JP7461265B2 - 積込機械の制御システム、積込機械、及び積込機械の制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、積込機械の制御システム、積込機械、及び積込機械の制御方法に関する。

作業機を有する積込機械に係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、効率的な掘削動作を実施可能な積込機械が知られている。

特開２０１９－２０３３８１号公報

ある特定の作業サイクルによれば、積込機械は、作業機で掘削対象を掘削した後、掘削物を運搬車両に積み込む。掘削物を運搬車両に積み込むとき、積込機械は、運搬車両にとって最適な重量となるように、掘削物の重量を調整して積み込むことが望ましい。

本開示は、積込機械による積込作業を最適化することを目的とする。

本開示に係るバケットを含む作業機を有する積込機械の制御システムは、制御装置を備える。制御装置は、掘削作業中にバケットによって掘削された掘削物の第１表面を検出し、第１表面の検出データに基づいて、水平面に対する第１表面の角度を示す掘削中積荷角を算出し、掘削中積荷角に基づいて、掘削物の重量を推定する。

本開示によれば、積込機械による積込作業を最適化することができる。

図１は、第１実施形態に係る積込機械を示す側面図である。 図２は、第１実施形態に係るバケットを示す斜視図である。 図３は、第１実施形態に係るバケットを模式的に示す側面図である。 図４は、第１実施形態に係る作業機の動作を説明する図である。 図５は、第１実施形態に係る積込機械を示す構成図である。 図６は、第１実施形態に係る積込機械の作業モードを説明する図である。 図７は、第１実施形態に係る積込機械の掘削作業及び掘削対象離隔動作を説明する図である。 図８は、第１実施形態に係る積込機械の積込作業及び積込対象離隔動作を説明する図である。 図９は、第１実施形態に係る形状センサにより検出される掘削作業中の掘削物を説明する図である。 図１０は、第１実施形態に係る形状センサにより検出される掘削作業後の掘削物を説明する図である。 図１１は、第１実施形態に係るバケットに保持された掘削物の状態を説明する図である。 図１２は、第１実施形態に係る積込機械の制御システムを示す機能ブロック図である。 図１３は、第１実施形態に係る積込機械の制御装置を示すブロック図である。 図１４は、第１実施形態に係る掘削作業中の掘削物を説明する図である。 図１５は、第１実施形態に係る積込機械の制御方法を示すフローチャートである。 図１６は、第１実施形態に係るキャリブレーション方法を示すフローチャートである。 図１７は、第１実施形態に係る掘削方法を示すフローチャートである。 図１８は、第２実施形態に係る積込機械の制御システムを示す機能ブロック図である。 図１９は、第２実施形態に係る掘削方法を示すフローチャートである。 図２０は、第２実施形態に係る積込機械の制御システムの変形例を示す図である。 図２１は、第３実施形態に係る形状センサにより検出される掘削物を説明する図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

実施形態においては、積込機械１にローカル座標系を設定し、ローカル座標系を参照しながら各部の位置関係について説明する。ローカル座標系において、積込機械１の左右方向（車幅方向）に延伸する第１軸をＸ軸とし、積込機械１の前後方向に延伸する第２軸をＹ軸とし、積込機械１の上下方向に延伸する第３軸をＺ軸とする。Ｘ軸とＹ軸とは直交する。Ｙ軸とＺ軸とは直交する。Ｚ軸とＸ軸とは直交する。＋Ｘ方向は右方向であり、－Ｘ方向は左方向である。＋Ｙ方向は前方向であり、－Ｙ方向は後方向である。＋Ｚ方向は上方向であり、－Ｚ方向は下方向である。

［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。

＜積込機械の概要＞
図１は、実施形態に係る積込機械１を示す側面図である。実施形態に係る積込機械１は、例えばホイールローダである。以下の説明において、積込機械１を適宜、ホイールローダ１、と称する。

図１に示すように、ホイールローダ１は、車体２と、アーティキュレート機構３と、キャブ４と、車輪５と、作業機６とを備える。ホイールローダ１は、車輪５により、作業現場を走行する。ホイールローダ１は、作業現場において、作業機６を用いる作業を実施する。ホイールローダ１は、作業機６を用いて、掘削作業、積込作業、運搬作業、及び除雪作業等の作業を実施することができる。

車体２は、作業機６を支持する。車体２は、車体前部２Ｆと、車体後部２Ｒとを含む。車体前部２Ｆは、車体後部２Ｒよりも前方に配置される。車体前部２Ｆと車体後部２Ｒとは、アーティキュレート機構３により連結される。アーティキュレート機構３は、アーティキュレートシリンダ１１を含む。アーティキュレートシリンダ１１は、車体前部２Ｆと車体後部２Ｒとを連結する。アーティキュレートシリンダ１１が伸縮することにより、車体前部２Ｆは、車体後部２Ｒに対して左右方向に屈曲する。車体前部２Ｆが車体後部２Ｒに対して屈曲することにより、ホイールローダ１の走行方向が調整される。アーティキュレートシリンダ１１は、例えば油圧シリンダである。

キャブ４は、車体２に支持される。実施形態において、キャブ４は、車体後部２Ｒの上部に配置される。キャブ４の内部には、オペレータが着座するシートと、後述する操作装置２５とが配置される。

車輪５は、車体２を支持する。車輪５は、前輪５Ｆと、後輪５Ｒとを含む。前輪５Ｆは、後輪５Ｒよりも前方に配置される。前輪５Ｆは、車体前部２Ｆに装着される。後輪５Ｒは、車体後部２Ｒに装着される。なお、図１では、左側の前輪５Ｆ及び後輪５Ｒのみが図示されている。

実施形態において、Ｘ軸は、前輪５Ｆの回転軸ＣＸｆと平行である。Ｚ軸は、地面２００と接触する前輪５Ｆの接地面と直交する。ホイールローダ１が直進状態で走行するとき、前輪５Ｆの回転軸ＣＸｆと後輪５Ｒの回転軸ＣＸｒとは、平行である。

作業機６は、車体２に支持される。作業機６は、車体前部２Ｆに連結される。作業機６は、ブーム１２と、バケット１３と、ベルクランク１４と、バケットリンク１５と、リフトシリンダ１８と、バケットシリンダ１９とを有する。

ブーム１２の基端部は、車体前部２Ｆに回動可能に連結される。ブーム１２は、車体前部２Ｆに対して、回動軸ＡＸａを中心に回動する。ブーム１２の中間部に、ブラケット１６が固定される。

バケット１３の基端部は、ブーム１２の先端部に回動可能に連結される。バケット１３は、ブーム１２に対して、回動軸ＡＸｂを中心に回動する。バケット１３は、前輪５Ｆよりも前方に配置される。バケット１３の一部に、ブラケット１７が固定される。

ベルクランク１４の中間部は、ブーム１２のブラケット１６に回動可能に連結される。ベルクランク１４は、ブーム１２のブラケット１６に対して、回動軸ＡＸｃを中心に回動する。ベルクランク１４の下端部は、バケットリンク１５の基端部に回動可能に連結される。

バケットリンク１５の先端部は、バケット１３のブラケット１７に回動可能に連結される。バケットリンク１５は、バケット１３のブラケット１７に対して、回動軸ＡＸｄを中心に回動する。ベルクランク１４は、バケットリンク１５を介してバケット１３に連結される。

リフトシリンダ１８は、ブーム１２を動作させる。リフトシリンダ１８の基端部は、車体前部２Ｆに連結される。リフトシリンダ１８の先端部は、ブーム１２に連結される。ブーム１２は、リフトシリンダ１８に対して、回動軸ＡＸｅを中心に回動する。リフトシリンダ１８は、例えば油圧シリンダである。

バケットシリンダ１９は、バケット１３を動作させる。バケットシリンダ１９の基端部は、車体前部２Ｆに連結される。バケットシリンダ１９の先端部は、ベルクランク１４の上端部に連結される。ベルクランク１４は、バケットシリンダ１９に対して、回動軸ＡＸｆを中心に回動する。バケットシリンダ１９は、例えば油圧シリンダである。

＜バケット＞
図２は、実施形態に係るバケット１３を示す斜視図である。図３は、実施形態に係るバケット１３を模式的に示す側面図である。バケット１３は、掘削対象を掘削する作業部材である。バケット１３は、掘削物３００を保持する。バケット１３は、底板部１３１と、背板部１３２と、上板部１３３と、右板部１３４と、左板部１３５とを含む。底板部１３１の先端部には下端部である刃先端部１３Ａが設けられる。上板部１３３の先端部には上端部１３Ｂが設けられる。右板部１３４の先端部には右端部１３Ｃが設けられる。左板部１３５の先端部には左端部１３Ｄが設けられる。刃先端部１３Ａは、左右方向に延伸する。上端部１３Ｂは、左右方向に延伸する。右端部１３Ｃは、上下方向又は前後方向に延伸する。左端部１３Ｄは、上下方向又は前後方向に延伸する。実施形態において、刃先端部１３Ａと上端部１３Ｂとは、平行である。右端部１３Ｃと左端部１３Ｄとは、平行である。刃先端部１３Ａと上端部１３Ｂと右端部１３Ｃと左端部１３Ｄとの間に、バケット１３の開口部１３６が規定される。バケット１３の開口部１３６は、刃先端部１３Ａと、刃先端部１３Ａと向かい合う上端部１３Ｂと、右端部１３Ｃと、右端部１３Ｃと向かい合う左端部１３Ｄとによって規定される。刃先端部１３Ａには、刃先又は刃が取り付けられる。

実施形態において、上下方向又は前後方向における開口部１３６の寸法、すなわち、ＹＺ平面において刃先端部１３Ａと上端部１３Ｂとを結ぶ直線の寸法を、長さＬとする。左右方向における開口部１３６の寸法を、幅Ｈとする。ＹＺ平面において底板部１３１の内面と刃先端部１３Ａと上端部１３Ｂを結ぶ直線とがなす角度を、開口角θ３とする。

＜作業機の動作＞
図４は、実施形態に係る作業機６の動作を説明する図である。実施形態において、作業機６は、掘削作業においてバケット１３の開口部１３６が前方を向くフロントローディング方式の作業機である。リフトシリンダ１８が伸縮することによって、ブーム１２が上げ動作又は下げ動作する。バケットシリンダ１９が伸縮することによって、バケット１３がチルト動作又はダンプ動作する。

ブーム１２の上げ動作とは、ブーム１２の先端部が地面２００から離隔するように、ブーム１２が回動軸ＡＸａを中心に回動する動作をいう。ブーム１２の下げ動作とは、ブーム１２の先端部が地面２００に接近するように、ブーム１２が回動軸ＡＸａを中心に回動する動作をいう。

