JP7404414B2 - 作業機械制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
《作業システム》
図1は、第1の実施形態に係る遠隔操作システムの構成を示す概略図である。
作業システム1は、作業機械100と、無人運搬車である1または複数の運搬車両200と、管理装置300と、遠隔運転室500とを備える。作業機械100および運搬車両200は、作業現場(例えば、鉱山、採石場)で稼働する。遠隔運転室500は、作業現場から離れた地点(例えば、市街、作業現場内)に設けられる。
第1の実施形態に係る運搬車両200は、設定された走行経路を無人で走行する無人ダンプトラックである。なお、他の実施形態に係る運搬車両200は、ダンプトラック以外の運搬車であってもよい。
運搬車両200は、位置方位検出器210および制御装置220を備える。
位置方位検出器210は、2つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、運搬車両200の向く方位を演算する。なお、他の実施形態においてはこれに限られず、例えば運搬車両200が慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)を備え、慣性計測装置の計測結果に基づいて方位を演算してもよい。この場合、運搬車両200の走行軌跡に基づいて慣性計測装置のドリフトを補正してもよい。慣性計測装置を用いて方位を演算する場合、運搬車両200は1つの受信機を備えていればよい。
図2は、第1の実施形態に係る作業機械の外観図である。
第1の実施形態に係る作業機械100は、積込機械の一種である油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る作業機械100は、油圧ショベル以外の作業機械であってもよい。また図2に示す作業機械100はフェイスショベルであるが、バックホウショベルやロープショベルであってもよい。
作業機械100は、走行体130と、走行体130に支持される旋回体120と、油圧により作動し旋回体120に支持される作業機110とを備える。旋回体120は旋回中心を中心として旋回自在に支持される。
アーム112は、ブーム111とバケット113とを連結する。アーム112の基端部は、ブーム111の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット113は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための容器とを備える。バケット113の基端部は、アーム112の先端部にピンを介して取り付けられる。
アームシリンダ115は、アーム112を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ115の基端部は、ブーム111に取り付けられる。アームシリンダ115の先端部は、アーム112に取り付けられる。
バケットシリンダ116は、バケット113を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ116の基端部は、ブーム111に取り付けられる。バケットシリンダ116の先端部は、バケット113に取り付けられる。
アーム角度センサ118は、アーム112に取り付けられ、アーム112の傾斜角を検出する。
バケット角度センサ119は、バケット113に取り付けられ、バケット113の傾斜角を検出する。
第1の実施形態に係るブーム角度センサ117、アーム角度センサ118、およびバケット角度センサ119は、地平面に対する傾斜角を検出する。なお、他の実施形態に係る角度センサはこれに限られず、他の基準面に対する傾斜角を検出してもよい。例えば、他の実施形態においては、角度センサは、ブーム111、アーム112およびバケット113の基端部に設けられたポテンショメータによって相対回転角を検出してもよいし、ブームシリンダ114、アームシリンダ115およびバケットシリンダ116のシリンダ長さを計測し、シリンダ長さを角度に変換することで傾斜角を検出するものであってもよい。
位置方位演算器123は、2つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体120の向く方位を演算する。
制御装置126は、遠隔運転室500から操作信号を受信する。制御装置126は、受信した操作信号に基づいて、作業機110、旋回体120、または走行体130を駆動させる。
図3は、第1の実施形態に係る管理装置の構成を示す概略ブロック図である。
管理装置300は、運搬車両200の走行を管理する。
管理装置300は、プロセッサ3100、メインメモリ3200、ストレージ3300、インタフェース3400を備えるコンピュータである。ストレージ3300は、プログラムp3を記憶する。プロセッサ3100は、プログラムp3をストレージ3300から読み出してメインメモリ3200に展開し、プログラムp3に従った処理を実行する。管理装置300は、インタフェース3400を介してネットワークに接続される。インタフェース3400には、アクセスポイント360が接続される。管理装置300は、アクセスポイント360を介して作業機械100および運搬車両200と無線接続される。
遠隔運転室500は、運転席510、表示装置520、第1操作装置530、第2操作装置531、制御装置540を備える。
表示装置520は、運転席510の前方に配置される。表示装置520は、オペレータが運転席510に座ったときにオペレータの眼前に位置する。表示装置520は、図1に示すように、並べられた複数のディスプレイによって構成されてもよいし、1つの大きなディスプレイによって構成されてもよい。また、表示装置520は、プロジェクタ等によって曲面や球面に画像を投影するものであってもよい。
