JPH06293438A - 材料移載システムにおける材料投下位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】材料移載作業の際に、ホッパーから材料をこぼ
すことなくかつホッパー内に投入材料を平均的に堆積さ
せることができるようにした材料移載システムにおける
材料投下位置制御装置を提供することを目的とする。 【構成】自動走行可能な作業車両によって材料置き場に
置かれた材料をホッパーの手前に設置された作業開始ス
テーションＰ６まで運搬し、その後前記材料をホッパー
に投下する作業を１サイクルとして該サイクルを繰り返
し実行する材料移載システムにおいて、前記サイクル回
数が更新されるに伴って前記作業開始ステーションＰ６
近傍での材料投下位置を順次変更することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ホイールローダのよ
うな作業車両を所定の誘導経路に沿って自動走行させる
とともに作業機のサーボ制御も自動的に行うようにした
自動作業車両を用い、材料置き場に置かれた材料を積み
込んで他の場所のホッパーに投入する材料移載作業を自
動的に繰り返す際の排土作業の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばアスファルトやコンクリートの合
材工場においては、バケットおよびブームなどの作業機
を備えたホイールローダを使用し、材料置き場に堆積さ
れている材料をホイールローダのバケットですくい取
り、それを別の場所に設置されているホッパーまで運搬
し、バケット中の材料を上方からホッパーに投入すると
いう材料移載作業を繰り返し行っている。

【０００３】本出願人はかかる材料移載作業を自動化し
た技術を特願平３−２６０８５１号で既に提案してい
る。

【０００４】この先の出願では、作業車両は埋設された
誘導線に沿って所定の走行経路を走行するのであるが、
上記材料移載作業において材料を荷下ろしされる側のホ
ッパー側での材料の排土位置の決定は次のようにして行
われる。

【０００５】すなわち、荷下ろしされる側のホッパーの
手前の所定位置には、上記走行路上に作業開始ステーシ
ョン線が埋設されており、作業車両側でこの作業開始ス
テーション線を検出し、該作業開始位置が検出されると
車両を停止させ、この停止位置で排土動作を行うように
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のように、前記ホッパーに対して一定の位置で車
両を停止して、バケットからホッパーに材料を投入する
という作業を繰り返していると、ホッパー内に局部的に
材料が堆積していくことになる。またホッパー下部のシ
ュートから材料を送出していると、堆積材料が局部的に
減少していく。この両方の組み合せで、ホッパー内に局
部的に高い投入材料の山が成長することがある。また、
上記のように山が成長してしまった場合は、ホッパーに
材料を投下しても、ほとんどの材料がこぼれてしまい、
車両の傾きによる車両位置決め精度や安全性の面で問題
がある。

【０００７】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、材料移載作業の際に、ホッ
パーから材料をこぼすことなく、かつホッパー内に投入
材料を平均的に堆積させることができるようにした材料
移載システムにおける材料投下位置制御装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明では、自
動走行可能な作業車両によって材料置き場に置かれた材
料をホッパーの手前に設置された作業開始ステーション
まで運搬し、その後前記材料をホッパーに投下する作業
を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実行する材料
移載システムにおいて、前記サイクル回数が更新される
に伴って前記作業開始ステーション近傍での材料投下位
置を順次変更することを特徴とする。

【０００９】

【作用】前記ホッパーに材料を投入する際の前記作業車
両の停止位置が、投入作業のサイクルを重ねるのに伴っ
て自動的に変更される。そのためバケットからホッパー
に投入される材料の堆積位置が徐々に変化し、ホッパー
内で材料が極端に偏在しなくなり、局部的で非常に高い
材料の山が成長することがなくなる。

【００１０】

【実施例】以下この発明を添付図面に示す実施例に従っ
て詳細に説明する。

【００１１】まず、この発明の前提となる自動作業車両
システムについて説明する。

【００１２】この実施例の自動作業車両は図２に示すホ
イールローダであり、バケット１とブーム２の作業機を
備えている。

【００１３】ホイールローダには図１に示す構成の制御
システムが搭載されており、(１)操舵制御機能、(２)車
速制御機能、(３)作業機制御機能、(４)位置検出機能、
(５)通信機能、(６)安全機能などを有している。制御シ
ステムは制御部５とセンサ系およびアクチュエータ系に
分れる。制御部５はＣＰＵ６とメモリ７を中枢とし、入
力インターフェースとしてＡ／Ｄ変換器８・パラレル入
力レシーバ９・カウンタ１０を有し、出力インターフェ
ースとしてＤ／Ａ変換器１１・パラレル出力ドライバ１
２を有している。ＣＰＵ６は、各種センサ系からの検出
信号を取り込み、所定の制御アルゴリズムに従って処理
し各種アクチュエータ系に対する駆動信号を出力する。