リフトシリンダ１８が伸びると、ブーム１２が上げ動作する。リフトシリンダ１８が縮むと、ブーム１２が下げ動作する。

バケット１３のチルト動作とは、バケット１３の開口部１３６が上方を向き刃先端部１３Ａが地面２００から離隔するように、バケット１３が回動軸ＡＸｂを中心に回動する動作をいう。バケット１３のダンプ動作とは、バケット１３の開口部１３６が下方を向き刃先端部１３Ａが地面２００に接近するように、バケット１３が回動軸ＡＸｂを中心に回動する動作をいう。

詳しくは、バケットシリンダ１９が伸びると、ベルクランク１４の上端部が前方に移動し、ベルクランク１４の下端部が後方に移動するように、ベルクランク１４が回動する。ベルクランク１４の下端部が後方に移動すると、バケット１３は、バケットリンク１５により後方に引かれ、チルト動作する。バケットシリンダ１９が縮むと、ベルクランク１４の上端部が後方に移動し、ベルクランク１４の下端部が前方に移動するように、ベルクランク１４が回動する。ベルクランク１４の下端部が前方に移動すると、バケット１３は、バケットリンク１５により前方に押され、ダンプ動作する。

バケット１３をチルト動作させることにより、掘削物３００がバケット１３によって掬い取られ、バケット１３に保持することができる。バケット１３をダンプ動作させることにより、バケット１３に保持されている掘削物３００をバケット１３から排出させることができる。

＜積込機械の構成＞
図５は、実施形態に係るホイールローダ１を示す構成図である。図５に示すように、ホイールローダ１は、動力源２０と、ＰＴＯ（Power Take Off）２１と、動力伝達装置２２と、油圧ポンプ２３と、制御弁２４と、操作装置２５と、制御装置５０とを備える。

動力源２０は、例えばディーゼルエンジンである。

ＰＴＯ２１は、動力源２０の駆動力の少なくとも一部を油圧ポンプ２３に伝達する。ＰＴＯ２１は、動力源２０の駆動力を動力伝達装置２２と油圧ポンプ２３とに分配する。

動力伝達装置２２は、動力源２０の駆動力を車輪５に伝達する。動力伝達装置２２は、ホイールローダ１の速度範囲及び進行方向を制御する。動力伝達装置２２は、例えば、ＨＳＴ（Hydro Static Transmission）でもよいし、ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）でもよい。動力伝達装置２２は、例えば、トルクコンバータを有するトランスミッションでもよいし、複数の変速ギアを有するトランスミッションでもよい。

油圧ポンプ２３は、動力源２０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の少なくとも一部は、アーティキュレートシリンダ１１に供給される。油圧ポンプ２３から吐出された作動油の少なくとも一部は、制御弁２４を介して、リフトシリンダ１８及びバケットシリンダ１９のそれぞれに供給される。制御弁２４は、油圧ポンプ２３からリフトシリンダ１８及びバケットシリンダ１９のそれぞれに供給される作動油の流量及び方向を制御する。アーティキュレート機構３及び作業機６のそれぞれは、油圧ポンプ２３からの作動油により動作する。

操作装置２５は、キャブ４の内部に配置される。操作装置２５は、オペレータにより操作される。操作装置２５は、駆動系操作装置２５Ａと、作業機操作装置２５Ｂとを含む。

駆動系操作装置２５Ａは、動力源２０及び動力伝達装置２２の一方又は両方を動作させるための操作信号を生成する。オペレータは、駆動系操作装置２５Ａを操作して、動力伝達装置２２を動作させる。駆動系操作装置２５Ａは、例えば、前後進操作装置２５３を含む。

前後進操作装置２５３は、例えばホイールローダ１の前進と後進とを切り換えるために操作される。制御装置５０は、前後進操作装置２５３が生成した操作信号に基づいて、動力伝達装置２２を制御する。動力伝達装置２２が制御されることにより、ホイールローダ１の前進と後進とが切り換えられる。

作業機操作装置２５Ｂは、作業機６を動作させるための操作信号を生成する。オペレータは、作業機操作装置２５Ｂを操作して、作業機６を動作させる。作業機操作装置２５Ｂは、ブーム操作部２５４と、バケット操作部２５５とを含む。

ブーム操作部２５４は、ブーム１２を動作させるために操作される。制御装置５０は、ブーム操作部２５４が生成した操作信号に基づいて、制御弁２４を制御する。制御弁２４が制御されることにより、リフトシリンダ１８が駆動し、ブーム１２が動作する。

バケット操作部２５５は、バケット１３を動作させるために操作される。制御装置５０は、バケット操作部２５５が生成した操作信号に基づいて、制御弁２４を制御する。制御弁２４が制御されることにより、バケットシリンダ１９が駆動し、バケット１３が動作する。

また、ホイールローダ１は、傾斜センサ３０と、ブーム角センサ３１と、バケット角センサ３２と、重量計測装置３３と、形状センサ３４とを有する。

傾斜センサ３０は、車体２の傾きを検出する。より詳しくは、傾斜センサ３０は、水平面に対する車体２の傾斜角度を示す車体傾斜角θａを検出する。傾斜センサ３０は、車体２の少なくとも一部に配置される。傾斜センサ３０として、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）が例示される。傾斜センサ３０により検出された車体傾斜角θａの検出データは、制御装置５０に送信される。

ブーム角センサ３１は、ブーム１２の角度を検出する。より詳しくは、ブーム角センサ３１は、ローカル座標系における車体２に対するブーム１２の角度を示すブーム角θｂを検出する。ブーム角センサ３１として、車体前部２Ｆとブーム１２との連結部に配置される角度センサが例示される。実施形態において、ブーム角θｂは、回動軸ＡＸａと回動軸ＡＸｂとを結ぶ線と、回転軸ＣＸｆと回転軸ＣＸｒとを結ぶ線とがなす角度である。ブーム角センサ３１により検出されたブーム角θｂの検出データは、制御装置５０に送信される。なお、ブーム角センサ３１は、リフトシリンダ１８のストロークを検出するストロークセンサでもよい。

バケット角センサ３２は、バケット１３の角度を検出する。より詳しくは、バケット角センサ３２は、ローカル座標系におけるブーム１２に対するベルクランク１４の角度を示すベルクランク角θｃを検出する。バケット角センサ３２として、ブーム１２とベルクランク１４との連結部に配置される角度センサが例示される。実施形態において、ベルクランク角θｃは、回動軸ＡＸｃと回動軸ＡＸｆとを結ぶ線と、回動軸ＡＸａと回動軸ＡＸｂとを結ぶ線とがなす角度である。ローカル座標系におけるブーム１２に対するバケット１３の角度とベルクランク角θｃとは、１対１で対応する。ベルクランク角θｃが検出されることにより、ローカル座標系におけるブーム１２に対するバケット１３の角度が検出される。バケット角センサ３２により検出されたベルクランク角θｃの検出データは、制御装置５０に送信される。なお、バケット角センサ３２は、バケットシリンダ１９のストロークを検出するストロークセンサでもよい。

重量計測装置３３は、バケット１３に保持された掘削物３００の重量Ｗａを計測する。重量計測装置３３として、リフトシリンダ１８の作動油の圧力を検出する圧力センサ又はバケットシリンダ１９の作動油の圧力を検出する圧力センサが例示される。掘削物３００がバケット１３に保持されている状態と保持されていない状態とで、作業機６に掛かる負荷が変化する。重量計測装置３３は、作業機６に掛かる負荷の変化を検出することによって、バケット１３における掘削物３００の有無、及びバケット１３に保持された掘削物３００の重量Ｗａを計測することができる。重量計測装置３３により計測された掘削物３００の重量Ｗａの計測データは、制御装置５０に送信される。なお、重量計測装置３３は、作業機６の少なくとも一部に配置された荷重計でもよい。重量計測装置３３は、掘削物３００の重量Ｗａを直接的に計測してもよい。

形状センサ３４は、車体２よりも前方の検出対象の形状を検出する。形状センサ３４は、ホイールローダ１に搭載される。図１及び図４に示すように、形状センサ３４は、キャブ４の上部に配置される。なお、形状センサ３４は、車体前部２Ｆに配置されてもよい。形状センサ３４は、検出対象の形状を検出対象に非接触で検出する非接触センサである。形状センサ３４は、光学センサでもよいし、カメラでもよい。形状センサ３４として、レーザ光を射出することにより検出対象を検出するレーザセンサ（ＬＩＤＡＲ：Light Detection and Ranging）、電波を射出することにより検出対象を検出するレーダセンサ（ＲＡＤＡＲ：Radio Detection and Ranging）、赤外光を射出することにより検出対象を検出する赤外線センサ、単眼カメラ、及びステレオカメラが例示される。

＜積込機械の作業モード＞
図６は、実施形態に係るホイールローダ１の作業モードを説明する図である。ホイールローダ１は、複数の作業モードで作業する。ホイールローダ１の作業モードは、掘削作業Ｍ１と、掘削対象離隔動作Ｍ２と、積込作業Ｍ３と、積込対象離隔動作Ｍ４とを含む。

掘削作業Ｍ１は、掘削対象に接近するように前進してバケット１３で掘削対象を掘削する作業モードである。実施形態において、掘削対象は、地面２００に置かれた地山２１０である。地山２１０とは、土砂により構成される山をいう。掘削作業Ｍ１において、ホイールローダ１は、地山２１０に接近するように前進して、バケット１３で地山２１０を掘削する。

掘削対象離隔動作Ｍ２は、バケット１３で掘削物３００を保持した状態で掘削対象から離隔するように後進する作業モードである。掘削作業Ｍ１の終了後、ホイールローダ１は、バケット１３で掘削物３００を保持した状態で、地山２１０から離隔するように後進する。

積込作業Ｍ３は、積込対象に接近するように前進してバケット１３に保持されている掘削物３００を積込対象に積み込む作業モードである。実施形態において、積込対象は、地面２００を走行可能な運搬車両２２０のダンプボディ２３０である。運搬車両２２０として、ダンプトラックが例示される。掘削対象離隔動作Ｍ２の終了後、ホイールローダ１は、運搬車両２２０に接近するように旋回しながら前進して、バケット１３から掘削物３００を排出して、ダンプボディ２３０に積み込む。

