WO2019069975A1 - 作業機械制御装置および制御方法 - Google Patents

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WO2019069975A1
WO2019069975A1 PCT/JP2018/037019 JP2018037019W WO2019069975A1 WO 2019069975 A1 WO2019069975 A1 WO 2019069975A1 JP 2018037019 W JP2018037019 W JP 2018037019W WO 2019069975 A1 WO2019069975 A1 WO 2019069975A1
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WO
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transport vehicle
bucket
operation signal
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loading
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PCT/JP2018/037019
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真範 皆川
康博 大山
Original Assignee
株式会社小松製作所
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Publication date
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    • 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
    • E02F9/2041—Automatic repositioning of implements, i.e. memorising determined positions of the implement
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • 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
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    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/439—Automatic repositioning of the implement, e.g. automatic dumping, auto-return
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • 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
    • E02F9/205—Remotely operated machines, e.g. unmanned vehicles
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • 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
    • E02F3/30—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 with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/308—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 with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working outwardly

Definitions

  • the present invention relates to a work machine control apparatus and control method for controlling a work machine at a work site where a work machine and an automated guided vehicle are deployed.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a technology for automatically operating a hydraulic shovel by designating a digging position and an unloading position.
  • An aspect of the present invention aims to provide a work machine control device and control method capable of automatically specifying the earth removal position for control of a work machine.
  • a work machine control apparatus controls a work machine including a swing body swinging around a swing center and a work machine attached to the swing body and including a bucket. And a loading place within the reach of the bucket from the transporter control device that controls the traveling of the AGV based on position information of the AGV, azimuth information, and a predetermined traveling route. Identifying the position of earth unloading for loading a load on the unmanned carrier based on the carrier information acquisition unit for acquiring position information and orientation information of the unmanned carrier existing in the vehicle and the position information and the orientation information And a discharge position specifying unit.
  • the work machine control device can automatically specify the earth removal position for control of the work machine.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the remote control system according to the first embodiment.
  • the work system 1 includes a work machine 100, one or more transport vehicles 200 which are unmanned transport vehicles, a management device 300, and a remote operation room 500.
  • the work machine 100 and the transport vehicle 200 operate at a work site (eg, a mine, a quarry).
  • Remote operation room 500 is provided at a point away from the work site (for example, in the city, in the work site).
  • the transport vehicle 200 runs unmanned based on the control information received from the management device 300.
  • the transport vehicle 200 and the management device 300 are connected by communication via the access point 360.
  • the management device 300 acquires the position and orientation of the transport vehicle 200 from the transport vehicle 200, and generates course information used for traveling the transport vehicle 200 based on these.
  • the management device 300 transmits the course information to the transport vehicle 200.
  • the transporter vehicle 200 runs unmanned based on the received course information. That is, the work system 1 includes an unmanned transfer system including the transport vehicle 200 and the management device 300.
  • the access point 360 is used for communication of an unmanned carrier system.
  • the management device 300 receives an instruction signal of the transport vehicle 200 from the work machine 100 and the remote operation room 500, and transmits the signal to the transport vehicle 200.
  • the work machine 100 and the management device 300 are connected by communication via the access point 360. Further, the remote operation room 500 and the management device 300 are connected via a network.
  • Examples of instruction signals of the transport vehicle 200 received from the work machine 100 and the remote driver's cab 500 include an entry instruction signal and a start instruction signal.
  • the entry instruction signal is a signal instructing the delivery vehicle 200 to enter from the standby point P1 to the loading point P3.
  • the start instruction signal is a signal for starting the loading point P3 when the loading of the transport vehicle 200 is completed and instructing the leaving of the loading station A1.
  • Work machine 100 is remotely operated based on an operation signal transmitted from remote operator's cab 500.
  • Work machine 100 and remote driver's cab 500 are connected by communication via access point 350.
  • the first operation device 530 of the remote operation room 500 receives an operation of the work machine 100 according to the operation of the operator, and the control device 540 transmits an operation signal to the management device 300.
  • Work machine 100 operates based on an operation signal received from remote operator's cab 500. That is, the work system 1 includes a remote operation system including the work machine 100 and the remote operation room 500.
  • the access point 350 is used for communication of the remote control system.
  • the transport vehicle 200 according to the first embodiment is an unmanned dump truck that travels unmanned on a set travel route.
  • the transport vehicle 200 according to another embodiment may be a transport vehicle other than a dump truck.
  • the transport vehicle 200 includes a position and orientation detector 210 and a controller 220.
  • the position and orientation detector 210 detects the position and orientation of the transport vehicle 200.
  • the position and orientation detector 210 includes two receivers that receive positioning signals from satellites that constitute a Global Navigation Satellite System (GNSS).
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • An example of the GNSS is GPS (Global Positioning System).
  • the two receivers are respectively installed at different positions of the carrier vehicle 200.
  • the position and orientation detector 210 detects the position of the representative point of the transporter vehicle 200 (the origin of the vehicle coordinate system, for example, the center position of the rear axle of the transporter vehicle 200) in the site coordinate system based on the positioning signal received by the receiver. To detect.
  • the position and orientation detector 210 calculates the heading of the transport vehicle 200 as the relationship between the installation position of one receiver and the installation position of the other receiver, using each positioning signal received by the two receivers.
  • the conveyance vehicle 200 may be provided with an inertial measurement device (IMU: Inertial Measurement Unit), and may calculate direction based on the measurement result of an inertial measurement device. In this case, the drift of the inertial measurement device may be corrected based on the traveling trajectory of the transport vehicle 200.
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the transport vehicle 200 may be provided with one receiver.
  • the controller 220 transmits the position and orientation detected by the position and orientation detector 210 to the management device 300.
  • the control device 220 receives course information and an instruction signal from the management device 300.
  • the control device 220 causes the transport vehicle 200 to travel or raises and lowers the vessel of the transport vehicle 200 based on the received course information and the instruction signal.
  • FIG. 2 is an external view of the working machine according to the first embodiment.
  • the work machine 100 according to the first embodiment is a hydraulic shovel that is a type of loading machine.
  • the working machine 100 according to the other embodiment may be a working machine other than a hydraulic shovel.
  • the work machine 100 shown in FIG. 2 is a face shovel, it may be a backhoe shovel or a rope shovel.
  • the work vehicle 100 includes a traveling body 130, a swinging body 120 supported by the traveling body 130, and a work implement 110 that is hydraulically operated and supported by the swinging body 120.
  • the pivoting body 120 is pivotably supported about a pivoting center.
  • the work implement 110 includes a boom 111, an arm 112, a bucket 113, a boom cylinder 114, an arm cylinder 115, a bucket cylinder 116, a boom angle sensor 117, an arm angle sensor 118, and a bucket angle sensor 119.
  • the proximal end of the boom 111 is attached to the rotating body 120 via a pin.
  • the arm 112 couples the boom 111 and the bucket 113.
  • the proximal end of the arm 112 is attached to the distal end of the boom 111 via a pin.
  • the bucket 113 includes a blade for excavating earth and sand and a container for accommodating the excavated earth and sand.
  • the proximal end of the bucket 113 is attached to the distal end of the arm 112 via a pin.
  • the boom cylinder 114 is a hydraulic cylinder for operating the boom 111.
  • the proximal end of the boom cylinder 114 is attached to the rotating body 120.
  • the tip of the boom cylinder 114 is attached to the boom 111.
  • Arm cylinder 115 is a hydraulic cylinder for driving arm 112.
  • the proximal end of the arm cylinder 115 is attached to the boom 111.
  • the tip of the arm cylinder 115 is attached to the arm 112.
  • the bucket cylinder 116 is a hydraulic cylinder for driving the bucket 113.
  • the proximal end of the bucket cylinder 116 is attached to the boom 111.
  • the tip of the bucket cylinder 116 is attached to the bucket 113.
  • the boom angle sensor 117 is attached to the boom 111 and detects the tilt angle of the boom 111.
  • the arm angle sensor 118 is attached to the arm 112 and detects an inclination angle of the arm 112.
  • the bucket angle sensor 119 is attached to the bucket 113 and detects an inclination angle of the bucket 113.
  • the boom angle sensor 117, the arm angle sensor 118, and the bucket angle sensor 119 according to the first embodiment detect an inclination angle with respect to the ground plane.
  • the angle sensor which concerns on other embodiment is not restricted to this, You may detect the inclination angle with respect to another reference plane.
  • the angle sensor may detect the relative rotation angle by a potentiometer provided at the base end of the boom 111, the arm 112 and the bucket 113, or the boom cylinder 114, the arm cylinder 115 and The inclination angle may be detected by measuring the cylinder length of the bucket cylinder 116 and converting the cylinder length into an angle.
  • the revolving structure 120 is provided with a cab 121.
  • An imaging device 122 is provided in the upper part of the cab 121.
  • the imaging device 122 is installed forward and upward in the cab 121.
  • the imaging device 122 captures an image of the front of the cab 121 through the windshield on the front of the cab 121.
  • Examples of the imaging device 122 include, for example, an imaging device using a charge coupled device (CCD) sensor and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor.
  • the imaging device 122 may not necessarily be provided in the operation room 121, and the imaging device 122 may be provided at a position at which at least the work object and the work machine 110 can be imaged. Just do it.
  • the work machine 100 includes an imaging device 122, a position / orientation calculator 123, an inclination measuring device 124, a hydraulic device 125, and a control device 126.
  • the position / orientation calculator 123 calculates the position of the rotating body 120 and the direction in which the rotating body 120 faces.
  • the position / orientation calculator 123 includes two receivers that receive positioning signals from the satellites that constitute the GNSS. The two receivers are respectively installed at different positions of the swing body 120.
  • the position / orientation calculator 123 detects the position of the representative point (the origin of the shovel coordinate system) of the revolving unit 120 in the site coordinate system based on the positioning signal received by the receiver.
  • the position / orientation calculator 123 calculates the direction in which the revolving unit 120 faces, as the relationship between the installation position of one receiver and the installation position of the other receiver, using the positioning signals received by the two receivers.
  • the inclination measuring device 124 measures the acceleration and angular velocity of the rotating body 120, and detects the posture (for example, roll angle, pitch angle, yaw angle) of the rotating body 120 based on the measurement result.
  • the inclination measuring instrument 124 is installed, for example, on the lower surface of the revolving unit 120.
  • an inertial measurement unit (IMU) may be used as the tilt measurement device 124.
  • the hydraulic device 125 includes a hydraulic fluid tank, a hydraulic pump, and a flow control valve.
  • the hydraulic pump is driven by the power of an engine (not shown) and supplies hydraulic fluid to the boom cylinder 114, the arm cylinder 115, and the bucket cylinder 116 through the flow control valve.
