WO2020026491A1 - 作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の制御方法 - Google Patents

作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の制御方法 Download PDF

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WO2020026491A1
WO2020026491A1 PCT/JP2019/007692 JP2019007692W WO2020026491A1 WO 2020026491 A1 WO2020026491 A1 WO 2020026491A1 JP 2019007692 W JP2019007692 W JP 2019007692W WO 2020026491 A1 WO2020026491 A1 WO 2020026491A1
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sensor
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traveling
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田中　大輔
達也 志賀
光広 龍満
敦 坂井
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株式会社小松製作所
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    • G01S19/485—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system whereby the further system is an optical system or imaging system

Definitions

  • the present invention relates to a work machine control system, a work machine, and a work machine control method.
  • Unmanned work machines may be used in wide-area work sites such as mines.
  • the position of the work machine is detected by using a Global Navigation Satellite System (GNSS).
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the detection accuracy of the global navigation satellite system is reduced, the operation of the work machine is stopped, and the productivity of the work site may be reduced. Therefore, when the detection accuracy of the global navigation satellite system is high, map data of the work site is created, and when the detection accuracy of the global navigation satellite system decreases, the detection data of the non-contact sensor and the map data are compared.
  • Techniques for estimating the position of a work machine have been proposed.
  • Patent Document 1 discloses a technique related to collation navigation in which a work machine travels based on a collation result between detection data of a non-contact sensor and map data.
  • collation navigation when a work site is a mine, a non-contact sensor provided on a work machine detects a bank provided beside a traveling path of the work machine.
  • the detection accuracy of the global navigation satellite system is high, the position of the work machine is detected by the position sensor of the global navigation satellite system, and based on the detection data of the position sensor and the detection data of the non-contact sensor, map data of the bank is obtained. Created.
  • the detection accuracy of the global navigation satellite system decreases, the position of the work machine is estimated by comparing the detection data of the non-contact sensor that has detected the bank with the map data.
  • the bank is a natural structure, and depending on the shape of the bank, the detection data of the non-contact sensor and the map data may not be properly collated, making it difficult to estimate the position of the work machine with high accuracy.
  • the detection data of the non-contact sensor and the map data may not be properly collated, making it difficult to estimate the position of the work machine with high accuracy.
  • the bank is a natural structure, and the shape of the bank may change due to stormy weather or the like. Even when the leveling operation is performed, the shape of the bank may change. Even when the bank shape (terrain) changes, it may be difficult to estimate the position of the work machine with high accuracy.
  • the object of the embodiments of the present invention is to suppress a decrease in the estimation accuracy of the position of the work machine even when a situation occurs in which the detection data of the non-contact sensor and the map data are not properly collated.
  • a position sensor that detects a position of a work machine traveling on a traveling path, a first non-contact sensor that is provided in the work machine and detects a position of an object around the work machine, A second non-contact sensor that is provided on the work machine and detects a position of an object around the work machine; and creates map data based on detection data of the position sensor and detection data of the first non-contact sensor.
  • a map data generator for comparing the map data with detection data of the first non-contact sensor to calculate a first position of the work machine, and detection data of the second non-contact sensor
  • a second position calculation unit that calculates a second position of the work machine based on the first position and an integrated position determination unit that integrates the first position and the second position to determine an integrated position of the work machine. Preparation work ⁇ control system is provided.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a management system and a work machine according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a work machine and a traveling path according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of the non-contact sensor according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a functional block diagram illustrating the control system of the work machine according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a control method of the work machine according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a control method of the work machine according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control method of the work machine according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a computer system.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a management system 1 and a work machine 2 according to the present embodiment.
  • Work machine 2 is an unmanned vehicle.
  • the unmanned vehicle refers to a work vehicle that travels unmanned based on a control command without being driven by a driver.
  • Work machine 2 travels based on a control command from management system 1.
  • the control command includes traveling condition data.
  • the work machine 2 operates at the work site.
  • the work site is a mine or a quarry.
  • the work machine 2 is a dump truck that travels at a work site and transports a load.
  • a mine is a place or establishment where minerals are mined.
  • a quarry is a place or establishment where stone is mined.
  • the ore or earth and sand excavated in a mine or a quarry is exemplified as the cargo carried to the work machine 2.
  • the management system 1 includes a management device 3 and a communication system 4.
  • the management device 3 includes a computer system and is installed in a control facility 5 at a work site.
  • the control facility 5 has a manager.
  • the communication system 4 performs communication between the management device 3 and the work machine 2.
  • the wireless communication device 6 is connected to the management device 3.
  • the communication system 4 includes a wireless communication device 6.
  • the management device 3 and the work machine 2 perform wireless communication via the communication system 4.
  • the work machine 2 travels on the travel path HL at the work site based on the travel condition data transmitted from the management device 3.
  • the work machine 2 includes a vehicle body 21, a dump body 22 supported by the vehicle body 21, a traveling device 23 supporting the vehicle body 21, a speed sensor 24, a direction sensor 25, an attitude sensor 26, and wireless communication.
  • Device 28 a position sensor 31, a first non-contact sensor 32, a second non-contact sensor 33, a data processing device 10, and a travel control device 40.
  • the vehicle body 21 includes the body frame and supports the dump body 22.
  • the dump body 22 is a member on which a load is loaded.
  • the traveling device 23 includes the wheels 27 and travels on the traveling path HL. Wheels 27 include front wheels 27F and rear wheels 27R. A tire is mounted on the wheel 27.
  • the traveling device 23 has a driving device 23A, a braking device 23B, and a steering device 23C.
  • the drive device 23A generates a driving force for accelerating the work machine 2.
  • Drive device 23A includes an internal combustion engine such as a diesel engine. Note that the driving device 23A may include an electric motor.
  • the driving force generated by the driving device 23A is transmitted to the rear wheel 27R, and the rear wheel 27R rotates. By rotating the rear wheel 27R, the work machine 2 runs by itself.
  • the brake device 23B generates a braking force for decelerating or stopping the work machine 2.
  • the steering device 23C can adjust the traveling direction of the work machine 2.
  • the traveling direction of the work machine 2 includes the direction of the front part of the vehicle body 21.
  • the steering device 23C adjusts the traveling direction of the work machine 2 by steering the front wheels 27F.
  • the speed sensor 24 detects the traveling speed of the work machine 2 when the work machine 2 travels.
  • the detection data of the speed sensor 24 includes traveling speed data indicating the traveling speed of the traveling device 23.
  • the azimuth sensor 25 detects the azimuth of the work machine 2 when the work machine 2 travels.
  • the detection data of the direction sensor 25 includes direction data indicating the direction of the work machine 2.
  • the azimuth of the work machine 2 is the traveling direction of the work machine 2.
  • the direction sensor 25 includes, for example, a gyro sensor.
  • the posture sensor 26 detects the posture angle of the work machine 2 when the work machine 2 travels.
  • the posture angle of the work machine 2 includes a roll angle and a pitch angle.
  • the roll angle refers to an inclination angle of the work machine 2 about a rotation axis extending in the front-rear direction of the work machine 2.
