JP2024043780A - System including work machine, and control method of work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、作業機械を含むシステム、および作業機械の制御方法に関する。 The present disclosure relates to a system including a work machine and a method of controlling the work machine.
特開2017-43887号公報(特許文献1)には、ダンプトラックのベッセルを中央領域、左領域、および右領域に分割し、各領域に対してそれぞれ順番に積込対象物を積み込むように積込ガイダンスを表示する、制御システムが開示されている。 JP 2017-43887 A (Patent Document 1) discloses a control system that divides the vessel of a dump truck into a center area, a left area, and a right area, and displays loading guidance to load objects into each area in order.
作業機械は、ダンプトラックのベッセルなどの容器に荷の積込みを行う。ダンプトラックのベッセルは、作業機械のバケット幅より長い全長を持つ場合が多い。ダンプトラックへの荷の積載量を増大させるために、ベッセルの前後方向の積込み位置を管理し、積込みを行う必要がある。 The work machine loads cargo into a container such as a dump truck vessel. The dump truck vessel often has a total length longer than the width of the work machine's bucket. In order to increase the load capacity of the dump truck, it is necessary to manage the loading position of the vessel in the fore-and-aft direction and perform loading.
本開示では、容器への荷の積載量を増大できる、作業機械を含むシステム、および作業機械の制御方法が提案される。 This disclosure proposes a system including a work machine and a control method for the work machine that can increase the load capacity of a container.
本開示のある局面に従うと、作業機械を含むシステムが提案される。作業機械は、作業機を有している。システムは、作業機に積載された荷が積み込まれる容器に関する情報を取得する情報取得部と、コントローラとを備えている。コントローラは、作業機の幅方向の寸法情報と、容器に関する情報とに基づいて、荷を容器に積み込むときの容器に対する作業機の相対位置である積込み位置を決定する。 According to one aspect of the present disclosure, a system including a work machine is proposed. The work machine has a working implement. The system includes an information acquisition unit that acquires information about a container into which a load placed on the work machine is to be loaded, and a controller. The controller determines a loading position, which is the relative position of the work machine with respect to the container when loading the load into the container, based on widthwise dimension information of the work machine and information about the container.
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、作業機の幅方向の寸法情報を取得することと、作業機に積載された荷が積み込まれる容器に関する情報を取得することと、作業機の寸法情報と、容器に関する情報とに基づいて、荷を容器に積み込むときに容器に対して作業機を移動させる位置を積込み位置として決定することと、を備えている。 According to one aspect of the present disclosure, a control method for a work machine is proposed. The control method includes acquiring widthwise dimension information of the work machine, acquiring information about a container into which a load placed on the work machine is to be loaded, and determining, based on the dimensional information of the work machine and the information about the container, a position to which the work machine is moved relative to the container when loading the load into the container as a loading position.
本開示のある局面に従うと、作業機械を含むシステムが提案される。作業機械は、作業機を有している。システムは、作業機に積載された荷が積み込まれる容器に関する情報を取得する情報取得部と、コントローラとを備えている。コントローラは、作業機の幅方向の寸法情報と、容器の前後方向の寸法情報とに基づいて、荷を容器に積み込む作業機が向かう目標位置を決定する。 According to one aspect of the present disclosure, a system including a work machine is proposed. The work machine has a working implement. The system includes an information acquisition unit that acquires information about a container into which a load placed on the work machine is to be loaded, and a controller. The controller determines a target position to which the work machine, which loads the load into the container, is to head, based on widthwise dimension information of the work machine and front-rear dimension information of the container.
本開示の作業機械を含むシステムおよび作業機械の制御方法によると、容器への荷の積載量を増大することができる。 According to the system including the work machine and the control method for the work machine of the present disclosure, it is possible to increase the amount of cargo loaded into a container.
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。 Hereinafter, embodiments will be described based on the drawings. In the following description, the same parts and components are given the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations thereof will not be repeated. It is also planned from the beginning that arbitrary configurations will be extracted from the embodiments and that they will be combined arbitrarily.
<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。
<Overall Configuration of Wheel Loader 1>
In the embodiment, a wheel loader 1 will be described as an example of a work machine. Fig. 1 is a side view of a wheel loader 1 as an example of a work machine.
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。
As shown in FIG. 1, the wheel loader 1 comprises a
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。
The
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。
In this specification, the direction in which the wheel loader 1 travels straight ahead is referred to as the fore-and-aft direction of the wheel loader 1. In the fore-and-aft direction of the wheel loader 1, the side where the
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。
The
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。
A pair of steering cylinders 11 are attached across the
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。
A working
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。
A base end portion of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。走行装置4とブームシリンダ16およびバケットシリンダ19とは、作業機3を移動させる「移動動作部」の一例に対応する。
The
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。
A
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。
The
<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。
<System Configuration>
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system that controls the wheel loader 1.