  • the flow control valve has a rod-like spool, and adjusts the flow rate of the hydraulic oil supplied to the boom cylinder 114, the arm cylinder 115, and the bucket cylinder 116 depending on the position of the spool.
  • the spool is driven based on a control command received from the controller 126. That is, the amount of hydraulic fluid supplied to the boom cylinder 114, the arm cylinder 115, and the bucket cylinder 116 is controlled by the controller 126.
  • the control device 126 sets the image captured by the imaging device 122, the swing speed, position and orientation of the swing body 120, the inclination angles of the boom 111, the arm 112 and the bucket 113, the traveling speed of the traveling body 130, and the attitude of the swing body 120. , To the remote control room 500.
  • the image, the turning speed, position and orientation of the turning body 120, the inclination angles of the boom 111, the arm 112 and the bucket 113, the traveling speed of the traveling body 130, and the posture of the turning body 120 are also referred to as vehicle information.
  • the vehicle information which concerns on other embodiment is not restricted to this.
  • the vehicle information may not include any of the turning speed, the position, the heading, the inclination angle, the traveling speed, and the attitude, and may include values detected by other sensors. And may include a value calculated from the detected value.
  • the controller 126 receives an operation signal from the remote driver's cab 500.
  • the control device 126 drives the work implement 110, the swing body 120, or the traveling body 130 based on the received operation signal.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing the configuration of the management device according to the first embodiment.
  • the management device 300 manages the traveling of the transport vehicle 200.
  • the management device 300 is a computer including a processor 3100, a main memory 3200, a storage 3300, and an interface 3400.
  • the storage 3300 stores the program p3.
  • the processor 3100 reads the program p3 from the storage 3300, develops it in the main memory 3200, and executes processing according to the program p3.
  • the management device 300 is connected to the network via an interface 3400.
  • An access point 360 is connected to the interface 3400.
  • Management device 300 is wirelessly connected to work machine 100 and transport vehicle 200 via access point 360.
  • the storage 3300 includes storage areas as a travel route storage unit 3301 and a position and orientation storage unit 3302. Examples of the storage 3300 include a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), a magnetic disk, an optical magnetic disk, a compact disc read only memory (CD-ROM), and a digital versatile disc read only memory (DVD-ROM). , Semiconductor memory and the like.
  • the storage 3300 may be internal media directly connected to the common communication line of the management apparatus 300, or may be external media connected to the management apparatus 300 via the interface 3400.
  • the storage 3300 is a non-temporary tangible storage medium.
  • the travel route storage unit 3301 stores the travel route R for each transport vehicle 200.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a travel route.
  • the traveling route R is a predetermined connection route R1 connecting two areas A (for example, the loading site A1 and the unloading site A2), an approach route R2 which is a route in the area A, an approach route R3 and an exit route It has R4.
  • the entry route R2 is a route connecting the waiting point P1 which is one end of the connection route R1 in the area A and a predetermined switching point P2.
  • the approach route R3 is a route connecting the turning point P2 in the area A and the loading point P3 or the unloading point P4.
  • the exit route R4 is a route connecting the loading point P3 or the unloading point P4 in the area A and the exit point P5 which is the other end of the connection route R1.
  • the loading point P3 is a point set by the operation of the operator of the work machine 100.
  • the turning point P2 is a point set by the management device 300 according to the position of the loading point P3.
  • the position and orientation storage unit 3302 stores position information and orientation information of each transport vehicle 200.
  • the processor 3100 includes a position and orientation collection unit 3101 and a traveling course generation unit 3102 by executing the program p3.
  • the position and orientation collection unit 3101 receives position information and orientation information of the transport vehicle 200 from the transport vehicle 200 via the access point 360.
  • the position and orientation collection unit 3101 causes the position and orientation storage unit 3302 to store the received position information and orientation information.
  • the traveling course generation unit 3102 includes information of an area for permitting the movement of the transport vehicle 200 based on the traveling route stored by the traveling route storage unit 3301 and the position information and orientation information stored by the position and orientation storage unit 3302. Generate course information.
  • the generated course information is transmitted to the transport vehicle 200.
  • the course information includes position information of points set at predetermined intervals on the travel route, target speed information at that point, and travel permission area information that does not overlap with the travel permission areas of the other transport vehicles 200.
  • the traveling course generation unit 3102 does not include the approach route R2 and the approach route R3 in the area indicated by the course information until the approach instruction signal is received from the remote driver's cab 500.
  • the transport vehicle 200 stands by at the standby point P1 until it receives the entry instruction signal.
  • the traveling course generation unit 3102 receives the entry instruction signal, the traveling course generation unit 3102 generates course information that includes the entry route R2 and the approach route R3 but does not include the exit route R4.
  • the transport vehicle 200 starts from the standby point P1, travels to the loading point P3, and stops at the loading point P3.
  • the traveling course generation unit 3102 When receiving the start instruction signal, the traveling course generation unit 3102 generates course information including the exit route R4.
  • the conveyance vehicle 200 waits until the conveyance vehicle 200 receives an approach instruction
  • the position where the transport vehicle 200 stands by may be the turning point P2 or a halfway point in the approach route R2 or the approach route R3.
  • the remote driver's cab 500 includes a driver's seat 510, a display 520, a first operating device 530, a second operating device 531, and a controller 540.
  • the display device 520 is disposed in front of the driver's seat 510.
  • the display device 520 is located in front of the operator when the operator sits in the driver's seat 510.
  • the display device 520 may be configured by a plurality of displays arranged side by side as shown in FIG. 1 or may be configured by one large display.
  • the display device 520 may project an image on a curved surface or a spherical surface by a projector or the like.
  • the first operating device 530 is an operating device for a remote operation system.
  • the first operating device 530 controls the operation signal of the boom cylinder 114, the operation signal of the arm cylinder 115, the operation signal of the bucket cylinder 116, the turning operation signal to the left and right of the revolving unit 120, and the traveling unit 130 according to the operator's operation.
  • a travel operation signal for forward and reverse travel is generated and output to control device 540.
  • the first operating device 530 is configured of, for example, a lever, a knob switch, and a pedal.
  • the second operation device 531 transmits the entry instruction signal to the transport vehicle 200, the start instruction signal, the stop instruction signal, and the stop release signal to the management device 300 by the operation of the operator.
  • the second operating device 531 is configured of, for example, a touch panel.
  • the first operating device 530 and the second operating device 531 are disposed in the vicinity of the driver's seat 510.
  • the first operating device 530 and the second operating device 531 are located within the operable range of the operator when the operator sits on the driver's seat 510.
  • Control device 540 causes display device 520 to display an image received from work machine 100, and transmits an operation signal representing an operation of first operation device 530 to work machine 100.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the control device for the remote driver's cab according to the first embodiment.
  • the control device 540 is a computer including a processor 5100, a main memory 5200, a storage 5300, and an interface 5400.
  • the storage 5300 stores the program p5.
  • the processor 5100 reads the program p5 from the storage 5300, develops it in the main memory 5200, and executes processing according to the program p5.
  • Control device 540 is connected to the network via interface 5400.
  • Examples of the storage 5300 include an HDD, an SSD, a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, and the like.
  • the storage 5300 may be internal media directly connected to the common communication line of the control device 540, or may be external media connected to the control device 540 via the interface 5400.
  • the storage 5300 is a non-temporary, tangible storage medium.
  • the processor 5100 executes the program p5 to load a loaded vehicle information acquisition unit 5101, a display control unit 5102, a transport vehicle information acquisition unit 5103, an operation signal input unit 5104, a bucket position specification unit 5105, an earth removal position specification unit 5106, and avoidance
  • a position specifying unit 5107, an operation signal generation unit 5109, and an operation signal output unit 5110 are provided.
  • the loaded vehicle information acquisition unit 5101 acquires vehicle information from the work machine 100.
  • Display control unit 5102 generates a display signal for displaying an image included in the vehicle information received by loaded vehicle information acquisition unit 5101, and outputs the display signal to display device 520.
  • the transport vehicle information acquisition unit 5103 acquires position information and orientation information of each transport vehicle 200 from the management device 300.
  • Operation signal input unit 5104 receives an input of an operation signal from first operation device 530.
  • the operation signals include an operation signal of boom 111, an operation signal of arm 112, an operation signal of bucket 113, a turning operation signal of rotating body 120, a traveling operation signal of traveling body 130, and a discharge instruction signal of work machine 100.
  • Be The discharge instruction signal is a signal for instructing automatic discharge control for moving the bucket 113 to the discharge position to perform the discharge.
  • the bucket position specification unit 5105 determines the position P of the tip of the arm 112 and the height from the tip of the arm 112 to the lowest point of the bucket 113 in the shovel coordinate system. Identify Hb.
  • the lowest point of the bucket 113 refers to the point of the outer shape of the bucket 113 that has the shortest distance from the ground surface.
  • the bucket position specifying unit 5105 specifies the position P of the tip of the arm 112 when receiving the input of the discharge instruction signal as the digging completion position P10.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a path of a bucket according to the first embodiment.
  • the bucket position specifying unit 5105 determines the length of the boom 111 based on the tilt angle of the boom 111 and the known length of the boom 111 (the distance from the pin at the base end to the pin at the tip). Find the vertical and horizontal components of. Similarly, the bucket position specifying unit 5105 obtains the vertical component and the horizontal component of the length of the arm 112. Bucket position specifying unit 5105 is separated from the position of work machine 100 by the sum of the vertical components of the lengths of boom 111 and arm 112 and the sum of the horizontal components in the direction specified from the orientation and posture of work machine 100. The position is specified as the position P of the tip of the arm 112 (the position P of the pin at the tip of the arm 112 shown in FIG. 2).
  • the bucket position specifying unit 5105 specifies the lowermost point of the bucket 113 in the vertical direction based on the inclination angle of the bucket 113 and the shape of the known bucket, and the height from the tip of the arm 112 to the lowermost point Identify Hb.
  • the discharge position specifying unit 5106 is a discharge position based on the position information and the azimuth information of the transport vehicle 200 acquired by the transport vehicle information acquisition unit 5103. Identify P13. That is, the discharge position specifying unit 5106 specifies the discharge position P13 based on the position information and the azimuth information when the transport vehicle 200 stops at the loading point P3.
  • the earth unloading position specifying unit 5106 changes the reference position P21 indicated by the position information of the transport vehicle 200 based on the position, orientation and attitude of the swing body 120 acquired by the loaded vehicle information acquiring unit 5101 from the site coordinate system to the shovel coordinate system.
  • the distance D1 is a known distance between the reference position P21 and the discharge point P22 on the vessel.
