の形状に基づいて積込点を決定する。

旋回角度特定部６１６は、操作信号入力部６１３に自動制御指示信号が入力されたときに旋回体１２０が向く初期方位と、積込点が存在する方位との間の角度を目標旋回角度として特定する。旋回角度特定部６１６は、自動制御の開始時に旋回体１２０の旋回中心から作業機位置特定部６１４が特定したスティック１３２の先端の位置へ伸びる線分と、旋回体１２０の旋回中心から積込点へ伸びる線分とのなす角を、目標旋回角度として特定する。

回避角度特定部６１７は、積込対象特定部６１５が特定した積込対象Ｔの位置及び形状に基づいて干渉回避角度を特定する。干渉回避角度とは、作業機１３０と積込対象Ｔとが上方からの平面視において重ならないときの旋回角度である。具体的には、回避角度特定部６１７は、以下の手順で干渉回避角度を特定する。

回避角度特定部６１７は、積込対象特定部６１５が特定した積込対象Ｔの位置及び形状に基づいて、積込対象Ｔの外形のうち旋回体１２０の旋回方向の最も後方の点ｐ_１（図４）を特定する。回避角度特定部６１７は、自動制御の開始時の旋回体１２０の旋回中心からスティック１３２の先端の位置へ伸びる線分と、旋回体１２０の旋回中心から特定した積込対象Ｔの外形の点へ伸びる線分とのなす第一角度φ_１（図４）を求める。回避角度特定部６１７は、作業機位置特定部６１４が特定したスティック１３２の先端の位置と、既知のクラムバケット１３３の形状とに基づいて、クラムバケット１３３の外形のうち旋回体１２０の旋回方向の最も前方の点ｐ_２（図４）を特定する。回避角度特定部６１７は、旋回体１２０の旋回中心からスティック１３２の先端の位置へ伸びる線分と、旋回体１２０の旋回中心から特定したクラムバケット１３３の外形の点ｐ_２へ伸びる線分とのなす第二角度φ_２を求める。回避角度特定部６１７は、第一角度φ_１と第二角度φ_２の差から、さらに制御余裕分の第三角度φ_３を減算することで、第一干渉回避角度θ_１（図４）を求める。なお、第一干渉回避角度θ_１は、クラムバケット１３３の初期位置を基準とした干渉回避角度である。そのため、積込点から初期位置へクラムバケット１３３を移動させる第二旋回においては、制御装置１６０は、目標旋回角度と第一干渉回避角度θ_１の差である第二干渉回避角度θ_２（図５）に基づいて作業機１３０を制御する。

目標姿勢決定部６１８は、積込対象特定部６１５が決定した旋回中心から積込点までの距離及び高さに基づいて、スティック１３２の先端が積込点に位置するときの作業機１３０の姿勢を計算し、第一旋回における作業機１３０の目標姿勢を決定する。また、目標姿勢決定部６１８は、予めストレージ６５０などに記憶された掘削準備姿勢を読み出すことで、第二旋回における作業機１３０の目標姿勢を決定する。目標姿勢は、例えば車体座標系におけるブーム１３１の先端、スティック１３２の先端、及びクラムバケット１３３の刃先の位置によって表される。なお、作業機１３０の姿勢は、作業機１３０を構成する各部品の車体座標系における位置及び角度を含む。

図３に示す移動制御部６１９は、操作信号入力部６１３が自動制御指示信号の入力を受け付けた場合に、クラムバケット１３３を積込点まで移動させる第一旋回を実現する操作信号を生成し、クラムバケット１３３が積込点に到達した後、クラムバケット１３３を次の掘削位置の近傍、またはあらかじめ決められた所定の位置まで移動させる第二旋回を実現する操作信号を生成する。このとき、移動制御部６１９は、干渉回避角度に基づいて、積込対象Ｔと作業機１３０とが接触しないよう旋回体１２０および作業機１３０を制御する。なお、他の実施形態に係る移動制御部６１９は、第一旋回を実現する操作信号を生成し、第二旋回を実現する操作信号を生成しなくてもよい。また他の実施形態に係る移動制御部６１９は、第一旋回を実現する操作信号を生成せず、第二旋回を実現する操作信号を生成してもよい。

具体的には、移動制御部６１９は、第一旋回において、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ_１に到達するまでにクラムバケット１３３の高さが積込点の高さに至らない場合、旋回体１２０の旋回操作信号を生成せず、作業機１３０の操作信号のみを生成する。他方、移動制御部６１９は、旋回による旋回角度が第一干渉回避角度θ_１に到達するまでにクラムバケット１３３の高さが積込点の高さに到達する場合、旋回体１２０の旋回操作信号及び作業機１３０の操作信号を生成し、旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現する。クラムバケット１３３の高さが積込点の高さに到達した後は、移動制御部６１９は、作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させる。
また、移動制御部６１９は、第二旋回において、旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に到達するまで、クラムバケット１３３の最下点が下がらないよう制御する。最下点が下がらない制御は、最下点の高さを維持する制御であってもよいし、最下点を制御前の最下点より高くすることで積込対象Ｔとクラムバケット１３３との間に隙間を設ける制御であってもよい。このとき、移動制御部６１９はブーム１３１を所定高さだけ上昇させる操作信号を生成し、かつスティック１３２およびクラムバケット１３３を所定高さだけ下降させる操作信号を生成する。つまり、移動制御部６１９は、ブーム１３１の上昇によるクラムバケット１３３の最下点の高さの変動を打ち消すようにスティック１３２およびクラムバケット１３３を制御する。旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に到達した後、移動制御部６１９は、旋回体１２０の旋回操作信号及び作業機１３０の操作信号を生成し、旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現する。

クラム制御部６２０は、第一旋回においてスティック１３２の先端が積込点に到達したときに、クラムバケット１３３を開く操作信号を生成する。またクラム制御部６２０は、第二旋回において旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ_２を超えたときに、クラムバケット１３３を閉じる操作信号を生成する。なお、クラム制御部６２０は、スティック１３２の先端が積込点に到達する前であっても、上方からの平面視においてクラムバケット１３３と積込対象Ｔとが重なっているときに、クラムバケット１３３を開く操作信号を生成してもよい。また、第二旋回においても、積込対象Ｔとクラムバケット１３３との間に十分な隙間がある場合、クラム制御部６２０は、第二干渉回避角度θ_２を超える前に、すなわち積込対象Ｔの上方においてクラムバケット１３３を閉じる操作信号を生成してもよい。クラムバケット１３３は、ブーム１３１、スティック１３２、クラムバケット１３３の移動が完了するまでに閉じられればよい。

操作信号出力部６２１は、操作信号入力部６１３に入力された操作信号、又は移動制御部６１９が生成した操作信号を出力する。具体的には、操作信号出力部６２１は、自動制御中である場合に、移動制御部６１９が生成した操作信号を出力し、自動制御中でない場合に、操作信号入力部６１３に入力された操作信号を出力する。

