JP7401719B2 - 作業機械の制御システムおよび作業機械 - Google Patents
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Description
本発明は、作業機械の制御システムおよび作業機械に関する。
自動で掘削対象物を掘削し、所定の積込位置に積み込む作業機械および作業機械の制御システムが提案されている。作業現場には資材搬入のためのダンプトラックや他の作業機械が進入することがあるため、自動運転する作業機械はそれらとの接触を回避しつつ、作業を継続することが求められる。
例えば、特許文献1には、自動運転から手動運転への切り替えが行えなかった場合に、車両に設定された経路情報から予め設定された退避場所へ車両を退避させ、運転者が手動運転可能になるのを待って運転を引き継ぐ運転支援技術が開示されている。
また、特許文献2には、道路構造マップに基づいて自動走行を行う自動走行制御装置であって、自動走行を制御できない場合には、ワイヤロープ式防護柵の設置区間の路肩に車両を退避させる自動走行制御装置が開示されている。
特許文献1および特許文献2に開示の技術は、対象が公道を走行する車両であり、安全に退避させることのみ考慮されている。しかしながら、作業領域内で作業を行いつつ走行する作業機械は、退避にあたり、作業領域内で作業するダンプトラックや他の作業機械の走行経路および作業効率も考慮する必要がある。これらの引用文献では、作業領域内で作業するダンプトラックや他の作業機械の走行経路や退避による作業効率の低下については、全く考慮されていない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ダンプトラックや他の作業機械との接触を回避しつつ、退避による作業効率の低下を最小限に抑える作業機械の制御技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、代表的な本発明は、作業機械を動作させる制御装置を備えた、作業機械の制御システムであって、前記制御装置は、前記作業機械が実行する作業の情報を含む作業指示と前記作業機械の現在位置とを取得し、前記作業指示と前記現在位置とに基づいて目標位置を設定する行動管理部と、前記現在位置と前記目標位置との間の目標経路を生成する経路計画部と、前記目標経路に従って、前記作業機械を走行させる動作生成部と、を備え、前記行動管理部は、前記作業機械とは別の作業機械の作業範囲に基づいた退避可能位置を含む退避指示を受信し、前記退避指示を受信した場合、別の作業機械の前記作業範囲および前記作業機械の前記現在位置に基づいて、前記退避可能位置の中から退避位置を決定し、前記退避位置を前記目標位置に設定することを特徴とする。
本発明によれば、作業機械の制御において、他の作業機械との接触を回避しつつ、退避による作業効率の低下を最小限に抑えることができる。なお、前述した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明に係る作業機械支援システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
<<第一実施形態>>
まず、第一実施形態の概要を、図1を用いて説明する。本実施形態では、作業領域300内を自動走行する例えば、ホイールローダ等の作業機械100が、作業指示に従って、掘削対象310を掘削し、掘削した対象物を積込対象320まで運搬することを繰り返す。そこに、作業機械100とは異なる動作をする運搬車両330が侵入する。運搬車両330は、例えば、積込対象320に積み込まれた対象物を、作業領域300外に運搬したり、掘削対象310を補充したりする、ダンプトラック等である。なお、作業領域全体の制御を行う管理装置(管理センタに備えられたコンピュータ)等を備えていてもよい。
まず、第一実施形態の概要を、図1を用いて説明する。本実施形態では、作業領域300内を自動走行する例えば、ホイールローダ等の作業機械100が、作業指示に従って、掘削対象310を掘削し、掘削した対象物を積込対象320まで運搬することを繰り返す。そこに、作業機械100とは異なる動作をする運搬車両330が侵入する。運搬車両330は、例えば、積込対象320に積み込まれた対象物を、作業領域300外に運搬したり、掘削対象310を補充したりする、ダンプトラック等である。なお、作業領域全体の制御を行う管理装置(管理センタに備えられたコンピュータ)等を備えていてもよい。
本実施形態では、運搬車両330が作業領域300に侵入すると、退避指示が作業機械100の制御システム180(図3参照)に送信される。作業機械100の制御システム180は、退避指示を受信すると、作業効率の低下を最小限に抑えられる退避位置に退避するよう制御する。
以下、これを実現する作業機械100およびその制御システム180について説明する。ここでは、作業機械100としてホイールローダを例にあげて説明する。
図2は、本実施形態のホイールローダ100の外観を模式的に示す図であり、図3は、本実施形態のホイールローダ100の制御システム180を示す図である。
ホイールローダ100は、車体110と車体110の前方に取り付けられた多関節型の作業機120と、を備える。
作業機120は、少なくとも1つのアクチュエータにより駆動される作業装置である。図2に示す作業機120は、バケット121と、リフトアーム122と、ベルクランク123と、バケットリンク124と、リフトシリンダ125と、バケットシリンダ126と、ステアシリンダ112と、を備える。