  • the discharge position specifying unit 5106 is a flat surface of the discharge position P13 at a position separated from the specified position P22 by the distance D2 from the center of the bucket 113 to the tip of the arm 112 in the direction of the swing body 120 of the work machine 100. Identify as a location.
  • the discharge position specifying unit 5106 sets the height Ht of the transport vehicle 200 to the height Hb from the tip of the arm 112 specified by the bucket position specifying unit 5105 to the lowermost point and the height of the control margin of the bucket 113. By adding up, the height of the earth unloading position P13 is specified.
  • the discharge position specifying unit 5106 may specify the discharge position P13 without adding the height for the control margin. That is, the unloading position specifying unit 5106 may specify the height of the unloading position P13 by adding the height Hb to the height Ht.
  • the avoidance position specifying unit 5107 includes the earth unloading position P13 specified by the earth unloading position specifying unit 5106, the position of the work machine 100 acquired by the loading vehicle information acquiring unit 5101, and the transporting vehicle acquired by the transporting vehicle information acquiring unit 5103. Based on the position and orientation of 200, an interference avoidance position P12 that is a point that does not interfere with the transport vehicle 200 is identified.
  • the interference avoidance position P12 has the same height as the earth unloading position P13, and the distance from the turning center of the turning body 120 is equal to the distance from the turning center to the earth unloading position P13 and the transport vehicle 200 downward. Is not present.
  • the avoidance position specifying unit 5107 specifies, for example, a circle whose center is the turning center of the turning body 120 and whose radius is the distance between the turning center and the unloading position, and the outer shape of the bucket 113 among the positions on the circle.
  • a position which does not interfere with the transport vehicle 200 in plan view and is closest to the earth unloading position P13 is specified as an interference avoidance position P12.
  • the avoidance position specifying unit 5107 can determine whether the transporter vehicle 200 and the bucket 113 interfere with each other based on the position, the orientation, the known outer shape of the transporter vehicle 200, and the known shape of the bucket 113.
  • “the same height” and “the distance are equal” are not necessarily limited to those whose heights or distances completely match, but some error or margin is allowed.
  • the operation signal generation unit 5109 is an operation for moving the bucket 113 to the unloading position P13 based on the unloading position P13 identified by the unloading position identifying unit 5106 and the interference avoidance position P12 identified by the avoidance position identifying unit 5107. Generate a signal. That is, the operation signal generation unit 5109 generates an operation signal so as to reach the earth unloading position P13 from the excavation completion position P10 via the position P11 and the interference avoidance position P12. Further, the operation signal generation unit 5109 generates an operation signal of the bucket 113 so that the angle of the bucket 113 does not change even if the boom 111 and the arm 112 are driven.
  • the operation signal output unit 5110 outputs the operation signal input to the operation signal input unit 5104 or the operation signal generated by the operation signal generation unit 5109 to the work machine 100.
  • the transport vehicle 200 travels along the travel route R according to the course information generated by the management device 300, and stops at the standby point P1.
  • the operator of the work machine 100 inputs the entry instruction signal to the second operating device 531 by operating the second operating device 531 (for example, pressing a predetermined button).
  • the entry instruction signal is transmitted from the second operating device 531 to the management device 300.
  • the management device 300 generates course information indicating the area of the approach route R2 and the approach route R3.
  • the transporter vehicle 200 travels along the approach route R3 and stops at the loading point P3.
  • the operator scoops soil with the bucket 113 of the working machine 100 by operating the first operation device 530, operates the knob switch of the first operation device 530, and generates and outputs a discharge instruction signal.
  • FIG. 7 is a first flowchart showing an automatic discharge control method of the remote driver's cab according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a second flowchart showing the automatic unloading control method of the remote driver's cab according to the first embodiment.
  • the loading vehicle information acquisition unit 5101 acquires the position and orientation of the swing body 120, the tilt angles of the boom 111, the arm 112 and the bucket 113, and the posture of the swing body 120 from the work machine 100 (step S1).
  • the transporter vehicle information acquisition unit 5103 acquires the position and orientation of the transporter vehicle 200 from the management device 300 (step S2).
  • the bucket position specifying unit 5105 Based on the vehicle information acquired by the loading vehicle information acquisition unit 5101, the bucket position specifying unit 5105 detects the position P of the tip of the arm 112 at the time of inputting the earth removal instruction signal and the bottom of the bucket 113 from the tip of the arm 112. The height to the point is specified (step S3). The bucket position specifying unit 5105 specifies the position P as the digging completion position P10.
  • the earth unloading position specifying unit 5106 converts the position information of the transporter vehicle 200 acquired by the transporter vehicle information acquiring unit 5103 based on the position, orientation, and posture of the swing body 120 acquired in step S1 from the site coordinate system to the shovel coordinate system. Do.
  • the earth unloading position specifying unit 5106 specifies the plane position of the earth unloading position P13 based on the position information and the azimuth information of the transportation vehicle 200 and the known shape of the transportation vehicle 200 (step S4). At this time, the unloading position specifying unit 5106 sets the known height Ht of the transport vehicle 200 to the height Hb from the tip of the arm 112 specified in step S3 to the lowest point of the bucket 113 and the control margin of the bucket 113.
  • the height of the earth unloading position P13 is specified by adding the height of the minute (step S5).
  • the avoidance position specifying unit 5107 specifies the position of the turning center of the turning body 120 based on the position and orientation of the turning body 120 acquired by the loading vehicle information acquisition unit 5101 (step S6).
  • the avoidance position specifying unit 5107 specifies a plane distance from the turning center to the earth unloading position P13 (step S7).
  • the avoidance position specifying unit 5107 is a position separated by a plane distance specified from the turning center, and the outer shape of the bucket 113 does not interfere with the transport vehicle 200 in a plan view, and interferes with a position closest to the unloading position P13. It specifies as the avoidance position P12 (step S8).
  • the operation signal generation unit 5109 determines whether or not the position of the tip of the arm 112 has reached the discharge position P13 (step S9). If the position of the tip of the arm 112 has not reached the discharge position P13 (step S9: NO), the operation signal generation unit 5109 has a height of the tip of the arm 112 less than the height of the interference avoidance position P12, or turns It is determined whether the planar distance from the pivot center of the body 120 to the tip of the arm 112 is less than the planar distance from the pivot center to the interference avoidance position P12 (step S10).
  • the operation signal generation unit 5109 If the height of the bucket 113 is less than the height of the interference avoidance position P12, or if the plane distance from the turning center to the tip of the arm 112 is less than the plane distance from the turning center to the interference avoiding position P12 (step S10: YES), the operation signal generation unit 5109 generates an operation signal for raising the boom 111 and the arm 112 to the height of the interference avoidance position P12 (step S11). At this time, the operation signal generation unit 5109 generates an operation signal based on the positions and speeds of the boom 111 and the arm 112.
  • the operation signal generation unit 5109 calculates the sum of the angular velocities of the boom 111 and the arm 112 based on the generated operation signals of the boom 111 and the arm 112, and rotates the bucket 113 at the same speed as the sum of the angular velocities. Are generated (step S12). Thereby, the operation signal generation unit 5109 can generate an operation signal for holding the ground angle of the bucket 113. In another embodiment, when the automatic ground control starts, the operation signal generation unit 5109 calculates the ground angle of the bucket 113 calculated from the detection values of the boom angle sensor 117, the arm angle sensor 118, and the bucket angle sensor 119. An operation signal may be generated to rotate the bucket 113 so as to be equal to the ground angle.
  • step S10 NO
  • the operation signal generation unit 5109 does not generate operation signals of the boom 111, the arm 112, and the bucket 113.
  • the operation signal generation unit 5109 specifies a rising time which is a time from the height of the bucket 113 to the height of the interference avoidance position P12 from the height of the digging completion position P10 (step S13).
  • the operation signal generation unit 5109 generates a turning operation signal (step S14).
  • the operation signal generation unit 5109 turns and the tip of the arm 112 is the interference avoidance position P12. To generate a turning operation signal.
  • the operation signal output unit 5110 When at least one of the operation signal of the boom 111, the arm 112 and the bucket 113, and the swing operation signal of the swing body 120 is generated in the process of step S9 to step S14, the operation signal output unit 5110 generates the generated operation signal. It outputs to the working machine 100 (step S15).
  • the loaded vehicle information acquisition unit 5101 acquires vehicle information from the work machine 100 (step S16). Thus, the loaded vehicle information acquisition unit 5101 can acquire vehicle information after being driven by the output operation signal.
  • Control device 540 returns the process to step S9, and repeatedly executes the generation of the operation signal.
  • step S9 when the position of the tip of the arm 112 has reached the earth unloading position P13 in step S9 (step S9: YES), the operation signal generation unit 5109 does not generate an operation signal. Therefore, when the position of the tip of the arm 112 reaches the earth unloading position P13, the work implement 110 and the rotating body 120 stop.
  • step S9: YES that is, when the operation signal generation unit 5109 has not generated an operation signal in the process from step S9 to step S14, the operation signal generation unit 5109 generates an operation signal for discharging the bucket 113 (step S17).
  • Examples of the operation signal for removing the bucket 113 include an operation signal for rotating the bucket 113 in the unloading direction and an operation signal for opening a crumb when the bucket 113 is a clam bucket.
  • the operation signal output unit 5110 outputs the generated operation signal to the work machine 100 (step S18). Then, the control device 540 ends the automatic discharge control.
  • the rotating body 120 starts turning toward the unloading position P13.
  • the raising of the boom 111 and the arm 112 is continued. While moving the tip of the arm 112 from the position P11 to the interference avoidance position P12, the boom 111, the arm 112 and the bucket 113 decelerate so that the height of the tip of the arm 112 becomes equal to the interference avoidance position P12.
  • the drive of the work implement 110 is stopped.
  • the swing body 120 continues the swing. That is, from the interference avoidance position P12 to the earth unloading position P13, the tip end of the arm 112 is moved only by the swing of the swing body 120 without the drive of the work implement 110.
  • the revolving unit 120 decelerates so that the position of the tip of the arm 112 becomes equal to the unloading position P13.
  • the work machine 100 can automatically discharge the soil that the bucket 113 has scooped to the transport vehicle 200.
  • the operator repeatedly executes the digging by the work implement 110 and the automatic earth removal control based on the input of the earth removal instruction signal to such an extent that the load of the transport vehicle 200 does not exceed the maximum load.
  • the operator operates the second operating device 531 to input a start instruction signal to the second operating device 531.
  • the start instruction signal is transmitted from the second operation device 531 to the management device 300.
  • the management device 300 generates course information including the area of the exit route R4.
  • the transporter vehicle 200 starts from the loading point P3, travels along the exit route R4, and exits from the loading station A1.
