JPH10212035A

JPH10212035A - 積込運搬車両の作業制御装置

Info

Publication number: JPH10212035A
Application number: JP1398497A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tamaki; 英男田巻; Hiroshi Oshima; 寛大島; Toyoichi Ono; 豊一小野; Shinji Takasugi; 信爾高杉
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 1998-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】走行路のレイアウト変更に柔軟に対応すること
ができるようにする。【解決手段】積込場３０、切返し点３１および排土場３
２それぞれの車両位置、車両姿勢角の教示データ（Ｑ、
θQ）、（Ｒ、θR）、（Ｔ、θT）が入力される。そし
て、これら入力された教示データに基づいて、積込場３
０と切返し点３１と排土場３２とを結ぶ予定走行路４０
上の各点の位置が演算される。そして、この演算された
予定走行路４０上の各点に沿って積込運搬車両が移動
し、積込運搬作業が行われるように積込運搬車両が制御
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、砕石現場、材料置
場等において積荷を積込み、これを運搬して排出場にて
排出する作業を繰り返し行うホイールローダ等の積込運
搬車両の作業制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ホイールローダ等の積込運搬車両は、図
８に示すように積込場３０の積込位置Ｑにて積荷をすく
い込んだ後、切返し点３１を経由して排土場３２まで戻
り、該排土場３２にて積荷を排出してから、再び排土場
３２から切返し点３１を経由して積込場３０まで移動す
る１サイクルの積込運搬作業（いわゆるＶシェイプ運
転、Ｔシェイプ運転）を繰り返し行う。ここで、積込場
３０は、砕石現場（切羽）、材料置場（上屋）などであ
り、排出場３２は、ダンプトラック、ホッパなどであ
る。

【０００３】ここで、従来、予め誘導線を現場に敷設
し、この誘導線に対する車両の位置偏差が零になるよう
に制御するといういわゆる誘導線方式により、積込運搬
車両は自動走行制御されていた。たとえば、本出願人ら
は、特願平３−２６０８５１号（発明の名称「材料移載
システムの作業車両制御装置」）にみられるように、こ
の種の発明をすでに提案、出願している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記誘導線方
式による自動走行は、誘導線の敷設を要するために、ひ
とたび敷設が行われたならば、容易に変更することはで
きず、いきおい走行路は固定されたものとならざるを得
ない。つまり、走行路のレイアウト変更に柔軟に対応す
ることはできないこととなっていた。

【０００５】また、積込運搬車両が積込場３０にて積荷
を積込む場所は、作業の進行に伴い流動的に変化するの
で、積荷を積込む場所の変化に応じて走行路も変化させ
てやることが作業効率を高める上で必要である。

【０００６】しかし、走行路の変更に柔軟に対応できな
い誘導線方式にあっては、こうした要請に応えることが
できないこととなっていた。

【０００７】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、走行路のレイアウト変更に柔軟に対応するこ
とができるようにすることを第１の目的とし、さらに作
業の進行に伴い走行路を柔軟に変化させることにより作
業効率を高めるようにすることを第２の目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段および効果】そこで、本発
明の第１発明では、積込場の積込位置にて積荷をすく込
んだ後、切返し点を経由して排土場まで戻り、該排土場
にて積荷を排出してから、再び前記排土場から前記切返
し点を経由して前記積込場まで移動する１サイクルの積
込運搬作業を繰り返し行う積込運搬車両の作業制御装置
において、前記積込場、前記切返し点および前記排土場
それぞれの車両位置、車両姿勢角の教示データを入力す
る入力手段と、前記入力手段で入力された教示データに
基づいて、前記積込場と前記切返し点と前記排土場とを
結ぶ予定走行路上の各点の位置を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算された予定走行路上の各点に沿って
前記積込運搬車両が移動し、前記積込運搬作業が行われ
るように前記積込運搬車両を制御する制御手段とを具え
るようにしている。

【０００９】この第１発明の構成によれば、図７に示す
ように、積込場３０、切返し点３１および排土場３２そ
れぞれの車両位置、車両姿勢角の教示データ（Ｑ、θ
Q）、（Ｒ、θR）、（Ｔ、θT）が入力される。そし
て、これら入力された教示データに基づいて、積込場３
０と切返し点３１と排土場３２とを結ぶ予定走行路４０
上の各点の位置が演算される。そして、この演算された
予定走行路４０上の各点に沿って積込運搬車両が移動
し、積込運搬作業が行われるように積込運搬車両が制御
される。

【００１０】このように、本発明によれば、誘導線を実
際に現場に敷設し直すことなく、教示データを入力し直
すだけで予定走行路４０を変更することができるので、
容易に走行路のレイアウト変更に対処でき、レイアウト
変更に対する柔軟性が飛躍的に向上する。

【００１１】また、本発明の第２発明では、上記第１発
明の構成に加えて、前記入力手段には、前記積込場の教
示データとして、当該積込場の積込領域の横方向両端を
示す第１の位置および第２の位置が入力され、前記演算
手段は、前記第１の位置と前記第２の位置との間を補間
して、積込場の積込領域横方向の各積込位置を求め、１
サイクルごとに前記積込運搬車両が前記積込領域横方向
の隣り合う積込位置に順次移動するように、１サイクル
ごとの予定走行路を演算するものであり、前記制御手段
は、前記演算手段の演算結果に基づき、１サイクルごと
に予定走行路を順次代えて、前記積込運搬車両を制御す
るようにしている。