バケット121は、車体前方に設けられた作業具である。リフトシリンダ125とバケットシリンダ126とは、バケット121と、リフトアーム122をそれぞれ駆動する油圧アクチュエータ(油圧シリンダ)であり、作業機120と車体110との間に取り付けられる。リフトアーム122とリフトシリンダ125とは、車体110の左右にそれぞれ1つずつ装備される。
リフトアーム122は、車体110に回動可能に支持され、リフトシリンダ125の伸縮駆動に伴って上下方向に回動(俯仰動)する。また、バケット121は、バケットシリンダ126の伸縮駆動に伴って回動(ダンプ動作またはチルト動作)する。
リフトシリンダ125は、一端がリフトアーム122に接続され、他端が車体110に接続される。バケットシリンダ126は、一端がベルクランク123に接続され、他端が車体110に接続される。なお、図2に示すホイールローダ100のバケット121を作動させるリンク機構は、ベルクランク123を用いたZリンク式(ベルクランク式)のものである。
車体110には、4つの車輪(前方右タイヤ131FR、前方左タイヤ131FL、後方右タイヤ131RR(図2参照)、後方左タイヤ131RL)が設けられる。以下、特に区別する必要がない場合は、タイヤ131と総称する。各タイヤ131は、エンジン111(図3参照)を動力源とする動力伝達装置によって駆動される。各タイヤ131を介して駆動力が地面に伝えられることで、ホイールローダ100は前進または後退する。
また、ホイールローダ100は、アーティキュレート型の操舵機構を備え、車体鉛直方向を軸として車体前方と車体後方とに角度差を生じさせることで旋回する。
ホイールローダ100は、図3に示すように、エンジン111と、ステアシリンダ112と、駆動力伝達装置113と、油圧ポンプ114と、コントロールバルブ115と、センタジョイント132Cと、ブレーキ133Fおよび133Rと、フロント差動装置134Fと、リア差動装置134Rと、測位装置141と、圧力センサ142と、制御システム180と、ユーザインタフェース190と、を備える。
また、制御システム180は、図3に示すように、自動運転制御装置200と、油圧制御装置160と、エンジン制御装置150と、走行制御装置170と、を備える。
エンジン111は、ホイールローダ100の動力源である。エンジン111は、油圧ポンプ114および駆動力伝達装置113を駆動する。
駆動力伝達装置113は、センタジョイント132Cとフロント差動装置134Fとを介して前方右タイヤ131FRと前方左タイヤ131FLとに、また、センタジョイント132Cとリア差動装置134Rとを介して、後方右タイヤ131RRと後方左タイヤ131RLに、それぞれエンジン111の駆動力を伝達し、ホイールローダ100を加速走行させる。
また、油圧ポンプ114は、エンジン111で駆動されることにより作動油をコントロールバルブ115へ供給する。作動油は、コントロールバルブ115で分配されてステアシリンダ112、リフトシリンダ125、バケットシリンダ126、および、ブレーキ133F、133Rを駆動する。ステアシリンダ112、リフトシリンダ125、バケットシリンダ126が作動油の供給で伸縮することで、それぞれ車体前方と車体後方との角度、車体前方に対するリフトアーム122の角度およびバケット121の角度が変化する。また、ブレーキ133F、133Rが作動油で閉じることでタイヤ131FR、131FL、131RR、131RLの回転が抑制されてホイールローダ100が減速停止する。
測位装置141は、ホイールローダ100の現在の位置情報を取得する。測位装置141は、GNSS(Global Navigation Satellite System)である。しかしながら、測位装置141は、これに限定されない。測位装置141は、カメラやLiDAR(Light Detection and Ranging)を用いて公知のSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)で測位を行ってもよい。
ユーザインタフェース(入力装置)190は、PCやタブレット端末やスマートフォンなどであり、後述する作業指示を入力できるものであれば他のデバイスでも良い。
自動運転制御装置(制御装置)200は、ユーザインタフェース190からの各種指示(作業指示、退避指示、作業再開指示等)と、測位装置141からの現在位置情報と、圧力センサ142からの荷重情報と、に応じて、エンジン制御信号、油圧制御信号、および走行制御信号を生成し、それぞれ、エンジン制御装置150、油圧制御装置160、および走行制御装置170へ送信する。
それらの信号に応じて、エンジン制御装置150はエンジン111の回転数を制御し、油圧制御装置160はコントロールバルブ115の開閉度合を制御し、走行制御装置170は、駆動力伝達装置113の変速比と回転方向を制御する。
制御システム180は、ホイールローダ100の動作に関する各種情報処理を実行するためのコンピュータであり、たとえばマイクロコンピュータ等で実現される。
図4は、制御システム180のハードウェア構成を示す図である。制御システム180は、CPU(Central Processing Unit)181と、メモリ182と、記憶装置183と、入出力インタフェース(I/F)184と、を備える。なお、さらに、通信インタフェース(I/F)185を備えてもよい。また、CPU181、メモリ182,記憶装置183は、制御システム180内の各部ごとに備えてもよい。複数の構成が兼用してもよい。
