JPH11247230A - 土工作業を計画するための方法と装置 - Google Patents

土工作業を計画するための方法と装置

Info

Publication number
JPH11247230A
JPH11247230A JP10361170A JP36117098A JPH11247230A JP H11247230 A JPH11247230 A JP H11247230A JP 10361170 A JP10361170 A JP 10361170A JP 36117098 A JP36117098 A JP 36117098A JP H11247230 A JPH11247230 A JP H11247230A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
excavation
bucket
drilling
excavator
determining
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10361170A
Other languages
English (en)
Inventor
Shin Sanjibu
シン サンジブ
Cannon Howard
キャノン ホワード
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carnegie Mellon University
Original Assignee
Carnegie Mellon University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carnegie Mellon University filed Critical Carnegie Mellon University
Publication of JPH11247230A publication Critical patent/JPH11247230A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2045—Guiding machines along a predetermined path
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削処理を効率的に行い得る戦略を決定する
ための方法と装置を提供する。 【解決手段】 掘削現場７２を格子状の小さい掘削区域
８０に分割し、各区域について境界線と掘削順序を決定
し、提供された掘削順序の順番に各掘削部位を探索し、
掘削する量、消費されるエネルギーおよび時間などの性
能基準に基づいて費用関数を最適化することにより、掘
削を始めるための掘削機７０のバケット７８の最適な位
置と向きを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、土工機械を用
いて掘削作業を行うための戦略を計画するためのシステ
ムおよび方法、さらに詳細に述べると一連の候補掘削を
評定することにより最適な掘削戦略を決定するためのシ
ステムおよび方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】土工作業には、掘削機、バックホー、フ
ロント・ショベル等の機械を使用する。このような土工
機械は、ブーム、スティック、バケットのリンク機構か
ら成る作業器具を有している。ブームは、その一端が掘
削機に枢着され、またその他端がスティックに枢着され
る。バケットは、スティックの自由端に枢着される。作
業器具の各リンク機構は、垂直面内での運動に対して、
少なくとも１つの油圧シリンダにより、制御可能に駆動
される。オペレータは、一般に作業器具を操作して、全
土工作業サイクルを構成している一連の異なる機能を実
行する。
【０００３】代表的な作業サイクルでは、オペレータ
は、まず最初に、掘削位置に作業器具を置いて、バケッ
トが土に入り込むまで作業器具を下げる。次にオペレー
タは、いくかの節点の運動を総合調整して、バケットを
掘削機の方へ導く。次にオペレータは、バケットをカー
ルさせて、土を捕らえる。捕らえられた物質を降ろすた
めに、オペレータは、作業器具を上げて、それを指定さ
れた荷降ろし位置まで横方向に振って、スティックを伸
ばしバケットをまっすぐにすることで土を放す。次に、
その作業器具を掘削位置に戻して、再度、作業サイクル
を開始する。
【０００４】いくつかの理由から、土工業界では掘削機
の作業サイクルを自動化する要求が高まっている。人間
のオペレータとは異なって、自動掘削機は、環境条件や
長い労働時間に関係なく、一貫して生産的である。条件
が人間にふさわしくないか、好ましくないような用途に
は、この自動掘削機が理想的である。さらに自動機械を
使えば、より正確な掘削が行え、しかもオペレータの技
量の不足も補償される。
【０００５】自律的な掘削のための主な構成要素、例え
ば物質を掘ったり、物質をトラックに積み込んだり、荷
積み置場の位置と向きを認識する要素などが、現在、開
発中である。以上の機能はすべて、一般にコンピュータ
のソフトウェアにより実行される。最適な掘削のための
戦略を決定するのに必要な計画工程が求められている。
掘削処理ができる限り効率的に行われるように、毎回の
掘削の指定位置と、作業器具が掘削開始点に進む経路を
決定しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
述の問題の１つまたはそれ以上を克服することを目的と
している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施態様で
は、基礎を掘るか、または土の山を平らにならすような
土工作業用の計画システム及び方法が開示されており、
掘削を計画するための３つの異なる処理レベルが含まれ
ている。これらの処理レベルの１つは、コアース・レベ
ルのプランナであって、これは、現場の形態と地面の目
標形状を使用して、掘削区域をより小さい掘削区域の格
子状パターンに分けて、各区域について境界線と掘削順
序を決定する。次のレベルは、リファインド・プランナ
であり、ここでは、実行できる最適な掘削軌道を求め
て、コアース・プランナにより提供された掘削順序の順
番に各掘削部位を探索する。これは、掘削機の形状制約
を満たし、かつ掘削されている区域のほぼ境界線内にあ
る候補掘削を選択することで達成される。リファインド
・プランナは、掘削処理のフィードフォワード・モデル
を使用することにより、また掘削される物質の量、消費
されるエネルギー、および時間などの性能基準に基づい
て費用関数を最適化することによりこのような候補掘削
を評定し、当該部位の掘削を始めるための最適なバケッ
ト位置と向きを決定する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、図１は掘削現
場例の概観であり、ブーム３２、スティック３４、バケ