  • the pitch angle refers to an inclination angle of the work machine about a rotation axis extending in the left-right direction of the work machine 2.
  • the detection data of the posture sensor 26 includes posture angle data indicating the posture angle of the work machine 2.
  • the attitude sensor 26 includes, for example, an inertial measurement device (IMU: Inertial ⁇ Measurement ⁇ Unit).
  • the posture angle of the work machine 2 includes the yaw angle of the work machine 2 detected by the direction sensor 25. Note that the yaw angle of the work machine 2 may be detected by the posture sensor 26.
  • the position sensor 31 detects the position of the work machine 2 traveling on the traveling path HL.
  • the detection data of the position sensor 31 includes absolute position data indicating the absolute position of the work machine 2.
  • the absolute position of the work machine 2 is detected using a global navigation satellite system (GNSS: Global Navigation Satellite System).
  • Position sensor 31 includes a GNSS receiver.
  • the global navigation satellite system detects the absolute position of the work machine 2 specified by the latitude, longitude, and altitude coordinate data.
  • the global navigation satellite system detects the absolute position of the work machine 2 defined in the global coordinate system.
  • the global coordinate system is a coordinate system fixed to the earth.
  • the first non-contact sensor 32 detects at least a part of the object around the work machine 2 in a non-contact manner while the work machine 2 travels.
  • the object detected by the first non-contact sensor 32 includes a bank BK (wall surface) provided beside the traveling path HL.
  • the objects detected by the first non-contact sensor 32 include not only the bank BK but also obstacles existing on the traveling path HL on which the work machine 2 travels, and traveling paths HL such as ruts on the traveling path HL. An object that may interfere with the traveling work machine 2 is exemplified.
  • the first non-contact sensor 32 functions as an obstacle sensor that detects an obstacle in front of the work machine 2 in a non-contact manner.
  • the first non-contact sensor 32 scans at least a part of the object around the work machine 2 and detects a relative position with respect to the object.
  • the relative position with respect to the object includes a distance and an azimuth to the object.
  • the first non-contact sensor 32 is provided, for example, at a lower part of a front part of the vehicle body 21.
  • the relative position between the attachment position of the first non-contact sensor 32 attached to the vehicle body 21 and the reference point of the work machine 2 is predetermined known data.
  • the reference point of the work machine 2 can be arbitrarily defined.
  • the reference point of work machine 2 may be defined, for example, at the front of vehicle body 21 or at the center.
  • the reference point of the work machine 2 is defined at the center point of the rear axle that transmits power to the rear wheel 27R.
  • the first non-contact sensor 32 can detect the relative position between the work machine 2 and the object.
  • the detection data of the first non-contact sensor 32 includes relative position data indicating a relative position between the work machine 2 and the object.
  • the first non-contact sensor 32 includes a laser sensor that scans an object with laser light and can detect a relative position between the work machine 2 and each of a plurality of detection points of the object.
  • the second non-contact sensor 33 detects at least a part of an object around the work machine 2 when the work machine 2 travels.
  • the object detected by the second non-contact sensor 33 includes a landmark LM installed beside the traveling path HL.
  • Examples of the object detected by the second non-contact sensor 33 include not only the landmark LM, but also a sign board installed beside the traveling path HL, a vehicle different from the work machine 2, and the like.
  • the second non-contact sensor 33 functions as a landmark sensor that detects, in a non-contact manner, a landmark LM installed beside the traveling path HL in front of the working machine 2 in the traveling direction.
  • the second non-contact sensor 33 scans an object ahead in the traveling direction of the work machine 2 to detect the position of the object.
  • the second non-contact sensor 33 is provided, for example, at a lower part of the front part of the vehicle body 21.
  • the relative position between the mounting position of the second non-contact sensor 33 mounted on the vehicle main body 21 and the reference point of the vehicle main body 21 is predetermined known data.
  • the second non-contact sensor 33 includes a radar sensor that scans an object by radio waves and can detect a relative position between the work machine 2 and the object.
  • an energy wave for scanning an object to detect the object such as a laser beam or a radio wave
  • a detection wave an energy wave for scanning an object to detect the object
  • the wireless communication device 28 wirelessly communicates with the wireless communication device 6 connected to the management device 3.
  • the communication system 4 includes a wireless communication device 28.
  • the data processing device 10 includes a computer system and is disposed on the vehicle body 21.
  • the data processing device 10 processes at least detection data of the position sensor 31 and detection data of the first non-contact sensor 32.
  • the travel control device 40 includes a computer system and is disposed on the vehicle body 21.
  • the traveling control device 40 controls the traveling state of the traveling device 23 of the work machine 2.
  • the travel control device 40 outputs an operation command including an accelerator command for operating the drive device 23A, a brake command for operating the brake device 23B, and a steering command for operating the steering device 23C.
  • Drive device 23A generates a driving force for accelerating work machine 2 based on an accelerator command output from travel control device 40.
  • the brake device 23B generates a braking force for decelerating or stopping the work machine 2 based on a brake command output from the traveling control device 40.
  • the steering device 23C generates a turning force for changing the direction of the front wheels 27F to make the work machine 2 go straight or turn, based on the steering command output from the traveling control device 40.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the work machine 2 and the traveling path HL according to the present embodiment.
  • the traveling path HL leads to a plurality of work sites PA of the mine.
  • the work place PA includes at least one of a loading place PA1 and an unloading place PA2.
  • An intersection IS may be provided on the traveling path HL.
  • the loading area PA1 refers to an area where a loading operation for loading a load on the work machine 2 is performed.
  • a loading machine 7 such as a hydraulic shovel operates.
  • the discharging site PA2 is an area where a discharging operation for discharging a load from the work machine 2 is performed.
  • a crusher 8 is provided in the discharging site PA2.
  • the management device 3 sets the traveling conditions of the work machine 2 on the traveling path HL.
  • the work machine 2 travels on the traveling path HL based on traveling condition data indicating traveling conditions transmitted from the management device 3.
  • the traveling condition data includes the target traveling speed of the work machine 2 and the target traveling course CS. As shown in FIG. 2, the travel condition data includes a plurality of points PI set at intervals on the travel path HL.
  • the point PI indicates a target position of the work machine 2 defined in the global coordinate system. Note that the point PI may be defined in the local coordinate system of the work machine 2.
  • the target traveling speed is set for each of the plurality of points PI.
  • the target traveling course CS is defined by a line connecting a plurality of points PI.
  • a landmark LM is installed beside the traveling path HL.
  • the landmark LM is a position reference member detected by the second non-contact sensor 33.
  • a plurality of landmarks LM are provided at intervals of, for example, 80 [m] or more and 100 [m] or less.
  • the position of the landmark LM is fixed. That is, the landmark LM is a stationary body.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of the first non-contact sensor 32 and the second non-contact sensor 33 according to the present embodiment.
  • Each of the first non-contact sensor 32 and the second non-contact sensor 33 is disposed at a front portion of the vehicle body 21 of the work machine 2.
  • Each of the first non-contact sensor 32 and the second non-contact sensor 33 may be singular or plural.
  • two first non-contact sensors 32 are provided in the work machine 2.
