JP6990600B2

JP6990600B2 - 自律走行システム

Info

Publication number: JP6990600B2
Application number: JP2018028242A
Authority: JP
Inventors: 裕人森實; 朋之 ▲濱▼田; 真二郎齋藤
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2038-02-20
Also published as: JP2019144841A

Description

本発明は自律走行システムに係り、特に鉱山用ダンプトラックに関する。

鉱山現場内で管制サーバの指示に従ってダンプトラックを自律走行させる技術がある。積込作業を行う積込点や放土作業を行う放土点は、作業の進行に伴って随時位置が移動する。よって、積込点や放土点の移動に追従して、ダンプトラックの走行経路を随時生成する必要がある。走行経路の生成技術の一例として、特許文献１には、「無人車両の車幅、最小旋回半径を含む車両拘束条件を入力するとともに、無人車両が走行すべき走行経路生成範囲、回避すべき障害物、入口点および出口点の位置と方向を含む幾何学的拘束条件を入力する。車両拘束条件および幾何学的拘束条件を満足し、かつ走行経路の曲率あるいはステアリング角または／および走行経路の曲率の変化率あるいは無人車両のステアリング操作量を少なくともコスト要素とするコスト関数の関数値が最小になるように、走行経路を生成する（要約抜粋）」技術が開示されている。

米国特許第８３８６１１０号明細書

一般に、走行経路の長さを短くするためには、カーブ部分の半径が小さい方が望ましい。そのため、積荷状態を考慮せずに走行経路を生成する場合は、最小旋回半径によるカーブ形状の走行経路が生成される傾向がある。しかし、空荷状態の時に走行可能であったカーブ形状であっても、土砂や鉱物を積み込んだ積荷状態では、車両が操舵できる操舵角速度に違いがあるため、必ずしも走行可能であるとは限らない。その結果、空荷に比べて満載時は走行経路に対する追従性が低下する。逆に、満積載時に旋回できるカーブ半径では、空荷状態では遠回りの走行経路になってしまう。つまり、特許文献１は積荷状態に関わらず画一的にコスト関数が最小となる走行経路を生成するため、積荷状態に応じた最適な走行経路が生成されていないという課題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、追従性が高いカーブ形状を含む走行経路を生成できる車両走行システムおよび管制サーバを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例として、本発明は、自律走行するダンプトラック、及び当該ダンプトラックに無線通信回線を介して接続されたコンピュータからなる管制サーバを含む自律走行システムであって、前記ダンプトラックは、コンピュータからなる車載通信端末装置と、当該車載通信端末装置に其々接続された荷重計測装置、ＧＰＳセンサ、操舵角センサ、車両側無線通信装置、及び走行駆動装置を搭載し、前記走行駆動装置は、ブレーキ、操舵モータ、及び走行モータを含んで構成され、前記車載通信端末装置は、前記荷重計測装置から取得した積載荷重情報と、前記ＧＰＳセンサから取得した前記ダンプトラックの位置情報と、前記操舵角センサから取得した前記ダンプトラックの操舵角情報と、前記ダンプトラックを固有に識別する車両識別情報とを関連付けた車両ステータス情報を生成する車両ステータス情報生成部と、前記位置情報及び前記管制サーバから受信した走行経路情報を照合し、前記走行経路情報が示す目標軌道に追従して前記ダンプトラックを自律走行させたるための制御信号を前記走行駆動装置に出力する自律走行制御部と、前記車両ステータス情報を前記管制サーバに送信し、前記走行経路情報を受信する制御を行う車両側通信制御部と、を含み、前記管制サーバは、サーバ側無線通信装置に接続され、前記車両ステータス情報を前記車載通信端末装置から受信し、前記走行経路情報を送信する制御を行うサーバ側通信制御部と、前記ダンプトラックの単位時間当たりの操舵角の変位量を示す操舵角速度及び前記ダンプトラックの積載荷重の関係を示す操舵角速度決定情報を記憶する操舵角速度決定情報記憶部と、前記車両ステータス情報に含まれる積載荷重情報に対応する操舵角速度を前記操舵角速度決定情報から読み出す操舵角速度決定部と、前記車両識別情報に関連付けて前記ダンプトラックの横重力加速度閾値及び最小旋回半径を規定した車両スペック情報を記憶する車両スペック情報記憶部と、前記ダンプトラックの前記車両識別情報に関連付けられた前記横重力加速度閾値と前記最小旋回半径以上の半径を用いて前記ダンプトラックの速度を算出し、当該速度及び決定された前記操舵角速度を基に曲線形状の半径を算出する曲線半径算出部と、前記算出された曲線形状の半径を含む前記ダンプトラックの走行経路を生成する走行経路生成部と、前記ダンプトラックが稼働する鉱山の地図情報であって、積込場の境界情報を含む地図情報を記憶するサーバ側地図情報記憶部と、を含み、前記走行経路生成部は、前記サーバ側地図情報記憶部から前記地図情報を読み出し、前記地図情報を参照し、前記積込場の入口点、積込点の位置、および前記積込点に後退で移動および前記積込点から前進する方向が与えられると、切返し点の候補となる最初の切返し候補点として、前記積込点を通り前記積込点に後退で移動および前記積込点から前進する方向の直線上に存在する点を算出し、前記切返し候補点が、前記積込場の境界の内側に存在するかどうかを判定し、前記切返し候補点が前記積込場の前記境界の内側に存在しない場合は、次の切返し候補点を算出し、前記境界内にある切返し候補点に対して、前記入口点からの走行経路を直線のみ、または直線、円弧および緩衝曲線を含む曲線で生成し、前記円弧の半径は、前記曲線半径算出部が算出した前記曲線形状の半径以上の値であり、前記切返し候補点において、前記入口点からの直線部分と、円弧および緩衝曲線を含む曲線で走行経路が生成できた場合は、当該切返し候補点を切返し点として決定し、前記切返し候補点において、前記入口点からの直線部分と、円弧および緩衝曲線を含む曲線で走行経路が生成できなかった場合は、次の切返し候補点を算出して処理を繰り返す、ことを特徴とする。