ット３６を含む作業器具を有する掘削機３０を示してい
る。掘削機３０はまた、軸３８を中心として水平に回転
して、作業器具を掘削区域または掘削面から、ダンプト
ラック４４の荷台として図１に示される荷降ろし地点４
２まで移動させるように設計されている。
【０００９】掘削機３０は、作業サイクルの進行中ずっ
と掘削環境に関して情報を提供するように配置されたセ
ンサ・システム４６、４８を１つ以上装備してもよい。
センサ・システム４６、４８は、独立した動作と協働動
作のために制御システム（図には示されていない）に統
合されている。制御システムがセンサ・システム４６、
４８を別々に動作させる場合には、各センサ・システム
４６、４８は、掘削環境の異なる区域に関する情報を提
供する。これにより、制御システムは、複数のタスクの
ための情報を同時に処理して、掘削機３０を制御するた
めに最適な運動と動作タイミングを決定することができ
る。センサ・システム４６、４８が協働して用いられる
ときには、それらのセンサ・システムは、同一区域に関
する情報を提供して、タスクをさらに効果的に実行でき
るようにすることもできる。センサ・システム４６、４
８は、別々に動作するか、協働して動作するかにかかわ
らず、掘削機３０上、または掘削現場４０付近の場所に
配置され、それによって、この環境の所望の部分を走査
できるようにされる。センサ・システム４６、４８で得
られたデータを、データ・サーバ（図示せず）に送って
処理し、周囲の地面の高度マップを作成する。この地面
マップは、最適な掘削現場を得るために周囲の領域を調
査するときに、当該掘削プランナによって使用される。
【００１０】図２は、本発明による掘削プランナ５８の
実施例の構成要素のブロック図を示す。本掘削プランナ
５８の構成要素には、コアース・プランナ６０、リファ
インド・プランナ６２、候補掘削評価器６４、閉ループ
・コントローラ６６がある。コアース・プランナ６０
は、データ・サーバ（図示せず）から、掘削環境に関す
る情報を受け取る。他のソフトウェア・モジュールは、
掘削された物質を降ろすべき置場または他の場所に関す
る情報を提供する。コアース・プランナ６０は、掘削領
域を、さらに小さい区域に分け（すなわち碁盤目状に
し）、物質を除去するための総合戦略に基づいて特定の
区域を選択する。この情報はリファインド・プランナ６
２に提供されて、このリファインド・プランナは、掘削
機のバケットが土中に入る時の、そのバケットの位置と
向きを定める局部的に最適な１組の掘削パラメータを当
該部位の範囲内で探す。閉ループ・コントローラ６６
は、バケットが掘削現場の表面に入った時から、掘削動
作が完了するまで掘削処理の制御を管理する。
【００１１】コアース・プランナ６０は、一般にエキス
パート・オペレータが従う手法に基づいて、組織化され
た効率的なやり方で、掘削現場から物質を除去するため
に作成された全体的戦略を使用する。図３は、「ベンチ
・ローディング」に使用される機械すなわち掘削機７０
を示しており、ここでは、掘削機７０を、掘削現場７２
上方の地面の一段高くなった部分に配置して、作業器具
７６が、掘削現場７２の表面７４（「ベンチ」としても
知られている）を掘るために下げられるようになってい
る。バケット７８に土が満たされると、作業器具７６は
持ち上げられて、掘削された物質を、ダンプ・トラック
（図示せず）などの近くの置場に降ろす。
【００１２】コアース・プランナは、掘削現場７２を、
さらに小さい区域の格子８０に分ける（すなわち碁盤目
状にする）。次に、コアース・プランナは、エキスパー
ト・オペレータが使用する技法に基づいて特定の区域を
選択し、例えば、掘削機の運転台が左側にある時には左
側から右側に、かつ掘削現場７２の最上部から物質を除
去し、次に、この順序を、表面７４の最下部で繰り返
す。掘削機の運転台が右側にある時には、物質を右側か
ら左側に除去して、掘削機の移動中にオペレータの視界
がさえぎられないようにする。図３の格子８０の各区域
に示される１〜１０の数字は、それらの区域がこのよう
な技法により掘削される順番を示している。この技法に
はいくつかの利点がある。この例では、荷積み置場（図
示せず）は掘削機７０の左側に配置されている。掘削
後、掘削機７０は左側に振って、物質を荷積み置場に降
ろす。まず最初に左端の位置から物質を除去することに
より、作業器具７６は、置場に振る時に高く上げて土を
払いのける必要はないため、全サイクル時間が改善され
る。さらに、最上部から最下部へ掘削することにより、
上方区域の物質の重量が取り除かれるので、それが土の
反力の一因とはならないため下方の区域で掘る時に作業
器具７６から求められる力が小さくなる。さらに、上方
の部位から土を取り除くと、下方の土がさえぎられるこ
となく見える。掘削機７０が人間により操作されようと
自律的に操作されようとこれらの利点が適用されること
は注目に値する。
【００１３】物質を取り除く戦略が決定されると、コア
ース・プランナは、リファインド・プランナで使用され
る境界線情報を決定するために、さらなるロジックを必
要とする。図２に示される好適な実施例では、コアース
・プランナ６０への入力の１つは、地面の形状を数値的
に表した地面マップである。コアース・プランナ６０
は、地面マップを用いてエッジ検出アルゴリズムを実行
して掘削区域の境界線を見つける。図３では、所定位置
の掘削機７０のまわりの作業空間は半円筒形状で定めら
れ、それゆえ、掘削格子８０の部位は、円柱座標系を用
いて定められる。掘削現場７２の半径方向外方の広がり
８４は、掘削される土の境界線か、掘削機械の運動学的
限度値のいずれかにより定められる。掘削機械の運動学
的限度値を用いれば、格子８０の半径方向外方の広がり
８４は、掘削中に掘削機７０を安定位置に保つように定
められる。例えば、掘削機７０の１組のキャタピラ８２
は、作業器具７６が掘削機のキャタピラ８２から半径方
向の広がりの範囲内にあるときに、掘削用に、さらに安
定したプラットフォームを提供する。
【００１４】半径方向外方の広がり８４の範囲内では、
掘削現場７２は約１バケット幅であるほぼ長方形の境界
線を有する掘削区域に分けられるが、表面７４の最上部
では重なりがある。コアース・プランナで決定された選
択掘削区域の境界線を用いて、リファインド・プランナ
は次に、掘削を開始する位置を探す。図４では、開始位
置９４は、距離ｄの一端に示される。ここで、ｄは、区
域Ａの最上部から、バケットの前縁９６がベンチ１００
の表面にぶつかる地点までの半径方向の距離で定めら
れ、またαは、掘削機のバケット９８の前縁９６がベン
チ１００に近づく時のその前縁の方位角である。掘削の
制御は、バケット９８の前縁９６がベンチ１００に入る
時から引き受ける閉ループ・コントローラで管理される
から、リファインド・プランナは、バケットがベンチ１
００に入る時に、バケットの位置ｄと方位αを探すだけ
である。
【００１５】最適な開始位置９４と最適な向きαは、ｄ
とαに対して候補パラメータを用いて得られた軌道を評