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。
The
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。
The driving force generated by the
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。
A portion of the driving force of the
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。
The wheel loader 1 is equipped with a
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。
The
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。
The operating
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。
The work
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。
The electromagnetic
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。
The machine monitor 51 displays various information upon receiving command signals from the
<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。
<Excavation and loading work>
The wheel loader 1 of this embodiment performs excavation and loading work by scooping up excavation objects such as soil and sand and loading the excavation objects onto a loading target such as a dump truck. Fig. 3 is a plan view of the wheel loader 1 performing excavation and loading work. Fig. 3 shows the wheel loader 1 performing so-called V-shape work.
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。
FIG. 3A shows a wheel loader 1 that moves forward with no load. The wheel loader 1 travels forward along an excavation route R1 toward an
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。
Figure 3 (B) shows the wheel loader 1 moving backwards with a load. The
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。
FIG. 3(C) shows a wheel loader 1 that moves a load forward. With the excavated
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。
Figure 3 (D) shows the wheel loader 1 moving backwards while empty. After the
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。 In this way, the wheel loader 1 can repeatedly perform a series of operations such as excavation, retreat, dump approach, earth removal, and retreat.
<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。
<Automatic control system of wheel loader 1>
When automating the loading work into the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The position
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。
The external environment information of the wheel loader 1 from the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The boom
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。
The
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。
The
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。
The electromagnetic
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The path following
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、自動化切替スイッチ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。
The
自動化切替スイッチ131は、オペレータによって操作される。オペレータは、自動化切替スイッチ131を操作することにより、ホイールローダ1をマニュアルで操作するか、ホイールローダ1を自動制御するかを切り替える。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。自動化切替スイッチ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。
The
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モードであるか、または自動制御されるモードであるか、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。
The
<ベッセル301>
図5は、作業機3(バケット6)に積載された荷が積み込まれる容器の一例としての、ダンプトラック300のベッセル301を側方から見た模式図である。図5および後続の図7~12には、ダンプトラック300の左側から見たベッセル301の概略形状が図示されている。図中の太線は、ベッセル301の内部形状を構成する面をダンプトラック300の左方から見たときの概略形状を示している。
<
Fig. 5 is a schematic diagram of a
図5,7~12においては、図中の左右方向がダンプトラック300の前後方向(ベッセル301の前後方向)に相当する。図5,7~12における、図中の左方向がダンプトラック300(ベッセル301)の前方向であり、図中の右方向がダンプトラック300(ベッセル301)の後方向である。図5,7~12においては、紙面垂直方向がダンプトラック300の左右方向(ベッセル301の左右方向)に相当する。図5,7~12においては、図中の上下方向がダンプトラック300の上下方向(ベッセル301の上下方向)に相当する。 In FIGS. 5, 7 to 12, the left-right direction in the drawings corresponds to the front-back direction of the dump truck 300 (the front-back direction of the vessel 301). In FIGS. 5, 7 to 12, the left direction in the drawings is the front direction of the dump truck 300 (vessel 301), and the right direction in the drawings is the rear direction of the dump truck 300 (vessel 301). In FIGS. 5, 7 to 12, the direction perpendicular to the paper surface corresponds to the left-right direction of the dump truck 300 (the left-right direction of the vessel 301). In FIGS. 5, 7 to 12, the vertical direction in the figures corresponds to the vertical direction of the dump truck 300 (the vertical direction of the vessel 301).
ベッセル301は、ダンプトラック300の後部に設けられている。ダンプトラック300の前部にはキャブが設けられており、ベッセル301はキャブの後方に配置されている。ベッセル301は、土砂、砕石などの、重量のある積込対象物を積載可能な構造とされている。
The