本発明により、車両の積荷状態を考慮するため、追従性が高いカーブ形状を含む走行経路を生成できる車両走行システムおよび管制サーバを提供することができる。上記した以外の目的、構成、効果については以下の説明で明らかにされる。

ダンプトラックの概略構成を示す図ダンプトラックのハードウェア構成図管制サーバのハードウェア構成図機能ブロック図走行経路の一例を示す図走行経路生成の処理の流れを示すフローチャート操舵角速度決定情報の一例を示す図カーブ曲線の構成要素について説明する図クロソイド曲線を示す図カーブ形状の違いを示す図ダンプトラックの定常旋回モデルを示す図走行経路生成の詳細を示すフローチャート走行経路の生成方法を示す図走行経路の構成を示す図地図情報から積載状態を決定する処理を示す図地図情報から積載状態を決定する処理を示す図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。全図を通じて同一の構成には同一の符号をつけ、重複説明を省略する。

図１は、鉱山で稼働するダンプトラック２０の概略構成を示す図である。ダンプトラック２０は、鉱山内に設置された無線通信回線４０（図３参照）を介して管制サーバ３１（図３参照）に通信接続される。そして、ダンプトラック２０は、管制サーバ３１から走行経路情報を受信してその走行経路を目標軌道として、自車の位置情報と比較しながら追従して自律走行する。

ダンプトラック２０は、車体フレーム（ｖｅｃｈｉｌｅｆｒａｍｅ）２１と、車体フレーム２１の下方に設けられた前輪２２及び後輪２３と、車体フレーム２１の後部に設けられたヒンジピンを回動中心として上下方向に回動可能な荷台（ｖｅｓｓｅｌ）２４と、この荷台２４を上下方向に回動させる左右一対のホイストシリンダ２９とを含む。また、ダンプトラック２０には、無線通信回線４０に接続するための無線ＬＡＮアンテナ２５Ｌ及びＧＰＳ（ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）アンテナ２５Ｇが設置される。

更にダンプトラック２０には、管制サーバ３１からの指示に従って自律走行をするための車載通信端末装置２６が、例えば運転室２７の中に搭載される。

図２を参照してダンプトラック２０のハードウェア構成について説明する。ダンプトラック２０は、車載通信端末装置２６と、車載通信端末装置２６に其々接続された操舵角センサ２０５、速度センサ２０８、ＧＰＳセンサ２０９、荷重計測装置２２０、車両側無線通信装置２４０、及び走行駆動装置２５０を含んで構成される。

