JP7009236B2 - 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両の制御システム、方法、及び作業車両に関する。

スロットドージングなどの掘削作業では、作業車両は、現況地形が目標とする地形になるまで何度も掘削を繰り返す。掘削したマテリアルを効率よくダンプ場所まで運搬してダンプすることが求められる。

例えば特許文献１のシステムでは、図15に示すように、コントローラは、ダンプ作業の開始点101と終了点102とを決定する。コントローラは、終了点102から所定距離離れた位置を、最初のダンプ位置として決定する。コントローラは、被掘削層を掘削プロファイルに従って掘削し、掘削したマテリアルを、最初のダンプ位置まで運び、ダンプする。作業車両は、前後進を繰り返して、同様にマテリアルを順次移動させてダンプする。

米国特許第9803336号

上記のシステムでは、所定のダンプ範囲において、奥側から手前側に向かって、マテリアルを順次、ダンプする。そのため、マテリアルの複数のパイルM1,M2,M3,M4が、現況地形上に、奥側、すなわち終了点102側から手前側に向かって置かれていく。それにより、望ましい傾斜100が形成される。しかし、その場合、所定のダンプ範囲にマテリアルが収まりきらなくなると、作業計画の修正が必要になってしまう。或いは、逆に、ダンプすべきマテリアルの総量に対して、ダンプ場所が広い場合には、作業車両が余分に走行することになり、効率が良くない。

本発明の目的は、ダンプ作業の更なる効率化を図ることにある。

第1の態様は、作業機を有する作業車両の制御システムであって、コントローラを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定する。目標設計地形の少なくとも一部は、現況地形よりも上方に位置する。コントローラは、目標設計地形に従って、作業車両の手前側から奥側に向かって順次、現況地形上にマテリアルをダンプするように、作業機を動作させる。

第2の態様は、作業機を有する作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、以下の処理を備える。第1の処理は、作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定することである。目標設計地形の少なくとも一部は、現況地形よりも上方に位置する。第2の処理は、目標設計地形に従って、作業車両の手前側から奥側に向かって順次、現況地形上にマテリアルをダンプするように、作業機を動作させることである。

第3の態様は、作業車両であって、作業機と、作業機を制御するコントローラとを備える。コントローラは、以下の処理を実行するようにプログラムされている。コントローラは、作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定する。目標設計地形の少なくとも一部は、現況地形よりも上方に位置する。コントローラは、目標設計地形に従って、作業車両の手前側から奥側に向かって順次、現況地形上にマテリアルをダンプするように、作業機を動作させる。

本発明によれば、目標設計地形に従って手前側から順次、現況地形上にマテリアルがダンプされる。そのため、奥側からマテリアルの山を積むことと比べて、効率よくダンプ作業を行うことができる。

実施形態に係る作業車両を示す側面図である。 作業車両の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。 作業車両の構成を示す模式図である。 作業車両の自動制御の処理を示すフローチャートである。 現況地形の一例を示す図である。 目標設計地形の一例を示す図である。 ダンプ作業の手順を示す図である。 ダンプ作業の手順を示す図である。 制御システムの第1変形例に係る構成を示すブロック図である。 制御システムの第2変形例に係る構成を示すブロック図である。 目標設計地形の第1変形例を示す図である。 目標設計地形の第2変形例を示す図である。 目標設計地形の第3変形例を示す図である。 マテリアルの縁の位置の変形例を示す図である。 関連技術に係るダンプ作業の手順を示す図である。

以下、実施形態に係る作業車両について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る作業車両1を示す側面図である。本実施形態に係る作業車両1は、ブルドーザである。作業車両1は、車体11と、走行装置12と、作業機13と、を備えている。

車体11は、運転室14とエンジン室15とを有する。運転室14には、図示しない運転席が配置されている。エンジン室15は、運転室14の前方に配置されている。走行装置12は、車体11の下部に取り付けられている。走行装置12は、左右一対の履帯16を有している。なお、図1では、左側の履帯16のみが図示されている。履帯16が回転することによって、作業車両1が走行する。

作業機13は、車体11に取り付けられている。作業機13は、リフトフレーム17と、ブレード18と、リフトシリンダ19と、を有する。

リフトフレーム17は、車幅方向に延びる軸線Ｘを中心として上下に動作可能に車体11に取り付けられている。リフトフレーム17は、ブレード18を支持している。ブレード18は、車体11の前方に配置されている。ブレード18は、リフトフレーム17の上下動に伴って上下に移動する。リフトフレーム17は、走行装置12に取り付けられてもよい。