図5に示されるように、ベッセル301は、底面302と、前方壁面303と、後方傾斜面305とを有している。底面302は、平坦な形状を有している。底面302は、ダンプトラック300(ベッセル301)の前後方向および左右方向に延びる平面形状を有している。
As shown in FIG. 5, the
前方壁面303は、平坦な形状を有している。前方壁面303は、底面302の前端から前方かつ上方に向かって延びている。前方壁面303は、上方に向かうに従って前方側に向かって傾斜するように延びている。前方壁面303は、ベッセル301の前方の壁面を構成している。ベッセル301の前方の壁面は、前方に向かうに従って上方に傾斜している。前方壁面303は、前上縁304を有している。前上縁304は左右方向に延びている。前上縁304は、ベッセル301の前方の縁部を構成している。
The
後方傾斜面305は、平坦な形状を有している。後方傾斜面305は、底面302の後端から後方かつ上方に向かって延びている。後方傾斜面305は、上方に向かうに従って後方側に向かって傾斜するように延びている。後方傾斜面305は、後方に向かうに従って上方に傾斜している。後方傾斜面305は、後上縁306を有している。後上縁306は左右方向に延びている。後上縁306は、ベッセル301の後方の縁部を構成している。後上縁306は、前上縁304よりも低い位置にある。
The rear
図5には、テールゲートの無いベッセル301の形状が例示されている。ベッセル301がテールゲートを有する場合には、テールゲートは、後方傾斜面305の後端から上方に向かって延びるように配置される。テールゲートの上縁が、後上縁306を構成する。
Figure 5 illustrates an example of the shape of the
<自動ダンプ積みフロー>
図6は、ホイールローダ1を自動制御することによりバケット6に積載した荷を容器に積み込む動作の流れを示すフローチャートである。ダンプトラック300のベッセル301は、作業機3(バケット6)に積載された荷が積み込まれる容器の一例である。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。
<Automatic dump loading flow>
6 is a flowchart showing the flow of an operation for loading a load loaded in the
ステップS1において、1台のダンプトラック300のベッセル301に対してホイールローダ1が荷の積込作業を何回行うとベッセル301に荷が満載されるかを示す、積込み回数の計算が行われる。
In step S1, the number of loading operations is calculated, which indicates how many times the wheel loader 1 must load cargo into the
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。自動化コントローラ100は、ベッセル301の形状から、ベッセル301の最大積載量を算出し、またベッセル301の寸法を算出する。知覚装置111は、ベッセル301に関する情報を取得する「情報取得部」の一例に対応する。
For example, the LiDAR, which is the
ホイールローダ1とダンプトラック300とが車車間通信を行ってもよい。ホイールローダ1は、図4に示されるシステム構成の他に、ダンプトラック300との通信を行う通信部を備えてもよい。ホイールローダ1の通信部とダンプトラック300の通信部との間の車車間通信により、ベッセル301の最大積載量、ベッセル301の寸法などの、ベッセル301に関する情報が、ダンプトラック300からホイールローダ1に送信されてもよい。この場合、ホイールローダ1の通信部が、ベッセル301に関する情報を取得する「情報取得部」の一例に対応する。
The wheel loader 1 and the
車体コントローラ50は、バケット6に関する情報を保存している。バケット6に関する情報は、バケット6の寸法、バケット6の容量を含む。バケット6の寸法は、バケット6の幅方向の寸法を含む。バケット6の幅方向とは、バケット6とブーム14とを連結するバケットピン17の延びる方向と平行な方向であり、図1においては紙面垂直方向である。ホイールローダ1のアーティキュレート角度が0°であってホイールローダ1が直進走行するとき、バケット6の幅方向は、ホイールローダ1の左右方向と一致する。バケット6の刃先6aは、バケット6の幅方向に延在している。バケット6の寸法は、バケット6の幅方向における刃先6aの延びる長さを含む。
The
ホイールローダ1において、バケット6は付け替えが可能である。車体コントローラ50は、作業機3の先端に現在取り付けられているバケット6に関する情報を、自動化コントローラ100へ出力する。
In the wheel loader 1, the
自動化コントローラ100に、ホイールローダ1が掘削してダンプトラック300のベッセル301への積み込みを行う掘削対象物310の密度も入力される。掘削対象物310の密度は、カメラなどの視覚センサである知覚装置111で掘削対象物310を検出した検出結果に基づいて、自動化コントローラ100が推定してもよい。掘削対象物310の密度は、インターフェース130を介して、オペレータが入力してもよい。
The density of the
自動化コントローラは、ベッセル301の最大積載量、バケット6の容量、および掘削対象物310の密度から、積込み回数を決定する。ベッセル301が、バケット6に積載された掘削対象物310(荷)を複数回積込み可能な最大積載量を有しているとき、積込み回数は複数回に決定される。以下では、積込み回数が4回に決定された場合の例について説明するが、積込み回数は4回に限られないことは勿論である。
The automation controller determines the number of loading times based on the maximum load capacity of the
ステップS2において、自動化コントローラ100は、作業機3(バケット6)に積載された荷をベッセル301に積み込むときにベッセル301に対して作業機3(バケット6)を移動させる位置を、積込み位置として決定する。積込み位置は、作業機3(バケット6)に積載された荷をベッセル301に積み込むときの、ベッセル301に対する作業機3(バケット6)の相対位置である。
In step S2, the
図7は、4回積みによるベッセル301への荷の積込作業の進捗を示す模式図である。図7(A)は、第1回目の荷の積み込み後のベッセル301内の状況を示す。図7(B)、図7(C)および図7(D)は、それぞれ、第2回目、第3回目、第4回目の荷の積み込み後のベッセル301内の状況を示す。図7(D)には、ベッセル301への積込作業が完了した状態が示されている。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the progress of loading work into the
図8は、積込み位置の第1の例を示す模式図である。図9は、積込み位置の第2の例を示す模式図である。図10は、積込み位置の第3の例を示す模式図である。図8~10には、左方から見たベッセル301が模式的に図示されている。図8~10にはまた、ホイールローダ1の後方から見た(前方向に向いて見た)バケット6が、模式的に図示されている。バケット6は、幅方向に延びる刃先6aを有している。中心点6aCは、バケット6の幅方向における刃先6aの中心点である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a first example of the loading position. FIG. 9 is a schematic diagram showing a second example of the loading position. FIG. 10 is a schematic diagram showing a third example of the loading position. 8 to 10 schematically illustrate the
ホイールローダ1はダンプトラック300の側方(左方)からベッセル301へ向かって前進走行して、積込作業を行う。積込作業中のバケット6の幅方向は、ダンプトラック300(ベッセル301)の前後方向(図8~10においては、図中の左右方向)に一致する。図8~10に示されるように、ベッセル301の前後方向の寸法が、バケット6の幅方向の寸法よりも大きい。
The wheel loader 1 travels forward from the side (left side) of the
図8~10に示されるバケット6は、フルダンプ姿勢にある。図8~10に示される姿勢をとるバケット6は、ダンプ方向に最大限移動している。バケット6が図8~10に示される姿勢をとるとき、バケットシリンダ19のシリンダストローク長さが最小になっている。
The
図8には、第1回目の積込みのときの積込み位置Aが示されている。図8には、第2回目の積込みのときの積込み位置Bが示されている。図9には、第3回目の積込みのときの積込み位置Cが示されている。図10には、第4回目の積込みのときの積込み位置Dが示されている。 FIG. 8 shows the loading position A at the time of the first loading. FIG. 8 shows the loading position B during the second loading. FIG. 9 shows the loading position C at the third loading. FIG. 10 shows the loading position D at the time of the fourth loading.