積込対象離隔動作Ｍ４は、積込対象から離隔するように後進する作業モードである。積込作業Ｍ３の終了後、ホイールローダ１は、運搬車両２２０から離れるように後進する。

ホイールローダ１は、掘削物３００が運搬車両２２０に目標積載量Ｔｒで積み込まれるまで、掘削作業Ｍ１、掘削対象離隔動作Ｍ２、積込作業Ｍ３、及び積込対象離隔動作Ｍ４を繰り返す。

掘削作業Ｍ１において、作業機６は、オート掘削モード又はマニュアルによる掘削操作で動作する。オート掘削モードでは、作業機操作装置２５Ｂの操作によらずに、制御装置５０から出力される制御指令に基づいて、作業機６が動作する。マニュアルによる掘削操作では、オペレータによって作業機操作装置２５Ｂが操作されることにより生成された操作信号に基づいて、作業機６が動作する。この実施形態においては、作業機６は、オート掘削モードで動作することとする。

＜掘削作業及び掘削対象離隔動作＞
図７は、実施形態に係るホイールローダ１の掘削作業Ｍ１及び掘削対象離隔動作Ｍ２を説明する図である。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）のそれぞれは、掘削作業Ｍ１を示す。図７（Ｃ）は、掘削対象離隔動作Ｍ２を示す。

図７（Ａ）に示すように、掘削作業Ｍ１において、オペレータは、駆動系操作装置２５Ａを操作して、ホイールローダ１が地山２１０に接近するように、ホイールローダ１を前進させる。ホイールローダ１を前進させるとき、オペレータは、作業機操作装置２５Ｂを操作して、バケット１３で地山２１０が掘削されるように、作業機６の姿勢を制御する。より詳しくは、オペレータは、作業機操作装置２５Ｂを操作して、バケット１３の刃先端部１３Ａが地面２００に接近するように、作業機６の姿勢を制御する。刃先端部１３Ａが地面２００に接近している状態で、ホイールローダ１が前進することにより、バケット１３の刃先端部１３Ａが地山２１０の下端部に挿入される。

図７（Ｂ）に示すように、バケット１３の刃先端部１３Ａが地山２１０に挿入された後、制御装置５０は、バケット１３をチルト動作させる。これにより、地山２１０がバケット１３により掘削される。バケット１３は、掘削物３００を掬い取る。掘削物３００は、バケット１３に保持される。

図７（Ｃ）に示すように、掘削対象離隔動作Ｍ２において、オペレータは、駆動系操作装置２５Ａを操作して、ホイールローダ１が地山２１０から離隔するように、ホイールローダ１を後進させる。制御装置５０は、バケット１３から掘削物３００がこぼれないように、作業機６の姿勢を制御する。

＜積込作業及び積込対象離隔動作＞
図８は、実施形態に係るホイールローダ１の積込作業Ｍ３及び積込対象離隔動作Ｍ４を説明する図である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）のそれぞれは、積込作業Ｍ３を示す。図８（Ｃ）は、積込対象離隔動作Ｍ４を示す。

図８（Ａ）に示すように、積込作業Ｍ３において、オペレータは、駆動系操作装置２５Ａを操作して、ホイールローダ１が運搬車両２２０に接近するように、ホイールローダ１を前進させる。制御装置５０は、バケット１３に保持されている掘削物３００が運搬車両２２０のダンプボディ２３０に積み込まれるように、作業機６の姿勢を制御する。制御装置５０は、バケット１３から掘削物３００がこぼれないように、且つ、バケット１３がダンプボディ２３０の上端部よりも上方に配置されるように、作業機６の姿勢を制御する。なお、バケット１３に保持されている掘削物３００を積み込む際の作業機６の姿勢は、作業機操作装置２５Ｂの操作によって制御されてもよい。

図８（Ｂ）に示すように、バケット１３がダンプボディ２３０の上方に配置された後、制御装置５０は、バケット１３をダンプ動作させる。これにより、バケット１３から掘削物３００が排出される。掘削物３００は、ダンプボディ２３０に積み込まれる。なお、バケット１３のダンプ動作は、作業機操作装置２５Ｂの操作によって制御されてもよい。

図８（Ｃ）に示すように、積込対象離隔動作Ｍ４において、オペレータは、駆動系操作装置２５Ａを操作して、ホイールローダ１が運搬車両２２０から離隔するように、ホイールローダ１を後進させる。

＜掘削作業中及び掘削作業後の掘削物の検出＞
図９は、実施形態に係る形状センサ３４により検出される掘削作業中の掘削物３００を説明する図である。図１０は、実施形態に係る形状センサ３４により検出される掘削作業後の掘削物３００を説明する図である。実施形態において、形状センサ３４は、バケット１３により掘削される掘削物３００の表面の形状を検出する。掘削物３００とは、バケット１３により地山２１０から分離される地山２１０の一部をいう。

形状センサ３４は、バケット１３が地山２１０を掘削作業中及び掘削作業後のそれぞれにおいて、掘削物３００の表面の形状を検出することができる。図９に示すように、バケット１３が地山２１０を掘削作業中とは、バケット１３の少なくとも一部が地山２１０に挿入された状態で、バケット１３がチルト動作している期間をいう。図１０に示すように、バケット１３が地山２１０を掘削作業後とは、バケット１３が掘削物３００を保持した状態で、バケット１３及び掘削物３００が地山２１０の表面２１０Ｓよりも外側に配置される期間をいう。

図９及び図１０に示すように、バケット１３が地山２１０を掘削することにより、掘削物３００の少なくとも一部は、開口部１３６よりもバケット１３の外側に配置される。以下の説明において、開口部１３６よりもバケット１３の外側に配置される掘削物３００を適宜、掘削物３００の露出部３３０、と称する。

図９に示すように、掘削作業中において、掘削物３００の表面の一部が、地山２１０の表面２１０Ｓよりも外側に配置される。形状センサ３４は、バケット１３が地山２１０を掘削作業中において、地山２１０の表面２１０Ｓの外側に配置された掘削物３００の表面の一部の形状を検出する。

掘削作業中において、地山２１０の表面２１０Ｓの外側に配置された掘削物３００の表面の一部は、バケット１３の上端部１３Ｂから前方に向かって上方に傾斜する。以下の説明において、上端部１３Ｂから前方に向かって上方に傾斜する掘削物３００の表面の一部を適宜、第１表面３１０、と称する。

掘削作業中において、第１表面３１０は、地山２１０の表面２１０Ｓよりも外側に配置される。第１表面３１０は、露出部３３０の表面の一部である。第１表面３１０は、上端部１３Ｂに繋がるように形成される。掘削作業中において、形状センサ３４は、第１表面３１０の形状を検出する。

図１０に示すように、掘削作業後において、掘削物３００の表面の全部が、地山２１０の表面２１０Ｓよりも外側に配置される。形状センサ３４は、バケット１３が地山２１０を掘削作業後において、地山２１０の表面２１０Ｓの外側に配置された掘削物３００の表面の形状を検出する。

掘削作業後において、地山２１０の表面２１０Ｓの外側に配置された掘削物３００の表面の一部は、バケット１３の刃先端部１３Ａから後方に向かって上方に傾斜する。以下の説明において、刃先端部１３Ａから後方に向かって上方に傾斜する掘削物３００の表面の一部を適宜、第２表面３２０、と称する。

掘削作業後においても、掘削物３００の表面の一部に第１表面３１０が形成される。

掘削作業後において、第１表面３１０及び第２表面３２０のそれぞれが、地山２１０の表面２１０Ｓよりも外側に配置される。第１表面３１０及び第２表面３２０のそれぞれは、露出部３３０の表面の一部である。第１表面３１０は、上端部１３Ｂに繋がるように形成される。第２表面３２０は、刃先端部１３Ａに繋がるように形成される。掘削作業後において、形状センサ３４は、第１表面３１０の形状及び第２表面３２０の形状のそれぞれを検出する。

以下の説明において、掘削作業中にバケット１３に保持される掘削物３００を適宜、掘削作業中の掘削物３００、と称し、掘削作業後にバケット１３に保持される掘削物３００を適宜、掘削作業後の掘削物３００、と称する。掘削作業中の掘削物３００の表面は、第１表面３１０を含み、第２表面３２０を含まない。掘削作業後の掘削物３００の表面は、第１表面３１０及び第２表面３２０の両方を含む。

＜バケットに保持された掘削物の状態＞
図１１は、実施形態に係るバケット１３に保持された掘削物３００の状態を説明する図である。図１１は、掘削作業後の掘削物３００を示す。図１１に示すように、露出部３３０は、開口部１３６からバケット１３の外側に突出するように形成される。

露出部３３０の表面は、第１表面３１０と第２表面３２０とを含む。第２表面３２０は、第１表面３１０よりも前方に配置される。第１表面３１０は、前方に向かって上方に傾斜する。第２表面３２０は、前方に向かって下方に傾斜する。第１表面３１０の後端部は、上端部１３Ｂに繋がる。第２表面３２０の前端部は、刃先端部１３Ａに繋がる。第１表面３１０の前端部と第２表面３２０の後端部とが繋がる。回動軸ＡＸｂと直交する断面において、第１表面３１０と、第２表面３２０と、右端部１３Ｃ（左端部１３Ｄ）とにより、実質的に三角形が形成される。

図１１（Ａ）に示すバケット１３と図１１（Ｂ）にバケット１３とにおいて、水平面に対する底板部１３１の角度を示すバケット角θｂｋが異なる。図１１（Ａ）は、バケット角θｂｋが第１角度θｂｋ１である例を示す。図１１（Ｂ）は、バケット角θｂｋが第１角度θｂｋ１よりも大きい第２角度θｂｋ２である例を示す。

実施形態において、水平面に対する第１表面３１０の角度を適宜、積荷角θ１、と称する。また、掘削作業中の掘削物３００の積荷角θ１を適宜、掘削中積荷角θ１ｄ、と称し、掘削作業後の掘削物３００の積荷角θ１を適宜、掘削後積荷角θ１ａと称する。図１１において、積荷角θ１は、掘削後積荷角θ１ａを示す。

図１１に示すように、バケット角θｂｋが変化すると、積荷角θ１は、変化する。バケット角θｂｋが大きくなると、積荷角θ１が大きくなる。バケット角θｂｋが小さくなると、積荷角θ１が小さくなる。掘削作業中の掘削物３００及び掘削作業後の掘削物３００のそれぞれにおいて、バケット角θｂｋが変化すると、積荷角θ１は、変化する。すなわち、バケット角θｂｋの変化により、掘削中積荷角θ１ｄ及び掘削後積荷角θ１ａのそれぞれが変化する。