  • Three second non-contact sensors 33 are provided on the work machine 2. Note that five second non-contact sensors 33 may be provided in the work machine 2.
  • a bank BK is provided beside the traveling path HL.
  • the bank BK extends in the traveling direction of the work machine 2 beside the traveling path HL.
  • the landmark LM is installed on the bank BK along the traveling path HL.
  • the bank BK is a natural structure.
  • the landmark LM is an artificial structure.
  • the first non-contact sensor 32 has a launching unit that can emit a detection wave, and a receiving unit that can receive the detection wave.
  • the detection range ARs of the first non-contact sensor 32 is radial.
  • the detection wave of the first non-contact sensor 32 is scanned in a radial detection range ARs.
  • the first non-contact sensor 32 scans the bank BK within the detection range ARs with the detection wave, and acquires point cloud data indicating the three-dimensional shape of the bank BK.
  • the point cloud data is an aggregate of a plurality of detection points on the surface of the bank BK.
  • the detection points include the irradiation points where the detection waves are irradiated on the surface of the bank BK.
  • the first non-contact sensor 32 scans at least a part of the bank BK around the work machine 2 with a detection wave to detect a relative position of each of the plurality of detection points of the bank BK.
  • the second non-contact sensor 33 has a launching unit that can emit a detection wave, and a receiving unit that can receive the detection wave.
  • the detection range AR1 of the second non-contact sensor 33 is radial.
  • the detection wave of the second non-contact sensor 33 is scanned in a radial detection range ARl.
  • the second non-contact sensor 33 scans the landmark LM within the detection range ARl with a detection wave to detect a relative position with respect to the landmark LM.
  • the second non-contact sensor 33 can detect a relative position with respect to the landmark LM.
  • the relative position with respect to the landmark LM includes a relative distance between the work machine 2 and the landmark LM.
  • the landmark LM has a reflecting surface that reflects the detection wave emitted from the second non-contact sensor 33.
  • the reflection intensity (reflectance) of the reflection surface of the landmark LM with respect to the detection wave (radio wave) is higher than the reflection intensity (reflectance) of an object around the landmark LM.
  • the rock around the mine or the bank BK is exemplified as an object around the landmark LM.
  • the second non-contact sensor 33 emits a detection wave forward in the traveling direction of the work machine 2 and receives the detection wave reflected by the object, thereby distinguishing the landmark LM from an object around the landmark LM. Can be detected.
  • the landmark LM only needs to be able to detect the absolute position using the global navigation satellite system, and does not need to have a reflecting surface.
  • FIG. 4 is a functional block diagram illustrating the control system 9 of the work machine 2 according to the present embodiment.
  • the control system 9 includes a data processing device 10 and a travel control device 40. Each of the data processing device 10 and the travel control device 40 can communicate with the management device 3 via the communication system 4.
  • the management device 3 includes a traveling condition generation unit 3A and a communication unit 3B.
  • the traveling condition generation unit 3A generates traveling condition data indicating traveling conditions of the work machine 2.
  • the driving conditions are determined, for example, by an administrator existing in the control facility.
  • the administrator operates an input device connected to the management device 3.
  • the driving condition generation unit 3A generates driving condition data based on input data generated by operating the input device.
  • the communication unit 3B transmits the traveling condition data to the work machine 2.
  • the traveling control device 40 of the work machine 2 acquires the traveling condition data transmitted from the communication unit 3B via the communication system 4.
  • the data processing device 10 includes a map data creation unit 11, a map data storage unit 12, a first position calculation unit 13, a second position calculation unit 14, a landmark registration position storage unit 15, an integrated position determination unit 16 And
  • the map data creation unit 11 When the detection accuracy of the global navigation satellite system is satisfied, the map data creation unit 11 generates a map of the work site (bank BK) based on the detection data of the position sensor 31 and the detection data of the first non-contact sensor 32. Create map data.
  • the position sensor 31 detects the absolute position of the work machine 2 and outputs the detected position to the map data creation unit 11.
  • the absolute position of the work machine 2 indicates the absolute position of a reference point defined for the work machine 2.
  • the center point of the rear axle that transmits power to the rear wheel 27R is exemplified as the reference point of the work machine 2.
  • the first non-contact sensor 32 detects a relative position with respect to the bank BK and outputs the detected position to the map data creation unit 11.
  • the map data creation unit 11 creates map data of the bank BK based on the detection data of the position sensor 31 and the detection data of the first non-contact sensor 32.
  • the position sensor 31 outputs a positioning signal indicating that the work machine 2 can be located and a non-positioning signal indicating that the work machine 2 has not been located.
  • the map data storage unit 12 stores the map data created by the map data creation unit 11.
  • the first position calculation unit 13 collates the map data stored in the map data storage unit 12 with the detection data of the first non-contact sensor 32 when the detection accuracy of the global navigation satellite system is insufficient. Then, the position (first position) of the work machine 2 is calculated (estimated).
  • the second position calculating section 14 registers the landmark LM registration position data and the second non-contact sensor 33 stored in the landmark registration position storage section 15.
  • the position (second position) of the work machine 2 is calculated (estimated) on the basis of the detected data.
  • the second non-contact sensor 33 detects the relative position between the second non-contact sensor 33 and the landmark LM.
  • the relative position between the second non-contact sensor 33 and the landmark LM includes the distance and the direction from the second non-contact sensor 33 to the reflection surface of the landmark LM.
  • the landmark registration position storage unit 15 stores the registration position of the landmark LM.
  • the registered position of the landmark LM indicates an absolute position of the landmark LM detected in advance.
  • the landmark LM is set, for example, by a worker beside the traveling path HL. After installing the landmark LM beside the traveling path LM, the worker detects the absolute position of the landmark LM using a position detection device including a GNSS receiver. The operator registers the detected absolute position of the landmark LM in the landmark registration position storage unit 15.
  • the landmark registration position storage unit 15 stores a registration position indicating the absolute position of the landmark LM.
  • the second position calculator 14 calculates a first relative position between the second non-contact sensor 33 and the landmark LM based on the position of the landmark LM detected by the second non-contact sensor 33. Further, the second position calculation unit 14 calculates the absolute position of the reference point of the work machine 2 detected by the position sensor 31, the predetermined attachment position of the second non-contact sensor 33, and the reference point of the work machine 2. The second relative position between the second non-contact sensor 33 and the landmark LM is calculated based on the relative position of the landmark LM and the registered position of the landmark LM stored in the landmark registered position storage unit 15.
  • the attachment position of the second non-contact sensor 33 in the work machine 2 and the relative position between the attachment position of the second non-contact sensor 33 and the reference point of the work machine 2 can be derived from the design data or the specification data of the work machine 2. Is known data.
  • the second position calculator 14 calculates the absolute position of the second non-contact sensor 33 based on the absolute position of the work machine 2 detected by the position sensor 31 and the known mounting position of the second non-contact sensor 33. Can be calculated.
  • the integrated position determination unit 16 integrates the first position of the work machine 2 calculated by the first position calculation unit 13 and the second position of the work machine 2 calculated by the second position calculation unit 14 to perform work. The integrated position of the machine 2 is determined.
