JP7423399B2 - 作業システムおよび制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、作業現場で稼働する機械を制御する作業システムおよび制御方法に関する。

特許文献１には、作業現場において、作業機械が掘削した掘削物を運搬車両に積み込む処理を自動制御する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、運搬車両は、作業機械から指定された積込点への進入信号に基づいて当該積込点へ移動し、作業機械は、運搬車両が積込点への移動を完了した後に掘削物を排土する。これにより、運搬車両は自動制御により積込点へ移動し、作業機械は自動制御により掘削物の積込を行う。

特開２０１９－０６５６６０号公報

ところで、効率の良い積込制御を実現するためには、作業機械は運搬車両が積込点へ到達したときに速やかに掘削物を排土できるように、運搬車両が積込点へ到達する前に掘削物を抱え込んだ状態で作業機を積込点に移動させることが好ましい。しかしながら、運搬車両を積込点に誤差なく停止させることは困難である。そのため、運搬車両が積込点からずれた位置に停車した場合、作業機械が抱え込んだ掘削物を排土したときに、当該掘削物が運搬車両のベッセルからこぼれる可能性がある。
本開示の目的は、作業機械が抱え込んだ掘削物を運搬車両に排土する場合に、掘削物がこぼれることを防ぐことができる作業システムおよび制御方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、作業システムは、作業現場で稼働する機械を制御する作業システムであって、ベッセルを備える運搬車両が積込点に到達する前に、作業機を備える作業機械に、前記作業機を前記積込点の上方へ移動させる第１制御信号を出力する第１制御部と、前記運搬車両に、前記ベッセルが前記積込点に位置するように前記運搬車両を走行させるための進入指示を送信する送信部と、前記第１制御信号に基づいて掘削物を保持して待機している前記作業機の位置である待機位置と、前記進入指示に基づいて前記運搬車両が前記積込点へ到達したときの前記ベッセルの位置とのずれが小さくなるように、前記作業機械または前記運搬車両を制御するための第２制御信号を出力する第２制御部とを備える。

上記態様によれば、作業機械が抱え込んだ掘削物を運搬車両に排土する場合に、掘削物がこぼれることを防ぐことができる。

第１の実施形態に係る作業システムの構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る作業機械の外観図である。 第１の実施形態に係る管制装置の構成を示す概略ブロック図である。 走行経路の例を表す図である。 バケットとベッセルの位置関係の例を示す上面図である。 第１の実施形態のずれ調整制御におけるずれ角度と旋回指令値との関係を示す図である。 第１の実施形態に係る作業システムによる積込制御を示すシーケンス図である。 第１の実施形態に係る作業システムによる積込制御を示すシーケンス図である。

〈第１の実施形態〉
《作業システム１》
図１は、第１の実施形態に係る作業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、１または複数の運搬車両２００と、管制装置３００とを備える。作業システム１は、管制装置３００によって作業機械１００と運搬車両２００とを自動制御する無人搬送システムである。管制装置３００は、作業システムの一例である。

運搬車両２００は、管制装置３００から受信するコースデータ（例えば速度データ、運搬車両２００が進むべき座標）に基づいて無人走行する。運搬車両２００と管制装置３００とは、アクセスポイント４００を介した通信により接続される。管制装置３００は、運搬車両２００から位置および方位を取得し、これらに基づいて運搬車両２００の走行に用いるコースデータを生成する。管制装置３００は、コースデータを運搬車両２００に送信する。運搬車両２００は、受信したコースデータに基づいて無人走行する。なお、第１の実施形態に係る作業システム１は、無人搬送システムを備えるが、他の実施形態においては、一部または全部の運搬車両２００が有人運転されてもよい。この場合、管制装置３００は、コースデータおよび積込に関する指示の送信を行う必要がないが、運搬車両２００の位置および方位を取得する。

作業機械１００は、管制装置３００から受信する指示に従って無人制御される。作業機械１００と管制装置３００とは、アクセスポイント４００を介した通信により接続される。

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）に設けられる。他方、管制装置３００は、任意の場所に設けられてよい。例えば、管制装置３００は、作業機械１００および運搬車両２００から離れた地点（例えば、市街、作業現場内）に設けられてよい。

《運搬車両２００》
第１の実施形態に係る運搬車両２００は、ベッセル２０１を備える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両であってもよい。
運搬車両２００は、ベッセル２０１、位置方位演算器２１０および制御装置２２０を備える。位置方位演算器２１０は、運搬車両２００の位置および方位を演算する。位置方位演算器２１０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。ＧＮＳＳの例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられる。２つの受信器は、それぞれ運搬車両２００の異なる位置に設置される。位置方位演算器２１０は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における運搬車両２００の位置を検出する。位置方位演算器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。

