JP6538793B2 - 作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の管理システム - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の管理システムに関する。

鉱山の採掘現場においては、例えば特許文献１に開示されているような、ダンプトラックなどの作業機械が稼働する。

特開平１１−２４２５２０号公報

鉱山の走行経路を自律走行する作業機械は、電離層に異常が生じると、全地球航法衛星システムを用いて検出された位置の精度が低下し、稼働が停止されることがある。その結果、鉱山における生産性が低下する可能性がある。

本発明は、鉱山における生産性の低下を抑制できる作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の管理システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、稼働領域を走行する作業機械の制御システムであって、前記作業機械の位置を検出する位置検出手段と、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサと、前記位置検出手段の検出結果及び前記非接触センサの検出結果から被検出物情報を抽出し、前記被検出物情報から前記稼働領域を移動する移動物体の被検出物情報である移動物体情報を除外する制御部と、を備える作業機械の制御システムが提供される。

本発明の第２の態様に従えば、鉱山の走行経路を走行する作業機械本体と、本発明の第１の態様に従う作業機械の制御システムと、を備える作業機械が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、本発明の第２の態様に従う作業機械と、鉱山に設けられ、前記移動物体の位置に関する移動物体位置情報を送信する管制施設と、を備え、前記作業機械の制御システムは、前記移動物体位置情報を受信し、受信した前記移動物体位置情報に基づいて前記移動物体の走行位置を推定し、推定される位置に前記移動物体を含むマスク領域を設定し、前記マスク領域内の被検出物情報を前記移動物体情報とする、作業機械の管理システムが提供される。

本発明によれば、鉱山における生産性の低下を抑制できる。

図１は、実施形態１に係る作業機械の管理システムの一例を示す図である。 図２は、実施形態１に係る作業機械の管理システムが適用される鉱山の一例を示す平面図である。 図３は、実施形態１に係るダンプトラックの制御ブロック図である。 図４は、実施形態１に係るダンプトラックのハードウエア構成図である。 図５は、障害物センサのレーザーセンサの検出範囲を示す平面図である。 図６は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの位置計測コントローラの照合航法位置演算部が位置及び方位を検出する方法を説明する図である。 図７は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのマップ保存用データベースに記憶される地図情報の一部を示す図である。 図８は、図７中のＸＩＶ部を拡大して示す図である。 図９は、レーザーセンサによる検出の一例を説明する図である。 図１０は、レーザーセンサによる検出の一例を説明する図である。 図１１は、検出結果から生成される地図情報の一例を示す図である。 図１２は、観測点利用可能判断部の一例を示すブロック図である。 図１３は、マスク領域の一例を示す図である。 図１４は、レーザーセンサによる検出の一例を説明する図である。 図１５は、検出情報の一例を示す図である。 図１６は、検出情報の一例を示す図である。 図１７は、地図情報の一例を示す図である。 図１８は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのフローチャートの一例である。 図１９は、図１８のステップＳＴ３のフローチャートの一例である。 図２０は、図１８のステップＳＴ４のフローチャートの一例である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

＜作業機械の管理システムの概要＞
図１は、本実施形態に係る作業機械の管理システムの一例を示す図である。図２は、本実施形態に係る作業機械の管理システム及び作業機械の管理システム１が適用される鉱山の一例を示す平面図である。

作業機械の管理システム１（以下、管理システムと記す）は、作業機械の管理を行う。作業機械の管理は、作業機械の運行管理、作業機械の生産性の評価、作業機械のオペレータの操作技術の評価、作業機械の保全、及び作業機械の異常診断の少なくとも一つを含む。

作業機械とは、鉱山における各種作業に用いる機械類の総称である。作業機械は、ボーリング機械、掘削機械、積込機械、運搬機械、破砕機及び作業者が運転する車両の少なくとも一つを含む。掘削機械は、鉱山を掘削可能である。積込機械は、運搬機械に積荷を積み込み可能である。積込機械は、油圧ショベル、電気ショベル、及びホイールローダの少なくとも一つを含む。運搬機械は、鉱山において移動可能な移動体を含み、積荷を運搬可能である。運搬機械は、ダンプトラックを含む。積荷は、採掘により発生した土砂及び鉱石の少なくとも一方を含む。破砕機は、運搬機械から投入された排土を破砕する。

管理システム１により、鉱山を走行する作業機械である運搬機械が管理され、本実施形態においては、作業機械であるダンプトラック２が管理される例について説明する。ダンプトラック２は、図１及び図２に示すように、鉱山における積込場ＬＰＡと、排土場ＤＰＡと、積込場ＬＰＡ及び排土場ＤＰＡの少なくとも一方に通じる搬送路ＨＬと、搬送路ＨＬ同士が交差する交差点ＩＳと、の少なくとも一部において稼働する。少なくとも一つの排土場ＤＰＡは、排土を破砕する破砕機ＣＲが配置されることがある。鉱山は、積込場ＬＰＡの外側、排土場ＤＰＡの外側及び搬送路ＨＬの外側の少なくとも一つ以上に土が積み上げられて構成された土手ＢＫが設けられる。

ダンプトラック２は、鉱山において移動可能な移動体である。ダンプトラック２は、積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部を走行可能である。即ち、鉱山に設けられるダンプトラック２の走行経路ＲＰは、積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部を含む。鉱山は、ダンプトラック２の稼働領域の表面から上方に所定高さ以上突出した上方突出物ＶＰが設けられる。実施形態１において、上方突出物ＶＰは、走行経路ＲＰの外側に設けられた土手ＢＫ、積込場ＬＰＡと排土場ＤＰＡと搬送路ＨＬとの少なくとも一つに設置される人工物ＡＦ、及び、積込場ＬＰＡと排土場ＤＰＡと搬送路ＨＬとの少なくとも一つに設置される壁により構成されるが、標識や建物などの人工物や岩なども含まれる。所定高さは、ダンプトラック２が、自律走行する際に上方突出物ＶＰを乗り越えることが望ましくない高さである。

ダンプトラック２は、積込場ＬＰＡにおいて、積荷を積み込まれる。ダンプトラック２は、排土場ＤＰＡにおいて、積荷を下ろす（排出する）。ダンプトラック２は、破砕機ＣＲが設けられた排土場ＤＰＡにおいて、破砕機ＣＲ内に積荷である排土を投入する。ダンプトラック２は、鉱山の操業時には、通常、管理装置１０からの指令信号により走行経路ＲＰを自律走行する、所謂、無人ダンプトラックである。ダンプトラック２が、自律走行するとは、ダンプトラック２が作業者の操作により走行せずに管理装置１０からの指令信号により走行することをいう。また、ダンプトラック２は、作業者（運転者）の操作により走行することも可能である。

図１において、管理システム１は、鉱山に設置される管制施設７に配置された管理装置１０と、通信システム９と、ダンプトラック２と、他の作業機械３と、を備えている。管理装置１０は、鉱山の管制施設７に設置され、移動しない。また、管理装置１０が移動可能でもよい。通信システム９は、管理装置１０とダンプトラック２と他の作業機械３との間において無線通信により情報を伝達する。通信システム９は、管理装置１０とダンプトラック２との間、管理装置１０と他の作業機械３との間、及びダンプトラック２と他の作業機械３との間を、双方向に無線通信可能にする。本実施形態において、通信システム９は、信号（電波）を中継する中継器６を複数有する。本実施形態において、ダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置が、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite System、ＧＮＳＳは、全地球航法衛星システムをいう）を利用して検出される。全地球航法衛星システムの一例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられるが、これに限定されない。ＲＴＫ−ＧＮＳＳは、複数の測位衛星５を有する。ＲＴＫ−ＧＮＳＳは、緯度、経度、及び高度を規定する座標系（グローバル座標系）における位置を検出する。ＲＴＫ−ＧＮＳＳにより検出される位置は、緯度、経度、及び高度の座標情報を含む。ＲＴＫ−ＧＮＳＳにより、鉱山におけるダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置が検出される。ＲＴＫ−ＧＮＳＳにより検出される位置は、グローバル座標系において規定される絶対位置である。以下の説明においては、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによって検出される位置を適宜、ＧＰＳ位置、と称する。ＧＰＳ位置は、絶対位置であり、緯度、経度、及び高度の座標情報（座標値）である。また、ＲＴＫ−ＧＮＳＳでは、測位衛星５の配置、電離層、対流圏、又は測位衛星５からの情報を受信するアンテナ周辺の地形の影響により測位の状態が変化する。この測位の状態には、例えば、Ｆｉｘ解（精度±１ｃｍから２ｃｍ程度）、Ｆｌｏａｔ解（精度±１０ｃｍから数ｍ程度）、Ｓｉｎｇｌｅ解（精度±数ｍ程度）、非測位（測位計算不能）等がある。

