JP2024042455A - 作業機械を含むシステム、作業機械のコントローラ、および作業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動制御される作業機の軌跡を適切に設定する。【解決手段】作業機械のコントローラは、物体センサにより検出された容器の基準点を取得し、作業機械が操作されたときの作業機の軌跡を取得し、軌跡を構成する特徴点の位置を前記基準点を基準として抽出する。【選択図】図７

Description

本開示は、作業機械を含むシステム、作業機械のコントローラ、および作業機械の制御方法に関する。

従来のホイールローダは、たとえば国際公開２０２０／２２４７６８号（特許文献１）に開示されている。

国際公開２０２０／２２４７６８号

ホイールローダは、掘削作業と積込作業とを繰り返し行う。積込作業を自動化するためには、自動制御される作業機の軌跡を適切に設定することが求められる。

本開示では、自動制御される作業機の軌跡を適切に設定できる、作業機械を含むシステム、作業機械のコントローラ、および作業機械の制御方法が提案される。

本開示のある局面に従うと、作業機械本体と、作業機械本体に取り付けられ、バケットを有する作業機と、作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、作業機械本体の周辺の物体を検出する物体センサと、作業機姿勢センサおよび物体センサと通信するコントローラとを備える、作業機械を含むシステムが提案される。コントローラは、物体センサにより検出された容器の基準点を取得する。コントローラは、作業機械が操作されたときの作業機の軌跡を取得する。コントローラは、軌跡を構成する特徴点の位置を基準点を基準として抽出する。

本開示のある局面に従うと、作業機械のコントローラが提案される。コントローラは、物体センサにより検出された容器の基準点を取得する。コントローラは、作業機械が操作されたときの作業機の軌跡を取得する。コントローラは、軌跡を構成する特徴点の位置を基準点を基準として抽出する。

本開示のある局面に従うと、作業機械の制御方法が提案される。制御方法は、物体センサにより検出された容器の基準点を取得することと、作業機械が操作されたときの作業機の軌跡を取得することと、軌跡を構成する特徴点の位置を基準点を基準として抽出することと、を備えている。

本開示の作業機械を含むシステム、作業機械のコントローラ、および作業機械の制御方法によると、自動制御される作業機の軌跡を適切に設定することができる。

作業機械の一例としてのホイールローダの側面図である。 ホイールローダの制御システムの概略構成を示すブロック図である。 掘削積込作業を行うホイールローダの平面図である。 ホイールローダの自動制御システムの構成を示すブロック図である。 熟練オペレータが容器への積込みを行う際の作業機制御を記録する処理の流れを示すフローチャートである。 熟練オペレータが容器への積込みを行う際の作業機の軌跡を示す図である。 記録されたパラメータを編集する処理の流れを示すフローチャートである。 積込作業中のシリンダ長さの変化を示すグラフである。 バケットのダンプ動作を開始するときのホイールローダの姿勢を模式的に示す図である。 刃先が最奥位置に到達するときのホイールローダの姿勢を模式的に示す図である。 バケットのダンプ動作を停止するときのホイールローダの姿勢を模式的に示す図である。 ブームの上げ動作を停止するときのホイールローダの姿勢を模式的に示す図である。 バケットのチルト動作を開始するときのホイールローダの姿勢を模式的に示す図である。 バケットのチルト動作を停止するときのホイールローダの姿勢を模式的に示す図である。 自動制御によりバケットに積載した荷を容器に積み込む処理の流れを示すフローチャートである。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。実施形態から任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。

＜ホイールローダ１の全体構成＞
実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ１について説明する。図１は、作業機械の一例としてのホイールローダ１の側面図である。

図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置４と、キャブ５とを備えている。車体フレーム２、キャブ５などからホイールローダ１の車体が構成されている。ホイールローダ１の車体には、作業機３および走行装置４が取り付けられている。ホイールローダ１の本体は、車体と、走行装置４とを有している。

走行装置４は、ホイールローダ１の車体を走行させるものであり、走行輪４ａ，４ｂを含んでいる。ホイールローダ１は、車体の左右方向の両側に走行用回転体として走行輪４ａ，４ｂを備える装輪車両である。ホイールローダ１は、走行輪４ａ，４ｂが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。走行装置４は、走行体の一例に対応する。

本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ１の左右方向とは、平坦な地面上にあるホイールローダ１を平面視したときに前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

車体フレーム２は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとを含んでいる。前フレーム２ａは、後フレーム２ｂの前方に配置されている。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとは、互いに左右方向に動作可能に取り付けられている。

前フレーム２ａと後フレーム２ｂとに亘って、一対のステアリングシリンダ１１が取り付けられている。ステアリングシリンダ１１は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１がステアリングポンプからの作動油によって伸縮することによって、ホイールローダ１の進行方向が左右に変更される。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとにより、アーティキュレート構造の車体フレーム２が構成されている。ホイールローダ１は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが屈曲動作可能に連結されたアーティキュレート式の作業機械である。

前フレーム２ａには、作業機３および一対の走行輪（前輪）４ａが取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の本体の前方に取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の車体によって支持されている。作業機３は、ブーム１４と、バケット６とを含んでいる。バケット６は、作業機３の先端に配置されている。バケット６は、掘削・積込用の作業具である。刃先６ａは、バケット６の先端部である。背面６ｂは、バケット６の外面の一部である。背面６ｂは、平面で形成されている。背面６ｂは、刃先６ａから後方に延びている。

ブーム１４の基端部は、ブームピン９によって前フレーム２ａに回転自在に取付けられている。バケット６は、ブーム１４の先端に位置するバケットピン１７によって、回転自在にブーム１４に取付けられている。ブームピン９およびバケットピン１７は、作業機３の複数の関節に対応する。

作業機３は、ベルクランク１８と、リンク１５とをさらに含んでいる。ベルクランク１８は、ブーム１４のほぼ中央に位置する支持ピン１８ａによって、ブーム１４に回転自在に支持されている。リンク１５は、ベルクランク１８の先端部に設けられた連結ピン１８ｃに連結されている。リンク１５は、ベルクランク１８とバケット６とを連結している。

前フレーム２ａとブーム１４とは、一対のブームシリンダ１６により連結されている。ブームシリンダ１６は、油圧シリンダである。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を、ブームピン９を中心として上下に回転駆動する。ブームシリンダ１６の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。ブームシリンダ１６の先端は、ブーム１４に取り付けられている。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を前フレーム２ａに対し上下に動作させる油圧アクチュエータである。ブーム１４の昇降に伴って、ブーム１４の先端に取り付けられたバケット６も昇降する。

バケットシリンダ１９は、ベルクランク１８と前フレーム２ａとを連結している。バケットシリンダ１９の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。バケットシリンダ１９の先端は、ベルクランク１８の基端部に設けられた連結ピン１８ｂに取り付けられている。バケットシリンダ１９は、バケット６をブーム１４に対し上下に回動させる油圧アクチュエータである。バケットシリンダ１９は、バケット６を駆動する作業具シリンダである。バケットシリンダ１９は、バケット６を、バケットピン１７を中心として回転駆動する。バケット６は、ブーム１４に対し動作可能に構成されている。バケット６は、前フレーム２ａに対し動作可能に構成されている。

ブームシリンダ１６と、バケットシリンダ１９とは、作業機３を駆動する作業機アクチュエータの一例に対応する。

後フレーム２ｂには、オペレータが搭乗するキャブ５、および一対の走行輪（後輪）４ｂが取り付けられている。箱状のキャブ５は、ブーム１４の後方に配置されている。キャブ５は、車体フレーム２上に載置されている。キャブ５内には、ホイールローダ１のオペレータが着座するシート、および後述する操作装置８などが配置されている。

キャブ５には、知覚装置１１１が設けられている。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の天井部に配置されている。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の上面に搭載されている。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の前部に配置されている。知覚装置１１１は、たとえば前方を向いてキャブ５に取り付けられており、キャブ５の前方の情報を取得可能である。知覚装置１１１の詳細は後述する。