  • the integrated position refers to one position determined by combining the first position and the second position.
  • the integrated position is determined between the first position and the second position.
  • the integrated position may be determined at the center between the first position and the second position, may be determined at a position closer to the first position than the center between the first position and the second position, or may be determined at the first position.
  • the position may be determined to be closer to the second position than the center between the position and the second position. Note that, depending on the location of the work site, there is a case where one of the first position and the second position can be calculated and the other position cannot be calculated. In that case, the integrated position is determined to be the position that can be calculated from the first position and the second position.
  • the traveling control device 40 controls the traveling device 23 so that the work machine 2 travels according to the traveling condition data generated by the management device 3.
  • the travel control device 40 causes the work machine 2 to travel based on at least one of the GNSS travel mode and the external sensor travel mode.
  • the GNSS traveling mode is a traveling mode that is executed when a positioning signal is acquired from the position sensor 31 and the detection accuracy of the absolute position of the work machine 2 detected by the position sensor 31 is high.
  • the external sensor traveling mode is a traveling mode that is performed when a non-positioning signal is acquired from the position sensor 31 and the detection accuracy of the absolute position of the work machine 2 detected by the position sensor 31 is reduced.
  • Examples of causes of a decrease in the detection accuracy of the position sensor 31 include an ionospheric abnormality due to a solar flare, an abnormal communication with the global navigation satellite system, and the like.
  • an ionospheric abnormality due to a solar flare For example, at a work site such as an open pit or an underground mine, the possibility of occurrence of communication abnormality with the global navigation satellite system increases. Also, when there is an obstacle around the work site or around the work site, there is a high possibility that a communication abnormality with the global navigation satellite system will occur.
  • the travel control device 40 acquires the positioning signal from the position sensor 31 and, when determining that the detection accuracy of the absolute position of the work machine 2 detected by the position sensor 31 is high, controls the work machine 2 in the GNSS travel mode. Let it run. In the GNSS travel mode, the travel control device 40 corrects the position of the work machine 2 based on the detected position of the work machine 2 detected by the position sensor 31 and the travel condition data generated by the travel condition generator 3A. Then, the work machine 2 is run.
  • the travel control device 40 acquires the non-positioning signal from the position sensor 31 and, when determining that the detection accuracy of the absolute position of the work machine 2 detected by the position sensor 31 is reduced, sets the work machine in the external sensor travel mode. Run 2 In the external sensor traveling mode, the traveling control device 40 controls the working machine 2 based on the integrated position of the working machine 2 determined by the integrated position determining unit 16 and the traveling condition data generated by the traveling condition generating unit 3A. The work machine 2 is run while correcting the position.
  • the traveling control device 40 controls the traveling device 23 based on the traveling condition data transmitted from the management device 3.
  • the work machine 2 travels on the travel path HL based on dead reckoning navigation.
  • Dead-reckoning navigation refers to navigation in which the current position of the work machine 2 is estimated based on the travel distance and azimuth (amount of change in azimuth) of the work machine 2 from a starting point whose longitude and latitude are known.
  • the moving distance of the work machine 2 is detected by the speed sensor 24.
  • the orientation of the work machine 2 is detected by an orientation sensor 25.
  • the travel control device 40 acquires the detection data of the speed sensor 24 and the detection data of the direction sensor 25, calculates the moving distance and the amount of change in direction of the work machine 2 from a known starting point, and
  • the travel device 23 is controlled while estimating the position.
  • the current position of the work machine 2 estimated based on the detection data of the speed sensor 24 and the detection data of the direction sensor 25 will be appropriately referred to as an estimated position.
  • the travel control device 40 calculates a guessed position of the work machine 2 based on the detection data of the speed sensor 24 and the detection data of the direction sensor 25 so that the work machine 2 travels according to the target travel course CS. , The traveling device 23 is controlled.
  • the travel control device 40 corrects the estimated position of the work machine 2 traveling by dead reckoning navigation.
  • the traveling control device 40 corrects the estimated position of the work machine 2 traveling by dead reckoning based on the detection data of the position sensor 31.
  • the travel control device 40 corrects the estimated position of the work machine 2 traveling by dead reckoning based on the detection data of the integrated position of the work machine 2 determined by the integrated position determination unit 16.
  • GNSS driving mode A method for correcting the estimated position of the work machine 2 in the GNSS traveling mode will be described.
  • the travel control device 40 causes the work machine 2 to travel in the GNSS travel mode.
  • the travel control device 40 corrects the estimated position of the work machine 2 traveling by dead reckoning using the detected position (absolute position) of the work machine 2 detected by the position sensor 31, and Run 2
  • the traveling control device 40 corrects the estimated position of the work machine 2 based on the detection data of the speed sensor 24, the detection data of the direction sensor 25, and the detection data of the position sensor 31.
  • the travel control device 40 controls the travel of the work machine 2 based on the estimated position after the correction so that the work machine 2 travels according to the target travel course CS.
  • GNSS global navigation satellite system
  • the travel control device 40 causes the work machine 2 to travel in the external sensor traveling mode.
  • the traveling control device 40 calculates the estimated position of the work machine 2 traveling by dead reckoning based on the detection data of the first non-contact sensor 32 and the detection data of the second non-contact sensor 33. The work machine 2 is caused to travel while correcting using the work machine 2 and the integrated position.
  • the traveling control device 40 performs the work based on the detection data of the speed sensor 24, the detection data of the direction sensor 25, and the integrated position of the work machine 2 calculated by the data processing device 10.
  • the estimated position of the machine 2 is corrected.
  • the travel control device 40 controls the travel of the work machine 2 based on the estimated position after the correction so that the work machine 2 travels according to the target travel course CS.
  • FIGS. 5, 6, and 7 are flowcharts illustrating the control method of the work machine 2 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for determining the traveling mode of the work machine 2 according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing details of step ST6 shown in FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart showing details of step ST63 shown in FIG.
  • the traveling control device 40 causes the work machine 2 to travel by dead reckoning navigation so as to travel according to the target traveling course CS (step ST1).
  • the travel control device 40 determines whether the detection accuracy of the global navigation satellite system (GNSS) is high based on the detection data of the position sensor 31 (step ST2).
  • GNSS global navigation satellite system
  • Step ST2 when it is determined that the detection accuracy of the global navigation satellite system (GNSS) is high (Step ST2: Yes), the travel control device 40 causes the work machine 2 to travel in the GNSS travel mode (Step ST2). ST3).
  • GNSS global navigation satellite system
  • the map data creating unit 11 creates map data of the bank BK based on the detection data of the position sensor 31 and the detection data of the first non-contact sensor 32. (Step ST4).
  • the position sensor 31 detects the absolute position of the work machine 2
  • the first non-contact sensor 32 detects the relative position with respect to the bank BK.
  • the map data creation unit 11 determines the absolute position of the reference point of the work machine 2, the relative position between the first non-contact sensor 32 and the bank BK, the known mounting position of the first non-contact sensor 32, and the position of the work machine 2. Map data including the absolute position of the bank BK is created based on the position relative to the position of the reference point.
  • the map data created by the map data creation unit 11 is stored in the map data storage unit 12.