水平面に対する第２表面３２０の角度は、掘削物３００の安息角θ２（停止安息角）を示す。

図１１に示すように、バケット角θｂｋが変化しても、安息角θ２は、実質的に変化しない。安息角θ２は、掘削物３００（地山２１０）の性状に基づいて一義的に定められる。掘削物３００の性状が一定である場合、バケット角θｂｋが変化しても、安息角θ２は、実質的に変化しない。

本発明者は、バケット角θｂｋが変化すると、上端部１３Ｂ側の積荷角θ１が変化し、刃先端部１３Ａ側に安息角θ２が形成されるという知見を得た。

掘削作業中においては、バケット１３は、刃先端部１３Ａを地山２１０に挿入した状態で、バケット角θｂｋを変化させる。第１表面３１０の少なくとも一部は、地山２１０の表面２１０Ｓによって形成される。刃先端部１３Ａが地山２１０に挿入された状態でバケット角θｂｋが変化すると、地山２１０の表面２１０Ｓが動き、上端部１３Ｂ側の掘削物３００の表面である第１表面３１０の角度が変化する。そのため、バケット角θｂｋが変化すると、上端部１３Ｂ側の積荷角θ１が変化すると考えられる。

掘削作業後においては、バケット１３は、掘削物３００を保持した状態で、地山２１０から抜去される。バケット１３が地山２１０から抜去されると、重力の作用により、掘削物３００の少なくとも一部が刃先端部１３Ａからこぼれる。掘削物３００の少なくとも一部が刃先端部１３Ａからこぼれることにより、刃先端部１３Ａ側の掘削物３００の表面である第２表面３２０は、掘削物３００の性状に応じた角度に落ち着く。そのため、刃先端部１３Ａ側に安息角θ２が形成されると考えられる。

＜制御システム＞
図１２は、実施形態に係るホイールローダ１の制御システム４０を示す機能ブロック図である。制御システム４０は、制御装置５０と、操作装置２５と、制御弁２４と、リフトシリンダ１８と、バケットシリンダ１９と、傾斜センサ３０と、ブーム角センサ３１と、バケット角センサ３２と、重量計測装置３３と、形状センサ３４と、キャリブレーションスイッチ２６とを有する。

制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ホイールローダ１を制御する制御指令を出力する。

図１３は、実施形態に係るホイールローダ１の制御装置５０を示すブロック図である。図１３に示すように、制御装置５０は、プロセッサ５１と、メインメモリ５２と、ストレージ５３と、インタフェース５４とを有する。プロセッサ５１は、コンピュータプログラムを実行することによって、作業機６の動作を演算処理する。プロセッサ５１として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）が例示される。メインメモリ５２として、不揮発性メモリ又は揮発性メモリが例示される。不揮発性メモリとして、ＲＯＭ（Read Only Memory）が例示される。揮発性メモリとして、ＲＡＭ（Random Access Memory）が例示される。ストレージ５３は、一時的でない有形の記憶媒体である。ストレージ５３として、磁気ディスク、光磁気ディスク、及び半導体メモリ等が例示される。ストレージ５３は、制御装置５０のバスに直接接続された内部メディアでもよいし、インタフェース５４又は通信回線を介して制御装置５０に接続される外部メディアでもよい。ストレージ５３は、作業機６を制御するためのコンピュータプログラムを記憶する。

図１２に示すように、制御装置５０は、作業判定部６０と、キャリブレーション部７０と、推定部８０と、目標重量設定部９０と、作業機制御部１００と、特性記憶部１２０と、バケットデータ記憶部１３０と、目標積載量記憶部１４０と、実積載量記憶部１５０とを有する。制御装置５０は、操作装置２５、制御弁２４、傾斜センサ３０、ブーム角センサ３１、バケット角センサ３２、重量計測装置３３、形状センサ３４、及びキャリブレーションスイッチ２６のそれぞれと通信する。

（作業判定部）
作業判定部６０は、ホイールローダ１が地山２１０を掘削作業中か否かを判定する。作業判定部６０は、例えば、ホイールローダ１の進行方向と、牽引力と、作業機６に掛かる負荷と、作業機６の姿勢とに基づいて、バケット１３が地山２１０を掘削作業中か否かを判定する。ホイールローダ１の進行方向は、ホイールローダ１の前進又は後進を示す。作業判定部６０は、駆動系操作装置２５Ａの前後進操作装置２５３の操作信号に基づいて、ホイールローダ１が前進しているか否かを判定することができる。なお、車輪５の回転方向を検出する回転センサが設けられている場合、作業判定部６０は、回転センサにより検出された車輪５の回転方向の検出データに基づいて、ホイールローダ１が前進しているか否かを判定してもよい。作業判定部６０は、ホイールローダ１の牽引力を取得することができる。牽引力は、例えば、動力源２０の出力トルクと動力伝達装置２２の入出力の速度比と車輪５の負荷半径とに基づいて算出される値である。作業判定部６０は、重量計測装置３３からバケット１３に保持される掘削物３００の重量Ｗａの計測データを取得することができる。作業判定部６０は、作業機６の姿勢を取得することができる。作業機６の姿勢は、ブーム角θｂ及びベルクランク角θｃを含む。作業判定部６０は、ブーム角センサ３１からブーム角θｂの検出データを取得し、バケット角センサ３２からベルクランク角θｃの検出データを取得することができる。なお、ホイールローダ１が地山２１０を掘削作業中か否かを判定するための要素として、ホイールローダ１の進行方向、牽引力、作業機６に掛かる負荷、及び作業機６の姿勢を例示したが、これらに限定されない。ホイールローダ１が地山２１０を掘削作業中か否かを判定するための要素は、上述の要素のいくつか又は全てを含み得る。

バケット１３が地山２１０を掘削作業中である場合、ホイールローダ１は前進し、バケット１３の刃先端部１３Ａが地山２１０に挿入されることで牽引力が増加し、バケット１３に保持される掘削物３００によって作業機６に掛かる負荷が増加し、バケット１３は刃先端部１３Ａが地面２００に接近している状態からチルト動作する。したがって、作業判定部６０は、ホイールローダ１の進行方向と、牽引力と、作業機６に掛かる負荷と、作業機６の姿勢とに基づいて、バケット１３が地山２１０を掘削作業中であることを判定することができる。

バケット１３が地山２１０を掘削作業後である場合、ホイールローダ１は後進する。したがって、作業判定部６０は、ホイールローダ１の進行方向に基づいて、バケット１３が地山２１０を掘削作業後であることを判定することができる。

（キャリブレーション部）
キャリブレーション部７０は、掘削作業後においてバケット１３に保持された掘削物３００に基づいて、掘削物３００の特性データを算出する。掘削物３００の特性データは、掘削物３００の安息角θ２及び掘削物３００の密度ρを含む。

キャリブレーション部７０は、形状取得部７１と、安息角算出部７２と、掘削後積荷角算出部７３と、バケット角算出部７４と、体積算出部７５と、密度算出部７６とを有する。

形状取得部７１は、形状センサ３４により検出された掘削作業後の掘削物３００の表面の形状の検出データを取得する。形状取得部７１は、作業判定部６０の判定結果に基づいて、掘削作業後の掘削物３００の表面の形状の検出データを取得することができる。

安息角算出部７２は、掘削物３００の水平面に対する第２表面３２０の角度を示す安息角θ２を算出する。安息角算出部７２は、車体２の角度の検出データと、形状取得部７１により取得された掘削物３００の第２表面３２０の検出データとに基づいて、安息角θ２を算出する。車体２の角度の検出データは、傾斜センサ３０により検出される水平面に対する車体２の車体傾斜角θａの検出データである。すなわち、安息角算出部７２は、掘削作業後に検出された掘削物３００の第２表面３２０の検出データに基づいて、水平面に対する安息角θ２を算出する。

掘削後積荷角算出部７３は、掘削作業後の掘削物３００の水平面に対する第１表面３１０の角度を示す掘削後積荷角θ１ａを算出する。掘削後積荷角算出部７３は、車体２の角度の検出データと、形状取得部７１により取得された掘削物３００の第１表面３１０の検出データに基づいて、掘削後積荷角θ１ａを算出する。すなわち、掘削後積荷角算出部７３は、掘削作業後に検出された掘削物３００の第１表面３１０の検出データに基づいて、水平面に対する掘削後積荷角θ１ａを算出する。

バケット角算出部７４は、水平面に対する掘削作業後のバケット１３の角度を示すバケット角θｂｋを算出する。バケット角算出部７４は、車体２の角度の検出データと、作業機６の角度の検出データとに基づいて、掘削作業後のバケット角θｂｋを算出する。作業機６の角度の検出データは、ブーム角センサ３１により検出されるローカル座標系におけるブーム１２の角度を示すブーム角θｂの検出データと、バケット角センサ３２により検出されるローカル座標系におけるベルクランク１４の角度を示すベルクランク角θｃの検出データとを含む。したがって、バケット角算出部７４は、車体傾斜角θａの検出データ、ブーム角θｂの検出データ、及びベルクランク角θｃの検出データに基づいて、バケット角θｂｋを算出することができる。

体積算出部７５は、掘削作業後の掘削物３００の体積Ｖａを算出する。体積算出部７５は、安息角算出部７２により算出された安息角θ２と、掘削後積荷角算出部７３により算出された掘削後積荷角θ１ａと、バケット角算出部７４により算出されたバケット角θｂｋと、バケットデータ記憶部１３０に記憶されているバケット１３の寸法とに基づいて、バケット１３に保持された掘削作業後の掘削物３００の体積Ｖａを算出する。

回動軸ＡＸｂと直交する露出部３３０の断面積Ａ１は、以下の（１）式に基づいて算出される。

回動軸ＡＸｂと直交するバケット１３の断面積Ａ２は、バケットデータ記憶部１３０に記憶されているバケット１３の寸法から導出される。回動軸ＡＸｂと直交する掘削作業後の掘削物３００の断面積Ａａは、以下の（２）式に基づいて算出される。

掘削物３００の体積Ｖａは、以下の（３）式に基づいて算出される。

密度算出部７６は、重量計測装置３３により計測されたバケット１３に保持された掘削作業後の掘削物３００の重量Ｗａの計測データと、体積算出部７５により算出された掘削作業後の掘削物３００の体積Ｖａとに基づいて、掘削物３００の密度ρを算出する。密度ρは、以下の（４）式に基づいて算出される。

特性記憶部１２０は、キャリブレーション部７０により算出された掘削物３００の特性データを記憶する。特性記憶部１２０は、特性データとして、安息角算出部７２により算出された掘削物３００の安息角θ２と、密度算出部７６により算出された掘削物３００の密度ρとを記憶する。