＜システム構成＞
図２は、ホイールローダ１を制御する制御システムの概略構成を示すブロック図である。

エンジン２１は、作業機３および走行装置４を駆動するための駆動力を発生する駆動源であり、たとえばディーゼルエンジンである。駆動源として、エンジン２１に代えて、蓄電体により駆動するモータが用いられてもよく、またエンジンとモータとの双方が用いられてもよい。エンジン２１の出力は、エンジン２１のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。

エンジン２１の発生する駆動力は、トランスミッション２３へ伝達される。トランスミッション２３は、駆動力を適切なトルクおよび回転速度に変速する。トランスミッション２３の出力軸に、アクスル２５が接続されている。トランスミッション２３で変速された駆動力は、アクスル２５に伝達される。アクスル２５から走行輪４ａ，４ｂ（図１）に、駆動力が伝達される。これにより、ホイールローダ１が走行する。実施形態のホイールローダ１においては、走行輪４ａと走行輪４ｂとの両方が、駆動力を受けてホイールローダ１を走行させる駆動輪を構成している。

エンジン２１の駆動力の一部は、作業機ポンプ１３に伝達される。作業機ポンプ１３は、エンジン２１により駆動され、吐出する作動油によって作業機３を作動させる油圧ポンプである。作業機３は、作業機ポンプ１３からの作動油によって駆動される。作業機ポンプ１３から吐出された作動油は、メインバルブ３２を介して、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に供給される。ブームシリンダ１６が作動油の供給を受けて伸縮することによって、ブーム１４が昇降する。バケットシリンダ１９が作動油の供給を受けて伸縮することによって、バケット６が上下に回動する。

ホイールローダ１は、車体コントローラ５０を備えている。車体コントローラ５０は、エンジンコントローラ６０と、トランスミッションコントローラ７０と、作業機コントローラ８０とを含んでいる。

車体コントローラ５０は、一般的にＣＰＵ（Central Processing Unit）により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。車体コントローラ５０は、図示しないメモリを有している。メモリは、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダ１の機能を実現するための各種のプログラムを格納する。

操作装置８は、キャブ５に設けられている。操作装置８は、オペレータによって操作される。操作装置８は、オペレータがホイールローダ１を動作させるために操作する、複数種類の操作部材を備えている。操作装置８は、アクセルペダル４１と、作業機操作レバー４２とを含んでいる。操作装置８は、図示しないステアリングハンドル、シフトレバーなどを含んでいてもよい。

アクセルペダル４１は、エンジン２１の目標回転数を設定するために操作される。エンジンコントローラ６０は、アクセルペダル４１の操作量に基づいて、エンジン２１の出力を制御する。アクセルペダル４１の操作量（踏み込み量）を増大すると、エンジン２１の出力が増大する。アクセルペダル４１の操作量を減少すると、エンジン２１の出力が減少する。トランスミッションコントローラ７０は、アクセルペダル４１の操作量に基づいて、トランスミッション２３を制御する。

作業機操作レバー４２は、作業機３を動作させるために操作される。作業機コントローラ８０は、作業機操作レバー４２の操作量に基づいて、電磁比例制御弁３５，３６を制御する。

電磁比例制御弁３５は、バケットシリンダ１９を縮めて、バケット６がダンプ方向（バケット６の刃先が下がる方向）に移動するように、メインバルブ３２を切り換える。また電磁比例制御弁３５は、バケットシリンダ１９を伸ばして、バケット６がチルト方向（バケット６の刃先が上がる方向）に移動するように、メインバルブ３２を切り換える。電磁比例制御弁３６は、ブームシリンダ１６を縮めて、ブーム１４が下がるようにメインバルブ３２を切り換える。また電磁比例制御弁３６は、ブームシリンダ１６を伸ばして、ブーム１４が上がるようにメインバルブ３２を切り換える。

機械モニタ５１は、車体コントローラ５０から指令信号の入力を受けて、各種情報を表示する。機械モニタ５１に表示される各種情報は、たとえば、ホイールローダ１により実行される作業に関する情報、燃料残量、冷却水温度および作動油温度などの車体情報、ホイールローダ１の周辺を撮像した周辺画像などであってもよい。機械モニタ５１はタッチパネルであってもよく、この場合、オペレータが機械モニタ５１の一部に触れることにより生成される信号が、機械モニタ５１から車体コントローラ５０に出力される。

＜掘削積込作業＞
本実施形態のホイールローダ１は、土砂などの掘削対象物を掬い取り、ダンプトラックなどの積込対象に掘削対象物を積み込む、掘削積込作業を実行する。図３は、掘削積込作業を行うホイールローダ１の平面図である。図３には、いわゆるＶシェープ作業を行うホイールローダ１が図示されている。

図３（Ａ）には、いわゆる空荷前進をするホイールローダ１が図示されている。ホイールローダ１は、土砂などの掘削対象物３１０へ向かって、掘削経路Ｒ１に沿って前進走行する。ホイールローダ１がバケット６を掘削対象物３１０へ突っ込み、前進走行を停止する。バケット６の刃先６ａを掘削対象物３１０に食い込ませた状態でバケット６を上昇させることにより、バケット６に掘削対象物３１０を掬い取る掘削作業が実行される。

図３（Ｂ）には、いわゆる積荷後進をするホイールローダ１が図示されている。バケット６内には、掘削対象物３１０が積み込まれている。ホイールローダ１は、図３（Ａ）で前進走行を開始した位置まで、掘削経路Ｒ１に沿って後進走行する。

図３（Ｃ）には、いわゆる積荷前進をするホイールローダ１が図示されている。バケット６内に掘削対象物３１０が積み込まれた状態で、ホイールローダ１は、ダンプトラック３００のベッセル３０１へ向かって前進走行する。ホイールローダ１は、図３（Ａ）で前進走行を開始した位置から、ダンプトラック３００へ向かって、積込経路Ｒ２に沿って前進走行する。ダンプトラック３００に接近して所定位置に到達すると、ホイールローダ１は、バケット６内の掘削対象物３１０をベッセル３０１内に積み込む。ベッセル３０１は、作業機３に積載された荷を積み込むための「容器」の一例に対応する。

図３（Ｄ）には、いわゆる空荷後進をするホイールローダ１が図示されている。バケット６内の掘削対象物３１０をダンプトラック３００のベッセル３０１に全て排出してバケット６内が空の状態で、ホイールローダ１は、図３（Ｃ）で前進走行を開始した位置まで、積込経路Ｒ２に沿って後進走行する。

このように、ホイールローダ１は、掘削、後退、ダンプアプローチ、排土、後退という一連の作業を繰り返し行うことができる。

＜ホイールローダ１の自動制御システム＞
ホイールローダ１によるダンプトラック３００への積込作業を自動化するにあたり、バケット６をベッセル３０１に接触させることなく、作業量を確保しつつ、より素早く積込作業を行うために、熟練オペレータの作業機３の操作を自動制御によって再現することが望まれている。図４は、ホイールローダ１の自動制御システムの構成を示すブロック図である。

自動化コントローラ１００は、図２を参照して説明した車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。自動化コントローラ１００はまた、外界情報取得部１１０との間で信号の送受信が可能に構成されている。外界情報取得部１１０は、知覚装置１１１と、位置情報取得装置１１２とを有している。知覚装置１１１と位置情報取得装置１１２とは、ホイールローダ１に搭載されている。

知覚装置１１１は、ホイールローダ１の周囲の情報を取得する。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の上面の前部に取り付けられている。知覚装置１１１は、ホイールローダ１の本体の周辺の物体を検出する「物体センサ」の一例に対応する。

知覚装置１１１は、ホイールローダ１の外部の対象物の方向および対象物までの距離を、非接触で検出する。知覚装置１１１はたとえば、レーザ光を射出して対象物の情報を取得するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）である。知覚装置１１１は、カメラを含む視覚センサであってもよい。知覚装置１１１は、電波を射出することにより対象物の情報を取得するＲａｄａｒ（Radio Detection and Ranging）であってもよい。知覚装置１１１は、赤外線センサであってもよい。