【００１２】この第２発明の構成によれば、図７、図１
３に示すように、積込場３０の教示データとして、当該
積込場３０の積込領域の横方向両端を示す第１の位置Ｑ
1および第２の位置ＱNが入力される。そして、第１の位
置Ｑ1と第２の位置ＱNとの間が補間され、積込場３０の
積込領域横方向の各積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、…Ｑi…Ｑ
Nが求められ、１サイクルごとに積込運搬車両が積込領
域横方向の隣り合う積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、…Ｑi…Ｑ
Nに順次移動するように、１サイクルごとの予定走行路
４０-1、４０-2、４０-3…４０-i…４０-Nが演算され
る。そして、この演算結果に基づき、１サイクルごとに
予定走行路を４０-1、４０-2、４０-3…４０-i…４０-N
と順次代えて、積込運搬車両が制御される。

【００１３】このように、本発明によれば、積込場３０
にて積荷を積込む場所が作業の進行に伴い流動的に変化
したとしても、その変化に応じて柔軟に走行路を変化さ
せることができるので、作業効率が飛躍的に向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００１５】図１は、本実施形態で想定している積込運
搬車両であるホイールローダ１の斜視透視図を示してお
り、同図２はこのホイールローダ１の制御系の構成を示
すブロック図を示している。

【００１６】これら図に示すように、ホイールローダ１
（以下、車両１という）はエンジン２５を駆動源として
おり作業機としてブーム２３とバケット２２を有してい
る。

【００１７】アクセルペダルの操作によってエンジン目
標回転数が設定されるとともに、電子制御ガバナ１１に
加えられる電気信号に応じて燃料噴射量が制御されエン
ジン２５の回転数が変化される。エンジン回転センサ１
２はエンジン２５の実際の回転数を検出し、この検出信
号がエンジン回転数の制御のフィードバック信号として
使用される。

【００１８】前後進クラッチが前進または後進の状態
（中立以外）にあれば、エンジン２５の動力はトルクコ
ンバータ、トランスミッション、プロペラシャフト、デ
ィファレンシャルギアを介してタイヤ２６に伝達され、
エンジン回転の変化により車両１の走行速度を変化させ
ることができる。

【００１９】トランスミッション電磁弁１５は、加えら
れる電気信号に応じてトランスミッションの速度段を変
化させるための弁であり、アクセルペダルの踏角を検出
するアクセルペダル角センサ１３の検出値、ブレーキペ
ダルの作動を検出するブレーキペダル作動検出センサ１
４の検出値等に応じて上記トランスミッション電磁弁１
５に加えられる電気信号が変化される。

【００２０】エンジン２５によって油圧ポンプが駆動さ
れ、この油圧ポンプの吐出圧油がブーム・バケット油圧
電磁比例弁６を介して、ブーム２３を駆動するブームシ
リンダ、バケット２２を駆動するバケットシリンダに供
給され、ブーム２３およびバケット２２が上記電磁比例
弁６に加えられる電気信号に応じて駆動される。ブーム
２３のブームフートピン部には、ブーム２３の角度を検
出するブーム角度センサ２が配設されているとともに、
バケット２２のバケット取付ピン部にはバケット２２の
角度を検出するバケット角度センサ３が配設されてい
る。

【００２１】ブーム２３を駆動するブームシリンダには
そのシリンダ内の油圧を検出することによってブーム２
３にかかる負荷を検出するブームシリンダ油圧センサ５
が配設されているとともに、バケット２２を駆動するバ
ケットシリンダにはそのシリンダ内の油圧を検出するこ
とによってバケット２２にかかる負荷を検出するバケッ
トシリンダ油圧センサ４が配設されている。

【００２２】上記油圧ポンプの吐出圧油はステアリング
油圧電磁比例弁８を介して、ステアリング２７を駆動す
るステアリングシリンダに供給され、ステアリング２７
が上記電磁比例弁８に加えられる電気信号に応じて駆動
される。

【００２３】ステアリング２７は、アーティキュレート
型の車両１の前後車体を屈折させることによって操舵さ
れるように構成されており、前後車体結合ピン部には、
ステアリング２７の操舵角として前後車体の屈折角を検
出する車体屈折角センサ７が配設されている。

【００２４】ブレーキペダルの操作によってブレーキ圧
の目標値が設定されるとともに、ブレーキ空圧電磁比例
弁１０に加えられる電気信号に応じてブレーキ圧が変化
されブレーキが作動する。ブレーキにはブレーキ圧を検
出するブレーキ圧センサ９が配設されており、この検出
信号がブレーキ圧制御のフィードバック信号として使用
される。

【００２５】タイヤ２６には、車両走行距離検出部であ
るタイヤ回転センサ１６が付設されており、タイヤ２６
の回転数Ｎを検出する。また、車体には、車両方位検出
部である光ファイバジャイロ１７が配設されており、車
体姿勢角の角速度ωを検出する。