また、管理システム１は、鉱山におけるダンプトラック２及び他の作業機械３の位置を、図２に示す互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とで規定される座標（以下、Ｘ−Ｙ座標と記す）により管理する。また、管理システム１は、ダンプトラック２及び他の作業機械３の方位を、北を零度とし、東を９０度とし、南を１８０度とし、西を２７０度として管理する。ダンプトラック２及び他の作業機械３の方位は、ダンプトラック２及び他の作業機械３が前方に走行する際に、移動する方向である。なお、本実施形態において、Ｙ軸方向が、北を示しているが、これに限定されない。

＜管理装置＞
次に、管制施設７に配置される管理装置１０について説明する。管理装置１０は、ダンプトラック２の作業機械の制御システム３０に鉱山に設けられる走行経路ＲＰを指定する情報である走行経路情報を送信するものであり、図１に示すように、コンピュータ１１と、表示装置１６と、入力装置１７と、無線通信装置１８と、ＧＰＳ基地局１９と、を備えている。

コンピュータ１１は、処理装置１２と、記憶装置１３と、入出力部１５とを備えている。表示装置１６、入力装置１７、無線通信装置１８、及びＧＰＳ基地局１９は、入出力部１５を介して、コンピュータ１１と接続される。入出力部１５は、処理装置１２と、表示装置１６、入力装置１７、無線通信装置１８、及びＧＰＳ基地局１９の少なくとも一つとの情報の入出力（インターフェース）に用いられる。

処理装置１２は、ダンプトラック２の管理に関する各種の処理及び他の作業機械３の管理に関する各種の処理を実行する。処理装置１２は、通信システム９を介して取得した、ダンプトラック２の位置に関する情報及び他の作業機械３の位置に関する情報を処理する。処理装置１２は、ダンプトラック２の走行経路情報を生成する。記憶装置１３は、処理装置１２と接続される。記憶装置１３は、ダンプトラック２の管理に関する各種の情報及び他の作業機械３の管理に関する各種の情報を記憶する。記憶装置１３は、ダンプトラック２の位置、及び他の作業機械３の位置を記憶する。記憶装置１３は、処理装置１２に各種の処理を実行させるためのコンピュータプログラムを記憶する。

表示装置１６は、例えば、液晶ディスプレイのようなフラットパネルディスプレイを含む。表示装置１６は、ダンプトラック２の位置に関する情報及び他の作業機械３の位置に関する情報を表示可能である。入力装置１７は、キーボード、タッチパネル、及びマウスの少なくとも一つを含む。入力装置１７は、処理装置１２に操作信号を入力可能な操作部として機能する。

無線通信装置１８は、管制施設７に配置される。無線通信装置１８は、通信システム９の一部である。無線通信装置１８は、入出力部１５を介して、処理装置１２と接続される。無線通信装置１８は、アンテナ１８Ａを有する。無線通信装置１８は、ダンプトラック２及び他の作業機械３の少なくとも一方から送信された情報を受信可能である。無線通信装置１８で受信した情報は、処理装置１２に出力され、記憶装置１３に記憶（登録）される。無線通信装置１８は、ダンプトラック２と他の作業機械３の少なくとも一つに情報を送信可能である。無線通信装置１８は、ダンプトラック２及び他の作業機械３等の移動物体についての位置の情報（移動物体位置情報）を送信可能である。この移動物体位置情報は、例えば上記のＸ座標及びＹ座標についての座標情報を含む。

ＧＰＳ基地局１９は、管制施設７に配置される。ＧＰＳ基地局１９は、複数の測位衛星５からの情報を受信するアンテナ１９Ａと、アンテナ１９Ａに接続された送受信装置１９Ｂと、を少なくとも備える。送受信装置１９Ｂは、アンテナ１９Ａを介して測位衛星５からの情報を受信する受信機と、アンテナ１９Ｃを介してダンプトラック２に情報を送信する送信機と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のようなメモリを有する記憶装置と、を少なくとも備える。送受信装置１９Ｂは、アンテナ１９Ａが受信した情報からＧＰＳ基地局１９のＧＰＳ位置を検出するとともに、ダンプトラック２のＧＰＳ位置を補正するための補正観測情報を生成する。ＧＰＳ基地局１９は、送受信装置１９Ｂがアンテナ１９Ｃを通して、ダンプトラック２及び他の作業機械３に補正観測情報を送信する。なお、ＧＰＳ基地局１９は、補正観測情報をアンテナ１９Ｃに代えてアンテナ１８Ａを介して送信してもよい。

コンピュータ１１は、通信用の入出力部１５と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＣＰＵにより情報が登録される不揮発性メモリとを少なくとも備える。処理装置１２の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み込んでＲＡＭの作業領域で実行することにより実現される。記憶装置１３の機能は、ＲＯＭが制御プログラムを記憶することと、ＣＰＵにより情報が不揮発性メモリに登録されることにより実現される。不揮発性メモリは、フラッシュメモリ及びハードディスクドライブの少なくとも一つを含み、データベースを実現する。また、複数の処理回路が、連携して、処理装置１２、及び記憶装置１３の機能を実現してもよい。

＜他の作業機械＞
次に、他の作業機械３について説明する。本実施形態において、他の作業機械３は、ダンプトラック２以外の作業機械であり、作業者の操作により駆動する。他の作業機械３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含みかつ作業内容に関する各種の処理を実行する処理装置と、ＧＰＳ位置を検出するＧＰＳ受信器と、管制施設７の無線通信装置１８と情報を送受信する無線通信装置と、を少なくとも備える。他の作業機械３は、所定時間毎にＧＰＳ位置を無線通信装置が管制施設７の無線通信装置１８に送信する。

＜ダンプトラック＞
次に、ダンプトラック２について説明する。図３は、本実施形態に係るダンプトラックの制御ブロック図である。図４は、本実施形態に係るダンプトラックのハードウエア構成図である。図５は、障害物センサのレーザーセンサの検出範囲を示す平面図である。

図４に示すように、ダンプトラック２は、車両本体２１と、ベッセル２２と、車輪２３と、障害物センサ２４と、作業機械の制御システム３０と、を備える。車両本体２１は、走行経路ＲＰを含む稼働領域を走行するものである。なお、稼働領域は、搬送路ＨＬ、積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ及び交差点ＩＳを含む領域であり、ダンプトラック２が走行及び作業を行う際に通過する領域である。車両本体２１には、ディーゼルエンジンのような内燃機関２Ｅと、内燃機関２Ｅにより作動する発電機２Ｇと、発電機２Ｇで発生した電力により作動する電動機２３Ｍと、が配置される。電動機２３Ｍにより、車輪２３のうち後輪２３Ｒが駆動される。なお、内燃機関２Ｅの動力が、トルクコンバータを含むトランスミッションを介して後輪２３Ｒに伝達されてもよい。また、車両本体２１は、車輪２３のうち前輪２３Ｆを操舵する操作装置２Ｓを備える。ベッセル２２は、積込機械により積荷が積み込まれ、排出作業において持ち上げられて積荷を排出する。