（推定部）
推定部８０は、バケット１３が地山２１０を掘削作業中において、バケット１３に保持される掘削物３００の重量Ｗｐを推定する。推定部８０は、形状センサ３４により検出された掘削作業中の掘削物３００の検出データに基づいて、掘削作業後の掘削物３００の重量Ｗｐを推定する。

推定部８０は、形状取得部８１と、掘削中積荷角算出部８２と、バケット角モニタ部８３と、重量算出部８４とを有する。

形状取得部８１は、形状センサ３４により検出された掘削作業中の掘削物３００の表面の形状の検出データを取得する。形状取得部８１は、作業判定部６０の判定結果に基づいて、掘削作業中の掘削物３００の表面の形状の検出データを取得することができる。

掘削中積荷角算出部８２は、掘削作業中の掘削物３００の水平面に対する第１表面３１０の角度を示す掘削中積荷角θ１ｄを算出する。掘削中積荷角算出部８２は、車体２の角度の検出データと、形状取得部８１により取得された掘削物３００の第１表面３１０の検出データとに基づいて、掘削中積荷角θ１ｄを算出する。すなわち、掘削中積荷角算出部８２は、掘削作業中に検出された掘削物３００の第１表面３１０の検出データに基づいて、水平面に対する掘削中積荷角θ１ｄを算出する。

バケット角モニタ部８３は、水平面に対する掘削作業中のバケット１３の角度を示すバケット角θｂｋを算出する。バケット角モニタ部８３は、車体２の角度の検出データと、作業機６の角度の検出データとに基づいて、掘削作業中のバケット角θｂｋを算出する。

重量算出部８４は、掘削中積荷角算出部８２により算出された掘削中積荷角θ１ｄに基づいて、掘削物３００の重量Ｗｐを算出する。重量算出部８４により算出される重量Ｗｐは、推定部８０により推定される重量Ｗｐである。重量算出部８４は、重量Ｗｐの算出結果を、作業機制御部１００に出力する。

図１４は、実施形態に係る掘削作業中の掘削物３００を説明する図である。図１４に示すように、バケット１３が地山２１０を掘削作業中においては、刃先端部１３Ａを含むバケット１３の一部が地山２１０の内部に配置される。バケット１３が地山２１０を掘削作業中において、掘削物３００の第１表面３１０は、地山２１０の表面２１０Ｓよりも外側に配置される。したがって、形状センサ３４は、バケット１３が地山２１０を掘削作業中において、掘削物３００の第１表面３１０を検出することができる。バケット角θｂｋが小さい場合、第１表面３１０は、図１４のラインＥ１で示すように形成される。バケット１３がチルト動作して、バケット角θｂｋが徐々に大きくなると、掘削中積荷角θ１ｄが徐々に大きくなり、第１表面３１０は、図１４のラインＥ２で示すように形成される。

バケット１３が地山２１０を掘削作業中において、掘削物３００の第２表面３２０は、地山２１０の表面２１０Ｓの外側に現れない。

掘削中積荷角算出部８２は、形状センサ３４により検出された掘削作業中の掘削物３００の第１表面３１０の検出データに基づいて、掘削中積荷角θ１ｄを算出する。重量算出部８４は、掘削中積荷角θ１ｄが維持された状態でバケット１３が地山２１０から抜去されたときにバケット１３に保持される掘削物３００の重量Ｗｐを推定する。

掘削物３００の特性データは、特性記憶部１２０に記憶されている。掘削作業中のバケット角θｂｋは、バケット角モニタ部８３により算出される。重量算出部８４は、掘削中積荷角算出部８２により算出された掘削中積荷角θ１ｄと、特性記憶部１２０に記憶されている安息角θ２及び密度ρを含む掘削物３００の特定データとに基づいて、重量Ｗｐを算出することができる。回動軸ＡＸｂと直交する掘削作業中の露出部３３０の断面積Ａ３は、以下の（５）式に基づいて算出される。

回動軸ＡＸｂと直交する掘削作業中の掘削物３００の断面積Ａｄは、以下の（６）式に基づいて算出される。

掘削物３００の体積Ｖｐは、以下の（７）式に基づいて算出される。

重量Ｗｐは、以下の（８）式に基づいて算出される。

（目標重量設定部）
目標重量設定部９０は、バケット１３に保持される掘削物３００の重量Ｗａの目標値を示す目標重量Ｗｒを設定する。ダンプボディ２３０に対する掘削物３００の目標積載量Ｔｒが目標積載量記憶部１４０に記憶されている。目標積載量Ｔｒは、運搬車両２２０に定められる固有の値である。目標重量設定部９０は、目標積載量記憶部１４０に記憶されている目標積載量Ｔｒに基づいて、目標重量Ｗｒを設定する。

（作業機制御部）
作業機制御部１００は、推定部８０により推定される重量Ｗｐが目標重量Ｗｒになるように、バケット１３の姿勢を制御する。バケット１３の姿勢は、水平面に対するバケット１３の角度を示すバケット角θｂｋを含む。バケット角θｂｋが変化すると、掘削中積荷角θ１ｄは変化する。作業機制御部１００は、掘削作業中において、リフトシリンダ１８及びバケットシリンダ１９の少なくとも一方を制御して、バケット角θｂｋを調整する。バケット角θｂｋが調整されることにより、掘削中積荷角θ１ｄが調整される。掘削中積荷角θ１ｄが調整されることにより、掘削物３００の重量Ｗｐが調整される。掘削作業中において、掘削中積荷角算出部８２は、バケット角θｂｋが変化しているときの第１表面３１０の検出データに基づいて、バケット角θｂｋが変化しているときの掘削中積荷角θ１ｄを算出する。掘削作業中において、重量算出部８４は、バケット角θｂｋが変化しているときの掘削中積荷角θ１ｄに基づいて、バケット角θｂｋが変化しているときの掘削物３００の重量Ｗｐを算出する。掘削作業中において、作業機制御部１００は、重量算出部８４により算出される重量Ｗｐが目標重量Ｗｒになるように、第１表面３１０の検出データに基づいて、バケット１３の姿勢を示すバケット角θｂｋを制御する。

作業機制御部１００は、重量Ｗｐが目標重量Ｗｒになったときの掘削中積荷角θ１ｄ及びバケット角θｂｋを維持した状態で、バケット１３を地山２１０から抜去する。これにより、バケット１３に保持される掘削作業後の掘削物３００の重量Ｗａと目標重量Ｗｒとの差が小さくなる。

（特性記憶部）
特性記憶部１２０は、安息角θ２及び密度ρを含む掘削物３００の特性データを記憶する。特性記憶部１２０は、キャリブレーション部７０により算出された掘削物３００の特性データを記憶する。

（バケットデータ記憶部）
バケットデータ記憶部１３０は、バケット１３の寸法を含むバケット１３の諸元データ又は設計データを記憶する。

（目標積載量記憶部）
目標積載量記憶部１４０は、ダンプボディ２３０に対する掘削物３００の目標積載量Ｔｒを記憶する。

（実積載量記憶部）
実積載量記憶部１５０は、ダンプボディ２３０に積載された掘削物３００の実際の積載量を示す実積載量Ｔｐを記憶する。１台の運搬車両２２０に対して、掘削作業Ｍ１及び積込作業Ｍ３を含む作業モードは、複数回実施される。重量算出部８４は、複数回の掘削作業Ｍ１のそれぞれにおいて算出した掘削物３００の重量Ｗｐを加算して、実積載量Ｔｐを実積載量記憶部１５０に記憶させる。

＜制御方法＞
図１５は、実施形態に係るホイールローダ１の制御方法を示すフローチャートである。図１５は、１台の運搬車両２２０に対するホイールローダ１の作業を示すフローチャートである。図１５に示すように、ホイールローダ１は、掘削作業Ｍ１と、掘削対象離隔動作Ｍ２と、積込作業Ｍ３と、積込対象離隔動作Ｍ４とを実施する。掘削作業Ｍ１において、オート掘削（ステップＳＡ）が実施される。掘削対象離隔動作Ｍ２において、キャリブレーション（ステップＳＢ）が実施される。

（キャリブレーション）
図１６は、実施形態に係るキャリブレーション方法を示すフローチャートである。キャリブレーションとは、バケット１３に保持された掘削作業後の掘削物３００に基づいて、掘削物３００の特性データを算出する処理をいう。キャリブレーションは、掘削作業後に実施される。キャリブレーションは、キャリブレーション部７０により実施される。

キャリブレーションは、第１回目の作業モードにおいて実施される。第１回目の作業モードにおける掘削作業Ｍ１においては、推定部８０による重量Ｗｐの推定は実施されない。第１回目の掘削作業Ｍ１においては、作業機制御部１００は、適量の掘削物３００をバケット１３に保持させる。

図１５に示すように、キャリブレーション部７０は、掘削対象離隔動作Ｍ２において、キャリブレーションを開始するか否かを判定する（ステップＳＣ）。ステップＳＣにおいて、キャリブレーションを開始すると判定した場合（ステップＳＣ：Ｙｅｓ）、キャリブレーション部７０は、掘削対象離隔動作Ｍ２において、キャリブレーションを開始する。ステップＳＣにおいて、キャリブレーションを開始しないと判定した場合（ステップＳＣ：Ｎｏ）、キャリブレーションが実施されることなく、掘削対象離隔動作Ｍ２が実施される。

キャリブレーションを実施する場合、オペレータは、キャリブレーションスイッチ２６を操作する。キャリブレーションスイッチ２６が操作され、作業判定部６０により掘削作業後であることが判定されると、キャリブレーションが開始される。

傾斜センサ３０は、車体２の車体傾斜角θａを検出する。ブーム角センサ３１は、ブーム角θｂを検出する。バケット角センサ３２は、ベルクランク角θｃを検出する。重量計測装置３３は、掘削作業後の掘削物３００の重量Ｗａを計測する。形状センサ３４は、掘削作業後の掘削物３００の表面の形状を検出する。

図１６に示すように、安息角算出部７２は、車体２の角度の検出データと、掘削作業後の掘削物３００の第２表面３２０の検出データとに基づいて、水平面に対する掘削物３００の安息角θ２を算出する（ステップＳＢ１）。

掘削後積荷角算出部７３は、車体２の角度の検出データと、掘削作業後の掘削物３００の第１表面３１０の検出データとに基づいて、水平面に対する掘削後積荷角θ１ａを算出する（ステップＳＢ２）。