【００２６】上記タイヤ回転センサ１６および光ファイ
バジャイロ１７の各出力に基づいて後述するよう車両位
置が検出されることになるが、この車両位置はタイヤの
スリップ等による累積誤差を含んでいるので、後述する
ように、車両の予定走行路に沿って間欠的に配設された
反射ポール１８と車両１との相対位置関係から、上記累
積誤差を間欠的に補正するようにしている。

【００２７】すなわち、車両１の車体側には、レーザ投
受光センサ１９が配設されるとともに、予定走行路に沿
って間欠的に反射ポール１８が配設されており、後述す
るよう、レーザ投受光センサ１９と反射ポール１８のリ
フレクタ１８ａ間でのレーザ光の投受光距離から車両１
の補正位置を求め、上記累積誤差を間欠的に補正するも
のである。

【００２８】さて、操作スイッチ・表示部２１は、自動
・手動切換スイッチ等種々のスイッチ、表示器が配置さ
れている。自動・手動切換スイッチは、車両１の走行、
作業を自動的に行うか手動にて行うかを選択するスイッ
チであり、本実施形態では自動側に切り換えられた場合
を想定している。また、表示器には、後述するような表
示がなされる。

【００２９】演算処理装置２０は、各センサ等の検出信
号等を入力して、各電磁比例弁等に制御信号である電気
信号を加えるものであり、ＣＰＵ、メモリを中心にして
構成されている。

【００３０】以下、この演算処理装置２０で実行される
演算処理内容について説明する。

【００３１】図３は、演算処理装置２０で実行される車
両位置（Ｘ、Ｙ）および車両方位θの演算処理を取り出
して示すブロック図である。

【００３２】演算処理装置２０に、車両走行距離検出部
であるタイヤ回転センサ１６の検出信号および車両方位
検出部である光ファイバジャイロ１７の検出信号が入力
されると、以下のような処理が順次実行される。

【００３３】・車両走行距離Ｓの演算タイヤ回転センサ１６の検出信号に基づきタイヤ回転数
Ｎを求める。

【００３４】つぎに、このタイヤ回転数Ｎと既知のタイ
ヤ負荷半径ｒとの積より車両走行距離Ｓを算出する。

【００３５】・車両方位θの演算光ファイバジャイロ１７の検出信号に基づき車体の姿勢
角の角速度ωを積算することにより、車両方位変化Δθ
を算出し、既知の初期方位に対して方位変化Δθを加え
て、初期車両方位に対する現在の車両方位θを算出す
る。・車両位置（Ｘ、Ｙ）の演算上記車両走行距離Ｓと車両方位θの正弦ｓｉｎ、余弦ｃ
ｏｓとの積Ｓ・ｓｉｎθ、Ｓ・ｃｏｓθを積算すること
によりＸ−Ｙ座標系上における車両座標位置（Ｘ、Ｙ）
を求める。

【００３６】すなわち、図１１に示すように、逐次の車
両位置（Ｘ1、Ｙ1）＝（Ｓ1・ｃｏｓθ1、Ｓ1・ｓｉｎ
θ1）、（Ｘ2、Ｙ2）＝（Ｘ1＋Ｓ2・ｃｏｓθ2、Ｙ1＋
Ｓ2・ｓｉｎθ2）、…が算出され、車両１の演算上の軌
跡４１が求められる。

【００３７】ところが、こうして積算によって得られる
車両位置は、その積算による、あるいはタイヤのスリッ
プによる累積誤差を含んでいるので、図１２に示すよう
に位置補正が行われる。

【００３８】すなわち、同図１２に示すように、車両１
の逐次の演算位置として、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3が取得された
ものとすると、位置Ｐ3において、車両１からレーザ光
が投光され、反射ポール１８-1のリフレクタ１８ａで反
射されて車両１で反射光が受光される。このときのレー
ザ投受光センサ１９の出力から車両１と反射ポール１８
-1との間の相対距離が求められ、さらに車両１が所定距
離だけ移動して位置Ｐ4に達したときに同様にして車両
１と反射ポール１８-1との間の相対距離が求められる。
そこで、これら相対距離と反射ポール１８-1の既知の配
設位置と車両１が移動した所定距離とに基づき、車両１
の補正位置Ｐ´4が求められる。そして、累積誤差を含
む演算位置Ｐ4を、この補正位置Ｐ´4に置き換えて上記
累積誤差を補正する。

【００３９】車両１がつぎの反射ポール１８-2に到達し
たときにも同様にして補正位置Ｐ´7が求められ、累積
誤差を含む演算位置Ｐ7を、この補正位置Ｐ´7に置き換
えて上記累積誤差を補正する。こうして、累積誤差が補
正された車両１の実際の軌跡４１´が取得される。