障害物センサ２４は、車両本体２１の前部の下部に配置される。障害物センサ２４は、車両本体２１の前方の障害物を非接触で検出する。本実施形態において、障害物センサ２４は、複数のレーダー２４Ａと、非接触センサであるレーザーセンサ２４Ｂと、を備える。レーダー２４Ａは、電波を発射して、その電波を障害物に照射し、障害物により反射された電波を受信する。これにより、レーダー２４Ａは、レーダー２４Ａに対する障害物の方向及び距離を検出可能である。本実施形態において、レーダー２４Ａは、車両本体２１の左右方向に間隔をあけて二つ設けられているが、これに限定されない。

レーザーセンサ２４Ｂは、ダンプトラック２の周囲の物体の位置を検出するものであり、レーザー光線を発射して、そのレーザー光線を物体である障害物に照射し、障害物により反射されたレーザー光線を受信する。これにより、レーザーセンサ２４Ｂは、レーザーセンサ２４Ｂに対する障害物の方向及び距離を検出可能である。レーザーセンサ２４Ｂは、レーザー光線を発射し、反射されたレーザー光線を受信するために、レーザーセンサ２４Ｂの分解能は、レーダー２４Ａの分解能よりも高分解能である。本実施形態において、レーザーセンサ２４Ｂは、車両本体２１の左右方向に間隔をあけて二つ設けられているが、これに限定されない。

また、レーダー２４Ａ及びレーザーセンサ２４Ｂは、作業機械の制御システム３０の第２通信線３５Ｂに接続される。また、レーザーセンサ２４Ｂは、作業機械の制御システム３０の位置計測コントローラ３３に接続される。

＜作業機械の制御システム＞
次に、作業機械の制御システムを説明する。図６は、本実施形態に係る作業機械の制御システムの位置計測コントローラの照合航法位置演算部が位置及び方位を検出する方法を説明する図である。図７は、本実施形態に係る作業機械の制御システムのマップ保存用データベースに記憶される地図情報の一部を示す図である。図８は、図７中のＸＩＶ部を拡大して示す図である。

作業機械の制御システム３０は、ダンプトラック２に設置されて、ダンプトラック２を走行経路ＲＰに従って自律走行させるシステムである。作業機械の制御システム３０は、図４に示すように、ジャイロセンサ２６と、速度センサ２７と、ＧＰＳ受信器３１と、走行経路作成装置３２と、位置計測コントローラ３３と、走行コントローラ２０と、レーザーセンサ２４Ｂと、無線通信装置３４と、マップ保存用データベース３６を少なくとも備える。この他に、作業機械の制御システム３０は、第１通信線３５Ａと、第２通信線３５Ｂと、安全コントローラ４０とを備える。

図４に示されるように、走行コントローラ２０、走行経路作成装置３２、位置計測コントローラ３３、マップ保存用データベース３６及び安全コントローラ４０は、第１通信線３５Ａに接続される。これらは、第１通信線３５Ａを介して互いに通信して情報を送受信する。走行コントローラ２０及び安全コントローラ４０は、第２通信線３５Ｂにも接続される。これらは、第２通信線３５Ｂを介して互いに通信して情報を送受信する。実施形態１において、第１通信線３５Ａ及び第２通信線３５Ｂを用いた通信の規格は、ＩＳＯ１１８９８及びＩＳＯ１１５１９として標準化されたＣＡＮ（Controller Area Network）であるが、これに限定されない。

ジャイロセンサ２６は、ダンプトラック２の方位（方位変化量）を検出する。ジャイロセンサ２６は、走行コントローラ２０と接続される。ジャイロセンサ２６は、検出結果である検出信号を走行コントローラ２０に出力する。走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６の検出信号に基づいて、ダンプトラック２の方位（方位変化量）を求めることができる。

速度センサ２７は、ダンプトラック２の走行速度を検出する。本実施形態において、速度センサ２７は、車輪２３の回転速度を検出して、ダンプトラック２の速度（走行速度）を検出する。速度センサ２７は、走行コントローラ２０と接続される。速度センサ２７は、検出結果である検出信号を走行コントローラ２０に出力する。走行コントローラ２０は、速度センサ２７の検出信号と、走行コントローラ２０に内蔵されているタイマーからの時間情報とに基づいて、ダンプトラック２の移動距離を求めることができる。

ＧＰＳ受信器３１は、ＧＰＳを用いてダンプトラック２の位置であるＧＰＳ位置を検出する位置検出手段である。ＧＰＳ受信器３１は、測位衛星５からの情報を受信するアンテナ３１Ａと、ＧＰＳ基地局１９からの補正観測情報を受信するアンテナ３１Ｂと、が少なくとも接続される。アンテナ３１Ａは、測位衛星５から受信した情報に基づく信号をＧＰＳ受信器３１に出力し、アンテナ３１Ｂは、受信した補正観測情報に基づく信号をＧＰＳ受信器３１に出力する。ＧＰＳ受信器３１は、測位衛星５からの情報と、ＧＰＳ基地局１９からの補正観測情報と、を用いて、アンテナ３１Ａの位置（ＧＰＳ位置）を検出する。具体的には、ＧＰＳ受信器３１は、測位衛星５からの情報と、ＧＰＳ基地局１９からの補正観測情報と、を比較して、任意の測位衛星５までの距離を求め、更に、測位衛星５からの電波の位相を調べて、アンテナ３１Ａの位置（ＧＰＳ位置）を検出する。本実施形態において、ＧＰＳ受信器３１は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）−ＧＮＳＳを用いるが、これに限定されない。

ＧＰＳ受信器３１は、アンテナ３１Ａの位置（ＧＰＳ位置）を検出することによって、ダンプトラック２の位置（ＧＰＳ位置）を検出する。また、ＧＰＳ受信器３１は、アンテナ３１Ａの位置を検出する過程において、アンテナ３１Ａが情報を受信した測位衛星５の数などに基づいて、検出したＧＰＳ位置の精度を示すＦｉｘ解、Ｆｌｏａｔ解、又はＳｉｎｇｌｅ解を検出する。ＧＰＳ受信器３１は、ＧＰＳ位置を測位計算不能である場合に、非測位である信号を出力する。本実施形態において、Ｆｉｘ解のＧＰＳ位置の精度は、ダンプトラック２が自律走行を行うことができる精度であり、Ｆｌｏａｔ解、Ｓｉｎｇｌｅ解のＧＰＳ位置の精度は、ダンプトラック２が自律走行を行うことができない精度であるが、これらに限定されない。このように、ＧＰＳ受信器３１は、検出したＧＰＳ位置の精度を示すＦｉｘ解、Ｆｌｏａｔ解、又はＳｉｎｇｌｅ解を検出し、測位計算不能である場合に非測位である信号を走行経路作成装置３２を介して走行コントローラ２０及び位置計測コントローラ３３に出力する。

走行経路作成装置３２は、図３に示すように、管理装置１０の処理装置１２が生成した走行経路情報を記憶する経路位置記憶手段である経路位置記憶部３２Ａを備える。走行経路作成装置３２は、アンテナ３４Ａが接続された無線通信装置３４と接続している。無線通信装置３４は、管理装置１０及び自車両以外の作業機械４の少なくとも一つから送信された情報（指令信号を含む）を受信可能である。なお、自車両以外の作業機械４は、作業機械の制御システム３０が設置されたダンプトラック２以外の作業機械４であり、ボーリング機械、掘削機械、積込機械、運搬機械、及び作業者が運転する車両を含む。即ち、自車両以外の作業機械４は、自車両以外のダンプトラック２を含む。

無線通信装置３４は、管制施設７の無線通信装置１８が送信した走行経路情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を受信して、走行経路作成装置３２及び位置計測コントローラ３３に出力する。なお、走行経路情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報は、Ｘ−Ｙ座標で示されている。走行経路作成装置３２は、無線通信装置３４から走行経路情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を受信すると、経路位置記憶部３２Ａに記憶する。走行経路作成装置３２は、無線通信装置３４から走行経路情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を受信すると、自車両であるダンプトラック２の位置及び方位を無線通信装置３４を通して、管制施設７の無線通信装置１８に送信する。また、走行経路作成装置３２は、第１通信線３５Ａに接続している。

