WO2019150615A1 - 積込機械の制御装置および制御方法 - Google Patents

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WO2019150615A1
WO2019150615A1 PCT/JP2018/030170 JP2018030170W WO2019150615A1 WO 2019150615 A1 WO2019150615 A1 WO 2019150615A1 JP 2018030170 W JP2018030170 W JP 2018030170W WO 2019150615 A1 WO2019150615 A1 WO 2019150615A1
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loading
bucket
operation signal
turning
arm
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知樹 根田
雄祐 西郷
立太 奥脇
一尋 畠
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株式会社小松製作所
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool

Definitions

  • the present invention relates to a control device and a control method for a loading machine.
  • Patent Document 1 discloses a technique related to automatic loading control of a loading machine.
  • Automatic loading control is a control that moves the bucket to the loading point when the control device accepts designation of the loading point from the operator of the loading machine and the control device controls the operation of the swivel and work implement. It is.
  • the objective of this invention is providing the control apparatus and control method of a loading machine which control the stop of automatic loading in view of the position of loading object.
  • a loading machine control device controls a loading machine including a turning body that turns around a turning center, and a work machine that is attached to the turning body and has a bucket.
  • a movement processing unit that generates an operation signal for the working machine and the swivel body for moving the bucket to a loading point based on an instruction to start automatic movement of the bucket, and automatic movement of the bucket
  • a stop processing unit for further generating an operation signal for retracting the work implement when the swing of the swinging body is braked based on the stop instruction and the height of the bucket is lower than the loading point.
  • control device of the loading machine can appropriately control the stop of the automatic loading in view of the position of the loading target.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the loading machine according to the first embodiment.
  • the loading machine 100 is a working machine that loads earth and sand into a transport vehicle or the like.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment is a hydraulic excavator.
  • the loading machine 100 according to another embodiment may be a loading machine other than a hydraulic excavator.
  • the loading machine 100 shown in FIG. 1 is a face shovel, a backhoe shovel and a rope shovel may be sufficient.
  • the loading machine 100 includes a traveling body 110, a revolving body 120 supported by the traveling body 110, and a work machine 130 that is operated by hydraulic pressure and supported by the revolving body 120.
  • the swivel body 120 is supported so as to be turnable about the turning center.
  • the work implement 130 includes a boom 131, an arm 132, a bucket 133, a boom cylinder 134, an arm cylinder 135, a bucket cylinder 136, a boom angle sensor 137, an arm angle sensor 138, and a bucket angle sensor 139.
  • the base end portion of the boom 131 is attached to the swing body 120 via a pin.
  • the arm 132 connects the boom 131 and the bucket 133.
  • the proximal end portion of the arm 132 is attached to the distal end portion of the boom 131 via a pin.
  • the bucket 133 includes a blade for excavating earth and sand and a container for accommodating the excavated earth and sand.
  • the proximal end portion of the bucket 133 is attached to the distal end portion of the arm 132 via a pin.
  • the boom cylinder 134 is a hydraulic cylinder for operating the boom 131.
  • a base end portion of the boom cylinder 134 is attached to the swing body 120.
  • the tip of the boom cylinder 134 is attached to the boom 131.
  • the arm cylinder 135 is a hydraulic cylinder for driving the arm 132.
  • a base end portion of the arm cylinder 135 is attached to the boom 131.
  • the tip of the arm cylinder 135 is attached to the arm 132.
  • the bucket cylinder 136 is a hydraulic cylinder for driving the bucket 133.
  • a base end portion of the bucket cylinder 136 is attached to the boom 131.
  • the tip of the bucket cylinder 136 is attached to the bucket 133.
  • the boom angle sensor 137 is attached to the boom 131 and detects the tilt angle of the boom 131.
  • the arm angle sensor 138 is attached to the arm 132 and detects the tilt angle of the arm 132.
  • Bucket angle sensor 139 is attached to bucket 133 and detects the inclination angle of bucket 133.
  • the boom angle sensor 137, the arm angle sensor 138, and the bucket angle sensor 139 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
  • the angle sensor may detect the relative rotation angle with a potentiometer provided at the base end of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, or the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and The tilt angle may be detected by measuring the cylinder length of the bucket cylinder 136 and converting the cylinder length into an angle.
  • the swivel body 120 is provided with a cab 121. Inside the cab 121, there is a driver seat 122 for an operator to sit on, an operating device 123 for operating the loading machine 100, and a detecting device 124 for detecting the three-dimensional position of an object present in the detection direction. Is provided.
  • the operation device 123 operates in response to the operator's operation, the operation signal of the boom cylinder 134, the operation signal of the arm cylinder 135, the operation signal of the bucket cylinder 136, the turning operation signal to the left and right of the swing body 120, and the traveling body 110 moving forward and backward. Is generated and output to the control device 128.
  • the operation device 123 generates a loading instruction signal for causing the work machine 130 to start automatic loading control and a loading stop instruction signal for stopping automatic loading control in accordance with the operation of the operator. Output to device 128.
  • the loading instruction signal is an example of an instruction to start automatic movement of the bucket 133.
  • the loading stop instruction signal is an example of an instruction to stop the automatic movement of the bucket 133.
  • the operating device 123 is configured by, for example, a lever, an alternate switch, and a pedal.
  • the loading instruction signal and the loading stop instruction signal are generated by operating the alternate switch. For example, when the alternate switch is turned on, a loading instruction signal is output, and when the alternate switch is turned off, a loading stop instruction signal is output.
  • the operation device 123 is disposed in the vicinity of the driver seat 122.
  • the operation device 123 is located within a range that can be operated by the operator when the operator sits on the driver's seat 122.
  • Examples of the detection device 124 include a stereo camera, a laser scanner, and a UWB (Ultra Wide Band) distance measuring device.
  • the detection device 124 is provided so that the detection direction faces the front of the cab 121 of the loading machine 100, for example.
  • the detection device 124 specifies the three-dimensional position of the object in a coordinate system with the position of the detection device 124 as a reference.
  • the loading machine 100 which concerns on 1st Embodiment operate
  • the loading machine 100 according to another embodiment may be operated by transmitting an operation signal or a loading instruction signal by a remote operation of an operator operating outside the loading machine 100.
  • the loading machine 100 includes a position / orientation calculator 125, an inclination measuring device 126, a hydraulic device 127, and a control device 128.
  • the position / orientation calculator 125 calculates the position of the revolving unit 120 and the direction in which the revolving unit 120 faces.
  • the position / orientation calculator 125 includes two receivers that receive positioning signals from the artificial satellites constituting the GNSS. The two receivers are respectively installed at different positions on the revolving unit 120. Based on the positioning signal received by the receiver, the position / orientation calculator 125 detects the position of the representative point (the origin of the shovel coordinate system) of the swivel body 120 in the field coordinate system. The position / orientation calculator 125 uses the positioning signals received by the two receivers to calculate 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.
  • the inclination measuring device 126 measures the acceleration and angular velocity (turning speed) of the turning body 120, and detects the posture (for example, roll angle, pitch angle, yaw angle) of the turning body 120 based on the measurement result.