位置情報取得装置１１２は、ホイールローダ１の現在位置の情報を取得する。位置情報取得装置１１２はたとえば、衛星測位システムを利用して、地球を基準としたグローバル座標系におけるホイールローダ１の位置情報を取得する。位置情報取得装置１１２はたとえば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）を用いるものであり、ＧＮＳＳレシーバを有している。衛星測位システムは、ＧＮＳＳレシーバが衛星から受信した測位信号により、ＧＮＳＳレシーバのアンテナの位置を演算して、ホイールローダ１の位置を算出する。

知覚装置１１１によるホイールローダ１の外界情報、および、位置情報取得装置１１２によるホイールローダ１の位置情報は、自動化コントローラ１００に入力される。

車体コントローラ５０は、車両情報取得部１２０との間で信号の送受信が可能に構成されており、車両情報取得部１２０が取得するホイールローダ１の情報の入力を受ける。車両情報取得部１２０は、ホイールローダ１に搭載されている各種のセンサにより構成されている。車両情報取得部１２０は、アーティキュレート角度センサ１２１、車両速度センサ１２２、ブーム角度センサ１２３、バケット角度センサ１２４、およびブームシリンダ圧力センサ１２５を有している。

アーティキュレート角度センサ１２１は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとのなす角度であるアーティキュレート角度を検出し、検出したアーティキュレート角度の信号を発生する。アーティキュレート角度センサ１２１は、アーティキュレート角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。

車両速度センサ１２２は、たとえば、トランスミッション２３の出力軸の回転速度を検出することにより、走行装置４によるホイールローダ１の移動速度を検出し、検出した車速の信号を発生する。車両速度センサ１２２は、車速の信号を車体コントローラ５０に出力する。車両速度センサ１２２は、走行装置４（走行体）の進行状況を検出する走行センサの一例に対応する。

ブーム角度センサ１２３は、たとえば、ブーム１４の車体フレーム２に対する取付部であるブームピン９に設けられたロータリーエンコーダで構成される。ブーム角度センサ１２３は、水平方向に対するブーム１４の角度を検出し、検出したブーム１４の角度の信号を発生する。ブーム角度センサ１２３は、ブーム１４の角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。

バケット角度センサ１２４は、たとえば、ベルクランク１８の回転軸である支持ピン１８ａに設けられたロータリーエンコーダで構成される。バケット角度センサ１２４は、ブーム１４に対するバケット６の角度を検出し、検出したバケット６の角度の信号を発生する。バケット角度センサ１２４は、バケット６の角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。

ブーム角度センサ１２３と、バケット角度センサ１２４とは、作業機３の姿勢を検出する「作業機姿勢センサ」の一例に対応する。

ブームシリンダ圧力センサ１２５は、ブームシリンダ１６のボトム側の圧力（ブームボトム圧）を検出し、検出したブームボトム圧の信号を発生する。ブームボトム圧は、バケット６に荷が積まれた場合に高くなり、空荷の場合に低くなる。ブームシリンダ圧力センサ１２５は、ブームボトム圧の信号を車体コントローラ５０に出力する。

車体コントローラ５０は、車両情報取得部１２０から入力された情報を、自動化コントローラ１００へ出力する。自動化コントローラ１００は、車体コントローラ５０を介して、車両速度センサ１２２、ブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４の検出値を入力する。

アクチュエータ１４０は、車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。車体コントローラ５０からの指令信号を受けて、アクチュエータ１４０が駆動する。アクチュエータ１４０は、走行装置４のブレーキを作動させるためのブレーキＥＰＣ（電磁比例制御弁）１４１と、ホイールローダ１の走行方向を調節するためのステアリングＥＰＣ１４２と、作業機３を動作させるための作業機ＥＰＣ１４３と、ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）１４４とを含んでいる。

図２に示される電磁比例制御弁３５，３６は、作業機ＥＰＣ１４３を構成している。図２に示されるトランスミッション２３は、電子制御を活用したＨＭＴ１４４として実現される。トランスミッション２３は、ＨＳＴ（Hydro-Static Transmission）であってもよい。エンジン２１から走行輪４ａ，４ｂへ動力を伝達する動力伝達装置は、ディーゼル・エレクトリック方式などの電気式駆動装置を含んでもよく、ＨＭＴ、ＨＳＴ、電気式駆動装置のいずれかの組み合わせを含んでもよい。

トランスミッションコントローラ７０は、ブレーキ制御部７１と、アクセル制御部７２とを有している。ブレーキ制御部７１は、ブレーキＥＰＣ１４１に対して、ブレーキの作動を制御するための指令信号を出力する。アクセル制御部７２は、ＨＭＴ１４４に対して、車速を制御するための指令信号を出力する。

作業機コントローラ８０は、ステアリング制御部８１と、作業機制御部８２とを有している。ステアリング制御部８１は、ステアリングＥＰＣ１４２に対して、ホイールローダ１の走行方向を制御するための指令信号を出力する。作業機制御部８２は、作業機ＥＰＣ１４３に対して、作業機３の動作を制御するための指令信号を出力する。

自動化コントローラ１００は、位置推定部１０１と、パスプランニング部１０２と、経路追従制御部１０３とを有している。

位置推定部１０１は、位置情報取得装置１１２が取得した位置情報によって、ホイールローダ１の自己位置を推定する。また位置推定部１０１は、知覚装置１１１が取得した外界情報によって、目標位置を認識する。目標位置は、たとえば、図３に示される掘削対象物３１０またはダンプトラック３００の位置である。位置推定部１０１は、ダンプトラック３００の所定の基準点、たとえばベッセル３０１の側面上端の位置を取得可能である。知覚装置１１１が目標位置を認識して自動化コントローラ１００に入力してもよく、知覚装置１１１が検出した検出結果に基づいて位置推定部１０１が目標位置を認識してもよい。

パスプランニング部１０２は、ホイールローダ１を自動制御するときの、ホイールローダ１の最適経路を生成する。最適経路は、走行装置４による走行の経路と、作業機３の動作の経路とを含んでいる。たとえばパスプランニング部１０２は、ダンプトラック３００への積込作業における、ダンプトラック３００へ向かって積荷前進するホイールローダ１の最適経路と、空荷後進してダンプトラック３００から離れるホイールローダ１の最適経路とを生成する。パスプランニング部１０２はまた、ダンプトラック３００への積込作業を実行中に、ホイールローダ１の現在の自己位置と、ホイールローダ１がこれから向かう目標位置と、をむすぶ最適経路を生成する。

最適経路に含まれる走行装置４による走行の経路は、オペレータの操作に基づく実際の走行履歴に基づいて生成してもよい。または、走行の経路は、演算で求められる走行経路であってもよい。

経路追従制御部１０３は、パスプランニング部１０２が生成した最適経路に追従してホイールローダ１が走行するように、アクセル、ブレーキおよびステアリングを制御する。経路追従制御部１０３から、ブレーキ制御部７１、アクセル制御部７２およびステアリング制御部８１に、ホイールローダ１を最適経路に沿って走行させるための指令信号が出力される。経路追従制御部１０３は、パスプランニング部１０２が生成した最適経路に沿って作業機３が動作するように、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を制御する。経路追従制御部１０３から、作業機制御部８２に、作業機３を最適経路に沿って移動させるための指令信号が出力される。

インターフェース１３０は、車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。インターフェース１３０は、モード選択操作部１３１、エンジン緊急停止スイッチ１３２、およびモードランプ１３３を有している。

モード選択操作部１３１は、オペレータによって操作される。オペレータは、モード選択操作部１３１を操作することにより、ホイールローダ１の運転モードを選択する。ホイールローダ１の運転モードは、ホイールローダ１をマニュアルで操作するマニュアルモードと、ホイールローダ１を自動制御するオートモードとを含む。また運転モードは、ホイールローダ１を自動制御するときの最適経路を生成するために、オペレータの操作に基づく実際の作業を記録するとともにその作業中に記録されたパラメータを編集する、レコード＆エディットモードを含む。