《自動制御時の動作》
ここで、図面を参照しながら、第一実施形態に係る自動制御時の積込機械１００の動きについて説明する。
図４は、第一実施形態に係る第一旋回における積込機械１００の動きの例を示す図である。図５は、第一実施形態に係る第二旋回における積込機械１００の動きの例を示す図である。

自動制御が開始されると、図４に示すように制御装置１６０は、まず作業機１３０（ブーム１３１、スティック１３２、及びクラムバケット１３３）の駆動を開始し、クラムバケット１３３を上方へ移動させる。すなわち、制御装置１６０は第一旋回を開始させる。第一旋回に係るクラムバケット１３３の目標位置は、積込対象Ｔの上方の積込点である。遅れて、制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回を開始させる。制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ_１と一致するまでに、作業機１３０の姿勢が第一旋回に係る目標姿勢となるように、旋回開始タイミングを調整する。なお、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ_１と一致するまでに作業機１３０の姿勢が第一旋回における目標姿勢となっている場合、つまりクラムバケット１３３の最下点の高さが積込対象Ｔの上面より高い場合、旋回体１２０の旋回によって作業機１３０が積込対象Ｔに接触することがない。その後、クラムバケット１３３が積込点に到達すると、制御装置１６０はクラムバケット１３３を開き、排土を開始する。

排土開始から一定時間が経過すると、制御装置１６０は図５に示すように第二旋回を開始させる。第二旋回に係るクラムバケット１３３の目標位置は、旋回体１２０が自動制御の開始時点の方向を向き、かつ作業機１３０が掘削準備姿勢をとるときのクラムバケット１３３の位置である。第二旋回に係るクラムバケット１３３の目標位置は、上方からの平面視において積込対象Ｔから離れかつ積込対象Ｔより低い位置である。制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ_２を超えるまで、クラムバケット１３３の最下点の高さを維持する。この間に、制御装置１６０はブーム１３１を上げるとともにスティック１３２及びクラムバケット１３３を下げる。これは、目標姿勢を実現するための下げ駆動時間が比較的長いスティック１３２およびクラムバケット１３３を、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至る前に予め下げておくことで、作業機１３０の姿勢が目標姿勢に至るまでの時間を短縮するためである。図６は、第二旋回における作業機１３０の姿勢の変化の例を示す図である。

図６に示すように、排土後に、作業機１３０の姿勢を掘削準備姿勢へ変化させるとき、スティック１３２の下げ駆動量λ_２に係る駆動時間およびクラムバケット１３３の下げ駆動量λ_３に係る駆動時間は、ブーム１３１の下げ駆動量λ_１に係る駆動時間と比較して長い。下げ駆動量λ_１、λ_２、λ_３に係る駆動時間は、必要駆動時間の一例である。通常、フェイスショベルは、クラムバケット１３３を前方へ押し出すことで掘削するため、掘削開始時にクラムバケット１３３を旋回体１２０の近傍に位置させる。そのため、掘削開始時のスティック１３２の姿勢は対地角が直角に近い状態となり、ブーム１３１の姿勢はスティック１３２とクラムバケット１３３の高さ分だけ上がった状態となる。そのため、通常、排土後に次の掘削準備姿勢へ変化させるときにおけるスティック１３２の下げ動作をする駆動量は、ブーム１３１の下げ動作をする駆動量より大きい。なお、排土後に、作業機１３０の姿勢を掘削準備姿勢へ変化させるときスティック１３２に対するクラムバケット１３３の駆動量は大きくないが、クラムバケット１３３を駆動させるバケットシリンダ１３３Ｃはブーム１３１に接続されているため、バケットシリンダ１３３Ｃの駆動量は、スティックシリンダ１３２Ｃと同程度となる。旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ_２を超えると、制御装置１６０はブーム１３１、スティック１３２およびクラムバケット１３３をすべて駆動させる。旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度θ_０に至ると、制御装置１６０は旋回体１２０の駆動を終了する。また作業機１３０の姿勢が掘削開始時の目標姿勢となると、制御装置１６０は作業機１３０の駆動を終了する。
なお、図４および図５は、掘削位置と積込対象Ｔとの位置関係が、旋回体１２０を中心として約９０度である例を示すが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、掘削位置と積込対象Ｔとの位置関係が、旋回体１２０を中心として約１８０度であるなど、他の旋回角度位置であってもよい。

図７は、第一実施形態に係る第二旋回の時間短縮効果を表す図である。第二旋回において制御装置１６０はクラムバケット１３３が積込対象Ｔに接触しないようにブーム１３１を上昇させる。そのため、ブーム１３１の延べ駆動時間は、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない場合と比較して長くなる。すなわち、ブーム１３１の延べ駆動時間は、下げ駆動量λ_１に要する時間に、第二干渉回避角度θ_２に至るまでの上げ駆動量δ_１に要する時間と、当該上げ駆動量δ_１を打ち消す下げ駆動量δ_１に要する時間とを加算した時間である。ブーム１３１の駆動速度をｖ_１とおくと、ブーム１３１の延べ駆動時間は約（λ_１＋２δ_１）／ｖ_１である。このとき、図７に示すように、ブーム１３１の延べ駆動時間（λ_１＋２δ_１）／ｖ_１がスティック１３２の駆動時間λ_２／ｖ_２およびクラムバケット１３３の駆動時間λ_３／ｖ_３以下であれば、作業機１３０全体としての駆動時間は、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない場合と比較して短くなる。なお、ｖ_２はスティック１３２の駆動速度、ｖ_３はクラムバケット１３３の駆動速度を示す。つまり、制御装置１６０は、スティック１３２およびクラムバケット１３３の駆動を積込対象Ｔの上方で開始させることで、作業機１３０全体としての駆動時間を、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない場合と比較して短くすることができる。なお、図７には、第一実施形態について以下の動作例が示されている。

Ｅｘ１Ａ：ブーム１３１を上げてからスティック１３２およびクラムバケット１３３を下げる例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動によってブーム１３１が上昇すると、これに伴ってクラムバケット１３３の最下点も上昇する。
次いで、制御装置１６０はスティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動、ならびにクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を開始する。スティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの降下は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、クラムバケット１３３の最下点の高さは維持される。クラムバケット１３３の最下点の高さは、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動開始からスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ駆動開始までの間にブーム１３１が上昇した分だけ高い位置で維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃが下げ駆動することで、クラムバケット１３３の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、クラムバケット１３３は積込対象Ｔと接触することがない。
なお、Ｅｘ１Ａにおいて、制御装置１６０はスティックシリンダ１３２Ｃとバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動を同時に開始するが、これに限られず、スティックシリンダ１３２Ｃの下げ駆動開始時刻とバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動開始時刻とに差があってもよい。Ｅｘ１Ａにおいて、制御装置１６０はクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を他の作業機１３０の駆動と同時に開始するが、これに限られず、自動制御中にクラムバケット１３３が閉じきるならば、クラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動の開始時刻はいつでもよい。