  • the inclination measuring device 126 is installed on the lower surface of the swivel body 120, for example.
  • an inertial measurement device IMU: Inertial Measurement Unit
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the hydraulic device 127 includes a hydraulic oil tank, a hydraulic pump, and a flow control valve.
  • the hydraulic pump is driven by the power of the engine (not shown), and the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, the bucket cylinder 136, the turning motor (not shown) for rotating the turning body 120, and the traveling body 110 are driven via the flow control valve.
  • the flow control valve has a rod-shaped spool, and adjusts the flow rate of hydraulic oil supplied to the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 according to the position of the spool.
  • the spool is driven based on a control command received from the control device 128. That is, the amount of hydraulic oil supplied to the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 is controlled by the control device 128.
  • the control device 128 receives an operation signal from the operation device 123.
  • the control device 128 drives the work implement 130, the revolving structure 120, or the traveling body 110 based on the received operation signal.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the control device according to the first embodiment.
  • the control device 128 is a computer including a processor 1100, a main memory 1200, a storage 1300, and an interface 1400.
  • the storage 1300 stores a program.
  • the processor 1100 reads the program from the storage 1300, expands it in the main memory 1200, and executes processing according to the program.
  • Examples of the storage 1300 include HDD, SSD, magnetic disk, magneto-optical disk, CD-ROM, DVD-ROM and the like.
  • the storage 1300 may be an internal medium directly connected to the common communication line of the control device 128, or may be an external medium connected to the control device 128 via the interface 1400.
  • the storage 1300 is a tangible storage medium that is not temporary.
  • the processor 1100 executes a vehicle information acquisition unit 1101, a detection information acquisition unit 1102, an operation signal input unit 1103, a bucket position specification unit 1104, a loading position specification unit 1105, an avoidance position specification unit 1106, and a movement processing unit 1107 by executing the program.
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires the turning speed, position and orientation of the turning body 120, the inclination angles of the boom 131, the arm 132 and the bucket 133, the traveling speed of the traveling body 110, and the posture of the turning body 120.
  • vehicle information information related to the loading machine 100 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 is referred to as vehicle information.
  • the detection information acquisition unit 1102 acquires the three-dimensional position information from the detection device 124, and specifies the position and shape of the loading target 200 (for example, a transport vehicle or a hopper).
  • the operation signal input unit 1103 receives an operation signal input from the operation device 123.
  • Boom 131 operation signal, arm 132 operation signal, bucket 133 operation signal, swing body 120 swing operation signal, travel body 110 travel operation signal, and loading instruction signal and loading stop instruction signal of the loading machine 100 Is included.
  • the bucket position specifying unit 1104 calculates the position P of the tip of the arm 132 in the shovel coordinate system and the height Hb from the tip of the arm 132 to the lowest point of the bucket 133. Identify.
  • the lowest point of the bucket 133 means a point having the shortest distance from the ground surface in the outer shape of the bucket 133.
  • the bucket position specifying unit 1104 specifies the position P of the tip of the arm 132 when the input of the loading instruction signal is received as the excavation completion position P10.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a bucket path according to the first embodiment.
  • the bucket position specifying unit 1104 determines the length of the boom 131 based on the tilt angle of the boom 131 and the known length of the boom 131 (the distance from the pin at the proximal end to the pin at the distal end). Obtain the vertical and horizontal components of. Similarly, the bucket position specifying unit 1104 obtains a vertical direction component and a horizontal direction component of the length of the arm 132. The bucket position specifying unit 1104 adds the vertical component sum and the horizontal component sum of the lengths of the boom 131 and the arm 132 in the direction specified from the position and orientation of the loading machine 100 from the position of the loading machine 100.
  • a position that is far away is specified as the position P of the tip of the arm 132 (the position P of the pin at the tip of the arm 132 shown in FIG. 1). Further, the bucket position specifying unit 1104 specifies the lowest point in the vertical direction of the bucket 133 based on the inclination angle of the bucket 133 and the known shape of the bucket 133, and increases the height from the tip of the arm 132 to the lowest point. Hb is specified.
  • the loading position specifying unit 1105 determines the loading position P13 based on the position and shape of the loading target 200 specified by the detection information acquiring unit 1102 when a loading instruction signal is input to the operation signal input unit 1103. Identify.
  • the loading position specifying unit 1105 changes the loading point P21 indicated by the position information of the loading target 200 from the on-site coordinate system to the shovel coordinate system based on the position, orientation, and posture of the revolving structure 120 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101. Convert.
  • the loading position specifying unit 1105 sets a position that is separated from the specified loading point P21 by a distance D1 from the center of the bucket 133 to the tip of the arm 132 in the direction toward the swing body 120 of the loading machine 100.
  • the plane position of P13 is specified.
  • the loading position specifying unit 1105 sets the height Ht of the loading target 200 to the height Hb from the tip of the arm 132 specified by the bucket position specifying unit 1104 to the lowest point of the bucket 133 and the control margin of the bucket 133. Is added to specify the height of the loading position P13.
  • the loading position specifying unit 1105 may specify the loading position P13 without adding the height for the control margin. That is, the loading position specifying unit 1105 may specify the height of the loading position P13 by adding the height Hb to the height Ht.
  • the avoidance position specifying unit 1106 includes the loading position P13 specified by the loading position specifying unit 1105, the position of the loading machine 100 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101, and the loading target 200 specified by the detection information acquisition unit 1102.
  • the interference avoidance position P12 that is a point at which the bucket 133 does not interfere with the loading target 200 is specified based on the position and the shape.
  • the interference avoidance position P12 has the same height as the loading position P13, the distance from the turning center of the turning body 120 is equal to the distance from the turning center to the loading position P13, and the object to be loaded below.
  • the position 200 does not exist.
  • the avoidance position specifying unit 1106 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 loading position P13, and among the positions on the circle, the bucket 133 A position whose outer shape does not interfere with the loading target 200 in plan view and is closest to the loading position P13 is specified as an interference avoidance position P12.
  • the avoidance position specifying unit 1106 can determine whether or not the loading target 200 and the bucket 133 interfere based on the position and shape of the loading target 200 and the known shape of the bucket 133.
  • “the same height” and “the distances are equal” are not necessarily limited to those in which the heights or distances completely coincide with each other, and some errors and margins are allowed.
  • the movement processing unit 1107 receives the loading position P13 specified by the loading position specifying unit 1105 and the interference avoidance position P12 specified by the avoidance position specifying unit 1106. Based on the above, an operation signal for moving the bucket 133 to the loading position P13 is generated. That is, the movement processing unit 1107 generates an operation signal so as to reach the loading position P13 from the excavation completion position P10 via the turning start position P11 and the interference avoidance position P12. Further, the movement processing unit 1107 generates an operation signal for the bucket 133 so that the angle of the bucket 133 does not change even when the boom 131 and the arm 132 are driven.
