JP7248122B2 - 掘削軌道生成方法、システム、及び掘削軌道生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、掘削装置が対象物を掘削する軌道を生成する掘削軌道生成方法、システム、及び掘削軌道生成装置に関する。

作業人員削減による低コスト化、及び無人化による安全性向上などの観点から、バックホウなどの掘削装置を用いた土砂搬出作業の自動化するための取り組みがなされている。

掘削装置を自動制御するにあたり、掘削装置の軌道を生成する方法として、例えば、特許文献１には、掘削開始点を決定し、バケットに負荷がかからない軌道、言い換えればバケットに積載し過ぎないようにするための軌道を生成する軌道生成装置が開示されている。

また、特許文献２には、掘削順序の順番に各掘削部位を探索し、掘削量、消費エネルギー及び時間などの性能基準に基づいて費用関数を最適化することにより、掘削機のバケットの位置と向きを決定する土工作業計画方法が開示されている。

特開２０１６－１６０７１８号公報 特開平１１－２４７２３０号公報

上述した特許文献１及び２などには掘削軌道を生成することが開示されているが、例えば堆積量や対象物の形状など、掘削対象物の堆積状況を考慮して、効率良く掘削可能な軌道を生成することが望まれる。

本発明の目的は、効率良く対象物を掘削可能な軌道を生成することを可能にする軌道生成方法、システム、及び掘削軌道生成装置を提供することにある。

本発明の軌道生成方法は、対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得することと、上記掘削地点と、上記掘削地点での上記対象物の堆積高さ情報と、上記対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、上記掘削装置が上記対象物を掘削する軌道を生成することと、を含む。

本発明のシステムは、対象物を掘削する掘削装置と、上記掘削装置が上記対象物を掘削する軌道を生成する掘削軌道生成装置と、を備え、上記掘削軌道生成装置は、上記対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得する取得部と、上記掘削地点と、上記掘削地点での上記対象物の堆積高さ情報と、上記掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、上記掘削装置が上記対象物を掘削する軌道を生成する生成部と、上記軌道に沿って上記対象物を掘削することを上記掘削装置に指示する制御部と、を有し、上記掘削装置は、上記軌道に沿って上記対象物を掘削する。

本発明の掘削軌道生成装置は、対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得する取得部と、上記掘削地点と、上記掘削地点での上記対象物の堆積高さ情報と、上記対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、上記掘削装置が上記対象物を掘削する軌道を生成する生成部と、を備える。

本発明によれば、効率良く対象物を掘削可能な軌道を生成することが可能になる。なお、本発明により、当該効果の代わりに、又は当該効果とともに、他の効果が奏されてもよい。

図１は、本発明の実施形態に係るシステムの概略的な構成の一例を示す説明図である。 図２は、第１の実施形態に係る掘削軌道生成装置４のハードウェア構成の例を示すブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係るシステム１において、掘削軌道生成装置４及び位置検出装置５により実現される構成の例を示すブロック図である。 図４は、掘削装置３の本体部から掘削地点の算出処理の例を説明するための説明図である。 図５は、土砂量を算出する処理の例を説明するための説明図である。 図６は、掘削軌道生成装置４（パラメータ算出部１２０）により算出される各パラメータを説明するための図である。 図７は、ＧＲＡＤの算出処理を説明するための図である。 図８は、ＤＲＡＧおよびＧＲＡＤａｖｇを算出するための計算アルゴリズムを示す図である。 図９は、対象物２の平均勾配ＧＲＡＤａｖｇの算出処理を説明するための図である。 図１０は、ＤＲＡＧとＧＲＡＤａｖｇから見込まれる掘削土砂量ＶＯＬの算出処理を説明するための説明図である。 図１１は、掘削軌道生成アルゴリズムに従って掘削軌道を生成する処理を説明するための説明図である。 図１２は、表示装置４６に表示される掘削軌道の画面例を示す図である。 第１の実施形態に係る掘削軌道生成処理の概略的な流れの例を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係る掘削軌道生成処理の概略的な流れの例を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に係る掘削軌道生成処理の概略的な流れの例を説明するためのフローチャートである。 図１６は、第２の実施形態に係る掘削軌道生成装置４の概略的な構成の例を示すブロック図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、同様に説明されることが可能な要素については、同一の符号を付することにより重複説明が省略され得る。

説明は、以下の順序で行われる。
１．本発明の実施形態の概要
２．システムの構成
３．第１の実施形態
３．１．掘削軌道生成装置４の構成
３．２．技術的特徴
４．第２の実施形態
４．１．掘削軌道生成装置４の構成
４．２．技術的特徴
５．他の実施形態

＜＜１．本発明の実施形態の概要＞＞
まず、本発明の実施形態の概要を説明する。

（１）技術的課題
作業人員削減による低コスト化、及び無人化による安全性向上などの観点から、バックホウなどの掘削装置を用いた土砂搬出作業の自動化するための取り組みがなされている。

例えば以下のような、認識、判断、及び制御などの処理を行うことにより、掘削装置の自動化が実現される。まず、認識処理として、センサネットワークにより掘削装置（バックホウ）や環境（土砂ピット、ダンプなど）の状態を観測して、その観測情報を自動制御システムに収集する。次に、判断処理として、掘削位置、掘削量、及び軌道などを決定する。次に、制御処理として、上記決定された軌道に基づいて掘削装置を制御する。

