JPH06298374A - 材料移載システムにおける材料投下高さ位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ホッパー側で材料をこぼすこと無く能率良く材
料移載作業を繰り返すことができるようにする。 【構成】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
に投下する作業を地上局からの指令に従って自動的に実
行する材料移載システムにおいて、前記ホッパー側にホ
ッパー内材料の堆積高さを検出する材料高さ検出手段を
設けると共に、前記地上局に前記材料高さ検出手段の検
出情報に従って前記ホッパーに材料を投入する際の前記
作業機の高さを変化させる指令を生成しこれを前記作業
車両に送信する作業機高さ調整指令手段を設け、前記作
業車両に地上局からの指令に従って作業機高さを可変制
御する作業機高さ調整手段を設けるようにしたことを特
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
自動作業車両システムに関し、特に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
う材料移載作業を行う際の前記投入作業の改良に関す
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高さは常に一定にしていた。例
えば、バケットの高さを最高位置にしてから投入動作を
行うようにすれば、ホッパーが満杯になるまでバケット
の高さを変更する必要がない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、しか
し、常に最高位置のバケットから材料を投入している
と、ホッパーから材料がこぼれ出ることが多くなる。ホ
ッパー外に材料がこぼれると、こぼれた材料に車両が乗
り上げて走行経路から外れたり、転倒する可能性がある
など、不都合が多い。また、バケットを運搬時の比較的
低い位置から最高位置まで上昇させるのに相当の時間が
かかるので、材料投入時にバケットをいつも最高位置ま
で上げるのでは、全体の作業能率が相当低下する等の問
題がある。

【０００６】また、前記材料移載作業を繰り返してホッ
パーに次々と材料を投入する場合、ホッパーからシュー
トを通じてミキサーなどに送出される材料量より投入量
が多いと、投入した材料がホッパー内に順次堆積し、つ
いにはホッパーが材料で満杯となり、投入作業を一時中
断しなければならなくなる。

【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、ホッパー内に材料を投入す
る際のバケットの高さ位置を適切に自動調整し、材料を
こぼすこと無く能率良く材料移載作業を繰り返すことが
できるようにした材料移載システムにおける材料投下高
さ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地上局からの指令に従って自動的
に実行する材料移載システムにおいて、前記ホッパー側
にホッパー内材料の堆積高さを検出する材料高さ検出手
段を設けると共に、前記地上局に前記材料高さ検出手段
の検出情報に従って前記ホッパーに材料を投入する際の
前記作業機の高さを変化させる指令を生成し、これを前
記作業車両に送信する作業機高さ調整指令手段を設け、
前記作業車両に前記ホッパーに材料を投入する際、前記
地上局からの指令に従って作業機高さを可変制御する作
業機高さ調整手段を設けるようにしたことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】前記ホッパーに材料を投入する際の前記バケッ
トの高さがホッパー内に堆積されている材料量に応じて
自動的に可変設定され、バケットが堆積材料と干渉しな
い必要最小限のバケット高さで投入作業が実行される。

【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
システムの基本構成と動作について説明する。

【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。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。

【００１３】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１２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、前後進用バルブ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Ｐ１
〜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Ｒ
Ｓ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ＦＳ
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 図５に示す地上制御装置５０の通信装置５３と車載制御
部５とを無線伝送路で結合する車載通信機３５とアンテ
ナ３６および３７を有し、作業を指示するプログラムや
後述のホッパー４内の材料レベルデータなどの情報を車
載制御部５に伝えるとともに、車両側の各種状態情報を
地上制御装置５０に伝える。

【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および図４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。

【００２２】図４に示すように、ホッパー４内に堆積さ
れている材料Ｗの量（材料高さ）を検出するために、ホ
ッパー４の上方に３個の超音波レベル計５８ａ、５８
ｂ、５８ｃが設置されている。これら超音波レベル計５
８ａ、５８ｂ、５８ｃの検出信号は図５に示す地上制御
装置５０に拡張Ｉ／Ｏ装置５５を介して取り込まれる。
なお図５に示す地上側の構成としては、キーボード５１
および表示装置５２のマンマシンインターフェース手段
や、走行用誘導線５７、通信線５６、励振電源５４など
が含まれる。

【００２３】地上制御装置５０には、図６に示すよう
に、ホッパー４内に堆積されている材料Ｗの高さ（ホッ
パー残量）と作業機（ブーム）高さとの関係が図示しな
いメモリ内に予め記憶されており、地上制御装置５０は
車載制御部５からの要求に応じて超音波レベル計５８
ａ、５８ｂ、５８ｃの検出信号を読み取り、該検出値に
対応する作業機高さを前記図６に示す関係から決定し、
該決定した作業機高さ信号を車載制御部５２に伝送す
る。