制御装置２２０は、位置方位演算器２１０が検出した位置および演算した方位を管制装置３００に送信する。制御装置２２０は、管制装置３００からコースデータおよび排土指示、積込点Ｐ３への進入指示、および積込点Ｐ３からの発進指示を受信する。制御装置２２０は、受信したコースデータに従って運搬車両２００を走行させ、または排土指示に従って運搬車両２００のベッセル２０１を上下させる。制御装置２２０は、運搬車両が指示に基づいて目的地に到達して停止したときに、目的地への到達を示す到達通知を管制装置３００に送信する。

《作業機械１００》
図２は、第１の実施形態に係る作業機械１００の外観図である。
第１の実施形態に係る作業機械１００は、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車両であってもよい。
作業機械１００は、油圧により作動する作業機１１０と、作業機１１０を支持する旋回体１２０と、旋回体１２０を支持する走行体１３０とを備える。

作業機１１０は、ブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３と、ブームシリンダ１１４と、アームシリンダ１１５と、バケットシリンダ１１６と、ブーム角度センサ１１７と、アーム角度センサ１１８と、バケット角度センサ１１９とを備える。

ブーム１１１の基端部は、旋回体１２０の前部にピンを介して取り付けられる。
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、土砂などの掘削物を掘削するための刃と掘削物を搬送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。掘削物の例としては、土砂、鉱石、砕石、石炭などが挙げられる。

ブームシリンダ１１４は、ブーム１１１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１１４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１１４の先端部は、ブーム１１１に取り付けられる。
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、アーム１１２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。

ブーム角度センサ１１７は、ブーム１１１に取り付けられ、ブーム１１１の傾斜角を検出する。
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、角度センサが取付部を基準とした相対角を検出するものであってもよいし、各シリンダのストロークを計測しシリンダのストローク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。

作業機械１００は、位置方位演算器１２３、傾斜計測器１２４、制御装置１２５を備える。

位置方位演算器１２３は、旋回体１２０の位置および旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１２３は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１２３は、一方の受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（例えば、旋回体１２０の旋回中心）の位置を検出する。なお、制御装置１２５は、現場座標系における旋回体１２０の代表点の位置を用いることで、現場座標系の位置と機械座標系の位置とを互いに変換することができる。機械座標系とは、旋回体１２０の代表点を基準とする直交座標系である。
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。

傾斜計測器１２４は、旋回体１２０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角、ピッチ角、ヨー角）を検出する。傾斜計測器１２４は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１２４は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。

制御装置１２５は、旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３の傾斜角、走行体１３０の走行速度、ならびに旋回体１２０の姿勢を、管制装置３００に送信する。以下、作業機械１００または運搬車両２００が各種センサから収集したデータを車両データともよぶ。なお、他の実施形態に係る車両データは、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る車両データは、旋回速度、位置、方位、傾斜角、走行速度、姿勢のいずれかを含まなくてもよいし、その他のセンサによって検出された値を含んでもよいし、検出された値から演算された値を含んでもよい。
制御装置１２５は、管制装置３００から制御指示を受信する。制御装置１２５は、受信した制御指示に従って、作業機１１０、旋回体１２０、または走行体１３０を駆動させる。制御装置１２５は、制御指示に基づく駆動が完了したときに、管制装置３００に完了通知を送信する。

《管制装置３００》
図３は、第１の実施形態に係る管制装置の構成を示す概略ブロック図である。
管制装置３００は、作業機械１００の動作および運搬車両２００の走行を管理する。
管制装置３００は、プロセッサ３１０、メインメモリ３３０、ストレージ３５０、インタフェース３７０を備えるコンピュータである。ストレージ３５０は、プログラムを記憶する。プロセッサ３１０は、プログラムをストレージ３５０から読み出してメインメモリ３３０に展開し、プログラムに従った処理を実行する。管制装置３００は、インタフェース３７０を介してネットワークに接続される。プロセッサ３１０の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。

プログラムは、管制装置３００のコンピュータに発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、管制装置３００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ３１０によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。

ストレージ３５０は、制御位置記憶部３５１、走行経路記憶部３５２としての記憶領域を有する。ストレージ３５０の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ３５０は、管制装置３００の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース３７０を介して管制装置３００に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ３５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。

制御位置記憶部３５１は、掘削点および積込点Ｐ３の位置データを記憶する。掘削点および積込点Ｐ３は、例えば予め作業現場の管理者等の操作によって設定される点である。なお、制御位置記憶部３５１が記憶する掘削点および積込点Ｐ３の位置データは、作業の進捗等によって管理者等によって更新されてもよい。