Ｅｘ１Ｂ：ブーム１３１の上げと同時にスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げを開始する例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動、スティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動、ならびにクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動信号の出力を開始する。スティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの降下は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、クラムバケット１３３の最下点の高さは、作業機１３０の駆動信号の出力開始時の高さで維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃが下げ駆動することで、クラムバケット１３３の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、クラムバケット１３３は積込対象Ｔと接触することがない。
なお、Ｅｘ１Ｂにおいて、制御装置１６０はスティックシリンダ１３２Ｃとバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動を同時に開始するが、これに限られず、スティックシリンダ１３２Ｃの下げ駆動の開始時刻とバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動の開始時刻とに差があってもよい。ただし、スティックシリンダ１３２Ｃの下げ駆動の開始時刻およびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動の開始時刻は、いずれもブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動の開始時刻と同時または開始時刻より後である。Ｅｘ１Ｂにおいて、制御装置１６０はクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を他の作業機１３０の駆動と同時に開始するが、これに限られず、自動制御中にクラムバケット１３３が閉じきるならば、クラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動の開始時刻はいつでもよい。

Ｅｘ１Ｃ：ブーム１３１に加えスティック１３２も上げることでクラムバケット１３３と積込対象Ｔとの間に隙間を作る例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃおよびスティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃおよびスティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動動作によってブーム１３１およびスティック１３２が上昇すると、これに伴ってクラムバケット１３３の最下点も上昇する。
次いで、制御装置１６０はバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動を開始する。また、スティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動量がδ_２になると、制御装置１６０はスティックシリンダ１３２Ｃの下げ駆動を開始する。
スティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの降下は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、クラムバケット１３３の最下点の高さは維持される。クラムバケット１３３の最下点の高さは、ブームシリンダ１３１Ｃおよびスティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動開始からスティック１３２の下げ駆動開始までの間にブーム１３１が上昇した分だけ高い位置で維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動およびクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃが下げ駆動することで、クラムバケット１３３の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、クラムバケット１３３は積込対象Ｔと接触することがない。
なお、Ｅｘ１Ｃにおいて、制御装置１６０はブームシリンダ１３１Ｃとスティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動を同時に開始するが、これに限られず、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動の開始時刻とスティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動の開始時刻とに差があってもよい。Ｅｘ１Ｃにおいて、制御装置１６０はクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を旋回角が第二干渉角度θ_２に到達したときに開始するが、これに限られず、自動制御中にクラムバケット１３３が閉じきるならば、クラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動の開始時刻はいつでもよい。

Ｅｘ１Ｄ：スティック１３２を上げた後にブーム１３１を上げることでクラムバケット１３３と積込対象Ｔとの間に隙間を作る例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、スティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動を開始する。スティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動動作によってスティック１３２が上昇すると、これに伴ってクラムバケット１３３の最下点も上昇する。
次いで、制御装置１６０はブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動信号およびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動信号の出力を開始する。またスティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動量がδ_２になると、制御装置１６０はスティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動信号の出力を開始する。バケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの降下は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、クラムバケット１３３の最下点の高さは維持される。クラムバケット１３３の最下点の高さは、スティックシリンダ１３２Ｃの上げ駆動開始からクラムバケット１３３の下げ駆動開始までの間にスティック１３２が上昇した分だけ高い位置で維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃが下げ駆動することで、クラムバケット１３３の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、クラムバケット１３３は積込対象Ｔと接触することがない。
Ｅｘ１Ｄにおいて、制御装置１６０はクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を旋回角が第二干渉角度θ_２に到達したときに開始するが、これに限られず、自動制御中にクラムバケット１３３が閉じきるならば、クラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動の開始時刻はいつでもよい。

Ｅｘ１Ｅ：ブーム１３１およびクラムバケット１３３を上げることでクラムバケット１３３と積込対象Ｔとの間に隙間を作る例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動動作によってブーム１３１およびクラムバケット１３３が上昇する。
バケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動量がδ_３になると、制御装置１６０はスティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動を開始する。スティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの降下は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、クラムバケット１３３の最下点の高さは維持される。クラムバケット１３３の最下点の高さは、ブームシリンダ１３１Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動によってクラムバケット１３３が上昇した分だけ高い位置で維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１の下げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃが下げ駆動することで、クラムバケット１３３の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、クラムバケット１３３は積込対象Ｔと接触することがない。
なお、Ｅｘ１Ｅにおいて、制御装置１６０はブームシリンダ１３１Ｃとバケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動を同時に開始するが、これに限られず、ブームシリンダ１３１の上げ駆動の開始時刻とバケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動の開始時刻とに差があってもよい。Ｅｘ１Ｅにおいて、制御装置１６０はクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を旋回角が第二干渉角度θ_２に到達したときに開始するが、これに限られず、自動制御中にクラムバケット１３３が閉じきるならば、クラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動の開始時刻はいつでもよい。

Ｅｘ１Ｆ：クラムバケット１３３を上げた後にブーム１３１を上げることでクラムバケット１３３と積込対象Ｔとの間に隙間を作る例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、バケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動を開始する。バケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動動作によってクラムバケット１３３が上昇する。
次いで、制御装置１６０はブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動を開始する。バケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動量がδ_３になると、制御装置１６０はスティックシリンダ１３２Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動を開始する。バケットシリンダ１３３Ｃの下げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの降下は、ブームシリンダ１３１Ｃの上げ駆動によるクラムバケット１３３の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、クラムバケット１３３の最下点の高さは維持される。クラムバケット１３３の最下点の高さは、ブームシリンダ１３１Ｃおよびバケットシリンダ１３３Ｃの上げ駆動によってクラムバケット１３３が上昇した分だけ高い位置で維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃが下げ駆動することで、クラムバケット１３３の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、クラムバケット１３３は積込対象Ｔと接触することがない。
Ｅｘ１Ｆにおいて、制御装置１６０はクラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動を旋回角が第二干渉角度θ_２に到達したときに開始するが、これに限られず、自動制御中にクラムバケット１３３が閉じきるならば、クラムシリンダ１３３２Ｃの閉じ駆動の開始時刻はいつでもよい。

上記Ｅｘ１Ａ－Ｅｘ１Ｆの何れの例においても、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない例と比較して、作業機１３０全体の駆動時間は短くなる。なお、図７に示す各例では、旋回動作の開始が作業機動作より前であるが、旋回動作の開始は作業機動作と同時であってもよいし、作業機動作より後であってもよい。

《制御装置１６０の動作》
図８は、第一実施形態に係る制御装置１６０の動作の一部を示すフローチャートである。ここでは、制御装置１６０が図７のＥｘ１Ａに示すようにブーム１３１を上げてからスティック１３２およびクラムバケット１３３を下げる例について説明する。なお、Ｅｘ１Ｂ－Ｅｘ１Ｇなどの他の例についても、第二干渉角度θ_２の到達前に動作させる作業機１３０の部位の違いがあれど、制御装置１６０は同様の手順で制御することができる。
積込機械１００の制御装置１６０は、稼働中、一定の制御周期ごとに、図８に示す状態更新処理を行う。