リフトシリンダ19は、車体11とリフトフレーム17とに連結されている。リフトシリンダ19が伸縮することによって、リフトフレーム17は、軸線Ｘを中心として上下に回転する。

図2は、作業車両1の駆動系2と制御システム3との構成を示すブロック図である。図2に示すように、駆動系2は、エンジン22と、油圧ポンプ23と、動力伝達装置24と、を備えている。

油圧ポンプ23は、エンジン22によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ23から吐出された作動油は、リフトシリンダ19に供給される。なお、図2では、1つの油圧ポンプ23が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。

動力伝達装置24は、エンジン22の駆動力を走行装置12に伝達する。動力伝達装置24は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置24は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。

制御システム3は、入力装置25と、コントローラ26と、記憶装置28と、制御弁27とを備える。入力装置25は、運転室14に配置されている。入力装置25は、後述する作業車両1の自動制御の設定を行うための装置である。入力装置25は、オペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。入力装置25の操作信号は、コントローラ26に出力される。

入力装置25は、例えば、タッチパネル式のディスプレイを含む。ただし、入力装置25は、タッチパネルに限らず、ハードウェアキーを含んでもよい。入力装置25は、作業車両1から離れた場所（例えば、コントロールセンタ）に配置されてもよい。オペレータは、コントロールセンタにある入力装置25から無線通信を介して作業車両1を操作してもよい。

コントローラ26は、取得したデータに基づいて作業車両1を制御するようにプログラムされている。コントローラ26は、例えばCPU等の処理装置（プロセッサ）を含む。コントローラ26は、入力装置25から操作信号を取得する。なお、コントローラ26は、一体に限らず、複数のコントローラに分かれていてもよい。コントローラ26は、走行装置12、或いは動力伝達装置24を制御することで、作業車両1を走行させる。コントローラ26は、制御弁27を制御することで、ブレード18を上下に移動させる。

制御弁27は、比例制御弁であり、コントローラ26からの指令信号によって制御される。制御弁27は、リフトシリンダ19などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ23との間に配置される。制御弁27は、油圧ポンプ23からリフトシリンダ19に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ26は、ブレード18が動作するように、制御弁27への指令信号を生成する。これにより、リフトシリンダ19が制御される。なお、制御弁27は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁27は、電磁比例制御弁であってもよい。

制御システム3は、作業機センサ29を備える。作業機センサ29は、作業機13の位置を検出し、作業機13の位置を示す作業機位置信号を出力する。作業機センサ29は、作業機13の変位を検出する変位センサであってもよい。詳細には、作業機センサ29は、リフトシリンダ19のストローク長さ（以下、「リフトシリンダ長Ｌ」という。）を検出する。図3に示すように、コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいてブレード18のリフト角θliftを算出する。作業機センサ29は、作業機13の回転角度を直接検出する回転センサであってもよい。

図3は、作業車両1の構成を示す模式図である。図3では、作業機13の基準位置が二点鎖線で示されている。作業機13の基準位置は、水平な地面上でブレード18の刃先が地面に接触した状態でのブレード18の位置である。リフト角θliftは、作業機13の基準位置からの角度である。

図2に示すように、制御システム3は、位置センサ31を備えている。位置センサ31は、作業車両1の位置を測定する。位置センサ31は、GNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバ32と、IMU 33と、を備える。GNSSレシーバ32は、例えばGPS（Global Positioning System）用の受信機である。例えばGNSSレシーバ32のアンテナは、運転室14上に配置される。GNSSレシーバ32は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりアンテナの位置を演算して車体位置データを生成する。コントローラ26は、GNSSレシーバ32から車体位置データを取得する。コントローラ26は、車体位置データにより、作業車両1の進行方向と車速とを得る。

車体位置データは、アンテナ位置のデータでなくてもよい。車体位置データは、作業車両1内、或いは、作業車両1の周辺において、アンテナとの位置関係が固定されている任意の場所の位置を示すデータであってもよい。

IMU 33は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）である。IMU 33は、車体傾斜角データを取得する。車体傾斜角データは、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を含む。コントローラ26は、IMU 33から車体傾斜角データを取得する。

コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌと、車体位置データと、車体傾斜角データとから、刃先位置PBを演算する。図3に示すように、コントローラ26は、車体位置データに基づいて、GNSSレシーバ32のグローバル座標を算出する。コントローラ26は、リフトシリンダ長Ｌに基づいて、リフト角θliftを算出する。コントローラ26は、リフト角θliftと車体寸法データに基づいて、GNSSレシーバ32に対する刃先位置PBのローカル座標を算出する。車体寸法データは、記憶装置28に記憶されており、GNSSレシーバ32に対する作業機13の位置を示す。コントローラ26は、GNSSレシーバ32のグローバル座標と刃先位置PBのローカル座標と車体傾斜角データとに基づいて、刃先位置PBのグローバル座標を算出する。コントローラ26は、刃先位置PBのグローバル座標を刃先位置データとして取得する。

制御システム3は、地形センサ36を含む。地形センサ36は、作業車両1の周囲の地形の形状を取得し、当該形状を示す信号を出力する。地形センサ36は、例えば、ライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）であり、コントローラ26は、地形センサ36から、作業車両1の周囲の地形の形状を示す信号を受信する。

記憶装置28は、例えばメモリと補助記憶装置とを含む。記憶装置28は、例えば、RAM、或いはROMなどであってもよい。記憶装置28は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどであってもよい。記憶装置28は、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置28は、プロセッサによって実行可能であり作業車両1を制御するためのコンピュータ指令を記録している。

記憶装置28は、作業現場地形データを記憶している。作業現場地形データは、作業現場の広域の地形を示す。作業現場地形データは、例えば、三次元データ形式の現況地形測量図である。作業現場地形データは、例えば、航空レーザ測量で得ることができる。

コントローラ26は、現況地形データを取得する。現況地形データは、作業現場の現況地形を示す。作業現場の現況地形は、作業車両1の進行方向に沿う領域の地形である。現況地形データは、作業現場地形データと上述の位置センサ31から得られる作業車両1の位置と進行方向とからコントローラ26での演算により取得される。現況地形データは、上述した地形センサ36によって取得されてもよい。

次に、コントローラ26によって実行される、作業車両1の自動制御について説明する。作業車両１は、例えばスロットドージングにおける各スロットを前後に行き来して、各スロットの掘削と、掘削された土や岩などのマテリアルのダンプを行う。以下、作業車両1が、掘削されたマテリアルを所定のダンプ場所まで運搬してダンプするときの制御について説明する。

なお、作業車両1の自動制御は、オペレータによる手動操作と合わせて行われる半自動制御であってもよい。或いは、作業車両1の自動制御は、オペレータによる手動操作無しで行われる完全自動制御であってもよい。

図4は、作業車両1の自動制御の処理を示すフローチャートである。図4に示すように、ステップS101では、コントローラ26は、現在位置データを取得する。ここでは、コントローラ26は、上述したように、ブレード18の現在の刃先位置PBを取得する。

ステップS102では、コントローラ26は、現況地形データを取得する。コントローラ26は、記憶装置28より得られる作業現場地形データと、位置センサ31より得られる車体の位置データ及び進行方向データから演算により、現況地形データを取得する。

現況地形データは、作業車両1の進行方向に位置する地形を示す情報である。図5は、現況地形50の断面を示す。なお、図5において、縦軸は、地形の高さを示しており、横軸は、作業車両1の進行方向における現在位置からの距離を示している。

詳細には、現況地形データは、作業車両1の進行方向において、現在位置から所定の地形認識距離dAまでの複数の参照点Pm（m=0,1,2,3,...,A）での現況地形50の高さZmを含む。複数の参照点Pmは、作業車両１の進行方向に沿う所定間隔ごとの複数地点を示す。本実施形態において、現在位置は、作業車両1の現在の刃先位置PBに基づいて定められる位置である。ただし、現在位置は、作業車両1の他の部分の現在位置に基づいて定められてもよい。複数の参照点は、所定間隔、例えば1mごとに並んでいる。

ステップS103では、コントローラ26は、作業範囲データを取得する。作業範囲データは、入力装置25によって設定された作業範囲を示す。図6に示すように、作業範囲は開始位置と終了位置とを含む。作業範囲データは、開始位置の座標と終了位置の座標とを含む。或いは、作業範囲データは、開始位置の座標と、作業範囲の長さとを含み、開始位置の座標と作業範囲の長さとから、終了位置の座標が算出されてもよい。終了位置は省略されてもよい。或いは、作業範囲データは、作業範囲の長さと、終了位置の座標とを含み、作業範囲の長さと終了位置の座標とから、開始位置の座標が算出されてもよい。