図４は、走行経路の例を表す図である。
走行経路記憶部３５２は、運搬車両２００ごとに走行経路Ｒを記憶する。走行経路Ｒは、２つのエリアＡ（例えば、積込場Ａ１と排土場Ａ２）を結ぶあらかじめ定められた接続経路Ｒ１、ならびにエリアＡ内の経路である進入経路Ｒ２、アプローチ経路Ｒ３および退出経路Ｒ４を有する。進入経路Ｒ２は、エリアＡ内において接続経路Ｒ１の一端である待機点Ｐ１と所定の切り返し点Ｐ２とを接続する経路である。アプローチ経路Ｒ３は、エリアＡ内の切り返し点Ｐ２と積込点Ｐ３または排土点Ｐ４とを接続する経路である。退出経路Ｒ４は、エリアＡ内の積込点Ｐ３または排土点Ｐ４と接続経路Ｒ１の他端である出口点Ｐ５とを接続する経路である。切り返し点Ｐ２は、積込点Ｐ３の位置に応じて管制装置３００によって設定される点である。管制装置３００は、積込点Ｐ３が変更されるたびに、進入経路Ｒ２、アプローチ経路Ｒ３および退出経路Ｒ４を計算する。

プロセッサ３１０は、プログラムの実行により、収集部３１１、運搬車両特定部３１２、走行コース生成部３１３、通知受信部３１４、ダウン旋回制御部３１５、掘削制御部３１６、ホイスト旋回制御部３１７、ベッセル特定部３１８、バケット特定部３１９、ずれ調整部３２０、排土制御部３２１を備える。

収集部３１１は、アクセスポイント４００を介して作業機械１００および運搬車両２００から車両データを受信する。

運搬車両特定部３１２は、収集部３１１が収集した運搬車両２００の車両データに基づいて、掘削物の積込対象となる運搬車両２００を特定する。
走行コース生成部３１３は、走行経路記憶部３５２が記憶する走行経路と、収集部３１１が収集した車両データとに基づいて、運搬車両２００の移動を許可する領域を示すコースデータを生成し、コースデータを運搬車両２００に送信する。コースデータは、例えば、運搬車両２００が所定の速度で一定時間以内に走行可能かつ他の運搬車両２００の走行経路と重複しない領域を表すデータである。

通知受信部３１４は、作業機械１００から完了通知を受信し、運搬車両２００から到達通知を受信する。

ダウン旋回制御部３１５は、制御位置記憶部３５１が記憶する掘削点の位置を含むダウン旋回指示を作業機械１００に送信する。ダウン旋回指示を受信した作業機械１００の制御装置１２５は、作業機械１００の車両データに基づいて、バケット１１３が掘削点の直上に移動するように旋回体１２０および作業機１１０を駆動させる。

掘削制御部３１６は、掘削指示を作業機械１００に送信する。掘削指示を受信した作業機械１００の制御装置１２５は、アーム１１２を引き方向に回動させ、バケット１１３を掘削方向に回動させることで、掘削物を掘削する。なお、作業機械１００がフェイスショベルである場合には、掘削制御部３１６は、アーム１１２を押し方向に回動させる。

ホイスト旋回制御部３１７は、制御位置記憶部３５１が記憶する積込点Ｐ３の位置を含むホイスト旋回指示を作業機械１００に送信する。ホイスト旋回指示を受信した作業機械１００の制御装置１２５は、作業機械１００の車両データに基づいて、バケット１１３が積込点Ｐ３の直上に移動するように旋回体１２０および作業機１１０を駆動させる。

図５は、バケット１１３とベッセル２０１の位置関係の例を示す上面図である。
ベッセル特定部３１８は、運搬車両２００から積込点Ｐ３への到達通知を受信した場合に、収集部３１１が収集した運搬車両２００の車両データに基づいて運搬車両２００のベッセル２０１の中心位置を特定する。運搬車両２００の基準位置（位置データの基準となる位置）とベッセル２０１の中心位置との距離が既知であれば、位置データが示す位置から方位データが示す方向に当該距離だけ移動した位置を、ベッセル２０１の中心位置Ｃ２として特定することができる。ベッセル２０１の中心位置Ｃ２は、例えば、図５に示すように、ベッセル２０１を上方から平面視したときのベッセル２０１の輪郭の幾何重心であってよい。

バケット特定部３１９は、収集部３１１が収集した作業機械１００の車両データに基づいてバケット１１３の中心位置Ｃ１を特定する。バケット１１３の中心位置Ｃ１は、例えば、図５に示すように、バケット１１３を上方から平面視したときのバケット１１３の輪郭の幾何重心であってよい。