計測データ取得部６１１は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブーム角度センサ１５３、スティック角度センサ１５４、バケット角度センサ１５５、及び検出装置１５６から計測データを取得する（ステップＳＳ１）。マップ生成部６１２は、ステップＳＳ１で検出装置１５６から取得した計測データを用いて、メインメモリ６３０に記録されているマップデータを更新する（ステップＳＳ２）。これにより、制御装置１６０は、積込機械１００の近傍の状況を表すマップデータを常に最新の状態に保ち、マップデータに積込対象Ｔの最新の位置が表れるようにしておくことができる。

作業機位置特定部６１４は、ステップＳＳ１で取得した計測データに基づいて、旋回体１２０を基準とする車体座標系におけるスティック１３２の先端の位置Ｐ及びスティック１３２の先端からクラムバケット１３３の最下点までの高さＨを特定する（ステップＳＳ３）。これにより、制御装置１６０は、常に現在の作業機１３０の姿勢を特定しておくことができる。

図９は、第一実施形態に係る制御装置１６０の旋回制御を示すフローチャート（パート１）である。図１０は、第一実施形態に係る制御装置１６０の旋回制御を示すフローチャート（パート２）である。
オペレータによって開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０の操作信号入力部６１３は自動制御指示信号の入力を受け付ける。制御装置１６０は、自動制御信号をトリガとして、図８のステップＳＳ１から自動制御を開始する。

制御装置１６０は、図８に示す状態更新処理により、計測データ、マップデータ及び作業機１３０の姿勢を最新の状態に更新する（ステップＳ１）。積込対象特定部６１５は、ステップＳ１で更新されたマップデータに基づいて、積込対象Ｔの位置及び形状を特定する（ステップＳ２）。積込対象特定部６１５は、ステップＳ２で特定した積込対象Ｔの位置とステップＳ１で特定したスティック１３２の先端からクラムバケット１３３の最下点までの高さＨに基づいて積込点を決定する（ステップＳ３）。

旋回角度特定部６１６は、ステップＳ３で決定したマップデータにおける積込点の位置に基づいて目標旋回角度θ_０を特定する（ステップＳ４）。マップデータは、車体座標系で表されるため、旋回角度特定部６１６は、例えば旋回体１２０の前方に伸びる座標軸に対する積込点の位置ベクトルの角度を目標旋回角度θ_０として特定する。回避角度特定部６１７は、ステップＳ２で特定した積込対象Ｔの位置及び形状に基づいて第一干渉回避角度θ_１および第二干渉回避角度θ_２を特定する（ステップＳ５）。目標姿勢決定部６１８は、スティック１３２の先端が積込点に位置するときのブーム１３１及びスティック１３２の姿勢を、目標姿勢として決定する（ステップＳ６）。

次に、制御装置１６０は、図８に示す状態更新処理により、計測データ、マップデータ及び作業機１３０の姿勢を最新の状態に更新する（ステップＳ７）。次に、移動制御部６１９は、ステップＳ７で特定された作業機１３０の姿勢が、ステップＳ６で決定した目標姿勢と近似するか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば、移動制御部６１９は、目標姿勢におけるスティック１３２の先端の位置と、現在のスティック１３２の先端の位置との差が所定値以下である場合に、作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していると判定する。

作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、移動制御部６１９は、ブーム１３１及びスティック１３２を目標姿勢に近づける操作信号を生成する（ステップＳ９）。このとき、移動制御部６１９は、ステップＳ７で特定されたブーム１３１及びスティック１３２の位置及び速度に基づいて、操作信号を生成する。

また移動制御部６１９は、生成したブーム１３１及びスティック１３２の操作信号に基づいてブーム１３１及びスティック１３２の駆動速度の和を算出し、当該駆動速度の和と同じ速度でクラムバケット１３３を駆動させる操作信号を生成する（ステップＳ１０）。これにより、移動制御部６１９は、クラムバケット１３３の対地角を保持する操作信号を生成することができる。

移動制御部６１９は、作業機１３０が旋回中であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。移動制御部６１９は、例えば旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合に旋回中であると判定する。作業機１３０が旋回中でない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、移動制御部６１９は、ステップＳ７で特定したブーム１３１及びスティック１３２の速度に基づいて作業機１３０が目標姿勢となるまでの完了時間を算出する（ステップＳ１２）。また、移動制御部６１９は、旋回体１２０が旋回を開始した場合に旋回角度がステップＳ５で特定した第一干渉回避角度θ_１に到達するまでの到達時間を算出する（ステップＳ１３）。移動制御部６１９は、ステップＳ１２で算出した完了時間がステップＳ１３で算出した到達時間未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。つまり、移動制御部６１９は、旋回角度が第一干渉回避角度θ_１に到達するときに作業機１３０が目標姿勢となるか否かを判定する。

完了時間が到達時間以上である場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、すなわち旋回角度が第一干渉回避角度θ_１に到達するまでに作業機１３０が目標姿勢とならない場合、移動制御部６１９は旋回体１２０の旋回操作信号を生成しない。他方、完了時間が到達時間未満である場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、すなわち旋回角度が第一干渉回避角度θ_１に到達するまでに作業機１３０が目標姿勢となる場合、移動制御部６１９は旋回体１２０の旋回操作信号を生成する（ステップＳ１５）。これにより、制御装置１６０は、作業機１３０が積込対象Ｔと接触することを防ぐことができる。

そして、操作信号出力部６２１は、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１５の少なくとも何れか１つで生成された操作信号を、コントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ１６）。これにより、積込機械１００が駆動する。そして、制御装置１６０は、処理をステップＳ７に戻し、制御を継続する。

他方、ステップＳ１１にて作業機１３０が旋回中であると判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、移動制御部６１９は、ステップＳ７で特定した作業機１３０の旋回速度に基づいて、旋回の操作信号を停止した場合に、惰性による旋回によってスティック１３２の先端が積込点に到達するか否かを判定する（ステップＳ１７）。惰性による旋回ではスティック１３２の先端が積込点に到達しない場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、移動制御部６１９はステップＳ１５にて旋回操作信号を生成し、操作信号出力部６２１はステップＳ１６にて旋回操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する。

他方、惰性による旋回によってスティック１３２の先端が積込点に到達すると判定された場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、制御装置１６０は、図８に示す状態更新処理により、計測データ、マップデータ及び作業機１３０の姿勢を最新の状態に更新する（図１０のステップＳ１８）。移動制御部６１９は、ステップＳ１８で更新されたマップデータに基づいて、スティック１３２の先端が積込点に到達したか否かを判定する（ステップＳ１９）。スティック１３２の先端が積込点に到達していない場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御装置１６０は処理をステップＳ１８に戻し、積込点への到達を待機する。