ここで、例えば堆積量や対象物の形状など、掘削対象物の堆積状況を考慮して、効率良く掘削可能な軌道を生成することが望まれる。そこで、本実施形態では、効率良く対象物を掘削可能な軌道を生成することを目的とする。

（２）技術的特徴
本発明の実施形態では、例えば、対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得し、上記掘削地点と、上記掘削地点での上記対象物の堆積高さ情報と、上記対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、上記掘削装置が上記対象物を掘削する軌道を生成する。

これにより、例えば、効率良く対象物を掘削可能な軌道を生成することが可能になる。なお、上述した技術的特徴は本発明の実施形態の具体的な一例であり、当然ながら、本発明の実施形態は上述した技術的特徴に限定されない。

＜＜２．システムの構成＞＞
図１を参照して、本発明の実施形態に係るシステム１の構成の例を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るシステム１の概略的な構成の一例を示す説明図である。図１を参照すると、システム１は、例えば土砂ピットに堆積されている土砂などの対象物２を掘削する掘削装置３と、掘削装置３が対象物２を掘削する軌道を生成する掘削軌道生成装置４と、対象物２の位置を検出する位置検出装置５と、を含む。

以上のような構成のシステム１では、例えば、掘削軌道生成装置４は、掘削装置３から遠隔した場所に配置され、ネットワーク６を介して掘削装置３との間で通信を行う。これにより、掘削軌道生成装置４は、掘削装置３を遠隔制御することができる。また、例えば、掘削軌道生成装置４は、ネットワーク６を介して位置検出装置５との間で通信可能であってもよい。ネットワーク６は、有線のネットワーク（例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）、光ファイバ等）、又は無線のネットワーク（例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＷｉＦｉ（登録商標）又はローカル５Ｇ）である。

位置検出装置５は、掘削場所における対象物２に関する情報を検出し、例えばネットワーク６を介して検出結果に関する情報を掘削軌道生成装置４に送信する。位置検出装置５は、例えば、３Ｄライダ（３Ｄ ＬｉＤＡＲ）、ステレオカメラ、又はＴＯＦ（Time of Flight）カメラ等の３次元センサ（３Ｄセンサ）であるが、これに限定されない。位置検出装置５が上記３Ｄライダである場合、一例として取得される情報は対象物２の３次元座標情報であり得る。また、位置検出装置５がステレオカメラである場合、一例として取得される情報は対象物２の３次元撮像画像であり得る。なお、取得される対象物２の情報は、これら２つの例に限定されない。

また、本実施形態では、アームの先端に取り付けたショベル（バケット）の作用面が手前側であるバックホウを、掘削装置３の具体例として説明する。なお、掘削装置３は、バックホウに限定されず、例えば、ショベル（バケット）の作用面が前方を向いているパワーショベルなどであってもよい。

＜＜３．第１の実施形態＞＞
続いて、図２～図１５を参照して、第１の実施形態に係る掘削軌道生成装置４を説明する。

＜３．１．掘削軌道生成装置４の構成＞
図２は、第１の実施形態に係る掘削軌道生成装置４のハードウェア構成の例を示すブロック図である。図２を参照すると、掘削軌道生成装置４は、通信インタフェース４１、入出力部４２、演算処理部４３、メインメモリ４４、及び記憶部４５を備える。

通信インタフェース４１は、外部の装置との間でデータを送受信する。例えば、通信インタフェース４１は、有線通信路または無線通信路を介して外部装置と通信する。

演算処理部４３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等である。メインメモリ４４は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等である。記憶部４５は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、またはメモリカード等である。また、記憶部４５は、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリであってもよい。

掘削軌道生成装置４では、例えば記憶部４５に記憶された掘削軌道生成用プログラムをメインメモリ４４に読み出して演算処理部４３により実行することにより、図３に示すような機能部が実現される。これらのプログラムをメインメモリ４４上に読み出してから実行してもよいし、メインメモリ４４上に読み出さずに実行してもよい。また、メインメモリ４４や記憶部４５は、掘削軌道生成装置４が備える構成要素が保持する情報やデータを記憶する役割も果たす。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc-ROM）、ＣＤ－Ｒ（CD-Recordable）、ＣＤ－Ｒ／Ｗ（CD-ReWritable）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭを含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

表示装置４６は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、モニターのような、演算処理部４３により処理された描画データに対応する画面を表示する装置である。

図３は、第１の実施形態に係るシステム１において、掘削軌道生成装置４及び位置検出装置５により実現される構成の例を示すブロック図である。図３を参照すると、掘削軌道生成装置４は、掘削地点取得部１１０、パラメータ算出部１２０、掘削土砂量取得部１３０、掘削軌道生成部１４０、制御部１５０、及び表示部１６０を備える。

＜３．２．技術的特徴＞
次に、図２～１５を参照して、第１の実施形態の技術的特徴を説明する。

第１の実施形態によれば、掘削軌道生成装置４（掘削地点取得部１１０）は、対象物２を掘削する掘削地点に関する情報を取得する。そして、掘削軌道生成装置４（掘削軌道生成部１４０）は、掘削装置３が対象物２を掘削する軌道を生成する。掘削軌道生成装置４は、例えば、上記掘削地点と、上記掘削地点での対象物２の堆積高さ情報と、対象物2を掘削する掘削装置３の掘削可動範囲と、に基づいて、掘削装置３が対象物２を掘削する軌道を生成する。