  • the stop processing unit 1108 is an operation signal for braking the swing body 120 and the work implement 130 when the operation signal input unit 1103 receives an input of a loading stop instruction signal during the movement from Step P10 to Step P13. Is generated. Since the swing body 120 has a greater moment of inertia than the work implement 130, the stop processing unit 1108 works until the swing assembly 120 stops after receiving the loading stop instruction signal or until the work implement 130 reaches a predetermined height. An operation signal for raising the machine 130 is output. Accordingly, the stop processing unit 1108 can prevent the work implement 130 from coming into contact with the loading target 200 due to turning due to the inertia of the turning body 120 after receiving the input of the loading stop instruction signal.
  • the operation signal output unit 1109 outputs the operation signal input to the operation signal input unit 1103, the operation signal generated by the movement processing unit 1107, or the operation signal generated by the stop processing unit 1108.
  • FIGS. 4 to 6 are flowcharts showing an automatic loading control method according to the first embodiment.
  • the control device 128 executes automatic loading control shown in FIGS.
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires the position and orientation of the turning body 120, the tilt angles of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, and the attitude and turning speed of the turning body 120 (step S1).
  • the bucket position specifying unit 1104 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 vehicle information acquisition unit 1101 (step S2).
  • the detection information acquisition unit 1102 acquires the three-dimensional position information of the loading target 200 from the detection device 124, and specifies the position and shape of the loading target 200 from the three-dimensional position information (step S3).
  • the bucket position specifying unit 1104 Based on the vehicle information acquired by the vehicle information acquisition unit 1101, the bucket position specifying unit 1104 receives the position P of the tip of the arm 132 when the loading instruction signal is input, and from the tip of the arm 132 to the lowest point of the bucket 133. Is determined (step S4). The bucket position specifying unit 1104 specifies the position P as the excavation completion position P10.
  • the loading position specifying unit 1105 converts the position information of the loading target 200 acquired by the detection information acquiring unit 1102 from the on-site coordinate system to the shovel coordinate system based on the position, orientation, and orientation of the revolving structure 120 acquired in step S1. To do.
  • the loading position specifying unit 1105 specifies the planar position of the loading position P13 based on the position and shape of the loading target 200 specified by the detection information acquisition unit 1102 (step S5). At this time, the loading position specifying unit 1105 sets the height Ht of the loading target 200 to the height Hb from the tip of the arm 132 specified in step S3 to the lowest point of the bucket 133, and the control margin of the bucket 133. Is added to identify the height of the loading position P13 (step S6).
  • the avoidance position specifying unit 1106 specifies the plane distance from the turning center specified in step S2 to the loading position P13 (step S7).
  • the avoidance position specifying unit 1106 is a position that is apart from the turning center by a specified plane distance, and the outer shape of the bucket 133 does not interfere with the loading target 200 in a plan view and is the closest position from the loading position P13.
  • the interference avoidance position P12 is specified (step S8).
  • the operation signal input unit 1103 determines whether or not an input of a loading stop instruction signal has been received from the operator (step S9). That is, the operation signal input unit 1103 determines whether or not the alternate switch is turned off during the automatic loading control.
  • the movement processing unit 1107 determines whether or not the position of the tip of the arm 132 has reached the loading position P13 (step S10).
  • the movement processing unit 1107 determines whether or not the position of the tip of the arm 132 is in the vicinity of the interference avoidance position P12 ( Step S11).
  • the difference between the height of the tip of the arm 132 and the height of the interference avoidance position P12 is less than a predetermined threshold value, or the plane distance from the turning center of the turning body 120 to the tip of the arm 132 and the turning It is determined whether or not the difference from the plane distance from the center to the interference avoidance position P12 is less than a predetermined threshold value.
  • the movement processing unit 1107 receives an operation signal for the boom 131 and the arm 132 that moves the tip of the arm 132 to the interference avoidance position P12. Generate (step S12). At this time, the movement processing unit 1107 generates an operation signal based on the positions and speeds of the boom 131 and the arm 132.
  • the movement processing unit 1107 calculates the sum of the angular velocities of the boom 131 and the arm 132 based on the generated operation signals of the boom 131 and the arm 132, and generates an operation signal for rotating the bucket 133 at the same speed as the sum of the angular velocities. Generate (step S13). Accordingly, the movement processing unit 1107 can generate an operation signal that holds the ground angle of the bucket 133. In another embodiment, the movement processing unit 1107 is configured such that the ground angle of the bucket 133 calculated from the detection values of the boom angle sensor 137, the arm angle sensor 138, and the bucket angle sensor 139 is the ground angle at the start of automatic control. An operation signal for rotating the bucket 133 so as to be equal to may be generated.
  • step S11 When the position of the tip of the arm 132 is in the vicinity of the interference avoidance position P12 (step S11: YES), the movement processing unit 1107 does not generate an operation signal for driving the work implement. That is, operation signals for the boom 131, the arm 132, and the bucket 133 are not generated.
  • the movement processing unit 1107 determines whether or not the turning speed of the turning body 120 is less than a predetermined speed based on the vehicle information acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 (step S14). That is, the movement processing unit 1107 determines whether or not the swing body 120 is turning. When the turning speed of the turning body 120 is less than the predetermined speed (step S14: YES), the movement processing unit 1107 determines that the height of the bucket 133 reaches the height of the interference avoidance position P12 from the height of the excavation completion position P10. The rising time, which is the time of, is specified (step S15).
  • Step S16 it is determined whether or not the tip of the arm 132 passes through the interference avoidance position P12 or a point higher than the interference avoidance position P12 when the turning operation signal is output from the current time.
  • step S16 When the turning operation signal is output from the current time, when the tip of the arm 132 passes the interference avoidance position P12 or a point higher than the interference avoidance position P12 (step S16: YES), the movement processing unit 1107 An operation signal is generated (step S17).
  • step S16: NO the movement processing unit 1107 does not generate the turning operation signal.
  • step S14 When the turning speed of the turning body 120 is equal to or higher than the predetermined speed (step S14: NO), the movement processing unit 1107 stops the arm operation when the output of the turning operation signal is stopped from the current time (when the turning braking is started). It is determined whether or not the tip of 132 will reach the loading position P13 (step S18). The turning body 120 continues to turn due to inertia while decelerating after stopping the output of the turning operation signal, and then stops.
  • the output of the turning operation signal is stopped from the current time, if the tip of the arm 132 reaches the loading position P13 (step S18: YES), the movement processing unit 1107 does not generate a turning operation signal. Thereby, braking of the revolving structure 120 is started.
  • the movement processing unit 1107 displays the turning operation signal. Is generated (step S19).
  • the operation signal output unit 1109 When at least one of the operation signals for the boom 131, the arm 132, and the bucket 133 and the turning operation signal for the revolving structure 120 is generated in the processing from step S10 to step S19, the operation signal output unit 1109 outputs the generated operation signal. It outputs to the hydraulic device 127 (step S20). And the vehicle information acquisition part 1101 acquires vehicle information (step S21). Thereby, the vehicle information acquisition part 1101 can acquire the vehicle information after driving by the output operation signal.
  • the control device 128 returns the process to step S9, and repeatedly generates the operation signal.