コントローラ26は、入力装置25からの操作信号に基づいて作業範囲データを取得する。ただし、コントローラ26は、他の方法によって、作業範囲データを取得してもよい。例えば、コントローラ26は、作業現場の施工管理を行う外部のコンピュータから、作業範囲データを取得してもよい。或いは、作業範囲データは、予め記憶装置28に保存されていてもよい。

ステップS104では、コントローラ26は、目標設計地形データを決定する。目標設計地形データは、目標設計地形70を示す。目標設計地形70は、作業におけるブレード18の刃先の望まれる軌跡を示す。図6は、目標設計地形70の一例を示す図である。図6に示すように、作業範囲内において、目標設計地形70の少なくとも一部が、現況地形50よりも上方に位置する。目標設計地形70は、開始位置から前方且つ上方に向かって延び、水平方向に対して所定の傾斜角a1で傾斜した傾斜面である。目標設計地形データは、現況地形データの参照点に対応する点群データであってもよい。

なお、図6では、目標設計地形70の全体が、現況地形50よりも上方に位置している。しかし、目標設計地形70の一部が、現況地形50と同じ高さ、或いは現況地形50よりも下方に位置してもよい。

傾斜角a1は、作業車両のマテリアル運搬時の登坂能力に応じて決定されてもよい。傾斜角a1は、0度より大きく、且つ、15度以下である、好ましくは、傾斜角a1は、10度以下である。

コントローラ26は、例えば、入力装置25からの操作信号に基づいて、傾斜角a1を取得する。すなわち、傾斜角a1は、オペレータが入力装置25を操作することによって設定される。ただし、コントローラ26は、他の方法によって、傾斜角a1を取得してもよい。例えば、コントローラ26は、作業現場の施工管理を行う外部のコンピュータから、傾斜角a1を取得してもよい。或いは、コントローラ26は、予め記憶装置28に記憶された傾斜角a1を取得してもよい。

ステップS105では、コントローラ26は、作業車両1を前進させると共に、目標設計地形70に従って作業機13を制御する。コントローラ26は、ステップS104で作成した目標設計地形70に従ってブレード18の刃先位置が移動するように、作業機13への指令信号を生成する。生成された指令信号は、制御弁27に入力される。それにより、図7に示すように、作業車両1は、開始位置から現況地形50上にマテリアルをダンプすると共に、ダンプされたマテリアル上を走行することで、マテリアルを締め固める。

ステップS106では、コントローラ26は、車両前方の地形データを取得する。コントローラ26は、地形センサ36からの信号により、車両前方の地形データを取得する。

ステップS107では、コントローラ26は、第n番目（nは正の整数）のダンプ作業での反転位置Pr(n)を決定する。図7に示すように、コントローラ26は、車両前方の地形データから、前回のダンプ作業でダンプされたマテリアルM(n-1)の縁の位置Pe(n-1)を取得し、縁の位置Pe(n-1)から反転位置Pr(n)を決定する。

例えば、コントローラ26は、ダンプされたマテリアルM(n-1)の頂上の位置を、マテリアルの縁の位置Pe(n-1)として決定する。コントローラ26は、マテリアルM(n-1)の縁の位置Pe(n-1)の直下に位置する目標設計地形70上の位置を、反転位置Pr(n)として決定する。ただし、図8に示すように、コントローラ26は、第1番目のダンプ作業では、開始位置を、第1番目のダンプ作業での反転位置Pr(1)として決定する。

ステップS108では、コントローラ26は、作業車両1が前進して反転位置Pr(n)まで到達したときに、作業車両1を前進から後進に切り換える。コントローラ26は、ダンプ作業の開始位置よりも後方の運搬開始位置まで、作業車両1を後進させる。コントローラ26は、運搬開始位置で作業車両1を後進から前進に切り換える。それにより、作業車両1は、作業機13によって再びマテリアルをダンプ作業の開始位置まで運搬する。その後、処理はステップS101に戻り、運搬すべきマテリアルが無くなるまで、コントローラ26は、上記の処理を繰り返す。