ここで、上記掘削地点での対象物２の堆積高さ情報は、例えば、上記掘削地点から上記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度によって表される情報である。また、上記掘削装置３の上記掘削可動範囲は、例えば掘削装置３が備えるバケットの引き幅（以下、バケット引き幅ともいう。）によって決まる。上記対象物２の上記深度、及び上記掘削装置３の上記バケット引き幅などは、例えばパラメータ算出部１２０により算出される。

（１）掘削地点の取得

具体的に、掘削地点取得部１１０は、上記掘削地点に関する情報を取得するため、図３に示すように、掘削領域制限部１１１、土砂量算出部１１２、及び掘削位置選択部１１３を備える。

－掘削可能領域の絞り込み
掘削地点取得部１１０（掘削領域制限部１１１）は、掘削装置３が掘削可能な範囲を特定する。掘削領域制限部１１１は、例えば、掘削装置３の本体部から掘削地点までの距離を算出して、掘削装置３の本体部から掘削地点までの距離に基づいて掘削可能となる領域を特定する。

図４は、掘削装置３の本体部３１から対象地点４００の算出処理の例を説明するための説明図である。図４を参照すると、掘削装置３は、本体部３１、ブーム３２、アーム３３、及びバケット３４を備える。

Ｒは、例えば、本体部３１の位置（例えば、本体部３１の旋回軸）から対象地点４００までの水平方向の距離である。また、Ｄは、掘削装置３の接地面から対象地点４００までの垂直方向の距離である。また、Ｈは、掘削装置３の接地面から本体部３１の位置（例えば、本体部３１の旋回軸）までの垂直方向の距離である。ここで、Ｄ及びＨは、両方とも、図４に示す垂直軸Ｚを正の値とする。

このように、Ｒ、Ｄ、Ｈの値を定義すると、掘削装置３の本体部３１から対象地点４００までの距離Ｌは、下記式により算出することができる。

掘削地点取得部１１０（掘削領域制限部１１１）は、上述して算出された距離Ｌに基づいて、掘削可能領域を、以下の条件を満たす対象地点に制限する。

なお、上記のＤおよびＬの上下限値（境界値）は、掘削装置３のサイズ、対象物２（具体的には土砂ピット）のサイズなどに応じて決定されてもよい。

－土砂量による掘削地点選択
掘削地点取得部１１０は、対象物２の堆積量に基づいて上記掘削地点を決定することにより、上記掘削地点に関する前記情報を取得してもよい。

具体的には、掘削地点取得部１１０（土砂量算出部１１２）は、掘削領域制限部１１１により特定された掘削領域内の掘削基準地点、及びバケット通過領域に応じて、土砂量を算出する。ここで、上記掘削基準地点は、掘削装置３が掘削を開始する地点、より具体的には、掘削装置３が備えるバケットが土砂（対象物２）に入る地点である。また、上記バケット通過領域は、上記掘削基準地点（具体的には、バケットが土砂に入る地点）からバケットを引き幅分移動させるまでに通過する領域である。

図５は、土砂量を算出する処理の例を説明するための説明図である。図５（Ａ）を参照すると、バケット通過領域は、バケット引き幅Ｄ、及びバケット横幅Ｗの乗算値によって決まる。また、図５（Ｂ）を参照すると、土砂量算出領域は、掘削領域内の各々の掘削基準地点Ａ、Ｂ、Ｃからバケット引き幅Ｄまでの区間によって決まる。

したがって、図５（Ｂ）に示す例では、掘削基準地点Ａから掘削される土砂量ＶＯＬ（対象物２の堆積量）が、下記式により算出される。

ここで、（ｘ，ｙ）は、水平方向の位置座標である。また、関数ｚ（ｘ，ｙ）は、土砂（対象物２）の表面から上記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度を表す関数である。関数ｚ（ｘ，ｙ）により表される深度は、例えば、位置検出装置５により取得される情報に基づいて算出される。

このようにして、掘削地点取得部１１０（土砂量算出部１１２）は、掘削基準地点Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて土砂量（対象物２の堆積量）を算出することができる。

なお、図５（Ｂ）に示す例において、掘削基準地点Ｃから土砂（対象物２）を掘削する場合には土留めがあるため、土留めのサイズに応じてバケット引き幅Ｄが制限されてもよい。

掘削地点取得部１１０（掘削位置選択部１１３）は、算出した土砂量に基づいて、掘削基準地点を掘削地点として選択する。例えば、掘削地点取得部１１０（掘削位置選択部１１３）は、算出した土砂量が最大となる掘削基準地点を掘削地点として選択する。例えば、図５（Ｂ）に示す例では、掘削基準地点Ａが、上記掘削地点として選択される。つまり、掘削基準地点Ａが上記掘削地点として決定される。このようにして、土砂（対象物２）がより多く堆積された地点から土砂（対象物２）を掘削することができる。

なお、選択対象となる掘削地点は、上述した土砂量が最大となる掘削基準地点に限らず、例えば、最もバケットに積載できる地点を掘削地点としてもよい。この場合、掘削地点取得部１１０（土砂量算出部１１２）は、最もバケットに積載できる地点を掘削地点として選択できるようにするために，掘削基準地点から掘削した場合にバケットに積載できる土砂量を算出する。そして、掘削地点取得部１１０（掘削位置選択部１１３）は、算出した土砂量に基づいて、最もバケットに積載できる掘削基準地点を掘削地点として選択する。