車載通信端末装置２６はコンピュータから構成される。コンピュータの一構成例として、車載通信端末装置２６はＣＰＵ２３１、ＲＯＭ２３２、ＲＡＭ２３３、ＨＤＤ２３４、外部インターフェース２３５（外部Ｉ／Ｆ）、及びこれら各構成要素を接続するバス２３６を備えるが、一つの集積回路又は複数の回路を組み合わせて構成してもよい。

荷重計測装置２２０は、車体フレーム２１に設けられた４つのサスペンションの圧力センサ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄからの出力値の合計から、予めキャリブレーションによって求められた荷台２４を含むダンプトラック２０の初期荷重を減算して積載荷重を計測する。荷重計測装置２２０は、積載荷重を車載通信端末装置２６に出力する。圧力センサ２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄに代えて各サスペンションのストロークセンサを用いてもよい。

速度センサ２０８は、車体フレーム２１に取り付けられた車輪、本実施形態では従動輪である前輪２２の回転数を計測し、速度を検知する。

ＧＰＳセンサ２０９は、ダンプトラック２０の車両位置を算出する位置算出装置の一例である。ＧＰＳセンサ２０９の出力値は、ＩＭＵ（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）を用いて補正してもよい。

車両側無線通信装置２４０は、例えばＷｉ－Ｆｉ機器により構成される。

図３を参照して管制サーバ３１のハードウェア構成について説明する。管制サーバ３１も車載通信端末装置２６と同様、コンピュータにより構成される。管制サーバ３１は、ＣＰＵ３３１、ＲＡＭ３３２、ＲＯＭ３３３、ＨＤＤ３３４、Ｉ／Ｆ３３５を備え、各構成要素がバス３３８を介して互いに接続されて構成されてもよいし、集積回路により構成されてもよい。Ｉ／Ｆ３３５は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置３３６、液晶モニタ等の表示装置３３７、及びＷｉ－Ｆｉ機器等のサーバ側無線通信装置３４０に接続される。

図４を参照して機能ブロックについて説明する。図４に示すように、管制サーバ３１は、サーバ側通信制御部３１１、操舵角速度決定情報記憶部３１２、操舵角速度決定部３１３、曲線半径算出部３１４、走行経路生成部３１５、サーバ側地図情報記憶部３１６、及び車両スペック情報記憶部３１７を含む。

車載通信端末装置２６は、車両ステータス情報生成部２６１、車両側通信制御部２６２、自律走行制御部２６３、車両識別情報記憶部２６４、及び車両側地図情報記憶部２６５を備える。

上記各部は、管制サーバ３１及び車載通信端末装置２６の其々を構成するハードウェアと各部の機能を実現するソフトウェアとが協働して構成される。各部の詳細は後述する。

図５は、積込場におけるダンプトラック２０の走行経路の一例を示す。

図５に示すように、積込場７０では、ダンプトラック２０は積込場７０の入口点７０１から積込点７０５に至る往路走行経路７０３を走行する。往路走行経路７０３上には、ダンプトラック２０が進行方向を切返す切返し点７０４が設けられる。そして、ダンプトラック２０は、切返し点７０４から積込点７０５まで後退で移動する。ダンプトラック２０は、積込点７０５にて土砂や鉱物を積載する。そして積込点７０５から出口点７０２に至る復路走行経路７０６を走行する。積込点７０５は、ショベル１０の掘削作業に応じて位置が変わる。よって、往路走行経路７０３及び復路走行経路７０６も積込点７０５の位置の変化に追従して動的に生成される必要がある。その際、カーブを含んだ走行経路が生成される。そこで、ダンプトラック２０の荷重に応じて変わる操舵角に応じて走行経路を生成する点が、管制サーバ３１の特徴の一つである。

図６は、自律走行システム１の積込場内の走行経路生成の処理の流れを示すフローチャートである。

管制サーバ３１は、ダンプトラック２０から車両ステータス情報を受信する（Ｓ１０１）。ダンプトラック２０では、車両ステータス情報生成部２６１が、車両識別情報記憶部２６４からダンプトラック２０を固有に示す車両ＩＤを読出し、ＧＰＳセンサ２０９から取得した位置情報、荷重計測装置２２０から取得した積載荷重、操舵角センサ２０５から取得した操舵角及び速度センサ２０８から取得した速度を関連付けて車両ステータス情報を生成し、車両側通信制御部２６２が車両側無線通信装置２４０から送信する。