  • step ST2 when it is determined that the detection accuracy of the global navigation satellite system (GNSS) is reduced (step ST2: No), the traveling control device 40 causes the work machine 2 to travel in the external sensor traveling mode ( Step ST5).
  • GNSS global navigation satellite system
  • the data processing device 10 calculates an integrated position of the work machine 2 (step ST6).
  • the travel control device 40 causes the work machine 2 to travel based on the integrated position calculated by the data processing device 10.
  • step ST6 ⁇ Method of calculating integrated position>
  • the first position calculation unit 13 collates the detection data of the first non-contact sensor 32 with the map data stored in the map data storage unit 12 to determine the first position of the work machine 2. And the first direction are calculated.
  • the second position calculator 14 determines the second position of the work machine 2 based on the detection data of the second non-contact sensor 33 and the registered position of the landmark LM stored in the landmark registered position storage 15. A second direction is calculated.
  • the first position calculation unit 13 converts the position of the object detected by the first non-contact sensor 32 into a position in the global coordinate system.
  • the second position calculation unit 14 converts the position of the object detected by the second non-contact sensor 33 into a position in the global coordinate system (step ST61).
  • the first position calculation unit 13 extracts detection points related to the bank BK from a plurality of detection points of the object detected by the first non-contact sensor 32 and thins out the detection points.
  • the second position calculation unit 14 extracts and thins out detection points related to the landmark LM from a plurality of detection points of the object detected by the second non-contact sensor 33 (step ST62).
  • the first position calculation unit 13 converts the detection data of the speed sensor 24, the detection data of the direction sensor 25, the detection data of the first non-contact sensor 32, and the map data stored in the map data storage unit 12 by a particle filter.
  • the first position and the first azimuth of the work machine 2 are calculated by integration.
  • the second position calculation unit 14 calculates the detection data of the speed sensor 24, the detection data of the direction sensor 25, the detection data of the second non-contact sensor 33, and the registered position stored in the landmark registered position storage unit 15. Then, the second position and the second direction of the work machine 2 are calculated by integrating with the particle filter (step ST63).
  • the first position calculation unit 13 compares the detection data of the first non-contact sensor 32 with the map data stored in the map data storage unit 12 to calculate the position and orientation of the work machine 2. Due to the calculation cost, the amount of data detected by the first non-contact sensor 32 and the amount of map data are limited, and the true position and orientation of the work machine 2 are instantaneously calculated from the detection data of the first non-contact sensor 32. It is practically difficult to do.
  • the first position calculation unit 13 determines a plurality of particles PA in a range where the work machine 2 is predicted to be present at a certain time based on the detection data of the speed sensor 24 and the detection data of the direction sensor 25. Virtually set, and the positions and orientations of a plurality of particles PA are calculated (step ST631). Note that dead-reckoning navigation may be used to calculate the positions and orientations of the plurality of particles PA.
  • the first position calculation unit 13 calculates the likelihood for each of the plurality of particles (step ST632).
  • the first position calculation unit 13 is predicted when the detection point of the bank BK is detected using the first non-contact sensor 32 from the position and orientation of one particle PA calculated in step ST631.
  • Predicted detection data indicating the detection data of the detection point of the bank BK is calculated.
  • the detection points are represented by a plurality of grids defined in a matrix.
  • the first position calculation unit 13 acquires actual detection data indicating detection data when the first non-contact sensor 32 actually detects the detection point of the bank BK at the specified time.
  • the first position calculator 13 collates the predicted detection data with the actual detection data, and performs likelihood calculation (scoring) for each particle PA from the degree of coincidence.
  • the likelihood (the number of points) increases as the detection point (grid) at which the bank BK is detected in the map data coincides with the detection point (grid) actually detected by the first non-contact sensor 32.
  • Such calculation of the likelihood is performed for each particle, and the calculated likelihood is normalized.
  • the first position calculation unit 13 performs processing such as weighting based on the position and orientation of each particle PA calculated based on the detection data of the first non-contact sensor 32 and the likelihood of each particle, and finally, A first position indicating the final estimated value (expected value) of the position and orientation in which the probability that the work machine 2 is most likely to exist is calculated (step ST633).
  • the first position indicating the final estimated value is not necessarily selected from positions where any of the particles PA existed. According to the above method, the first position calculation unit 13 determines that the detection point at which the bank BK is detected in the map data is the first position of the work machine 2 most similar to the detection point actually detected by the first non-contact sensor 32. And the first orientation (final estimated value).
  • steps ST632 and ST633 are also performed on the detection data of the second non-contact sensor 33. That is, the second position calculation unit 14 virtually assigns the plurality of particles PA to a range where the work machine 2 is predicted to be present at a certain specified time based on the detection data of the speed sensor 24 and the detection data of the direction sensor 25. After setting and calculating the position and orientation of the plurality of particles PA, the likelihood is calculated for each of the plurality of particles PA (step ST634).
  • the second position calculation unit 14 detects a landmark LM that is predicted when a detection point of the landmark LM is detected using the second non-contact sensor 33 based on the position and orientation of one particle PA. Predicted detection data indicating point detection data is calculated. In addition, the second position calculation unit 14 acquires actual detection data indicating detection data when the second non-contact sensor 33 actually detects the detection point of the landmark LM at the specified time. The second position calculation unit 14 collates the predicted detection data with the actual detection data, and calculates likelihood (scores) for each particle PA from the degree of coincidence. The detection point (grid) at which the landmark LM is detected at the registration position stored in the landmark registration position storage unit 15 matches the detection point (grid) actually detected by the second non-contact sensor 33. , The likelihood (point) increases. Such calculation of the likelihood is performed for each particle, and the calculated likelihood is normalized.
  • the second position calculation unit 14 performs processing such as weighting based on the position and orientation of each particle PA calculated based on the detection data of the second non-contact sensor 33 and the likelihood of each particle, and finally, A second position indicating the final estimated value (expected value) of the position and orientation in which the probability that the work machine 2 is most likely to exist is calculated (step ST635).
  • the second position indicating the final estimated value is not necessarily selected from positions where any of the particles PA existed.
  • the second position calculating unit 14 determines that the detection point at which the landmark LM is detected at the registered position is the second point of the work machine 2 most similar to the detection point actually detected by the second non-contact sensor 33. The position and the second orientation (final estimated value) are calculated.
  • the integrated position determination unit 16 integrates the first position of the work machine 2 calculated in step ST633 and the second position of the work machine 2 calculated in step ST635, and determines the integrated position of the work machine 2. (Step ST636).
  • the integrated position determining unit 16 determines the integrated position between, for example, a first position and a second position. Note that, after at least one of the first position and the second position is weighted, the first position and the second position may be integrated.
  • the travel control device 40 is configured to travel according to the target travel course CS based on the integrated position of the work machine 2 determined by the integrated position determination unit 16 in the external sensor travel mode in which the detection accuracy of the position sensor 31 is reduced. The traveling of the work machine 2 is controlled.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of the computer system 1000.