（２）パラメータの算出
掘削軌道生成装置４（パラメータ算出部１２０）は、例えば、図３に示すように、距離算出部１２１、深度算出部１２２、勾配算出部１２３、バケット引き幅算出部１２４、平均勾配算出部１２５、及びパラメータ決定部１２６を備える。

－パラメータの定義
図６は、掘削軌道生成装置４（パラメータ算出部１２０）により算出される各パラメータを説明するための図である。

ＲＡＮＧＥは、例えば掘削装置３の本体部の位置（例えば本体部の旋回軸Ｚ）から掘削地点までの水平距離である。ＤＥＰＴＨは、掘削地点での対象物２の深度である。ＧＲＡＤは、掘削地点の勾配である。ＤＲＡＧは、掘削時のバケット引き幅である。ＧＲＡＤａｖｇは掘削領域の平均勾配である。

例えば、ＲＡＮＧＥ及びＤＥＰＴＨは、掘削地点までの軌道を決定するために用いられる。また、ＧＲＡＤは、掘削時のバケット挿入角度を決定するために用いられる。また、ＤＲＡＧは、掘削時のバケット通過範囲を決定するのに用いられる。また、ＧＲＡＤａｖｇは、掘削軌道の傾斜度を決定するために用いられる。

－ＲＡＮＧＥの算出
パラメータ算出部１２０（距離算出部１２１）は、ＲＡＮＧＥを算出する。例えば、パラメータ算出部１２０（距離算出部１２１）は、掘削装置３の本体部の位置（例えば本体部の旋回軸Ｚ）から掘削地点までの相対距離により、ＲＡＮＧＥを算出する。

－ＤＥＰＴＨの算出
パラメータ算出部１２０（深度算出部１２２）は、例えば、位置検出装置５による検出結果に基づいて、上記掘削地点から上記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度を、ＤＥＰＴＨとして算出する。

－ＧＲＡＤの算出
図７は、ＧＲＡＤの算出処理を説明するための図である。勾配算出部１２３は、例えば図７に示すように、掘削地点７０１と周辺地点７０２、７０３の深度誤差に基づいて、掘削地点７０１の勾配をＧＲＡＤとして算出する。

－ＤＲＡＧおよびＧＲＡＤａｖｇの算出
図８は、ＤＲＡＧおよびＧＲＡＤａｖｇを算出するための計算アルゴリズムの例を示す図である。すなわち、図８を参照すると、ＤＲＡＧおよびＧＲＡＤａｖｇは、例えば図８に示すようなアルゴリズムに従って算出される。

まず、パラメータ算出部１２０（バケット引き幅算出部１２４）は、決定した掘削地点から所定の土砂量を掘削するのに必要となる最小バケット引き幅（ＤＲＡＧｍｉｎ）をＤＲＡＧに決定する。ここで、上記所定の土砂量は、例えば掘削土砂量取得部１３０により取得され、掘削土砂量取得部１３０からバケット引き幅算出部１２４へ通知される。

次に、パラメータ算出部１２０（平均勾配算出部１２５）は、上記掘削地点に堆積される対象物２の平均勾配ＧＲＡＤａｖｇを算出する。例えば、パラメータ算出部１２０（平均勾配算出部１２５）は、対象物２の深度と、上記掘削地点と、バケットの引き幅ＤＲＡＧ（上記掘削可動範囲）とに基づいて、上記掘削地点に堆積される対象物２の平均勾配ＧＲＡＤａｖｇを算出する。図９は、対象物２の平均勾配ＧＲＡＤａｖｇの算出処理を説明するための図である。図９を参照すると、平均勾配ＧＲＡＤａｖｇは、下記式に示すように、掘削領域内の対象物２の深度の積分値をバケット引き幅Ｄで除算することにより算出される。

ここで、Ｈは、掘削装置３の接地面から掘削地点までの高さである。また、バケット引き幅Ｄには、バケット引き幅算出部１２４により算出されたＤＲＡＧが入力される。

次に、パラメータ算出部１２０（パラメータ決定部１２６）は、上記のように算出されたＤＲＡＧとＧＲＡＤａｖｇから見込まれる掘削土砂量ＶＯＬを算出する。図１０は、ＤＲＡＧとＧＲＡＤａｖｇから見込まれる掘削土砂量ＶＯＬの算出処理を説明するための説明図である。具体的には、パラメータ算出部１２０（パラメータ決定部１２６）は、下記式を用いることにより、掘削地点を起点として、傾斜度がＧＲＡＤａｖｇであるベースライン上の土砂量ＶＯＬを算出する。

ここで、Ｈは掘削装置３の接地面から掘削地点までの高さである。Ｌは、掘削地点からバケットが挿入される深さ、すなわちバケット長さである。また、Ｄにはバケット引き幅算出部１２４により算出されたＤＲＡＧが入力される。また、Ｒは、掘削装置３の旋回軸Ｚから対象地点までの推定方向の距離である。Ｗはバケット横幅である。関数ｚ（ｘ，ｙ）は、土砂（対象物２）の表面から上記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度を表す関数である。関数ｚ（ｘ，ｙ）により表される深度は、例えば、位置検出装置５により取得される情報に基づいて算出される。