  • control device 540 specifies the earth removal position for loading the earth and sand onto the transport vehicle 200 based on the position information and the orientation information of the transport vehicle 200 detected by the transport vehicle 200. Thereby, control device 540 can automatically operate work machine 100 without receiving designation of the earth unloading position by the operator or the like.
  • the control device 540 specifies the digging completion position P10 of the bucket 113, and generates an operation signal for moving the bucket 113 from the digging completion position P10 to the discharge position P13. . Thereby, the control device 540 can automatically discharge the earth and sand that the bucket 113 has scooped to the transport vehicle 200.
  • the control device 540 generates a control signal such that the bucket 113 passes through the interference avoidance position P12.
  • the interference avoidance position P12 according to the first embodiment has a height equal to the discharge position P13, and a distance from the turning center of the rotating body 120 equal to a distance from the turning center to the discharge position P13, and the bucket 113 In consideration of the outer shape of the lower position of the transport vehicle 200. Accordingly, it is possible to reliably prevent the bucket 113 from coming into contact with the transport vehicle 200 due to the turning of the turning body 120.
  • the work machine 100 performs single-sided loading. That is, according to the first embodiment, when the plurality of transport vehicles 200 travel based on one travel route R, the transport vehicles 200 sequentially stop at one loading point P3. Thereby, the work machine 100 sequentially loads the transport vehicle 200 located at the loading point P3.
  • the work machine 100 performs double-sided loading.
  • FIG. 9 is a view showing an example of a traveling route of the loading space according to the second embodiment. In the second embodiment, loading points P3 are generated on the left and right sides of the work machine 100 by providing two traveling paths R.
  • loading space A1 which concerns on 2nd Embodiment has two loading points P3, it is not restricted to this in other embodiment, loading space A1 is 3 or more loading points P3. May be included.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram showing the configuration of the control device for the remote driver's cab according to the second embodiment.
  • the control device 540 according to the second embodiment further includes a loading target determination unit 5111 in addition to the configuration of the first embodiment. Further, in the main memory 5200 of the control device 540 according to the second embodiment, a storage area of the transport vehicle queue 5201 is secured.
  • the transport vehicle queue 5201 stores identification information of the transport vehicles 200 to be loaded in the loading order.
  • the identification information of the transport vehicle 200 is extracted from the top of the transport vehicle queue 5201 (Dequeue) and added to the end (Enqueue).
  • the loading target determination unit 5111 extracts the identification information of the transport vehicle 200 from the top of the transport vehicle queue 5201 and determines the transport vehicle 200 indicated by the identification information as the loading target.
  • the loading object determination unit 5111 adds identification information of the transport vehicle 200 to the end of the transport vehicle queue 5201.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method of registering an unmanned transfer vehicle according to the second embodiment.
  • the management device 300 determines whether or not the transport vehicle 200 is stopped at the loading point P3 based on the position of the transport vehicle 200 at regular intervals. If the management device 300 determines that the transport vehicle 200 is stopped at the loading point P3, the management device 300 notifies the remote driver's cab 500 that the transport vehicle 200 is stopped at the loading point P3.
  • the notification includes the identification information of the transport vehicle 200.
  • the control device 540 of the remote driver's cab 500 executes the process shown in FIG. 11 at regular intervals.
  • the transport vehicle information acquisition unit 5103 of the control device 540 determines whether a notification indicating that the transport vehicle 200 has stopped at the loading point P3 has been received from the management device 300 (step S101).
  • the loading target determination unit 5111 transfers the identification information of the transport vehicle 200 included in the notification to the transport vehicle queue 5201 Is added to the end of (step S102).
  • the loading target determination unit 5111 does not add identification information to the transport vehicle queue 5201.
  • the loading object determination unit 5111 of the control device 540 reads out the identification information of the head of the transport vehicle queue 5201 in step S4 of the flowchart shown in FIG. 7, and the discharge position specifying unit 5106 carries out the transport indicated by the identification information.
  • the unloading position of the vehicle 200 is identified.
  • the loading object determination unit 5111 extracts identification information from the top of the transport vehicle queue 5201.
  • control device 540 when the transport vehicle 200 is present at each of the plurality of loading points P3, the transport vehicle 200 that has reached the loading point P3 earliest among the plurality of transport vehicles 200. An operation signal is generated on the basis of the unloading position P13 according to. After transmitting the transmission instruction signal to the transport vehicle 200 whose loading has been completed, the leading identification information of the transport vehicle queue 5201 is read out and the next transport vehicle 200 is loaded, and this is repeated. Thus, the control device 540 can cause the work machine 100 to perform the loading process in the order of arrival of the transport vehicle 200.
  • the control device 540 according to the second embodiment stops the transport vehicle 200 for loading, as compared with, for example, the case where the loading target is determined such that the turning angle of the work machine 100 is minimized. You can shorten the time you are doing.
  • the control device 540 determines the loading target based on the information stored in the transport vehicle queue 5201, but is not limited thereto.
  • the control device 540 may determine the loading target based on a database storing the identification information of the plurality of transport vehicles 200 and the flag indicating the loading target in association. In this case, as in the second embodiment, the control device 540 rewrites the flag when the start instruction signal is input to the operation signal input unit 5104.
  • the control device 540 determines the transport vehicle 200 that arrives at the loading point P3 at the earliest when the transport vehicle 200 exists at each of the plurality of loading points P3. Not limited to this.
  • the control device 540 according to the other embodiment determines an arbitrary method such as determining, as a loading target, one of the transport vehicles 200 existing at each of the plurality of loading points P3 that has the largest current loading amount. You may decide the loading target by.
  • the control device 540 of the remote driver's cab 500 calculates the automatic discharge processing and determines the loading target based on the position information and the orientation information of the transport vehicle 200 received from the management device 300. Do, but not limited to.
  • the work system 1 according to the other embodiment is a calculation and loading target of the automatic discharge processing based on the position information and the direction information of the transport vehicle 200 received from the management device 300 by the control device 126 of the work machine 100. You may make a decision.
  • the control device 540 of the remote driver's cab 500 calculates the automatic earth removal processing based on the position information and the direction information of the transport vehicle 200 received from the management device 300 It is not limited.
  • the work system 1 according to another embodiment may calculate the automatic discharge processing based on the position information and the direction information of the transport vehicle 200 received from the management device 300 by the control device 126 of the loading machine 100. Good.
  • work machine 100 concerning an embodiment mentioned above is operated by remote control, it is not restricted to this.
  • the operator may get in the cab 121 and operate the lever or the switch.
  • the control device 126 of the work machine 100 may calculate the automatic discharge processing and determine the loading target based on the position information and the orientation information of the transport vehicle 200 received from the management device 300.
  • the loading machine 100 acquires the position and direction of the transport vehicle 200 via the management device 300 in the above-described embodiment, the present invention is not limited thereto.
  • the loading machine 100 according to another embodiment may acquire the position and orientation of the transport vehicle 200 from the transport vehicle 200 by inter-vehicle communication.
  • earth removal position P13 is specified based on position information and direction information when conveyance vehicle 200 stops at loading point P3, it is not restricted to this.
  • the unloading position P13 may be identified based on the position of the loading point P3 instead of the position information and the orientation information of the transporter vehicle 200.
  • the work system 1 can specify the loading point P3 before the transport vehicle 200 stops.
  • the loading machine 100 loads earth and sand as a load in the work system 1 according to the above-described embodiment, the other embodiments are not limited thereto.
  • the cargo according to another embodiment may be ore, crushed stone, coal or the like.
  • the program p5 may be distributed to the control device 540 by a communication line.
  • the control device 540 that has received the distribution develops the program p5 in the main memory 5200, and executes the above processing.
  • the automatic earth unloading control such as the earth unloading position is handled by the shovel coordinate system, but may be handled by the site coordinate system.
  • the program p5 may be for realizing a part of the functions described above.
  • the program p5 may realize the above-described function in combination with another program p5 already stored in the storage 5300 or in combination with another program p5 implemented in another device. .
  • control device 126, the management device 300, and the control device 540 may include a PLD (Programmable Logic Device).
  • PLDs include Programmable Array Logic (PAL), Generic Array Logic (GAL), Complex Programmable Logic Device (CPLD), and Field Programmable Gate Array (FPGA).
  • PAL Programmable Array Logic
  • GAL Generic Array Logic
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the work machine control device can automatically specify the earth unloading position for control of the work machine.