スティック１３２の先端が積込点の近傍に到達した場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、クラム制御部６２０は、クラムバケット１３３の開操作信号を生成する（ステップＳ２０）。クラム制御部６２０は、積込点より手前でクラムバケット１３３を開いてもよいし、積込点に到達した後にクラムバケット１３３を開いてもよい。操作信号出力部６２１はステップＳ２０で生成した開操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ２１）。クラム制御部６２０は、クラムバケット１３３の開操作信号を出力してから一定時間の経過を待機する（ステップＳ２２）。この時間は、開いたクラムバケット１３３から土砂が一定量落ちるまでの時間である。なお、この時間は、クラムバケット１３３からすべての土砂が落ちるまでの時間より短くてよい。

一定時間後、制御装置１６０は、第二旋回に係る制御を開始する。目標姿勢決定部６１８は、予め定められた作業機１３０の掘削開始姿勢をストレージ６５０から読み出すことで、作業機１３０の第二旋回における目標姿勢を決定する（ステップＳ２３）。

次に、制御装置１６０は、図８に示す状態更新処理により、計測データ、マップデータ及び作業機１３０の姿勢を最新の状態に更新する（ステップＳ２４）。次に、移動制御部６１９は、排土開始時から現時点までの旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ_２未満であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。旋回角度が第二干渉回避角度θ_２未満である場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、移動制御部６１９は、第二旋回の開始後からのブーム１３１の上げ動作をするための回転角が、所定角度に至ったか否かを判定する（ステップＳ２６）。

ブーム１３１の上げ動作をするための回転角が所定角度未満である場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、移動制御部６１９は、ブーム１３１の上げ操作信号を生成する（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２７によるブーム１３１の上げ操作信号の生成は、旋回体１２０の旋回開始以降になされてもよい。例えば、第二旋回の開始から一定時間後にブーム１３１の上げ操作信号の生成がなされてもよい。他方、ブーム１３１の上げ操作信号の生成は、旋回体１２０の旋回開始前になされてもよい。例えば、第二旋回の開始より一定時間前にブーム１３１の上げ操作信号の生成がなされてもよい。

次に、移動制御部６１９は、スティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作信号を生成する（ステップＳ２８）。当該下げ操作信号は、ステップＳ２７で生成したブーム１３１の上げ操作信号によるブーム１３１の上昇量と、スティック１３２およびクラムバケット１３３の下降量の和とが等しくなるように制御するための操作信号である。なお、ステップＳ２８によるスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作信号の生成は、旋回体１２０の旋回開始より後になされてもよい。他方、スティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作信号の生成は、旋回体１２０の旋回開始前になされてもよい。例えば、ブーム１３１の上げ操作の開始から一定時間後にスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作が開始されてもよい。または、ブーム１３１の上げ操作の開始と同時にスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作が開始されてもよい。他方、スティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作信号の生成は、ブーム１３１の上げ操作より前にはなされない。これは、ブーム１３１またはクラムバケット１３３が上がる前にスティック１３２またはクラムバケット１３３の下げ操作がなされると、クラムバケット１３３の最下点が下降し、作業機１３０と積込対象Ｔとが接触する可能性が生じるためである。または、クラムバケット１３３と積込対象Ｔとの間に隙間がない状態で、スティック１３２またはクラムバケット１３３の下げ操作がなされると、クラムバケット１３３の最下点が下降し、作業機１３０と積込対象Ｔとが接触する可能性が生じるためである。なお、旋回体１２０の旋回開始より前にブーム１３１が上げ操作を行う場合には、旋回体１２０の旋回開始より前にスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作を行ってもよい。

第二干渉回避角度θ_２に至るまでのブーム１３１の上げ操作量δ_１ならびにスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作量は、予め定められたものであってよい。なお、ブーム１３１の上げ操作量δ_１の許容最大値は、積込対象Ｔの大きさおよび位置によって変化するため、ストレージ６５０などに予め記録された積込対象Ｔの大きさおよび位置から操作量を求める関数を用いて算出してもよい。積込対象Ｔの大きさおよび位置は、オペレータによって入力されるものであってもよい。なお、積込対象Ｔが大きいほど、積込点の高さが高くなるため、ブーム１３１の下げ駆動量λ_１が増加する。そのため、積込対象Ｔが大きいほどブーム１３１の上げ操作量δ_１の許容最大値が小さくなる。また、積込対象Ｔが旋回体１２０に近いほど、積込点が旋回体より近くなるため、ブーム１３１の下げ駆動量λ_１が増加する一方でスティック１３２の下げ駆動量λ_２およびクラムバケット１３３の下げ駆動量λ_３は減少する。そのため、積込対象Ｔが近いほどブーム１３１の上昇量の許容最大値が小さくなる。

他方、ステップＳ２６においてブーム１３１の上げ動作をするための回転角が所定角度に達している場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、移動制御部６１９は作業機１３０の姿勢を維持する操作信号（中立信号）を生成する。

ステップＳ２５において、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２以上である場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、移動制御部６１９は、ステップＳ２４で特定された作業機１３０の姿勢が、ステップＳ２３で決定した目標姿勢と近似するか否かを判定する（ステップＳ２９）。作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していない場合（ステップＳ２９：ＮＯ）、移動制御部６１９は、ブーム１３１、スティック１３２及びクラムバケット１３３を目標姿勢に近づける操作信号を生成する（ステップＳ３０）。またクラム制御部６２０はクラムバケット１３３の閉操作信号を生成する（ステップＳ３１）。作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似している場合（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、移動制御部６１９は作業機１３０の姿勢を維持する中立信号を生成する。

また、移動制御部６１９は、ステップＳ２４で特定した作業機１３０の旋回速度に基づいて、旋回の操作信号を停止した場合に、惰性による旋回によってステップＳ４で特定した目標旋回角度θ_０まで旋回できるか否かを判定する（ステップＳ３２）。惰性による旋回では目標旋回角度θ_０まで旋回できない場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、移動制御部６１９は旋回操作信号を生成する（ステップＳ３３）。他方、惰性による旋回では目標旋回角度θ_０まで旋回できる場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、移動制御部６１９は旋回操作信号を生成しない。

次に、操作信号出力部６２１は、作業機１３０が目標姿勢と近似し、かつ旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度θ_０になったか否かを判定する（ステップＳ３４）。操作信号出力部６２１は、作業機１３０が目標姿勢と近似しておらず、又は旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度θ_０未満である場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、操作信号出力部６２１は、ステップＳ２７およびステップＳ２８、もしくはステップＳ３０およびＳ３１で生成された作業機１３０の制御信号、または作業機１３０の中立信号と、ステップＳ３０で生成された旋回体１２０の操作信号とをコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ３５）。そして、制御装置１６０は、処理をステップＳ２４に戻し、制御を継続する。

他方、作業機１３０が目標姿勢と近似し、かつ旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度θ_０になった場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、制御装置１６０は自動制御を終了する。