【００１４】(１)操舵制御機能 所定の走行経路からのずれを検出するとともに、そのず
れを最小にするように車両のステアリング機構を自動制
御する機能である。図３に示すように地上に誘導線Ｒ
１、Ｒ２、Ｒ３が敷設されており、この誘導線から発せ
られる誘導信号を経路センサ２４（図２に示すように車
体に取り付けられた８個のピックアップコイル FR,FL,M
R1,ML1,MR2,ML2,RR,RL）の検出信号を処理してコースず
れ量を求め、また屈曲角センサ１８により車体の姿勢角
を求め、設定されたコースに沿って前記ずれ量を最小に
しながら車両を走行させるように操舵用比例弁２８を制
御する。

【００１５】(２)車速制御機能 プログラムに従って車両のパワートレインおよびブレー
キを制御して車両の前進・後退・停止および走行速度を
自動制御する機能である。距離センサ１３と車速センサ
１４とエンジン回転数センサ１５の出力から車両の実車
速を求め、またブレーキ圧力センサ２１の出力をフィー
ドバックしながら、アクセル用比例弁２９、ブレーキ用
比例弁３２、前後進バルブ３３、変速用バルブ３４を制
御して、所定の速度に保つ制御を行う。

【００１６】(３)作業機制御機能 車両に搭載されているバケット１およびブーム２をプロ
グラムに従ってサーボ制御する機能である。ブーム２お
よびバケット１の角度をそれぞれセンサ１６、１７から
読み取るとともに、ブームシリンダおよびバケットシリ
ンダの圧力をセンサ１９、２０から読み取り、ブーム用
比例弁３０およびバケット用比例弁３１を制御してプロ
グラムされた作業パターンでバケット１およびブーム２
を作動させる。

【００１７】(４)位置検出機能 車両が走行経路上の所定位置に達したことを認知する機
能である。図３に示すように、誘導線Ｒ１〜Ｒ３によっ
て規定された走行経路上の要所要所にステーション線Ｐ
１〜Ｐ６が敷設されており、これらステーション線から
誘導信号が発生している。車両側には位置センサ２５と
して、前部および後部にピックアップコイルＦＳおよび
ＲＳが取り付けられており、これによりステーション線
からの誘導信号を検出する。このピックアップコイルＦ
ＳとＲＳおよび前記経路センサ２４の８個のピックアッ
プコイルの出力信号はフィルタを含むプリアンプ２６を
経て整流回路２７で整流されてディジタル化される。位
置センサ２５がステーション線に近づくにつれて検出信
号のレベルが増加する。そのセンサ出力を適宜なしきい
値でレベル弁別することで、車両がステーション線によ
る設定位置に達したことを認知する。

【００１８】(５)通信機能 地上の指令局と制御部５とを無線伝送路で結合し、作業
を指示するプログラムなどの情報を制御部５に伝えると
ともに、車両側の各種状態情報を指令局に伝える。な
お、この機能部分については図１には記載していない。

【００１９】(６)安全機能 傾斜計２２で車体の過大な傾斜状態を検出したり、超音
波センサ２３で周囲の障害物を検出した場合などに、車
両を緊急停止させたりして安全を確保する機能である。

【００２０】この実施例では、以上のような機能を備え
た自動作業車両システムにより、図３に示すような環境
のコンクリート合材工場において、次のように材料移載
作業を繰り返し行うものとする。

【００２１】図３において、材料置き場３に大量に堆積
されているコンクリート材料（材料）をホイールローダ
のバケット１ですくい取り、それを別の場所に設置され
ているホッパー４まで運搬し、バケット１中の材料Ｗを
図４のように上方からホッパー４に投入する。この材料
移載作業を次のシーケンスで繰り返す。

【００２２】(Ａ)誘導線Ｒ１上ステーション線Ｐ１の位
置を原点とする。この原点から車両を誘導線Ｒ１に沿っ
て高速前進走行させ、ステーション線Ｐ３を検出した時
点で減速する。