CPU181は、記憶装置183に記憶されるプログラムをメモリ182に展開し、実行する。メモリ182は、例えば、RAM(Randam Access Memory)であり、ワーク領域として機能する。記憶装置183はROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリ等であり、プログラムやCPU181の処理に用いられるデータ、処理中に生成されるデータ、処理により生成されるデータ等が格納される。
本実施形態では、制御システム180の各機能は、例えば、CPU181が、記憶装置183に記憶されるプログラムをメモリ182にロードして実行することにより実現される。
入出力I/F184は、データの入出力のインタフェースである。本実施形態では、ユーザインタフェース190との間でのデータの入出力を行う。本実施形態では、ホイールローダ100のオペレータがユーザインタフェース190を介して作業指示、退避指示および作業再開指示を入力する。
なお、記憶装置183は、半導体メモリであるROMやフラッシュメモリを備えるが、これらの代わりにハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えてもよい。
次に、この自動運転制御装置200について説明する。図5は、本実施形態の自動運転制御装置200の機能ブロック図である。自動運転制御装置200は、行動管理部211、経路計画部212、動作生成部213と、を備える。
なお、ユーザインタフェース190を介さず、外部から指示を受信する場合は、受信部をさらに備える。
行動管理部211は、作業指示、退避指示および作業再開指示と現在位置とを取得し、ホイールローダ100の動作モードを決定して動作生成部213に送信するとともに、目標位置を設定し、経路計画部212に送信する。そして、目標位置の送信に応じて経路計画部212から目標経路を受信する。また、行動管理部211は、決定した動作モードを、さらに、ユーザインタフェース190に通知情報の1つとして送信する。
行動管理部211は作業指示、退避指示および作業再開指示をユーザインタフェース190から受信する。また、現在位置を測位装置141から受信する。
動作モードは、走行モードと、掘削モードと、積込モードと、放土モードとを含む作業モードと、退避モードと、を備える。行動管理部211は、作業指示に従って、動作モードを走行モードと、掘削モードと、積込モードと、放土モードのうちのいずれかに決定する。また、退避指示を受信すると、動作モードを退避モードに決定する。なお、他車両のうち、予め定めた退避すべき種別の他車両が作業領域300に進入したことを示す信号を受信すると、動作モードを退避モードとしてもよい。
経路計画部212は、マップデータ220(図6(a)~図6(c)参照)を用いてホイールローダ100の現在位置から目標位置までの目標経路を演算し、行動管理部211と動作生成部213へ送信する。経路計画部212は、目標位置を行動管理部211から受信する。また、現在位置を測位装置141から受信する。
動作生成部213は、目標経路に沿って作業機械を走行させるとともに、掘削、積込、放土を行うようバケット121を動作させる。
動作生成部213は、目標経路に沿ってホイールローダ100を走行させるよう走行動作信号を生成する。動作生成部213は、走行動作信号を走行制御信号として走行制御装置170へ、油圧制御信号として油圧制御装置160へ、それぞれ送信する。また、動作生成部213は、動作モードに応じて掘削、積込、放土を行うようバケット121の作業動作信号を生成する。
また、動作生成部213は、走行動作と作業動作とから必要なエンジン回転数を演算し、エンジン制御信号としてエンジン制御装置150へ送信する。例えば、従来の手動操作と同様に、走行制御信号はアクセルとブレーキのペダル操作量、ステアリング操作装置の操作量および前後進スイッチの切替信号としても良い。また、油圧制御信号はリフトアーム122とバケット121とのレバー操作量としても良い。
次に、マップデータ220について説明する。図6(a)は、本実施形態のマップデータ220を説明するための図であり、図6(b)および図6(c)は、本実施形態のマップデータ220の一例である。なお、マップデータ220は、予め生成され、記憶装置183等に格納される。
マップデータ220は、作業領域300内の複数の点(ノード:Node)と、それらを接続する線分(アーク:Arc)と、を備える。マップデータ220は、図6(b)に示すように、各点221の座標222および属性223と、図6(c)に示すように、各線分224の端点225、226の情報と、を備える。なお、図中のQ1とQ2とは掘削対象、R1とR2とは積込対象、O1は障害物である。
次に、作業指示230、目標経路240および退避指示250を説明する。
図7(a)に、作業指示230の一例を示す。作業指示230は、例えば、作業指示230毎に付与される識別子(ID)231と、対象物の種別232と、目標積込量233と、積込位置234と、掘削位置235と、放土位置236と、を備える。作業指示230は、例えば、管理装置等で作成され、ホイールローダ100に提供される。行動管理部211は、この作業指示230を順次実施する。
例えば、識別子Ins01の作業指示230は、対象物M1を掘削位置Q1で掘削し、積込位置R1へ積込むことを繰り返し、積込量がW1に達したら、完了する指示である。
行動管理部211は、この識別子Ins01の作業指示230を受信すると、まず、動作モードを走行モードとし、掘削位置Q1(p8)を目標位置に設定し、経路計画部212に送信する。経路計画部212は、現在位置から目標位置p8までの目標経路240を生成し、行動管理部211および動作生成部213に送信する。
ここで、現在位置がp3の場合に生成される目標経路240の一例を図7(b)に示す。目標経路240は、現在位置から目標位置までの、これらの位置を含む通過点241と、各点間の走行方向を示すFNR242と、を備える。FNR242は、前進がF、後進がRで表される。