《作用・効果》
このように、第一実施形態に係る制御装置１６０は、自動制御の第二旋回において、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２未満である場合、すなわちクラムバケット１３３が積込対象Ｔの上方に位置するときに、ブーム１３１（第一リンク部品）を上方に駆動させる操作信号を出力し、かつスティック１３２およびクラムバケット１３３（第二リンク部品）を下方に駆動させる操作信号を出力する。これにより、制御装置１６０は、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２を超えた後のスティック１３２およびクラムバケット１３３の下げ操作量を小さくし、第二旋回の所要時間を短くすることができる。

〈第二実施形態〉
図１１は、第二実施形態に係る積込機械１００の構成を示す概略図である。第一実施形態に係る積込機械１００は、フェイスショベルである。これに対し、第二実施形態に積込機械１００は、バックホウである。

第二実施形態に係る積込機械１００は、第一実施形態のスティック１３２および作業具であるクラムバケット１３３に代えて、アーム１３４および作業具としてバケット１３５を備える。
アーム１３４は、ブーム１３１とバケット１３５とを連結する。アーム１３４の基端部は、ブーム１３１の先端部にアームピンを介して回転可能に取り付けられる。
バケット１３５は、アーム１３４の先端部にピンを介して回転可能に取り付けられる。バケット１３５は、掘削した土砂を収容するための容器として機能する。バケット１３５は、開口が旋回体１２０側を向くように取り付けられる。すなわち、掘削時に、バケット１３５の開口と旋回体１２０とは対向する。
ブーム１３１、アーム１３４およびバケット１３５は、リンク部品の一例である。

アーム１３４は、油圧シリンダであるアームシリンダ１３４Ｃによって駆動される。アームシリンダ１３４Ｃの基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３４Ｃの先端部は、アーム１３４に取り付けられる。
バケット１３５は、油圧シリンダであるバケットシリンダ１３５Ｃによって駆動される。バケットシリンダ１３５Ｃの基端部は、アーム１３４に取り付けられる。バケットシリンダ１３５Ｃの先端部は、バケット１３５に取り付けられる。

制御装置１６０は、土砂を排土するために、第一実施形態の開操作信号に変えてバケット１３５のダンプ方向への回転操作信号を出力する。なお、制御装置１６０は、サイクルタイムの短縮のため、ダンプ方向の回転操作信号の出力中に、旋回体１２０の旋回操作信号を出力してもよい。サイクルタイムとは、土砂の掘削開始から、第一旋回、土砂の積込および第二旋回を経て、次の掘削準備姿勢を取るまでの時間をいう。

通常、バックホウは、バケット１３５を車体に近づける方向へ引くことで掘削するため、掘削開始時にバケット１３５を旋回体１２０から離れた位置に位置させる。そのため、掘削開始時のブーム１３１およびアーム１３４の姿勢は対地角が水平に近い状態となる。なお、バックホウにおける掘削準備姿勢（第二旋回における目標姿勢）は、好ましくはバケット１３５が掘削対象の近傍に位置する姿勢であり、より好ましくはさらにバケット１３５の開口が車体後方を向く姿勢、あるいはさらにバケット１３５の開口が掘削対象を向く姿勢である。他方、積込時には、バケット１３５の高さを積込対象Ｔより高く上げる必要があるため、ブーム１３１を上げる必要がある。そのため、通常、排土後に次の掘削準備姿勢へ変化させるときにおけるブーム１３１の下げ駆動量は、アーム１３４の下げ駆動量より大きい。なお、バケット１３５を駆動するバケットシリンダ１３５Ｃはアーム１３４に接続されているため、バケットシリンダ１３５Ｃの駆動量はフェイスショベルと異なり大きくない。

したがって、第二実施形態に係る制御装置１６０は、第二旋回において、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２より小さい間に、アーム１３４又はバケット１３５の上げ操作信号を出力し、かつブーム１３１の下げ操作信号を出力する。

図１２は、第二実施形態に係る第二旋回の時間短縮効果を表す図である。第二旋回において制御装置１６０はバケット１３５が積込対象Ｔに接触しないようにアーム１３４またはバケット１３５を上昇させる。そのため、アーム１３４またはバケット１３５の延べ駆動時間は、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない場合と比較して長くなる。すなわち、アーム１３４の延べ駆動時間は、下げ駆動量λ_２の動作に要する時間に、第二干渉回避角度θ_２に至るまでの上げ駆動量δ_２の動作に要する時間と、当該上げ駆動量δ_２を打ち消す下げ駆動量δ_２の動作に要する時間とを加算した時間である。すなわちアーム１３４の延べ駆動時間は約（λ_２＋２δ_２）／ｖ_２である。また、バケット１３５の延べ駆動時間は、下げ駆動量λ_３の動作に要する時間に、第二干渉回避角度θ_２に至るまでの上げ駆動量δ_３の動作に要する時間と、当該上げ駆動量δ_３を打ち消す下げ駆動量δ_３の動作に要する時間とを加算した時間である。すなわちバケット１３５の延べ駆動時間は約（λ_３＋２δ_３）／ｖ_３である。このとき、図１２に示すように、アーム１３４の延べ駆動時間約（λ_２＋２δ_２）／ｖ_２やバケット１３５の延べ駆動時間約（λ_３＋２δ_３）／ｖ_３がブーム１３１の回転時間約λ_１／ｖ_１以下であれば、作業機１３０全体としての駆動時間は、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない場合と比較して短くなる。つまり、制御装置１６０は、ブーム１３１の駆動を積込対象Ｔの上方で開始させることで、作業機１３０全体としての駆動時間を、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない場合と比較して短くすることができる。
なお、図１２には、第二実施形態について以下の動作例が示されている。

Ｅｘ２Ａ：アーム１３４を上げてからブーム１３１およびバケット１３５を下げる例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、アームシリンダ１３４の上げ駆動を開始する。アームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動動作によってアーム１３４が上昇すると、これに伴ってバケット１３５の最下点も上昇する。
次いで、制御装置１６０はブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動によるバケット１３５の最下点の高さの降下は、アームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動によるバケット１３５の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、バケット１３５の最下点の高さは維持される。バケット１３５の最下点の高さは、アーム１３４の上げ駆動開始からブーム１３１の下げ駆動開始までの間にアーム１３４が上昇した分だけ高い位置で維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、アームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃの下げ駆動信号の出力を開始する。アームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃが下げ駆動することで、バケット１３５の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、バケット１３５は積込対象Ｔと接触することがない。
なお、Ｅｘ２Ａにおいて、制御装置１６０はアームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動の後にブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を開始するが、これに限られず、アームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動とブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を同時に行ってもよい。Ｅｘ２Ａにおいて、制御装置１６０はアームシリンダ１３４Ｃとバケットシリンダ１３５Ｃの下げ駆動を同時に開始するが、これに限られず、アームシリンダ１３４Ｃの下げ駆動の開始時刻とバケットシリンダ１３５Ｃの下げ駆動の開始時刻とに差があってもよい。ただし、アームシリンダ１３４Ｃの下げ駆動の開始時刻およびバケットシリンダ１３５Ｃの下げ駆動の開始時刻は、いずれも旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達した時刻と同時または以降である。