定することにより求められる。好適な実施例では、これ
らの候補パラメータは、２つの方法で評定される。第１
に、例えば提案された掘削パラメータで求められる機械
構成が実現できるかどうかといった実行可能性につい
て、候補となる１組のパラメータを調べる。第２に、候
補処置の品質を計算して、最適な結果を得る処置を選択
する。双方の評定処理には、選択された処置の成果の予
測が必要である。このような予測を行う１つの方法は、
作業器具１０２の軌道を決定する閉ループ・コントロー
ラのホワード・シミュレーション・モデルを用いること
である。閉ループ・コントローラのモデルは、バケット
の開始位置９４と向きαを用いて、毎回の掘削動作の間
にバケットの軌道を予測する。物質の状態（例えば、濡
れた砂であるとか固まっていない土）も、掘削中にバケ
ットが遭遇する抵抗力を予測するために考慮される。バ
ケットの軌道を描き出す他に、シミュレーション・モデ
ルは、掘削を行うのに必要な時間とエネルギー、および
バケットに取り込まれる物質の量を計算する。図５は、
候補パラメータｄとαを選択するための基準例をグラフ
で表している。ある組の候補パラメータを他の組のパラ
メータと比較するために、次式のような関数で定められ
る品質値Ｑを使用できる： Ｑ ＝ Ｖ（量）＊Ｗ（エネルギー）＊Ｔ（時間） 例としてあげたこの関数は、シミュレートされた軌道の
全体的品質を定量化する。例としてあげた関数Ｖ、Ｔ、
Ｗは、それぞれ、除去する量、掘削に必要な時間とエネ
ルギーに依存する。これらの関数の挙動を例示するため
に、例えば、図５でＶの関数がどのように定められるの
かを考察する。バケットが１立方メートルよりも少ない
土を除去するときには、Ｖの値はゼロであり、それゆ
え、品質値はゼロである。これは、１立方メートルより
も少ない土を除去する候補掘削はすべて廃棄されるとい
うことを意味している。除去される量が１立方メートル
より多くなると、Ｖの関数は直線的に大きくなり、それ
に応じて、品質値が向上する。しかしながら、１．５立
方メートルを超えると、Ｖの関数は大きくならない。こ
れは、バケットの収容力が１．５立方メートルであり、
この量を超える物質の除去に対しては付加的な価値がな
いからである。同様に、ＴとＷの関数は、掘削に必要な
時間とエネルギーが大きくなるにつれて、直線的に小さ
くなる。したがって、Ｑの大きさは、掘削がどの程度こ
れらの性能基準に一致するかの尺度である。次に、一般
に最高品質である所望の結果品質に一致する候補パラメ
ータが選択される。所望の結果品質にかかわる他の変数
によって決まる関数も、前述の例関数の代りに、または
前述の例関数に追加して使用できる。
【００１６】バケットの軌道が予測されると、その軌道
を付加的な制約違反について解析できる。例えば、所定
のフロア高さよりも深く掘り進んだり、他の機械に問題
を起こす可能性のあるディボットやポットホールをその
ままにしておくことは望ましくない場合がある。それゆ
え、この軌道は、掘削の結果をある所定の形状の範囲内
にとどめる形状制約に関しても評定される。この形状
は、掘削機が達成できる任意の所望の形状、例えば真直
壁面または傾斜壁面と、平坦フロアまたは傾斜フロアを
有する基礎の掘削領域に一致していてもよい。
【００１７】この作業器具用の閉ループ・コントローラ
は、コマンドを発生させて、バケット、スティック、ブ
ームに操作可能なように連結された油圧シンリンダの駆
動を制御する。図６は、本発明に統合される閉ループ・
コントローラ２００の実施例のブロック図を示してい
る。閉ループ・コントローラ２００には、位置センサ２
１０、２１５、２２０が含まれており、これらのセンサ
は、ブーム・シリンダ１４０、スティック・シリンダ１
４５、バケット・シリンダ１５０のそれぞれの位置に応
じて、それぞれの位置信号を発生させる。圧力センサ２
３０、２３５、２４０は、ブーム、スティック、バケッ
トの油圧シンリンダ１４０、１４５、１５０と対応づけ
られた関連油圧に応じて、それぞれの圧力信号を発生さ
せる。マイクロプロセッサ２５０は、信号調整器２４５
を通じて位置信号と圧力信号を受け取り、コマンド信号
を発生させて、油圧シンリンダ１４０、１４５、１５０
に操作可能に連結された所定の調節弁２７０、２７５、
２８０を制御可能なように駆動して、作業サイクルを実
行する。マイクロプロセッサ２５０は圧力信号とシリン
ダの位置を用いて、掘削中にバケットを案内し、また掘
削がいつ完了したか判定する。
【００１８】掘削戦略を決定するアルゴリズムは、地面
マップ、掘削機の運動学的および動的モデル、掘削中に
受ける抵抗力のモデルの形式で地面を表すことを必要と
する制約付き最適化問題として策定される。リファイン
ド計画アルゴリズムは、１回またはそれ以上の掘削、フ
ロア一掃を含む、いくつかの異なる候補運動順序のため
の一連のバケット運動（バケットの開始位置と終了位
置、および向きで指定される通り）と、ベンチ上にある
掘削機が後方に走ることのできる距離を計算する。掘削
される量、掘削される深さ、必要な時間、消費されるエ
ネルギーに基づいて候補掘削のための運動順序を評定し
て、掘削を開始すべき最適な位置を決定する。
【００１９】フロア一掃アルゴリズムは、まず最初に、
実行しなければならない除去回数を決定する。これらの
軌道を適切に選択して、フロアに添ってバケットが描く
長方形が、掘削機が達することのできる範囲の遠いとこ
ろでちょうど重なり、しかもフロアがベンチ面と交わる
場所で終わるようにする。このおかげで、隣接した区域
の掘削中に残されたどの残留物質も除去される。次に、
このアルゴリズムは、所望の高さよりも高い事前設定さ
れた高さ限界値を超えたフロア区分でのフロア一掃処置
を最小限に抑える。「バックアップ」距離の計算は、掘
削機が届くことのできる距離と、まだベンチおよびフロ
アの上に残っている物質に基づいて掘削機が移動しなけ
ればならない距離との差を取ることで行われる。
【００２０】最適な処置を決定するロジックには、ダン
プトラックなどの荷積み置場が積込みを待っているのか
どうか決定する工程が含まれる場合もある。積込みに利
用できる置場がない場合、本発明は、掘削機をバックさ
せて掘削機の位置を変えることでさらに最適な結果が得
られるかどうか評価できる。このようなロジックのおか
げで、荷積み置場が満杯になる（すなわち、掘削する物
質がなくなる）まで、掘削機が掘削を続けるので、掘削
機の生産性が最大となる。このように、本発明は、他の
方法では掘削機が使用されないでいる（次の積込み置場
を待っている）時間を活用して、掘削機自体の位置を変
える。
【００２１】本発明は、様々な地面形態を効果的に掘削
する手段も提供する。掘削機の作動中にオンラインでこ
の掘削戦略を使用して、掘削が進行するにつれて、その
順序を計画することもできる。
【００２２】本発明の他の態様、目的および利点は、図
面、説明、添付の特許請求の範囲を検討することにより
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象となる掘削現場の上面図である。