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Abstract

旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える作業機械を制御する作業機械制御装置は、運搬車情報取得部及び排土位置特定部を備える。運搬車情報取得部は、無人運搬車が検出した無人運搬車の位置情報および方位情報を取得する。排土位置特定部は、位置情報および方位情報に基づいて、土砂を無人運搬車に積み込むための排土位置を特定する。

Description

作業機械制御装置および制御方法
　本発明は、作業機械および無人運搬車が配備された作業現場において作業機械を制御する作業機械制御装置および制御方法に関する。
　本願は、２０１７年１０月４日に日本に出願された特願２０１７－１９４６７２号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１および特許文献２には、掘削位置、および排土位置を指定して油圧ショベルを自動運転させる技術が開示されている。
特開２００２－１１５２７１号公報 特開２００２－３３２６５５号公報
　自動制御の効率を向上するために、排土位置の指定を省略することが望まれている。
　本発明の態様は、作業機械の制御のための排土位置を自動的に特定することができる作業機械制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様によれば、作業機械制御装置は、旋回中心まわりに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える作業機械を制御する作業機械制御装置であって、無人運搬車の位置情報、方位情報、および予め定められた走行経路に基づいて、前記無人運搬車の走行を制御する運搬車制御装置から、前記バケットの到達範囲内の積込場所に存在する前記無人運搬車の位置情報および方位情報を取得する運搬車情報取得部と、前記位置情報および前記方位情報に基づいて、積荷を前記無人運搬車に積み込むための排土位置を特定する排土位置特定部とを備える。
　上記態様によれば、作業機械制御装置は、作業機械の制御のための排土位置を自動的に特定することができる。
第１の実施形態に係る遠隔操作システムの構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る作業機械の外観図である。 第１の実施形態に係る管理装置の構成を示す概略ブロック図である。 走行経路の例を表す図である。 第１の実施形態に係る遠隔運転室の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。 第１の実施形態に係る遠隔運転室の自動排土制御方法を示す第１のフローチャートである。 第１の実施形態に係る遠隔運転室の自動排土制御方法を示す第２のフローチャートである。 第２の実施形態に係る盛土場の走行経路の例を示す図である。 第２の実施形態に係る遠隔運転室の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第２の実施形態に係る無人運搬車の登録方法を示すフローチャートである。
〈第１の実施形態〉
《作業システム》
　図１は、第１の実施形態に係る遠隔操作システムの構成を示す概略図である。
　作業システム１は、作業機械１００と、無人運搬車である１または複数の運搬車両２００と、管理装置３００と、遠隔運転室５００とを備える。作業機械１００および運搬車両２００は、作業現場（例えば、鉱山、採石場）で稼働する。遠隔運転室５００は、作業現場から離れた地点（例えば、市街、作業現場内）に設けられる。
　運搬車両２００は、管理装置３００から受信する制御情報に基づいて無人走行する。運搬車両２００と管理装置３００とはアクセスポイント３６０を介した通信により接続される。管理装置３００は、運搬車両２００から運搬車両２００の位置及び方位を取得し、これらに基づいて運搬車両２００の走行に用いるコース情報を生成する。管理装置３００は、コース情報を運搬車両２００に送信する。運搬車両２００は、受信したコース情報に基づいて無人走行する。つまり、作業システム１は、運搬車両２００と管理装置３００とを含む無人搬送システムを備える。アクセスポイント３６０は、無人搬送システムの通信に用いられる。
　管理装置３００は、作業機械１００および遠隔運転室５００から運搬車両２００の指示信号を受信し、これを運搬車両２００に送信する。作業機械１００と管理装置３００とはアクセスポイント３６０を介した通信により接続される。また遠隔運転室５００と管理装置３００とはネットワークを介して接続される。作業機械１００および遠隔運転室５００から受信する運搬車両２００の指示信号の例としては、進入指示信号、発進指示信号が挙げられる。進入指示信号は、運搬車両２００に待機点Ｐ１から積込点Ｐ３まで進入することを指示する信号である。発進指示信号は、運搬車両２００に積込の完了により積込点Ｐ３を発進し積込場Ａ１からの退出を指示する信号である。
　作業機械１００は、遠隔運転室５００から送信される操作信号に基づいて遠隔操作される。作業機械１００と遠隔運転室５００とは、アクセスポイント３５０を介した通信により接続される。遠隔運転室５００の第１操作装置５３０は、オペレータの操作により、作業機械１００の操作を受け付け、制御装置５４０は、操作信号を管理装置３００に送信する。作業機械１００は、遠隔運転室５００から受信した操作信号に基づいて動作する。つまり、作業システム１は、作業機械１００と遠隔運転室５００とから構成される遠隔運転システムを備える。アクセスポイント３５０は、遠隔運転システムの通信に用いられる。
《運搬車両》
　第１の実施形態に係る運搬車両２００は、設定された走行経路を無人で走行する無人ダンプトラックである。なお、他の実施形態に係る運搬車両２００は、ダンプトラック以外の運搬車であってもよい。
　運搬車両２００は、位置方位検出器２１０および制御装置２２０を備える。
　位置方位検出器２１０は、運搬車両２００の位置および方位を検出する。位置方位検出器２１０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。ＧＮＳＳの例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられる。２つの受信器は、それぞれ運搬車両２００の異なる位置に設置される。位置方位検出器２１０は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における運搬車両２００の代表点（車体座標系の原点、例えば、運搬車両２００のリアアクスルの中心位置）の位置を検出する。
　位置方位検出器２１０は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、運搬車両２００の向く方位を演算する。なお、他の実施形態においてはこれに限られず、例えば運搬車両２００が慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を備え、慣性計測装置の計測結果に基づいて方位を演算してもよい。この場合、運搬車両２００の走行軌跡に基づいて慣性計測装置のドリフトを補正してもよい。慣性計測装置を用いて方位を演算する場合、運搬車両２００は１つの受信機を備えていればよい。
　制御装置２２０は、位置方位検出器２１０が検出した位置および方位を管理装置３００に送信する。制御装置２２０は、管理装置３００からコース情報および指示信号を受信する。制御装置２２０は、受信したコース情報および指示信号に基づいて運搬車両２００を走行させ、または運搬車両２００のベッセルを上下させる。
《作業機械》
　図２は、第１の実施形態に係る作業機械の外観図である。
　第１の実施形態に係る作業機械１００は、積込機械の一種である油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る作業機械１００は、油圧ショベル以外の作業機械であってもよい。また図２に示す作業機械１００はフェイスショベルであるが、バックホウショベルやロープショベルであってもよい。
　作業車両１００は、走行体１３０と、走行体１３０に支持される旋回体１２０と、油圧により作動し旋回体１２０に支持される作業機１１０とを備える。旋回体１２０は旋回中心を中心として旋回自在に支持される。
　作業機１１０は、ブーム１１１と、アーム１１２と、バケット１１３と、ブームシリンダ１１４と、アームシリンダ１１５と、バケットシリンダ１１６と、ブーム角度センサ１１７と、アーム角度センサ１１８と、バケット角度センサ１１９とを備える。
　ブーム１１１の基端部は、旋回体１２０にピンを介して取り付けられる。
　アーム１１２は、ブーム１１１とバケット１１３とを連結する。アーム１１２の基端部は、ブーム１１１の先端部にピンを介して取り付けられる。
　バケット１１３は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための容器とを備える。バケット１１３の基端部は、アーム１１２の先端部にピンを介して取り付けられる。
　ブームシリンダ１１４は、ブーム１１１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１１４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１１４の先端部は、ブーム１１１に取り付けられる。
　アームシリンダ１１５は、アーム１１２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１１５の基端部は、ブーム１１１に取り付けられる。アームシリンダ１１５の先端部は、アーム１１２に取り付けられる。
　バケットシリンダ１１６は、バケット１１３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１１６の基端部は、ブーム１１１に取り付けられる。バケットシリンダ１１６の先端部は、バケット１１３に取り付けられる。
　ブーム角度センサ１１７は、ブーム１１１に取り付けられ、ブーム１１１の傾斜角を検出する。
　アーム角度センサ１１８は、アーム１１２に取り付けられ、アーム１１２の傾斜角を検出する。
　バケット角度センサ１１９は、バケット１１３に取り付けられ、バケット１１３の傾斜角を検出する。
　第１の実施形態に係るブーム角度センサ１１７、アーム角度センサ１１８、およびバケット角度センサ１１９は、地平面に対する傾斜角を検出する。なお、他の実施形態に係る角度センサはこれに限られず、他の基準面に対する傾斜角を検出してもよい。例えば、他の実施形態においては、角度センサは、ブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３の基端部に設けられたポテンショメータによって相対回転角を検出してもよいし、ブームシリンダ１１４、アームシリンダ１１５およびバケットシリンダ１１６のシリンダ長さを計測し、シリンダ長さを角度に変換することで傾斜角を検出するものであってもよい。
　旋回体１２０には、運転室１２１が備えられる。運転室１２１の上部には、撮像装置１２２が設けられる。撮像装置１２２は、運転室１２１内の前方かつ上方に設置される。撮像装置１２２は、運転室１２１前面のフロントガラスを通して、運転室１２１の前方を撮像する。撮像装置１２２の例としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、およびＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを用いた撮像装置が挙げられる。なお、他の実施形態においては、撮像装置１２２は、必ずしも運転室１２１内に設けられなくてもよく、撮像装置１２２は、少なくとも作業対象と作業機１１０とを撮像可能な位置に設けられていればよい。
　作業機械１００は、撮像装置１２２、位置方位演算器１２３、傾斜計測器１２４、油圧装置１２５、制御装置１２６を備える。
　位置方位演算器１２３は、旋回体１２０の位置および旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１２３は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１２３は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
　位置方位演算器１２３は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。
　傾斜計測器１２４は、旋回体１２０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角、ピッチ角、ヨー角）を検出する。傾斜計測器１２４は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１２４は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。
　油圧装置１２５は、作動油タンク、油圧ポンプ、および流量制御弁を備える。油圧ポンプは、図示しないエンジンの動力で駆動し、流量制御弁を介してブームシリンダ１１４、アームシリンダ１１５、およびバケットシリンダ１１６に作動油を供給する。流量制御弁はロッド状のスプールを有し、スプールの位置によってブームシリンダ１１４、アームシリンダ１１５、およびバケットシリンダ１１６に供給する作動油の流量を調整する。スプールは、制御装置１２６から受信する制御指令に基づいて駆動される。つまり、ブームシリンダ１１４、アームシリンダ１１５、およびバケットシリンダ１１６に供給される作動油の量は、制御装置１２６によって制御される。