行動管理部211は、所定の時間間隔で現在位置を取得し、現在位置を取得する毎に、目標位置(p8)と現在位置とが一致するか否かを判別する。そして、一致した場合、目標位置(p8)に到着したと判別し、動作モードを掘削モードとする。動作モードが掘削モードの間は、所定の時間間隔で圧力センサ142から、バケット121の荷重を取得し、変化量が掘削量に一致するか否かを判別する。そして、一致した場合、掘削が完了したと判別し、動作モードを走行モードとする。その後、積込位置R1(p6)を目標位置に設定し、経路計画部212に送信する。経路計画部212は、現在位置(p8)から目標位置(p6)までの目標経路240を生成する。
行動管理部211は、所定の時間間隔で現在位置を取得し、現在位置を取得する毎に、目標位置(p6)と現在位置とが一致するか否かを判別する。そして、一致した場合、目標位置(p6)に到着したと判別し、動作モードを積込モードとする。動作モードが積込モードの間は、所定の時間間隔で圧力センサ142から、バケット121の荷重を取得し、変化量が積込量に一致するか否かを判別する。そして、一致した場合、積込が完了したと判別し、識別子Ins01の作業指示230の作業完了と判別する。
行動管理部211は、識別子Ins01の作業を完了すると、次の識別子Ins02の作業指示230へ移行する。識別子Ins02の作業指示230は、対象物M2を掘削位置Q2で掘削し、積込位置R2へ積込み、積込量がW2に達したら完了する指示である。
なお、本例においては、掘削位置と放土位置が同じ位置として指示される。これは、目標量に対して余剰分は元の掘削位置に放土することを意味する。例えば、識別子Ins01の作業指示230において、積込位置R1において目標積込量W1に達した際、バケット121に対象物が残った場合、この残った対象物を元の掘削位置Q1に放土する。この場合、行動管理部211は、積込後、目標位置をQ1(p8)に設定し、各部に指示を行い、上記同様の手法で作業機械を走行させ、目標位置(p8)に到着したと判別した場合、動作モードを放土モードとし、放土させる。
なお、行動管理部211は、積込位置R1において積込を行った際、既積込量と目標積込量W1との差ΔW1を算出し、差ΔW1を用いて、次回の掘削位置Q1における掘削量を調整するよう構成してもよい。この場合、行動管理部211は、掘削時、掘削量が差ΔW1を超えないよう制御する。
図7(e)に、退避指示250の一例を示す。退避指示250は、例えば、退避指示250毎に付与される識別子(ID)251と、退避可能位置252と、を備える。退避可能位置252は、作業領域300内のホイールローダ100が退避可能な位置の情報であり、マップデータ220の点が登録される。
例えば、図6(a)に示すマップデータ220において、作業領域300への入口をp9として、ダンプトラックが掘削対象物をp8およびp1に搬入する場合、p9からp8およびp1を接続するp9、p7、p8、p3、p4、p1がダンプトラックの作業範囲となる。この場合、ホイールローダ100の退避可能位置252は、図7(e)に示すように、p0、p2、p5、p6である。
退避指示250は、例えば、ダンプトラック等の運搬車両330が作業領域300に侵入してきた際、予め定められた運搬車両330の走行経路情報に基づいて管理装置等で作成される。また、運搬車両330の走行経路情報に限らず、作業領域300に侵入する他の作業機械の作業範囲情報に基づいて、退避指示250が作成されても良い。本実施形態では、生成された退避指示250がユーザに通知され、ユーザがユーザインタフェース190を介して退避指示250を自動運転制御装置200に入力する。
なお、作業領域300に侵入してきた運搬車両330が、作業領域300から退出した場合には、作業再開指示が出される。ユーザは、作業再開指示が出されると、ユーザインタフェース190を介して作業再開指示を自動運転制御装置200に入力する。
行動管理部211は、退避指示250を受信すると、退避処理を実行する。具体的には、行動管理部211は、退避可能位置252のうち、現在位置に最も近い退避可能位置を、退避位置と決定する。そして、決定した退避位置を目標位置として経路計画部212に送信する。
次に、本実施形態の行動管理部211による行動管理処理を説明する。図8は、本実施形態の行動管理処理の処理フローである。本処理は、所定の時間間隔で繰り返される。
まず、行動管理部211は、測位装置141から現在位置を取得する(ステップS1101)。なお、測位装置141の出力サイクルと行動管理処理の処理サイクルとが異なる場合、測位装置141が出力した現在位置情報の中から最新の現在位置情報を取得する。
行動管理部211は、現在の動作モードが退避モードであるか否かを判別する(ステップS1102)。
退避モードでない場合(S1102;No)は、行動管理部211は、ユーザインタフェース190から退避指示250を受信したかを判別する(ステップS1103)。
退避指示250を受信していない場合(S1103;No)、行動管理部211は、自動作業を実行するための演算処理を行い(ステップS1104)、処理を終了する。具体的には、作業指示230に従って、作業を実行する。
一方、ステップS1101で退避指示250を受信している場合(S1101;Yes)、行動管理部211は、新規に退避指示250を取得した場合の処理を行う。
行動管理部211は、まず、現在の動作モードと目標位置とを記憶装置183に記録する(ステップS1201)。記憶装置183に記憶された目標位置を最終目標位置と呼ぶ。