第2操作装置531は、オペレータの操作により、運搬車両200への進入指示信号、発進指示信号、停止指示信号、停止解除信号を管理装置300に送信する。第2操作装置531は、例えばタッチパネル等により構成される。
第1操作装置530および第2操作装置531は、運転席510の近傍に配置される。第1操作装置530および第2操作装置531は、オペレータが運転席510に座ったときにオペレータの操作可能な範囲内に位置する。
制御装置540は、プロセッサ5100、メインメモリ5200、ストレージ5300、インタフェース5400を備えるコンピュータである。ストレージ5300は、プログラムp5を記憶する。プロセッサ5100は、プログラムp5をストレージ5300から読み出してメインメモリ5200に展開し、プログラムp5に従った処理を実行する。制御装置540は、インタフェース5400を介してネットワークに接続される。
運搬車両200は、管理装置300が生成するコース情報によって走行経路Rに沿って走行し、待機点P1で停止する。作業機械100のオペレータは、第2操作装置531を操作することで(例えば、所定のボタンを押下することで)、第2操作装置531に進入指示信号を入力する。進入指示信号は、第2操作装置531から管理装置300に送信される。これによって、管理装置300が進入経路R2およびアプローチ経路R3の領域を示すコース情報を生成する。運搬車両200は、アプローチ経路R3に沿って走行し、積込点P3で停止する。オペレータは、第1操作装置530の操作により作業機械100のバケット113で土砂をすくい、第1操作装置530のノブスイッチを操作して排土指示信号を生成し出力する。
第1の実施形態によれば、制御装置540は、運搬車両200が検出した運搬車両200の位置情報および方位情報に基づいて、土砂を運搬車両200に積み込むための排土位置を特定する。これにより、制御装置540は、オペレータ等によって排土位置の指定を受けることなく、作業機械100を自動運転させることができる。
第1の実施形態に係る作業システム1では、作業機械100は片側積込を行う。すなわち、第1の実施形態によれば、複数の運搬車両200が1つの走行経路Rに基づいて走行することで、1つの積込点P3に順次運搬車両200が停止する。これにより、作業機械100は、積込点P3に位置する運搬車両200に順次積込を行う。
これに対し、第2の実施形態に係る作業システム1では、作業機械100は両側積込を行う。図9は、第2の実施形態に係る積込場の走行経路の例を示す図である。第2の実施形態においては、2つの走行経路Rが設けられることで、作業機械100の左右両側に積込点P3が生成される。これにより、作業機械100が一方の積込点P3に停車する運搬車両200に積込作業をしている間、他方の積込点P3に運搬車両200を待機させることができる。このように両側積込を行うことで、作業機械100は、ある積込作業を終えた直後に次の積込作業を開始することができる。なお、第2の実施形態に係る積込場A1は2か所の積込点P3を有するが、他の実施形態ではこれに限られず、積込場A1が3か所以上の積込点P3を有していてもよい。
図10は、第2の実施形態に係る遠隔運転室の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
第2の実施形態に係る制御装置540は、第1の実施形態の構成に加え、積込対象決定部5111をさらに備える。また、第2の実施形態に係る制御装置540のメインメモリ5200には、運搬車両キュー5201の記憶領域が確保される。
積込対象決定部5111は、運搬車両キュー5201の先頭から運搬車両200の識別情報を取り出し、当該識別情報が示す運搬車両200を、積込対象に決定する。積込対象決定部5111は、運搬車両200が積込点P3で停止したときに、当該運搬車両200の識別情報を運搬車両キュー5201の末尾に追加する。
図11は、第2の実施形態に係る無人運搬車の登録方法を示すフローチャートである。 管理装置300は、一定時間ごとに運搬車両200の位置に基づいて、運搬車両200が積込点P3で停止しているか否かを判定する。管理装置300は、運搬車両200が積込点P3で停止していると判定すると、運搬車両200が積込点P3で停止していることを遠隔運転室500に通知する。当該通知には、運搬車両200の識別情報が含まれる。
第2の実施形態に係る制御装置540は、複数の積込点P3のそれぞれに運搬車両200が存在する場合に、複数の運搬車両200のうち、積込点P3に最も早く到着した運搬車両200に係る排土位置P13に基づいて操作信号を生成する。積み込みが完了した運搬車両200に発信指示信号を送信した後、運搬車両キュー5201の先頭の識別情報を読み出し次の運搬車両200に積み込みを行い、これを繰り返す。これにより、制御装置540は、作業機械100に運搬車両200の到着順に、積み込み処理をさせることができる。
これにより、第2の実施形態に係る制御装置540は、例えば作業機械100の旋回角度が最小になるように積込対象を決定する場合と比較して、積込のために運搬車両200が停止している時間を短くすることができる。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、第2の実施形態に係る制御装置540は、運搬車両キュー5201に格納された情報に基づいて積込対象を決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置540は、複数の運搬車両200の識別情報と、積込対象を示すフラグとを関連付けて記憶するデータベースに基づいて積込対象を決定してもよい。この場合、制御装置540は、第2の実施形態と同様に、操作信号入力部5104に発進指示信号が入力された場合にフラグを書き換える。