【００４０】演算処理装置２０は、こうして演算、補正
された車両１の実際の軌跡４１´と、目標経路である予
定走行路４０とを比較して、車両１が予定走行路４０上
を辿るようにいわゆる推測航法により車両１を制御す
る。すなわち、演算処理装置２０は、予定走行路４０上
の逐次の目標車両位置（Ｘ、Ｙ）、目標車両方位θが得
られるように、ステアリング油圧電磁比例弁８に対して
所要の電気信号を出力し、ステアリング２７の操舵角を
制御する。また、演算処理装置２０は、予定走行路４０
上の逐次の目標車両位置（Ｘ、Ｙ）、目標車両方位θが
得られるように、電子制御ガバナ１１、トランスミッシ
ョン電磁弁１５、ブレーキ圧電磁比例弁１０に対して所
要の電気信号を出力し、エンジン２５の回転数、トラン
スミッションの速度段、ブレーキ圧を制御する。こうし
て車両１は、予定走行路４０上に沿って誘導走行され
る。

【００４１】ここで、本実施形態で想定している予定走
行路４０について説明する。

【００４２】積込運搬車両であるホイールローダ１は、
図８に示すように、積込場３０の積込（開始）位置Ｑか
ら掘削を始めて積荷をすくい込んだ後、切返し点３１を
経由して排土場３２まで戻り、該排土場３２にて積荷を
排出してから、再び排土場３２から切返し点３１を経由
して積込場３０まで移動する１サイクルの積込運搬作業
（いわゆるＶシェイプ運転）を繰り返し行う。ここで、
積込場３０は、砕石現場である切羽３３を想定している
が、材料置場（上屋）であってもよい。また、排出場３
２は、ダンプトラック、ホッパなど排出位置が固定され
た排土場のことである。

【００４３】演算処理装置２０は、こうした積込運搬作
業を行うための予定走行路４０を、ティーチングによっ
て演算、生成する。

【００４４】ここで、ティーチング処理について説明す
る。

【００４５】オペレータは、実際の作業に先だって手動
にて走行、作業を行い、各ティーチングデータを演算処
理装置２０に入力させ、メモリに記憶させる。

【００４６】すなわち、推測航法による自動走行に必要
な教示データ（図７参照）は以下のようにして取得され
る。

【００４７】まず、オペレータは手動運転にて車両１を
所定位置まで移動して、この所定位置が、車両１の座標
位置を規定するＸ−Ｙ座標系の原点位置であると設定、
入力する。具体的には、上記操作スイッチ・表示部２１
の教示用の操作スイッチを操作して、この所定位置が原
点位置である旨を指示、入力する。この原点位置の教示
データは、演算処理装置２０のメモリに記憶される。

【００４８】以下、同様に、操作スイッチ・表示部２１
の教示用の操作スイッチを操作することにより、教示デ
ータが演算処理装置２０のメモリに記憶される。

【００４９】つぎに、車両１の方向（姿勢角）が座標軸
Ｘ、Ｙの方向に合わせられ、この方向が座標軸Ｘ、Ｙの
方向であると教示用の操作スイッチにより入力され、座
標軸Ｘ、Ｙの方向を示す教示データが演算処理装置２０
のメモリに記憶される。

【００５０】つぎに、上記原点位置から排土場３２まで
車両１が手動運転にて移動される。この間、図１１で説
明したように車両位置Ｐ（Ｘ、Ｙ）、車両方位θが逐次
演算される。そして、排土場３２に車両１が到達したと
きの車両１の位置Ｔ（ＸT、ＹT）、車両１の方位（車両
姿勢角）θTが教示用の操作スイッチにより入力され、
排土場３２における教示データ（Ｔ、θT）が演算処理
装置２０のメモリに記憶される。

【００５１】つぎに、上記原点位置から切返し点３１ま
で車両１が手動運転にて移動される。この間、図１１で
説明したように車両位置Ｐ（Ｘ、Ｙ）、車両方位θが逐
次演算される。そして、切返し点３１に車両１が到達し
たときの車両１の位置Ｒ（ＸR、ＹR）、車両１の方位
（車両姿勢角）θRが教示用の操作スイッチにより入力
され、切返し点３１における教示データ（Ｒ、θR）が
演算処理装置２０のメモリに記憶される。

【００５２】つぎに、上記原点位置から積込場３０まで
車両１が手動運転にて移動される。この間、図１１で説
明したように車両位置Ｐ（Ｘ、Ｙ）、車両方位θが逐次
演算される。そして、積込場３０に車両１が到達したと
きの車両１の位置Ｑ（ＸQ、ＹQ）、車両１の方位（車両
姿勢角）θQが教示用の操作スイッチにより入力され、
積込場３０における教示データ（Ｑ、θQ）が演算処理
装置２０のメモリに記憶される。

【００５３】ここで、積込場３０の教示データとして
は、１点Ｑの位置、方位でもよいが、本実施形態では、
複数点の位置、方位があることを想定しており、積込場
３０の教示データとして、当該積込場３０の積込（開
始）領域（積荷を積込むべき（積込を開始すべき）領
域）の横方向両端を示す第１の位置Ｑ1および第２の位
置ＱNを入力するようにしている。また、これら両端位
置Ｑ1、ＱNに、その中間位置Ｑiを加えた３点を教示し
てもよい。

【００５４】なお、これら排土場３２、切返し点３１、
積込場３０の教示データは、図１１に示すような補正前
の車両演算位置Ｐから取得するようにしているが、図１
２に示すように反射ポール１８との位置関係から補正し
た車両補正演算位置Ｐ´から、これら排土場３２、切返
し点３１、積込場３０の教示データを取得してもよい。
ただし、この場合は、ティーチングに先だって、反射ポ
ール１８の配設位置を予め演算処理装置２０のメモリに
記憶させておく必要がある。