  • step S10: YES when the position of the tip of the arm 132 has reached the loading position P13 in step S10 (step S10: YES), the movement processing unit 1107 does not generate an operation signal. Therefore, when the position of the tip of the arm 132 reaches the loading position P13, the work implement 130 and the swing body 120 are stopped.
  • step S10: YES that is, the movement processing unit 1107 has not generated an operation signal in the processing from step S10 to step S19, and the working machine 130 and When the revolving unit 120 is stationary, the movement processing unit 1107 generates an operation signal that causes the bucket 133 to be loaded (step S22).
  • Examples of the operation signal that causes the bucket 133 to be loaded include an operation signal that rotates the bucket 133 in the loading direction, and an operation signal that opens the clamshell when the bucket 133 is a clam bucket.
  • the operation signal output unit 1109 outputs the generated operation signal to the hydraulic device 127 (step S23). Then, the control device 128 ends the automatic loading control.
  • the turning body 120 starts turning toward the loading position P13.
  • the boom 131 and the arm 132 continue to rise.
  • the control device 128 turns.
  • the work implement 130 is also moved in the turning radius direction so that the distance from the center to the tip of the arm 132 is equal to the distance from the turning center to the interference avoidance position P12.
  • the tip of the arm 132 comes to the interference avoidance position P12, the driving of the work machine 130 is stopped.
  • the turning body 120 continues turning. That is, between the interference avoidance position P ⁇ b> 12 and the loading position P ⁇ b> 13, the tip of the arm 132 moves only by turning the swing body 120 without driving the work implement 130. While the tip of the arm 132 moves from the turning start position P11 to the loading position P13, the turning body 120 decelerates so that the position of the tip of the arm 132 becomes equal to the loading position P13.
  • the loading machine 100 can automatically load the earth and sand scooped by the bucket 133 into the loading target 200.
  • the operator repeatedly executes excavation by the work implement 130 and automatic loading control by inputting a loading instruction signal so that the loading amount of the loading target 200 does not exceed the maximum loading amount.
  • Step S9 when the operation signal input unit 1103 receives an input of the loading stop instruction signal in Step S9 (Step S9: YES), the stop processing unit 1108 stops generating the operation signal of the swing body 120 (Step S24). . Thereby, the turning body 120 starts braking.
  • a braking control signal may be output to the braking device. Examples of the braking device include a brake valve provided in the hydraulic device 127 and a friction brake such as a disc brake and a drum brake.
  • the stop processing unit 1108 determines whether or not the turning speed of the turning body 120 is less than a predetermined speed based on the vehicle information acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 (step S25). That is, the stop processing unit 1108 determines whether or not the swing body 120 is turning.
  • step S25 When the turning speed of the turning body 120 is equal to or higher than the predetermined speed (step S25: NO), that is, when the turning body 120 is turning, the stop processing unit 1108 has the height of the tip of the arm 132 at the interference avoidance position P12. It is determined whether it is less than the height (step S26). When the height of the bucket 133 is less than the height of the interference avoidance position P12 (step S26: YES), the stop processing unit 1108 generates an operation signal for raising the boom 131 and the arm 132 (step S27).
  • the movement processing unit 1107 calculates the sum of the angular velocities of the boom 131 and the arm 132 based on the generated operation signals of the boom 131 and the arm 132, and generates an operation signal for rotating the bucket 133 at the same speed as the sum of the angular velocities. Generate (step S28). Then, the operation signal output unit 1109 outputs the operation signal for the work implement 130 generated by the stop processing unit 1108 to the hydraulic device 127 (step S29). That is, the stop processing unit 1108 does not stop the generation of the operation signal of the work implement 130 when the swing body 120 is rotating and the height of the tip of the arm 132 is less than the height of the interference avoidance position P12. .
  • the bucket 133 continues to rise during the rotation of the swing body 120 due to inertia after the operation signal is no longer output. Thereby, it can stop in the state where the front-end
  • the vehicle information acquisition part 1101 acquires vehicle information (step S30). Thereby, the vehicle information acquisition part 1101 can acquire the vehicle information after driving by the output operation signal.
  • the control device 128 returns the process to step S25, and repeatedly executes the automatic loading stop process.
  • step S25 when the turning speed of the turning body 120 is lower than the predetermined speed (step S25: YES), that is, when the turning of the turning body 120 is stopped, the stop processing unit 1108 stops generating the operation signal of the work implement 130. (Step S31). This is because there is no possibility that the work implement 130 hits the loading target 200 by turning because the turning body 120 is stopped. If the height of the tip of the arm 132 is equal to or greater than the height of the interference avoidance position P12 (step S26: NO), the stop processing unit 1108 stops generating the operation signal of the work implement 130 (step S31). This is because, since the bucket 133 has moved to a position higher than the loading target 200, there is no possibility that the work implement 130 hits the loading target 200 even if the swinging body 120 turns.
  • the loading machine 100 When the loading machine 100 according to the first embodiment receives a loading instruction signal, the loading machine 100 generates an operation signal for the work machine 130 and the swinging body 120, and when receiving a loading stop instruction signal, the loading machine 100 rotates the swinging body. Stop generation. At this time, the loading machine 100 further generates an operation signal for raising the work implement 130 when the height of the bucket 133 is lower than the loading point P21. Thereby, when automatic loading is stopped for some reason, the loading machine 100 prevents the work machine 130 from hitting the loading target 200 due to the rotation of the swing body 120 due to inertia after the generation of the operation signal is stopped. Can do.
  • the loading machine 100 stops the generation of the operation signal for raising the work implement 130 when the height of the bucket 133 becomes equal to or higher than the loading point P21. Thereby, the loading machine 100 can stop the working machine 130 promptly after the possibility that the working machine 130 hits the loading target 200 is lost.
  • the loading machine 100 stops the generation of the operation signal for raising the work implement 130 when the turning speed of the turning body 120 becomes lower than a predetermined speed. Thereby, the loading machine 100 can stop the working machine 130 promptly after the possibility that the working machine 130 hits the loading target 200 is lost.
  • the operating device 123 of the loading machine 100 outputs a loading stop instruction signal when the alternate switch is turned off, but is not limited to this in other embodiments.
  • a switch other than the alternate switch may be used.
  • the control device 128 of the loading machine 100 according to another embodiment is determined by an operation other than the switch operation, such as when a turning operation in the direction opposite to the turning direction is performed by the operation device 123 during the automatic loading.
  • a loading stop instruction signal may be generated.
  • the control device 128 may generate a loading stop instruction signal when an operation (for example, a traveling operation) that should not be performed during the automatic loading control is performed. Further, the control device 128 may generate a loading stop instruction signal by determining that the vehicle state is undesirable for the automatic loading control, such as when a failure (not shown) is detected.
  • the control device 128 of the loading machine 100 automatically generates the operation signal of the work implement 130 after receiving the loading stop instruction signal, but is not limited thereto.
  • the operation device 123 may output the operation signal of the work implement 130 by the operation of the operator.
  • the control device 128 works according to the operation signal output from the operation device 123 when the increase speed related to the operation signal output from the operation device 123 is higher than the increase speed related to the operation signal automatically generated. 130 is controlled.