走行コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性メモリと、を少なくとも備えるコンピュータである。走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置及び位置計測コントローラ３３が検出したダンプトラック２の位置を受信する。走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置、又は位置計測コントローラ３３の照合航法位置演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置に基づいて、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を自律走行させる走行制御手段である。

走行コントローラ２０には、ダンプトラック２の位置以外にジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）を示す検出信号及び速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度を示す検出信号が入力する。実施形態１において、走行コントローラ２０には、ダンプトラック２の方位（方位変化量）を示す検出信号及び速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度を示す検出信号が、周期Ｔ１毎に入力する。また、走行コントローラ２０は、無線通信装置３４、走行経路作成装置３２及び第１通信線３５Ａを介して、ＧＰＳ受信器３１と接続している。走行コントローラ２０には、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置を示す検出信号が入力する。実施形態１において、ＧＰＳ位置を示す検出信号が、走行コントローラ２０に周期Ｔ１よりも長い周期Ｔ２毎に入力する。

走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置、速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度、及びジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）に基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する特定動作を行う。実施形態１において、走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置、速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度、及びジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）をカルマンフィルタＫＦ（Kalman Filter）により統合して、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。具体的には、走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１からＧＰＳ位置が入力した時点のＧＰＳ位置及びジャイロセンサ２６の検出結果である方位を基に、タイマーからの時間情報により速度センサ２７の検出結果である走行速度を積分して、位置及び方位を特定する。走行コントローラ２０は、位置及び方位の検出前、検出中、検出後のいずれかにおいてＧＰＳ位置をＸ−Ｙ座標の位置に変換する。

走行コントローラ２０は、ダンプトラック２の位置が走行経路情報に含まれる走行経路ＲＰの位置と重なる、即ち、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行するように、ダンプトラック２のアクセル、制動装置及び操作装置２Ｓの少なくとも１つを制御する。このような制御により、走行コントローラ２０は、ダンプトラック２を走行経路ＲＰに沿って走行させる。走行コントローラ２０の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み込んでＲＡＭの作業領域で実行することにより実現される。また、複数の処理回路が、連携して、走行コントローラ２０の機能を実現してもよい。

位置計測コントローラ３３は、図３に示すように、判定部３３Ａと、照合航法位置演算部３３Ｂと、グリッドマップ作成部３３Ｃと、を備える。位置計測コントローラ３３は、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行する際に、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるダンプトラック２のＧＰＳ位置及びレーザーセンサ２４Ｂの検出結果から上方突出物ＶＰ（実施形態１において、主に土手ＢＫ）の位置を検出し、検出した上方突出物ＶＰの有無及び位置を走行経路ＲＰを含む稼働領域の地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶する計測出力手段である。位置計測コントローラ３３は、第１通信線３５Ａに接続している。位置計測コントローラ３３には、第１通信線３５Ａ及び走行コントローラ２０を介してジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）を示す検出信号及び速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度を示す検出信号が入力する。

また、位置計測コントローラ３３は、無線通信装置３４、走行経路作成装置３２及び第１通信線３５Ａを介して、ＧＰＳ受信器３１と接続している。位置計測コントローラ３３には、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置を示す検出信号が入力される。

判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置精度が所定精度を超えているか（つまり高精度か）否かを判定する判定手段である。本実施形態において、判定部３３Ａは、ＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であるか否かを判定し、ＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であると、検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の精度が高精度であると判定する。判定部３３Ａは、ＧＰＳ位置の解がＦｌｏａｔ解である場合、Ｓｉｎｇｌｅ解である場合、又はＧＰＳ位置が非測位である場合に、検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の精度が低精度であると判定する。なお、所定精度は、ダンプトラック２が、後述する推測航法により走行経路ＲＰに従って自律走行することができるＧＰＳ位置精度である。本実施形態において、ＧＰＳ受信器３１がＧＰＳ位置及び解の検出を行うが、解の検出を他の機器（例えば、判定部３３Ａ）が行ってもよい。

グリッドマップ作成部３３Ｃは、稼働領域の地図情報を生成する。グリッドマップ作成部３３Ｃは、例えばＧＰＳ受信器３１で検出されたダンプトラック２のＧＰＳ位置精度が所定精度を超えている（つまり高精度）と判定部３３Ａによって判定された場合に、上記地図情報ＭＩを生成する。

グリッドマップ作成部３３Ｃは、まず、レーザーセンサ２４Ｂで検出された検出情報から、上方突出物ＶＰの位置を抽出する抽出動作を行う。抽出動作を行う際、グリッドマップ作成部３３Ｃは、まず判定部３３Ａで検出されたダンプトラック２の位置及び方位と、レーザーセンサ２４Ｂで検出された検出情報とを統合する。そして、統合した結果から上方突出物ＶＰ以外の検出結果を削除し、上方突出物ＶＰの被検出物情報を抽出する。

グリッドマップ作成部３３Ｃは、上記のように抽出した被検出物情報に基づいて、地図情報の生成動作を行う。生成動作を行う際、グリッドマップ作成部３３Ｃは、例えば上記の被検出物情報を、稼働領域の地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶する。

図７に示すように、地図情報ＭＩは、平面視における鉱山の稼働領域における土手ＢＫ等の上方突出部ＶＰの有無及び位置を示している。また、図８に示すように、地図情報ＭＩは、Ｘ方向及びＹ方向に格子状に配置された矩形のグリッド領域ＧＲによって構成されている。各グリッド領域ＧＲは、平面視における鉱山の矩形領域に対応している。各グリッド領域ＧＲには、Ｘ座標及びＹ座標が設定されている。各グリッド領域ＧＲは、上方突出物ＶＰが存在するか否か、即ち、０か１かの情報を含んでいる。本実施形態では、図７及び図８に示すように、上方突出物ＶＰが存在する場合にはグリッド領域ＧＲを黒色（１）で示し、上方突出部ＶＰが存在しない場合にはグリッド領域ＧＲを白色（０）で示しているが、これに限定されない。

マップ保存用データベース３６は、上方突出物ＶＰの位置に関する情報を稼働領域の地図情報ＭＩとして記憶する地図情報記憶手段であり、第１通信線３５Ａに接続している。マップ保存用データベース３６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ、及びハードディスクドライブの少なくとも一つにより構成される。マップ保存用データベース３６は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置精度が所定精度を超えていると判定部３３Ａが判定すると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果から走行経路ＲＰを含む稼働領域の上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物ＶＰに関する検出結果を稼働領域の地図情報ＭＩとして記憶するものである。マップ保存用データベース３６は、グリッドマップ作成部３３Ｃが検出した検出結果を、グリッドマップ作成部３３Ｃが検出する度に地図情報ＭＩとして記憶する。本実施形態において、マップ保存用データベース３６に記憶される地図情報ＭＩは、グリッドマップ作成部３３Ｃが検出する度に上書きされるが、これに限定されない。

照合航法位置演算部３３Ｂは、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置精度が所定精度以下であると判定部３３Ａが判定すると、ジャイロセンサ２６の検出結果、速度センサ２７の検出結果、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果、及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を検出する。照合航法位置演算部３３Ｂは、図６に示すように、ジャイロセンサ２６の検出結果、速度センサ２７の検出結果、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果、及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩをパーティクルフィルタＰＦ（Particle Filter）により統合して、ダンプトラック２の位置及び方位を検出する。本実施形態において、照合航法位置演算部３３Ｂは、位置及び方位を検出し、走行コントローラ２０に出力する。本実施形態において、走行コントローラ２０は、周期Ｔ３毎に照合航法位置演算部３３Ｂが検出した位置及び方位が入力される。

また、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１又は照合航法位置演算部３３Ｂが検出した自車両であるダンプトラック２の位置及び方位に関する情報を無線通信装置３４を介して、管制施設７の無線通信装置１８に送信する。