管制サーバ３１は、サーバ側地図情報記憶部３１６に記憶された地図情報と車両ステータス情報内の位置情報とを比較し、ダンプトラック２０が積込場７０の入口点７０１に到達したか判定する（Ｓ１０２）。到達していない場合は（Ｓ１０２／Ｎｏ）、管制サーバ３１は、ダンプトラック２０に対して、通常の自律走行制御を実行するが、ここでは積込場７０内の走行経路生成処理に絞って説明を行う便宜上、単にステップＳ１０１へ戻るものとする。

管制サーバ３１がダンプトラック２０は入口点７０１へ到達したと判定すると（Ｓ１０２／Ｙｅｓ）、ショベル１０から積込点７０５の位置情報を受信する（Ｓ１０３）。積込点７０５は、往路走行経路７０３の終点として用いられる。

曲線半径算出部３１４は、車両スペック情報記憶部３１７を検索し、車両ＩＤに関連付けられた車両長、車両幅及び最小旋回半径を含む車両スペック情報を読み出す（Ｓ１０４）。

操舵角速度決定部３１３は、車両ステータス情報から積載荷重を読み出す（Ｓ１０５）。そして操舵角速度決定部３１３は、操舵角速度決定情報記憶部３１２を参照し、ダンプトラック２０の積載荷重に応じた操舵角速度を決定する（Ｓ１０６）。

操舵角速度は、ダンプトラック２０が旋回する際に、１秒当たりにハンドルを操作できる量を示す。ダンプトラック２０が空荷の状態では、ダンプトラック２０のハンドルを大きく切ることが出来るのに対して、積載荷重が増えるに従い、摩擦によりハンドルを操作できる量が小さくなる。つまり、ダンプトラック２０の積載荷重が増えるに従い、操舵角速度は小さくなる。

図７は操舵角速度と積載荷重との関係を規定した操舵角速度決定情報の一例を示す図である。例えば、空荷状態の時の操舵角速度は１０［ｄｅｇ／ｓ］、満積載の状態での操舵角速度は５［ｄｅｇ／ｓ］とする。これらの値は、空荷状態に比べて満積載状態での操舵角速度の値が小さいことに意味があり、本実施形態において値そのものの正しさを示すわけではない。

図８は、走行経路に含まれるカーブ曲線１３０３の構成要素について説明する図である。始点１３０１と終点１３０２を結ぶカーブ曲線１３０３は、始点１３０１を一方の端部とする第１線分１３０４、円弧１３０６、終点１３０２を一方の端部とする第２線分１３０８、第１線分１３０４の終点１３０２側端部と円弧１３０６の始点１３０１側端部とを連続させる第１緩衝曲線１３０５、及び円弧１３０６の終点１３０２側端部と第２線分１３０８の始点１３０１側端部とを連続させる第２緩衝曲線１３０７を一つの単位として構成する。

本実施形態では、第１緩衝曲線１３０５及び第２緩衝曲線１３０７としてクロソイド曲線を用いる。クロソイド曲線とは、車両の速度を一定としてハンドルを一定の角速度で回した時に車両が描く軌跡である。図９は、クロソイド曲線を示す図である。図９において、車両１４０１を始点、終点を点Ｘ（符号１４０３）とする線分１４０２と、旋回半径Ｒの円弧上にある点Ｙ（符号１４０５）とを結ぶクロソイド曲線１４０４の曲線長をＬとしたとき、旋回半径Ｒと長さＬとの間には下式（１）の関係が成り立つ。

式（１）において、クロソイドパラメータＡの値を増減すると、旋回半径Ｒ及びクロソイド曲線１４０４の曲線長Ｌの値を増減することができる。ダンプトラック２０は、空荷状態に比べて積荷状態の方が旋回半径（図９における旋回半径Ｒに相当する）が大きくなる。よって、空荷で走行する際の走行経路を生成する際に用いるクロソイドパラメータＡの値よりも、積荷で走行する際の走行経路を生成する際に用いるクロソイドパラメータＡの値を大きくすることで、曲線長Ｌがより長いクロソイド曲線１４０４を生成し、これを用いた走行経路が生成できる。これにより、ダンプトラック２０の積載状態に応じて旋回半径Ｒ及び／または曲線長Ｌを変更し、積載状態に応じたカーブ形状を有する走行経路を生成することができる。