【００２３】(Ｂ)円弧状の誘導線Ｒ２に沿って材料置き
場に向けて車両を中速前進走行させ、ステーション線Ｐ
５を検出した時点でさらに減速する。

【００２４】(Ｃ)低速前進走行で材料置き場３内に進入
させると同時に、作業機を所定のパターンで動作させ、
バケット１に材料Ｗをすくい取る。

【００２５】(Ｄ)材料すくい取り工程を終了したなら、
車両を誘導線Ｒ２からＲ１に沿って中速後退走行させ、
ステーション線Ｐ２を検出した時点で走行を停止する。

【００２６】(Ｅ)ステーション線Ｐ２の検出位置から誘
導線Ｒ１に沿って高速前進走行させ、ステーション線Ｐ
４を検出した時点で減速する。

【００２７】(Ｆ)円弧状の誘導線Ｒ３に沿ってホッパー
４に向けて中速前進させ、ホッパー４の直前のステーシ
ョン線Ｐ６の検出時点で走行を停止する。

【００２８】(Ｇ)該停止の後、作業機を所定のパターン
で動作させてバケット１中の材料Ｗをホッパー上方から
ホッパー内に投入する。

【００２９】(Ｈ)材料投入を終了したなら、車両を誘導
線Ｒ３からＲ１に沿って中速後退走行させ、ステーショ
ン線Ｐ２を検出した時点で走行を停止する。

【００３０】以上の動作を１サイクルとする。

【００３１】この後は、ステーション線Ｐ２の検出位置
を始点として前記工程(Ａ)から一連の動作を繰り返す。

【００３２】以上のような材料移載作業を繰り返し実行
するシステムにおいて、材料投入工程(Ｇ)に先立って車
両をホッパー４に対して位置決めする工程(Ｆ)で、この
実施例では次のように、材料投入作業のサイクル数を重
ねるのに伴って停止位置を順次変更している。

【００３３】位置決め工程(Ｆ)では、位置センサ２５
（ピックアップコイルＦＳ）でステーション線Ｐ６から
の誘導信号を検出した時点で走行停止制御を行う。位置
センサ２５の検出信号レベルは、図５に示すように、ス
テーション線Ｐ６との距離が小さくなるほど大きくな
る。制御部５では、位置センサ２５の出力レベルＶｘを
適宜なしきい値Ｓでレベル弁別し、Ｖｘ＞Ｓとなった時
点で停止制御を実行するようにしている。

【００３４】この実施例では図５に示すように、前記の
レベル弁別のためのしきい値としてＳ１、Ｓ２、Ｓ３の
３段階のレベルが設定されており、材料投入作業毎に実
際に使用するしきい値をＳ１、Ｓ２、Ｓ３から順番に選
択している。

【００３５】具体例としては、１回目の投入作業のとき
には一番大きなしきい値Ｓ１に従って位置センサ２５の
出力のレベル弁別を行い、２回目の投入時には中間レベ
ルのしきい値Ｓ２でレベル弁別を行い、３回目の投入時
には最小のしきい値Ｓ３でレベル弁別を行う。

【００３６】したがって、１回目の投入時には、図４
（ａ）に示すように車両はホッパー４に一番近づいた位
置で位置決めされ、ホッパー４のもっとも奥の方に材料
Ｗを投入することになる。２回目の投入時には、図４
（ｂ）に示すように１回目よりホッパー４から少し離れ
た位置に車両が位置決めされ、ホッパー４のほぼ中央に
材料Ｗを投入することになる。３回目の投入時には、図
４（ｃ）に示すように２回目よりさらにホッパー４から
離れた位置に車両が位置決めされ、ホッパー４のもっと
も手前に材料Ｗを投入することになる。なお、４回目以
降は１回目からの動作を繰り返す。

【００３７】前記のように位置決め制御を行う場合の処
理手順の一例を図６のフローチャートに示している。

【００３８】図６において、ステップ７０１では車両を
誘導線Ｒ３に沿ってホッパー４に向けて前進走行させ
る。その走行状態において、ステーション線Ｐ６からの
誘導信号による位置センサ２５の出力信号Ｖｘを読み取
り（ステップ７０２）、車両がステーション線Ｐ６に近
づいてＶｘが最小検出レベルＶmin を超えたならば、セ
ンサ出力Ｖｘがしきい値Ｓｉを超えるのを待つ（ステッ
プ７０３→７０４）。ここでしきい値Ｓｉは前記Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３のいずれかであり、ポインタｉで特定され
る。ポインタｉはイニシャル処理で１に設定されてい
る。したがって１回目の作業時にはしきい値Ｓ１でＶｘ
がレベル弁別される。