  • the computer system 1000 includes: a processor 1001 such as a CPU (Central Processing Unit); a main memory 1002 including a nonvolatile memory such as a ROM (Read Only Memory) and a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory); It has a storage 1003 and an interface 1004 including an input / output circuit.
  • the above-described functions of the management device 3, the functions of the data processing device 10, and the functions of the travel control device 40 are stored in the storage 1003 as programs.
  • the processor 1001 reads the program from the storage 1003, expands the program in the main memory 1002, and executes the above-described processing according to the program. Note that the program may be distributed to the computer system 1000 via a network.
  • the first position of the work machine 2 calculated by comparing the detection data of the first non-contact sensor 32 with the map data and the first position of the landmark LM that is detected.
  • the integrated position of the work machine 2 is determined by integrating the second position of the work machine 2 calculated from the detection data of the 2 non-contact sensor 33.
  • the position of the work machine 2 traveling by dead reckoning is corrected based on the integrated position of the work machine 2.
  • the first non-contact sensor 32 provided on the work machine 2 detects the bank BK provided beside the traveling path HL of the work machine 2.
  • the position of the work machine 2 is detected by the position sensor 31 of the global navigation satellite system, and based on the detection data of the position sensor 31 and the detection data of the first non-contact sensor 32. , Map data of the bank BK are created.
  • the detection accuracy of the global navigation satellite system decreases, the position of the work machine 2 is estimated by comparing the detection data of the first non-contact sensor 32 that has detected the bank BK with the map data.
  • the bank BK extends in the traveling direction of the work machine 2. When the number of feature points of the bank BK is small, there is a possibility that the detection data of the first non-contact sensor 32 and the map data are not properly collated. As a result, the accuracy of estimating the position of the work machine 2 may be reduced.
  • the detection data of the first non-contact sensor 32 and the map data are collated.
  • the calculated first position is integrated with the second position calculated based on the detection data of the second non-contact sensor 33 that has detected the landmark LM.
  • the landmarks LM are arranged more discretely (for example, at intervals of 100 [m]) than the banks BK, the registered positions of the landmarks LM indicate accurate positions measured by the worker.
  • the bank BK is a natural structure, and its shape may change due to the influence of stormy weather or the like and may have a constant shape with few feature points, whereas the landmark LM is an artificial structure.
  • the shape does not change, and has an appropriate shape and reflection intensity. For this reason, even when the accuracy of the first position calculated by collating the detection data of the first non-contact sensor 32 with the map data is reduced, the second position is integrated with the first position, and the work machine 2 Can be closer to the true position of the work machine 2. Therefore, a decrease in estimation accuracy when estimating the position (integrated position) of the work machine 2 is suppressed.
  • the landmark LM may be installed at the loading site PA1 or may be installed at the dumping site PA2. Further, the landmark LM may be installed at an arbitrary place on the work site.
  • the second non-contact sensor 33 is a radar sensor that detects the landmark LM.
  • the second non-contact sensor 33 may include an image sensor that acquires image data of an object around the work machine 2.
  • the imaging sensor may include, for example, a stereo camera.
  • the second position calculator 14 may calculate the second position of the work machine 2 based on the image data of the image sensor.
  • the integrated position determination unit 16 integrates the first position calculated by comparing the detection data of the first non-contact sensor 32 with the map data, and the second position calculated based on the imaging data, The integrated position of the work machine 2 may be calculated.