  • the control device 128 operates the work implement 130 according to the automatically generated operation signal. To control.
  • the loading machine 100 which concerns on 1st Embodiment specifies the loading position P13 and the interference avoidance position P12 based on the three-dimensional position of the loading object 200 which the detection apparatus 124 detected, it is not restricted to this. Absent.
  • the loading machine 100 may specify the loading position P13 and the interference avoidance position P12 based on the coordinates of the loading target 200 input by the operator.
  • the control device 128 sets the loading position P13 and the interference avoidance position P12 when the operator inputs the coordinates of the loading target 200 to the input device. You may specify.
  • the loading machine 100 stores a loading operation to the first loading target 200 by an operator's manual operation, and the loading position P13, interference is based on the loading operation.
  • the avoidance position P12 may be specified.
  • the loading machine 100 may specify the loading position P13 and the interference avoidance position P12 based on the position of the known loading target 200.
  • the loading target 200 is a transport vehicle having the own vehicle position specifying function by GNSS
  • the loading machine 100 acquires information indicating the position and direction from the loading target 200 stopped at the loading place, and The loading position P13 and the interference avoidance position P12 may be specified based on the information.
  • the control device 128 raises the work implement 130 in order to retract the work implement 130, but other retraction methods may be used.
  • the working machine 130 may be retracted by raising the working machine 130 or may be retracted by taking the working machine 130 in a contracted posture.
  • the posture in which the working machine 130 is contracted means that the boom 131 is raised and the arm 132 is rotated forward.
  • the posture of the work implement 130 is reduced in the turning radius direction, and the work implement 130 may take this posture to avoid interference with the loading target 200.
  • the control device of the loading machine can appropriately control the stop of automatic loading in view of the position of the loading target.

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Abstract

移動処理部は、バケットの自動移動の開始指示に基づいて、バケットを積込点へ移動させるための作業機および旋回体の操作信号を生成する。停止処理部は、バケットの自動移動の停止指示に基づいて、旋回体の旋回を制動させ、バケットの高さが前記積込点より低い場合に、作業機を退避させる操作信号をさらに生成する。

Description

積込機械の制御装置および制御方法
　本発明は、積込機械の制御装置および制御方法に関する。
　本願は、２０１８年１月３１日に日本に出願された特願２０１８－０１５６２４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には、積込機械の自動積込制御に関する技術が開示されている。自動積込制御とは、制御装置が積込機械のオペレータ等から積込点の指定を受け付け、制御装置が旋回体および作業機の動作を制御することで、バケットを積込点へ移動させる制御である。
特開平９－２５６４０７号公報
　積込機械の自動積込制御中において、障害の発生等が生じた場合など、自動積込制御を停止する必要がある場合がある。このとき、作業機が設けられた旋回体の旋回動作の慣性により、旋回動作を即座に停止できない可能性がある。一方、作業機の上下動作の慣性は作業機が設けられた旋回体の旋回動作の慣性より小さいことから、作業機の動作は、旋回体の旋回動作と比較して早期に停止する。そのため、旋回動作中かつ作業機上昇中に自動積込制御が停止されると、作業機の上昇が停止した状態で、慣性により旋回が続くため、バケットの軌跡が制御での目標軌跡よりも低くなり、バケットと積込対象とが干渉する可能性がある。
　本発明の目的は、積込対象の位置を鑑みて自動積込の停止を制御する積込機械の制御装置および制御方法を提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、積込機械制御装置は、旋回中心回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有する作業機とを備える積込機械を制御する制御装置であって、前記バケットの自動移動の開始指示に基づいて、前記バケットを積込点へ移動させるための前記作業機および前記旋回体の操作信号を生成する移動処理部と、前記バケットの自動移動の停止指示に基づいて、前記旋回体の旋回を制動させ、前記バケットの高さが前記積込点より低い場合に、前記作業機を退避させる操作信号をさらに生成する停止処理部とを備える。
　上記態様によれば、積込機械の制御装置は、積込対象の位置を鑑みて自動積込の停止を適切に制御することができる。
第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る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の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
〈第１の実施形態〉
《積込機械の構成》
　図１は、第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
　積込機械１００は、土砂を運搬車両などへ積込を行う作業機械である。第１の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベル以外の積込機械であってもよい。また図１に示す積込機械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。
　積込機械１００は、走行体１１０と、走行体１１０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１３０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１３０は、ブーム１３１と、アーム１３２と、バケット１３３と、ブームシリンダ１３４と、アームシリンダ１３５と、バケットシリンダ１３６と、ブーム角度センサ１３７と、アーム角度センサ１３８と、バケット角度センサ１３９とを備える。
　ブーム１３１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１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にピンを介して取り付けられる。
　バケット１３３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１３３の基端部は、アーム１３２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１３４は、ブーム１３１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１３４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３４の先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
　アームシリンダ１３５は、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３５の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３５の先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
　バケットシリンダ１３６は、バケット１３３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１３６の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。バケットシリンダ１３６の先端部は、バケット１３３に取り付けられる。
　ブーム角度センサ１３７は、ブーム１３１に取り付けられ、ブーム１３１の傾斜角を検出する。
　アーム角度センサ１３８は、アーム１３２に取り付けられ、アーム１３２の傾斜角を検出する。
　バケット角度センサ１３９は、バケット１３３に取り付けられ、バケット１３３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１３７、アーム角度センサ１３８、およびバケット角度センサ１３９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１３１、アーム１３２およびバケット１３３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１３４、アームシリンダ１３５およびバケットシリンダ１３６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が設けられる。運転室１２１の内部には、オペレータが着座するための運転席１２２、積込機械１００を操作するための操作装置１２３、検出方向に存在する対象物の三次元位置を検出するための検出装置１２４が設けられる。操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて、ブームシリンダ１３４の操作信号、アームシリンダ１３５の操作信号、バケットシリンダ１３６の操作信号、旋回体１２０の左右への旋回操作信号、走行体１１０の前後進のための走行操作信号を生成し、制御装置１２８に出力する。また操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて作業機１３０に自動積込制御を開始させるための積込指示信号、および自動積込制御を停止させるための積込停止指示信号を生成し、制御装置１２８に出力する。積込指示信号は、バケット１３３の自動移動の開始指示の一例である。積込停止指示信号は、バケット１３３の自動移動の停止指示の一例である。操作装置１２３は、例えばレバー、オルタネートスイッチおよびペダルにより構成される。積込指示信号および積込停止指示信号はオルタネートスイッチの操作により生成される。例えば、オルタネートスイッチがＯＮになったときに、積込指示信号が出力され、そのオルタネートスイッチがＯＦＦになったときに、積込停止指示信号が出力される。操作装置１２３は、運転席１２２の近傍に配置される。操作装置１２３は、オペレータが運転席１２２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。