【００３９】Ｖｘ＞Ｓｉとなったことが検出されると、
車両の停止制御を実行する（ステップ７０５）。次にポ
インタｉが３になったか否かをチェックし（ステップ７
０６）、ｉ＝３でなければｉを１だけインクリメントし
（ステップ７０７）、ｉ＝３であればｉを初期値の１に
する（ステップ７０８）。その後、材料投入工程(Ｇ)を
実行し（ステップ７０９）、つづいて誘導線Ｒ３からＲ
１に沿って車両を後退走行させる（ステップ７１０）。

【００４０】以上の実施例では、ホッパーに対する車両
の停止位置を３段階に変更するように制御しているが、
この発明はこれに限定されるものではなく、さらにきめ
細かく多段階に停止位置を変更するようにしてもよい。
また、上記実施例では、サイクル回数が進むに従って閾
値を順次小さくしているが、逆に順次大きくするように
しても良く、また他の任意の変更を行うようにしても良
い。

【００４１】また前記実施例では、図５に示すように、
位置センサ２５がステーション線Ｐ６に近づく過程での
みレベル弁別を行うようにしているが、もちろん位置セ
ンサ２５がステーション線Ｐ６を通り過ぎてからもセン
サ出力のレベル弁別で車両を位置決めすることができ
る。そうすれば、１つのステーション線Ｐ６を使用して
前記実施例の２倍の範囲で停止位置を可変制御すること
ができる。ただしその場合は、センサ出力Ｖｘがしきい
値Ｓｉを上回ったかという判定と、Ｖｘがしきい値Ｓｉ
を下回ったかという判定を使い分けて位置検出を行うこ
とになる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したようにこの発明によ
れば、自動作業車両によりある場所の材料をバケットに
積み込んで他の場所のホッパーに投入するという材料移
載作業において、バケットの材料をホッパーに投入する
際、前記材料移載作業の繰り返し回数を重ねるのに伴っ
て前記停止位置を順次変更するようにしたので、無人運
転の場合でもホッパー内に投入材料をほぼ平均的に堆積
させることができ、ホッパーから材料をこぼすことなく
能率良く材料移載作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による自動作業車両システ
ムの制御系の概略構成図

【図２】この発明の一実施例によるホイールローダにお
ける経路センサと位置センサの配置を示す平面図

【図３】この発明の一実施例による材料移載作業を行う
コンクリート合材工場の概略を示す平面図

【図４】作業車両のホッパー側での排土作業の位置決め
態様を示す図

【図５】この発明の一実施例による位置センサの出力特
性とレベル弁別の関係を示すグラフ

【図６】この発明の一実施例による位置決め工程を中心
とした制御フローチャート

【符号の説明】

１ バケット ２ ブーム ４ ホッパー ２５ 位置センサ Ｒ１〜Ｒ３ 誘導線 Ｐ１〜Ｐ６ ステーション線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動走行可能な作業車両によって材料置き
   場に置かれた材料をホッパーの手前に設置された作業開
   始ステーションまで運搬し、その後前記材料をホッパー
   に投下する作業を１サイクルとして該サイクルを繰り返
   し実行する材料移載システムにおいて、 前記サイクル回数が更新されるに伴って前記作業開始ス
   テーション近傍での材料投下位置を順次変更することを
   特徴とする材料移載システムにおける材料投下位置制御
   装置。
2. 【請求項２】前記作業開始ステーション位置にステーシ
   ョン線を埋設するとともに、 前記作業車両に、 ステーション線との距離が小さくなるに伴いその出力レ
   ベルが大きくなる検出信号を出力するステーション線検
   出センサと、 前記サイクル回数に対応して夫々異なる閾値が設定さ
   れ、前記サイクル回数が更新されるに従って順次異なる
   閾値を出力する閾値設定手段と、 前記ステーション線検出センサの出力を前記閾値設定手
   段から出力される複数の異なる閾値と比較処理し、前記
   ステーション線検出センサの出力が閾値を超えたときに
   車両停止信号を出力する比較手段と、 該比較手段から車両停止信号が出力されたときに前記作
   業車両を停止させるとともに、該停止位置で前記材料の
   投下を実行する駆動制御手段と、 を具える事を特徴とする材料移載システムにおける材料
   投下位置制御装置。