【００５５】つぎに自動作業に必要な教示データは以下
のようにして取得される。

【００５６】すなわち、車両１を排土場３２まで移動さ
せたときに、作業機姿勢を、積荷を排出するときの姿勢
（バケット高さ）にして、そのときのブーム角度センサ
２、バケット角度センサ３の検出角を教示データとして
入力させる。

【００５７】また、車両１が走行しているときの作業機
姿勢を教示するために、作業機姿勢を、車両１の走行時
の姿勢（バケット高さ）にして、そのときのブーム角度
センサ２、バケット角度センサ３の検出角を教示データ
として入力させる。

【００５８】なお、積込場３０の積込位置Ｑに到着した
車両１が切羽３３に向かって自動掘削作業を開始すべき
位置および方位ならびに自動掘削作業を終了すべき位置
および方位も教示する必要があるが、この教示データ
は、上述した積込場３０の教示データ（Ｑ、θQ）と同
一のものを使用することができる。

【００５９】こうしてティーチングが終了すると、つぎ
に演算処理装置２０は、メモリに記憶された教示データ
に基づき、１サイクル毎に予定走行路４０を後述するよ
うに作成、更新して積込、運搬、排出といった一連の作
業を繰り返し行わせる。

【００６０】すなわち、図５に示すように、まず車両１
が切返し点３１にて一時停止されていることが確認され
ると（ステップ１０１）、積込場３０の積込領域のすべ
てについて掘削、積込が終了したか否かが判断される
（ステップ１０２）。

【００６１】積込領域のすべてについて掘削、積込が終
了したならば、自動走行、作業を終了させ、手順は再び
ステップ１０１に移行されるが、未だ、すべての領域に
ついて掘削、積込が完了していない場合には、つぎのス
テップ１０３に移行され、積込領域の横一列の掘削が終
了したか否かが判断される。

【００６２】図１４は、積込領域の横一列Ｑ1〜ＱNを示
しており、この横一列Ｑ1〜ＱNのＮ回の掘削、積込が終
了したならば、横一列全体を一定距離Ｍだけ前進させ
て、この前進した横一列の最初の位置からＮ＋１回目の
掘削、積込を開始されるように予定走行路４０が作成さ
れる（ステップ１０４）。

【００６３】一方、ステップ１０３で積込領域の横一列
Ｑ1〜ＱNのＮ回の掘削、積込が終了していないと判断さ
れたならば、積込領域横方向の隣り合う積込位置に順次
（１回目→２回目→３回目→…Ｎ回目）、移動するよう
に、予定走行路４０が作成される（ステップ１０５）。

【００６４】ここで、予定走行路４０を作成する処理に
ついて説明する。

【００６５】基本的には、積込場３０、切返し点３１お
よび排土場３２それぞれの車両位置、車両姿勢角の教示
データ（Ｑ、θQ）、（Ｒ、θR）、（Ｔ、θT）が与え
られると、これら位置Ｑ、Ｒ、Ｔを通り、かつ各位置
Ｑ、Ｒ、Ｔにおいてそれぞれ傾きθQ、θR、θTを有す
る経路を作成するものである。

【００６６】各点Ｑ、Ｒ、Ｔ間は、所定の関数を用いて
補間することができる。

【００６７】たとえば、図９に示すように、直線を示す
関数と、曲線部分については円弧を示す関数との組み合
わせによって各点Ｑ、Ｒ、Ｔ間を補間することができ
る。

【００６８】また、図１０に示すように、直線を示す関
数と、曲線部分についてはクロソイド曲線を示す関数と
の組み合わせによって各点Ｑ、Ｒ、Ｔ間を補間すること
ができる。なお、クロソイド曲線は、実際にステアリン
グを操舵したときの軌跡に近い曲線である。

【００６９】予定走行路４０を構成する直線、曲線の関
数が定まれば、予定走行路４０上の各点の位置（Ｘ、
Ｙ）を特定することができる。

【００７０】ただし、予定走行路４０の経路のうち、切
返し点３１と積込場３０との経路は、積込場３０の積込
位置に応じて異ならせる必要がある。

【００７１】いま、図１３に示すように、積込場３０の
教示データとして、当該積込場３０の積込領域の横方向
両端を示す第１の位置Ｑ1および第２の位置ＱNが与えら
れているので、第１の位置Ｑ1と第２の位置ＱNとの間が
直線補間され、積込場３０の積込領域横方向の各積込位
置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、…Ｑi…ＱNが求められる。なお、第
１の位置Ｑ1、第２の位置ＱNに加えてその中間位置Ｑi
も教示された場合には、これら第１の位置Ｑ1と中間位
置Ｑiと第２の位置ＱNとの間を図７の破線に示すよう
に、曲線補間することで、各積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、
…Ｑi…ＱNを求めることができる。