パラメータ算出部１２０（パラメータ決定部１２６）は、上記式により算出されたＶＯＬが、バケット容量に基づき積載可能な所定の土砂体積ＶＯＬｔｈを越えているか否かを判断する。ＶＯＬが所望の土砂体積ＶＯＬｔｈを越えている場合には、現在のＤＲＡＧとＧＲＡＤａｖｇが掘削軌道生成部１４０に送られる。

一方、ＶＯＬが所定の土砂体積ＶＯＬｔｈを越えていない場合には、パラメータ算出部１２０（バケット引き幅算出部１２４）は、現在のバケット引き幅ＤＲＡＧ（最小バケット引き幅ＤＲＡＧｍｉｎ）を、ＤＲＡＧ＋ΔＤＲＡＧに更新し、更新後のＤＲＡＧが最大バケット引き幅ＤＲＡＧｍａｘを越えているか否かを判断する。更新後のＤＲＡＧが上記最大バケット引き幅ＤＲＡＧｍａｘを越えている場合には、現在のＤＲＡＧとＧＲＡＤａｖｇが掘削軌道生成部１４０に送られる。一方、更新後のＤＲＡＧが最大バケット引き幅ＤＲＡＧｍａｘを越えていない場合には、パラメータ算出部１２０（平均勾配算出部１２５）により、更新後のＤＲＡＧに応じてＧＲＡＤａｖｇが再び算出される。

（まとめ）
以上のようにして、パラメータ算出部１２０は、ＲＡＮＧＥ、ＤＥＰＴＨ、ＧＲＡＤ、ＤＲＡＧ、及びＧＲＡＤａｖｇを算出して、算出した５つのパラメータを掘削軌道生成部１４０に通知する。

（３）掘削軌道の生成
掘削軌道生成装置４（掘削軌道生成部１４０）は、パラメータ算出部１２０から受信したパラメータに基づいて、掘削装置３が対象物２を掘削する軌道を生成する。具体的には、掘削軌道生成装置４（掘削軌道生成部１４０）は、上記掘削地点での対象物２の深度と、掘削装置３の上記掘削可動範囲（バケット引き幅）と、掘削装置３から上記掘削地点までの距離と、掘削地点に堆積される対象物２の勾配とに基づいて、上記軌道を生成する。

例えば、掘削軌道生成部１４０は、次のような掘削軌道生成アルゴリズムに従って、掘削軌道を生成する。図１１は、掘削軌道生成アルゴリズムに従って掘削軌道を生成する処理を説明するための説明図である。

まず、掘削軌道生成部１４０は、距離ＲＡＮＧＥと深さＤＥＰＴＨとに応じて掘削地点Ａの上方地点Ａ’を算出し，初期姿勢ＰからＡ’までの直線経路を算出する。次に、掘削軌道生成部１４０は、Ａ’地点からA地点への直線経路を算出する。次に、掘削軌道生成部１４０は、Ａ地点の勾配ＧＲＡＤに対して直交な方向で、深さＬまでバケットを挿入する地点Ｂを算出し、ＡからＢへの直線経路を算出する。次に、掘削軌道生成部１４０は、Ｂ地点から平均勾配ＧＲＡＤａｖｇだけ傾けた直線上で引き幅ＤＲＡＧの長さの地点Ｃを算出し、ＢからＣへの直線経路を算出する。次に、掘削軌道生成部１４０は、Ｃ地点の上方地点Ｄを算出し、ＣからＤまでの直線経路を算出する。このようにして、掘削軌道生成部１４０は、Ａ’、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順番に直線で結ぶ掘削軌道を生成することができる。

（４）掘削軌道に基づく制御
掘削軌道生成装置４（制御部１５０）は、掘削軌道生成部１４０により生成された掘削軌道に沿って対象物２を掘削することを、掘削装置３に指示する。

（５）掘削軌道の表示
掘削軌道生成装置４（表示部１６０）は、掘削軌道生成部１４０により生成された掘削軌道を表示装置４６に表示する。図１２は、表示装置４６に表示される掘削軌道の画面例１２００を示す図である。例えば、図１２に示す画面例１２００は、主に、３つの表示領域１２０１、１２０２、１２０３を含む。

図１２に示すように、表示装置４６は、例えば、掘削軌道に応じて変化する掘削装置３の挙動を表示する（表示領域１２０１）。表示装置４６は、例えば、掘削箇所と掘削装置３の位置と掘削状況とを示すようにしてもよい。表示装置４６は、例えば、掘削軌道に応じて変化する掘削装置３の挙動を複数の画像を並べて表示してもよいし、複数の画像を連続して表示することで、動画のように掘削装置３の挙動を表示してもよい。表示装置４６は、例えば、掘削軌道生成部１４０によって生成された掘削装置３の軌道を表示してもよい。