行動管理部211は、動作モードとして退避モードを設定し(ステップS1202)、動作生成部213に送信する。
そして、行動管理部211は、新たに目標位置を設定する(ステップS1203)。退避指示250として与えられる退避可能位置252と測位装置141から取得する現在位置情報とに基づいて、退避可能位置252の中から、最も近距離の退避位置を選択し、目標位置とする。
その後、行動管理部211は、目標位置を経路計画部212へ送信し、折り返し、目標経路240を取得する(ステップS1204)。ここで、例えば、図6(a)のマップデータ220において、現在位置がp3であり、図7(e)に示す退避指示250を受信した場合に生成される目標経路240の例を図7(c)に示す。ここでは、p3に最も近い退避可能位置252であるp0が退避位置として選択される。従って、p3から後進でp0に向かう目標経路240が生成される。
そして、動作生成部213に対し、走行指示を出力する(ステップS1205)。なお、このとき、動作モードは退避モードである。
その後、現在位置と目標位置とを比較し、一致するか否かを判別する(ステップS1206)。一致しない場合(S1205;No)は、そのまま処理を終了する。このときも、動作モードは退避モードである。
一方、一致する場合(S1206;Yes)、退避完了したことをユーザに通知する(ステップS1207)。ここでは、退避完了通知を生成し、ユーザインタフェース190に送信する。そして、そのままその位置で待機するよう動作生成部213に指示する(ステップS1208)。このときも、動作モードは退避モードである。
ステップS1102において、退避モードである場合(S1102;Yes)は、ユーザインタフェース190を介して作業再開指示を取得したか否かを判別する(ステップS1301)。
作業再開指示を取得していない場合(S1301;No)、ステップS1206へ進み、退避動作を継続する。一方、作業再開指示を取得した場合(S1301;Yes)、ステップS1201で記録した、退避前に実行していた動作モードと最終目標位置とを記憶装置183から読み込む(ステップS1302)。そして、読み込んだ最終目標位置を目標位置として設定し(ステップS1303)、経路計画部212へ送信する。そして、送信した目標位置に応じて経路計画部212から目標経路240を取得し(ステップS1304)、ステップS1104へ移行し、自動作業を再開する。
この時点で現在位置はp0である。例えば、図6(a)のマップデータ220において、図7(a)に示す作業指示230のIns01が実行されている場合、最終目標位置は、積込位置R1であり、マップデータ220ではp8である。この場合に生成される目標経路240の例を図7(d)に示す。本図に示すように、p0から前進でp8に向かう目標経路240が生成される。
以上説明したように、本実施形態のホイールローダ100等の作業機械の動作を制御する作業機械の制御システム180は、最終目標位置を含む作業指示230とホイールローダ100の現在位置とを取得して目標位置を設定する行動管理部211と、現在位置と目標位置との間の目標経路240を生成する経路計画部212と、目標経路に従って、ホイールローダ100を走行させる動作生成部213と、を備える。そして、行動管理部211は、退避指示250を受信した場合、現在位置と最終目標位置との少なくとも1つに基づいて、退避指示250に含まれる退避可能位置252の中から退避位置を決定し、その退避位置を目標位置に設定する。
このように、本実施形態によれば、退避指示250を受信した際の、自車両(ホイールローダ100)の現在位置に応じて最適な退避位置を選択できる。例えば、退避可能位置が複数ある場合、現在位置に最も近い退避可能位置を退避位置に選択する。これにより、退避距離が短くて済み、作業中断の時間を短縮できる。すなわち、本実施形態の制御システム180によれば、ダンプトラックや他の作業機械との接触を回避しつつ、退避による作業効率の低下を最小限に抑えることができる。
<変形例1>
なお、上記実施形態では、退避可能位置252は退避指示250に含まれる。しかしながら、退避可能位置を、自動運転制御装置200で生成してもよい。この場合、自動運転制御装置200は、進入する車両の作業範囲情報に応じて、退避可能位置を生成する退避可能位置生成部を備える。
なお、上記実施形態では、退避可能位置252は退避指示250に含まれる。しかしながら、退避可能位置を、自動運転制御装置200で生成してもよい。この場合、自動運転制御装置200は、進入する車両の作業範囲情報に応じて、退避可能位置を生成する退避可能位置生成部を備える。
退避可能位置生成部は、例えば、運搬車両330等が作業領域300に侵入する際、当該車両の作業範囲情報を受信する。この作業範囲情報に基づいて、マップデータ220上で退避可能位置252を特定する。
<変形例2>
上記実施形態では、現在位置に最も近い退避可能位置を退避位置に設定しているが、これに限定されない。例えば、最終目標位置に最も近い退避可能位置を退避位置に設定してもよい。
上記実施形態では、現在位置に最も近い退避可能位置を退避位置に設定しているが、これに限定されない。例えば、最終目標位置に最も近い退避可能位置を退避位置に設定してもよい。
<<第二実施形態>>
次に、本発明の第二実施形態を説明する。第一実施形態では、運搬車両330等の他車両が作業領域300に入った場合、退避指示250が出される。本実施形態では、さらに、ホイールローダ100に異常が発生した場合も、退避指示250が出される。