なお、コントローラ26は、作業現場地形データを更新する。コントローラ26は、刃先位置PBの最新の軌跡を示す位置データによって作業現場地形データを更新する。作業現場地形データの更新は、随時、行われてもよい。或いは、コントローラ26は、車体位置データと車体寸法データとから履帯16の底面の位置を算出し、履帯16の底面の軌跡を示す位置データによって作業現場地形データを更新してもよい。この場合、作業現場地形データの更新は即時に行うことができる。

或いは、作業現場地形データは、作業車両1の外部の測量装置によって計測された測量データから生成されてもよい。外部の測量装置として、例えば、航空レーザ測量を用いてよい。或いは、カメラによって現況地形50を撮影し、カメラによって得られた画像データから作業現場地形データが生成されてもよい。例えば、UAV(Unmanned Aerial Vehicle)による空撮測量を用いてよい。外部の測量装置又はカメラの場合、作業現場地形データの更新は、所定周期ごと、あるいは随時に行われてもよい。

次に、上記の処理によって行われる作業車両1のダンプ作業について説明する。図8に示すように、まず、コントローラ26は、第1番目のダンプ作業において、開始位置を反転位置Pr(1)として決定する。従って、コントローラ26は、第1番目のダンプ作業において、開始位置まで作業車両1を前進させ、開始位置で前進から後進に切り換える。それにより、開始位置にマテリアルM(1)がダンプされる。

次に、コントローラ26は、第2番目のダンプ作業での反転位置Pr(2)を決定する。上述したように、コントローラ26は、地形センサ36からの信号により、ダンプされたマテリアルの縁の位置Pe(1)を取得する。コントローラ26は、マテリアルM(1)の縁の位置Pe(1)から、第2番目のダンプ作業での反転位置Pr(2)を決定する。第2番目のダンプ作業での反転位置Pr(2)は、第1番目のダンプ作業での反転位置Pr(1)よりも前方に位置している。

コントローラ26は、反転位置Pr(2)まで作業車両1を前進させると共に、目標設計地形70に従って作業機13を動作させる。それにより、第1番目のダンプ作業で開始位置に置かれたマテリアルM(1)が、作業機13によって運搬されているマテリアルによって前方に押し込まれる。それにより、マテリアル（M2）がダンプされる。また、作業車両1は、反転位置Pr(2)まで、ダンプされたマテリアル（M2）上を前進することで、マテリアル（M2）を締め固める。そして、コントローラ26は、反転位置Pr(2)で、作業車両1を前進から後進に切り換える。

次に、コントローラ26は、第3番目のダンプ作業での反転位置Pr(3)を決定する。コントローラ26は、上記と同様に、前回のダンプ作業でダンプされたマテリアルM(2)の縁の位置から、第3番目のダンプ作業での反転位置Pr(3)を決定する。第3番目のダンプ作業での反転位置Pr(3)は、第2番目のダンプ作業での反転位置Pr(2)よりも前方に位置している。

コントローラ26は、反転位置Pr(3)まで作業車両1を前進させると共に、目標設計地形70に従って作業機13を動作させる。それにより、第2番目のダンプ作業で開始位置に置かれたマテリアルM(2)が、作業機13によって運搬されているマテリアルによって前方に押し込まれる。それにより、マテリアルM(3)がダンプされる。また、作業車両1は、反転位置Pr(3)まで、ダンプされたマテリアル(M3)上を前進することで、マテリアル(M3)を締め固める。そして、コントローラ26は、反転位置Pr(3)で、作業車両1を前進から後進に切り換える。

以降、同様の作業が繰り返され、コントローラ26は、図7に示すように、第n番目のダンプ作業での反転位置Pr(n)を決定し、目標設計地形70に従って作業機13を動作させると共に、作業車両1を反転位置Pr(n)まで前進させる。そして、コントローラ26は、作業車両1が反転位置Pr(n)に到達すると、作業車両1を前進から後進に切り換える。それにより、マテリアルM(n)がダンプされる。

次の第n+1番目のダンプ作業では、コントローラ26は、前回の反転位置Pr(n)よりも前方に位置する反転位置Pr(n+1)を決定し、目標設計地形70に従って作業機13を動作させると共に、作業車両1を反転位置Pr(n+1)まで前進させる。それにより、マテリアルM(n+1)がダンプされる。

以上のように、コントローラ26は、作業車両1を前後に繰り返し移動させ、目標設計地形70に従って、作業車両1の手前側から奥側に向かって、順次、現況地形50上にマテリアルをダンプさせる。そして、運搬すべきマテリアルが無くなるまで、コントローラ26は、上記の動作を作業車両1に繰り返させる。作業車両1の手前側から奥側に向かう方向は、作業範囲の開始位置側から終了位置側に向かう方向を意味する。