図１０は、クロソイドパラメータＡの違いによる始点１５０１から終点１５０２までのカーブ形状の違いを示す図である。旋回半径Ｒが同じ条件の下では、クロソイドパラメータＡが大きい場合、曲線長Ｌが長くなり、カーブ１５０３となる。一方、クロソイドパラメータＡが小さい場合には曲線長Ｌが短くなり、カーブ１５０４となる。

以下では、クロソイドパラメータＡと操舵角速度および速度との関係式を図９を参照しながら説明する。クロソイド曲線を移動するダンプトラック２０の速度をＶとし、点Ｘ（符号１４０３）を通過時の操舵角をδ_Ｃ、円弧１４０６を走行する時に必要な操舵角をδ_ｔとすると、以下の式（２）及び式（３）が成り立つ。

図１１は、ダンプトラック２０の定常旋回モデルを示す図である。定常旋回モデルにおいて、以下の式（４）および（５）が成り立つ。

式（４）および式（６）から、以下の式（７）が得られる。

式（１）に、式（２）、式（３）および式（７）を代入すると、以下の式（８）が得られる。

式（８）を整理すると、以下の式（９）が得られる。

ここで、線分１４０２上の点Ｘ（１４０３）を通過する時の操舵角δ_Ｃ＝０とすると、下式（１０）が得られる。

一方、ダンプトラック２０が旋回半径Ｒで円弧を移動するときは、速度Ｖと、ダンプトラック２０の横重力加速度α、旋回半径Ｒとの間には、以下の式（１１）が成り立つ。

式（１１）を、速度Ｖに対して整理すると、以下の式（１２）が得られる。

つまり、速度Ｖは、ダンプトラック２０の横重力加速度αに対して、ダンプトラック２０の旋回半径Ｒを変化させることで得られる。

図６の車両走行システムの走行経路生成の処理フローに戻って説明する。

ステップＳ１０７は、ダンプトラック２０が走行できる横重力加速度αに対するループ、ステップＳ１０８は、ダンプトラック２０の旋回半径Ｒに対するループである。

ステップＳ１０９では、曲線半径算出部３１４は横重力加速度αおよび旋回半径Ｒより、式（１２）を用いて、速度Ｖを算出する。

次に、ステップＳ１１０では、ステップＳ１０６で決定した７２０で得られた操舵角速度と、ステップＳ１０９で算出した速度Ｖより、式（１０）を用いて、クロソイドパラメータＡを算出する。

そして、ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で得られたクロソイドパラメータＡを用いて、走行経路生成部３１５が走行経路を生成する。

ステップＳ１１１の走行経路の生成方法について、図１２から図１４を参照して説明する。図１２は、積込場７０の走行経路生成のフローチャートである。図１３は、積込場７０における往路走行経路７０３の生成方法を示す図である。図１４は、往路走行経路７０３の構成を示す図である。

走行経路生成部３１５は、以下の処理を開始するにあたり、サーバ側地図情報記憶部３１６から積込場７０の地図情報を読み出しておく。この地図情報には、積込場７０の境界情報も含まれる。

走行経路生成部３１５は積込場７０の入口点７０１および積込点７０５の位置および方向が与えられた時、切返し点の候補となる切返し候補点を算出する（Ｓ２０１）。最初の切返し候補点７０４－１は、積込点７０５の位置において積込点７０５の方向の直線上に存在する点である。

次に、切返し候補点７０４－ｎが、積込場７０の境界の内側に存在するかどうかを走行経路生成部３１５は判定する（Ｓ２０２）。切返し候補点７０４－ｎが積込場７０の境界の内側に存在しない場合は（Ｓ２０２／Ｎｏ）、次の切返し候補点を算出する（Ｓ２０１）。

境界内にある切返し候補点７０４－ｎに対して、入口点７０１からの走行経路を直線のみ、または直線、円弧および緩衝曲線を含む曲線で生成する（Ｓ２０３）。このときの円弧の半径はステップＳ１０８で求めた旋回半径Ｒ以上の値を利用する。

ステップＳ２０３で生成した走行経路が、直線のみ、または直線、円弧および緩衝曲線を含む曲線で生成できるかを走行経路生成部３１５は判定する（Ｓ２０４）。例えば、図１３に示すように、往路走行経路７０３が第１線分１３０４、第２線分１３０８、円弧１３０６および第１緩衝曲線１３０５、第２緩衝曲線１３０７を含む曲線であるかを判定する。判定の結果、曲線が生成できていない場合は（Ｓ２０４／Ｎｏ）、次の切返し候補点を算出するステップＳ２０１に戻る。