図7(A)には、第1回目の積み込みで積込み位置Aから積まれた荷が、符号Aを付して示されている。図7(B)には、第1回目の積み込みで積まれた荷の上に、第2回目の積み込みで積込み位置Bから積まれた荷が、符号Bを付して示されている。図7(C)には、第2回目までの積み込みで積まれた荷の上およびその後方に、第3回目の積み込みで積込み位置Cから積まれた荷が、符号Cを付して示されている。図7(D)には、第3回目までの積み込みで積まれた荷の上に、第4回目の積み込みで積込み位置Dから積まれた荷が、符号Dを付して示されている。 In FIG. 7(A), the load loaded from loading position A in the first loading is indicated by the symbol A. In FIG. 7(B), a load loaded from the loading position B in the second loading on top of the load loaded in the first loading is indicated by a symbol B. In FIG. 7(C), a load loaded from loading position C in the third loading is shown with a symbol C on top of and behind the load loaded in the second loading. ing. In FIG. 7(D), a load loaded from the loading position D in the fourth loading is shown with a symbol D on top of the load loaded in the third loading.
自動化コントローラ100は、荷をベッセル301に積み込むときに作業機3(バケット6)が干渉しない位置を、積込み位置A、積込み位置Bおよび積込み位置Dとして、決定する。積込み位置A、積込み位置Bおよび積込み位置Dは、フルダンプ姿勢のバケット6を、ホイールローダ1の後方から見た(前方向に向いて見た)ときに、バケット6の左側の端部がベッセル301の前方壁面303から所定距離だけ離れる位置として、設定される。
The
バケット6の幅方向の寸法から、刃先6aの中心点6aCに対するバケット6の左側の端部の相対位置が算出される。バケット6が積込み位置A、積込み位置Bおよび積込み位置Dにあるとき、バケット6の左側の端部は、ダンプトラック300の前後方向において、前方壁面303から所定距離だけ後方に離れている。バケット6が積込み位置A、積込み位置Bおよび積込み位置Dにあるとき、バケット6の左側の端部とダンプトラック300の前方壁面303との間に、ダンプトラック300の前後方向のクリアランスが設けられている。
The relative position of the left end of the
自動化コントローラ100は、ベッセル301に積み込まれる荷がベッセル301からこぼれない位置を、積込み位置Cとして決定する。積込み位置Cは、フルダンプ姿勢のバケット6を、ホイールローダ1の後方から見た(前方向に向いて見た)ときに、バケット6の右側の端部がベッセル301の後上縁306から所定距離だけ離れる位置として、設定される。バケット6の幅方向の寸法から、刃先6aの中心点6aCに対するバケット6の右側の端部の相対位置が算出される。バケット6が積込み位置Cにあるとき、バケット6の右側の端部は、ダンプトラック300の前後方向において、後上縁306から所定距離だけ前方に離れている。
The
積込み位置A、積込み位置B、積込み位置Cおよび積込み位置Dにおける、バケット6の刃先6aの高さは、バケット6の容量、ベッセル301の容量、積込み回数(4回)、および、積込み位置の履歴から推定されるベッセル301内の荷の高さから、決定される。積込み位置の履歴とは、今回の積み込みが何回目であって、前回までにどの位置にどの順番で積み込みを行ったか、の履歴を示すものである。積込み位置の履歴から、ベッセル301内の積荷姿が推定される。ベッセル301内の積荷姿は、ベッセル301内の荷の充填率とも言える。ベッセル301への積み込みを続けることで、ベッセル301内の荷の高さが変わる。前回までの積み込みでベッセル301内に積まれた荷の高さに合わせて、今回の積み込みにおける刃先6aの高さを決める。
The height of the
図8,9に示されるように、第1回目の積込み位置Aおよび第2回目の積込み位置Bでの刃先6aの高さよりも、第3回目の積込み位置Cでの刃先6aの高さを高くする。図9,10に示されるように、第3回目の積込み位置Cでの刃先6aの高さよりも、第4回目の積込み位置Dでの刃先6aの高さを高くする。ベッセル301への荷の積込作業が進捗するに従って、既に積まれた荷によってバケット6の動作が妨げられないように、刃先6aの高さを段階的に高くしている。
As shown in Figures 8 and 9, the height of the
ベッセル301の前方壁面303は、ダンプトラック300の前後方向および左右方向に対して傾斜している。前方壁面303は、上方に向かうに従って前方に位置するように、前斜め上方に向かって傾斜している。ベッセル301の前方壁面303の傾きに合わせて、積込み位置が決定されている。図8,10に示されるように、積込み位置Aおよび積込み位置Bよりも、積込み位置Dの方が、ダンプトラック300の前方に配置されている。前方壁面303の角度によって、積込み位置が決定されている。
The
ベッセル301の前上縁304と後上縁306との高さ位置は同じではなく、前上縁304が後上縁306よりも高い位置にある。ベッセル301の前側に、より多くの荷が積まれる。図7(D)に示されるように、前方壁面303に沿って荷が前上縁304に到達するように、積込み位置が決定されている。前方壁面303の高さによって、積込み位置が決定されている。
The front
積込み位置Cは、荷がその安息角を成してベッセル301に積み込まれるときに荷がベッセル301からこぼれない位置に決定される。たとえば、砂の安息角30°を使って、後上縁306において荷がダンプトラック300の前後方向に対して成す角度が30°以下になるように、積込み位置が決定されている。
The loading position C is determined to be a position where the load does not spill out of the
図6に戻って、次にステップS3において、自動化コントローラ100は、ホイールローダ1の自己位置を認識する。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。