以上説明した、本実施形態に係る作業車両1の制御システム3では、コントローラ26は、目標設計地形70に従って手前側から順次、現況地形上にマテリアルをダンプするように、作業車両1を動作させる。そのため、奥側からマテリアルをダンプする場合と比べて、作業車両1が余分に走行することが抑えられる。

また、上記のようにマテリアルのダンプが繰り返されることで、手前側から目標設計地形70に沿った登坂路が形成される。そのため、マテリアルのダンプを行いながら、次のダンプ位置へ登坂路を延ばすことができるので、効率よくダンプ作業を行うことができる。

さらに、作業車両1は、前回のダンプ作業でダンプされたマテリアルを、今回のダンプ作業において作業機13で運搬しているマテリアルで押し込むことで、マテリアルをさらに前方にダンプすることができる。そのため、ダンプされたマテリアルの縁まで作業車両1を近づけることなく、多くのマテリアルをダンプすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

作業車両1は、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ、油圧ショベル等の他の車両であってもよい。

作業車両1は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム3の一部は、作業車両1の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されてもよい。コントローラ26は、作業現場から離れたコントロールセンタ内に配置されてもよい。その場合、作業車両1は、運転室14を備えない車両であってもよい。

作業車両1は、電動モータで駆動される車両であってもよい。その場合、電源は作業車両1の外部に配置されてもよい。電源が外部から供給される作業車両1は、内燃エンジン及びエンジン室を備えない車両であってよい。

コントローラ26は、互いに別体の複数のコントローラ26を有してもよい。例えば、図9に示すように、コントローラ26は、作業車両1の外部に配置されるリモートコントローラ261と、作業車両1に搭載される車載コントローラ262とを含んでもよい。リモートコントローラ261と車載コントローラ262とは通信装置38,39を介して無線により通信可能であってもよい。そして、上述したコントローラ26の機能の一部がリモートコントローラ261によって実行され、残りの機能が車載コントローラ262によって実行されてもよい。例えば、目標設計地形70と作業順序を決定する処理とがリモートコントローラ261によって実行され、作業機13への指令信号を出力する処理が車載コントローラ262によって実行されてもよい。

入力装置25は、作業車両1の外部に配置されてもよい。その場合、運転室は、作業車両1から省略されてもよい。或いは、入力装置25が作業車両1から省略されてもよい。入力装置25は、走行装置12及び／又は作業機13を操作するための操作レバー、ペダル、或いはスイッチ等の操作子を含んでもよい。入力装置25の操作に応じて、作業車両1の前進及び後進などの走行が制御されてもよい。入力装置25の操作に応じて、作業機13の上昇及び下降などの動作が制御されてもよい。

現況地形50は、上述した位置センサ31に限らず、他の装置によって取得されてもよい。例えば、図10に示すように、外部の装置からのデータを受け付けるインターフェ－ス装置37によって現況地形50が取得されてもよい。インターフェ－ス装置37は、外部の計測装置41が計測した現況地形データを無線によって受信してもよい。或いは、インターフェ－ス装置37は、記録媒体の読み取り装置であって、外部の計測装置41が計測した現況地形データを記録媒体を介して受け付けてもよい。

目標設計地形70の決定方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、図11に示すように、目標設計地形70は、傾斜面70aと水平面70bとを含んでもよい。傾斜面70aは、開始位置から前方且つ上方に向かって延びている。水平面70bは、傾斜面70aの前方に位置する。現況地形50からの水平面70bの高さHは、作業機13の容量に応じて決定されてもよい。例えば、現況地形50からの水平面70bの高さHは、作業機13が1回の運搬で運ぶことができるマテリアルの高さに相当する高さであってもよい。

図12に示すように、コントローラ26は、上下方向に積層された複数の目標設計地形70_1, 70_2, 70_3を生成してもよい。例えば、コントローラ26は、上述した所定の傾斜角a1を複数の角度a2,a3,a4に分割して、それぞれの分割された角度a2,a3,a4に対応する複数の目標設計地形70_1, 70_2, 70_3を生成してもよい。また、図13に示すように、複数の目標設計地形70_1, 70_2, 70_3のそれぞれは、傾斜面70a_1, 70a_2, 70a_3と水平面70b_1, 70b_2, 70b_3とを含んでもよい。