　制御装置１２６は、撮像装置１２２が撮像した画像、旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３の傾斜角、走行体１３０の走行速度、ならびに旋回体１２０の姿勢を、遠隔運転室５００に送信する。以下、画像、旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３の傾斜角、走行体１３０の走行速度、ならびに旋回体１２０の姿勢を、車両情報ともよぶ。なお、他の実施形態に係る車両情報はこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る車両情報は、旋回速度、位置、方位、傾斜角、走行速度、および姿勢のいずれかを含まなくてもよいし、その他のセンサによって検出された値を含んでもよいし、検出された値から演算された値を含んでもよい。
　制御装置１２６は、遠隔運転室５００から操作信号を受信する。制御装置１２６は、受信した操作信号に基づいて、作業機１１０、旋回体１２０、または走行体１３０を駆動させる。
《管理装置》
　図３は、第１の実施形態に係る管理装置の構成を示す概略ブロック図である。
　管理装置３００は、運搬車両２００の走行を管理する。
　管理装置３００は、プロセッサ３１００、メインメモリ３２００、ストレージ３３００、インタフェース３４００を備えるコンピュータである。ストレージ３３００は、プログラムｐ３を記憶する。プロセッサ３１００は、プログラムｐ３をストレージ３３００から読み出してメインメモリ３２００に展開し、プログラムｐ３に従った処理を実行する。管理装置３００は、インタフェース３４００を介してネットワークに接続される。インタフェース３４００には、アクセスポイント３６０が接続される。管理装置３００は、アクセスポイント３６０を介して作業機械１００および運搬車両２００と無線接続される。
　ストレージ３３００は、走行経路記憶部３３０１、位置方位記憶部３３０２としての記憶領域を有する。ストレージ３３００の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ３３００は、管理装置３００の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース３４００を介して管理装置３００に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ３３００は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　走行経路記憶部３３０１は、運搬車両２００ごとに走行経路Ｒを記憶する。図４は、走行経路の例を表す図である。走行経路Ｒは、２つのエリアＡ（例えば、積込場Ａ１と排土場Ａ２）を結ぶあらかじめ定められた接続経路Ｒ１、ならびにエリアＡ内の経路である進入経路Ｒ２、アプローチ経路Ｒ３および退出経路Ｒ４を有する。進入経路Ｒ２は、エリアＡ内において接続経路Ｒ１の一端である待機点Ｐ１と所定の切り返し点Ｐ２とを接続する経路である。アプローチ経路Ｒ３は、エリアＡ内の切り返し点Ｐ２と積込点Ｐ３または排土点Ｐ４とを接続する経路である。退出経路Ｒ４は、エリアＡ内の積込点Ｐ３または排土点Ｐ４と接続経路Ｒ１の他端である出口点Ｐ５とを接続する経路である。積込点Ｐ３は、作業機械１００のオペレータの操作によって設定される点である。切り返し点Ｐ２は、積込点Ｐ３の位置に応じて管理装置３００によって設定される点である。
　位置方位記憶部３３０２は、各運搬車両２００それぞれの位置情報および方位情報を記憶する。
　プロセッサ３１００は、プログラムｐ３の実行により、位置方位収集部３１０１、走行コース生成部３１０２を備える。
　位置方位収集部３１０１は、アクセスポイント３６０を介して運搬車両２００から運搬車両２００の位置情報および方位情報を受信する。位置方位収集部３１０１は、受信した位置情報および方位情報を位置方位記憶部３３０２に記憶させる。
　走行コース生成部３１０２は、走行経路記憶部３３０１が記憶する走行経路と、位置方位記憶部３３０２が記憶する位置情報および方位情報とに基づいて、運搬車両２００の移動を許可する領域の情報を含むコース情報を生成する。生成されたコース情報は、運搬車両２００に送信される。コース情報は、走行経路上に所定間隔で設定された地点の位置情報、その地点での目標速度情報、および他の運搬車両２００の走行許可領域と重複しない走行許可領域情報を含む。
　走行コース生成部３１０２は、遠隔運転室５００から進入指示信号を受信するまで、コース情報が示す領域に進入経路Ｒ２およびアプローチ経路Ｒ３を含めない。これにより、運搬車両２００は、進入指示信号を受信するまで待機点Ｐ１で待機することとなる。走行コース生成部３１０２は、進入指示信号を受信した場合に、進入経路Ｒ２およびアプローチ経路Ｒ３を含み、退出経路Ｒ４を含まないコース情報を生成する。これにより、運搬車両２００は、待機点Ｐ１から発進して積込点Ｐ３まで走行し、積込点Ｐ３で停止することとなる。走行コース生成部３１０２は、発進指示信号を受信した場合に、退出経路Ｒ４を含むコース情報を生成する。なお、本実施形態に係る作業システム１では、運搬車両２００が待機点Ｐ１で進入指示信号を受信するまで待機するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、運搬車両２００が待機する位置は、切り返し点Ｐ２でもよいし、進入経路Ｒ２またはアプローチ経路Ｒ３の途中の地点であってもよい。
《遠隔運転室》
　遠隔運転室５００は、運転席５１０、表示装置５２０、第１操作装置５３０、第２操作装置５３１、制御装置５４０を備える。
　表示装置５２０は、運転席５１０の前方に配置される。表示装置５２０は、オペレータが運転席５１０に座ったときにオペレータの眼前に位置する。表示装置５２０は、図１に示すように、並べられた複数のディスプレイによって構成されてもよいし、１つの大きなディスプレイによって構成されてもよい。また、表示装置５２０は、プロジェクタ等によって曲面や球面に画像を投影するものであってもよい。
　第１操作装置５３０は、遠隔運転システム用の操作装置である。第１操作装置５３０は、オペレータの操作に応じて、ブームシリンダ１１４の操作信号、アームシリンダ１１５の操作信号、バケットシリンダ１１６の操作信号、旋回体１２０の左右への旋回操作信号、走行体１３０の前後進のための走行操作信号を生成し制御装置５４０に出力する。第１操作装置５３０は、例えばレバー、ノブスイッチおよびペダルにより構成される。
　第２操作装置５３１は、オペレータの操作により、運搬車両２００への進入指示信号、発進指示信号、停止指示信号、停止解除信号を管理装置３００に送信する。第２操作装置５３１は、例えばタッチパネル等により構成される。
　第１操作装置５３０および第２操作装置５３１は、運転席５１０の近傍に配置される。第１操作装置５３０および第２操作装置５３１は、オペレータが運転席５１０に座ったときにオペレータの操作可能な範囲内に位置する。
　制御装置５４０は、作業機械１００から受信した画像を表示装置５２０に表示させ、第１操作装置５３０の操作を表す操作信号を作業機械１００に送信する。
　図５は、第１の実施形態に係る遠隔運転室の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
　制御装置５４０は、プロセッサ５１００、メインメモリ５２００、ストレージ５３００、インタフェース５４００を備えるコンピュータである。ストレージ５３００は、プログラムｐ５を記憶する。プロセッサ５１００は、プログラムｐ５をストレージ５３００から読み出してメインメモリ５２００に展開し、プログラムｐ５に従った処理を実行する。制御装置５４０は、インタフェース５４００を介してネットワークに接続される。
　ストレージ５３００の例としては、ＨＤＤ、ＳＳＤ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ５３００は、制御装置５４０の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース５４００を介して制御装置５４０に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ５３００は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　プロセッサ５１００は、プログラムｐ５の実行により、積込車両情報取得部５１０１、表示制御部５１０２、運搬車両情報取得部５１０３、操作信号入力部５１０４、バケット位置特定部５１０５、排土位置特定部５１０６、回避位置特定部５１０７、操作信号生成部５１０９、操作信号出力部５１１０を備える。
　積込車両情報取得部５１０１は、作業機械１００から車両情報を取得する。
　表示制御部５１０２は、積込車両情報取得部５１０１が受信した車両情報に含まれる画像を表示するための表示信号を生成し、表示装置５２０に出力する。
　運搬車両情報取得部５１０３は、管理装置３００から各運搬車両２００の位置情報および方位情報を取得する。
　操作信号入力部５１０４は、第１操作装置５３０から操作信号の入力を受け付ける。操作信号には、ブーム１１１の操作信号、アーム１１２の操作信号、バケット１１３の操作信号、旋回体１２０の旋回操作信号、走行体１３０の走行操作信号、および作業機械１００の排土指示信号が含まれる。排土指示信号は、バケット１１３を排土位置まで移動させて排土を行う自動排土制御の指示を行う信号である。
　バケット位置特定部５１０５は、積込車両情報取得部５１０１が受信した車両情報に基づいて、ショベル座標系におけるアーム１１２の先端の位置Ｐおよびアーム１１２の先端からバケット１１３の最下点までの高さＨｂを特定する。バケット１１３の最下点とは、バケット１１３の外形のうち地表面からの距離が最も短い点をいう。特に、バケット位置特定部５１０５は、排土指示信号の入力を受け付けたときのアーム１１２の先端の位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０として特定する。図６は、第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。具体的には、バケット位置特定部５１０５は、ブーム１１１の傾斜角と既知のブーム１１１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１１１の長さの垂直方向成分および水平方向成分を求める。同様に、バケット位置特定部５１０５は、アーム１１２の長さの垂直方向成分および水平方向成分を求める。バケット位置特定部５１０５は、作業機械１００の位置から、作業機械１００の方位および姿勢から特定される方向に、ブーム１１１およびアーム１１２の長さの垂直方向成分の和および水平方向成分の和だけ離れた位置を、アーム１１２の先端の位置Ｐ（図２に示すアーム１１２の先端部のピンの位置Ｐ）として特定する。また、バケット位置特定部５１０５は、バケット１１３の傾斜角と既知のバケットの形状とに基づいて、バケット１１３の鉛直方向の最下点を特定し、アーム１１２の先端から最下点までの高さＨｂを特定する。
　排土位置特定部５１０６は、操作信号入力部５１０４に排土指示信号が入力された場合に、運搬車両情報取得部５１０３が取得した運搬車両２００の位置情報および方位情報に基づいて、排土位置Ｐ１３を特定する。すなわち、排土位置特定部５１０６は、運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止したときの位置情報および方位情報に基づいて、排土位置Ｐ１３を特定する。排土位置特定部５１０６は、積込車両情報取得部５１０１が取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて運搬車両２００の位置情報が示す基準位置Ｐ２１を現場座標系からショベル座標系に変換し、当該基準位置Ｐ２１から、当該運搬車両２００の方位情報が示す方向に距離Ｄ１だけ離れた排土点Ｐ２２を特定する。距離Ｄ１は、基準位置Ｐ２１とベッセル上の排土点Ｐ２２との間の既知の距離である。排土位置特定部５１０６は、特定した位置Ｐ２２から、作業機械１００の旋回体１２０の向く方向にバケット１１３の中心からアーム１１２の先端までの距離Ｄ２だけ離れた位置を、排土位置Ｐ１３の平面位置として特定する。排土位置特定部５１０６は、運搬車両２００の高さＨｔに、バケット位置特定部５１０５が特定したアーム１１２の先端から最下点までの高さＨｂと、バケット１１３の制御余裕分の高さとを加算することで、排土位置Ｐ１３の高さを特定する。なお、他の実施形態においては、排土位置特定部５１０６は、制御余裕分の高さを加算せずに排土位置Ｐ１３を特定してもよい。すなわち、排土位置特定部５１０６は、高さＨｔに高さＨｂを加算することで、排土位置Ｐ１３の高さを特定してもよい。