【図２】本発明の一実施例のブロック図である。
【図３】コアース・プランナによりサブ区域に分けられ
た掘削現場の透視図である。
【図４】バケットが掘削面に入る時のバケットの最適な
位置と向きを定めるためのパラメータを示す掘削現場で
の掘削機の側面図である。
【図５】掘削区域を選択するための評定基準の一例の線
図である。
【図６】閉ループ・コントローラの実施例のブロック図
である。
【符号の説明】
７０ 掘削機 ７２ 掘削現場 ７６ 作業器具 ７８ バケット ８０ 掘削格子 ８４ 半径方向広がり

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 掘削区域の地面マップ、並びに油圧シリ
    ンダにより順次に、かつ移動可能なように駆動される互
    いに連結されたバケット、スティック、ブームから成る
    作業器具を有する掘削機を用いた土工作業を計画するた
    めの方法であって、（ａ）エキスパート・ヒューリステ
    ィックスを用いて掘削区域を複数の掘削部位に分ける工
    程と、（ｂ）各掘削区域に対してバケットが掘削を開始
    するための少なくとも１つの候補位置を決定する工程
    と、（ｃ）各掘削候補位置の掘削結果を予測する工程
    と、（ｄ）少なくとも１つの性能パラメータを評価する
    ことにより、予測される掘削結果の品質レベルを決定す
    る工程と、（ｅ）予測される掘削結果の品質レベルの関
    数として、開始位置を選択する工程とを含むことを特徴
    とする土工作業を計画するための方法。
  2. 【請求項２】 工程（ａ）が、掘削区域を円柱座標枠内
    で複数の掘削部位に分ける工程と、掘削機の運動学的制
    約に基づいて掘削区域の半径方向の広がりを決定する工
    程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 工程（ａ）が、掘削区域を掘削する順序
    に対応する各掘削区域に順序番号を割り当てる工程をさ
    らに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 工程（ｂ）が、掘削区域のフロアを一掃
    するバケットの候補位置を決定する工程をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 工程（ｂ）が、バケットの候補位置を選
    択する前に掘削機の新たな位置を決定する工程をさらに
    含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 工程（ｂ）が、バケットの前縁の向きを
    決定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 工程（ｃ）が、閉ループ・コントローラ
    のシミュレート対象モデルを使用して、バケットの開始
    位置と向き、および掘削されている物質の特性に基づい
    て、掘削中に作業器具の軌道を予測する工程をさらに含
    むことを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程（ｃ）が、掘削処理のフィード・フ
    ォワード・モデルを用いて掘削結果を予測する工程をさ
    らに含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
  9. 【請求項９】 工程（ｄ）が、掘削の完了に消費された
    エネルギーを評価することにより、予測される掘削結果
    の品質レベルを決定する工程をさらに含むことを特徴と
    する請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 工程（ｄ）が、掘削中にバケットに捕
    獲された物質の量を評価することにより、予測される掘
    削結果の品質レベルを決定する工程をさらに含むことを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 工程（ｄ）が、予測される軌道を完了
    するのに必要な時間を評価することにより、予測される
    掘削結果の品質レベルを決定する工程をさらに含むこと
    を特徴とする請求項５記載の方法。
  12. 【請求項１２】 工程（ｄ）が、掘削区域のフロアを一
    掃するのに必要な除去処置の回数を決定する工程と、掘
    削機の位置を変えて掘削機がフロア上、また掘削区域の
    ベンチ上の材料に届くようにするのに必要な距離を計算
    する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】 掘削区域の地面マップ、並びに油圧シ
    リンダにより順次に、かつ移動可能なように駆動される
    互いに連結されたバケット、スティック、ブームから成
    る作業器具を有する掘削機を用いた土工作業を計画する
    ための方法であって、（ａ）掘削区域を複数の掘削部位
    に分ける工程と、（ｂ）各掘削区域に対してバケットが
    掘削を開始するための少なくとも１つの候補位置を決定
    する工程と、（ｃ）各掘削位置の掘削結果を予測する工
    程と、（ｄ）掘削実施時に消費されるエネルギーも含
    め、少なくとも１つの性能パラメータを評価することに
    より、予測される掘削結果の品質レベルを決定する工程
    と、（ｅ）予測される掘削結果の品質レベルの関数とし
    て、開始位置を選択する工程とを含むことを特徴とする
    土工作業を計画するための方法。
  14. 【請求項１４】 掘削区域の地面マップ、並びに油圧シ
    リンダにより順次に、かつ移動可能なように駆動される
    互いに連結されたバケット、スティック、ブームから成
    る作業器具を有する掘削機を用いた土工作業を計画する
    ための方法であって、（ａ）掘削区域を複数の掘削部位
    に分ける工程と、（ｂ）各掘削区域に対してバケットの
    掘削を開始する少なくとも１つの候補位置を決定する工
    程と、（ｃ）閉ループ・コントローラのシミュレート対
    象モデルを用いてバケットの開始位置と向き、および掘
    削される物質の特性に基づいて掘削中に作業器具の軌道
    を予測することにより、各掘削位置の掘削結果を予測す
    る工程と、（ｄ）少なくとも１つの性能パラメータを評
    価することにより、予測される掘削結果の品質レベルを
    決定する工程と、（ｅ）予測される掘削結果の品質レベ
    ルの関数として、開始位置を選択する工程とを含むこと
    を特徴とする土工作業を計画するための方法。
  15. 【請求項１５】 それぞれ少なくとも１つの油圧シリン
    ダにより制御可能に駆動されるブーム、スティック、バ
    ケットを含む掘削機の作業器具を使用して、土工作業を