【００７２】ここで、Ｎ個の積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、
…Ｑi…ＱNの隣り合う位置間の距離Ｌは、バケット２２
の横巾Ｗに相当する距離に設定される。このような距離
に設定することで積荷の積み残しを防止することができ
る。

【００７３】すなわち、Ｑ1、ＱN間の距離を（ＱN−Ｑ
1）としたとき、（ＱN−Ｑ1）/Ｗより大きく最も近い整数が積込位置の分割数Ｎとされ
る。そして、Ｌ＝（ＱN−Ｑ1）/Ｎないしは余裕率を考慮して、Ｌ＝（ＱN−Ｑ1）/（Ｎ＋１）が積込位置間距離Ｌに設定される。

【００７４】こうして積込場３０の積込領域横方向一列
の各積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、…Ｑi…ＱNが求められ
る。この積込領域横方向一列を縦方向に順次一定距離Ｍ
だけ前進させたときの積込領域横方向一列の各積込位置
ＱN+1、ＱN+2、ＱN+3、…ＱN+i…Ｑ2N、…についても同
様にして求められる（図１４参照）。

【００７５】各積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、…Ｑi…ＱN、
ＱN+1、ＱN+2、ＱN+3、…ＱN+i…Ｑ2N、…が演算される
と、これらにそれぞれ対応する予定走行路４０を作成す
ることができる。たとえば図１３に示すように、積込位
置Ｑ1に対応する予定走行路４０-1、積込位置Ｑ2に対応
する予定走行路４０-2、積込位置Ｑ3に対応する予定走
行路４０-3…積込位置Ｑiに対応する予定走行路４０-i
…積込位置ＱNに対応する予定走行路４０-Nが求められ
る。

【００７６】そして、１サイクルごとに予定走行路を４
０-1、４０-2、４０-3…４０-i…４０-N…と順次代えて
いき（ステップ１０４、１０５）、この予定走行路４０
上の各点（目標位置）（Ｘ、Ｙ）に沿って車両１が移動
されるように制御される。

【００７７】すなわち、図８に示すように、切返し点３
１の位置Ｒに存在する車両１は、切返し点３１と積込場
３０との間の経路（１）を推測航法によって移動し、今
回のサイクルの積込位置Ｑに到着する。たとえば、今回
のサイクルが第１回目のサイクルであれば、図１３に示
すように予定走行路４０-1を移動して積込位置Ｑ1に到
着する（ステップ１０６）。

【００７８】積込場３０に到着した車両１は、その積込
（開始）位置（たとえばＱ1）からその積込（開始）位
置に対応する方位（たとえばθQ1）に、切羽３３に向か
って前進し始め（ステップ１０７）、自動掘削作業を行
う（ステップ１０８〜）。

【００７９】図６は上記ステップ１０７〜で実行される
自動掘削作業の処理を詳しく説明するフローチャートで
ある。この場合、ブーム角度センサ２、バケット角度セ
ンサ３の検出角度に基づき作業機の位置を確認するとと
もに、ブームシリンダ油圧センサ５、バケットシリンダ
油圧センサ４の検出負荷に基づき作業機にかかる負荷を
確認しつつ、掘削作業が自動的に実行される。

【００８０】すなわち、バケット２２を接地させる作業
機姿勢にして（ステップ２０１）、掘削場所である切羽
３３に、図８の経路（２）を通ってアプローチする（ス
テップ２０２）。そして、バケット２２に加わる水平方
向の負荷が所定のしきい値以上であるか否かが判断され
る（ステップ２０３、ステップ１０８）。

【００８１】バケット２２に加わる負荷が所定のしきい
値よりも小さい場合には、掘削、すくい込みによって積
荷の積込みが可能であると判断され、変速（スリップ検
出開始）を行い（ステップ２０４）、ブーム２３を上昇
させ（ステップ２０５）、バケット２２をチルトさせる
ことで（ステップ２０６）、掘削、すくい込みを行い、
自動掘削を終了させる（ステップ２０７）。

【００８２】そして、つぎの掘削場所まで移動して積込
（開始）位置を更新する（ステップ２１１）。

【００８３】このように手順はステップ１０７、１０８
からステップ１１１に移行される。ステップ１１１で
は、図８の経路（３）に沿って車両１を移動させて（経
路（２）とは逆向きに移動させて）、元の積込（開始）
位置まで戻す処理が実行される。その後、車両１は、積
込場３０、切返し点３１間の経路（４）を移動され（経
路（１）とは逆向きに移動させて）、切返し点３１に到
着する。切返し点３１で一時停止され、車両１は、切返
し点３１、排土場３２間の経路（５）に沿って排土場３
２まで移動される（ステップ１１２）。

【００８４】排土場３２に到着した車両１は、自動排土
作業を行う。この場合、ブーム角度センサ２、バケット
角度センサ３の検出角度に基づき作業機の位置を確認し
つつ、排土作業が自動的に実行される。

【００８５】すなわち、排土場３２に到着した時点で、
車両１の作業機は、ティーチング時に教示された自動走
行時の作業機姿勢にされているので、この姿勢からティ
ーチング時に教示された排土時の作業機姿勢に変化され
る。こうして教示された排土時のバケット高さまでバケ
ット２２が上昇されると、その高さで積荷（土砂）が排
土され、しかる後、作業機の姿勢が、ティーチング時に
教示された自動走行時の姿勢に再び戻される（ステップ
１１３）。