　回避位置特定部５１０７は、排土位置特定部５１０６が特定した排土位置Ｐ１３と、積込車両情報取得部５１０１が取得した作業機械１００の位置と、運搬車両情報取得部５１０３が取得した運搬車両２００の位置及び方位に基づいて、運搬車両２００と干渉しない点である干渉回避位置Ｐ１２を特定する。干渉回避位置Ｐ１２は、排土位置Ｐ１３と同じ高さを有し、かつ旋回体１２０の旋回中心からの距離が、当該旋回中心から排土位置Ｐ１３までの距離と等しく、かつ下方に運搬車両２００が存在しない位置である。回避位置特定部５１０７は、例えば、旋回体１２０の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と排土位置との距離を半径とする円を特定し、当該円上の位置のうち、バケット１１３の外形が平面視で運搬車両２００と干渉せず、かつ排土位置Ｐ１３に最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２と特定する。回避位置特定部５１０７は、運搬車両２００の位置、方位および既知の外形、ならびにバケット１１３の既知の形状に基づいて、運搬車両２００とバケット１１３とが干渉するか否かを判定することができる。ここで、「同じ高さ」、「距離が等しい」とは、必ずしも高さまたは距離が完全に一致するものに限られず、多少の誤差やマージンが許容されるものとする。
　操作信号生成部５１０９は、排土位置特定部５１０６が特定した排土位置Ｐ１３、回避位置特定部５１０７が特定した干渉回避位置Ｐ１２に基づいて、バケット１１３を排土位置Ｐ１３まで移動させるための操作信号を生成する。すなわち、操作信号生成部５１０９は、掘削完了位置Ｐ１０から、位置Ｐ１１および干渉回避位置Ｐ１２を経由して、排土位置Ｐ１３に到達するように、操作信号を生成する。また、操作信号生成部５１０９は、ブーム１１１およびアーム１１２が駆動してもバケット１１３の角度が変化しないように、バケット１１３の操作信号を生成する。
　操作信号出力部５１１０は、操作信号入力部５１０４に入力された操作信号または操作信号生成部５１０９が生成した操作信号を、作業機械１００に出力する。
《方法》
　運搬車両２００は、管理装置３００が生成するコース情報によって走行経路Ｒに沿って走行し、待機点Ｐ１で停止する。作業機械１００のオペレータは、第２操作装置５３１を操作することで（例えば、所定のボタンを押下することで）、第２操作装置５３１に進入指示信号を入力する。進入指示信号は、第２操作装置５３１から管理装置３００に送信される。これによって、管理装置３００が進入経路Ｒ２およびアプローチ経路Ｒ３の領域を示すコース情報を生成する。運搬車両２００は、アプローチ経路Ｒ３に沿って走行し、積込点Ｐ３で停止する。オペレータは、第１操作装置５３０の操作により作業機械１００のバケット１１３で土砂をすくい、第１操作装置５３０のノブスイッチを操作して排土指示信号を生成し出力する。
　図７は、第１の実施形態に係る遠隔運転室の自動排土制御方法を示す第１のフローチャートである。図８は、第１の実施形態に係る遠隔運転室の自動排土制御方法を示す第２のフローチャートである。制御装置５４０は、オペレータから排土指示信号の入力を受け付けると、図７に示す自動排土制御を実行する。
　積込車両情報取得部５１０１は、作業機械１００から、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３の傾斜角、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する（ステップＳ１）。運搬車両情報取得部５１０３は、管理装置３００から、運搬車両２００の位置および方位を取得する（ステップＳ２）。
　バケット位置特定部５１０５は、積込車両情報取得部５１０１が取得した車両情報に基づいて、排土指示信号の入力時のアーム１１２の先端の位置Ｐ、およびアーム１１２の先端からバケット１１３の最下点までの高さを特定する（ステップＳ３）。バケット位置特定部５１０５は、当該位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０と特定する。
　排土位置特定部５１０６は、ステップＳ１で取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて運搬車両情報取得部５１０３が取得した運搬車両２００の位置情報を現場座標系からショベル座標系に変換する。排土位置特定部５１０６は、運搬車両２００の位置情報および方位情報、ならびに運搬車両２００の既知の形状に基づいて、排土位置Ｐ１３の平面位置を特定する（ステップＳ４）。このとき、排土位置特定部５１０６は、運搬車両２００の既知の高さＨｔに、ステップＳ３で特定したアーム１１２の先端からバケット１１３の最下点までの高さＨｂと、バケット１１３の制御余裕分の高さとを加算することで、排土位置Ｐ１３の高さを特定する（ステップＳ５）。
　回避位置特定部５１０７は、積込車両情報取得部５１０１が取得した旋回体１２０の位置および方位に基づいて、旋回体１２０の旋回中心の位置を特定する（ステップＳ６）。回避位置特定部５１０７は、旋回中心から排土位置Ｐ１３までの平面距離を特定する（ステップＳ７）。回避位置特定部５１０７は、旋回中心から特定した平面距離だけ離れた位置であって、バケット１１３の外形が平面視で運搬車両２００と干渉せず、かつ排土位置Ｐ１３から最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２として特定する（ステップＳ８）。
　操作信号生成部５１０９は、アーム１１２の先端の位置が排土位置Ｐ１３に至ったか否かを判定する（ステップＳ９）。アーム１１２の先端の位置が排土位置Ｐ１３に至っていない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、操作信号生成部５１０９は、アーム１１２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ未満であり、または旋回体１２０の旋回中心からアーム１１２の先端までの平面距離が旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの平面距離未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。バケット１１３の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ未満である場合、または旋回中心からアーム１１２の先端までの平面距離が旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの平面距離未満である場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、操作信号生成部５１０９は、ブーム１１１およびアーム１１２を干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇させる操作信号を生成する（ステップＳ１１）。このとき、操作信号生成部５１０９は、ブーム１１１およびアーム１１２の位置および速度に基づいて、操作信号を生成する。
　また操作信号生成部５１０９は、生成したブーム１１１およびアーム１１２の操作信号に基づいてブーム１１１およびアーム１１２の角速度の和を算出し、当該角速度の和と同じ速度でバケット１１３を回動させる操作信号を生成する（ステップＳ１２）。これにより、操作信号生成部５１０９は、バケット１１３の対地角を保持する操作信号を生成することができる。なお、他の実施形態においては、操作信号生成部５１０９は、ブーム角度センサ１１７、アーム角度センサ１１８およびバケット角度センサ１１９の検出値より算出されるバケット１１３の対地角度が、自動排土制御開始時の対地角度と等しくなるようにバケット１１３を回動させる操作信号を生成してもよい。
　バケット１１３の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ以上である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、操作信号生成部５１０９は、ブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３の操作信号を生成しない。
　次に、操作信号生成部５１０９は、バケット１１３の高さが掘削完了位置Ｐ１０の高さから干渉回避位置Ｐ１２の高さに至るまでの時間である上昇時間を特定する（ステップＳ１３）。操作信号生成部５１０９は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ１４）。このとき、操作信号生成部５１０９は、バケット１１３の上昇時間に基づいて、バケット１１３の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ以上になった後に、旋回してアーム１１２の先端が干渉回避位置Ｐ１２を通過するように、旋回操作信号を生成する。
　ステップＳ９からステップＳ１４の処理でブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３の操作信号、並びに旋回体１２０の旋回操作信号の少なくともいずれか１つを生成すると、操作信号出力部５１１０は、生成した操作信号を作業機械１００に出力する（ステップＳ１５）。積込車両情報取得部５１０１は、作業機械１００から車両情報を取得する（ステップＳ１６）。これにより、積込車両情報取得部５１０１は、出力した操作信号によって駆動した後の車両情報を取得することができる。制御装置５４０は、処理をステップＳ９に戻し、操作信号の生成を繰り返し実行する。
　他方、ステップＳ９にて、アーム１１２の先端の位置が排土位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、操作信号生成部５１０９は操作信号を生成しない。したがって、アーム１１２の先端の位置が排土位置Ｐ１３に至ると、作業機１１０および旋回体１２０は停止する。アーム１１２の先端の位置が排土位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、すなわちステップＳ９からステップＳ１４の処理で操作信号生成部５１０９が操作信号を生成していない場合、操作信号生成部５１０９は、バケット１１３を排土させる操作信号を生成する（ステップＳ１７）。バケット１１３を排土させる操作信号の例としては、バケット１１３を排土方向に回動させる操作信号や、バケット１１３がクラムバケットである場合におけるクラムを開く操作信号が挙げられる。操作信号出力部５１１０は、生成した操作信号を作業機械１００に出力する（ステップＳ１８）。そして、制御装置５４０は、自動排土制御を終了する。
　ここで、図６を用いて、自動排土制御時の作業機械１００の動作について説明する。
　自動排土制御が開始されると、ブーム１１１およびアーム１１２は、掘削完了位置Ｐ１０から位置Ｐ１１へ向けて上昇する。このとき、バケット１１３は、掘削終了時の角度を維持するように駆動する。
　アーム１１２の先端が位置Ｐ１１にくると、旋回体１２０は排土位置Ｐ１３へ向けて旋回を開始する。このとき、アーム１１２の先端は干渉回避位置Ｐ１２の高さに至っていないため、ブーム１１１およびアーム１１２の上昇は継続される。アーム１１２の先端が位置Ｐ１１から干渉回避位置Ｐ１２へ移動する途中で、アーム１１２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２と等しくなるように、ブーム１１１、アーム１１２およびバケット１１３は減速する。
　アーム１１２の先端が干渉回避位置Ｐ１２にくると、作業機１１０の駆動は停止する。一方、旋回体１２０は旋回を継続する。すなわち、干渉回避位置Ｐ１２から排土位置Ｐ１３までの間、アーム１１２の先端は、作業機１１０の駆動によらず、旋回体１２０の旋回のみにより移動する。アーム１１２の先端が位置Ｐ１１から排土位置Ｐ１３へ移動する途中で、アーム１１２の先端の位置が排土位置Ｐ１３と等しくなるように、旋回体１２０は減速する。
　アーム１１２の先端が排土位置Ｐ１３にくると、作業機１１０および旋回体１２０の駆動は停止する。その後、バケット１１３が排土動作を実行する。
　上述の自動排土制御により、作業機械１００は、バケット１１３がすくった土砂を自動的に運搬車両２００に排土することができる。オペレータは、作業機１１０による掘削と、排土指示信号の入力による自動排土制御とを、運搬車両２００の積載量が最大積載量を超えない程度に繰り返し実行する。そして、オペレータは、第２操作装置５３１を操作することで、第２操作装置５３１に発進指示信号を入力する。発進指示信号は、第２操作装置５３１から、管理装置３００に送信される。これによって、管理装置３００が退出経路Ｒ４の領域を含むコース情報を生成する。運搬車両２００は、積込点Ｐ３から発進し、退出経路Ｒ４に沿って走行し、積込場Ａ１から退出する。
《作用・効果》
　第１の実施形態によれば、制御装置５４０は、運搬車両２００が検出した運搬車両２００の位置情報および方位情報に基づいて、土砂を運搬車両２００に積み込むための排土位置を特定する。これにより、制御装置５４０は、オペレータ等によって排土位置の指定を受けることなく、作業機械１００を自動運転させることができる。
　また、第１の実施形態によれば、制御装置５４０は、バケット１１３の掘削完了位置Ｐ１０を特定し、バケット１１３を、掘削完了位置Ｐ１０から排土位置Ｐ１３まで移動させるための操作信号を生成する。これにより、制御装置５４０は、バケット１１３がすくった土砂を自動的に運搬車両２００に排土することができる。
　また、第１の実施形態によれば、制御装置５４０は、バケット１１３が干渉回避位置Ｐ１２を経由するように制御信号を生成する。第１の実施形態に係る干渉回避位置Ｐ１２は、高さが排土位置Ｐ１３と等しく、かつ旋回体１２０の旋回中心からの距離が旋回中心から排土位置Ｐ１３までの距離と等しく、かつバケット１１３の外形を考慮して下方に運搬車両２００が存在しない位置である。これにより、旋回体１２０の旋回によってバケット１１３が運搬車両２００に接触することを確実に防ぐことができる。
〈第２の実施形態〉