Returning to FIG. 6, next in step S3, the
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の方向および距離を取得することで、ベッセル301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。
Alternatively, the
自動化コントローラ100は、目標位置を認識する。たとえば、図7に示される4回積みによる積込作業が行われる場合に、今回の積み込みが何回目の積み込みであるかを認識する。第1回目の積み込みであれば、目標位置は積込み位置Aであると認識される。第2回目の積み込みであれば、目標位置は積込み位置Bであると認識される。第3回目の積み込みであれば、目標位置は積込み位置Cであると認識される。第4回目の積み込みであれば、目標位置は積込み位置Dであると認識される。
自動化コントローラ100は、バケット6の現在の自己位置と、荷をベッセル301に積み込むバケット6がこれから向かう目標位置と、を結ぶ最適経路を生成する。上述した通り、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。
The
次にステップS4において、自動化コントローラ100は、最適経路に沿ってホイールローダ1を走行させるとともに作業機3を動作させて、ベッセル301の指定の箇所に積み込みを行う。自動化コントローラ100は、車体コントローラ50のブレーキ制御部71、アクセル制御部72およびステアリング制御部81に対し、最適経路に沿って走行装置4を走行させる指令を出力する。指令信号を受けて、走行装置4が動作する。また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を伸縮させる指令を出力する。指令信号を受けて、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。
Next, in step S4, the
ステップS5において、自動化コントローラ100は、積込み回数が規定数に達したか否かを判断する。積込み回数が4回に決定されているので、第1回目、第2回目および第3回目の積み込みが終了した時点では、規定数には達していない。規定数に達していないと判断されれば(ステップS5においてNO)、ステップS3に戻り、次の目標位置への最適経路が生成され、ベッセル301への荷の積み込みが繰り返される。
In step S5, the
第4回目の積み込みが終了し、積込み回数が規定数に達したと判断されれば(ステップS5においてYES)、処理を終了する(図6の「終了」)。 When the fourth loading is completed and it is determined that the number of loadings has reached the specified number (YES in step S5), the process ends ("End" in Figure 6).
<積込作業の他の例>
図11は、4回積みによるベッセル301への荷の積込作業の第2の例を示す模式図である。図11(A)には、第1回目の積み込みで積込み位置Cから積まれた荷が、符号Cを付して示されている。図11(B)には、第1回目の積み込みで積まれた荷の上およびその前方に、第2回目の積み込みで積込み位置Aから積まれた荷が、符号Aを付して示されている。図11(C)には、第2回目までの積み込みで積まれた荷の上に、第3回目の積み込みで積込み位置Bから積まれた荷が、符号Bを付して示されている。図11(D)には、第3回目までの積み込みで積まれた荷の上に、第4回目の積み込みで積込み位置Dから積まれた荷が、符号Dを付して示されている。
<Other examples of loading work>
Fig. 11 is a schematic diagram showing a second example of the loading operation of cargo onto a
図11に示される積込作業において、ダンプトラック300の前後方向における積込み位置A~Dの位置は、図8~10と同じである。一方、積込み位置の高さ方向の位置は、図8~10とは異なる。第1回目の積込み位置Cにおける刃先6aの高さは、図8に示される刃先6aの高さになる。第3回目の積込み位置Bにおける刃先6aの高さは、図10に示される刃先6aの高さになる。
In the loading operation shown in Figure 11, the loading positions A to D in the fore-aft direction of the
図12は、4回積みによるベッセル301への荷の積込作業の第3の例を示す模式図である。図12(A)には、第1回目の積み込みで積込み位置Aから積まれた荷が、符号Aを付して示されている。図12(B)には、第1回目の積み込みで積まれた荷の上およびその後方に、第2回目の積み込みで積込み位置Cから積まれた荷が、符号Cを付して示されている。図12(C)には、第2回目までの積み込みで積まれた荷の上に、第3回目の積み込みで積込み位置Bから積まれた荷が、符号Bを付して示されている。図12(D)には、第3回目までの積み込みで積まれた荷の上に、第4回目の積み込みで積込み位置Dから積まれた荷が、符号Dを付して示されている。
FIG. 12 is a schematic diagram showing a third example of loading work into the
図12に示される積込作業において、ダンプトラック300の前後方向における積込み位置A~Dの位置は、図8~10と同じである。一方、積込み位置の高さ方向の位置は、図8~10とは異なる。第2回目の積込み位置Cにおける刃先6aの高さは、図8に示される刃先6aの高さになる。第3回目の積込み位置Bにおける刃先6aの高さは、図10に示される刃先6aの高さになる。
In the loading operation shown in FIG. 12, the loading positions A to D in the fore-aft direction of the
<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。
<Action and effect>
Although some descriptions overlap with the above description, the characteristic configuration and effects of this embodiment are summarized as follows.