ずれ調整部３２０は、バケット１１３の中心位置Ｃ１とベッセル２０１の中心位置Ｃ２とのずれが小さくなるように、ベッセル２０１の中心位置Ｃ２を含むずれ調整指示を送信する。なお、他の実施形態に係るずれ調整指示は、中心位置に限らず、バケット１１３とベッセル２０１の所定の点どうしの距離、または所定の面どうしのなす角が小さくなるようにするものであってもよい。なお、第１の実施形態にかかるずれは、旋回体１２０の旋回中心とバケット１１３の中心とを結ぶ直線と、旋回体１２０の旋回中心とベッセル２０１の中心位置とを結ぶ直線とがなすずれ角度θによって表される。すなわち、第１の実施形態に係るずれは、作業機械１００に対する左右方向のずれである。
ずれ調整指示を受信した作業機械１００の制御装置１２５は、作業機械１００の車両データに基づいて、ベッセル２０１の中心位置Ｃ２を旋回体１２０を基準とする機械座標系の位置に変換する。つまり、制御装置１２５は、現場座標系で表されたベッセル２０１の中心位置Ｃ２を、作業機械１００の旋回体１２０の位置、方位および傾きに基づいて回転させ、平行移動させることで、旋回体１２０を基準とする機械座標系の位置に変換する。制御装置１２５は、ずれ角度θが、所定の調整終了範囲（例えば、±１度）以内になるまで、旋回体１２０を駆動させる。図６は、第１の実施形態のずれ調整制御におけるずれ角度と旋回指令値との関係を示す図である。ずれ調整制御において、制御装置１２５は、旋回指令値は、ずれ角度θの絶対値に対して単調増加の関係にある。つまり、ずれ角度θが大きいほど旋回角速度が速くなる。他方、ずれ角度θの絶対値が所定の閾値を超えると、旋回指令値は最大値で一定となる。また、ずれ角度θが調整終了範囲以内のとき、旋回指令値はゼロとなる。
なお、他の実施形態においては、制御装置１２５は、作業機械１００の車両データに基づいて、旋回体１２０の旋回中心とバケット１１３の中心位置Ｃ１とを結ぶ線分の長さと、旋回体１２０の旋回中心とベッセル２０１の中心位置Ｃ２とを結ぶ線分の長さとの差が、所定の長さ範囲以内になるまで、ブーム１１１またはアーム１１２を駆動させてもよい。つまり、他の実施形態においては、制御装置１２５は、作業機械１００に対する前後方向のずれを小さくするように制御してもよい。

排土制御部３２１は、排土指示を作業機械１００に送信する。排土指示を受信した作業機械１００の制御装置１２５は、バケット１１３をダンプ方向に回動させることで、掘削物を排土する。

《制御方法》
第１の実施形態に係る作業システム１による積込制御について説明する。
図７、図８は、第１の実施形態に係る作業システム１による積込制御を示すシーケンス図である。なお、管制装置３００の収集部３１１は、以下の積込制御中、作業機械１００および運搬車両２００から車両データを一定周期で受信する。
管制装置３００のダウン旋回制御部３１５は、制御位置記憶部３５１から掘削点の位置データを読み出し、当該掘削点の位置データを含むダウン旋回指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ１）。作業機械１００の制御装置１２５は、ダウン旋回指示を受信すると、例えば車両データに基づいてバケット１１３の中心位置Ｃ１が掘削点の直上に移動するように旋回体１２０および作業機１１０を駆動させる（ステップＳ２）。駆動によってバケット１１３の中心位置Ｃ１と掘削点との距離が所定距離以内になると、制御装置１２５は、旋回体１２０および作業機１１０の駆動を停止させ、管制装置３００にダウン旋回の完了通知を送信する（ステップＳ３）。

管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００からダウン旋回の完了通知を受信する。ダウン旋回の完了通知を受信すると、掘削制御部３１６は、掘削指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ４）。作業機械１００の制御装置１２５は、掘削指示を受信すると、アーム１１２を引き方向に回動させ、バケット１１３を掘削方向に回動させることで、掘削物を掘削する（ステップＳ５）。バケット１１３の角度が所定の掘削角度以上になると、制御装置１２５は、作業機１１０の駆動を停止させ、管制装置３００に掘削の完了通知を送信する（ステップＳ６）。

管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００から掘削の完了通知を受信する。掘削の完了通知を受信すると、ホイスト旋回制御部３１７は、制御位置記憶部３５１から積込点Ｐ３の位置データを読み出し、当該積込点Ｐ３の位置データを含むホイスト旋回指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ７）。つまり、ホイスト旋回制御部３１７は、運搬車両２００が積込点Ｐ３に到達する前に、作業機械１００の作業機１１０を積込点Ｐ３へ移動するための第１制御信号を出力する第１制御部の一例である。
作業機械１００の制御装置１２５は、ホイスト旋回指示を受信すると、作業機械１００の車両データに基づいてバケット１１３の中心位置Ｃ１が積込点Ｐ３の直上に移動するように旋回体１２０および作業機１１０を駆動させる（ステップＳ８）。駆動によってバケット１１３の中心位置Ｃ１と積込点Ｐ３との距離が所定距離以内になると、制御装置１２５は、旋回体１２０および作業機１１０の駆動を停止させ、管制装置３００にホイスト旋回の完了通知を送信する（ステップＳ９）。