さらに、位置計測コントローラ３３は、図３に示すように、観測点座標変換部３８と、観測点利用可能判断部３９とを備える。観測点座標変換部３８は、レーザーセンサ２４Ｂからの方向及び距離で規定された座標で示されたレーザーセンサ２４Ｂの検出結果の位置を、Ｘ−Ｙ座標に変換する。観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果の位置は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにくわえ、これらの直交する高さ方向（Ｚ軸方向）により規定されている。観測点利用可能判断部３９は、経路位置記憶部３２Ａから自車両以外の作業機械４の位置に関する情報が入力される。観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から各種のノイズ、地表から所定高さ以下の検出結果、及び自車両以外の作業機械４を検出したと予想される検出結果を除去する。観測点利用可能判断部３９は、ノイズを除去したレーザーセンサ２４Ｂの検出結果を、グリッド領域ＧＲの検出結果に合成する。観測点利用可能判断部３９は、合成した検出結果をグリッドマップ作成部３３Ｃと、照合航法位置演算部３３Ｂとの双方に出力する。

図９及び図１０は、レーザーセンサ２４Ｂによる検出を行う場合の一例を説明する図である。図９に示すように、自車両であるダンプトラック２は、照射範囲ＩＡＨにレーザー光を照射しつつ、搬送路ＨＬを走行している。レーザー光の照射範囲ＩＡＨに含まれる土手ＢＫの一部は、上方突出物ＶＰの一部Ｓとして検出される。

一方、ダンプトラック２とは異なる他の作業機械４が、ダンプトラック２の対向車両として走行している。この作業機械４は、ダンプトラック２とすれ違う際、図９に示すように、レーザー光の照射範囲ＩＡＨに進入する。この場合、作業機械４の一部についても上方突出物ＶＰの一部Ｓとして検出される。そして、図１０に示すように、レーザー光の照射範囲ＩＡＨの外に出るまで、作業機械４の一部が上方突出物ＶＰの一部Ｓとして検出され続ける。

図１１は、上記検出結果から生成される地図情報の一例を示す図である。図１１に示すように、地図情報ＭＩには、上方突出物ＶＰの一部Ｓに基づいて生成される被検出物情報ＧＲ１と、作業機械４の一部に基づいて生成される被検出物情報ＧＲ２とが地図情報ＭＩとして含まれる。したがって、ダンプトラック２とすれ違った作業機械４の検出結果が上方突出物ＶＰの一部として地図情報ＭＩに含まれることになる。このような地図情報ＭＩに基づいて照合航法位置演算部３３Ｂがダンプトラック２の位置を演算する場合、地図情報ＭＩの被検出物情報ＧＲ２に対応する上方突出物ＶＰが実際には検出されないため、演算結果の精度が低くなってしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、演算結果の精度の低下を抑制するため、位置計測コントローラ３３では、作業機械４のような自車両の近傍の稼働領域を移動する移動物体の位置情報（以下、移動物体情報と表記する。）を判別し、地図作成及び位置演算の際に移動物体情報を用いないようにする、つまり、被検出物情報から移動物体情報を除外した情報を用いるようにする。

図１２は、観測点利用可能判断部３９の一例を示すブロック図である。図１２に示すように、観測点利用可能判断部３９は、移動物体判別部５０を有する。移動物体判別部５０は、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果又は地図情報の中から移動物体情報を判別する。移動物体情報とは、稼働領域を移動する移動物体の位置情報である。移動物体情報は、稼働領域を移動する移動物体がレーザーセンサ２４Ｂによって検出されることで検出情報に含まれる。このような移動物体としては、例えば、上記のような自車両であるダンプトラック２と対向する他の作業機械４や、稼働領域に進入した乗用車等が挙げられる。以下、移動物体が他の作業機械４である場合を例に挙げて説明する。

移動物体判別部５０は、走行位置推定部５１と、マスク領域設定部５２と、情報設定部５３とを有する。ダンプトラック２は、無線通信装置３４を介して、他の作業機械４の位置に関する他車両位置情報（移動物体位置情報）を受信可能である。走行位置推定部５１は、無線通信装置３４で受信した他車両位置情報に基づいて、他の作業機械４の位置を推定する。ダンプトラック２は、管理装置１０から他車両位置情報を受信してもよいし、当該他車両との車々間通信により他車両位置情報を受信してもよい。

マスク領域設定部５２は、走行位置推定部５１によって推定される位置に、他の作業機械４を含む寸法のマスク領域を設定する。図１３は、マスク領域の一例を示す図である。図１３に示すように、マスク領域ＭＡは、例えば他の作業機械４の推定位置を中心とした半径Ｒ１の円形の領域として設定される。なお、マスク領域ＭＡの形状は円形に限定するものではなく、楕円形や多角形等、他の形状のマスク領域ＭＡが設定されてもよい。

マスク領域設定部５２は、他の作業機械４の推定位置が変化する場合、当該他の作業機械４がマスク領域ＭＡからはみ出さないように、推定位置の変化に伴ってマスク領域ＭＡを移動させる。例えば他の作業機械４が走行している場合には、時間の経過に伴って推定位置が変化する。マスク領域設定部５２は、推定位置が図１３に示すように位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動した場合、当該移動に伴ってマスク領域ＭＡを移動させる。

また、無線通信装置３４から受信していた他車両位置情報の受信が途絶えた場合、走行位置推定部５１による推定位置は、他車両位置情報の受信が途絶えてからの経過時間が長くなるほど、誤差が大きくなる。このため、他の作業機械４がマスク領域ＭＡからはみ出さないようにするには、推定位置の誤差増大に応じてマスク領域ＭＡの径を大きくする必要がある。そこで、マスク領域設定部５２は、円形のマスク領域ＭＡを設定する場合、マスク領域ＭＡの半径Ｒを、例えば以下の式で示すように設定する。
Ｒ＝Ｒ_Ｅ＋（ｖ＋ａ・ｄｔ_ｓ）・ｄｔ
但し、Ｒ_Ｅは他の作業機械４の最大半径であり、ｖは他の作業機械４の速度であり、ａは他の作業機械４の最大加速度であり、ｄｔ_ｓは他車両位置情報の遅れ時間であり、ｄｔは時間の刻み幅である。したがって、例えば図１３に示すように、他車両位置情報を受信してからの時間の経過と共に推定位置が位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動する場合、推定位置の誤差が増大するものの、マスク領域ＭＡの径は、位置Ｐ１における半径Ｒ１よりも大きい半径Ｒ２に設定される。このため、他の作業機械４がマスク領域ＭＡからはみ出すことを抑制できる。

情報設定部５３は、被検出物情報がマスク領域ＭＡ内に存在するか否かを判別する。情報設定部５３は、マスク領域ＭＡ内に被検出物情報が存在すると判別した場合、マスク領域ＭＡ内に存在する被検出物情報を移動物体情報として設定する。以下、情報設定部５３の機能について具体例を挙げて説明する。

図１４は、マスク領域ＭＡが設定された状態でレーザーセンサ２４Ｂによる検出を行う場合の一例を説明する図である。図１４に示すように、自車両であるダンプトラック２は、照射範囲ＩＡＨにレーザー光を照射しつつ、搬送路ＨＬを走行している。レーザー光の照射範囲ＩＡＨに含まれる土手ＢＫの一部は、上方突出物ＶＰの一部Ｓとして検出される。

一方、ダンプトラック２とは異なる他の作業機械４が、ダンプトラック２の対向車両として走行している。この作業機械４は、ダンプトラック２とすれ違う際、図１４に示すように、レーザー光の照射範囲ＩＡＨに進入する。この場合、作業機械４の一部についても上方突出物ＶＰの一部Ｓとして検出される。なお、作業機械４には、マスク領域ＭＡが設定されている。