マニュアルモードが選択されていると、オペレータの操作によって作業が実行される。オートモードが選択されていると、ホイールローダ１が自動制御されることによって、作業が実行される。レコード＆エディットモードが選択された状態で、オペレータがホイールローダ１を操作して作業を実行すると、その作業が記録され、その作業中の作業機３の軌跡における特徴点が抽出されて、各特徴点における作業機３の位置と姿勢とが決定される。各特徴点を順に辿る経路が生成され、この生成された経路が、ホイールローダ１を自動制御するときの作業機３の動作の経路とされる。

エンジン緊急停止スイッチ１３２は、オペレータによって操作される。エンジン２１を緊急停止させることが求められる事象が発生したとき、オペレータは、エンジン緊急停止スイッチ１３２を操作する。モード選択操作部１３１およびエンジン緊急停止スイッチ１３２の操作の信号は、車体コントローラ５０に入力される。

モードランプ１３３は、ホイールローダ１が現在、オペレータによるマニュアル操作されるマニュアルモードであるか、自動制御されるオートモードであるか、またはレコード＆エディットモードであるか、を表示する。車体コントローラ５０からモードランプ１３３に、ランプの点灯を制御するための指令信号が出力される。

＜熟練オペレータの作業記録（レコード）＞
図５は、熟練オペレータが、ダンプトラック３００のベッセル３０１へのバケット６内の荷の積込作業を行う際の、作業機制御を記録する処理の流れを示すフローチャートである。

まず、事前準備として、積込作業を開始する前に、ステップＳ１００において、オペレータによるホイールローダ１の運転モードの選択が行われる。オペレータがモード選択操作部１３１を操作して、レコード＆エディットモードが選択される。モード選択操作部１３１の操作は、ボタン操作であってもよく、モニタ操作であってもよい。

ステップＳ１０１において、荷が積み込まれる容器であるダンプトラック３００のベッセル３０１の形状を認識する。たとえば、知覚装置１１１であるＬｉＤＡＲで、ダンプトラック３００の形状を取得する。ＬｉＤＡＲからダンプトラック３００にレーザ光を照射して、ダンプトラック３００上の計測点の三次元座標値を示す点群データを取得する。ダンプトラック３００を、前方、後方、右方および左方の四方から検知して、点群の情報からベッセル３０１の形状を認識することができる。認識されたベッセル３０１の形状が、自動化コントローラ１００に入力される。

ステップＳ１０２において、知覚装置１１１によって、ダンプトラック３００のベッセル３０１の基準点Ｐを認識する。知覚装置１１１であるＬｉＤＡＲで、ダンプトラック３００を検出する。自動化コントローラ１００は、知覚装置１１１が検出した点群と、ベッセル３０１の形状を示すマスター点群とを比較して、ベッセル３０１の位置を認識する。自動化コントローラ１００は、知覚装置１１１であるＬｉＤＡＲが認識したダンプトラック３００のベッセル３０１の側面上端を、基準点Ｐとして設定する。

オペレータの操作に基づく実際の走行履歴に基づいて走行の経路を生成する場合は、積込みが行われたときの位置に基づき、基準点Ｐを決定する。この場合、知覚装置１１１は、積込作業時にベッセル３０１の位置における積込み位置を検出し、積込み位置より基準点Ｐを求めることになる。

ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理を終えた後、ステップＳ１０３において、ホイールローダ１に搭乗したオペレータが、バケット６内の荷をベッセル３０１に積み込むための操作を行う。図３（Ｃ）（Ｄ）を参照して説明したように、オペレータは、作業機３（バケット６）に荷が積載されたホイールローダ１を、ベッセル３０１に向かって前進走行させる。オペレータは、作業機３（ブーム１４、バケット６）を適宜のタイミングで動作させるとともに、適宜のタイミングでホイールローダ１の走行方向を前進から後進に切り替える。これによりオペレータは、作業機３（バケット６）に積載された荷を、バケット３０１内に積み込む。

図６は、熟練オペレータがベッセル３０１への積込みを行う際の作業機３の軌跡を示す図である。図６および後続の図９～図１４では、ダンプトラック３００の前後方向から見たベッセル３０１が模式的に示されており、またダンプトラック３００の左側または右側からベッセル３０１に接近するホイールローダ１の前側の一部が模式的に示されている。

図６に示される軌跡ＴＲは、ホイールローダ１がバケット６内の荷をベッセル３０１に積み込むためのダンプトラック３００へ向かう前進走行（ダンプアプローチ）を開始してから、バケット６内の荷をベッセル３０１に排出した後のホイールローダ１がダンプトラック３００から離れるまでの、バケット６の刃先６ａが辿る軌跡である。

図６に示されるように、基準点Ｐを原点としたｘｙ座標系が設定される。ｘ軸は、基準点Ｐを通るダンプトラック３００の左右方向である。基準点Ｐを基準とした、ベッセル３０１から離れる方向が、＋ｘ方向である。ｙ軸は、基準点Ｐを通る上下方向である。基準点Ｐからの上向き方向が、＋ｙ方向である。

図６に示されるバケット角度θは、地面と、バケット６の背面６ｂとがなす角度である。バケット角度θは、バケット６の背面６ｂと車体基準の水平面とがなす角度であってもよい。

ステップＳ１０４において、自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａの現在位置を認識する。位置情報取得装置１１２でホイールローダ１の車体の現在位置を取得し、車体に対する作業機の姿勢をブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４により取得することで、グローバル座標系におけるバケット６の刃先６ａの現在位置を認識することができる。グローバル座標系における、ホイールローダ１および作業機３の現在位置と、ダンプトラック３００の現在位置とに基づいて、ダンプトラック３００のベッセル３０１に対するバケット６の刃先６ａの相対位置を算出することができる。

または、知覚装置１１１を用いて、知覚装置１１１の配置位置に対するダンプトラック３００のベッセル３０１の基準点Ｐの方向および距離を取得することで、基準点Ｐに対するバケット６の刃先６ａの現在の相対位置を算出し、この相対位置を現在位置として認識してもよい。

ステップＳ１０５において、自動化コントローラ１００のパスプランニング部１０２は、オペレータがベッセル３０１への積込み操作を行っている間の、パラメータを記録する。記録するパラメータは、バケット６の刃先６ａの、基準点Ｐを基準とした水平方向および鉛直方向の位置、すなわちｘ座標およびｙ座標を含む。パラメータはまた、バケット角度θを含む。パスプランニング部１０２は、作業機３に取り付けられたブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４の検出結果から、バケット角度θを算出することができる。

オペレータがベッセル３０１への積込み操作を行っている間の、バケット６の刃先６ａの現在位置およびバケット角度θが記録される。バケット６の刃先６ａの現在位置とバケット角度θとから、オペレータがベッセル３０１への積込み操作を行っている間の、作業機３の姿勢が記録されることになる。

ステップＳ１０６において、自動化コントローラ１００は、積込み操作が終了したか否かを判断する。たとえば、バケット６内の荷が全てベッセル３０１に排出されてバケット６内が空になったことを、ブームシリンダ圧力センサ１２５の検出結果から認識できる。バケット６内が空の状態において、バケット６の刃先６ａの現在位置がダンプトラック３００から離れた位置にまで移動したことが認識されると、積込み操作が終了したと判断することができる。

ステップＳ１０６の判断において、積込み操作が終了していないと判断されると（ステップＳ１０６においてＮＯ）、ステップＳ１０４に戻り、オペレータがベッセル３０１への積込み操作を行っている間の、バケット６の刃先６ａの現在位置の認識と、パラメータの記録とが繰り返される。

ステップＳ１０６の判断において、積込み操作が終了したと判断されると（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、熟練オペレータの作業記録を終了する（図５の「レコード終了」）。