  • the management device 3 has the functions of the first position calculation unit 13 and the second position calculation unit 14, and the first position and the second position calculated by the management device 3 are the communication system. 4 to the data processing device 10 of the work machine 2.
  • SYMBOLS 1 Management system, 2 ... Work machine, 3 ... Management device, 3A ... Run condition generation part, 3B ... Communication part, 4 ... Communication system, 5 ... Control facility, 6 ... Wireless communication device, 7 ... Loading machine, 8 ... Crusher, 9 ... Control system, 10 ... Data processing device, 11 ... Map data creation unit, 12 ... Map data storage unit, 13 ... First position calculation unit, 14 ... Second position calculation unit, 15 ...
  • Landmark registration Position storage unit, 16 integrated position determination unit, 21: vehicle body, 22: dump body, 23: traveling device, 23A: drive device, 23B: brake device, 23C: steering device, 24: speed sensor, 25: direction sensor , 26 posture sensor, 27 wheel, 27F front wheel, 27R rear wheel, 28 wireless communication device, 31 position sensor, 32 first non-contact sensor, 33 second non-contact sensor, 40 traveling control Equipment, AR1 ... Range, ARs ... detection range, CS ... the target travel course, HL ... running path, IS ... intersection, LM ... landmark, PA ... workplace, PA1 ... loading site, PA2 ... earth unloading site, PI ... point.

Landscapes

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Abstract

本発明は、非接触センサの検出データとマップデータとが適切に照合されない状況が発生しても、作業機械の位置の推定精度の低下を抑制することを目的とする。 本発明の作業機械の制御システムは、走行路（ＨＬ）を走行する作業機械（２）の位置を検出する位置センサ（３１）と、作業機械に設けられ、作業機械（２）の周囲の物体の位置を検出する第１非接触センサ（３２）及び第２非接触センサ（３３）と、位置センサ（３１）の検出データ及び第１非接触センサ（３２）の検出データに基づいてマップデータを作成するマップデータ作成部（１１）と、マップデータと第１非接触センサ（３２）の検出データとを照合して作業機械（２）の第１位置を算出する第１位置算出部（１３）と、第２非接触センサ（３３）の検出データに基づいて作業機械（２）の第２位置を算出する第２位置算出部（１４）と、第１位置と第２位置とを統合して作業機械（２）の統合位置を決定する統合位置決定部（１６）と、を備える。

Description

作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の制御方法
　本発明は、作業機械の制御システム、作業機械、及び作業機械の制御方法に関する。
　鉱山のような広域の作業現場において、無人で走行する作業機械が使用される場合がある。作業機械の位置は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global　Navigation　Satellite　System）を利用して検出される。全地球航法衛星システムの検出精度が低下すると、作業機械の稼働が停止し、作業現場の生産性が低下する可能性がある。そのため、全地球航法衛星システムの検出精度が高いときに作業現場のマップデータを作成し、全地球航法衛星システムの検出精度が低下したときに非接触センサの検出データとマップデータとを照合して作業機械の位置を推定する技術が提案されている。
国際公開第２０１７／０７２９８０号
　特許文献１には、非接触センサの検出データとマップデータとの照合結果に基づいて作業機械を走行させる照合航法に係る技術が開示されている。照合航法において、作業現場が鉱山である場合、作業機械に設けられている非接触センサは、作業機械の走行路の傍らに設けられた土手を検出する。全地球航法衛星システムの検出精度が高いとき、作業機械の位置が全地球航法衛星システムの位置センサによって検出され、位置センサの検出データ及び非接触センサの検出データに基づいて、土手のマップデータが作成される。全地球航法衛星システムの検出精度が低下したとき、土手を検出した非接触センサの検出データとマップデータとを照合することによって作業機械の位置が推定される。
　非接触センサによる土手の検出点の数（データ数）は多いため、作業機械の位置を高精度に推定することができる。一方、土手は自然構造物であり、土手の形状によっては、非接触センサの検出データとマップデータとが適切に照合されず、作業機械の位置を高精度に推定することが困難となる可能性がある。例えば、一定形状の土手が作業機械の走行方向に長距離に亘って延在する場合、走行方向に関する作業機械の位置を高精度に推定することが困難となる可能性がある。また、土手の形状が一定で特徴点が少ない場合においても、作業機械の位置を高精度に推定することが困難となる可能性がある。
　また、土手は自然構造物であり、荒天等の影響により土手の形状が変化する可能性がある。整地作業が実施された場合においても、土手の形状が変化する可能性がある。土手の形状（地形）が変化した場合においても、作業機械の位置を高精度に推定することが困難となる可能性がある。
　本発明の態様は、非接触センサの検出データとマップデータとが適切に照合されない状況が発生しても、作業機械の位置の推定精度の低下を抑制することを目的とする。
　本発明の態様に従えば、走行路を走行する作業機械の位置を検出する位置センサと、前記作業機械に設けられ、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する第１非接触センサと、前記作業機械に設けられ、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する第２非接触センサと、前記位置センサの検出データ及び前記第１非接触センサの検出データに基づいてマップデータを作成するマップデータ作成部と、前記マップデータと前記第１非接触センサの検出データとを照合して前記作業機械の第１位置を算出する第１位置算出部と、前記第２非接触センサの検出データに基づいて前記作業機械の第２位置を算出する第２位置算出部と、前記第１位置と前記第２位置とを統合して前記作業機械の統合位置を決定する統合位置決定部と、を備える作業機械の制御システムが提供される。
　本発明の態様によれば、照合航法において非接触センサの検出データとマップデータとが適切に照合されない状況が発生しても、作業機械の位置の推定精度の低下を抑制することができる。
図１は、実施形態に係る管理システム及び作業機械の一例を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係る作業機械及び走行路を模式的に示す図である。 図３は、実施形態に係る非接触センサの一例を模式的に示す図である。 図４は、実施形態に係る作業機械の制御システムを示す機能ブロック図である。 図５は、実施形態に係る作業機械の制御方法を示すフローチャートである。 図６は、実施形態に係る作業機械の制御方法を示すフローチャートである。 図７は、実施形態に係る作業機械の制御方法を示すフローチャートである。 図８は、コンピュータシステムの一例を示すブロック図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
［管理システム］
　図１は、本実施形態に係る管理システム１及び作業機械２の一例を模式的に示す図である。作業機械２は、無人車両である。無人車両とは、運転者による運転操作によらずに、制御指令に基づいて無人で走行する作業車両をいう。作業機械２は、管理システム１からの制御指令に基づいて走行する。制御指令は、走行条件データを含む。
　作業機械２は、作業現場において稼働する。本実施形態において、作業現場は、鉱山又は採石場である。作業機械２は、作業現場を走行して積荷を運搬するダンプトラックである。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。採石場とは、石材を採掘する場所又は事業所をいう。作業機械２に運搬される積荷として、鉱山又は採石場において掘削された鉱石又は土砂が例示される。
　管理システム１は、管理装置３と、通信システム４とを備える。管理装置３は、コンピュータシステムを含み、作業現場の管制施設５に設置される。管制施設５に管理者が存在する。通信システム４は、管理装置３と作業機械２との間で通信を実施する。管理装置３に無線通信機６が接続される。通信システム４は、無線通信機６を含む。管理装置３と作業機械２とは、通信システム４を介して無線通信する。作業機械２は、管理装置３から送信された走行条件データに基づいて、作業現場の走行路ＨＬを走行する。