反転位置は、上述した位置に限らず、変更されてもよい。例えば、コントローラ26は、マテリアルの縁の位置よりも後方の位置を反転位置として決定してもよい。例えば、コントローラ26は、マテリアルの縁よりも、所定距離、後方に位置する目標設計地形70上の位置を、反転位置として決定してもよい。図14に示すように、マテリアルの縁の位置Pe(n-1)は、前回ダンプされたマテリアルM(n-1)の目標設計地形70上の位置であってもよい。

上記の実施形態では、作業車両1は、前回のダンプ作業でダンプされたマテリアルを、今回のダンプ作業において作業機13で運搬しているマテリアルで押し込むことで、マテリアルをさらに前方にダンプしている。しかし、コントローラ26は、今回のダンプ作業において作業機13で運搬しているマテリアルを作業機13によって直接的にダンプするように、作業車両1を制御してもよい。

本発明によれば、作業車両の自動制御において効率よくダンプ作業を行うことができる。

3 制御システム
13 作業機
26 コントローラ
36 地形センサ
50 現況地形
70 目標設計地形

Claims (26)

1. 作業機を有する作業車両の制御システムであって、
   コントローラを備え、
   前記コントローラは、
   水平方向に対する所定の傾斜角を取得し、
   少なくとも一部が現況地形よりも上方に位置し、所定の開始位置から前方且つ上方に向かって延び、水平方向に対して前記傾斜角で傾斜した傾斜面を含み、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
   前記目標設計地形に従って、前記作業車両の手前側から奥側に向かって順次、前記現況地形上に土または岩をダンプするように、前記作業機を動作させる、
   作業車両の制御システム。
2. 前記コントローラは、前記作業機を制御して前記現況地形上に前記土または岩をダンプしながら、ダンプされた前記土または岩上で前記作業車両を前進させる、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
3. 前記コントローラは、前記傾斜角を複数の角度に分割して、それぞれの分割された前記角度に対応する、同一の前記開始位置からそれぞれの前記角度で前方且つ上方に向かって延びる傾斜面を含む複数の前記目標設計地形を生成する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
4. 前記コントローラは、前記開始位置から前記土または岩のダンプを開始する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
5. 前記目標設計地形は、前記傾斜面の前方に位置する水平面をさらに含む、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
6. 前記傾斜角は、０度より大きく、且つ、１５度以下である、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
7. 前記土または岩は、前記作業車両により掘削された土または岩である、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
8. 前記コントローラは、
   前記現況地形を示す現況地形データを取得し、
   前記目標設計地形に従って前記現況地形上に土または岩をダンプするよう、前記作業機を動作させ、
   前記現況地形データを更新し、
   更新された前記現況地形よりも少なくとも一部が上方に位置する次の目標設計地形を決定する、
   請求項１に記載の作業車両の制御システム。
9. 作業機を有する作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
   水平方向に対する所定の傾斜角を取得することと、
   少なくとも一部が現況地形よりも上方に位置し、所定の開始位置から前方且つ上方に向かって延び、水平方向に対して前記傾斜角で傾斜した傾斜面を含み、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定することと、
   前記目標設計地形に従って、前記作業車両の手前側から奥側に向かって順次、前記現況地形上に土または岩をダンプするように、前記作業機を動作させること、
   を備える方法。
10. 前記作業機を制御して前記現況地形上に前記土または岩をダンプしながら、ダンプされた前記土または岩上で前記作業車両を前進させることをさらに備える、
    請求項９に記載の方法。
11. 第ｎ番目（ｎは正の整数）のダンプ作業において、前記作業車両を前進させると共に前記目標設計地形に従って前記作業機を動作させることと、
    前記第ｎ番目のダンプ作業における第ｎ反転位置を決定することと、
    前記第ｎ反転位置で前記作業車両を前進から後進に切り換えることと、
    を備え、
    第ｎ＋１番目のダンプ作業における第ｎ＋１反転位置は、前記第ｎ反転位置よりも前方に位置する、
    請求項９に記載の方法。
12. 第１番目のダンプ作業における第１反転位置は、前記開始位置である、
    請求項１１に記載の方法。
13. ダンプされた前記土または岩の縁の位置を取得することと、
    前記縁の位置から前記第ｎ反転位置を決定することと、