    計画するための装置であって、数値形式で表された掘削
    現場の地面マップと、地面マップの情報を入手して、エ
    キスパート・ユーリスティックスを用いて掘削区域を複
    数の掘削部位に分け、各掘削区域に対して掘削を開始す
    る少なくとも１つの候補位置を決定し、各候補位置の掘
    削結果を予測し、少なくとも１つの性能パラメータを評
    価することにより予測掘削結果の品質を決定し、その予
    測掘削結果の品質の関数として開始位置を選択するよう
    に作動するデータ・プロセッサと、を含むことを特徴と
    する土工作業を計画するための装置。
  16. 【請求項１６】 データ・プロセッサがさらに、掘削区
    域を円柱座標枠内で複数の掘削部位に分け、また掘削機
    の運動学的制約に基づいて掘削区域の半径方向の広がり
    を決定するように作動することを特徴とする請求項１５
    記載の装置。
  17. 【請求項１７】 データ・プロセッサがさらに、各掘削
    区域を掘削する順序に対応する各掘削区域に順序番号を
    割り当てるように作動することを特徴とする請求項１５
    記載の装置。
  18. 【請求項１８】 データ・プロセッサがさらに、掘削区
    域のフロアを一掃するためのバケットの候補開始位置を
    決定するように作動することを特徴とする請求項１５記
    載の装置。
  19. 【請求項１９】 データ・プロセッサがさらに、バケッ
    トの候補開始位置を選択する前に掘削機の新たな位置を
    決定するように作動することを特徴とする請求項１５記
    載の装置。
  20. 【請求項２０】 データ・プロセッサがさらに、バケッ
    トの前縁の向きを決定するように作動することを特徴と
    する請求項１５記載の装置。
  21. 【請求項２１】 データ・プロセッサがさらに、閉ルー
    プ・コントローラのシミュレート対象モデルを使用し
    て、バケットの開始位置と向き、および掘削されている
    物質の特性に基づいて、掘削中に作業器具の軌道を予測
    するように作動することを特徴とする請求項２０記載の
    装置。
  22. 【請求項２２】 データ・プロセッサがさらに、掘削の
    完了に消費されたエネルギーを評価することにより、予
    測される掘削結果の品質レベルを決定するように作動す
    ることを特徴とする請求項１５記載の装置。
  23. 【請求項２３】 データ・プロセッサがさらに、掘削中
    にバケットに捕獲された物質の量を評価することによ
    り、予測される掘削結果の品質レベルを決定するように
    作動することを特徴とする請求項１５記載の装置。
  24. 【請求項２４】 データ・プロセッサがさらに、予測さ
    れた軌道を完了するのに必要な時間を評価することによ
    り、予測される掘削結果の品質レベルを決定するように
    作動することを特徴とする請求項１５記載の装置。
  25. 【請求項２５】 データ・プロセッサがさらに、掘削区
    域のフロアを一掃するのに必要な除去処置の回数を決定
    し、また掘削機の位置を変えて掘削機がフロア上、また
    掘削区域のベンチ上の物質に届くようにするのに必要な
    距離を計算するように作動することを特徴とする請求項
    １５記載の装置。
  26. 【請求項２６】 それぞれ少なくとも１つの油圧シリン
    ダにより制御可能に駆動されるブーム、スティック、バ
    ケットを含む掘削機の作業器具を使用して、土工作業を
    計画するための装置であって、数値形式で表された掘削
    現場の地面マップと、地面マップの情報を入手して、掘
    削区域を複数の掘削部位に分け、各掘削区域に対して掘
    削を開始するための少なくとも１つの候補位置を決定
    し、閉ループ・コントローラのシミュレート対象モデル
    を使用して、バケットの開始位置と向き、および掘削さ
    れている物質の特性に基づいて、各候補位置の掘削結果
    を予測し、少なくとも１つの性能パラメータを評価する
    ことにより予測掘削結果の品質を決定し、その予測掘削
    結果の品質の関数として開始位置を選択するように作動
    するデータ・プロセッサとを含むことを特徴とする土工
    作業を計画するための装置。
  27. 【請求項２７】 それぞれ少なくとも１つの油圧シリン
    ダにより制御可能に駆動されるブーム、スティック、バ
    ケットを含む掘削機の作業器具を使用して、土工作業を
    計画するための装置であって、数値形式で表された掘削
    現場の地面マップと、地面マップの情報を入手して、掘
    削区域を複数の掘削部位に分け、各掘削区域に対して掘
    削を開始するための少なくとも１つの候補位置を決定
    し、バケットの開始位置と向きに基づいて、各候補位置
    の掘削結果を予測し、掘削の実施時に消費されるエネル
    ギーを含む、少なくとも１つの性能パラメータを評価す
    ることにより予測掘削結果の品質を決定し、その予測掘
    削結果の品質の関数として開始位置を選択するように作
    動するデータ・プロセッサと、を含むことを特徴とする
    土工作業を計画するための装置。
JP10361170A 1997-12-19 1998-12-18 土工作業を計画するための方法と装置 Pending JPH11247230A (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US6824797P 1997-12-19 1997-12-19
US60/068247 1998-10-14
US09/172307 1998-10-14
US09/172,307 US6108949A (en) 1997-12-19 1998-10-14 Method and apparatus for determining an excavation strategy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11247230A true JPH11247230A (ja) 1999-09-14

Family

ID=26748742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10361170A Pending JPH11247230A (ja) 1997-12-19 1998-12-18 土工作業を計画するための方法と装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6108949A (ja)
JP (1) JPH11247230A (ja)