管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００からホイスト旋回の完了通知を受信する。運搬車両特定部３１２は、収集部３１１が収集した運搬車両２００の車両データに基づいて、例えば切り返し点Ｐ２に位置する運搬車両２００を特定する（ステップＳ１０）。走行コース生成部３１３は、特定した運搬車両２００の車両データに基づいてコースデータを生成し、コースデータを運搬車両２００に送信する（ステップＳ１１）。つまり、走行コース生成部３１３は、運搬車両２００にベッセル２０１が積込点Ｐ３に位置するように移動させるための進入指示を送信する送信部の一例である。

運搬車両２００の制御装置２２０は、コースデータを受信すると、コースデータに従って積込点Ｐ３へ向かって走行を制御する（ステップＳ１２）。制御装置２２０は、ベッセル２０１の所定の位置と積込点Ｐ３との距離が所定距離以内になると、運搬車両２００の走行を停止させ、管制装置３００に積込点Ｐ３への到達通知を送信する（ステップＳ１３）。なお、運搬車両２００が停止したとき、運搬車両２００のベッセル２０１の中心位置Ｃ２と積込点Ｐ３とは必ずしも一致していない。

管制装置３００の通知受信部３１４は、運搬車両２００から積込点Ｐ３への到達通知を受信する。積込点Ｐ３への到達通知を受信すると、管制装置３００のベッセル特定部３１８は、運搬車両２００の車両データに基づいて、ベッセル２０１の中心位置Ｃ２を特定する（ステップＳ１４）。ベッセル特定部３１８は、現場座標系における旋回体１２０の代表点の位置に基づいて、ベッセル２０１の中心位置Ｃ２を旋回体１２０を基準とする機械座標系の位置に変換する。バケット特定部３１９は、作業機械１００の車両データに基づいて、バケット１１３の中心位置Ｃ１を特定する（ステップＳ１５）。すなわち、バケット特定部３１９は、ステップＳ７のホイスト旋回指示に基づいて掘削物を保持して待機しているバケット１１３の位置である待機位置を特定する。

ずれ調整部３２０は、ステップＳ１４で特定したベッセル２０１の中心位置Ｃ２とステップＳ１５で特定したバケット１１３の中心位置Ｃ１とのずれ角度を算出する（ステップＳ１６）。ずれ調整部３２０は、算出したずれ角度が所定の調整不要範囲（例えば、±２度）以内の値であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。ずれ角度が調整不要範囲を超える場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、ずれ調整部３２０は、ステップＳ１４で特定した現場座標系におけるベッセル２０１の中心位置Ｃ２を含むずれ調整指示を送信する（ステップＳ１８）。なお、第１の実施形態においては、管制装置３００は、ステップＳ４からステップＳ９によって、掘削物を保持したバケット１１３を積込点Ｐ３へ移動させ、その後、ステップＳ１１からステップＳ１３によって運搬車両２００が積込点Ｐ３へ移動する。したがって、ずれ調整部３２０によるずれ調整は、作業機械１００が掘削物を保持して待機している状態で、運搬車両２００の停止位置と積込点Ｐ３とにずれがある場合に、バケット１１３とベッセル２０１との位置を合わせるための処理である。
つまり、ずれ調整部３２０は、作業機１１０が掘削物を保持しているときに到達通知を受信した場合に、運搬車両２００を走行させずに、作業機１１０の位置とベッセル２０１の位置との差が小さくなるように、作業機械１００を制御するための第２制御信号を出力する第２制御部の一例である。

作業機械１００の制御装置１２５は、ずれ調整指示を受信すると、車両データに基づいてベッセル２０１の中心位置Ｃ２を機械座標系に変換する。そして、制御装置１２５は、ずれ角度を算出し、ずれ角度が調整終了範囲（例えば、±１度）以内になるまで、図６に基づく旋回指令値に従って旋回体１２０を駆動させる（ステップＳ１９）。制御装置１２５は、ずれ角度が調整終了範囲以内になると、旋回体１２０の駆動を停止させ、ずれ調整の完了通知を管制装置３００に送信する（ステップＳ２０）。