    ダンプされた前記土または岩の縁の位置を更新することと、
    更新された前記縁の位置から前記第ｎ＋１反転位置を決定すること、
    をさらに備える請求項１１に記載の方法。
14. 前記傾斜角を複数の角度に分割して、それぞれの分割された前記角度に対応する、同一の前記開始位置からそれぞれの前記角度で前方且つ上方に向かって延びる傾斜面を含む複数の前記目標設計地形を生成することをさらに備える、
    請求項９に記載の方法。
15. 前記開始位置から前記土または岩のダンプを開始することをさらに備える、
    請求項９に記載の方法。
16. 前記目標設計地形は、前記傾斜面の前方に位置する水平面をさらに含む、
    請求項９に記載の方法。
17. 前記傾斜角は、０度より大きく、且つ、１５度以下である、
    請求項９に記載の方法。
18. 前記現況地形を示す現況地形データを取得することと、
    前記目標設計地形に従って前記現況地形上に土または岩をダンプした後に前記現況地形データを更新することと、
    更新された前記現況地形よりも少なくとも一部が上方に位置する次の目標設計地形を決定すること、
    をさらに備える請求項９に記載の方法。
19. 前記土または岩は、前記作業車両により掘削された土または岩である、
    請求項９に記載の方法。
20. 作業機と、
    前記作業機を制御するコントローラと、
    を備える作業車両であって、
    前記コントローラは、
    水平方向に対する所定の傾斜角を取得し、
    少なくとも一部が現況地形よりも上方に位置し、所定の開始位置から前方且つ上方に向かって延び、水平方向に対して前記傾斜角で傾斜した傾斜面を含み、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
    前記目標設計地形に従って、前記作業車両の手前側から奥側に向かって順次、前記現況地形上に土または岩をダンプするように、前記作業機を動作させる、
    作業車両。
21. 前記コントローラは、前記作業機を制御して前記現況地形上に前記土または岩をダンプしながら、ダンプされた前記土または岩上で前記作業車両を前進させる、
    請求項２０に記載の作業車両。
22. 前記コントローラは、前記傾斜角を複数の角度に分割して、それぞれの分割された前記角度に対応する、同一の前記開始位置からそれぞれの前記角度で前方且つ上方に向かって延びる傾斜面を含む複数の前記目標設計地形を生成する、
    請求項２０に記載の作業車両。
23. 前記土または岩は、前記作業車両により掘削された土または岩である、
    請求項２０に記載の作業車両。
24. 作業機を有する作業車両の制御システムであって、
    コントローラを備え、
    前記コントローラは、
    少なくとも一部が現況地形よりも上方に位置し、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
    前記目標設計地形に従って、前記作業車両の手前側から奥側に向かって順次、前記現況地形上に土または岩をダンプするように、前記作業機を動作させ、
    ダンプされた前記土または岩の縁の位置を示す信号を出力するセンサをさらに備え、
    前記コントローラは、
    前記センサからの信号から、ダンプされた前記土または岩の縁の位置を取得し、
    前記縁の位置から反転位置を決定し、
    前記作業車両を前記反転位置に向かって前進させ、前記反転位置で前進から後進に切り換える、
    作業車両の制御システム。
25. 作業機を有する作業車両を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
    少なくとも一部が現況地形よりも上方に位置し、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定することと、
    前記目標設計地形に従って、前記作業車両の手前側から奥側に向かって順次、前記現況地形上に土または岩をダンプするように、前記作業機を動作させることと、
    ダンプされた前記土または岩の縁の位置を取得することと、
    前記縁の位置から反転位置を決定することと、
    前記作業車両を前記反転位置に向かって前進させ、前記反転位置で前進から後進に切り換えること、
    を備える方法。
26. 作業機と、
    前記作業機を制御するコントローラと、
    を備える作業車両であって、
    前記コントローラは、
    少なくとも一部が現況地形よりも上方に位置し、前記作業機の目標軌跡を示す目標設計地形を決定し、
    前記目標設計地形に従って、前記作業車両の手前側から奥側に向かって順次、前記現況地形上に土または岩をダンプするように、前記作業機を動作させ、
    ダンプされた前記土または岩の縁の位置を示す信号を出力するセンサをさらに備え、
    前記コントローラは、
    前記センサからの信号から、ダンプされた前記土または岩の縁の位置を取得し、
    前記縁の位置から反転位置を決定し、
    前記作業車両を前記反転位置に向かって前進させ、前記反転位置で前進から後進に切り換える、
    作業車両。

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