図１５及び図１６は、上記検出によって得られるＸ−Ｙ座標で表された被検出物情報ＤＩの一例を示す図である。図１５に示すように、被検出物情報ＤＩには、土手ＢＫの上方突出物ＶＰの一部Ｓに対応する被検出物情報Ｓ１と、作業機械４の上方突出物ＶＰの一部Ｓに対応する被検出物情報Ｓ２とが含まれている。この状態で、情報設定部５３は、例えば内外判定処理などにより、被検出物情報Ｓ１及び被検出物情報Ｓ２がマスク領域ＭＡ内に存在するか否かを判別する。図１５に示す例においては、マスク領域ＭＡ内に被検出物情報Ｓ２が含まれている。この場合、情報設定部５３は、マスク領域ＭＡ内に被検出物情報Ｓ２が存在することを判別し、当該被検出物情報Ｓ２を移動物体情報として設定する。

移動物体情報が設定された場合、位置計測コントローラ３３は、上方突出物ＶＰをレーザーセンサ２４Ｂの検出結果からノイズを除去して被検出物情報ＤＩとして検出し、検出された上方突出物ＶＰの被検出物情報ＤＩから地図情報ＭＩを生成する動作（生成動作）、及び被検出物情報ＤＩと地図情報ＭＩとを用いてダンプトラック２の位置を特定する動作（特定動作）の各動作を行う際に、当該移動物体情報を用いないようにする、つまり、移動物体情報を除外した情報を用いるようにする。具体的には、位置計測コントローラ３３は、移動物体情報が存在する場合には、図１６に示すように、当該移動物体情報Ｓ２を削除し、その後、生成動作及び特定動作の各動作を行う。

図１７は、移動物体情報Ｓ２を削除した状態の被検出物情報ＤＩから生成される地図情報ＭＩの一例を示す図である。被検出物情報ＤＩには移動物体情報Ｓ２が含まれない。このため、被検出物情報ＤＩから抽出される抽出情報にも移動物体情報Ｓ２は含まれない。したがって、図１７に示すように、上方突出物ＶＰの一部Ｓに基づいて生成される被検出物情報ＧＲ１は含まれるが、作業機械４の上方突出物ＶＰの一部Ｓに基づいて生成されるグリッド領域は含まれない地図情報ＭＩが生成される。このように、被検出物情報ＤＩ、抽出情報及び地図情報ＭＩに移動物体情報が含まれることを抑制できる。

安全コントローラ４０は、レーダー２４Ａ及びレーザーセンサ２４Ｂの検出信号に基づいて、ダンプトラック２と障害物との相対位置を求め、走行コントローラ２０に出力する。走行コントローラ２０は、障害物との相対位置を用いて、アクセル、制動装置及び操作装置２Ｓの少なくとも１つを制御するための指令を生成し、指令に基づいてダンプトラック２を制御して、ダンプトラック２が障害物に衝突することを回避する。

また、走行コントローラ２０は、判定部３３ＡがＧＰＳ位置の解がＦｌｏａｔ解である場合、Ｓｉｎｇｌｅ解である場合、又はＧＰＳ位置が非測位であることが所定時間経過し、照合航法位置演算部３３Ｂがマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとの最終推定値が所定値よりも低いレーザーセンサ２４Ｂの検出結果しか得られない場合に、制動装置に車両本体２１を停車させる指令を出力する。

＜作業機械の制御方法＞
次に、本実施形態に係る作業機械の制御方法、即ち作業機械の制御システム３０の動作の一例について説明する。図１８は、本実施形態に係る作業機械の制御システムのフローチャートの一例である。図１９は、図１８のステップＳＴ３のフローチャートの一例である。

作業機械の制御方法は、稼働領域を走行経路ＲＰに従って走行するダンプトラック２の作業機械の制御方法である。作業機械の制御方法において、処理装置１２は、無線通信装置１８を介して、ダンプトラック２の走行経路作成装置３２及び位置計測コントローラ３３に指令信号を送信する。指令信号は、ダンプトラック２の走行条件に関する情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を含む。走行条件に関する情報は、処理装置１２で生成された走行経路情報、及びダンプトラック２の走行速度に関する情報を含む。走行経路作成装置３２は、通信システム９を介して送信された処理装置１２からの指令信号のうち走行経路情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を経路位置記憶部３２Ａに記憶する。位置計測コントローラ３３は、走行経路作成装置３２が走行経路情報を含む処理装置１２からの指令信号を受信すると、無線通信装置３４を介して、自車両であるダンプトラック２の位置及び方位に関する情報を処理装置１２に送信する。走行コントローラ２０は、処理装置１２からの指令信号に基づいて、ダンプトラック２のアクセル、制動装置及び操作装置２Ｓを制御して、ダンプトラック２の走行を制御する。

作業機械の制御システム３０の走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置に基づいて、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を推測航法により走行させるステップＳＴ１を実行する。本実施形態において、走行コントローラ２０は、管理装置１０の処理装置１２により生成された走行経路情報、及び処理装置１２で設定された走行速度（目標走行速度）を含む走行条件に従って、ダンプトラック２を積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部で走行させる。推測航法とは、既知の位置からの方位（方位変化量）と移動距離とに基づいて、対象物（ダンプトラック２）の現在位置を推測する航法をいう。ダンプトラック２の方位（方位変化量）は、ダンプトラック２に配置されたジャイロセンサ２６を用いて検出される。ダンプトラック２の移動距離は、ダンプトラック２に配置された速度センサ２７を用いて検出される。ジャイロセンサ２６の検出信号及び速度センサ２７の検出信号は、ダンプトラック２の走行コントローラ２０に出力される。

走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６からの検出信号に基づいて、既知の起点からのダンプトラック２の方位（方位変化量）を求めることができる。走行コントローラ２０は、速度センサ２７からの検出信号に基づいて、既知の起点からのダンプトラック２の移動距離を求めることができる。走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６からの検出信号及び速度センサ２７からの検出信号に基づいて、ダンプトラック２が生成された走行経路ＲＰに従って走行するように、ダンプトラック２の走行に関する制御量を生成する。制御量は、アクセル信号、制動信号、及び操舵信号を含む。走行コントローラ２０は、操舵信号、アクセル信号及び制動信号に基づいて、ダンプトラック２の走行（操作）を制御する。

次に、推測航法により求められた推測位置がＲＴＫ−ＧＮＳＳ又は照合航法位置演算部３３Ｂを使って補正されつつダンプトラック２が走行する例について説明する。ダンプトラック２の走行距離が長くなると、ジャイロセンサ２６及び速度センサ２７の一方又は両方の検出誤差の蓄積により、推測された位置（推測位置）と実際の位置との間に誤差が生じる可能性がある。その結果、ダンプトラック２は、処理装置１２によって生成された走行経路ＲＰから外れて走行してしまう可能性がある。本実施形態において、走行コントローラ２０は、推測航法により導出（推測）されたダンプトラック２の位置（推測位置）を、ＧＰＳ受信器３１により検出されたＧＰＳ位置又は照合航法位置演算部３３Ｂが検出した位置を使って補正しつつ、ダンプトラック２を走行させる。走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６からの検出信号と、速度センサ２７からの検出信号と、ＧＰＳ受信器３１からのＧＰＳ位置又は照合航法位置演算部３３Ｂが検出した位置とに基づいて、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行するように、ダンプトラック２の位置を補正する補正量を含む、ダンプトラック２の走行に関する制御量を算出する。走行コントローラ２０は、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行するように、算出した補正量及び制御量に基づいて、ダンプトラック２の走行（操作）を制御する。

次に、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置精度が所定精度を超えているか否かを判定するステップＳＴ２を実行する。即ち、ステップＳＴ２において、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の精度が高精度であるか否かを判定する。具体的には、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であるか否かを判定する。

位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａが、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であると判定する、即ち、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置精度が高精度であると判定する（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）と、グリッドマップ作成部３３Ｃが、地図情報ＭＩを作成する（ステップＳＴ３）。即ち、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置精度が高精度であると判定すると、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置に基づいて経路位置記憶部３２Ａが記憶した走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を自律走行させるとともに、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物ＶＰに関する検出結果を稼働領域の地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶するステップＳＴ３を実行する。