ステップＳ１７においてずれ角度が調整不要範囲以内である場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、またはステップＳ２０で通知受信部３１４がずれ調整の完了通知を受信した場合、排土制御部３２１は、排土指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ２１）。作業機械１００の制御装置１２５は、排土指示を受信すると、バケット１１３をダンプ方向に回動させることで、掘削物を排土する（ステップＳ２２）。これにより、作業機械１００は抱え込んだ掘削物をこぼさずにベッセル２０１に積み込むことができる。バケット１１３の角度が所定のダンプ角度以上になると、制御装置１２５は、作業機１１０の駆動を停止させ、管制装置３００に排土の完了通知を送信する（ステップＳ２３）。
管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００から排土の完了通知を受信する。

管制装置３００のダウン旋回制御部３１５は、制御位置記憶部３５１から掘削点の位置データを読み出し、当該掘削点の位置データを含むダウン旋回指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ２４）。作業機械１００の制御装置１２５は、ダウン旋回指示を受信すると、例えば車両データに基づいてバケット１１３の中心位置Ｃ１が掘削点の直上に移動するように旋回体１２０および作業機１１０を駆動させる（ステップＳ２５）。駆動によってバケット１１３の中心位置Ｃ１と掘削点との距離が所定距離以内になると、制御装置１２５は、旋回体１２０および作業機１１０の駆動を停止させ、管制装置３００にダウン旋回の完了通知を送信する（ステップＳ２６）。

管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００からダウン旋回の完了通知を受信する。ダウン旋回の完了通知を受信すると、掘削制御部３１６は、掘削指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ２７）。作業機械１００の制御装置１２５は、掘削指示を受信すると、バケット１１３を掘削方向に回動させることで、掘削物を掘削する（ステップＳ２８）。バケット１１３の角度が所定の角度以上になると、制御装置１２５は、作業機１１０の駆動を停止させ、管制装置３００に掘削の完了通知を送信する（ステップＳ２９）。

管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００から掘削の完了通知を受信する。掘削の完了通知を受信すると、ホイスト旋回制御部３１７は、ステップＳ１４で特定したベッセル２０１の中心位置Ｃ２を含むホイスト旋回指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ３０）。作業機械１００の制御装置１２５は、ホイスト旋回指示を受信すると、作業機械１００の車両データに基づいてバケット１１３の中心位置Ｃ１がベッセル２０１の直上に移動するように旋回体１２０および作業機１１０を駆動させる（ステップＳ３１）。駆動によってバケット１１３の中心位置Ｃ１とベッセル２０１の中心位置Ｃ２との距離が所定距離以内になると、制御装置１２５は、旋回体１２０および作業機１１０の駆動を停止させ、管制装置３００にホイスト旋回の完了通知を送信する（ステップＳ３２）。すなわち、２回目以降の積込においては、ずれ調整部３２０によるずれ調整処理を行わない。１回目の積込時には、作業機械１００がバケット１１３が積込点Ｐ３の直上までホイスト旋回させた後に運搬車両２００が当該積込点へ向かう。そのため、運搬車両２００のベッセル２０１が積込点Ｐ３からずれる可能性があり、ずれ調整処理を行う必要がある。他方、２回目以降の積込時には、作業機械１００は停止しているベッセル２０１の直上へ向かってホイスト旋回する。そのため、２回目以降の積込時には、ずれ調整処理を行うことなく、バケット１１３をベッセル２０１の直上に移動させることができる。

管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００からホイスト旋回の完了通知を受信する。ホイスト旋回の完了通知を受信すると、排土制御部３２１は、排土指示を作業機械１００に送信する（ステップＳ３３）。作業機械１００の制御装置１２５は、排土指示を受信すると、バケット１１３をダンプ方向に回動させることで、掘削物を排土する（ステップＳ３４）。このとき、管制装置３００は、メモリに記憶する掘削物の積込回数に１を加算する。バケット１１３の角度が所定のダンプ角度以上になると、作業機１１０の駆動を停止させ、制御装置１２５は、管制装置３００に排土の完了通知を送信する（ステップＳ３５）。
管制装置３００の通知受信部３１４は、作業機械１００から排土の完了通知を受信する。

管制装置３００は、掘削物の積込回数が上限回数未満であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。掘削物の積込の上限回数は、バケット１１３の容量およびベッセル２０１の容量に基づいて予め設定されている。掘削物の積込回数が上限回数未満である場合（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、ステップＳ２４に処理を戻し、再度土砂の掘削積込を行う。

他方、掘削物の積込回数が上限回数以上である場合（ステップＳ３６：ＮＯ）、走行コース生成部３１３は、ステップＳ１０で特定した運搬車両２００の車両データに基づいてコースデータを生成し、コースデータを運搬車両２００に送信する（ステップＳ３７）。つまり、走行コース生成部３１３は、運搬車両２００に積込点Ｐ３からの退出指示を送信する。運搬車両２００の制御装置２２０は、コースデータを受信すると、コースデータに従って走行を制御する（ステップＳ３８）。これにより、積込が完了した運搬車両２００を退出させることができる。管制装置３００は、メモリに記憶する掘削物の積込回数をリセットする。