表示装置４６は、例えば、掘削軌道に応じて変化する各種状態パラメータの数値や掘削軌道に応じたバケット、ブーム、及びアームなどの挙動に関する情報を表示する（表示領域１２０２）。具体的には、表示装置４６は、例えば、Ｂｕｃｋｅｔ（例えば、バケット及びバケット刃先軸間の線分とバケット及びアーム軸間線分とがなす角度）、Ａｒｍ（例えば、バケット及びアーム軸間線分とアーム及びブーム軸間線分とがなす角度）、Ｂｏｏｍ（例えば、アーム及びブーム軸間線分と水平線とがなす角度）、Ｔｕｒｎ（例えば、掘削装置３の正面を0度とする旋回角度）、Ｓｔａｔｕｓ（例えば、掘削、積込、旋回、又は均し等の動作の段階）を表示する。

表示装置４６は、例えば、掘削装置３や対象物２の位置を座標や図面で表示してもよい（表示領域１２０３）。具体的には、表示装置４６は、掘削装置３における所定の基準方向（例えば、掘削開始時点での掘削装置３の正面方向）を基準角度（例えば、０度）として、掘削装置３の旋回角度を表示してもよい。

表示装置４６は、例えば、位置検出装置５が検出した情報に基づいて、対象物２の情報を表示してもよい。具体的には、表示装置４６は、例えば、掘削装置３から対象物２までの相対距離、対象物２の位置を示す座標、及び位置検出装置５の取得した情報に基づいて算出された堆積した対象物２の形状などを表示してもよい。

（６）処理の流れ
図１３から図１５を参照して、第１の実施形態に係る掘削軌道を生成する処理の例を説明する。図１３、図１４、及び図１５は、第１の実施形態に係る掘削軌道生成処理の概略的な流れの例を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１３０１において、位置検出装置５は、掘削装置３の位置（例えば旋回軸の位置）を検出する。またステップＳ１３０２において、位置検出装置５は、土砂エリア（対象物２）の位置を検出する。次いで、ステップＳ１３０３に進む。なお、掘削装置３の位置は、掘削装置３自身がＧＰＳ（Global Positioning System）又はＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などの測位システムを利用することにより、検出されてもよい。また、土砂エリア（対象物２）の位置は、位置検出装置５により検出される場合に限らず、予め特定されていてもよい。

ステップＳ１３０３において、掘削軌道生成装置４（掘削領域制限部１１１）は、土砂エリア（対象物２が堆積した領域）から掘削地点の対象となる候補領域を算出して、ステップＳ１３０４に進む。

ステップＳ１３０４において、掘削軌道生成装置４（土砂量算出部１１２）は、掘削候補領域内の各地点から掘削時バケット通過領域内の土砂量を算出して、ステップＳ１３０５に進む。

ステップＳ１３０５において、掘削軌道生成装置４（掘削位置選択部１１３）は、バケット通過領域内の土砂量が最大となる地点を掘削地点として選択して、図１４に示すステップＳ１４０１に進む。

ステップＳ１４０１において、掘削軌道生成装置４（距離算出部１２１）は、掘削装置３の位置（例えば旋回軸の位置）から掘削地点までの距離を算出して、ステップＳ１４０２に進む。

ステップＳ１４０２において、掘削軌道生成装置４（深度算出部１２２）は、掘削地点の深度を算出して、ステップＳ１４０３に進む。

ステップＳ１４０３において、掘削軌道生成装置４（勾配算出部１２３）は、掘削地点における勾配を算出して、ステップＳ１４０４に進む。

ステップＳ１４０４において、掘削軌道生成装置４（掘削土砂量取得部１３０）が、例えばオペレータによる操作入力に応じて設定される所定の掘削土砂量を取得して、ステップＳ１４０５に進む。

ステップＳ１４０５において、掘削軌道生成装置４（バケット引き幅算出部１２４）は、上記所定の掘削土砂量を掘削するのに必要となる最小バケット引き幅を算出して、ステップＳ１４０６に進む。

ステップＳ１４０６において、掘削軌道生成装置４（平均勾配算出部１２５）は、バケット引き幅に基づく掘削領域内の平均勾配を算出して、図１５に示すステップＳ１５０１に進む。

ステップＳ１５０１において、掘削軌道生成装置４（掘削軌道生成部１４０）は、ステップＳ１４０１～Ｓ１４０６により算出された掘削軌道生成用パラメータに基づき目標掘削軌道を生成して、ステップＳ１５０２に進む。

ステップＳ１５０２において、掘削軌道生成装置４（制御部１５０）は、目標掘削軌道に追従するように、掘削装置を自動制御して、図１３から図１５に示す処理を終了する。

上記図１３から図１５に示す処理によれば、土砂ピットに積載された土砂（対象物２）の堆積量やその形状など、掘削対象物の堆積状況を考慮して、例えば、適切な土砂量を掘削できるように効率良く掘削可能な軌道を生成することができる。

＜＜４．第２の実施形態＞＞
続いて、図１６を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。上述した第１の実施形態は、具体的な実施形態であるが、第２の実施形態は、より一般化された実施形態である。

＜４．１．掘削軌道生成装置４の構成＞
図１６は、第２の実施形態に係る掘削軌道生成装置４の概略的な構成の例を示すブロック図である。図１６を参照すると、掘削軌道生成装置４は、取得部５１０、及び生成部５２０を備える。

取得部５１０、及び生成部５２０は、１つ以上のプロセッサと、メモリ（例えば、不揮発性メモリ及び／若しくは揮発性メモリ）並びに／又はハードディスクとにより実装されてもよい。取得部５１０、及び生成部５２０は、同一のプロセッサにより実装されてもよく、別々に異なるプロセッサにより実装されてもよい。上記メモリは、上記１つ以上のプロセッサ内に含まれていてもよく、又は、上記１つ以上のプロセッサ外にあってもよい。