具体的には、まず、観測点座標変換部３８は、レーザーセンサ２４Ｂから方向及び距離で規定された座標で示されたレーザーセンサ２４Ｂの検出結果の位置を、Ｘ−Ｙ座標で示された座標の位置に変換して検出情報を生成する（ステップＳＴ３１）。

なお、ステップＳＴ３１において、観測点利用可能判断部３９は、まず、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果の各種のノイズを除去する。具体的には、観測点利用可能判断部３９は、ノイズとして、反射強度の低い検出結果、レーザー光線が透明物体を通過したと思われる検出結果、レーザー光線が埃を検出したと思われる検出結果、地面によりレーザー光線が反射されたと思われる検出結果、及びレーザー光線が地面上の土の塊を検出したと思われる検出結果を、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から除去する。

観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から、ダンプトラック２からの距離が最大距離以上の検出結果、及び距離が最少距離以下の検出結果を除去する。本実施形態において、所定の最大距離は、太陽光によるノイズを除去するために必要な距離であり、所定の最少距離は、レーザーセンサ２４Ｂから近距離で起こる濃い埃のノイズを除去するための距離である。

観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から地表から所定高さ以下の検出結果を除去する。本実施形態において、観測点利用可能判断部３９は、所定高さ以下の検出結果を除去するが、これに限定されない。このように、観測点利用可能判断部３９は、検出結果から各種のノイズなどを除去する。

観測点利用可能判断部３９は、各種のノイズなどが除去された検出結果を、Ｘ−Ｙ座標で位置が示されたグリッド領域ＧＲで構成される検出結果に合成する。観測点利用可能判断部３９は、合成した検出結果をグリッドマップ作成部３３Ｃと、照合航法位置演算部３３Ｂとの双方に出力する。

次に、移動物体判別部５０は、検出情報に移動物体情報が含まれるか否かを判断する（ステップＳＴ３２）。ステップＳＴ３２において、走行位置推定部５１は、無線通信装置３４で受信した他車両位置情報に基づいて、移動物体である他の作業機械４の位置を推定する。マスク領域設定部５２は、推定位置に作業機械４を含むマスク領域ＭＡを設定する。情報設定部５３は、検出情報において、マスク領域ＭＡ内に被検出物情報が存在するか否かを判別する。マスク領域ＭＡ内に被検出物情報が存在しないと判別された場合、移動物体情報が含まれないと判断して（ステップＳＴ３２のＮｏ）、検出情報から上方突出物ＶＰの被検出物情報を抽出する抽出動作を行う（ステップＳＴ３３）。

また、情報設定部５３は、被検出物情報が存在する場合には当該被検出物情報を移動物体情報として設定する。移動物体情報が設定された場合、移動物体判別部５０は、検出情報に移動物体情報が含まれると判断する（ステップＳＴ３２のＹｅｓ）。この場合、位置計測コントローラ３３は、検出情報から移動物体情報を削除した後（ステップＳＴ３４）、抽出動作を行う（ステップＳＴ３３）。

また、例えば上記のステップＳＴ１において、観測点利用可能判断部３９は、まず、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果の各種のノイズを除去する。具体的には、観測点利用可能判断部３９は、ノイズとして、反射強度の低い検出結果、レーザー光線が透明物体を通過したと思われる検出結果、レーザー光線が埃を検出したと思われる検出結果、地面によりレーザー光線が反射されたと思われる検出結果、及びレーザー光線が地面上の土の塊を検出したと思われる検出結果を、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から除去する。

観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から距離が最大距離以上の検出結果、及び距離が最少距離以下の検出結果を除去する。本実施形態において、所定の最大距離は、太陽光によるノイズを除去するために必要な距離であり、所定の最少距離は、レーザーセンサ２４Ｂから近距離で起こる濃い埃のノイズを除去するための距離である。

観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から地表から所定高さ以下の検出結果を除去する。本実施形態において、観測点利用可能判断部３９は、所定高さ以下の検出結果を除去するが、これに限定されない。このように、観測点利用可能判断部３９は、検出結果から各種のノイズなどを除去することで、検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出すこととなる。

観測点利用可能判断部３９は、各種のノイズなどが除去された検出結果を、Ｘ−Ｙ座標で位置が示されたグリッド領域ＧＲで構成される検出結果に合成する。観測点利用可能判断部３９は、合成した検出結果をグリッドマップ作成部３３Ｃと、照合航法位置演算部３３Ｂとの双方に出力する。

その後、位置計測コントローラ３３のグリッドマップ作成部３３Ｃは、観測点利用可能判断部３９が合成した検出結果である上方突出物ＶＰの位置を稼働領域の地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶する（ステップＳＴ３５）。これにより、地図情報の作成が行われる。

また、図１８に示すように、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解ではないと判定する、即ち、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置精度が所定精度以下であると判定する（ステップＳＴ２：Ｎｏ）と、照合航法位置演算部３３Ｂが、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を検出して、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を走行させる（ステップＳＴ４）。即ち、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置精度が所定精度以下であると判定すると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果とマップ保存用データベース３６が記憶した地図情報ＭＩとを照合することにより、ダンプトラック２の位置及び方位を算出する。

具体的には、地図作成の場合と同様に、観測点座標変換部３８は、レーザーセンサ２４Ｂから方向及び距離で規定された座標で示されたレーザーセンサ２４Ｂの検出結果の位置を、Ｘ−Ｙ座標の位置に変換する検出情報を生成する（ステップＳＴ４１）。次に、移動物体判別部５０は、検出情報に移動物体情報が含まれるか否かを判断し（ステップＳＴ４２）、移動物体情報が含まれないと判断した場合（ステップＳＴ４２のＮｏ）、検出情報から上方突出物ＶＰの被検出物情報を抽出する抽出動作を行う（ステップＳ４３）。また、検出情報に移動物体情報が含まれると判断した場合（ステップＳＴ４２のＹｅｓ）、位置計測コントローラ３３は、検出情報から移動物体情報を削除した後（ステップＳＴ４４）、抽出動作を行う（ステップＳＴ４３）。なお、ステップＳＴ４１からステップＳＴ４４までの処理は、上記のステップＳＴ３１からステップＳＴ３４までの処理と同じであるため、詳細な説明を省略する。

その後、照合航法位置演算部３３Ｂは、ダンプトラック２の位置及び方位を算出する（ステップＳＴ４５）。ステップＳＴ４５において、照合航法位置演算部３３Ｂは、観測点利用可能判断部３９によりノイズが除去された検出結果をアイソレーションフィルタ（Isolation Filter）に通して、検出結果を間引きする。具体的には、照合航法位置演算部３３Ｂは、観測点利用可能判断部３９によりノイズが除去された検出結果のうち互いに所定距離以上離れた検出結果のみ残し、他の検出結果を除去する。

照合航法位置演算部３３Ｂは、ジャイロセンサ２６の検出結果、速度センサ２７の検出結果、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果、及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩをパーティクルフィルタＰＦにより統合して、ダンプトラック２の位置及び方位を検出する。具体的には、照合航法位置演算部３３Ｂは、ジャイロセンサ２６の検出結果である方位及び速度センサ２７の検出結果である走行速度を基に、ある時点でダンプトラック２が存在すると予想される範囲内の複数の位置及び方位を算出する。

照合航法位置演算部３３Ｂは、マップ保存用データベース３６に保存された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２が存在すると予想される各位置及び方位にダンプトラック２が位置する場合にレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果を推定する。照合航法位置演算部３３Ｂは、レーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果と、レーザーセンサ２４Ｂが現実に検出した検出結果とを照合して、各位置及び方位においてレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果のレーザーセンサ２４Ｂが現実に検出した検出結果に対する尤度を算出する。照合航法位置演算部３３Ｂは、各位置及び方位の尤度を正規化する。