次に、本発明の第二実施形態を説明する。第一実施形態では、運搬車両330等の他車両が作業領域300に入った場合、退避指示250が出される。本実施形態では、さらに、ホイールローダ100に異常が発生した場合も、退避指示250が出される。
以下、本実施形態について、第一実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
本実施形態のホイールローダ100の構成は第一実施形態と同じである。また、制御システム180についても第一実施形態と同じである。
本実施形態の自動運転制御装置200の機能について説明する。図9は、本実施形態の自動運転制御装置200の機能ブロック図である。
本図に示すように、本実施形態の自動運転制御装置200は、自動運転制御装置200は、第一実施形態の構成(行動管理部211、経路計画部212、動作生成部213)に、さらに、異常検知部214を備える。
異常検知部214は、ホイールローダ100の健全性を確認し、異常がある場合は退避指示250を行動管理部211へ送信する。ここで想定される異常は、例えば、ホイールローダ100を構成する各機器の故障、電気的、機械的、油圧的な接続箇所の破断、センサやコントローラの通信遅延等である。異常検知部214は、ホイールローダ100の各部に設置(搭載)された各種のセンサ(以下、搭載センサ143と呼ぶ。)からのセンサ信号に基づいて、異常の有無を判別する。
搭載センサ143は、例えば、車速センサ、操舵角センサ、自己位置取得用の測位装置、各種圧力センサ(リフト、バケット、ブレーキなど)などである。異常検知部214は、走行や作業の動作を実現するためのアクチュエータや周辺機器の健全性が確認できない状態を示すセンサ信号が搭載センサから出力された場合、異常有りと判別する。
行動管理部211は、ユーザインタフェース190から送信される退避指示250と、異常検知部214から送信される退避指示250の少なくとも一つを受信した場合、第一実施例同様の退避処理を実行する。
このように、本実施形態のホイールローダ100の制御システム180は、ホイールローダ100の異常を検知した場合、退避指示250を行動管理部211に送信する異常検知部214をさらに備える。
このため、本実施形態によれば、第一実施形態に記載の退避時の演算処理を、ユーザからの退避指示250に基づいて実施するだけでなく、ホイールローダ100の異常検知に基づいても実施する。このように、退避時の処理の適用範囲を広げることで、異常時においても、第一実施形態同様に作業の中断時間を短縮でき、作業効率の低下を最小限に抑えることができる。
<<第三実施形態>>
次に、本発明の第三実施形態を説明する。第一実施形態および第二実施形態では、退避時、現在位置および最終目標位置のいずれかに最も近い退避可能位置を退避位置と設定する。一方、本実施形態では、全体の走行経路が最も短くなる退避可能位置を退避位置に設定する。
次に、本発明の第三実施形態を説明する。第一実施形態および第二実施形態では、退避時、現在位置および最終目標位置のいずれかに最も近い退避可能位置を退避位置と設定する。一方、本実施形態では、全体の走行経路が最も短くなる退避可能位置を退避位置に設定する。
以下、本実施形態について、第一実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。ここでは、現在位置から最も近い退避可能位置と、最終目標位置から最も近い退避可能位置とを、それぞれ退避位置とした場合の全走行距離を比較し、決定する場合を例にあげて説明する。
本実施形態のホイールローダ100は第一実施形態と同じである。また、制御システムも第一実施形態と同じである。また、自動運転制御装置200の機能ブロック、ハードウェア構成も、第一実施形態と同じである。ただし、行動管理部211および経路計画部212の機能が異なる。
本実施形態の行動管理部211は、退避指示を受け取ると、第一実施形態同様、現在位置から最も近い退避可能位置を、第一退避位置候補として抽出する。さらに、本実施形態では、その時点の目標位置から最も近い退避可能位置を第二退避位置候補として抽出する。行動管理部211は、現在位置および最終目標位置とともに、第一退避位置候補および第二退避位置候補を経路計画部212に送信する。
経路計画部212は、行動管理部211から経由地を受信すると、当該経由地を経由する目標経路を算出する。本実施形態では、行動管理部211から退避位置候補を受信すると、退避位置候補毎に、その退避位置候補を経由して現在位置から最終目標位置までの目標経路を算出し、それぞれ、目標経路候補として行動管理部211に送信する。
行動管理部211は、経路計画部212から受信した、退避位置候補毎の目標経路候補に基づいて、退避位置を決定する。ここでは、目標経路候補に基づいて算出される走行距離が最短である退避位置候補を退避位置に決定する。走行距離は、マップデータ220に基づいて算出する。そして、その退避位置を目標位置として経路計画部212に通知する。
次に、本実施形態の行動管理部211による行動管理処理を説明する。本実施形態の行動管理部211による行動管理処理は、基本的に第一実施形態の行動管理処理と同じである。ただし、ステップS1203の目標位置設定時の処理が異なる。
本実施形態の、上記ステップS1203の目標位置設定処理、すなわち、退避モード時の目標位置設定処理の流れを、図10に示す。本図に示すように、行動管理部211は、まず、退避位置候補を設定する(ステップS3101)。ここでは、上述のように、退避指示250に含まれる退避可能位置252のうち、現在位置から最近距離の退避可能位置と、最終目標位置から最近距離の退避可能位置と、を退避位置候補として抽出する。