DE (1) DE19858402A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014526627A (ja) * 2011-09-23 2014-10-06 ボルボ コンストラクション イクイップメント アーベー バケットを備えた作業機械のアタック姿勢を選択する方法
WO2019116856A1 (ja) * 2017-12-14 2019-06-20 株式会社小松製作所 作業機械の制御システム、方法、及び作業機械
WO2019187792A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両
JP2020502398A (ja) * 2016-12-09 2020-01-23 キャタピラー インコーポレイテッドＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 付加的建設動作のための機械配置を最適化するための制御システムおよび方法
KR20200092854A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. 굴착기의 굴착 제어 방법 및 장치
KR20200092855A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. 타겟 굴착점 선택 방법 및 장치
WO2022145498A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-07 Volvo Construction Equipment Ab Method and device for controlling excavator
KR20220162186A (ko) 2020-05-29 2022-12-07 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 굴삭 계획 작성 장치, 작업 기계 및 굴삭 계획 작성 방법

Families Citing this family (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6363632B1 (en) * 1998-10-09 2002-04-02 Carnegie Mellon University System for autonomous excavation and truck loading
US6691010B1 (en) * 2000-11-15 2004-02-10 Caterpillar Inc Method for developing an algorithm to efficiently control an autonomous excavating linkage
US6823616B1 (en) * 2001-07-06 2004-11-30 Boskalis Westminister Inc. Method of excavating
US6836700B2 (en) * 2002-07-29 2004-12-28 Advanced Robotic Technologies, Inc. System and method generating a trajectory for an end effector
WO2006028966A1 (en) * 2004-09-01 2006-03-16 Siemens Energy & Automation, Inc. Method for an autonomous loading shovel
US7555855B2 (en) * 2005-03-31 2009-07-07 Caterpillar Inc. Automatic digging and loading system for a work machine
US20070239472A1 (en) * 2006-04-10 2007-10-11 Deere & Company, A Delaware Corporation Vehicle area coverage path planning using isometric value regions
US8485822B2 (en) * 2006-05-31 2013-07-16 Caterpillar Inc. Simulation system implementing historical machine data
US7509198B2 (en) * 2006-06-23 2009-03-24 Caterpillar Inc. System for automated excavation entry point selection
US7979181B2 (en) 2006-10-19 2011-07-12 Caterpillar Inc. Velocity based control process for a machine digging cycle
US7753132B2 (en) * 2006-11-30 2010-07-13 Caterpillar Inc Preparation for machine repositioning in an excavating operation
US7694442B2 (en) * 2006-11-30 2010-04-13 Caterpillar Inc. Recommending a machine repositioning distance in an excavating operation
US7634863B2 (en) * 2006-11-30 2009-12-22 Caterpillar Inc. Repositioning assist for an excavating operation
US7726048B2 (en) * 2006-11-30 2010-06-01 Caterpillar Inc. Automated machine repositioning in an excavating operation
US8144245B2 (en) * 2007-02-28 2012-03-27 Caterpillar Inc. Method of determining a machine operation using virtual imaging
US8351684B2 (en) * 2008-02-13 2013-01-08 Caterpillar Inc. Terrain map updating system
US20100153126A1 (en) * 2008-12-17 2010-06-17 Gulfsafe Llc Method and system for verifying an operation in a body of water
BE1018564A4 (nl) * 2009-01-12 2011-03-01 Dredging Int Werkwijze en inrichting voor het aansturen van een mobiele grondbehandelinrichting.