《作用・効果》
このように、第１の実施形態によれば、管制装置３００は、運搬車両２００が積込点Ｐ３に到達する前に作業機械１００にホイスト旋回指示を出力し、運搬車両２００にベッセル２０１が積込点Ｐ３に位置するように移動させるための進入指示であるコースデータを送信する。管制装置３００は、運搬車両２００から、積込点Ｐ３への到達の完了を示す到達通知を受信し、運搬車両２００を走行させずに、作業機１１０の位置とベッセル２０１の位置との差が小さくなるように、作業機械１００を制御するためのずれ調整指示を出力する。これにより、管制装置３００は、作業機械１００が抱え込んだ掘削物を運搬車両２００に排土する場合に、掘削物がこぼれることを防ぐことができる。
また、作業機１１０の位置とベッセル２０１の位置との差を小さくする方法として、運搬車両２００が積込点Ｐ３に誤差なく停止するように運搬車両２００の走行を制御する方法が考えられる。しかしながら、運搬車両２００は一般的にタイヤによって走行するため、停車位置の微細な制御を行うためには進行方向を変えながら細かく前進と後退を繰り返す必要があり、ずれ調整に時間がかかる。そのため、第１の実施形態のように、作業機械１００の旋回によってずれ調整を行うことで、ずれ調整に掛かる時間を低減し、生産性を向上させることができる。

〈他の実施形態〉
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。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。例えば、上述した実施形態では、初回の積込み時に、作業機械１００のホイスト旋回の完了後に運搬車両２００に進入指示を送信するが、これに限られない。例えば、他の実施形態において、作業機械１００に掘削指示を送信するタイミングで、運搬車両２００に進入指示を送信してもよい。これにより、より効率的に掘削積込作業を実現することができる。なお、作業機械１００に掘削指示を送信するタイミングで運搬車両２００に進入指示を送信したとしても、通常、運搬車両２００は、作業機械１００のホイスト旋回の開始後に積込点Ｐ３に到達する。この場合、第１の実施形態と同様に、ステップＳ１６以降の処理を実行する。他方、運搬車両２００が作業機械１００のホイスト旋回の開始前に積込点Ｐ３に到達した場合には、ステップＳ７のホイスト旋回指示の目標位置をベッセル２０１の位置に指定してもよい。

上述した実施形態においては、管制装置３００がダウン旋回指示、掘削指示、およびホイスト旋回指示を分けて作業機械１００に送信するが、他の実施形態においては、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、管制装置３００がダウン旋回、掘削、およびホイスト旋回の一連の作業を実施させる抱え込み指示を送信し、作業機械１００が当該抱え込み指示に基づいてステップＳ２、Ｓ５、Ｓ８およびＳ９の処理を実行してもよい。

上述した実施形態においては、管制装置３００が、作業機械１００からホイスト旋回の完了指示を受信してから、運搬車両２００に進入指示を送信するが、他の実施形態においては、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、管制装置３００は、作業機械１００にホイスト旋回指示、または上述の抱え込み指示を送信してから所定時間が経過したときに、または作業機械１００が所定姿勢になったときに、運搬車両２００に進入指示を送信してもよい。

上述した実施形態では、旋回体１２０の旋回により、ずれ調整制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る運搬車両２００が、ベッセル２０１を鉛直軸回りに回転させることができる場合、運搬車両２００によるベッセル２０１の回転によってずれ調整制御を行ってもよい。この場合、管制装置３００のずれ調整部３２０は、運搬車両２００に対してずれ調整指示を送信する。なお、運搬車両２００がベッセル２０１を回転させることができる場合、運搬車両２００は積込点Ｐ３への移動のために切り返しを行う必要がない。そのため、この場合、アプローチ経路Ｒ３は、待機点Ｐ１と積込点Ｐ３または排土点Ｐ４とを接続する経路であってよい。

上述した実施形態に係る作業機械１００は、自動運転により掘削積込を行うが、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作業機械１００は、オペレータの手動制御により掘削を実行し、自動制御によりホイスト旋回、排土、およびダウン旋回を実行するものであってよい。この場合、オペレータは掘削完了後、操作装置に設けられたボタン等の操作により、自動制御の開始を指示する。

上述した実施形態に係る管制装置３００は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、管制装置３００の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで管制装置３００として機能するものであってもよい。このとき、管制装置３００を構成する一部が作業機械１００の制御装置１２５または運搬車両２００の制御装置２２０によって実現されてもよい。例えば、他の実施形態においては、管制装置３００の機能の一部を作業機械１００の制御装置１２５と運搬車両２００の制御装置２２０とに持たせ、作業機械１００と運搬車両２００との車車間通信によって、作業システムを構成してもよい。