【００２４】車載制御部５は、前記作業機高さ信号を受
信し、そのデータに応じてホッパー４に材料Ｗを投入す
る作業時のバケット１の高さを決定し、その高さになる
ように作業機（ブーム）を制御する。これらの制御機能
により、ホッパー４に材料Ｗを投入する際のバケット１
の高さがホッパー４内に堆積されている材料量に応じて
自動的に可変設定され、バケット１が堆積材料Ｗと干渉
しない必要最小限のバケット高さで投入作業が実行され
るのである。

【００２５】図７は車載制御部５による制御手順を示
し、図８は地上制御装置５０による制御手順を示す。こ
れらのフローチャートとともに前記材料移載作業の具体
的な制御シーケンスを以下に詳述する。

【００２６】(Ａ)誘導線Ｒ１上のステーション線Ｐ１の
位置を原点とする。地上制御装置５０は車両が原点で待
機していることを確認した上で、作業開始の指示を車載
制御部５に伝送する（ステップ７００→７０１）。車載
制御部５はこの作業指示を受け取ると、車両を誘導線Ｒ
１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（ステップ６００→６０１→６０
２→６０３）。

【００２７】(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し、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（ス
テップ６０３→６０４）。

【００２８】(Ｃ)材料すくい取り工程(Ｂ)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（ステップ６０５→６０６→６０７）。

【００２９】(Ｄ)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とともに、地上制御装置５
０に対して前記作業機高さデータを要求する（ステップ
６０７→６０８→６０９）。作業機高さデータの転送要
求を受け取った地上制御装置５０は、超音波レベル計５
８ａ、５８ｂ、５８ｃの検出信号を読み取り、前記図６
に示した関係から作業機高さデータを作成し、これを車
載制御部５に伝送する（ステップ７０２→７０４）。

【００３０】(Ｅ)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、その途中で車載制御部５が作
業機高さデータを受信することになる（ステップ６１
０）。そして、受信した作業機高さデータに従ってバケ
ット１の高さを決定し、その高さになるように作業機を
制御する（ステップ６１１）。

【００３１】(Ｆ)ホッパー４の直前のステーション線Ｐ
６の検出時点で走行を停止し、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（ステップ６１２→６１３→６１
４）。

【００３２】(Ｇ)材料投入工程(Ｆ)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（ス
テップ６１５→６１６→６１７）。

【００３３】この後は、ステーション線Ｐ２の検出位置
を起点として前記工程(Ａ)から一連の動作を繰り返す。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したようにこの発明で
は、ホッパーの上方に当該ホッパー内の材料堆積レベル
を検出する材料レベル検出手段を設け、この材料レベル
検出手段の検出情報に従って前記ホッパーに材料を投入
する工程での前記バケットの高さを必要最小限の高さに
自動調整するようにしたので、材料レベルに関係なく常
にバケットを最高位置にして投入作業を行う場合に比べ
て、作業能率が良いし、材料がホッパーからこぼれるこ
とも少なくなる。

【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
ムの車載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】この発明の一実施例によるホッパー周辺の構成
と材料投入作業状態を示す側面図

【図５】この発明の一実施例による自動作業車両システ
ムの地上側制御系の構成図

【図６】ホッパー残量と作業機高さとの関係を示す図

【図７】同上車載制御系による制御手順を示すフローチ
ャート

【図８】同上地上側制御系による制御手順を示すフロー
チャート

【符号の説明】

１ バケット ２ ブーム ４ ホッパー Ｒ１〜Ｒ３ 誘導線 Ｐ１〜Ｐ６ ステーション線 ５８ａ，５８ｂ，５８ｃ 超音波レベル計

Claims (1)

【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地上局からの指令
   に従って自動的に実行する材料移載システムにおいて、 前記ホッパー側に、 ホッパー内材料の堆積高さを検出する材料高さ検出手段
   を設けると共に、 前記地上局に、 前記材料高さ検出手段の検出情報に従って前記ホッパー
   に材料を投入する際の前記作業機の高さを変化させる指
   令を生成し、これを前記作業車両に送信する作業機高さ
   調整指令手段を設け、 前記作業車両に、 前記ホッパーに材料を投入する際、前記地上局からの指
   令に従って作業機高さを可変制御する作業機高さ調整手
   段を設けるようにしたことを特徴とする材料移載システ
   ムにおける材料投下高さ位置制御装置。