熟練オペレータが作業機３（バケット６）に積載された荷をベッセル３０１に積み込むための操作を、ステップＳ１０３で開始してからステップＳ１０６で終了するまで、ステップＳ１０４の刃先６ａの現在位置の認識と、ステップＳ１０５の現在位置におけるパラメータの記録と、が繰り返される。バケット６の刃先６ａの、基準点Ｐを基準とした水平方向および鉛直方向の位置、すなわちｘ座標およびｙ座標をプロットすることにより、図６に示される刃先６ａの軌跡ＴＲが取得される。パスプランニング部１０２は、取得された軌跡ＴＲを記憶する。パスプランニング部１０２はまた、ステップＳ１０２で取得されたベッセル３０１の基準点Ｐを記憶する。

＜記録したパラメータの編集（エディット）＞
図７は、図５に示されるステップＳ１０５で記録されたパラメータを、積込作業の自動制御において用いられるように編集する処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ２０１において、パスプランニング部１０２は、図６に示される、積込み操作中の作業機３（バケット６の刃先６ａ）の軌跡ＴＲから、軌跡ＴＲを構成する特徴点を抽出する。本実施形態では、以下に詳細を説明する特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇが抽出される。

図８は、積込作業中のシリンダ長さの変化を示すグラフである。図８の横軸は時間の経過を示し、刃先６ａが特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇを通過する時刻に補助線が引かれている。図８の縦軸は、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さを示す。

ホイールローダ１がダンプトラック３００へ向かって前進走行中に、バケット６内の荷をベッセル３０１へ積み込むためのバケット６のダンプ方向への動作を開始するときの、バケット６の刃先６ａの位置が、特徴点ａとして抽出される。図９は、バケット６のダンプ動作を開始するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。特徴点ａは、ホイールローダ１がダンプトラック３００へ向かって前進走行中に、バケット６の刃先６ａが通過する位置である。特徴点ａは、基準点Ｐよりもベッセル３０１から離れている。特徴点ａは、ベッセル３０１の基準点Ｐよりも手前に位置している。特徴点ａは、ベッセル３０１の基準点Ｐよりも高い位置にある。

図８および図６，９に示されるように、刃先６ａが特徴点ａに到達する前に、ホイールローダ１は前進走行している。ブームシリンダ１６の長さが増大しており、したがってブーム１４は上昇している。バケットシリンダ１９の長さは一定であり、したがってバケット６の姿勢は一定である。バケット６は、バケット６内に掘削対象物を積載してチルトしている状態である。バケット６は、バケット６内の荷を安定して運搬できる姿勢を取っている。

ホイールローダ１が前進走行してベッセル３０１に接近して、バケット６の刃先６ａが最も奥側（図９～図１４においては、図中の左側）に移動するときの、バケット６の刃先６ａの位置が、特徴点ｂとして抽出される。図１０は、刃先６ａが最奥位置に到達するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。特徴点ｂは、バケット６の刃先６ａが特徴点ａを通過し基準点Ｐを越えた後に、刃先６ａが通過する位置である。特徴点ｂは、ベッセル３０１の上方にある。

図８および図９，１０に示されるように、刃先６ａが特徴点ａを通過した後特徴点ｂに到達するまで、ホイールローダ１は前進走行を継続している。ブームシリンダ１６は長さを増大し続けており、したがってブーム１４は上昇を続けている。特徴点ａに刃先６ａが到達した時点でバケット６のダンプ方向の動作が開始され、特徴点ｂに到達するまで、バケット６はダンプ方向への動作を継続している。バケットシリンダ１９の長さは減少を続けている。特徴点ａから特徴点ｂまでの刃先６ａの移動においては、ブーム１４の上昇よりもバケット６のダンプ動作が、刃先６ａの位置により大きく影響を及ぼしている。そのため、特徴点ｂは、特徴点ａよりも高さ位置が低い。特徴点ｂのｙ座標の値は、特徴点ａのｙ座標の値よりも小さい。

図８に示されるように、刃先６ａが特徴点ａに到達した後、ブーム１４の上昇速度が小さくなっている。ブーム１４の上げ動作が緩やかになっている。刃先６ａが特徴点ｂに到達する前に、ブーム１４の上昇速度が再度大きくなっている。

ベッセル３０１の上方でバケット６のダンプ方向への動作を停止するときの、バケット６の刃先６ａの位置が、特徴点ｃとして抽出される。図１１は、バケット６のダンプ動作を停止するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。特徴点ｃは、特徴点ｂを通過した後にバケット６の刃先６ａが通過する位置である。バケット６の刃先６ａが特徴点ａを通過してから特徴点ｃに到達するまで、バケット６のダンプ方向への動作が継続されている。バケット６の刃先６ａが特徴点ｃにあるとき、バケット６はフルダンプ状態である。バケット６の刃先６ａが特徴点ｃにあるとき、バケットシリンダ１９の長さは最小である。特徴点ｃは、特徴点ｂよりも基準点Ｐに近い位置にある。

図８および図１０，１１に示されるように、刃先６ａが特徴点ｂを通過した後特徴点ｃに到達するまで、ホイールローダ１は前進走行を継続している。ブームシリンダ１６は長さを増大し続けており、したがってブーム１４は上昇を続けている。バケットシリンダ１９は長さを減少し続けており、したがってバケット６はダンプ方向への動作を継続している。刃先６ａが特徴点ｃに到達した時点で、バケット６はフルダンプの姿勢となり、バケット６のダンプ動作が停止する。刃先６ａが特徴点ｃに到達した時点で、バケットシリンダ１９の長さが最小となっている。特徴点ｂから特徴点ｃまでの刃先６ａの移動においては、ブーム１４の上昇よりもバケット６のダンプ動作が、刃先６ａの位置により大きく影響を及ぼしている。そのため、特徴点ｃは、特徴点ｂよりも高さ位置が低い。特徴点ｃのｙ座標の値は、特徴点ｂのｙ座標の値よりも小さい。

バケット６のダンプ動作中に、ブーム１４は上昇を続けている。バケット６からの排土中に、ブーム１４は上昇を続けている。ダンプトラック３００への荷の積込み中に、ブーム１４は上昇を続けている。バケット６のダンプ動作中に、ホイールローダ１がダンプトラック３００のベッセル３０１に向かっていくため、前進走行も継続している。

ベッセル３０１の上方でブーム１４を上げる動作を停止するときの、バケット６の刃先６ａの位置が、特徴点ｄとして抽出される。図１２は、ブーム１４の上げ動作を停止するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。特徴点ｄは、特徴点ｃを通過した後にバケット６の刃先６ａが通過する位置である。作業機３のベッセル３０１との干渉を避けるために、ダンプトラック３００へ向かって前進走行中のホイールローダ１は、ブーム１４を上げる動作をしている。ホイールローダ１がダンプアプローチを開始してから、バケット６の刃先６ａが特徴点ｄに到達するまで、ブーム１４の上げ動作が継続されている。バケット６の刃先６ａが特徴点ｄにあるとき、ブーム１４の高さ位置が最も高くなっている。バケット６の刃先６ａが特徴点ｄにあるとき、ブームシリンダ１６の長さは最大である。特徴点ｄは、特徴点ｃよりも基準点Ｐに近い位置にある。

図８および図１１，１２に示されるように、刃先６ａが特徴点ｃを通過する時刻ではホイールローダ１は前進走行をしており、刃先６ａが特徴点ｄを通過する時刻ではホイールローダ１は後進走行をしている。刃先６ａが特徴点ｃと特徴点ｄとの間を移動している間に、ホイールローダ１の走行方向が前進から後進へと切り替わっている。ブームシリンダ１６は長さを増大し続けており、したがってブーム１４は上昇を続けている。バケットシリンダ１９の長さは一定であり、したがって車体に対するバケット６の姿勢は一定である。特徴点ｃはバケット６のダンプ方向への動作を停止する位置であり、刃先６ａが特徴点ｃから特徴点ｄまで移動する間、バケット６はフルダンプの姿勢を保っている。