Ｅｘ２Ｂ：アーム１３４に加えバケット１３５を上げることでバケット１３５と積込対象Ｔとの間に隙間を作る例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、アームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃの上げ駆動を開始する。アームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃの上げ駆動動作によってアーム１３４およびバケット１３５が上昇することで、バケット１３５の最下点が上昇する。
次いで、制御装置１６０はブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動の出力を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動によるバケット１３５の最下点の高さの降下は、アームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動およびバケットシリンダ１３５Ｃの上げ駆動によるバケット１３５の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、バケット１３５の最下点の高さは維持される。なお、Ｅｘ２Ｂに係る制御装置１６０は、ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動量をアームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃの両方の上げ駆動量で補償できるため、Ｅｘ２Ａと比較してブームシリンダ１３１Ｃの駆動速度ｖ_１を速くすることができる。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、アームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃの下げ駆動を開始する。アームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃが下げ駆動することで、バケット１３５の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、バケット１３５は積込対象Ｔと接触することがない。
なお、Ｅｘ２Ｂにおいて、制御装置１６０はアームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動の後にブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を開始し、さらにその後にバケットシリンダ１３５Ｃの上げ駆動を開始するが、これに限られず、アームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動とブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動を同時に行ってもよいし、アームシリンダ１３４Ｃの上げ駆動とバケットシリンダ１３５Ｃの上げ駆動を同時に行ってもよい。

Ｅｘ２Ｃ：バケット１３５を上げることでバケット１３５と積込対象Ｔとの間に隙間を作り、アーム１３４を上げない例
制御装置１６０は、自動制御を開始すると旋回体１２０の旋回を開始する。次いで制御装置１６０は、バケット１３５の上げ駆動信号の出力を開始する。バケットシリンダ１３５Ｃの上げ駆動動作によってバケット１３５が上昇する。
次いで、制御装置１６０はブーム１３１の下げ駆動信号の出力を開始する。ブームシリンダ１３１Ｃの下げ駆動によるバケット１３５の最下点の高さの降下は、バケットシリンダ１３５Ｃの上げ駆動によるバケット１３５の最下点の高さの上昇によって打ち消されるため、バケット１３５の最下点の高さは維持される。バケット１３５の最下点の高さは、バケット１３５の上げ駆動開始からブーム１３１の下げ駆動開始までの間にバケット１３５が上昇した分だけ高い位置で維持される。
その後、旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達すると、制御装置１６０は、アーム１３４およびバケット１３５の下げ駆動信号の出力を開始する。アームシリンダ１３４Ｃおよびバケットシリンダ１３５Ｃが下げ駆動することで、バケット１３５の最下点が下降するが、この時点で既に旋回角は第二干渉角度θ_２に到達しているため、バケット１３５は積込対象Ｔと接触することがない。
なお、Ｅｘ２Ｃにおいて、制御装置１６０はブーム１３１とバケット１３５の下げ駆動信号の出力を同時に開始するが、これに限られず、ブーム１３１の下げ駆動信号の出力開始時刻とバケット１３５の下げ駆動信号の出力開始時刻とに差があってもよい。ただし、アーム１３４の下げ駆動信号の出力開始時刻およびバケット１３５の下げ駆動信号の出力開始時刻は、いずれも旋回体１２０の旋回角が第二干渉角度θ_２に到達した時刻以降である。

上記Ｅｘ２Ａ－Ｅｘ２Ｃの何れの例においても、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２に至るまで作業機１３０を動作させない例と比較して、作業機１３０全体の駆動時間は短くなる。

《作用・効果》
このように、第二実施形態に係る制御装置１６０は、自動制御の第二旋回において、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２未満である場合、すなわちバケット１３５が積込対象Ｔの上方に位置するときに、アーム１３４又はバケット１３５（第一リンク部品）を上方に駆動させる操作信号を出力し、かつブーム１３１（第二リンク部品）を下方に駆動させる操作信号を出力する。これにより、制御装置１６０は、旋回角度が第二干渉回避角度θ_２を超えた後のブーム１３１の下げ操作量を小さくし、第二旋回の所要時間を短くすることができる。

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置１６０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置１６０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６０を構成する一部のコンピュータが積込機械１００の内部に搭載され、他のコンピュータが積込機械１００の外部に設けられてもよい。

上述した実施形態に係る目標姿勢は、予め設定されてメインメモリ６３０又はストレージ６５０に記録されるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、操作端末１４２の操作によって目標姿勢を変更可能に構成してもよい。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、操作端末１４２にブーム１３１、スティック１３２及びクラムバケット１３３、またはブーム１３１、アーム１３４及びバケット１３５の位置及び角度を表す数値を入力することで目標姿勢を変更してもよい。また他の実施形態に係る積込機械１００は、オペレータの操作によって作業機１３０を好ましい姿勢に制御した後、操作端末１４２を操作することで、作業機位置特定部６１４が作業機１３０の姿勢を特定し、目標姿勢を当該姿勢で上書きしてもよい。

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、検出装置１５６の計測データに基づくＳＬＡＭのマップデータに基づいて積込対象を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、積込対象の緯度、経度及び向く方位の入力を受け付け、位置方位演算器１５１の計測結果から積込対象の車体座標系における位置及び形状を計算してもよい。また、他の実施形態に係る制御装置１６０は、車体座標系でなく、緯度、経度及び高度で表されるグローバル座標系に基づいて積込機械１００を制御してもよい。この場合、制御装置１６０は、目標旋回角度や旋回角度などの角度を、グローバル座標系の基準方位に対する角度として計算してもよい。

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、傾斜計測器１５２が計測した旋回体１２０の角速度を積分することで、旋回体１２０の角度を算出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、位置方位演算器１５１が計測する方位の差分に基づいて旋回体１２０の角度を算出してもよい。また他の実施形態においては、旋回モータ１２４に設けた回転角センサの検出値を用いて旋回体１２０の角度を特定してもよい。

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、旋回角度と干渉回避角度の比較に基づいて自動制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、クラムバケット１３３またはバケット１３５の位置と積込対象Ｔの外形のうち旋回体１２０の旋回方向の最も後方の点ｐ_１（図４）との比較に基づいて自動制御を行ってもよい。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、クラムバケット１３３またはバケット１３５が点ｐ_１の近傍の領域に位置するように旋回開始タイミングを調整してよい。

上述した実施形態に係る積込機械１００は、オペレータが運転室１４０に搭乗して直接操作するものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、遠隔操作により動作するものであってもよい。すなわち、他の実施形態では、遠隔に設けられた操作装置１４３から通信によって操作信号が制御装置１６０に伝送されてよい。また、制御装置１６０は、遠隔地に設けられたコンピュータによって構成されてもよいし、積込機械１００と遠隔地とのそれぞれに設けられたコンピュータに機能を分担させた制御システムで構成されてもよい。