　検出装置１２４の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）測距装置などが挙げられる。検出装置１２４は、例えば検出方向が積込機械１００の運転室１２１の前方を向くように設けられる。検出装置１２４は、対象物の三次元位置を、検出装置１２４の位置を基準とした座標系で特定する。
　なお、第１の実施形態に係る積込機械１００は、運転席１２２に着座するオペレータの操作に従って動作するが、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込機械１００は、積込機械１００の外部で操作するオペレータの遠隔操作によって操作信号や積込指示信号が送信され動作するものであってもよい。
　積込機械１００は、位置方位演算器１２５、傾斜計測器１２６、油圧装置１２７、制御装置１２８を備える。
　位置方位演算器１２５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１２５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１２５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１２５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１２６は、旋回体１２０の加速度および角速度（旋回速度）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１２６は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１２６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１２７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１３４、アームシリンダ１３５、バケットシリンダ１３６、旋回体１２０を回転させる図示しない旋回モータ、および走行体１１０を走行させる図示しない走行モータ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１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６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１２８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１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給される作動油の量は、制御装置１２８によって制御される。
　制御装置１２８は、操作装置１２３から操作信号を受信する。制御装置１２８は、受信した操作信号に基づいて、作業機１３０、旋回体１２０、または走行体１１０を駆動させる。
《制御装置の構成》
　図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
　制御装置１２８は、プロセッサ１１００、メインメモリ１２００、ストレージ１３００、インタフェース１４００を備えるコンピュータである。ストレージ１３００は、プログラムを記憶する。プロセッサ１１００は、プログラムをストレージ１３００から読み出してメインメモリ１２００に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
　ストレージ１３００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等が挙げられる。ストレージ１３００は、制御装置１２８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１４００を介して制御装置１２８に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ１３００は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　プロセッサ１１００は、プログラムの実行により、車両情報取得部１１０１、検出情報取得部１１０２、操作信号入力部１１０３、バケット位置特定部１１０４、積込位置特定部１１０５、回避位置特定部１１０６、移動処理部１１０７、停止処理部１１０８、操作信号出力部１１０９を備える。
　車両情報取得部１１０１は、旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、走行体１１０の走行速度、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する。以下、車両情報取得部１１０１が取得する積込機械１００に係る情報を車両情報とよぶ。
　検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から三次元位置情報を取得し、積込対象２００（例えば、運搬車両やホッパ）の位置および形状を特定する。
　操作信号入力部１１０３は、操作装置１２３から操作信号の入力を受け付ける。ブーム１３１の操作信号、アーム１３２の操作信号、バケット１３３の操作信号、旋回体１２０の旋回操作信号、走行体１１０の走行操作信号、ならびに積込機械１００の積込指示信号および積込停止指示信号が含まれる。
　バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得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１３２の先端の位置Ｐおよびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂを特定する。バケット１３３の最下点とは、バケット１３３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１１０４は、積込指示信号の入力を受け付けたときのアーム１３２の先端の位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０として特定する。図３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１１０４は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム１３１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１３１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１１０４は、アーム１３２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１１０４は、積込機械１００の位置から、積込機械１００の方位および姿勢から特定される方向に、ブーム１３１およびアーム１３２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１３２の先端の位置Ｐ（図１に示すアーム１３２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１１０４は、バケット１３３の傾斜角と既知のバケット１３３の形状とに基づいて、バケット１３３の鉛直方向の最下点を特定し、アーム１３２の先端から最下点までの高さＨｂを特定する。
　積込位置特定部１１０５は、操作信号入力部１１０３に積込指示信号が入力された場合に、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３を特定する。積込位置特定部１１０５は、車両情報取得部１１０１が取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて積込対象２００の位置情報が示す積込点Ｐ２１を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部１１０５は、特定した積込点Ｐ２１から、積込機械１００の旋回体１２０の向く方向にバケット１３３の中心からアーム１３２の先端までの距離Ｄ１だけ離れた位置を、積込位置Ｐ１３の平面位置として特定する。つまり、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に位置するとき、バケット１３３の中心は積込点Ｐ２１に位置することとなる。したがって、制御装置１２８は、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３へ移動するように制御することで、バケット１３３の中心を積込点Ｐ２１に移動させることができる。積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、バケット位置特定部１１０４が特定したアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する。なお、他の実施形態においては、積込位置特定部１１０５は、制御余裕分の高さを加算せずに積込位置Ｐ１３を特定してもよい。すなわち、積込位置特定部１１０５は、高さＨｔに高さＨｂを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定してもよい。
　回避位置特定部１１０６は、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３と、車両情報取得部１１０１が取得した積込機械１００の位置と、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、バケット１３３が積込対象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、積込位置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、当該旋回中心から積込位置Ｐ１３までの距離と等しく、かつ下方に積込対象２００が存在しない位置である。回避位置特定部１１０６は、例えば、旋回体１２０の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と積込位置Ｐ１３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１３３の外形が平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置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１１０６は、積込対象２００の位置および形状、ならびにバケット１３３の既知の形状に基づいて、積込対象２００とバケット１３３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。
　移動処理部１１０７は、操作信号入力部１１０３が積込指示信号の入力を受け付けた場合に、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３、回避位置特定部１１０６が特定した干渉回避位置Ｐ１２に基づいて、バケット１３３を積込位置Ｐ１３まで移動させるための操作信号を生成する。すなわち、移動処理部１１０７は、掘削完了位置Ｐ１０から、旋回開始位置Ｐ１１および干渉回避位置Ｐ１２を経由して、積込位置Ｐ１３に到達するように、操作信号を生成する。また、移動処理部１１０７は、ブーム１３１およびアーム１３２が駆動してもバケット１３３の角度が変化しないように、バケット１３３の操作信号を生成する。
　停止処理部１１０８は、ステップＰ１０からステップＰ１３までの移動の途中で操作信号入力部１１０３が積込停止指示信号の入力を受け付けた場合に、旋回体１２０および作業機１３０を制動させるための操作信号を生成する。旋回体１２０は作業機１３０より慣性モーメントが大きいため、停止処理部１１０８は、積込停止指示信号を受け付けてから旋回体１２０が停止するまで、または作業機１３０が所定高さに達するまで、作業機１３０を上昇させる操作信号を出力する。これにより、停止処理部１１０８は、積込停止指示信号の入力を受け付けた後、旋回体１２０の慣性による旋回によって作業機１３０が積込対象２００に接触することを防ぐことができる。
　操作信号出力部１１０９は、操作信号入力部１１０３に入力された操作信号、移動処理部１１０７が生成した操作信号、または停止処理部１１０８が生成した操作信号を出力する。