切返し候補点７０４－ｎにおいて、走行経路生成部３１５が入口点７０１から直線部分７５１、円弧および緩衝曲線を含む曲線で生成できた場合に（Ｓ２０４／Ｙｅｓ）、切返し候補点７０４－ｎを切返し点７０４とする。

図６へ戻り、ステップＳ１１１において一つのカーブでは走行経路が生成できない場合は、図１４に示すように、複数のカーブ形状を接続することで、走行経路を生成する。

ステップＳ１１２では、走行経路生成部３１５がステップＳ１１１の走行経路生成により、走行経路が生成できたかどうかを判定する。

判定の結果、走行経路が生成できている場合は（Ｓ１１２／Ｙｅｓ）、生成した走行経路の距離が最小かどうかを判定する（Ｓ１１３）。生成した走行経路の距離が最小の場合は（Ｓ１１３／Ｙｅｓ）、走行経路生成部３１５は生成した走行経路を格納する（Ｓ１１４）。

一方、ステップＳ１１２、又はステップＳ１１３の判定結果が否定の場合（Ｓ１１２／Ｎｏ，Ｓ１１３／Ｎｏ）次の旋回半径を設定して（Ｓ１１５）、ステップＳ１０８のループ処理の先頭に戻る。

走行経路生成部３１５は、ある横重力加速度αに対して、旋回半径Ｒを変化させるステップＳ１０８からステップＳ１１５までのループ処理を実行した後に、走行経路が生成できているかどうかを判定する（Ｓ１１６）。

ステップＳ１１６の判定の結果、走行経路が生成できている場合は（Ｓ１１６／Ｙｅｓ）、走行経路の結果を返して（Ｓ１１７）、処理を終了する（Ｓ１１９）。

逆に、ある横重力加速度に対して、旋回半径を変化させるステップＳ１０８からステップＳ１１５までのループ処理において、走行経路が生成できていない場合は（Ｓ１１６／Ｎｏ）、ステップＳ１１８で横重力加速度αの値を減じて（Ｓ１１８）、旋回半径Ｒによるループ処理を繰り返すことで、走行経路を生成する。

走行経路生成部３１５は、走行経路を生成するとサーバ側通信制御部３１１を介してサーバ側無線通信装置３４０からダンプトラック２０に送信する。ダンプトラック２０の自律走行制御部２６３は、受信した走行経路を目標軌道とし、ＧＰＳセンサ２０９で取得した位置情報、及び車両側地図情報記憶部２６５から読み出した地図情報を参照し、目標軌道に追従して走行するように、ブレーキ信号、操舵角信号、及び加速信号を走行駆動装置２５０に含まれるブレーキ２５１、操舵モータ２５２、及び走行モータ２５３に出力する。これにより、管制サーバ３１が決定した走行経路に追従するように、ダンプトラック２０が自律走行する。

本発明によれば、ダンプトラック２０の積載荷重を考慮した操舵角速度と速度に基づいたカーブ形状が得られるため、積荷を積載した状態においても追従性の高い走行経路が生成できる自律走行システムを提供することができる。

上記実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更態様がある。例えば、本実施形態では自律走行するダンプトラック２０の管制サーバ３１が走行経路を生成したが、走行経路の生成機能をダンプトラック２０に全て搭載してもよい。また、積込場７０を例に挙げて説明したが放土場でもよい。

さらに荷重計測装置２２０に代えて、ダンプトラック２０の位置情報を用いて、鉱山内において積込場から放土場に向かって走行中は満載、放土場から積込場に向かって走行中は空荷と判定してもよい。より詳しくは、図１５に示すように積込場７０の入口点７０１から積込点７０５に向かう往路は空荷状態、積込点７０５から出口点７０２に向かう復路は積荷状態と判定してもよい。同様に、図１６に示すように放土場８０の入口点８０１から作業点８０５に向かう往路は積荷状態、作業点８０５から出口点７０２に向かう復路は空荷状態と判定してもよい。