＜４．２．技術的特徴＞
第２の実施形態に係る技術的特徴を説明する。

第２の実施形態によれば、掘削軌道生成装置４（取得部５１０）は、対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得する。そして、掘削軌道生成装置４（生成部５２０）は、上記掘削地点と、上記掘削地点での対象物の堆積高さ情報と、対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、掘削装置が対象物を掘削する軌道を生成する。

－第１の実施形態との関係
一例として、第２の実施形態の取得部５１０及び生成部５２０は、それぞれ、第１の実施形態の掘削地点取得部１１０及び掘削軌道生成部１４０の動作を行ってもよい。この場合に、第１の実施形態についての説明は、第２の実施形態にも適用されうる。

なお、第２の実施形態は、この例に限定されない。

以上、第２の実施形態を説明した。第２の実施形態によれば、例えば、効率良く対象物を掘削可能な軌道を生成することが可能になる。

＜＜５．他の実施形態＞＞
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は例示にすぎないということ、及び、本発明のスコープ及び精神から逸脱することなく様々な変形が可能であるということは、当業者に理解されるであろう。

例えば、上述した掘削軌道生成装置は、掘削装置と遠隔して配置される場合に限らず、例えば掘削装置内部に設けられてもよい。また、本明細書に記載されている処理におけるステップは、必ずしもシーケンス図に記載された順序に沿って時系列に実行されなくてよい。例えば、処理におけるステップは、シーケンス図として記載した順序と異なる順序で実行されても、並列的に実行されてもよい。また、処理におけるステップの一部が削除されてもよく、さらなるステップが処理に追加されてもよい。

また、本明細書において説明した掘削軌道生成装置の構成要素（例えば、掘削地点取得部、パラメータ算出部、及び／又は掘削軌道生成部）を備える装置（例えば、掘削軌道生成装置を構成する複数の装置（又はユニット）のうちの１つ以上の装置（又はユニット）、又は上記複数の装置（又はユニット）のうちの１つのためのモジュール）が提供されてもよい。また、上記構成要素の処理を含む方法が提供されてもよく、上記構成要素の処理をプロセッサに実行させるためのプログラムが提供されてもよい。また、当該プログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な非一時的記録媒体（Non-transitory computer readable medium）が提供されてもよい。当然ながら、このような装置、モジュール、方法、プログラム、及びコンピュータに読み取り可能な非一時的記録媒体も本発明に含まれる。

上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得することと、
前記掘削地点と、前記掘削地点での前記対象物の堆積高さ情報と、前記対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成することと、
を含む、掘削軌道生成方法。

（付記２）
前記掘削地点に関する前記情報の取得では、前記対象物の堆積量に基づいて前記掘削地点を決定する、付記１記載の掘削軌道生成方法。

（付記３）
前記軌道に沿って前記対象物を掘削することを前記掘削装置に指示することを、更に含む、付記１又は２記載の掘削軌道生成方法。

（付記４）
前記軌道の生成では、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記掘削装置から前記掘削地点までの距離と、前記掘削地点に堆積される前記対象物の勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、付記１乃至３のうち何れか１項記載の掘削軌道生成方法。

（付記５）
前記対象物の前記堆積高さ情報は、前記掘削地点から前記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度によって表される情報である、付記１乃至４のうち何れか１項記載の掘削軌道生成方法。

（付記６）
前記対象物の位置を検出する位置検出装置による検出結果に基づいて、前記対象物の前記深度を算出することを、更に含む、付記５記載の掘削軌道生成方法。

（付記７）
前記軌道を表示装置に表示することを、更に含む付記１乃至６のうち何れか１項記載の掘削軌道生成方法。

（付記８）
前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削地点と、前記掘削装置の掘削可動範囲とに基づいて、前記掘削地点に堆積される前記対象物の平均勾配を算出することを、更に含み、
前記軌道の生成では、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記対象物の前記平均勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、付記１乃至７のうち、何れか１項記載の掘削軌道生成方法。

（付記９）
対象物を掘削する掘削装置と、
前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成する掘削軌道生成装置と、を備え、
前記掘削軌道生成装置は、
前記対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得する取得部と、
前記掘削地点と、前記掘削地点での前記対象物の堆積高さ情報と、前記掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成する生成部と、
前記軌道に沿って前記対象物を掘削することを前記掘削装置に指示する制御部と、を有し、
前記掘削装置は、前記軌道に沿って前記対象物を掘削する、システム。

（付記１０）
前記取得部は、前記対象物の堆積量に基づいて前記掘削地点を決定することにより、前記掘削地点に関する前記情報を取得する、付記９記載のシステム。

（付記１１）
前記生成部は、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記掘削装置から前記掘削地点までの距離と、前記掘削地点に堆積される前記対象物の勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、付記９又は１０記載のシステム。

（付記１２）
前記対象物の前記堆積高さ情報は、前記掘削地点から前記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度によって表される情報である、付記９乃至１１のうち何れか１項記載のシステム。

（付記１３）
前記対象物の位置を検出する位置検出装置を更に備え、
前記掘削軌道生成装置は、前記位置検出装置による検出結果に基づいて、前記対象物の前記深度を算出する深度算出部を、更に有する、付記１２記載のシステム。