《動作》
　積込機械１００のオペレータは、積込機械１００と積込対象２００とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置１２３のオルタネートスイッチをＯＮにする。これにより、操作装置１２３は、積込指示信号を生成し出力する。
　図４－図６は、第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。制御装置１２８は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付けると、図４－図６に示す自動積込制御を実行する。
　車両情報取得部１１０１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、ならびに旋回体１２０の姿勢および旋回速度を取得する（ステップＳ１）。バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１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Ｓ２）。また検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から、積込対象２００の三次元位置情報を取得し、三次元位置情報から積込対象２００の位置および形状を特定する（ステップＳ３）。
　バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、積込指示信号の入力時のアーム１３２の先端の位置Ｐ、およびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂを特定する（ステップＳ４）。バケット位置特定部１１０４は、当該位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０と特定する。
　積込位置特定部１１０５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検出情報取得部１１０２が取得した積込対象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。積込位置特定部１１０５は、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３の平面位置を特定する（ステップＳ５）。このとき、積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、ステップＳ３で特定したアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する（ステップＳ６）。
　回避位置特定部１１０６は、ステップＳ２で特定した旋回中心から積込位置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１１０６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１３３の外形が平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置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）。
　操作信号入力部１１０３は、オペレータから積込停止指示信号の入力を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ９）。つまり、操作信号入力部１１０３は、自動積込制御中にオルタネートスイッチがＯＦＦにされたか否かを判定する。
　積込停止指示信号の入力を受け付けていない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至ったか否かを判定する（ステップＳ１０）。アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っていない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にあるか否かを判定する（ステップＳ１１）。例えば、移動処理部１１０７は、アーム１３２の先端の高さと干渉回避位置Ｐ１２の高さとの差が所定の閾値未満であり、または旋回体１２０の旋回中心からアーム１３２の先端までの平面距離と旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの平面距離との差が所定の閾値未満であるか否かを判定する。アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、アーム１３２の先端を干渉回避位置Ｐ１２まで移動させるブーム１３１およびアーム１３２の操作信号を生成する（ステップＳ１２）。このとき、移動処理部１１０７は、ブーム１３１およびアーム１３２の位置および速度に基づいて、操作信号を生成する。
　また移動処理部１１０７は、生成したブーム１３１およびアーム１３２の操作信号に基づいてブーム１３１およびアーム１３２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１３３を回動させる操作信号を生成する（ステップＳ１３）。これにより、移動処理部１１０７は、バケット１３３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、移動処理部１１０７は、ブーム角度センサ１３７、アーム角度センサ１３８およびバケット角度センサ１３９の検出値より算出されるバケット１３３の対地角度が、自動制御開始時の対地角度と等しくなるようにバケット１３３を回動させる操作信号を生成してもよい。
　アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にある場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、作業機を駆動する操作信号を生成しない。つまり、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号を生成しない。
　移動処理部１１０７は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。すなわち、移動処理部１１０７は、旋回体１２０が旋回中であるか否かを判定する。
　旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満である場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、バケット１３３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Ｓ１５）。バケット１３３の上昇時間に基づいて、現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２または干渉回避位置Ｐ１２より高い点を通過することになるか否かを判定する（ステップＳ１６）。現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２または干渉回避位置Ｐ１２より高い点を通過することになる場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ１７）。
　現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２より低い点を通過することになる場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成しない。
　旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合（旋回の制動を開始した場合）に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達することになるか否かを判定する（ステップＳ１８）。なお、旋回体１２０は、旋回操作信号の出力の停止後、減速しながらも慣性により旋回し続け、その後停止する。現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達することになる場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成しない。これにより、旋回体１２０の制動が開始される。
　他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３より手前で停止することになる場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ１９）。
　ステップＳ１０からステップＳ１９の処理でブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３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１１０９は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２０）。そして、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ２１）。これにより、車両情報取得部１１０１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１２８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Ｓ１０にて、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は操作信号を生成しない。したがって、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至ると、作業機１３０および旋回体１２０は停止する。アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、すなわちステップＳ１０からステップＳ１９の処理で移動処理部１１０７が操作信号を生成しておらず、かつ作業機１３０および旋回体１２０が静止している場合、移動処理部１１０７は、バケット１３３を積込動作させる操作信号を生成する（ステップＳ２２）。バケット１３３を積込動作させる操作信号の例としては、バケット１３３を積込方向に回動させる操作信号や、バケット１３３がクラムバケットである場合におけるクラムシェルを開く操作信号が挙げられる。操作信号出力部１１０９は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２３）。そして、制御装置１２８は、自動積込制御を終了する。
　ここで、図３を用いて、自動積込制御時の積込機械１００の動作について説明する。
　自動積込制御が開始されると、ブーム１３１およびアーム１３２は、掘削完了位置Ｐ１０から旋回開始位置Ｐ１１へ向けて上昇する。このとき、バケット１３３は、掘削終了時の角度を維持するように駆動する。
　アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１にくると、旋回体１２０は積込位置Ｐ１３へ向けて旋回を開始する。このとき、アーム１３２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１３１およびアーム１３２の上昇は継続される。またこのとき、図３に示すように、旋回中心からアーム１３２の先端（位置Ｐ１０ａ、位置Ｐ１０ｂ）までの距離が、旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの距離と異なる場合、制御装置１２８は、旋回中心からアーム１３２の先端までの距離が旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの距離と等しくなるように、作業機１３０を旋回半径方向にも移動させる。アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から干渉回避位置Ｐ１２へ移動する途中で、アーム１３２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１３１、アーム１３２およびバケット１３３は減速する。
　アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２にくると、作業機１３０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から積込位置Ｐ１３までの間、アーム１３２の先端は、作業機１３０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１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から積込位置Ｐ１３へ移動する途中で、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３と等しくなるように、旋回体１２０は減速する。
　アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３にくると、作業機１３０および旋回体１２０の駆動は停止する。その後、バケット１３３が積込動作を実行する。
　上述の自動積込制御により、積込機械１００は、バケット１３３がすくった土砂を自動的に積込対象２００に積込することができる。オペレータは、作業機１３０による掘削と、積込指示信号の入力による自動積込制御とを、積込対象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。
　他方、ステップＳ９において操作信号入力部１１０３が積込停止指示信号の入力を受け付けた場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、停止処理部１１０８は、旋回体１２０の操作信号の生成を停止する（ステップＳ２４）。これにより、旋回体１２０は、制動を始める。なお、積込機械１００が旋回動作を制動させる制動装置を備える場合、操作信号の生成の停止に加え、さらに制動装置に制動制御信号を出力してもよい。制動装置の例としては、油圧装置１２７内部に設けられるブレーキ弁や、ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦ブレーキなどが挙げられる。停止処理部１１０８は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。すなわち、停止処理部１１０８は、旋回体１２０が旋回中であるか否かを判定する。
　旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、すなわち旋回体１２０が旋回中である場合、停止処理部１１０８は、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。バケット１３３の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ未満である場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、停止処理部１１０８は、ブーム１３１およびアーム１３２を上昇させる操作信号を生成する（ステップＳ２７）。また移動処理部１１０７は、生成したブーム１３１およびアーム１３２の操作信号に基づいてブーム１３１およびアーム１３２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１３３を回動させる操作信号を生成する（ステップＳ２８）。
　そして、操作信号出力部１１０９は、停止処理部１１０８が生成した作業機１３０の操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２９）。つまり、停止処理部１１０８は、旋回体１２０が回転しており、かつアーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さ未満である場合に、作業機１３０の操作信号の生成を停止しない。
　これにより、操作信号の出力がなくなった後の慣性による旋回体１２０の回転中、バケット１３３の上昇が継続される。これにより、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２まで上がりきっていない状態で停止し、慣性による旋回体１２０の回転によって作業機１３０が積込対象２００に当たることを防ぐことができる。
　そして、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ３０）。これにより、車両情報取得部１１０１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１２８は、処理をステップＳ２５に戻し、自動積込の停止処理を繰り返し実行する。
　他方、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満である場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、すなわち旋回体１２０の旋回が停止した場合、停止処理部１１０８は、作業機１３０の操作信号の生成を停止する（ステップＳ３１）。これは、旋回体１２０が停止しているために作業機１３０が旋回によって積込対象２００に当たる可能性がなくなったためである。
　また、アーム１３２の先端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Ｓ２６：ＮＯ）、停止処理部１１０８は、作業機１３０の操作信号の生成を停止する（ステップＳ３１）。これは、バケット１３３が積込対象２００より高い位置まで移動していることから、旋回体１２０が旋回したとしても作業機１３０が積込対象２００に当たる可能性がなくなったためである。
《作用・効果》
　第１の実施形態に係る積込機械１００は、積込指示信号を受け付けると作業機１３０および旋回体１２０の操作信号を生成し、積込停止指示信号を受け付けると旋回体を旋回させる操作信号の生成を停止する。このとき、積込機械１００は、バケット１３３の高さが積込点Ｐ２１より低い場合に、作業機１３０を上昇させる操作信号をさらに生成する。これにより、積込機械１００は、何らかの事情で自動積込を停止した場合に、操作信号の生成の停止後、慣性による旋回体１２０の回転によって作業機１３０が積込対象２００に当たることを防ぐことができる。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００は、バケット１３３の高さが積込点Ｐ２１以上の高さになった場合に、作業機１３０を上昇させる操作信号の生成を停止する。これにより、積込機械１００は、作業機１３０が積込対象２００に当たる可能性がなくなった後、速やかに作業機１３０を停止させることができる。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００は、旋回体１２０の旋回速度が所定の速度未満になった場合に、作業機１３０を上昇させる操作信号の生成を停止する。これにより、積込機械１００は、作業機１３０が積込対象２００に当たる可能性がなくなった後、速やかに作業機１３０を停止させることができる。
〈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１の実施形態に係る積込機械１００の操作装置１２３は、オルタネートスイッチのＯＦＦによって積込停止指示信号を出力するが、他の実施形態ではこれに限られない。例えば、オルタネートスイッチ以外のスイッチでも良い。また、他の実施形態に係る積込機械１００の制御装置１２８は操作装置１２３により、自動積込中に旋回方向と逆方向の旋回操作がなされたときなど、スイッチ操作以外の操作で判断して積込停止指示信号を生成してもよい。また制御装置１２８は、自動積込制御中に行うべきでない操作（例えば、走行操作）がなされたときに、積込停止指示信号を生成してもよい。また制御装置１２８は、図示しない障害が検出された場合など、自動積込制御に望ましくない車両状態になることを判断して、積込停止指示信号を生成してもよい。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００の制御装置１２８は、積込停止指示信号を受け付けた後、自動的に作業機１３０の操作信号を生成するが、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において、制御装置１２８が積込停止指示信号を受け付けた後、オペレータの操作により操作装置１２３が作業機１３０の操作信号を出力してもよい。この場合、制御装置１２８は、操作装置１２３が出力する操作信号に係る上昇速度が自動的に生成される操作信号に係る上昇速度より高い場合に、操作装置１２３が出力する操作信号にしたがって作業機１３０を制御する。他方、制御装置１２８は、操作装置１２３が出力する操作信号に係る上昇速度が、自動的に生成される操作信号に係る上昇速度以下である場合、自動的に生成した操作信号にしたがって作業機１３０を制御する。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００は、検出装置１２４が検出した積込対象２００の三次元位置に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定するが、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、オペレータによって入力された積込対象２００の座標に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。積込機械１００が運転席１２２にタッチパネルなどの入力装置を備える場合、オペレータが当該入力装置に積込対象２００の座標を入力することで、制御装置１２８が積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。また例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、オペレータの手動操作による１杯目の積込対象２００への積込操作を記憶し、当該積込操作に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。
　また他の実施形態において、積込対象２００が固定されている場合、積込機械１００は、既知の積込対象２００の位置に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。例えば、積込対象２００がＧＮＳＳによる自車位置特定機能を有する運搬車両である場合、積込機械１００は、積込場所に停車した積込対象２００から位置および方位を示す情報を取得し、当該情報に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。
　また、上述した実施形態においては、制御装置１２８が作業機１３０を退避させるために作業機１３０を上昇させるが、他の退避方法を用いてもよい。例えば、他の実施形態においては、作業機１３０を上昇させることで退避するほか、作業機１３０を縮めた姿勢にすることで退避させてもよい。作業機１３０を縮めた姿勢とは、ブーム１３１を上昇させると共にアーム１３２を手前に回動することをいう。これにより、作業機１３０の姿勢は旋回半径方向に縮んだ姿勢となり、作業機１３０がこの姿勢をとることにより、積込対象２００との干渉を回避するように構成しても良い。
　積込機械の制御装置は、積込対象の位置を鑑みて自動積込の停止を適切に制御することができる。
１００…積込機械　１２０…旋回体　１３０…作業機　１３１…ブーム　１３２…アーム　１３３…バケット　１２３…操作装置　１２４…検出装置　１２８…制御装置　１１０１…車両情報取得部　１１０２…検出情報取得部　１１０３…操作信号入力部　１１０４…バケット位置特定部　１１０５…積込位置特定部　１１０６…回避位置特定部　１１０７…移動処理部　１１０８…停止処理部　１１０９…操作信号出力部　２００…積込対象　Ｐ１０…掘削完了位置　Ｐ１１…旋回開始位置　Ｐ１２…干渉回避位置　Ｐ１３…積込位置　Ｐ２１…積込点

Claims (4)

  1. 　旋回中心回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有する作業機とを備える積込機械を制御する制御装置であって、
    　前記バケットの自動移動の開始指示に基づいて、前記バケットを積込点へ移動させるための前記作業機および前記旋回体の操作信号を生成する移動処理部と、
    　前記バケットの自動移動の停止指示に基づいて、前記旋回体の旋回を制動させ、前記バケットの高さが前記積込点より低い場合に、前記作業機を退避させる操作信号をさらに生成する停止処理部と
    　を備える制御装置。
  2. 　前記停止処理部は、前記バケットの高さが前記積込点以上の高さになった場合に、前記作業機を上昇させる操作信号の生成を停止する
    　請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記停止処理部は、前記旋回体の旋回速度が所定の速度未満になった場合に、前記作業機を上昇させる操作信号の生成を停止する
    　請求項１または請求項２に記載の制御装置。
  4. 　旋回中心回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有する作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
    　前記バケットの自動移動の開始指示を受けた場合に、前記バケットを積込点へ移動させるための前記作業機および前記旋回体の操作信号を生成するステップと、
    　前記バケットの自動移動の停止指示を受けた場合に、前記旋回体の旋回を制動させるステップと、
    　前記バケットの自動移動の停止指示を受け、かつ前記バケットの高さが前記積込点より低い場合に、前記作業機を退避させる操作信号を生成するステップと
    　を備える積込機械の制御方法。
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