【００８６】ついで、排土場３２から車両１は、経路
（５）とは逆向きの経路（６）に沿って切返し点３１ま
で移動される（ステップ１１４）。

【００８７】こうして、１サイクルの積込運搬作業が終
了すると、手順は再びステップ１０１に移動され、つぎ
の１サイクルの作業が同様にして行われる。

【００８８】すなわち、すべての積込領域の掘削が完了
したか否かを確認した後（ステップ１０２）、積込（開
始）位置を更新する（ステップ１０３、１０４、１０
５、ステップ２１１）。

【００８９】ここで、前回のサイクルでの積込（開始）
位置が、たとえばＱ1であったものとすると、今回のサ
イクルでの積込（開始）位置は、Ｑ1に隣り合うＱ2にさ
れ、以下同様に予定走行路４０-2に沿っての移動が実行
される（ステップ１０６〜、図１３参照）。

【００９０】一方、上記ステップ２０３、１０８におい
て、バケット２２に加わる水平方向の負荷が所定のしき
い値以上であるとの判断がされた場合には、作業機が
「壁」に到達し、掘削、すくい込みによっては積荷の積
込みが不可能であるものと判断され、自動掘削作業をそ
の時点で強制終了させ、経路（３）に沿って元の積込
（開始）位置まで車両１を戻し（ステップ１０９、ステ
ップ２０８）、さらに経路（４）に沿って積込場３０か
ら切返し点３１まで車両１を移動させる（ステップ１１
０）。

【００９１】ここで、作業機が「壁」に到達し、積荷の
積込みが不可能であると判断される場合とは、・砕石場等において発破を破砕した原石の掘削がすすみ
地山（図８の３５）に到達した場合、・材料ストックヤードのように積荷である材料がかこい
壁内に山積みされる現場において、材料の掘削がすす
み、かこい壁に到達した場合、などである。

【００９２】このように、作業機が「壁」に到達したた
め、積込作業を行わなかった場合には、積荷を排土する
必要はないので、切返し点３１から排土場３２まで移動
させることなく、手順は再びステップ１０１に移行さ
れ、切返し点３１からつぎの積込位置に向けて再度移動
させるべく当該切返し点３１で車両１を待機させる。

【００９３】ここで、つぎの積込（開始）位置が存在し
ない場合には、自動作業を終了させるが（ステップ１０
２の判断ＮＯ、ステップ２０９の判断ＮＯ、ステップ２
１０）、つぎの積込（開始）位置が存在する場合には、
積込（開始）位置を更新する（ステップ１０３、１０
４、１０５、ステップ２１１）。

【００９４】ここで、前回のサイクルでの積込（開始）
位置が、たとえばＱ2であったものとすると、今回のサ
イクルでの積込（開始）位置は、Ｑ2に隣り合うＱ3にさ
れ、以下同様に予定走行路４０-3に沿っての移動が実行
される（ステップ１０６〜、図１３参照）。

【００９５】以下、同様にして１サイクルごとに予定走
行路４０を更新して積込運搬作業が同様にして実行され
ることになるが、積込場３０に、予め掘削、積込が不可
能な積込位置が存在することが明らかな場合には、その
積込位置をとばして処理をすすめてもよい。

【００９６】たとえば、ティーチング時に、積込場３０
に、・大塊３４（図７参照）が存在する、・質の悪い層があり掘削しないで残す必要がある、などの場所があれば、これに対応する積込（開始）位置
から始める掘削、積込を禁止するように予め教示してお
けばよい。

【００９７】こうした掘削禁止領域が、操作スイッチ・
表示部２１の表示器に表示されたものを図４に例示す
る。

【００９８】同図４に示すように、図１４と同様に、積
込領域が各積込位置に分割され、各積込位置にそれぞれ
「掘削済み」（これを黒丸印で示す）、「掘削禁止」
（これを×丸印で示す）、「未掘削」（これを白丸印で
示す）のいずれかが対応づけられて表示される。

【００９９】たとえば、積込領域の縦方向第１列の横方
向第（４）番目、第（５）番目の積込位置では、「掘削
禁止」であるので、今回のサイクルで第（３）番目の積
込位置Ｑ3での掘削、積込が終了した後は、これら掘削
禁止の積込位置Ｑ4、Ｑ5を飛ばして、積込位置Ｑ6の掘
削、積込を行うべく、次回のサイクルでは車両１は積込
位置Ｑ6に対応する予定走行路４０-6に沿って移動され
ることになる。

【０１００】なお、こうした掘削禁止領域を一たび設定
した後でもそれを解除できるようにしてもよい。

【０１０１】掘削禁止領域の設定によって、積込位置を
とばす処理は図５のステップ１０５で実行される。

【０１０２】以上説明したように本実施形態によれば、
積込場３０、切返し点３１および排土場３２それぞれの
車両位置、車両方位（姿勢角）の教示データ（Ｑ、θ
Q）、（Ｒ、θR）、（Ｔ、θT）を入力し、これら入力
された教示データに基づいて、積込場３０と切返し点３
１と排土場３２とを結ぶ予定走行路４０上の各点の位置
を演算し、この演算された予定走行路４０上の各点に沿
って積込運搬車両１を移動させ、積込運搬作業が行われ
るように積込運搬車両１を制御するようにしたので、従
来のように誘導線を実際に現場に敷設し直すことなく、
教示データを入力し直すだけで予定走行路４０を変更す
ることができる。このため、容易に走行路のレイアウト
変更に対処でき、レイアウト変更に対する柔軟性が飛躍
的に向上する。