ここで、本処理を具体例で説明する。図6(a)~図6(c)に示すマップデータ220を備え、現在位置がp0、最終目標位置がp8のとき、図11(a)に示す退避指示250を受信した場合に抽出される退避位置候補を説明する。この退避指示250には、退避可能位置252として、p2,p5,p6の3か所が登録される。現在位置p0から最近距離の退避可能位置として、抽出される退避位置候補(第一退避位置候補)は、p2である。また、最終目標位置p8から最近距離の退避可能位置として抽出される退避位置候補(第二退避位置候補)は、p6である。
その後、行動管理部211は、抽出した各退避位置候補を、経由地に設定する(ステップS3102)。ここでは、各退避位置候補を経由地として経路計画部212に送信する。そして行動管理部211は、折り返し、退避位置候補毎の目標経路候補を取得する(ステップS3103)。
ここで、上記具体例の各退避位置候補について生成される目標経路候補について説明する。第一退避位置候補p2が退避位置の場合、現在位置p0から第一退避位置候補p2を経由して、最終目標位置p8に行く目標経路候補(第一目標経路候補)が生成される。第一目標経路候補240aを図11(b)に示す。本図に示すように、第一目標経路候補240aは、p0からp2まではF(前進)、p2からp3を経てp0まではR(後進)、以降、p8まではFとして生成される。
また、第二退避位置候補p6が退避位置の場合、現在位置p0から第二退避位置候補p6を経由して最終目標位置p8に行く目標経路候補(第二目標経路候補)が生成される。第二目標経路候補240bを図11(c)に示す。本図に示すように、第二目標経路候補240bは、p0からp3,p7を経てp6まではF、その後、p7を経てp9まではR、そして、p7を経てp8までFとして生成される。
次に、行動管理部211は、各目標経路の走行距離を計算し、走行距離が最短の目標経路候補を特定する(ステップS3104)。ここでは、上記第一目標経路候補240aおよび第二目標経路候補240bそれぞれについて、各点の座標値を用いて、各点間の距離を計算し、その総和を走行距離とする。
そして、行動管理部211は、特定した目標経路候補内の退避位置候補を退避位置に決定する(ステップS3105)。そして、決定した退避位置を目標位置に設定する(ステップS3106)。
他の処理は、第一実施形態と同じであるため、説明を省略する。
以上説明したように、本実施形態のホイールローダ100の制御システム180によれば、行動管理部211は、退避可能位置252から選択された複数の退避位置候補それぞれを経由して現在位置から最終目標位置に至る各目標経路候補の中で、最も走行距離の短い目標経路候補が経由する退避位置候補を、退避位置と決定する。
このように、本実施形態によれば、複数の退避可能位置の中から、ホイールローダ100の実行する作業指示全体において、総走行距離が最も短くなる経路を選択する。これにより、退避による作業中断時間を短縮することができ、ダンプトラックや他の作業機械との接触を回避しつつ、退避による作業効率の低下を最小限に抑えることができる。
<変形例3>
なお、上記実施形態では、退避位置候補として、現在位置に最も近い退避可能位置および最終目標位置に最も近い退避可能位置のみを抽出しているが、これに限定されない。例えば、退避可能位置全てを抽出してもよい。
なお、上記実施形態では、退避位置候補として、現在位置に最も近い退避可能位置および最終目標位置に最も近い退避可能位置のみを抽出しているが、これに限定されない。例えば、退避可能位置全てを抽出してもよい。
この場合、行動管理部211は、上記ステップS3101において、全ての退避可能位置を退避位置候補として抽出し、経路計画部212に送信する。そして、経路計画部212は、全ての退避位置候補(退避可能位置)に関し、目標経路候補を算出し、行動管理部211に返信する。
行動管理部211は、全ての目標経路候補について走行距離を算出し、その中から、最短のものを選択し、その目標経路候補で用いられる退避位置候補(退避可能位置)を退避位置と決定し、目標位置に設定する。
<変形例4>
なお、本実施形態は、第二実施形態同様、異常検知部214を備えてもよい。
なお、本実施形態は、第二実施形態同様、異常検知部214を備えてもよい。
<変形例5>
また、上記各実施形態および変形例において、作業指示230,退避指示250、作業再開指示は、ユーザがユーザインタフェース190を介して入力するものとして説明したが、これらの各指示の取得は、これに限定されない。例えば、自動運転制御装置200が、受信部を備え、受信部を介して、直接受信してもよい。受信部は、通信I/F185により実現される。この場合、管理装置等がこれらの指示を作成し、自動運転制御装置200に送信する。
また、上記各実施形態および変形例において、作業指示230,退避指示250、作業再開指示は、ユーザがユーザインタフェース190を介して入力するものとして説明したが、これらの各指示の取得は、これに限定されない。例えば、自動運転制御装置200が、受信部を備え、受信部を介して、直接受信してもよい。受信部は、通信I/F185により実現される。この場合、管理装置等がこれらの指示を作成し、自動運転制御装置200に送信する。
また、退避指示250の代わりに、運搬車両330等の回避すべき他車両が、作業領域300に侵入したことを示す情報および当該他車両の作業範囲を特定する情報を受信してもよい。この場合、行動管理部211は、これらの情報とマップデータ220に基づいて、退避可能位置を特定する。