照合航法位置演算部３３Ｂは、各位置及び方位においてレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果の尤度と各位置とから最終推定値を算出し、レーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果がレーザーセンサ２４Ｂが現実に検出した検出結果に最も似る位置及び方位を算出する。照合航法位置演算部３３Ｂは、最も似る位置及び方位をダンプトラック２の位置及び方位として検出する。照合航法位置演算部３３Ｂは、最も似る位置及び方位を算出した際に、最も似る位置及び方位の推定精度、信頼度も算出する。

なお、図１８において、上記ステップＳＴ３又はステップＳＴ４を行う前に、ダンプトラック２の状態が地図情報ＭＩの精度を低下させる状態であるか否か、即ち、グリットマップ作成部３３Ｃが検出した上方突出物ＶＰの位置に関する情報がマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩの精度を低下させるか否かを判定してもよい。ダンプトラック２の状態が地図情報ＭＩの精度を低下させる状態であると判定された場合、ステップＳＴ３又はステップＳＴ４を行わずにステップＳＴ１に戻るようにすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、抽出動作、生成動作及び特定動作を行う際、被検出物情報ＤＩ、抽出情報及び地図情報ＭＩのうち稼働領域を移動する他の作業機械４の被検出物情報である移動物体情報を用いないようにするため、ダンプトラック２の位置を演算する際に、演算結果の精度の低下を抑制することができる。これにより、鉱山における生産性の低下を抑制できる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、被検出物情報ＤＩに移動物体情報が存在するか否かを判別し、移動物体情報が存在する場合には当該移動物体情報を削除した後に、抽出動作を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、移動物体情報が存在する場合、当該移動物体情報を削除せずに抽出動作を行ってもよい。この場合、ダンプトラック２の位置を演算する際に、例えば図２０において上記ステップＳＴ４１を行う前に、地図情報ＭＩに移動物体情報が含まれるか否かの判断を行ってもよい。地図情報ＭＩに移動物体情報が含まれないと判断された場合、そのままステップＳＴ４１を行うようにする。また、地図情報ＭＩに移動物体情報が含まれると判断された場合、地図情報ＭＩから移動物体情報を削除した後、ステップＳＴ４１を行うようにする。これにより、誤った演算結果が出ることを抑制することができる。

また、上記実施形態では、管制施設７から送信される移動物体の他車両位置情報に基づいて移動物体の走行位置を推定する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、カメラセンサなど、対向車両である移動物体の被検出物情報を検出可能な構成がレーザーセンサ２４Ｂとは別個にダンプトラック２に設けられてもよい。また、他車両位置情報を他車両との車々間通信により他車位置情報を受信してもよい。

また、上記実施形態では、同一のダンプトラック２が地図情報を生成する生成動作と、ダンプトラック２の位置を特定する特定動作とを行う構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えばダンプトラック２が生成動作及び特定動作のうちいずれか一方のみを行う構成であってもよい。つまり、生成動作と、特定動作とをそれぞれ別個の車両が行う構成であってもよい。例えば、作業者等が運転する乗用車で地図情報の生成動作を行ってもよい。この場合、乗用車は、ＧＰＳ受信機３１と、位置計測コントローラ３３と、無線通信装置３４と、マップ保存用データベース３６と、レーザーセンサ２４Ｂとを備える構成とすることができる。この乗用車は、鉱山の稼働領域を走行しながらレーザーセンサ２４Ｂで土手ＢＫ等の上方突出物ＶＰを検出し、検出情報に基づいて地図情報を生成することができる。その際、上記実施形態と同様に、対向車等の移動物体位置情報に基づいてマスク領域を設定し、マスク領域内の移動物体位置情報を除外して地図情報を生成する。

また、上記実施形態では、ダンプトラック２がマスク領域を設定する場合を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、管理装置１０側で移動物体を含むマスク領域を設定し、通信システム９を介してダンプトラック２に送信するように構成してもよい。

Ｐ１，Ｐ２ 位置
Ｓ１，Ｓ２ 被検出物情報
Ｓ２ 移動物体情報
ＢＫ 土手
ＤＩ 被検出物情報
ＭＡ マスク領域
ＨＬ 搬送路
ＭＩ 地図情報
ＩＡＨ 照射範囲
ＩＳ 交差点
ＤＰＡ 排土場
ＲＰ 走行経路
ＬＰＡ 積込場
ＶＰ 上方突出物
１ 管理システム
２ ダンプトラック（作業機械）
７ 管制施設
９ 通信システム
１０ 管理装置
１８，３４ 無線通信装置
２０ 走行コントローラ
２４ 障害物センサ
２４Ａ レーダー（非接触センサ）
２４Ｂ レーザーセンサ（非接触センサ）
３０ 作業機械の制御システム
３１ ＧＰＳ受信器（位置検出手段）
３２ 走行経路作成装置
３３ 位置計測コントローラ（計測出力手段）
３３Ａ 判定部
３３Ｂ 照合航法位置演算部
３３Ｃ グリッドマップ作成部
３６ マップ保存用データベース
３９ 観測点利用可能判断部
５０ 移動物体判別部
５１ 走行位置推定部
５２ マスク領域設定部
５３ 情報設定部

Claims (10)

1. 稼働領域を走行する作業機械の制御システムであって、
   前記作業機械の位置を検出する位置検出手段と、
   前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサと、
   前記位置検出手段の検出結果及び前記非接触センサの検出結果から被検出物情報を抽出し、前記被検出物情報から前記稼働領域を移動する移動物体の被検出物情報である移動物体情報を除外する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記移動物体が送信する移動物体位置情報に基づいて、前記移動物体情報を除外する、
   作業機械の制御システム。
2. 前記被検出物情報は、前記非接触センサの検出結果と、当該検出結果のうち上方に突出した上方突出物の位置から生成される地図情報と、の少なくとも一方を含む、
   請求項１に記載の作業機械の制御システム。
3. 前記制御部は、前記非接触センサの検出結果から前記上方突出物の位置を検出し、検出された前記上方突出物の位置を前記地図情報として生成する生成動作と、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報とを照合することにより前記作業機械の位置を特定する特定動作と、のうち少なくとも一方の動作を行う計測出力手段を備える、
   請求項２に記載の作業機械の制御システム。
4. 前記計測出力手段は、前記動作を行う際、前記被検出物情報から前記非接触センサの検出結果又は前記地図情報から前記移動物体情報を除外する、
   請求項３に記載の作業機械の制御システム。
5. 前記制御部は、前記非接触センサの検出結果又は前記地図情報の中から前記移動物体情報の有無を判別すると共に前記移動物体情報が存在する場合には当該移動物体情報を削除した後に、前記生成動作又は前記特定動作を行う、
   請求項３又は請求項４に記載の作業機械の制御システム。
6. 鉱山の管制施設から送信される前記移動物体の位置に関する移動物体位置情報を受信する受信部を備え、
   前記制御部は、前記受信部で受信した前記移動物体位置情報に基づいて前記移動物体の位置を推定し、推定される位置に前記移動物体を含むマスク領域を設定し、前記マスク領域内の前記被検出物情報を前記移動物体情報とする、
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の作業機械の制御システム。
7. 前記制御部は、前記移動物体の走行位置の推定結果に含まれる誤差の大きさに応じて、前記マスク領域の大きさを設定する、
   請求項６に記載の作業機械の制御システム。
8. 前記移動物体は、前記稼働領域を走行する他の作業機械を含む、
   請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の作業機械の制御システム。
9. 鉱山の稼働領域を走行する作業機械本体と、
   請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の作業機械の制御システムと、
   を備える作業機械。
10. 請求項９に記載の作業機械と、
    鉱山に設けられ、前記移動物体の位置に関する移動物体位置情報を送信する管制施設と、を備え、
    前記作業機械の制御システムは、前記移動物体位置情報を受信し、受信した前記移動物体位置情報に基づいて前記移動物体の走行位置を推定し、推定される位置に前記移動物体を含むマスク領域を設定し、前記マスク領域内の前記被検出物情報を前記移動物体情報とする、
    作業機械の管理システム。

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