１：自律走行システム
１０：ショベル
２０：ダンプトラック
２１：車体フレーム
２２：前輪
２３：後輪
２４：荷台
２５Ｇ：アンテナ
２５Ｌ：無線ＬＡＮアンテナ
２６：車載通信端末装置
２７：運転室
２９：ホイストシリンダ
３１：管制サーバ
４０：無線通信回線
７０：積込場
８０：放土場
２０５：操舵角センサ
２０６ａ：圧力センサ
２０６ｂ：圧力センサ
２０６ｃ：圧力センサ
２０６ｄ：圧力センサ
２０８：速度センサ
２０９：ＧＰＳセンサ
２２０：荷重計測装置
２３１：ＣＰＵ
２３２：ＲＯＭ
２３３：ＲＡＭ
２３４：ＨＤＤ
２３５：外部インターフェース
２３６：バス
２４０：車両側無線通信装置
２５０：走行駆動装置
２５１：ブレーキ
２５２：操舵モータ
２５３：走行モータ

Claims

自律走行するダンプトラック、及び当該ダンプトラックに無線通信回線を介して接続さ
れたコンピュータからなる管制サーバを含む自律走行システムであって、
前記ダンプトラックは、コンピュータからなる車載通信端末装置と、当該車載通信端末
装置に其々接続された荷重計測装置、ＧＰＳセンサ、操舵角センサ、車両側無線通信装置
、及び走行駆動装置を搭載し、
前記走行駆動装置は、ブレーキ、操舵モータ、及び走行モータを含んで構成され、
前記車載通信端末装置は、
前記荷重計測装置から取得した積載荷重情報と、前記ＧＰＳセンサから取得した前記ダ
ンプトラックの位置情報と、前記操舵角センサから取得した前記ダンプトラックの操舵角
情報と、前記ダンプトラックを固有に識別する車両識別情報とを関連付けた車両ステータ
ス情報を生成する車両ステータス情報生成部と、
前記位置情報及び前記管制サーバから受信した走行経路情報を照合し、前記走行経路情
報が示す目標軌道に追従して前記ダンプトラックを自律走行させたるための制御信号を前
記走行駆動装置に出力する自律走行制御部と、
前記車両ステータス情報を前記管制サーバに送信し、前記走行経路情報を受信する制御
を行う車両側通信制御部と、を含み、
前記管制サーバは、サーバ側無線通信装置に接続され、
前記車両ステータス情報を前記車載通信端末装置から受信し、前記走行経路情報を送信
する制御を行うサーバ側通信制御部と、
前記ダンプトラックの単位時間当たりの操舵角の変位量を示す操舵角速度及び前記ダン
プトラックの積載荷重の関係を示す操舵角速度決定情報を記憶する操舵角速度決定情報記
憶部と、
前記車両ステータス情報に含まれる積載荷重情報に対応する操舵角速度を前記操舵角速
度決定情報から読み出す操舵角速度決定部と、
前記車両識別情報に関連付けて前記ダンプトラックの横重力加速度閾値及び最小旋回半
径を規定した車両スペック情報を記憶する車両スペック情報記憶部と、
前記ダンプトラックの前記車両識別情報に関連付けられた前記横重力加速度閾値と前記
最小旋回半径以上の半径を用いて前記ダンプトラックの速度を算出し、当該速度及び決定
された前記操舵角速度を基に曲線形状の半径を算出する曲線半径算出部と、
前記算出された曲線形状の半径を含む前記ダンプトラックの走行経路を生成する走行経
路生成部と、
前記ダンプトラックが稼働する鉱山の地図情報であって、積込場の境界情報を含む地図情報を記憶するサーバ側地図情報記憶部と、を含み、
前記走行経路生成部は、
前記サーバ側地図情報記憶部から前記地図情報を読み出し、
前記地図情報を参照し、前記積込場の入口点、積込点の位置、および前記積込点に後退で移動および前記積込点から前進する方向が与えられると、切返し点の候補となる最初の切返し候補点として、前記積込点を通り前記積込点に後退で移動および前記積込点から前進する方向の直線上に存在する点を算出し、
前記切返し候補点が、前記積込場の境界の内側に存在するかどうかを判定し、
前記切返し候補点が前記積込場の前記境界の内側に存在しない場合は、次の切返し候補点を算出し、
前記境界内にある切返し候補点に対して、前記入口点からの走行経路を直線のみ、または直線、円弧および緩衝曲線を含む曲線で生成し、前記円弧の半径は、前記曲線半径算出部が算出した前記曲線形状の半径以上の値であり、