ブーム１４が上昇を停止するときにはバケット６内の荷は既にベッセル３０１に積み込まれており、バケット６は空荷状態である。バケット６内の荷の重量が小さくなっているので、ブーム１４を停止したときの慣性の影響が小さい。そのため、特徴点ｄでブーム１４を上げる動作を停止したときの、車体の振動が起こりにくくなっている。

ホイールローダ１の走行方向を前進から後進へ切り替えるときに、前方向への重心変動が起きる。ブーム１４の上昇を減少させるときに、バケット６内の荷の重心が移動する。これらによってバケット６内の荷をベッセル３０１に円滑に移動させることで、積込作業にかかる時間を短縮でき、積込作業のサイクルタイムを短縮できる。

ベッセル３０１の上方でバケット６のチルト方向への動作を開始するときの、バケット６の刃先６ａの位置が、特徴点ｆとして抽出される。図１３は、バケット６のチルト動作を開始するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。特徴点ｆは、特徴点ｄを通過した後にバケット６の刃先６ａが通過する位置である。バケット６の刃先６ａが特徴点ｃを通過してから特徴点ｆに到達するまで、バケット６はフルダンプ状態を維持している。特徴点ｆは、特徴点ｄよりも基準点Ｐに近く設定される。バケット６の刃先６ａが特徴点ｄを通過してから特徴点ｆに到達するまで、ブームシリンダ１６の長さは一定とされ、ブーム１４は最上位位置に維持されている。

図８および図１２，１３に示されるように、刃先６ａが特徴点ｄを通過した後特徴点ｆに到達するまで、ホイールローダ１は後進走行を継続している。ブームシリンダ１６の長さは一定であり、したがって車体に対するブーム１４の姿勢は一定である。このとき、ブーム１４の高さ位置が最も高くなっている。ブーム１４が上昇を停止するときにはバケット６内の荷は既にベッセル３０１に積み込まれており、バケット６は空荷状態である。バケットシリンダ１９の長さは一定であり、したがって車体に対するバケット６の姿勢は一定である。刃先６ａが特徴点ｄから特徴点ｆまで移動する間、ホイールローダ１は、バケット６のフルダンプ状態を維持したまま後進走行している。

バケット６のチルト方向への動作を停止するときの、バケット６の刃先６ａの位置が、特徴点ｇとして抽出される。図１４は、バケット６のチルト動作を停止するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。特徴点ｇは、特徴点ｆを通過した後にバケット６の刃先６ａが通過する位置である。バケット６の刃先６ａが特徴点ｆを通過してから特徴点ｇに到達するまで、バケット６のチルト方向への動作が継続されている。特徴点ｇは、基準点Ｐの上方にある。バケット６の刃先６ａが特徴点ｄを通過してから特徴点ｇに到達するまで、ブーム１４は最上位位置に維持されている。

図８および図１３，１４に示されるように、刃先６ａが特徴点ｆを通過した後特徴点ｇに到達するまで、ホイールローダ１は後進走行を継続している。ブームシリンダ１６の長さは一定であり、したがって車体に対するブーム１４の姿勢は一定である。特徴点ｆに刃先６ａが到達した時点でバケット６のチルト方向への動作が開始され、特徴点ｇに到達するまで、バケット６はチルト方向への動作を継続している。バケットシリンダ１９の長さは増大を続けている。特徴点ｇに刃先６ａが到達した時点で、バケット６のチルト方向への動作が停止される。特徴点ｆは、バケット６のチルト動作を開始する位置である。特徴点ｇは、バケット６のチルト動作を停止する位置である。刃先６ａが特徴点ｆから特徴点ｇまで移動する間、ホイールローダ１は、バケット６をチルト動作させながら後進走行している。ホイールローダ１は、ダンプトラック３００への積込作業を行った後、ダンプトラック３００から離れるための後進中に、バケット６のチルト動作を行う。

バケット６のチルト動作中に、ブーム１４の姿勢は一定を保っている。バケット６からの荷の排出の完了後、ブーム１４を保持して，バケット６をチルト動作する。このバケット６のチルト動作中に、ホイールローダ１は後進走行を継続し、ダンプトラック３００のベッセル３０１から離れる方向に走行している。

図８に示されるように、刃先６ａが特徴点ｇを通過した後、ホイールローダ１は後進走行を継続している。ブームシリンダ１６の長さが減少しており、したがってブーム１４は下降している。バケットシリンダ１９の長さは一定であり、したがって車体に対するバケット６の姿勢は一定である。

図７に戻って、ステップＳ２０２において、パスプランニング部１０２は、抽出された各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにおける、記録されたパラメータに基づいて、基準点Ｐに対する作業機３の位置と姿勢とを決定する。パスプランニング部１０２は、バケット６の刃先６ａが軌跡ＴＲを辿るときの、バケット６の刃先６ａの基準点Ｐを基準とした水平方向および鉛直方向の位置、すなわちｘ座標およびｙ座標と、バケット角度θとを記憶している。パスプランニング部１０２は、バケット６の刃先６ａが軌跡ＴＲ上の各点にあるときの作業機３の姿勢を記憶している。

各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにおける作業機３の位置は、バケット６の刃先６ａのｘ座標およびｙ座標を与えることによって、決定される。各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇのｘ座標およびｙ座標と、各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにおけるバケット角度θとから、バケット６の刃先６ａが各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにあるときの作業機３の姿勢が決定される。

特徴点ａは、積込作業中に刃先６ａの高さ位置が最も高くなる（ｙ座標が最大値となる）位置にある。特徴点ｃは、バケット６内の荷の排土中に刃先６ａの高さ位置が最も低くなる（ｙ座標が最小値となる）位置にある。特徴点ａのｙ座標は、プラスの値をとる。特徴点ｃのｙ座標は、マイナスの値をとる。特徴点ｄ，ｆ，ｇのｙ座標は、プラスの値をとる。

特徴点ａのｘ座標は、プラスの値をとる。特徴点ｂ，ｃ，ｄ，ｆのｘ座標は、マイナスの値をとる。特徴点ｂは、バケット６内の荷の排土中にｘ座標が最小値となる位置にある。特徴点ｇのｘ座標は、ゼロである。特徴点ｇは、基準点Ｐの真上にある。

ステップＳ２０３において、パスプランニング部１０２は、各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにおける作業機３の姿勢を、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さで定義する。特徴点のｘ座標およびｙ座標と、バケット角度θとから、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さが一義的に決められる。パスプランニング部１０２は、バケット６の刃先６ａが各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにあるときの、ブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さとを決定する。パスプランニング部１０２は、バケット６の刃先６ａが特徴点ａ、特徴点ｂ、特徴点ｃ、特徴点ｄ、特徴点ｆ、および特徴点ｇを順に辿る経路を生成し、これを最適経路に含まれる作業機３の動作の経路とする。そして、処理を終了する（図７の「エディット終了」）。

＜積込作業の自動制御（プレイ）＞
図１５は、自動制御によりバケット６に積載した荷をベッセル３０１に積み込む処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ３０１において、自動化コントローラ１００は、ホイールローダ１および作業機３の現在位置を認識する。位置情報取得装置１１２でホイールローダ１の車体の現在位置を取得し、車体に対する作業機の姿勢をブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４により取得することで、グローバル座標系におけるホイールローダ１および作業機３の現在位置を認識することができる。グローバル座標系における、ホイールローダ１および作業機３の現在位置と、ダンプトラック３００の現在位置とに基づいて、ダンプトラック３００のベッセル３０１に対するバケット６の刃先６ａの相対位置を算出することができる。

または、知覚装置１１１を用いて、知覚装置１１１の配置位置に対するダンプトラック３００のベッセル３０１の基準点Ｐの方向および距離を取得することで、基準点Ｐに対するバケット６の刃先６ａの現在の相対位置を算出してもよい。