バケット角算出部７４は、車体２の角度の検出データと、ブーム角θｂの検出データと、ベルクランク角θｃの検出データとに基づいて、バケット角θｂｋを算出する（ステップＳＢ３）。

体積算出部７５は、ステップＳＢ１において算出された安息角θ２と、ステップＳＢ２において算出された掘削後積荷角θ１ａと、ステップＳＢ３において算出されたバケット角θｂｋと、バケットデータ記憶部１３０に記憶されているバケット１３の寸法とに基づいて、掘削作業後の掘削物３００の体積Ｖａを算出する（ステップＳＢ４）。体積算出部７５は、（１）式、（２）式、及び（３）式に基づいて、掘削作業後の掘削物３００の体積Ｖａを算出する。

密度算出部７６は、掘削作業後の掘削物３００の重量Ｗａの計測データと、ステップＳＢ４において算出された掘削物３００の体積Ｖａとに基づいて、掘削物３００の密度ρを算出する（ステップＳＢ５）。密度算出部７６は、（４）式に基づいて、掘削物３００の密度ρを算出する。

特性記憶部１２０は、ステップＳＢ１において算出された安息角θ２と、ステップＳＢ５において算出された密度ρとを記憶する（ステップＳＢ６）。

図１５に示すように、掘削対象離隔動作Ｍ２が終了した後、バケット１３に保持されている掘削物３００をダンプボディ２３０に積み込む積込作業Ｍ３が実施される。バケット１３に保持されている掘削物３００は、ダンプボディ２３０に積み込まれる。

積込作業Ｍ３において、実積載量記憶部１５０に記憶される実積載量Ｔｐの更新が実施される。キャリブレーション部７０は、キャリブレーション（ステップＳＢ）において算出した掘削物３００の重量Ｗａを実積載量記憶部１５０に送信する。実積載量記憶部１５０は、実積載量Ｔｐを更新する（ステップＳＤ）。

運搬車両２２０に対して積込作業Ｍ３が未だ実施されていない場合、実積載量Ｔｐは、重量Ｗａに等しい。運搬車両２２０のダンプボディ２３０に積載量Ｔｂの掘削物３００が既に積み込まれている場合、実積載量Ｔｐは、積載量Ｔｂから積載量［Ｔｂ＋Ｗａ］に更新される。

（掘削方法）
図１７は、実施形態に係る掘削方法を示すフローチャートである。図１７は、第２回目以降の作業モードにおける掘削作業Ｍ１を示す。第２回目以降の作業モードにおける掘削作業Ｍ１においては、推定部８０による重量Ｗｐの推定が実施される。特性記憶部１２０には、安息角θ２及び密度ρが記憶されている。

目標重量設定部９０は、実積載量記憶部１５０に記憶されている実積載量Ｔｐと、目標積載量記憶部１４０に記憶されている目標積載量Ｔｒとに基づいて、目標重量Ｗｒを設定する（ステップＳＡ１）。

例えば、目標積載量Ｔｒと実積載量Ｔｐとの差がΔＴであり、あと４回の積込作業Ｍ３で目標積載量Ｔｒに到達すると判定した場合、目標重量設定部９０は、目標重量Ｗｒを、例えば［ΔＴ／４］に設定する。

掘削作業Ｍ１が開始され、バケット１３の少なくとも一部が地山２１０に挿入されると、作業機制御部１００は、バケット１３をチルト動作させる（ステップＳＡ２）。バケット１３がチルト動作することにより、バケット角θｂｋが変化する。

傾斜センサ３０は、車体２の車体傾斜角θａを検出する。ブーム角センサ３１は、ブーム角θｂを検出する。バケット角センサ３２は、ベルクランク角θｃを検出する。形状センサ３４は、掘削作業中の掘削物３００の表面の形状を検出する。

掘削中積荷角算出部８２は、車体２の角度の検出データと、掘削作業中の掘削物３００の第１表面３１０の検出データとに基づいて、水平面に対する掘削中積荷角θ１ｄを算出する（ステップＳＡ３）。

重量算出部８４は、ステップＳＡ３において算出された掘削中積荷角θ１ｄと、バケット角θｂｋと、特性記憶部１２０に記憶されている安息角θ２及び密度ρとに基づいて、掘削作業後の掘削物３００の重量Ｗｐを算出する（ステップＳＡ４）。重量算出部８４は、（５）式、（６）式、（７）式、及び（８）式に基づいて、重量Ｗｐを算出する。

作業機制御部１００は、ステップＳＡ４において算出された重量Ｗｐと、ステップＳＡ１において設定された目標重量Ｗｒとの差が予め定められている閾値以下か否かを判定する（ステップＳＡ５）。

ステップＳＡ５において、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下であると判定した場合、すなわち、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとが一致又は近似すると判定した場合（ステップＳＡ５：Ｙｅｓ）、作業機制御部１００は、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下であると判定したときのバケット角θｂｋを維持した状態で、バケット１３を地山２１０から抜去する（ステップＳＡ６）。これにより、１回の掘削作業Ｍ１が終了する。

ステップＳＡ５において、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下でないと判定した場合、すなわち、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとが異なると判定した場合（ステップＳＡ５：Ｎｏ）、作業機制御部１００は、バケット１３のチルト動作を継続する（ステップＳＡ２）。

チルト動作によりバケット角θｂｋが変化すると、掘削中積荷角θ１ｄも変化する。掘削中積荷角算出部８２は、変化する掘削中積荷角θ１ｄを算出する（ステップＳＡ３）。重量算出部８４は、変化する掘削中積荷角θ１ｄに基づいて、掘削物３００の重量Ｗｐを算出する（ステップＳＡ４）。ステップＳＡ４において重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下であると判定されるまで、ステップＳＡ２からステップＳＡ４の処理が継続される。

図１５に示すように、掘削作業Ｍ１が終了し、掘削対象離隔動作Ｍ２が終了した後、バケット１３に保持されている掘削物３００をダンプボディ２３０に積み込む積込作業Ｍ３が実施される。バケット１３に保持されている掘削物３００は、ダンプボディ２３０に積み込まれる。

積込作業Ｍ３において、実積載量記憶部１５０に記憶される実積載量Ｔｐの更新が実施される。推定部８０は、掘削作業Ｍ１において推定した掘削物３００の重量Ｗｐを実積載量記憶部１５０に送信する。実積載量記憶部１５０は、実積載量Ｔｐを更新する（ステップＳＤ）。

運搬車両２２０のダンプボディ２３０に積載量Ｔｂの掘削物３００が既に積み込まれている場合、実積載量Ｔｐは、積載量Ｔｂから積載量［Ｔｂ＋Ｗｐ］に更新される。

図１５に示すように、積込作業Ｍ３及び積込対象離隔動作Ｍ４が終了した後、目標重量設定部９０は、実積載量Ｔｐが目標積載量Ｔｒに到達したかを判定する（ステップＳＥ）。

ステップＳＥにおいて、実積載量Ｔｐが目標積載量Ｔｒに到達したと判定された場合（ステップＳＥ：Ｙｅｓ）、１台の運搬車両２２０に対する作業が終了する。

ステップＳＥにおいて、実積載量Ｔｐが目標積載量Ｔｒに到達していないと判定された場合（ステップＳＥ：Ｎｏ）、実積載量Ｔｐが目標積載量Ｔｒに到達するまで、作業が継続される。

なお、実施形態においては、第１回目の作業モードにおいてキャリブレーションが実施され、第２回目以降の作業モードにおいて重量Ｗｐの推定が実施されることとした。複数回の作業モードにおいてキャリブレーションが実施され、キャリブレーションが終了した後の作業モードにおいて重量Ｗｐの推定が実施されてもよい。キャリブレーションが複数回実行され、安息角θ２及び密度ρが複数算出された場合、特性記憶部１２０は、複数の安息角θ２の平均値を記憶してもよいし、最も新しい安息角θ２を記憶してもよい。同様に、特性記憶部１２０は、複数の密度ρの平均値を記憶してもよいし、最も新しい密度ρを記憶してもよい。

＜効果＞
以上説明したように、実施形態においては、バケット１３が地山２１０を掘削作業中において、掘削物３００の第１表面３１０が形状センサ３４により検出される。掘削中積荷角算出部８２は、車体２の角度の検出データと第１表面３１０の検出データとに基づいて、水平面に対する掘削中積荷角θ１ｄを算出する。掘削中積荷角θ１ｄが算出されることにより、重量算出部８４は、掘削中積荷角θ１ｄに基づいて、掘削作業後にバケット１３に保持される掘削物３００の重量Ｗｐを推定することができる。推定部８０は、掘削作業中において、バケット１３に保持される掘削物３００の重量Ｗｐを把握することができる。掘削作業中において掘削物３００の重量Ｗｐが把握されることにより、作業機制御部１００は、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が小さくなるように、掘削作業中において作業機６を制御することができる。これにより、運搬車両２２０に対する掘削物３００の重量Ｗｐが自動調整され、掘削物３００は、運搬車両２２０に目標積載量Ｔｒで積み込まれる。したがって、ホイールローダ１による積込作業が最適化される。

掘削物３００の第１表面３１０とは、掘削作業中において、地山２１０の表面２１０Ｓよりも外側に配置される掘削物３００の表面をいう。これにより、形状センサ３４は、第１表面３１０を検出することができる。

実施形態において、第１表面３１０は、バケット１３の上端部１３Ｂに繋がるように形成される。第２表面３２０は、バケット１３の刃先端部１３Ａに繋がるように形成される。上端部１３Ｂ及び刃先端部１３Ａに基づいて、第１表面３１０の位置及び第２表面３２０の位置が特定される。したがって、形状センサ３４は、第１表面３１０の及び第２表面３２０のそれぞれを検出することができる。

掘削物３００の特性データは、特性記憶部１２０に記憶される。これにより、重量算出部８４は、掘削中積荷角θ１ｄと掘削物３００の特性データとに基づいて、掘削物３００の重量Ｗｐを算出することができる。

キャリブレーション部７０は、掘削作業Ｍ１において掘削された掘削物３００に基づいて、特性データを算出する。これにより、特性データは、作業現場の生産性の低下が抑制された状態で算出される。

安息角算出部７２は、車体２の角度の検出データと掘削作業後の掘削物３００の第２表面３２０の検出データとに基づいて、特性データの１つである安息角θ２を算出することができる。

密度算出部７６は、掘削作業後の掘削物３００の重量Ｗａと体積Ｖａとに基づいて、特性データの１つである密度ρを算出することができる。

作業判定部６０は、ホイールローダ１のバケット１３が掘削作業中か否かを判定することができる。推定部８０は、掘削作業中において、掘削物３００の重量Ｗｐを推定することができる。キャリブレーション部７０は、掘削作業後において、掘削物３００の特性データを算出することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。