US9805316B2 (en) * 2009-05-01 2017-10-31 The University Of Sydney Planning system for autonomous operation
US8983738B2 (en) * 2010-02-23 2015-03-17 Israel Aerospace Industries Ltd. System and method of autonomous operation of multi-tasking earth moving machinery
CL2012000933A1 (es) 2011-04-14 2014-07-25 Harnischfeger Tech Inc Un metodo y una pala de cable para la generacion de un trayecto ideal, comprende: un motor de oscilacion, un motor de izaje, un motor de avance, un cucharon para excavar y vaciar materiales y, posicionar la pala por medio de la operacion del motor de izaje, el motor de avance y el motor de oscilacion y; un controlador que incluye un modulo generador de un trayecto ideal.
US8620533B2 (en) 2011-08-30 2013-12-31 Harnischfeger Technologies, Inc. Systems, methods, and devices for controlling a movement of a dipper
US9206587B2 (en) 2012-03-16 2015-12-08 Harnischfeger Technologies, Inc. Automated control of dipper swing for a shovel
US8620535B2 (en) 2012-05-21 2013-12-31 Caterpillar Inc. System for automated excavation planning and control
RU2630020C2 (ru) * 2012-09-14 2017-09-05 3Д Имидж Отомейшн Пти Лтд 3d контроллер объемной скорости заборщика
US9483863B2 (en) 2014-12-05 2016-11-01 Caterpillar Inc. Terrain mapping system using moved material estimation
US9487929B2 (en) * 2015-03-05 2016-11-08 Caterpillar Inc. Systems and methods for adjusting pass depth in view of excess materials
JP6522441B2 (ja) * 2015-06-29 2019-05-29 日立建機株式会社 作業機械の作業支援システム
DE102015010726A1 (de) * 2015-08-17 2017-02-23 Liebherr-Werk Biberach Gmbh Verfahren zur Baustellenüberwachung, Arbeitsmaschine und System zur Baustellenüberwachung
US9454147B1 (en) 2015-09-11 2016-09-27 Caterpillar Inc. Control system for a rotating machine
US9803336B2 (en) 2015-11-13 2017-10-31 Caterpillar Inc. System and method for determining dump locations
JP6697955B2 (ja) * 2016-05-26 2020-05-27 株式会社クボタ 作業車及び作業車に適用される時間ベース管理システム
DE112016000070B4 (de) * 2016-05-31 2021-09-30 Komatsu Ltd. Arbeitsmaschinensteuersystem, arbeitsmaschine und arbeitsmaschinensteuerverfahren
JP2018021345A (ja) * 2016-08-02 2018-02-08 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、制御方法、及び作業車両
US10815640B2 (en) * 2016-08-31 2020-10-27 Komatsu Ltd. Wheel loader and method for controlling wheel loader
US10267016B2 (en) 2016-09-08 2019-04-23 Caterpillar Inc. System and method for swing control
CA2978389A1 (en) 2016-09-08 2018-03-08 Harnischfeger Technologies, Inc. System and method for semi-autonomous control of an industrial machine
US9783955B1 (en) 2016-11-09 2017-10-10 Caterpillar Inc. System and method for moving material
US10552775B2 (en) 2016-11-29 2020-02-04 Caterpillar Inc. System and method for optimizing a material moving operation
US10640952B2 (en) 2016-12-09 2020-05-05 Caterpillar Inc. System and method for modifying a material movement plan
US10233616B2 (en) * 2016-12-23 2019-03-19 Caterpillar Inc. Excavation utilizing dual hopper system
US10662613B2 (en) 2017-01-23 2020-05-26 Built Robotics Inc. Checking volume in an excavation tool
US10407878B2 (en) 2017-05-23 2019-09-10 Caterpillar Inc. System and method for dumping material
DE102018208642A1 (de) * 2018-05-30 2019-12-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur automatisierten Steuerung eines Baggers
CN108999228A (zh) * 2018-08-08 2018-12-14 太原科技大学 一种双层结构的挖掘机控制系统
CN109816778B (zh) * 2019-01-25 2023-04-07 北京百度网讯科技有限公司 物料堆三维重建方法、装置、电子设备和计算机可读介质
BE1027207B1 (de) * 2019-04-03 2020-11-23 Thyssenkrupp Ind Solutions Ag Verfahren und Einrichtung zum automatisierbaren Betrieb einer Materialgewinnungsanlage an der Abbaufront einer Materialgewinnungsstätte
US20220195704A1 (en) * 2019-04-04 2022-06-23 Komatsu Ltd. System including work machine, computer implemented method, method for producing trained posture estimation model, and training data
CN110241870A (zh) * 2019-07-16 2019-09-17 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 一种基坑开挖监测系统的布置方法以及基坑开挖监测系统
DE102019212249A1 (de) * 2019-08-15 2021-02-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer elektrisch angetriebenen mobilen Arbeitsmaschine und elektrisch angetriebene mobile Arbeitsmaschine
DE102020206372A1 (de) 2020-05-20 2021-11-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Steuerung eines Grabvorgangs mittels eines Löffelbaggers
CN112064700B (zh) * 2020-09-18 2022-05-31 广西科技大学 一种装载机最佳铲装轨迹匹配方法
CN116490655A (zh) * 2020-11-09 2023-07-25 国立大学法人广岛大学 工程机械的自动运行装置
CN113431048B (zh) * 2021-05-21 2022-11-08 中铁五局集团有限公司 一种含风化砂岩地铁车站基坑开挖设备选定方法