作業機３の現在位置から、バケット６の刃先６ａが各特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇに対してどの位置にあるのかを認識する。たとえば、刃先６ａが特徴点ａに未だ到達していない、刃先６ａが特徴点ａを通過して特徴点ａと特徴点ｂとの間にある、刃先６ａが特徴点ｂを通過して特徴点ｂと特徴点ｃとの間にある、などと認識される。さらに、刃先６ａが次に向かう特徴点が、目標位置として認識される。たとえば、刃先６ａが特徴点ａに未だ到達していないのであれば目標位置は特徴点ａであり、刃先６ａが特徴点ａと特徴点ｂとの間にあれば目標位置は特徴点ｂである、などと認識される。

ステップＳ３０２において、自動化コントローラ１００は、現在位置におけるブームシリンダ１６の長さおよびバケットシリンダ１９の長さを認識する。ブーム角度センサ１２３により、ブーム１４の角度を検出する。バケット角度センサ１２４により、バケット６の角度を検出する。ブーム１４の角度とバケット６の角度とから、作業機３の姿勢が決定される。作業機３の姿勢に基づいて、現在位置におけるブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さとが認識される。

ブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４に替えて、またはこれらに加えて、ベルクランク１８の角度を検出する角度センサおよびリンク１５の角度を検出する角度センサを設けてもよい。ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に、シリンダストローク長さを検出するストロークセンサを設けてもよい。

ステップＳ３０３において、自動化コントローラ１００は、ステップＳ３０２で認識された現在位置におけるブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さと、刃先６ａが次に向かう目標位置におけるブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さ（以下、目標シリンダ長さと称する）と、の差を算出する。自動化コントローラ１００は、刃先６ａが次の目標位置に到達するまでにシリンダをどれだけ動かすのかを計算する。

ステップＳ３０４において、自動化コントローラ１００は、現在の車速を参照し、刃先６ａが次に向かう目標位置に到達したときに目標シリンダ長さとなる、目標シリンダストローク速度を決定する。自動化コントローラ１００は、刃先６ａが次に向かう目標位置に到達したとき、作業機３がその目標位置に対応する姿勢をとるように、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を制御する。現在の車速は、車両速度センサ１２２により取得される。刃先６ａの現在位置と、現在の車速とから、次の目標位置に到達するまでの時間を計算できる。ステップＳ１０５で算出されたシリンダ長さの差を、次の目標位置に到達するまでの時間で割って、目標シリンダストローク速度を決定できる。

ホイールローダ１が単位距離走行する間のシリンダストローク量を決めてもよい。ホイールローダ１が単位距離走行したことは、車速から求めてもよく、知覚装置１１１で検知することもできる。

ステップＳ３０５において、自動化コントローラ１００は、車体コントローラ５０に対し、目標シリンダストローク速度に対応する指令電流を出力する。自動化コントローラ１００は、作業機コントローラ８０の作業機制御部８２に対し、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を目標シリンダストローク速度で伸縮させる指令を出力する。作業機制御部８２から作業機ＥＰＣ１４３に、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を目標シリンダストローク速度で伸縮させる指令が出力される。

ステップＳ３０６において、指令信号を受けた作業機ＥＰＣ１４３が開度を調節することで、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に適切な作動油が供給される。これにより、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９が動作する。

ステップＳ３０７において、自動化コントローラ１００は、ステップＳ３０２と同様に現在のブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さを認識する。自動化コントローラ１００は、現在のブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さが、目標シリンダ長さに到達したか否かを判断する。

ステップＳ３０７の判断において、目標シリンダ長さに到達したと判断されれば（ステップＳ３０７においてＹＥＳ）、ステップＳ３０８に進み、自動化コントローラ１００は、次の目標位置があるか否かの判断をする。

ステップＳ３０７の判断において目標シリンダ長さに到達していないと判断される場合（ステップＳ３０７においてＮＯ）、および、ステップＳ３０８の判断において次の目標位置があると判断される場合（ステップＳ３０８においてＹＥＳ）、ステップＳ３０１に戻り、作業機３の現在位置に基づいてブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を伸縮させる処理が繰り返される。バケット６の刃先６ａの現在位置に応じて、シリンダ速度は逐次変更される。前回の処理で設定されたシリンダ速度に基づいた位置から刃先６ａの現在位置がずれていると、シリンダ速度が調整される。

ステップＳ３０８の判断において、次の目標位置がないと判断されれば（ステップＳ３０８においてＮＯ）、積込作業を終了する（図１５の「プレイ終了」）。本実施形態において、刃先６ａが特徴点ｇを通過した後、次の目標位置が設定されていない、ことに対応する。

バケット６の刃先６ａを、特徴点ａ、特徴点ｂ、特徴点ｃ、特徴点ｄ、特徴点ｆ、特徴点ｇを順に通過するように移動させることで、バケット６および車体をベッセル３０１に接触させることなくバケット６内の荷をベッセル３０１に積み込むことができる。このようにバケット６を移動させる自動制御をホイールローダ１に適用することで、熟練オペレータの操作による動作と同等の作業機３の動作を実現することができる。

＜作用および効果＞
上述した説明と一部重複する記載もあるが、本実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。

自動化コントローラ１００は、図５，６に示されるように、ダンプトラック３００のベッセル３０１の基準点Ｐを取得し、ホイールローダ１が操作されたときのバケット６の刃先６ａの軌跡ＴＲを取得する。自動化コントローラ１００は、図７～１４に示されるように、軌跡ＴＲを構成する特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇの位置を、基準点Ｐを基準として抽出する。

熟練オペレータがホイールローダ１を操作する際の作業機３の軌跡ＴＲを記録し、作業機３の軌跡ＴＲから特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇを決定し、その特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇに従って作業機３を自動制御するときの作業機３の軌跡を設定する。これにより、自動制御される作業機３の軌跡を適切に設定でき、熟練オペレータによる操作を自動制御によって再現することができる。

図５，６に示されるように、自動化コントローラ１００は、作業機３に積載された荷をベッセル３０１に積み込むための操作がされたときの刃先６ａの軌跡ＴＲを取得する。熟練オペレータがベッセル３０１への積込み操作を行う際の作業機３の軌跡ＴＲを基に特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇを決定することで、熟練オペレータによる積込み操作を自動制御によって再現することができる。

図５～１４に示されるように、自動化コントローラ１００は、特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにおける作業機３の姿勢を取得する。特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇの位置と、特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇにおける作業機３の姿勢とに従って、作業機３を自動制御することで、熟練オペレータによる操作をより忠実に再現することができる。

図８，９に示されるように、特徴点ａは、ホイールローダ１がベッセル３０１に向かって前進走行しながらバケット６のダンプ方向への動作を開始するときの刃先６ａの位置である。刃先６ａが特徴点ａを通るようにホイールローダ１を自動制御することで、刃先６ａがベッセル３０１に到達していない時点でバケット６のダンプ動作を開始することができる。ホイールローダ１のダンプトラック３００へ向かう前進走行と、バケット６のダンプ動作とを同時に行い、複数の動作を時間的に重ねることで、積込作業のサイクルタイムを短縮できる。

図８，１１に示されるように、特徴点ｃは、ベッセル３０１の上方でバケット６のダンプ方向への動作を停止するときの刃先６ａの位置である。刃先６ａが特徴点ｃを通るようにホイールローダ１を自動制御することで、バケット６内の荷をベッセル３０１に確実に積み込むことができる。

図８，１２に示されるように、特徴点ｄは、ベッセル３０１の上方でブーム１４を上げる動作を停止するときの刃先６ａの位置である。刃先６ａが特徴点ｄを通るようにホイールローダ１を自動制御することで、作業機３の動作を止めることなく積込作業をすることができ、ブーム１４が停止するときの慣性による車両の揺れを抑制することができる。

図８，１３に示されるように、特徴点ｆは、ベッセル３０１の上方でバケット６のチルト方向への動作を開始するときの刃先６ａの位置である。刃先６ａが特徴点ｆを通るようにホイールローダ１を自動制御することで、バケット６の刃先６ａおよび背面６ｂとベッセル３０１との接触を回避することができる。