上述した実施形態に係る作業システム1では、遠隔運転室500の制御装置540が管理装置300から受信した運搬車両200の位置情報および方位情報に基づいて自動排土処理の計算を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業システム1は、作業機械100の制御装置126が管理装置300から受信した運搬車両200の位置情報および方位情報に基づいて自動排土処理の計算を行ってもよい。
また、上述した実施形態では、作業機械100は管理装置300を介して運搬車両200の位置および方位を取得するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機械100は、車車間通信により運搬車両200から運搬車両200の位置および方位を取得してもよい。
なお、上述した実施形態に係る作業システム1では、作業機械100が積荷として土砂を積み込むが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積荷は、鉱石、砕石、石炭などであってもよい。
上述した実施形態において、排土位置など自動排土制御をショベル座標系で取り扱ったが、現場座標系で取り扱ってもよい。
Claims (13)
- 旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える作業機械を制御する作業機械制御装置であって、
運搬車が検出した前記運搬車の位置情報を含む運搬車情報を取得する運搬車情報取得部と、
前記運搬車情報に基づいて、積荷を前記運搬車に積み込むための排土位置を特定する排土位置特定部と、
前記旋回体および前記作業機を動作させるための操作信号を出力する操作装置からの操作信号を入力する操作信号入力部と、
特定された前記排土位置に前記バケットを自動的に移動させるための操作信号を生成する操作信号生成部と、
前記操作信号入力部に入力された前記操作装置からの操作信号および前記操作信号生成部が生成した操作信号のいずれかを出力する操作信号出力部であって、前記バケットを前記排土位置まで移動させる排土指示信号を受け付けた場合、前記操作信号生成部が生成した操作信号を出力する操作信号出力部と、
を備える作業機械制御装置。 - 前記運搬車情報取得部は、前記運搬車の走行が停止しているときに前記運搬車情報を取得する
請求項1に記載の作業機械制御装置。 - 前記運搬車情報に含まれる前記位置情報は測位信号に基づいて検出される
請求項1または請求項2に記載の作業機械制御装置。 - 前記排土位置特定部は、前記運搬車の形状に関する情報を用いて前記排土位置を特定する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の作業機械制御装置。 - 前記運搬車の形状に関する情報は前記運搬車の高さを含む
請求項4に記載の作業機械制御装置。 - 前記バケットを前記排土位置まで移動させる排土指示信号が入力されたときの前記バケットの位置を特定するバケット位置特定部
を備える請求項1から請求項5の何れか1項に記載の作業機械制御装置。 - 前記バケット位置特定部は、前記作業機械の車両情報に基づいて前記バケットの位置を特定される
請求項6に記載の作業機械制御装置。 - 前記操作信号生成部は、高さが前記排土位置と等しく、かつ下方に前記運搬車が存在しない位置を経由するように前記操作信号を生成する
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の作業機械制御装置。 - 少なくとも2台の運搬車のうち複数個所に設定された積込点のうち少なくとも2か所の積込点のそれぞれに存在する場合に、前記少なくとも2台の運搬車のうち1台の運搬車を積込対象に決定する積込対象決定部を備え、
前記操作信号生成部は、積込対象の前記運搬車が発進するまで、当該運搬車に係る前記排土位置に基づいて前記操作信号を生成する
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の作業機械制御装置。 - 前記運搬車情報取得部は、複数の運搬車のうち、積込点で停止したと判定された運搬車の前記運搬車情報を取得する
請求項1から請求項9の何れか1項に記載の作業機械制御装置。 - 前記運搬車情報は、前記運搬車の方位情報を含む
請求項1から請求項10の何れか1項に記載の作業機械制御装置。 - 前記運搬車は無人運搬車である
請求項1から請求項11の何れか1項に記載の作業機械制御装置。 - 旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える作業機械の制御方法であって、
運搬車が検出した前記運搬車の位置情報を含む運搬車情報を取得するステップと、
前記運搬車情報に基づいて、積荷を前記運搬車に積み込むための排土位置を特定するステップと、
前記旋回体および前記作業機を動作させるための操作信号を出力する操作装置からの操作信号を入力するステップと、
特定された前記排土位置に前記バケットを自動的に移動させるための操作信号を生成するステップと、
入力された前記操作装置からの前記操作信号および生成した前記操作信号のいずれかを出力するステップと、
を備え、
前記操作信号を出力するステップにおいて、前記バケットを前記排土位置まで移動させる排土指示信号を受け付けた場合、生成した前記操作信号を出力する、
を備える制御方法。
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