上述の第１実施形態においては、作業機６がオート掘削モードで掘削作業する例について説明した。第２実施形態においては、作業機６がマニュアルによる掘削操作で掘削作業する例について説明する。

＜制御システム＞
図１８は、実施形態に係るホイールローダ１の制御システム４００を示す機能ブロック図である。制御システム４００は、上述の実施形態に係る制御システム４０に加えて、出力制御部１６０及び出力装置１７０を備える。

制御装置５０は、出力制御部１６０を有する。出力制御部１６０は、推定部８０により推定される掘削物３００の重量Ｗｐを出力装置１７０に出力させる。

出力装置１７０は、出力制御部１６０から送信された出力データを出力する。出力装置１７０は、推定部８０により推定された掘削物３００の重量Ｗｐを出力する。出力装置１７０として、表示装置又は音声出力装置が例示される。表示装置として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）又は有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electroluminescence Display）のようなフラットパネルディスプレイが例示される。出力装置１７０は、ホイールローダ１のキャブ４の内部に配置される。

作業機６は、作業機操作装置２５Ｂの操作信号に基づいて動作する。作業機操作装置２５Ｂは、オペレータにより操作される。掘削作業Ｍ１において、出力制御部１６０は、推定部８０により推定される掘削物３００の重量Ｗｐを出力装置１７０に出力させる。掘削作業Ｍ１において、オペレータは、出力装置１７０から出力される掘削物３００の重量Ｗｐを確認しながら、重量Ｗｐが目標重量Ｗｒになるように、作業機操作装置２５Ｂを操作する。作業機操作装置２５Ｂが操作され、バケット角θｂｋ及び掘削中積荷角θ１ｄが変化すると、推定部８０により推定される掘削物３００の重量Ｗｐも変化する。出力装置１７０は、変化する掘削物３００の重量Ｗｐをリアルタイムに出力する。オペレータは、リアルタイムに変化する掘削物３００の重量Ｗｐを確認しながら、重量Ｗｐが目標重量Ｗｒになるように、作業機操作装置２５Ｂを操作することができる。

＜掘削方法＞
図１９は、実施形態に係る掘削方法を示すフローチャートである。目標重量設定部９０は、上述の実施形態に従って、実積載量Ｔｐと目標積載量Ｔｒとに基づいて、目標重量Ｗｒを設定する（ステップＳＡ１０）。

掘削作業Ｍ１において、オペレータは、バケット１３の少なくとも一部が地山２１０に挿入された状態で、バケット１３がチルト動作するように、作業機操作装置２５Ｂを操作する。作業機操作装置２５Ｂが操作されると、作業機操作装置２５Ｂから操作信号が出力される。作業機制御部１００は、作業機操作装置２５Ｂから操作信号を取得する（ステップＳＡ１５）。

作業機制御部１００は、作業機操作装置２５Ｂからの操作信号に基づいて、地山２１０に挿入されているバケット１３をチルト動作させる（ステップＳＡ２０）。

掘削中積荷角算出部８２は、上述の実施形態に従って、車体２の角度の検出データと、第１表面３１０の検出データとに基づいて、水平面に対する掘削中積荷角θ１ｄを算出する（ステップＳＡ３０）。

重量算出部８４は、上述の実施形態に従って、ステップＳＡ３０において算出された掘削中積荷角θ１ｄに基づいて、掘削物３００の重量Ｗｐを算出する（ステップＳＡ４０）。

出力制御部１６０は、ステップＳＡ４０において算出された掘削物３００の重量Ｗｐを出力装置１７０に出力させる（ステップＳＡ４５）。

出力制御部１６０は、ステップＳＡ４０において算出された重量Ｗｐと、ステップＳＡ１０において設定された目標重量Ｗｒとの差が予め定められている閾値以下か否かを判定する（ステップＳＡ５０）。

ステップＳＡ５０において、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下であると判定した場合、すなわち、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとが一致又は近似すると判定した場合（ステップＳＡ５０：Ｙｅｓ）、出力制御部１６０は、推定部８０により推定される重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下であることを示す報知データを出力装置１７０に出力させる（ステップＳＡ５５）。

報知データが出力装置１７０に出力されることにより、オペレータは、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとが一致又は近似したことを認識することができる。オペレータは、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとが一致又は近似したときのバケット角θｂｋが維持された状態で、バケット１３が地山２１０から抜去されるように、作業機操作装置２５Ｂを操作する。作業機制御部１００は、作業機操作装置２５Ｂからの操作信号に基づいて、地山２１０からバケット１３を抜去させる（ステップＳＡ６０）。

ステップＳＡ５０において、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下でないと判定した場合、すなわち、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとが異なると判定した場合（ステップＳＡ５０：Ｎｏ）、報知データは出力されない。オペレータは、報知データが出力装置１７０に出力されるまで、作業機操作装置２５Ｂを操作する。

＜効果＞
以上説明したように、実施形態によれば、出力制御部１６０は、推定部８０により推定される掘削物３００の重量Ｗｐを出力装置１７０に出力させる。掘削作業中の掘削物３００の重量Ｗｐが出力装置１７０に出力されることにより、オペレータは、出力装置１７０を確認しながら、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が小さくなるように、作業機操作装置２５Ｂを操作することができる。これにより、掘削物３００は、運搬車両２２０に目標積載量Ｔｒで積み込まれる。

出力制御部１６０は、推定部８０により推定される重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が閾値以下であることを示す報知データを出力装置１７０に出力させる。報知データが出力装置１７０に出力されることにより、オペレータは、掘削作業中において、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとが一致又は近似したことを認識することができる。

＜変形例＞
図２０は、実施形態に係るホイールローダ１の制御システム４００の変形例を示す図である。上述の実施形態においては、出力装置１７０は、ホイールローダ１のキャブ４の内部に配置されることとした。図２０に示すように、出力装置１７００がホイールローダ１の外部に配置されてもよい。

図２０に示す例において、制御システム４００は、遠隔操作システムを含む。制御システム４００は、作業現場で稼動するホイールローダ１を遠隔操作する。

制御システム４００の少なくとも一部は、遠隔操作エリア６００に配置される。遠隔操作エリア６００は、作業現場から離れた遠隔操作地に設置される。制御システム４００は、遠隔操作装置２５０と、出力装置１７００と、制御装置５００とを備える。

遠隔操作装置２５０は、遠隔操作エリア６００に配置される。遠隔操作装置２５０は、遠隔操作エリア６００においてオペレータに操作される。オペレータは、シート８００に座った状態で、遠隔操作装置２５０を操作することができる。

出力装置１７００は、遠隔操作エリア６００に配置される。出力装置１７００は、表示装置である。出力装置１７００は、作業現場の画像を表示する。遠隔操作エリア６００のオペレータは、作業現場の状況を直接視認することが困難な場合がある。遠隔操作エリア６００のオペレータは、出力装置１７００を介して作業現場の状況を確認することができる。オペレータは、出力装置１７００に表示される作業現場の画像を見ながら、遠隔操作装置２５０を操作する。ホイールローダ１は、遠隔操作装置２５０により遠隔操作される。遠隔操作装置２５０が操作されることにより、車輪５及び作業機６のそれぞれが動作する。

制御装置５００は、遠隔操作エリア６００に配置される。制御装置５００は、コンピュータシステムを含む。

ホイールローダ１の制御装置５０と遠隔操作エリア６００の制御装置５００とは、通信システム７００を介して通信する。通信システム７００として、インターネット（internet）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）、携帯電話通信網、及び衛星通信網が例示される。

ホイールローダ１の出力制御部１６０は、推定部８０により推定される掘削物３００の重量Ｗｐを、通信システム７００を介して制御装置５００に送信する。制御装置５００は、推定部８０により推定される掘削物３００の重量Ｗｐを出力装置１７００に表示させる。遠隔操作エリア６００のオペレータは、出力装置１７００を確認しながら、重量Ｗｐと目標重量Ｗｒとの差が小さくなるように、遠隔操作装置２５０を操作することができる。これにより、掘削物３００は、運搬車両２２０に目標積載量Ｔｒで積み込まれる。

なお、図２０に示す例において、制御装置５００が推定部８０の機能を有してもよい。形状センサ３４による第１表面３１０の検出データが通信システム７００を介して制御装置５００に送信される。制御装置５００が推定部８０は、第１表面３１０の検出データに基づいて、重量Ｗｐを推定することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。

上述の実施形態においては、掘削物３００の第２表面３２０が形状センサ３４により検出されることとした。第１表面３１０が形状センサ３４により検出され、第２表面３２０が形状センサ３４とは別の形状センサで検出されてもよい。

図２１は、実施形態に係る形状センサ３４及び形状センサ３４０により検出される掘削物３００を説明する図である。図２１に示すように、掘削作業後において、第１表面３１０がホイールローダ１に搭載されている形状センサ３４により検出され、第２表面３２０がホイールローダ１の外部に配置される形状センサ３４０により検出されてもよい。形状センサ３４０により検出された第２表面３２０の検出データは、ホイールローダ１の制御装置５０に送信される。

実施形態において、形状センサ３４０は、ホイールローダ１とは別の移動体３５に搭載される。移動体３５として、無人航空機（ＵＡＶ：Unmanned Aerial Vehicle）が例示される。

なお、形状センサ３４０は、移動体３５に搭載されなくてもよい。形状センサ３４０は、例えば地面２００に設置されてもよい。

なお、形状センサ３４がホイールローダ１の外部に配置されてもよい。ホイールローダ１の外部に配置された形状センサ３４が第１表面３１０を検出し、形状センサ３４０が第２表面３２０を検出してもよい。

なお、形状センサ３４は、省略されてもよい。ホイールローダ１の外部に配置された形状センサ３４０が、第１表面３１０及び第２表面３２０の両方を検出してもよい。

［その他の実施形態］
上述の実施形態においては、掘削物３００の重量Ｗａが、ホイールローダ１に設けられている重量計測装置３３により計測されることとした。掘削物３００の重量Ｗａが、運搬車両２２０に設けられている重量計測装置により計測されてもよい。バケット１３により掘削物３００がダンプボディ２３０に積み込まれることにより、運搬車両２２０に掛かる負荷が変化する。運搬車両２２０に設けられている重量計測装置は、掘削物３００がダンプボディ２３０に積み込まれる前に運搬車両２２０に掛かる第１負荷と、掘削物３００がダンプボディ２３０に積み込まれた後に運搬車両２２０に掛かる第２負荷とを計測する。運搬車両２２０に設けられている重量計測装置の計測データは、ホイールローダ１の制御装置５０に送信される。バケット１３に保持された掘削物３００の重量Ｗａは、第１負荷と第２負荷との差に相当する。密度算出部７６は、第１負荷と第２負荷との差に基づいて算出される掘削物３００の重量Ｗａと掘削物３００の体積Ｖａとに基づいて、密度ρを算出することができる。