１…作業システム １００…作業機械 １１０…作業機 １２０…旋回体 １３０…走行体 １１１…ブーム １１２…アーム １１３…バケット １２５…制御装置 ２００…運搬車両 ２０１…ベッセル ２２０…制御装置 ３００…管制装置 ３１０…プロセッサ ３３０…メインメモリ ３５０…ストレージ ３７０…インタフェース ３５１…制御位置記憶部 ３５２…走行経路記憶部 ３１１…収集部 ３１２…運搬車両特定部 ３１３…走行コース生成部 ３１４…通知受信部 ３１５…ダウン旋回制御部 ３１６…掘削制御部 ３１７…ホイスト旋回制御部 ３１８…ベッセル特定部 ３１９…バケット特定部 ３２０…ずれ調整部 ３２１…排土制御部

Claims (8)

1. 作業現場で稼働する機械を制御する作業システムであって、
   バケットを有する作業機と旋回体とを備える作業機械の車両データと、ベッセルを備える運搬車両の車両データとを取得する収集部と、
   前記バケットを有する作業機を予め定められた積込点の上方へ移動させるための第１制御信号を出力する第１制御部と、
   前記ベッセルを備える運搬車両を前記積込点に位置するように前記運搬車両を走行させるための進入指示を送信する送信部と、
   前記バケットの位置と前記ベッセルの位置とのずれが小さくなるように、前記旋回体、前記作業機または前記運搬車両を制御するための第２制御信号を出力する第２制御部と、
   を備え、
   前記作業機械の車両データに基づいて前記積込点の上方まで前記作業機を移動させ、かつ前記運搬車両の車両データに基づいて前記積込点まで前記運搬車両を走行させた後、前記第２制御部は、掘削物を保持して待機している前記バケットの位置と、前記進入指示に基づいて前記運搬車両が前記積込点へ到達したときの前記ベッセルの位置とのずれが小さくなるように、前記第２制御信号を出力する
   作業システム。
2. 前記第１制御部は、前記ベッセルを備える運搬車両が前記積込点に到達する前に、第１制御信号を出力する
   請求項１に記載の作業システム。
3. 前記第２制御部は、前記バケットと前記ベッセルの所定の点との距離、または前記バケットと前記ベッセルの所定の面とのなす角が小さくなるように前記第２制御信号を出力する
   請求項１または請求項２に記載の作業システム。
4. 前記第２制御部は、前記バケットと前記ベッセルの位置が合うように前記旋回体または前記ベッセルを旋回させるための前記第２制御信号を出力する
   請求項１または請求項３に記載の作業システム。
5. 前記第２制御部は、前記作業機械の旋回中心と前記バケットの中心とを結ぶ直線と、前記作業機械の旋回中心と前記ベッセルの中心とを結ぶ直線とがなす角度が、所定の角度範囲内であるか否かを判定し、前記角度が前記角度範囲を超える場合に、前記第２制御信号を出力する
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の作業システム。
6. 前記第２制御部は、前記バケットの位置と前記ベッセルの位置のずれ量が所定の調整不要範囲以内の値であるか否かを判定し、前記ずれ量が調整不要範囲を超える場合に前記第２制御信号を出力する
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の作業システム。
7. 前記作業機はさらにブームとアームを有し、
   前記第２制御部は、前記作業機械の旋回中心と前記バケットの中心とを結ぶ線分の長さと、前記作業機械の旋回中心と前記ベッセルの中心とを結ぶ線分の長さとの差が、所定の長さ範囲内になるまで、前記ブームまたは前記アームを駆動する前記第２制御信号を出力する
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の作業システム。
8. 作業現場で稼働する機械を制御する制御方法であって、
   バケットを有する作業機と旋回体とを備える作業機械の車両データと、ベッセルを備える運搬車両の車両データとを取得するステップと、
   前記バケットを有する作業機を予め定められた積込点の上方へ移動させるための第１制御信号を出力するステップと、
   前記ベッセルを備える運搬車両を前記積込点に位置するように前記運搬車両を走行させるための進入指示を送信するステップと、
   前記バケットの位置と前記ベッセルの位置とのずれが小さくなるように、前記旋回体、前記作業機または前記運搬車両を制御するための第２制御信号を出力するステップと、
   を備え、
   前記第２制御信号を出力するステップでは、前記作業機械の車両データに基づいて前記積込点の上方まで前記作業機を移動させ、かつ前記運搬車両の車両データに基づいて前記積込点まで前記運搬車両を走行させた後、掘削物を保持して待機している前記バケットの位置と、前記進入指示に基づいて前記運搬車両が前記積込点へ到達したときの前記ベッセルの位置とのずれが小さくなるように、前記第２制御信号を出力する
   制御方法。

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