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施の形態は、ホイールローダ100に本発明を適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限らず、油圧ショベルなどホイールローダ100以外の作業機械にも適用可能である。特に、1回の積載量の大きいダンプトラック等に適用すると、退避による走行距離を最短にできるため、より効率が良い。
また、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。
100:作業機械(ホイールローダ)、110:車体、111:エンジン、112:ステアシリンダ、113:駆動力伝達装置、114:油圧ポンプ、115:コントロールバルブ、120:作業機、121:バケット、122:リフトアーム、123:ベルクランク、124:バケットリンク、125:リフトシリンダ、126:バケットシリンダ、131:タイヤ、131FL:前方左タイヤ、131FR:前方右タイヤ、131RL:後方左タイヤ、131RR:後方右タイヤ、132C:センタジョイント、133F:ブレーキ、133R:ブレーキ、134F:フロント差動装置、134R:リア差動装置、141:測位装置、142:圧力センサ、143:搭載センサ、150:エンジン制御装置、160:油圧制御装置、170:走行制御装置、180:制御システム、181:CPU、182:メモリ、183:記憶装置、184:入出力I/F、185:通信I/F、190:ユーザインタフェース(入力装置)、
200:自動運転制御装置(制御装置)、211:行動管理部、212:経路計画部、213:動作生成部、214:異常検知部、220:マップデータ、221:点、222:座標、223:属性、224:線分、225:端点、226:端点、230:作業指示、231:識別子(ID)、232:種別、233:目標積込量、234:積込位置、235:掘削位置、236:放土位置、240:目標経路、240a:第一目標経路候補、240b:第二目標経路候補、241:通過点、242:FNR、250:退避指示、251:識別子(ID)、252:退避可能位置、
300:作業領域、310:掘削対象、320:積込対象、330:運搬車両
200:自動運転制御装置(制御装置)、211:行動管理部、212:経路計画部、213:動作生成部、214:異常検知部、220:マップデータ、221:点、222:座標、223:属性、224:線分、225:端点、226:端点、230:作業指示、231:識別子(ID)、232:種別、233:目標積込量、234:積込位置、235:掘削位置、236:放土位置、240:目標経路、240a:第一目標経路候補、240b:第二目標経路候補、241:通過点、242:FNR、250:退避指示、251:識別子(ID)、252:退避可能位置、
300:作業領域、310:掘削対象、320:積込対象、330:運搬車両
Claims (7)
- 作業機械を動作させる制御装置を備えた、作業機械の制御システムであって、
前記制御装置は、
前記作業機械が実行する作業の情報を含む作業指示と前記作業機械の現在位置とを取得し、前記作業指示と前記現在位置とに基づいて目標位置を設定する行動管理部と、
前記現在位置と前記目標位置との間の目標経路を生成する経路計画部と、
前記目標経路に従って、前記作業機械を走行させる動作生成部と、を備え、
前記行動管理部は、前記作業機械とは別の作業機械の作業範囲に基づいた退避可能位置を含む退避指示を受信し、前記退避指示を受信した場合、別の作業機械の前記作業範囲および前記作業機械の前記現在位置に基づいて、前記退避可能位置の中から退避位置を決定し、前記退避位置を前記目標位置に設定すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 - 請求項1記載の作業機械の制御システムであって、
前記制御装置は、
前記作業機械の異常に係る信号を取得し、前記作業機械に異常があることを検知した場合、前記退避指示を前記行動管理部に送信する異常検知部をさらに備えること
を特徴とする作業機械の制御システム。 - 請求項1記載の作業機械の制御システムであって、
前記行動管理部は、前記退避可能位置の中から、前記現在位置に最も近い前記退避可能位置を、前記退避位置に決定すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 - 請求項1記載の作業機械の制御システムであって、
前記作業指示には、最終目標位置の情報を含み、
前記行動管理部は、前記退避可能位置から選択された複数の退避位置候補それぞれを経由して前記現在位置から前記最終目標位置に至る各目標経路候補の中で、最も走行距離の短い目標経路候補が経由する前記退避位置候補を、前記退避位置と決定すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 - 請求項4記載の作業機械の制御システムであって、
前記行動管理部は、複数の前記退避位置候補として、前記現在位置に最も近い退避可能位置である第一退避位置候補と、前記最終目標位置に最も近い退避可能位置である第二退避位置候補とを選択すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 - 請求項1記載の作業機械の制御システムであって、
前記行動管理部は、前記作業機械が前記退避位置に到達した場合、前記作業指示を入力するための入力装置に退避動作の完了を示す情報を出力すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 - 請求項1から6のいずれか1項記載の作業機械の制御システムを搭載した、作業機械。
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