CN114117585B (zh) * 2021-10-28 2023-05-09 中建三局集团(深圳)有限公司 基坑跳仓法施工中目标开挖方案的确定方法
CN114164877B (zh) * 2021-11-09 2023-04-14 中联重科土方机械有限公司 用于装载物料的方法、控制器及挖掘设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5446980A (en) * 1994-03-23 1995-09-05 Caterpillar Inc. Automatic excavation control system and method
US5461803A (en) * 1994-03-23 1995-10-31 Caterpillar Inc. System and method for determining the completion of a digging portion of an excavation work cycle
US5603059A (en) * 1994-04-22 1997-02-11 Pitney Bowes Inc. Software architecture system having a virtual I/O channel including multi-layered communication interface in between virtual stations and physical modules
US5528843A (en) * 1994-08-18 1996-06-25 Caterpillar Inc. Control system for automatically controlling a work implement of an earthworking machine to capture material

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014526627A (ja) * 2011-09-23 2014-10-06 ボルボ コンストラクション イクイップメント アーベー バケットを備えた作業機械のアタック姿勢を選択する方法
JP2020502398A (ja) * 2016-12-09 2020-01-23 キャタピラー インコーポレイテッドＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 付加的建設動作のための機械配置を最適化するための制御システムおよび方法
WO2019116856A1 (ja) * 2017-12-14 2019-06-20 株式会社小松製作所 作業機械の制御システム、方法、及び作業機械
JP2019105121A (ja) * 2017-12-14 2019-06-27 株式会社小松製作所 作業機械の制御システム、方法、及び作業機械
US11414840B2 (en) 2017-12-14 2022-08-16 Komatsu Ltd. Control system for work machine, method, and work machine
JP2019173471A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両
WO2019187792A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 株式会社小松製作所 作業車両の制御システム、方法、及び作業車両
US11598073B2 (en) 2018-03-29 2023-03-07 Komatsu Ltd. Control system for work vehicle, method, and work vehicle
KR20200092854A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. 굴착기의 굴착 제어 방법 및 장치
KR20200092855A (ko) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. 타겟 굴착점 선택 방법 및 장치
JP2020118016A (ja) * 2019-01-25 2020-08-06 ベイジン バイドゥ ネットコム サイエンス アンド テクノロジー カンパニー リミテッド 掘削機の掘削を制御するための方法及び装置
JP2020118017A (ja) * 2019-01-25 2020-08-06 ベイジン バイドゥ ネットコム サイエンス アンド テクノロジー カンパニー リミテッド 目標掘削点を選択するための方法と装置
US11131084B2 (en) 2019-01-25 2021-09-28 Beijing Baidu Netcom Science And Technology Co., Ltd. Method and apparatus for selecting target excavating point
US11668076B2 (en) 2019-01-25 2023-06-06 Beijing Baidu Netcom Science And Technology Co., Ltd. Method and apparatus for controlling excavator to excavate
KR20220162186A (ko) 2020-05-29 2022-12-07 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 굴삭 계획 작성 장치, 작업 기계 및 굴삭 계획 작성 방법
WO2022145498A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-07 Volvo Construction Equipment Ab Method and device for controlling excavator

Also Published As

Publication number Publication date
US6108949A (en) 2000-08-29
DE19858402A1 (de) 1999-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH11247230A (ja) 土工作業を計画するための方法と装置
US6167336A (en) Method and apparatus for determining an excavation strategy for a front-end loader
US10364548B2 (en) Method of optimizing performance of machines at a worksite
JP5110741B2 (ja) 自律掘削及びトラック載荷システム
US6058344A (en) Automated system and method for control of movement using parameterized scripts
AU753517B2 (en) Software architecture for autonomous earthmoving
US6076030A (en) Learning system and method for optimizing control of autonomous earthmoving machinery
AU775927B2 (en) System and method for estimating volume of material swept into the bucket of a digging machine
RU2553814C2 (ru) Устройство для выемки грунтового материала под водой
Singh et al. Multi-resolution planning for earthmoving
Cannon Extended earthmoving with an autonomous excavator
CN101903839A (zh) 持续的作业机具角度控制
EP3896231A1 (en) System and method for automatically performing an earthmoving operation
CN114322993B (zh) 露天矿山无人运输系统装载区地图生成方法及系统
JP3982883B2 (ja) 三角形不規則ネットワークで表された作業現場の地点の高さを求めるための方法
JPH11315556A (ja) 土工機械の自律制御を最適化する学習システムおよび方法
US20230243130A1 (en) Excavation plan creation device, working machine, and excavation plan creation method
JP4447734B2 (ja) 掘削機械のバケット内に取り込まれた材料の容積を推測するためのシステムならびに方法
AU9522798A (en) Method and apparatus for determining an excavation strategy
Liu et al. Planning dragline positioning sequence with A* search algorithm
Singh State of the Art in Automation of Earthmoving, 2002
JPH11350534A (ja) 土工機械のための走査センサ設備
Wang et al. Hierarchical planning for autonomous excavator on material loading tasks
JP7481908B2 (ja) 掘削計画作成装置、作業機械および掘削計画作成方法
Halbach Development of a simulator for modeling robotic earth-moving tasks