図6,8~10に示されるように、自動化コントローラ100は、バケット6の幅方向の寸法情報と、ベッセル301に関する情報とに基づいて、積込み位置を決定する。積込み位置は、荷をベッセル301に積み込むときの、ベッセル301に対するバケット6の相対位置である。
As shown in Figures 6, 8 to 10, the
ホイールローダ1が、自身のバケット6の幅より長い全長を持つベッセル301に積み込みを行う場合に、ベッセル301の前後方向の積込み位置を適切に管理することで、積み込みの最中にバケット6がベッセル301に接触したりベッセル301から荷がこぼれたりすることを抑制できる。したがって、ベッセル301への荷の積載量を増大することができる。
When the wheel loader 1 loads a
図7,11~12に示されるように、ベッセル301は、荷を複数回積み込み可能な最大積載量を有している。自動化コントローラ100は、各回の積み込みにおける積込み位置を決定する。1台のダンプトラック300に複数回積み込みを行う場合、積込み位置を適切に選定し、その積込み位置への積み込みの順番を規定することができる。積込み回数に応じてベッセル301への積込み位置を変更することによって、積み込みの際の荷こぼれを抑制し、ベッセル301への積載量を増大することができる。
As shown in Figures 7, 11 and 12, the
図7,12に示されるように、自動化コントローラ100は、幅方向におけるバケット6の端部がベッセル301の前方壁面303から所定距離だけ後方に離れる位置を、第1回目の積込み位置とする。このように第1回目の積込み位置を決定することで、ベッセル301の前方壁面303へのバケット6の接触を抑制することができる。
As shown in FIGS. 7 and 12, the
図7,12に示されるように、自動化コントローラ100は、幅方向におけるバケット6の端部がベッセル301の前方壁面303から後方に離れる所定距離を、荷をベッセル301に積み込むときにバケット6がベッセル301に干渉しないための距離として決定する。このように第1回目の積み込みの際の所定距離を決定することで、ベッセル301の前方壁面303へのバケット6の接触を抑制することができる。
As shown in FIGS. 7 and 12, the
図11に示されるように、自動化コントローラ100は、幅方向におけるバケット6の端部がベッセル301の後上縁306から所定距離だけ前方に離れる位置を、第1回目の積込み位置とする。このように第1回目の積込み位置を決定することで、ベッセル301からの荷こぼれを抑制することができる。
As shown in FIG. 11, the
図11に示されるように、自動化コントローラ100は、幅方向におけるバケット6の端部がベッセル301の後上縁306から前方に離れる所定距離を、ベッセル301に積み込まれる荷がベッセル301からこぼれないための距離として決定する。たとえば、ベッセル301に積み込まれる荷の安息角を考慮して、所定距離を決定することができる。このように第1回目の積込み位置を決定することで、ベッセル301からの荷こぼれを抑制することができる。
As shown in FIG. 11, the
図5に示されるように、ベッセル301の後上縁306は、ベッセル301の前上縁304よりも低い位置にある。このような形状を有するベッセル301に荷を積み込むときに、後上縁306からの荷こぼれを発生させないようにすることが求められる。幅方向におけるバケット6の端部がベッセル301の後上縁306から所定距離だけ前方に離れる位置を積込み位置として決定することで、ベッセル301からの荷こぼれを抑制することができる。
As shown in FIG. 5, the rear
図8~10に示されるように、自動化コントローラ100は、バケット6がフルダンプ姿勢にあるときのバケット6の刃先6aの、ベッセル301に対する相対位置を決定する。積込み位置でバケット6がフルダンプ姿勢にあるときのバケット6の位置を規定することで、バケット6がベッセル301の側面に接触することを回避できる。積込み回数によって刃先6aの高さを変えることで、既に積まれた荷にバケット6が接触することも回避することができる。
As shown in FIGS. 8-10, the
図1に示されるように、ホイールローダ1は、走行装置4、ブームシリンダ16およびバケットシリンダ19を備えている。走行装置4、ブームシリンダ16およびバケットシリンダ19は、作業機3をベッセル301に対し相対移動させることができる。バケット6に積載された荷をベッセル301に積み込むときに、走行装置4、ブームシリンダ16およびバケットシリンダ19を適切に動作させて、バケット6を積込み位置に確実に移動させることができる。
As shown in FIG. 1, the wheel loader 1 is equipped with a traveling
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。外部のコントローラが、バケット6の幅方向の寸法情報と、ベッセル301に関する情報とに基づいて、ベッセル301に対するバケット6の相対位置である積込み位置A~Dを決定してもよい。
The
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。 The external controller may be located at the work site of the wheel loader 1, or may be located in a remote location away from the work site of the wheel loader 1. The external controller may be a portable device. The external controller may be a portable device that can be carried and used by a worker, such as a laptop computer, tablet computer, or smartphone.