　第１の実施形態に係る作業システム１では、作業機械１００は片側積込を行う。すなわち、第１の実施形態によれば、複数の運搬車両２００が１つの走行経路Ｒに基づいて走行することで、１つの積込点Ｐ３に順次運搬車両２００が停止する。これにより、作業機械１００は、積込点Ｐ３に位置する運搬車両２００に順次積込を行う。
　これに対し、第２の実施形態に係る作業システム１では、作業機械１００は両側積込を行う。図９は、第２の実施形態に係る積込場の走行経路の例を示す図である。第２の実施形態においては、２つの走行経路Ｒが設けられることで、作業機械１００の左右両側に積込点Ｐ３が生成される。これにより、作業機械１００が一方の積込点Ｐ３に停車する運搬車両２００に積込作業をしている間、他方の積込点Ｐ３に運搬車両２００を待機させることができる。このように両側積込を行うことで、作業機械１００は、ある積込作業を終えた直後に次の積込作業を開始することができる。なお、第２の実施形態に係る積込場Ａ１は２か所の積込点Ｐ３を有するが、他の実施形態ではこれに限られず、積込場Ａ１が３か所以上の積込点Ｐ３を有していてもよい。
《遠隔運転室の制御装置》
　図１０は、第２の実施形態に係る遠隔運転室の制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
　第２の実施形態に係る制御装置５４０は、第１の実施形態の構成に加え、積込対象決定部５１１１をさらに備える。また、第２の実施形態に係る制御装置５４０のメインメモリ５２００には、運搬車両キュー５２０１の記憶領域が確保される。
　運搬車両キュー５２０１は、積込対象となる運搬車両２００の識別情報を、積込順に格納する。運搬車両２００の識別情報は、運搬車両キュー５２０１の先頭から取り出され（Dequeue）、末尾に追加される（Enqueue）。
　積込対象決定部５１１１は、運搬車両キュー５２０１の先頭から運搬車両２００の識別情報を取り出し、当該識別情報が示す運搬車両２００を、積込対象に決定する。積込対象決定部５１１１は、運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止したときに、当該運搬車両２００の識別情報を運搬車両キュー５２０１の末尾に追加する。
　ここで、第２の実施形態に係る制御装置５４０の動作について説明する。
　図１１は、第２の実施形態に係る無人運搬車の登録方法を示すフローチャートである。
　管理装置３００は、一定時間ごとに運搬車両２００の位置に基づいて、運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止しているか否かを判定する。管理装置３００は、運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止していると判定すると、運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止していることを遠隔運転室５００に通知する。当該通知には、運搬車両２００の識別情報が含まれる。
　遠隔運転室５００の制御装置５４０は、一定時間ごとに図１１に示す処理を実行する。制御装置５４０の運搬車両情報取得部５１０３は、管理装置３００から運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止したことを示す通知を受信したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止したことを示す通知を受信した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、積込対象決定部５１１１は、当該通知に含まれる運搬車両２００の識別情報を運搬車両キュー５２０１の末尾に追加する（ステップＳ１０２）。他方、運搬車両２００が積込点Ｐ３に到達したことを示す通知を受信していない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、積込対象決定部５１１１は、識別情報を運搬車両キュー５２０１に追加しない。
　そして、制御装置５４０の積込対象決定部５１１１は、図７に示すフローチャートのステップＳ４において、運搬車両キュー５２０１の先頭の識別情報を読み出し、排土位置特定部５１０６は、当該識別情報が示す運搬車両２００について、排土位置を特定する。積込対象決定部５１１１は、操作信号入力部５１０４に発進指示信号が入力された場合に、運搬車両キュー５２０１の先頭から識別情報を取り出す。
《作用・効果》
　第２の実施形態に係る制御装置５４０は、複数の積込点Ｐ３のそれぞれに運搬車両２００が存在する場合に、複数の運搬車両２００のうち、積込点Ｐ３に最も早く到着した運搬車両２００に係る排土位置Ｐ１３に基づいて操作信号を生成する。積み込みが完了した運搬車両２００に発信指示信号を送信した後、運搬車両キュー５２０１の先頭の識別情報を読み出し次の運搬車両２００に積み込みを行い、これを繰り返す。これにより、制御装置５４０は、作業機械１００に運搬車両２００の到着順に、積み込み処理をさせることができる。
　これにより、第２の実施形態に係る制御装置５４０は、例えば作業機械１００の旋回角度が最小になるように積込対象を決定する場合と比較して、積込のために運搬車両２００が停止している時間を短くすることができる。
〈他の実施形態〉
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
　例えば、第２の実施形態に係る制御装置５４０は、運搬車両キュー５２０１に格納された情報に基づいて積込対象を決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置５４０は、複数の運搬車両２００の識別情報と、積込対象を示すフラグとを関連付けて記憶するデータベースに基づいて積込対象を決定してもよい。この場合、制御装置５４０は、第２の実施形態と同様に、操作信号入力部５１０４に発進指示信号が入力された場合にフラグを書き換える。
　第２の実施形態に係る制御装置５４０は、複数の積込点Ｐ３のそれぞれに運搬車両２００が存在する場合に、積込点Ｐ３に最も早く到着した運搬車両２００を積込対象に決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置５４０は、複数の積込点Ｐ３のそれぞれに存在する運搬車両２００のうち、現在の積載量が最も多いものを積込対象に決定するなど、任意の方法で積込対象を決定してもよい。
　上述した実施形態に係る作業システム１では、遠隔運転室５００の制御装置５４０が管理装置３００から受信した運搬車両２００の位置情報および方位情報に基づいて自動排土処理の計算および積込対象の決定を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業システム１は、作業機械１００の制御装置１２６が管理装置３００から受信した運搬車両２００の位置情報および方位情報に基づいて自動排土処理の計算および積込対象の決定を行ってもよい。
　上述した実施形態に係る作業システム１では、遠隔運転室５００の制御装置５４０が管理装置３００から受信した運搬車両２００の位置情報および方位情報に基づいて自動排土処理の計算を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業システム１は、積込機械１００の制御装置１２６が管理装置３００から受信した運搬車両２００の位置情報および方位情報に基づいて自動排土処理の計算を行ってもよい。
　上述した実施形態に係る作業機械１００は遠隔操作により操作されるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機械１００は、運転室１２１にオペレータが搭乗してレバーやスイッチを操作するものであってもよい。この場合、作業機械１００の制御装置１２６が、管理装置３００から受信した運搬車両２００の位置情報および方位情報に基づいて自動排土処理の計算および積込対象の決定を行ってもよい。
　また、上述した実施形態では、積込機械１００は管理装置３００を介して運搬車両２００の位置および方位を取得するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、車車間通信により運搬車両２００から運搬車両２００の位置および方位を取得してもよい。
　上述した実施形態に係る作業システム１では、運搬車両２００が積込点Ｐ３で停止したときの位置情報および方位情報に基づいて、排土位置Ｐ１３を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、排土位置Ｐ１３が運搬車両２００の位置情報および方位情報ではなく積込点Ｐ３の位置に基づいて特定されてもよい。この場合、作業システム１は、運搬車両２００が停止する前に積込点Ｐ３を特定することができる。
　なお、上述した実施形態に係る作業システム１では、積込機械１００が積荷として土砂を積み込むが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積荷は、鉱石、砕石、石炭などであってもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置５４０においては、プログラムｐ５がストレージ５３００に格納される場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、プログラムｐ５が通信回線によって制御装置５４０に配信されるものであってもよい。この場合、配信を受けた制御装置５４０が当該プログラムｐ５をメインメモリ５２００に展開し、上記処理を実行する。
　上述した実施形態において、排土位置など自動排土制御をショベル座標系で取り扱ったが、現場座標系で取り扱ってもよい。
　また、プログラムｐ５は、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムｐ５は、上述した機能をストレージ５３００に既に記憶されている他のプログラムｐ５との組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムｐ５との組み合わせで実現するものであってもよい。
　また、制御装置１２６、管理装置３００、および制御装置５４０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部が当該ＰＬＤによって実現されてよい。
　本発明に係る作業機械制御装置は、作業機械の制御のための排土位置を自動的に特定することができる。
１…作業システム、１００…作業機械、２００…運搬車両、３００…管理装置、３１０１…位置方位収集部、３１０２…走行コース生成部、３１０３…転送部、３３０１…走行経路記憶部、３３０２…位置方位記憶部、５００…遠隔運転室、５１０…運転席、５２０…表示装置、５３０…操作装置、５４０…制御装置、５１０１…積込車両情報取得部、５１０２…表示制御部、５１０３…運搬車両情報取得部、５１０４…操作信号入力部、５１０５…バケット位置特定部、５１０６…排土位置特定部、５１０７…回避位置特定部、５１０８…旋回タイミング特定部、５１０９…操作信号生成部、５１１０…操作信号出力部、５１１１…積込対象決定部

Claims (5)

  1. 　旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える作業機械を制御する作業機械制御装置であって、
    　無人運搬車が検出した前記無人運搬車の位置情報および方位情報を取得する運搬車情報取得部と、
    　前記位置情報および前記方位情報に基づいて、積荷を前記無人運搬車に積み込むための排土位置を特定する排土位置特定部と
    　を備える作業機械制御装置。
  2. 　前記バケットを前記排土位置まで移動させる排土指示信号が入力されたときの前記バケットの位置を特定するバケット位置特定部と、
    　前記バケットを、前記特定した位置から前記排土位置まで移動させるための操作信号を生成する操作信号生成部と、
    　を備える請求項１に記載の作業機械制御装置。
  3. 　高さが前記排土位置と等しく、かつ前記旋回体の旋回中心からの距離が前記旋回中心から前記排土位置までの距離と等しく、かつ下方に前記無人運搬車が存在しない位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部を備え、
    　前記操作信号生成部は、前記バケットが前記干渉回避位置を経由するように前記操作信号を生成する
    　請求項２に記載の作業機械制御装置。
  4. 　少なくとも２台の無人運搬車が複数個所に設定された積込点のうち少なくとも２か所の積込点のそれぞれに存在する場合に、前記少なくとも２台の無人運搬車のうち１台の無人運搬車を積込対象に決定する積込対象決定部を備え、
    　前記操作信号生成部は、積込対象の前記無人運搬車が発進するまで、当該無人運搬車に係る前記排土位置に基づいて前記操作信号を生成する
    　請求項２または請求項３に記載の作業機械制御装置。
  5. 　旋回中心まわりに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える作業機械の制御方法であって、
    　無人運搬車が検出した前記無人運搬車の位置情報および方位情報を取得するステップと、
    　前記位置情報および前記方位情報に基づいて、積荷を前記無人運搬車に積み込むための排土位置へ前記バケットを移動させるための操作信号を出力するステップと
    　を備える制御方法。
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