上述の実施形態において、キャリブレーション（ステップＳＢ）は、作業モードの一部において実施されることとした。キャリブレーションは、作業モードとは別に実施されてもよい。

上述の実施形態において、掘削物３００の特性データは、掘削作業後の掘削物３００に基づいて算出されることとした。掘削物３００の特性データは、バケット１３に保持されない掘削物３００に基づいて算出されてもよい。例えば実験施設又は評価施設において、掘削物３００の特性データが算出されてもよい。また、掘削物３００の特性データが既知である場合、掘削物３００の特性データを算出する処理は省略されてもよい。掘削作業Ｍ１の前に、掘削物３００（地山２１０）の特性データが特性記憶部１２０に記憶されていればよい。

上述の実施形態においては、掘削対象が地山２１０であることとした。掘削対象は、地山２１０でなくてもよい。掘削対象として、例えば、岩山、石炭、飼料、又は壁面でもよい。岩山とは、岩又は石により構成された山をいう。

上述の実施形態においては、積込対象が運搬車両２２０であることとした。積込対象は、運搬車両２２０でなくてもよい。積込対象として、ホッパ、ベルトコンベヤ、及びクラッシャの少なくとも一つが例示される。

上述の実施形態においては、積込機械１がホイールローダであることとした。積込機械１は、フロントローディング方式の作業機を有する油圧ショベルでもよい。積込機械１は、掘削作業においてバケットの開口部が後方を向くバックホー方式の作業機を有する油圧ショベルでもよい。

１…ホイールローダ（積込機械）、２…車体、２Ｆ…車体前部、２Ｒ…車体後部、３…アーティキュレート機構、４…キャブ、５…車輪、５Ｆ…前輪、５Ｒ…後輪、６…作業機、１１…アーティキュレートシリンダ、１２…ブーム、１３…バケット、１３Ａ…刃先端部、１３Ｂ…上端部、１３Ｃ…右端部、１３Ｄ…左端部、１４…ベルクランク、１５…バケットリンク、１６…ブラケット、１７…ブラケット、１８…リフトシリンダ、１９…バケットシリンダ、２０…動力源、２１…ＰＴＯ、２２…動力伝達装置、２３…油圧ポンプ、２４…制御弁、２５…操作装置、２５Ａ…駆動系操作装置、２５Ｂ…作業機操作装置、２６…キャリブレーションスイッチ、３０…傾斜センサ、３１…ブーム角センサ、３２…バケット角センサ、３３…重量計測装置、３４…形状センサ、３５…移動体、４０…制御システム、５０…制御装置、５１…プロセッサ、５２…メインメモリ、５３…ストレージ、５４…インタフェース、６０…作業判定部、７０…キャリブレーション部、７１…形状取得部、７２…安息角算出部、７３…掘削後積荷角算出部、７４…バケット角算出部、７５…体積算出部、７６…密度算出部、８０…推定部、８１…形状取得部、８２…掘削中積荷角算出部、８３…バケット角モニタ部、８４…重量算出部、９０…目標重量設定部、１００…作業機制御部、１２０…特性記憶部、１３０…バケットデータ記憶部、１３１…底板部、１３２…背板部、１３３…上板部、１３４…右板部、１３５…左板部、１３６…開口部、１４０…目標積載量記憶部、１５０…実積載量記憶部、１６０…出力制御部、１７０…出力装置、２００…地面、２１０…地山（掘削対象）、２１０Ｓ…表面、２２０…運搬車両、２３０…ダンプボディ（積込対象）、２５０…遠隔操作装置、２５３…前後進操作装置、２５４…ブーム操作部、２５５…バケット操作部、３００…掘削物、３１０…第１表面、３２０…第２表面、３３０…露出部、３４０…形状センサ、４００…制御システム、５００…制御装置、６００…遠隔操作エリア、７００…通信システム、８００…シート、１７００…出力装置、Ａ１…断面積、Ａ２…断面積、Ａ３…断面積、Ａａ…断面積、Ａｄ…断面積、ＡＸａ…回動軸、ＡＸｂ…回動軸、ＡＸｃ…回動軸、ＡＸｄ…回動軸、ＡＸｅ…回動軸、ＡＸｆ…回動軸、ＣＸｆ…回転軸、ＣＸｒ…回転軸、Ｅ１…ライン、Ｅ２…ライン、Ｈ…幅、Ｌ…長さ、Ｍ１…掘削作業、Ｍ２…掘削対象離隔動作、Ｍ３…積込作業、Ｍ４…積込対象離隔動作、Ｔｂ…積載量、Ｔｐ…実積載量、Ｔｒ…目標積載量、Ｖａ…体積、Ｖｐ…体積、Ｗａ…重量、Ｗｐ…重量、Ｗｒ…目標重量、θ１…積荷角、θ１ａ…掘削後積荷角、θ１ｄ…掘削中積荷角、θ２…安息角、θ３…開口角、θａ…車体傾斜角、θｂ…ブーム角、θｂｋ…バケット角、θｂｋ１…第１角度、θｂｋ２…第２角度、θｃ…ベルクランク角、ρ…密度。

Claims (15)

1. バケットを含む作業機を有する積込機械の制御システムであって、
   制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記バケットの少なくとも一部が地山に挿入された状態で前記バケットがチルト動作している期間である掘削作業中に前記バケットによって掘削された前記地山から分離される前記地山の一部である掘削物の前記バケットの上端部から前方に向かって上方に傾斜する第１表面を検出し、
   前記掘削物の表面の形状を検出する形状センサにより検出された前記第１表面の形状の検出データに基づいて、前記掘削作業中の水平面に対する前記第１表面の角度を示す掘削中積荷角を算出し、
   前記掘削中積荷角と、前記掘削物の性状に基づいて一義的に定められる水平面に対する前記掘削物の安息角及び前記掘削物の密度を含む前記掘削物の特性データとに基づいて、前記掘削物の重量を推定する、
   積込機械の制御システム。
2. 前記掘削作業中において、前記第１表面は、前記地山の表面よりも外側に配置される、
   請求項１に記載の積込機械の制御システム。
3. 前記バケットは、底板部と、前記底板部の先端部に設けられ左右方向に延伸する刃先端部と、上板部と、前記上板部の先端部に設けられ前記刃先端部と向かい合い前記刃先端部と平行な上端部と、右板部と、前記右板部の先端部に設けられる右端部と、左板部と、前記左板部の先端部に設けられ前記右端部と平行な左端部と、前記刃先端部と前記上端部と前記右端部と前記左端部との間に規定される開口部と、を含み、
   前記第１表面は、前記上端部に繋がるように形成される、
   請求項１又は請求項２に記載の積込機械の制御システム。
4. 前記制御装置は、
   前記特性データを記憶する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
5. 前記制御装置は、
   掘削作業後において前記バケットに保持された掘削物に基づいて、前記特性データを算出し、
   前記算出された前記特性データを記憶する、
   請求項４に記載の積込機械の制御システム。
6. 前記制御装置は、
   前記掘削作業後において前記バケットに保持され前記バケットの刃先端部から後方に向かって上方に傾斜する前記掘削物の第２表面の形状を検出し、
   前記第２表面の形状の検出データに基づいて、前記安息角を算出する、
   請求項３に記載の積込機械の制御システム。
7. 前記制御装置は、
   前記掘削作業後において前記バケットに保持された前記掘削物の第１表面を検出し、
   前記第１表面の検出データに基づいて、水平面に対する前記第１表面の角度を示す掘削後積荷角を算出し、
   前記作業機を支持する前記積込機械の車体の角度の検出データと前記作業機の角度の検出データとに基づいて、水平面に対する前記底板部の角度を示すバケット角を算出し、
   前記安息角と、前記掘削後積荷角と、前記バケット角と、前記バケットの断面積、前記刃先端部と前記上端部とを結ぶ直線の寸法である長さ、左右方向における前記開口部の寸法である幅を含む前記バケットの寸法とに基づいて、前記バケットに保持された前記掘削物の体積を算出し、
   前記バケットに保持された前記掘削物の重量データと前記体積とに基づいて、前記密度を算出する、
   請求項６に記載の積込機械の制御システム。
8. 前記積込機械の進行方向と前記作業機の姿勢とに基づいて、前記バケットが掘削作業中か否かを判定する作業判定部を備える、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
9. 前記制御装置は、
   前記推定される前記重量が目標重量になるように、水平面に対する前記バケットの角度を示すバケット角を含む前記バケットの姿勢を制御する、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
10. 前記制御装置は、
    積込対象に対する前記掘削物の目標積載量を記憶し、
    前記目標積載量に基づいて、前記目標重量を設定する、
    請求項９に記載の積込機械の制御システム。
11. 前記制御装置は、
    前記推定される前記重量を出力装置に出力する、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の積込機械の制御システム。
12. 前記制御装置は、
    前記推定される前記重量と目標重量との差が閾値以下であることを示す報知データを出力する、
    請求項１１に記載の積込機械の制御システム。
13. 前記出力装置は、前記積込機械の運転室に配置される、
    請求項１１又は請求項１２に記載の積込機械の制御システム。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の積込機械の制御システムを備える、
    積込機械。
15. バケットを含む作業機を有する積込機械の制御方法であって、
    前記バケットの少なくとも一部が地山に挿入された状態で前記バケットがチルト動作している期間である掘削作業中に前記バケットによって掘削された前記地山から分離される前記地山の一部である掘削物の前記バケットの上端部から前方に向かって上方に傾斜する第１表面を検出することと、
    前記掘削物の表面の形状を検出する形状センサにより検出された前記第１表面の形状の検出データに基づいて、前記掘削作業中の水平面に対する前記第１表面の角度を示す掘削中積荷角を算出することと、
    前記掘削中積荷角と、前記掘削物の性状に基づいて一義的に定められる水平面に対する前記掘削物の安息角及び前記掘削物の密度を含む前記掘削物の特性データとに基づいて、前記掘削物の重量を推定することと、
    前記重量の推定結果を出力することと、を含む、
    積込機械の制御方法。
    

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