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。
In the embodiment, an example has been described in which the wheel loader 1 is a manned vehicle that includes a
実施形態では、自動化コントローラ100が、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マシンコントロールをする例について説明した。コントローラが決定した積込み位置を、ホイールローダ1を操縦するオペレータの運転席の前方のディスプレイに表示して、オペレータはその積込み位置に従って積込作業を行う、マシンガイダンス機能が実現されてもよい。
In the embodiment, an example has been described in which the
実施形態では、作業機械の一例としてホイールローダ1を挙げているが、他の種類の積込機械にも適用可能である。積込機械は、履帯式ローダであってもよい。積込機械は、ショベルであってもよい。ショベルは、油圧ショベル、機械式のロープショベル、またはハイブリッドショベルであってもよい。ショベルは、バックホウであってもよく、ローディングショベルであってもよい。積込機械は、バケットクレーンであってもよい。積込機械が、作業機と、作業機を支持する旋回体と、旋回体を旋回させる旋回動作部とを備える場合、旋回動作部が「移動動作部」に含まれる。旋回動作部は、たとえば旋回モータである。旋回モータは、油圧モータであってもよく、電気モータであってもよい。 In the embodiment, a wheel loader 1 is given as an example of a work machine, but the present invention is also applicable to other types of loading machines. The loading machine may be a track loader. The loading machine may be a shovel. The shovel may be a hydraulic shovel, a mechanical rope shovel, or a hybrid shovel. The shovel may be a backhoe or a loading shovel. The loading machine may be a bucket crane. When the loading machine includes a work machine, a rotating body that supports the work machine, and a rotating operation unit that rotates the rotating body, the rotating operation unit is included in the "moving operation unit". The rotating operation unit is, for example, a rotating motor. The rotating motor may be a hydraulic motor or an electric motor.
<付記>
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
<Additional Notes>
The above description includes the following additional features.
(付記1)
作業機械を含むシステムであって、前記作業機械は作業機を有し、
前記作業機に積載された荷が積み込まれる容器に関する情報を取得する情報取得部と、
前記作業機の幅方向の寸法情報と、前記容器に関する情報とに基づいて、前記荷を前記容器に積み込むときの前記容器に対する前記作業機の相対位置である積込み位置を決定する、コントローラと、を備える、システム。
(Appendix 1)
A system including a work machine, the work machine having a work implement,
an information acquisition unit that acquires information regarding a container into which a load is loaded onto the work machine;
A system comprising: a controller that determines a loading position, which is the relative position of the work machine with respect to the container when loading the load into the container, based on widthwise dimension information of the work machine and information regarding the container.
(付記2)
前記コントローラは、前記作業機械に備えられる、付記1に記載のシステム。
(Additional note 2)
The system according to supplementary note 1, wherein the controller is included in the work machine.
(付記3)
前記容器は、前記荷を複数回積み込み可能な最大積載量を有し、
前記コントローラは、各回の積み込みにおける前記積込み位置を決定する、付記1または付記2に記載のシステム。
(Appendix 3)
The container has a maximum loading capacity that allows the load to be loaded multiple times,
The system according to
(付記4)
前記コントローラは、前記幅方向における前記作業機の端部が前記容器の前方の壁面から所定距離だけ後方に離れる位置を、第1回目の前記積込み位置とする、付記3に記載のシステム。
(Additional note 4)
The system according to
(付記5)
前記コントローラは、前記荷を前記容器に積み込むときに前記作業機が前記容器に干渉しないための距離として、前記所定距離を決定する、付記4に記載のシステム。
(Appendix 5)
The system according to
(付記6)
前記コントローラは、前記幅方向における前記作業機の端部が前記容器の後方の縁部から所定距離だけ前方に離れる位置を、第1回目の前記積込み位置とする、付記3に記載のシステム。
(Appendix 6)
The system of
(付記7)
前記コントローラは、前記容器に積み込まれる荷が前記容器からこぼれないための距離として、前記所定距離を決定する、付記6に記載のシステム。
(Appendix 7)
7. The system according to
(付記8)
前記容器の後方の縁部は、前記容器の前方の縁部よりも低い位置にある、付記6または付記7に記載のシステム。
(Appendix 8)
8. The system of
(付記9)
前記作業機は、先端にバケットを有し、
前記コントローラは、前記バケットがフルダンプ姿勢にあるときの前記バケットの先端部の、前記容器に対する相対位置を決定する、付記4から付記8のいずれか1つに記載のシステム。
(Appendix 9)
The work machine has a bucket at a tip,
9. The system of any one of
(付記10)
前記作業機を前記容器に対し相対移動させる移動動作部をさらに備える、付記1から付記9のいずれか1つに記載のシステム。
(Appendix 10)
10. The system of claim 1, further comprising a moving operation unit that moves the working machine relative to the container.