図８，１４に示されるように、特徴点ｇは、バケット６のチルト方向への動作を停止するときの刃先６ａの位置である。刃先６ａが特徴点ｇを通るようにホイールローダ１を自動制御することで、バケット６がベッセル３０１に接触することを確実に回避することができる。バケット６を必要以上にチルト動作させずに、バケット６が確実にベッセル３０１をかわして移動できるだけのチルト動作をさせることにより、バケット６を、次の掘削作業のための姿勢に迅速に移動させることができる。

上記の実施形態で説明した、ホイールローダ１の自動制御システムを構成する自動化コントローラ１００は、必ずしもホイールローダ１に搭載されていなくてもよい。ホイールローダ１の外部のコントローラが、自動化コントローラ１００を構成するシステムを構築してもよい。ホイールローダ１に搭載された車体コントローラ５０が、外界情報取得部１１０および車両情報取得部１２０などによって取得された情報を、外部のコントローラへ送信する処理を行い、信号を受信した外部のコントローラが、バケット６の刃先６ａの軌跡ＴＲを構成する特徴点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｆ，ｇの基準点Ｐを基準とする位置を抽出してもよい。

外部のコントローラは、ホイールローダ１の作業現場に配置されてもよく、ホイールローダ１の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。外部のコントローラは、可搬式の機器であってもよい。外部のコントローラは、ノートパソコン、タブレットコンピュータ、スマートフォンなどの、作業者が携帯して使用可能な携帯機器であってもよい。

実施形態では、容器としてダンプトラック３００のベッセル３０１を例示して、作業機３（バケット６）に積載された荷をベッセル３０１に積み込む作業について説明した。作業機３に積載された荷を積み込むための容器は、ダンプトラック３００のベッセル３０１に限られず、たとえばホッパなどであってもよい。

実施形態では、ホイールローダ１はキャブ５を備えており、オペレータがキャブ５に搭乗する有人車両である例について説明した。ホイールローダ１は、無人車両であってもよい。ホイールローダ１は、オペレータが搭乗して操作するためのキャブ５を備えていなくてもよい。ホイールローダ１は、搭乗したオペレータによる操縦機能を搭載していなくてもよい。ホイールローダ１は、遠隔操縦専用の作業機械であってもよい。ホイールローダ１の操縦は、遠隔操縦装置からの無線信号により行われてもよい。

＜付記＞
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。

（付記１）
作業機械を含むシステムであって、
作業機械本体と、
前記作業機械本体に取り付けられ、バケットを有する作業機と、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、
前記作業機械本体の周辺の物体を検出する物体センサと、
前記作業機姿勢センサおよび前記物体センサと通信するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記物体センサにより検出された容器の基準点を取得し、前記作業機械が操作されたときの前記作業機の軌跡を取得し、前記軌跡を構成する特徴点の位置を前記基準点を基準として抽出する、システム。

（付記２）
前記操作は、前記作業機に積載された荷を前記容器に積み込むための操作である、付記１に記載のシステム。

（付記３）
前記特徴点における前記作業機の姿勢を取得する、付記１または付記２に記載のシステム。

（付記４）
前記特徴点は、前記作業機械が前記容器に向かって前進走行しながら前記バケットのダンプ方向への動作を開始するときの、前記作業機の位置を含む、付記１から付記３のいずれか１つに記載のシステム。

（付記５）
前記特徴点は、前記容器の上方で前記バケットのダンプ方向への動作を停止するときの、前記作業機の位置を含む、付記１から付記４のいずれか１つに記載のシステム。

（付記６）
前記作業機は、先端に前記バケットが取り付けられたブームを有し、
前記特徴点は、前記容器の上方で前記ブームを上げる動作を停止するときの、前記作業機の位置を含む、付記１から付記５のいずれか１つに記載のシステム。

（付記７）
前記特徴点は、前記容器の上方で前記バケットのチルト方向への動作を開始するときの、前記作業機の位置を含む、付記１から付記６のいずれか１つに記載のシステム。

（付記８）
前記特徴点は、前記バケットの前記チルト方向への動作を停止するときの、前記作業機の位置を含む、付記７に記載のシステム。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ホイールローダ、２ 車体フレーム、２ａ 前フレーム、２ｂ 後フレーム、３ 作業機、４ 走行装置、４ａ，４ｂ 走行輪、５ キャブ、６ バケット、８ 操作装置、９ ブームピン、１１ ステアリングシリンダ、１３ 作業機ポンプ、１４ ブーム、１５ リンク、１６ ブームシリンダ、１７ バケットピン、１８ ベルクランク、１８ａ 支持ピン、１８ｂ，１８ｃ 連結ピン、１９ バケットシリンダ、２１ エンジン、２３ トランスミッション、２５ アクスル、３２ メインバルブ、３５，３６ 電磁比例制御弁、４１ アクセルペダル、４２ 作業機操作レバー、５０ 車体コントローラ、５１ 機械モニタ、６０ エンジンコントローラ、７０ トランスミッションコントローラ、７１ ブレーキ制御部、７２ アクセル制御部、８０ 作業機コントローラ、８１ ステアリング制御部、８２ 作業機制御部、１００ 自動化コントローラ、１０１ 位置推定部、１０２ パスプランニング部、１０３ 経路追従制御部、１１０ 外界情報取得部、１１１ 知覚装置、１１２ 位置情報取得装置、１２０ 車体情報取得部、１２１ アーティキュレート角度センサ、１２２ 車両速度センサ、１２３ ブーム角度センサ、１２４ バケット角度センサ、１２５ ブームシリンダ圧力センサ、１３０ インターフェース、１３１ モード選択操作部、１３２ エンジン緊急停止スイッチ、１３３ モードランプ、１４０ アクチュエータ、１４１ ブレーキＥＰＣ、１４２ ステアリングＥＰＣ、１４３ 作業機ＥＰＣ、１４４ ＨＭＴ。

Claims (10)

1. 作業機械を含むシステムであって、
   作業機械本体と、
   前記作業機械本体に取り付けられ、バケットを有する作業機と、
   前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、
   前記作業機械本体の周辺の物体を検出する物体センサと、
   前記作業機姿勢センサおよび前記物体センサと通信するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記物体センサにより検出された容器の基準点を取得し、前記作業機械が操作されたときの前記作業機の軌跡を取得し、前記軌跡を構成する特徴点の位置を前記基準点を基準として抽出する、システム。
2. 前記操作は、前記作業機に積載された荷を前記容器に積み込むための操作である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記特徴点における前記作業機の姿勢を取得する、請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. 前記特徴点は、前記作業機械が前記容器に向かって前進走行しながら前記バケットのダンプ方向への動作を開始するときの、前記作業機の位置を含む、請求項１または請求項２に記載のシステム。
5. 前記特徴点は、前記容器の上方で前記バケットのダンプ方向への動作を停止するときの、前記作業機の位置を含む、請求項１または請求項２に記載のシステム。
6. 前記作業機は、先端に前記バケットが取り付けられたブームを有し、
   前記特徴点は、前記容器の上方で前記ブームを上げる動作を停止するときの、前記作業機の位置を含む、請求項１または請求項２に記載のシステム。
7. 前記特徴点は、前記容器の上方で前記バケットのチルト方向への動作を開始するときの、前記作業機の位置を含む、請求項１または請求項２に記載のシステム。
8. 前記特徴点は、前記バケットの前記チルト方向への動作を停止するときの、前記作業機の位置を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 物体センサにより検出された容器の基準点を取得し、
   作業機械が操作されたときの作業機の軌跡を取得し、
   前記軌跡を構成する特徴点の位置を前記基準点を基準として抽出する、作業機械のコントローラ。
10. 物体センサにより検出された容器の基準点を取得することと、
    作業機械が操作されたときの作業機の軌跡を取得することと、
    前記軌跡を構成する特徴点の位置を前記基準点を基準として抽出することと、を備える、作業機械の制御方法。
    

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