前記切返し候補点において、前記入口点からの直線部分と、円弧および緩衝曲線を含む曲線で走行経路が生成できた場合は、当該切返し候補点を切返し点として決定し、
前記切返し候補点において、前記入口点からの直線部分と、円弧および緩衝曲線を含む曲線で走行経路が生成できなかった場合は、次の切返し候補点を算出して処理を繰り返す、
ことを特徴とする自律走行システム。
自律走行するダンプトラック、及び当該ダンプトラックに無線通信回線を介して接続さ
れたコンピュータからなる管制サーバを含む自律走行システムであって、
前記ダンプトラックは、コンピュータからなる車載通信端末装置と、当該車載通信端末
装置に其々接続されたＧＰＳセンサ、操舵角センサ、車両側無線通信装置、及び走行駆動
装置を搭載し、
前記走行駆動装置は、ブレーキ、操舵モータ、及び走行モータを含んで構成され、
前記車載通信端末装置は、
前記ＧＰＳセンサから取得した前記ダンプトラックの位置情報と、前記操舵角センサか
ら取得した前記ダンプトラックの操舵角情報と、前記ダンプトラックを固有に識別する車
両識別情報とを関連付けた車両ステータス情報を生成する車両ステータス情報生成部と、
前記位置情報及び前記管制サーバから受信した走行経路情報を照合し、前記走行経路情
報が示す目標軌道に追従して前記ダンプトラックを自律走行させたるための制御信号を前
記走行駆動装置に出力する自律走行制御部と、
前記車両ステータス情報を前記管制サーバに送信し、前記走行経路情報を受信する制御
を行う車両側通信制御部と、を含み、
前記管制サーバは、サーバ側無線通信装置に接続され、
前記ダンプトラックが稼働する鉱山の地図情報であって、積込場の境界情報を含む地図情報を記憶するサーバ側地図情報記憶部と、
前記車両ステータス情報を前記車載通信端末装置から受信し、前記走行経路情報を送信
する制御を行うサーバ側通信制御部と、
前記ダンプトラックの単位時間当たりの操舵角の変位量を示す操舵角速度及び前記ダン
プトラックの積載荷重の関係を示す操舵角速度決定情報を記憶する操舵角速度決定情報記
憶部と、
前記車両ステータス情報に含まれる位置情報を前記地図情報に照合して、前記ダンプト
ラックの積載荷重情報を決定し、当該積載荷重情報に対応する操舵角速度を前記操舵角速
度決定情報から読み出す操舵角速度決定部と、
前記車両識別情報に関連付けて前記ダンプトラックの横重力加速度閾値及び最小旋回半
径を規定した車両スペック情報を記憶する車両スペック情報記憶部と、
前記ダンプトラックの前記車両識別情報に関連付けられた前記横重力加速度閾値と前記
最小旋回半径以上の半径を用いて前記ダンプトラックの速度を算出し、当該速度及び決定
された前記操舵角速度を基に曲線形状の半径を算出する曲線半径算出部と、
前記算出された曲線形状の半径を含む前記ダンプトラックの走行経路を生成する走行経
路生成部と、を含み、
前記走行経路生成部は、
前記サーバ側地図情報記憶部から前記地図情報を読み出し、
前記地図情報を参照し、前記積込場の入口点、積込点の位置、および前記積込点に後退で移動および前記積込点から前進する方向が与えられると、切返し点の候補となる最初の切返し候補点として、前記積込点を通り前記積込点に後退で移動および前記積込点から前進する方向の直線上に存在する点を算出し、
前記切返し候補点が、前記積込場の境界の内側に存在するかどうかを判定し、
前記切返し候補点が前記積込場の前記境界の内側に存在しない場合は、次の切返し候補点を算出し、
前記境界内にある切返し候補点に対して、前記入口点からの走行経路を直線のみ、または直線、円弧および緩衝曲線を含む曲線で生成し、前記円弧の半径は、前記曲線半径算出部が求めた前記曲線形状の半径以上の値であり、
前記切返し候補点において、前記入口点からの直線部分と、円弧および緩衝曲線を含む曲線で走行経路が生成できた場合は、当該切返し候補点を切返し点として決定し、
前記切返し候補点において、前記入口点からの直線部分と、円弧および緩衝曲線を含む曲線で走行経路が生成できなかった場合は、次の切返し候補点を算出して処理を繰り返す、
ことを特徴とする自律走行システム。