【０１０３】また、積込場３０の教示データとして、当
該積込場３０の積込領域の横方向両端を示す第１の位置
Ｑ1および第２の位置ＱNを入力し、これら第１の位置Ｑ
1と第２の位置ＱNとの間を補間し、積込場３０の積込領
域横方向の各積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、…Ｑi…ＱNを求
め、１サイクルごとに積込運搬車両１が積込領域横方向
の隣り合う積込位置Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、…Ｑi…ＱNに順次
移動するように、１サイクルごとの予定走行路４０-1、
４０-2、４０-3…４０-i…４０-Nを演算し、この演算結
果に基づき、１サイクルごとに予定走行路を４０-1、４
０-2、４０-3…４０-i…４０-Nと順次代えて、積込運搬
車両１を制御するようにしたので、積込場３０にて積荷
を積込む場所が作業の進行に伴い流動的に変化したとし
ても、その変化に応じて柔軟に走行路４０を変化させる
ことができる。このため、積込運搬作業の作業効率が飛
躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施形態で想定している積込運
搬車両であるホイールローダの斜視透視図である。

【図２】図２は図１に示すホイールローダの制御系の構
成を示すブロック図である。

【図３】図３は図２に示す制御系のうち、車両位置およ
び車両方位を演算する構成を取り出して示すブロック図
である。

【図４】図４は積込場の掘削禁止領域の表示例を示す図
である。

【図５】図５は図２に示す演算処理装置で実行される処
理の手順を示すフローチャートである。

【図６】図６は図５の一部の処理である自動掘削作業の
処理を詳しく説明するフローチャートである。

【図７】図７は本実施形態の予定走行路を説明する図で
ある。

【図８】図８は図７に示す予定走行路を構成する各経路
を説明する図である。

【図９】図９は予定走行路の各点の補間演算例を説明す
る図である。

【図１０】図１０は予定走行路の各点の他の補間演算例
を説明する図である。

【図１１】図１１は車両の逐次の位置および方位角の演
算処理を説明する図である。

【図１２】図１２は推測航法によって誘導走行される車
両の位置が間欠的に補正される様子を示す図である。

【図１３】図１３は積込場の積込領域横一列の各積込位
置を示す図である。

【図１４】図１４は積込場の積込領域横一列が縦方向に
移動する様子を示す図である。

【符号の説明】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高杉信爾神奈川県平塚市四之宮1144ー１コマツエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】積込場の積込位置にて積荷を積み込
んだ後、切返し点を経由して排土場まで戻り、該排土場
にて積荷を排出してから、再び前記排土場から前記切返
し点を経由して前記積込場まで移動する１サイクルの積
込運搬作業を繰り返し行う積込運搬車両の作業制御装置
において、前記積込場、前記切返し点および前記排土場それぞれの
車両位置、車両姿勢角の教示データを入力する入力手段
と、前記入力手段で入力された教示データに基づいて、前記
積込場と前記切返し点と前記排土場とを結ぶ予定走行路
上の各点の位置を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された予定走行路上の各点に沿って
前記積込運搬車両が移動し、前記積込運搬作業が行われ
るように前記積込運搬車両を制御する制御手段とを具え
た積込運搬車両の作業制御装置。
【請求項２】前記入力手段には、前記積込場の教
示データとして、当該積込場の積込領域の横方向両端を
示す第１の位置および第２の位置が入力され、前記演算手段は、前記第１の位置と前記第２の位置との
間を補間して、積込場の積込領域横方向の各積込位置を
求め、１サイクルごとに前記積込運搬車両が前記積込領
域横方向の隣り合う積込位置に順次移動するように、１
サイクルごとの予定走行路を演算するものであり、前記制御手段は、前記演算手段の演算結果に基づき、１
サイクルごとに予定走行路を順次代えて、前記積込運搬
車両を制御するものである請求項１記載の積込運搬車両
の作業制御装置。
【請求項３】前記積込場の積込領域横方向一列の
すべての積込位置について積込みが終了した場合に、前
記演算手段は、前記積込領域の縦方向に所定距離だけ進
んだ積込領域横方向一列について同様な演算を行うよう
にした請求項２記載の積込運搬車両の作業制御装置。
【請求項４】前記積込運搬車両は、積込作業機の
負荷を検出する負荷検出手段を具えており、前記制御手段は、前記積込場の積込位置で積荷を積込む
際、前記負荷検出手段の検出負荷が所定のしきい値以上
である場合に、当該積込位置での積荷の積込を中止し
て、つぎの積込位置にて積荷の積込が行われるように前
記積込運搬車両を制御するものである請求項２または３
記載の積込運搬車両の作業制御装置。