上述した実施形態に係る自動制御は、クラムバケット１３３またはバケット１３５を掘削完了時の位置から、積込点へ移動させ、さらに次の掘削を開始するための位置へ移動させるものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、クラムバケット１３３またはバケット１３５を、手動操作により掘削完了時の位置から積込点へ移動させて排土し、積込機械１００が積込点から次の掘削を開始するための位置への移動のみを自動制御するようにしてもよい。この場合、オペレータはクラムバケット１３３またはバケット１３５が積込点へ到達した後に、次の掘削を開始するための位置へ作業機を駆動させるための信号を、操作レバーなどに設けたスイッチ操作により制御装置１６０に出力するようにしてもよい。前述のスイッチからの信号により、制御装置１６０は、上述した実施形態に係る自動制御の場合と同様に、作業機１３０の姿勢が掘削開始時とは別の予め設定した目標姿勢となるように作業機１３０を制御する。

上述した実施形態に係る制御装置１６０は、スティック１３２またはアーム１３４の先端の位置Ｐに基づいて作業機１３０を制御するが、スティック１３２またはアーム１３４の先端の位置Ｐはスティック１３２またはアーム１３４の先端の中心であってもよいし、左右にずれた位置であってもよい。また、他の実施形態においては、スティック１３２またはアーム１３４の先端の位置Ｐに代えて、クラムバケット１３３またはバケット１３５の任意の位置に基づいて作業機１３０を制御してもよい。

１００…積込機械 １１０…走行体 １１１…無限軌道 １１２…走行モータ １２０…旋回体 １２１…エンジン １２２…油圧ポンプ １２３…コントロールバルブ １２４…旋回モータ １３０…作業機 １３１…ブーム １３１Ｃ…ブームシリンダ １３２…スティック １３２Ｃ…スティックシリンダ １３３…クラムバケット １３３１…バックオール １３３２…クラムシェル １３３２Ｃ…クラムシリンダ １３３Ｃ…バケットシリンダ １３４…アーム １３４Ｃ…アームシリンダ １３５…バケット １３５Ｃ…バケットシリンダ １４０…運転室 １４１…運転席 １４２…操作端末 １４３…操作装置 １５１…位置方位演算器 １５２…傾斜計測器 １５３…ブーム角度センサ １５４…スティック角度センサ １５５…バケット角度センサ １５６…検出装置 １６０…制御装置 ６１０…プロセッサ ６１１…計測データ取得部 ６１２…マップ生成部 ６１３…操作信号入力部 ６１４…作業機位置特定部 ６１５…積込対象特定部 ６１６…旋回角度特定部 ６１７…回避角度特定部 ６１８…目標姿勢決定部 ６１９…移動制御部 ６２０…クラム制御部 ６２１…操作信号出力部 ６３０…メインメモリ ６５０…ストレージ ６７０…インタフェース Ｔ…積込対象

Claims (10)

1. 旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を含む複数のリンク部品で構成され前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、
   前記作業具を、積込対象の上方から、上方からの平面視において前記積込対象から離れかつ前記積込対象より低い目標位置まで自動的に移動させる自動制御を行う移動制御部を備え、
   前記移動制御部は、前記自動制御において、
   前記旋回体のうち前記作業機が取り付けられた部分が前記目標位置を向くまで前記旋回体を旋回させる操作信号を出力し、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第一リンク部品を上方に駆動させる操作信号を出力し、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力し、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置しないときに、前記第一リンク部品および前記第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力する
   積込機械の制御装置。
2. 前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときの姿勢から、前記作業具が前記目標位置に位置するときの姿勢へ遷移するための、前記第一リンク部品の必要駆動時間は、前記第二リンク部品の必要駆動時間より短い
   請求項１に記載の積込機械の制御装置。
3. 前記移動制御部は、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置する間、前記作業具の最下点の高さが下がらないように、前記第一リンク部品および前記第二リンク部品を駆動させる
   請求項１または請求項２に記載の積込機械の制御装置。
4. 前記移動制御部は、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置する間、前記作業具の最下点の高さを維持するように、前記第一リンク部品および前記第二リンク部品を駆動させる
   請求項３に記載の積込機械の制御装置。
5. 前記移動制御部は、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置する間、前記作業具の最下点の高さが、前記自動制御の開始時における前記作業具の最下点より高くなるように、前記第一リンク部品および前記第二リンク部品を駆動させる
   請求項３に記載の積込機械の制御装置。
6. 前記作業機は、
   前記旋回体に設けられたブームと、
   前記ブームの先端に設けられたスティックと、
   開口が前記旋回体の前方を向くように前記スティックの先端に設けられた前記作業具とを備え、
   前記第一リンク部品は、前記ブームであり、
   前記第二リンク部品は、前記スティックおよび前記作業具である
   請求項１または請求項２に記載の積込機械の制御装置。
7. 前記作業機は、
   前記旋回体に設けられたブームと、
   前記ブームの先端に設けられたアームと、
   開口が前記旋回体側を向くように前記アームの先端に設けられた前記作業具とを備え、
   前記第一リンク部品は、前記アームまたは前記作業具の少なくとも一方を含み、
   前記第二リンク部品は、前記ブームを含む
   請求項１または請求項２に記載の積込機械の制御装置。
8. 前記移動制御部は、前記自動制御において、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記第一リンク部品の上方への移動による前記作業具の最下点の高さの変化を打ち消すように前記第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力する
   請求項１または請求項２に記載の積込機械の制御装置。
9. 旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を含む複数のリンク部品で構成され前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の前記作業具を、積込対象の上方から、上方からの平面視において前記積込対象から離れかつ前記積込対象より低い目標位置まで移動させる積込機械の制御方法であって、
   前記旋回体のうち前記作業機が取り付けられた部分が前記目標位置を向くまで前記旋回体を旋回させる操作信号を出力するステップと、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第一リンク部品を上方に駆動させる操作信号を出力するステップと、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力するステップと、
   前記作業具が前記積込対象の上方に位置しないときに、前記第一リンク部品および前記第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力するステップと
   を有する積込機械の制御方法。
10. 旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体を支持する支持部と、作業具を含む複数のリンク部品で構成され前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御システムであって、
    前記作業具を、積込対象の上方から、上方からの平面視において前記積込対象から離れかつ前記積込対象より低い目標位置まで自動的に移動させる自動制御を実現する１または複数のコンピュータを備え、
    前記１または複数のコンピュータは、前記自動制御において、
    前記旋回体のうち前記作業機が取り付けられた部分が前記目標位置を向くまで前記旋回体を旋回させる操作信号を出力し、
    前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第一リンク部品を上方に駆動させる操作信号を出力し、
    前記作業具が前記積込対象の上方に位置するときに、前記複数のリンク部品の１つである第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力し、
    前記作業具が前記積込対象の上方に位置しないときに、前記第一リンク部品および前記第二リンク部品を下方に駆動させる操作信号を出力し、
    前記１または複数のコンピュータの少なくとも一部は、前記積込機械の外部に設けられる
    制御システム。

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