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。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
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、6a 刃先、6aC 中心点、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 自動化切替スイッチ、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、300 ダンプトラック、301 ベッセル、302 底面、303 前方壁面、304 前上縁、305 後方傾斜面、306 後上縁。 1 wheel loader, 2 body frame, 2a front frame, 2b rear frame, 3 work equipment, 4 traveling device, 4a, 4b traveling wheels, 5 cab, 6 bucket, 6a cutting edge, 6aC center point, 8 operating device, 9 boom pin, 11 steering cylinder, 13 work equipment pump, 14 boom, 15 link, 16 boom cylinder, 17 bucket pin, 18 bell crank, 18a support pin, 18b, 18c connection pin, 19 bucket cylinder, 21 engine, 23 transmission, 25 axle, 32 main valve, 35, 36 electromagnetic proportional control valve, 41 accelerator pedal, 42 work equipment operating lever, 50 vehicle body controller, 51 machine monitor, 60 engine controller, 70 transmission controller, 71 brake control section, 72 accelerator control section, 80 work Machine controller, 81 Steering control unit, 82 Work machine control unit, 100 Automation controller, 101 Position estimation unit, 102 Path planning unit, 103 Route following control unit, 110 External world information acquisition unit, 111 Perception device, 112 Position information acquisition device, 120 Vehicle information acquisition unit, 121 Articulated angle sensor, 122 Vehicle speed sensor, 123 Boom angle sensor, 124 Bucket angle sensor, 125 Boom cylinder pressure sensor, 130 Interface, 131 Automation changeover switch, 132 Engine emergency stop switch, 133 Mode lamp , 140 actuator, 141 brake EPC, 142 steering EPC, 143 work equipment EPC, 144 HMT, 300 dump truck, 301 vessel, 302 bottom surface, 303 front wall surface, 304 front upper edge, 305 rear inclined surface, 306 rear upper edge.
Claims (13)
前記作業機に積載された荷が積み込まれる容器に関する情報を取得する情報取得部と、
前記作業機の幅方向の寸法情報と、前記容器に関する情報とに基づいて、前記荷を前記容器に積み込むときの前記容器に対する前記作業機の相対位置である積込み位置を決定する、コントローラと、を備える、システム。 A system including a working machine, the working machine having a working machine,
an information acquisition unit that acquires information regarding a container into which the load loaded on the work machine is loaded;
a controller that determines a loading position, which is a relative position of the work implement with respect to the container when loading the load into the container, based on widthwise dimension information of the work implement and information regarding the container; Prepare your system.
前記コントローラは、各回の積み込みにおける前記積込み位置を決定する、請求項1に記載のシステム。 The container has a maximum load capacity capable of loading the load multiple times,
The system of claim 1 , wherein the controller determines the loading location for each loading.
前記コントローラは、前記バケットがフルダンプ姿勢にあるときの前記バケットの先端部の、前記容器に対する相対位置を決定する、請求項4または請求項6に記載のシステム。 The work machine has a bucket at a tip,
7. The system of claim 4 or claim 6, wherein the controller determines a relative position of the tip of the bucket with respect to the container when the bucket is in a full dump position.
前記作業機に積載された荷が積み込まれる容器に関する情報を取得することと、
前記作業機の前記寸法情報と、前記容器に関する情報とに基づいて、前記荷を前記容器に積み込むときに前記容器に対して前記作業機を移動させる位置を積込み位置として決定することと、を備える、作業機械の制御方法。 Acquiring widthwise dimension information of a work implement;
Obtaining information regarding a container into which a load is to be loaded onto the work machine;
A method for controlling a work machine comprising: determining, based on the dimensional information of the work machine and information related to the container, a loading position to which the work machine is moved relative to the container when loading the load into the container.
前記作業機に積載された荷が積み込まれる容器に関する情報を取得する情報取得部と、
前記作業機の幅方向の寸法情報と、前記容器の前後方向の寸法情報とに基づいて、前記荷を前記容器に積み込む前記作業機が向かう目標位置を決定する、コントローラと、を備える、システム。 A system including a work machine, the work machine having a work implement,
an information acquisition unit that acquires information regarding a container into which a load is loaded onto the work machine;
A system comprising: a controller that determines a target position to which the work machine, which loads the load into the container, will head based on widthwise dimension information of the work machine and front-to-rear dimension information of the container.
13. The system of claim 12, wherein the controller is included in the work machine.
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