（付記１４）
前記軌道を表示する表示装置を更に備える付記９乃至１３のうち何れか１項記載のシステム。

（付記１５）
前記掘削軌道生成装置は、
前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削地点と、前記掘削装置の掘削可動範囲とに基づいて、前記掘削地点に堆積される前記対象物の平均勾配を算出する算出部を、更に有し、
前記生成部は、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記対象物の前記平均勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、付記９乃至１４のうち、何れか１項記載のシステム。

（付記１６）
対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得する取得部と、
前記掘削地点と、前記掘削地点での前記対象物の堆積高さ情報と、前記対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成する生成部と、
を備える、掘削軌道生成装置。

（付記１７）
前記取得部は、前記対象物の堆積量に基づいて前記掘削地点を決定することにより、前記掘削地点に関する前記情報を取得する、付記１６記載の掘削軌道生成装置。

（付記１８）
前記軌道に沿って前記対象物を掘削することを前記掘削装置に指示する制御部を、更に備える、付記１６又は１７記載の掘削軌道生成装置。

（付記１９）
前記生成部は、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記掘削装置から前記掘削地点までの距離と、前記掘削地点に堆積される前記対象物の勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、付記１６乃至１８のうち何れか１項記載の掘削軌道生成装置。

（付記２０）
前記対象物の前記堆積高さ情報は、前記掘削地点から前記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度によって表される情報である、付記１６乃至１９のうち何れか１項記載の掘削軌道生成装置。

（付記２１）
前記対象物の位置を検出する位置検出装置による検出結果に基づいて、前記対象物の前記深度を算出する深度算出部を、更に備える、付記２０記載の掘削軌道生成装置。

（付記２２）
前記軌道を表示装置に表示する表示部を、更に備える付記１６乃至２１のうち何れか１項記載の掘削軌道生成装置。

（付記２３）
前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削地点と、前記掘削装置の掘削可動範囲とに基づいて、前記掘削地点に堆積される前記対象物の平均勾配を算出する平均勾配算出部を、更に備え、
前記生成部は、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記対象物の前記平均勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、付記１６乃至２２のうち、何れか１項記載の掘削軌道生成装置。

土砂などの対象物を掘削装置により掘削するシステムにおいて、効率良く対象物を掘削可能な軌道を生成することができる。

１ システム
２ 対象物
３ 掘削装置
４ 掘削軌道生成装置
５ 位置検出装置
６ ネットワーク
１１０ 掘削地点取得部
１２０ パラメータ算出部
１３０ 掘削土砂量取得部
１４０ 掘削軌道生成部
１５０ 制御部
１６０ 表示部
５１０ 取得部
５２０ 生成部

Claims (11)

1. 対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得することと、
   前記掘削地点と、前記掘削地点での前記対象物の堆積高さ情報と、前記対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成することと、
   を含む、掘削軌道生成方法。
2. 前記掘削地点に関する前記情報の取得では、前記対象物の堆積量に基づいて前記掘削地点を決定する、請求項１記載の掘削軌道生成方法。
3. 前記軌道に沿って前記対象物を掘削することを前記掘削装置に指示することを、更に含む、請求項１又は２記載の掘削軌道生成方法。
4. 前記軌道の生成では、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記掘削装置から前記掘削地点までの距離と、前記掘削地点に堆積される前記対象物の勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、請求項１乃至３のうち何れか１項記載の掘削軌道生成方法。
5. 前記対象物の前記堆積高さ情報は、前記掘削地点から前記掘削装置の接地面までの前記対象物の深度によって表される情報である、請求項１乃至４のうち何れか１項記載の掘削軌道生成方法。
6. 前記対象物の位置を検出する位置検出装置による検出結果に基づいて、前記対象物の前記深度を算出することを、更に含む、請求項５記載の掘削軌道生成方法。
7. 前記軌道を表示装置に表示することを、更に含む請求項１乃至６のうち何れか１項記載の掘削軌道生成方法。
8. 対象物を掘削する掘削装置と、
   前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成する掘削軌道生成装置と、を備え、
   前記掘削軌道生成装置は、
   前記対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得する取得手段と、
   前記掘削地点と、前記掘削地点での前記対象物の堆積高さ情報と、前記掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成する生成手段と、
   前記軌道に沿って前記対象物を掘削することを前記掘削装置に指示する制御手段と、を有し、
   前記掘削装置は、前記軌道に沿って前記対象物を掘削する、システム。
9. 前記取得手段は、前記対象物の堆積量に基づいて前記掘削地点を決定することにより、前記掘削地点に関する前記情報を取得する、請求項８記載のシステム。
10. 前記生成手段は、前記対象物の前記堆積高さ情報と、前記掘削装置の前記掘削可動範囲と、前記掘削装置から前記掘削地点までの距離と、前記掘削地点に堆積される前記対象物の勾配とに基づいて、前記軌道を生成する、請求項８又は９記載のシステム。
11. 対象物を掘削する掘削地点に関する情報を取得する取得手段と、
    前記掘削地点と、前記掘削地点での前記対象物の堆積高さ情報と、前記対象物を掘削する掘削装置の掘削可動範囲と、に基づいて、前記掘削装置が前記対象物を掘削する軌道を生成する生成手段と、
    を備える、掘削軌道生成装置。
    

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