［作業機械］
　作業機械２は、車両本体２１と、車両本体２１に支持されるダンプボディ２２と、車両本体２１を支持する走行装置２３と、速度センサ２４と、方位センサ２５と、姿勢センサ２６と、無線通信機２８と、位置センサ３１と、第１非接触センサ３２と、第２非接触センサ３３と、データ処理装置１０と、走行制御装置４０とを備える。
　車両本体２１は、車体フレームを含み、ダンプボディ２２を支持する。ダンプボディ２２は、積荷が積み込まれる部材である。
　走行装置２３は、車輪２７を含み、走行路ＨＬを走行する。車輪２７は、前輪２７Ｆと後輪２７Ｒとを含む。車輪２７にタイヤが装着される。走行装置２３は、駆動装置２３Ａと、ブレーキ装置２３Ｂと、操舵装置２３Ｃとを有する。
　駆動装置２３Ａは、作業機械２を加速させるための駆動力を発生する。駆動装置２３Ａは、ディーゼルエンジンのような内燃機関を含む。なお、駆動装置２３Ａは、電動機を含んでもよい。駆動装置２３Ａで発生した駆動力が後輪２７Ｒに伝達され、後輪２７Ｒが回転する。後輪２７Ｒが回転することにより、作業機械２は自走する。ブレーキ装置２３Ｂは、作業機械２を減速又は停止させるための制動力を発生する。操舵装置２３Ｃは、作業機械２の走行方向を調整可能である。作業機械２の走行方向は、車両本体２１の前部の向きを含む。操舵装置２３Ｃは、前輪２７Ｆを操舵することによって、作業機械２の走行方向を調整する。
　速度センサ２４は、作業機械２の走行において作業機械２の走行速度を検出する。速度センサ２４の検出データは、走行装置２３の走行速度を示す走行速度データを含む。
　方位センサ２５は、作業機械２の走行において作業機械２の方位を検出する。方位センサ２５の検出データは、作業機械２の方位を示す方位データを含む。作業機械２の方位は、作業機械２の走行方向である。方位センサ２５は、例えばジャイロセンサを含む。
　姿勢センサ２６は、作業機械２の走行において作業機械２の姿勢角度を検出する。作業機械２の姿勢角度は、ロール角及びピッチ角を含む。ロール角とは、作業機械２の前後方向に延在する回転軸を中心とする作業機械２の傾斜角度をいう。ピッチ角とは、作業機械２の左右方向に延在する回転軸を中心とする作業機械の傾斜角度をいう。姿勢センサ２６の検出データは、作業機械２の姿勢角度を示す姿勢角度データを含む。姿勢センサ２６は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial　Measurement　Unit）を含む。
　作業機械２の姿勢角度は、方位センサ２５によって検出される作業機械２のヨー角を含む。なお、作業機械２のヨー角が姿勢センサ２６によって検出されてもよい。
　位置センサ３１は、走行路ＨＬを走行する作業機械２の位置を検出する。位置センサ３１の検出データは、作業機械２の絶対位置を示す絶対位置データを含む。作業機械２の絶対位置は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global　Navigation　Satellite　System）を利用して検出される。位置センサ３１は、ＧＮＳＳ受信機を含む。全地球航法衛星システムは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定される作業機械２の絶対位置を検出する。全地球航法衛星システムにより、グローバル座標系において規定される作業機械２の絶対位置が検出される。グローバル座標系とは、地球に固定された座標系をいう。
　第１非接触センサ３２は、作業機械２の走行において作業機械２の周囲の少なくとも一部の物体を非接触で検出する。第１非接触センサ３２に検出される物体は、走行路ＨＬの傍らに設けられた土手ＢＫ（壁面）を含む。なお、第１非接触センサ３２に検出される物体として、土手ＢＫのみならず、作業機械２が走行する走行路ＨＬに存在する障害物、及び走行路ＨＬの轍のような、走行路ＨＬを走行する作業機械２が干渉する可能性がある物体が例示される。第１非接触センサ３２は、作業機械２の前方の障害物を非接触で検出する障害物センサとして機能する。
　第１非接触センサ３２は、作業機械２の周囲の少なくとも一部の物体を走査して、物体との相対位置を検出する。物体との相対位置は、物体までの距離及び方位を含む。第１非接触センサ３２は、例えば車両本体２１の前部の下部に設けられる。作業機械２のローカル座標系（車体座標系）において、車両本体２１に取り付けられる第１非接触センサ３２の取付け位置と作業機械２の基準点との相対位置は予め決められている既知データである。作業機械２の基準点は、任意に規定することができる。作業機械２の基準点は、例えば車両本体２１の前部に規定されてもよいし中心に規定されてもよい。本実施形態において、作業機械２の基準点は、後輪２７Ｒに動力を伝達するリアアクスルの中心点に規定される。第１非接触センサ３２により第１非接触センサ３２と物体との相対位置が検出されることにより、作業機械２の基準点と物体との相対位置が検出される。すなわち、第１非接触センサ３２は、作業機械２と物体との相対位置を検出可能である。第１非接触センサ３２の検出データは、作業機械２と物体との相対位置を示す相対位置データを含む。本実施形態において、第１非接触センサ３２は、物体をレーザ光で走査して、作業機械２と物体の複数の検出点のそれぞれとの相対位置を検出可能なレーザセンサを含む。
　第２非接触センサ３３は、作業機械２の走行において作業機械２の周囲の少なくとも一部の物体を検出する。第２非接触センサ３３に検出される物体は、走行路ＨＬの傍らに設置されたランドマークＬＭを含む。なお、第２非接触センサ３３に検出される物体として、ランドマークＬＭのみならず、走行路ＨＬの傍らに設置された標識板、及び作業機械２とは別の車両などが例示される。第２非接触センサ３３は、作業機械２の進行方向前方において走行路ＨＬの傍らに設置されたランドマークＬＭを非接触で検出するランドマークセンサとして機能する。
　第２非接触センサ３３は、作業機械２の進行方向前方の物体を走査して、物体の位置を検出する。第２非接触センサ３３は、例えば車両本体２１の前部の下部に設けられる。作業機械２のローカル座標系（車体座標系）において、車両本体２１に取り付けられる第２非接触センサ３３の取付け位置と車両本体２１の基準点との相対位置は予め決められている既知データである。本実施形態において、第２非接触センサ３３は、物体を電波で走査して、作業機械２と物体との相対位置を検出可能なレーダセンサを含む。
　以下の説明においては、レーザ光又は電波のような、物体を検出するために物体を走査するエネルギー波を適宜、検出波、と称する。
　無線通信機２８は、管理装置３に接続された無線通信機６と無線通信する。通信システム４は、無線通信機２８を含む。
　データ処理装置１０は、コンピュータシステムを含み、車両本体２１に配置される。データ処理装置１０は、少なくとも位置センサ３１の検出データ及び第１非接触センサ３２の検出データを処理する。
　走行制御装置４０は、コンピュータシステムを含み、車両本体２１に配置される。走行制御装置４０は、作業機械２の走行装置２３の走行状態を制御する。走行制御装置４０は、駆動装置２３Ａを作動するためのアクセル指令、ブレーキ装置２３Ｂを作動するためのブレーキ指令、及び操舵装置２３Ｃを作動するためのステアリング指令を含む運転指令を出力する。駆動装置２３Ａは、走行制御装置４０から出力されたアクセル指令に基づいて、作業機械２を加速させるための駆動力を発生する。ブレーキ装置２３Ｂは、走行制御装置４０から出力されたブレーキ指令に基づいて、作業機械２を減速又は停止させるための制動力を発生する。操舵装置２３Ｃは、走行制御装置４０から出力されたステアリング指令に基づいて、作業機械２を直進又は旋回させるために前輪２７Ｆの向きを変えるための旋回力を発生する。
［走行路］
　図２は、本実施形態に係る作業機械２及び走行路ＨＬを模式的に示す図である。走行路ＨＬは、鉱山の複数の作業場ＰＡに通じる。作業場ＰＡは、積込場ＰＡ１及び排土場ＰＡ２の少なくとも一方を含む。走行路ＨＬに交差点ＩＳが設けられてもよい。
　積込場ＰＡ１とは、作業機械２に積荷を積載する積込作業が実施されるエリアをいう。積込場ＰＡ１において、油圧ショベルのような積込機７が稼働する。排土場ＰＡ２とは、作業機械２から積荷が排出される排出作業が実施されるエリアをいう。排土場ＰＡ２には、例えば破砕機８が設けられる。
　管理装置３は、走行路ＨＬにおける作業機械２の走行条件を設定する。作業機械２は、管理装置３から送信された走行条件を示す走行条件データに基づいて、走行路ＨＬを走行する。
　走行条件データは、作業機械２の目標走行速度及び目標走行コースＣＳを含む。図２に示すように、走行条件データは、走行路ＨＬに間隔をあけて設定された複数のポイントＰＩを含む。ポイントＰＩは、グローバル座標系において規定される作業機械２の目標位置を示す。なお、ポイントＰＩは、作業機械２のローカル座標系において規定されてもよい。
　目標走行速度は、複数のポイントＰＩのそれぞれに設定される。目標走行コースＣＳは、複数のポイントＰＩを結ぶ線によって規定される。
　走行路ＨＬの傍らにランドマークＬＭが設置される。ランドマークＬＭは、第２非接触センサ３３によって検出される位置基準部材である。ランドマークＬＭは、例えば８０［ｍ］以上１００［ｍ］以下の間隔をあけて複数設置される。ランドマークＬＭの位置は固定される。すなわち、ランドマークＬＭは静止体である。
［非接触センサ］
　図３は、本実施形態に係る第１非接触センサ３２及び第２非接触センサ３３の一例を模式的に示す図である。第１非接触センサ３２及び第２非接触センサ３３のそれぞれは、作業機械２の車両本体２１の前部に配置される。第１非接触センサ３２及び第２非接触センサ３３のそれぞれは、単数でもよいし複数でもよい。本実施形態において、第１非接触センサ３２は、作業機械２に２つ設けられる。第２非接触センサ３３は、作業機械２に３つ設けられる。なお、第２非接触センサ３３は、作業機械２に５つ設けられてもよい。
　走行路ＨＬの傍らに土手ＢＫが設けられる。土手ＢＫは、走行路ＨＬの傍らにおいて、作業機械２の走行方向に延在する。ランドマークＬＭは、走行路ＨＬに沿って、土手ＢＫに設置される。土手ＢＫは、自然構造物である。ランドマークＬＭは、人工構造物である。
　第１非接触センサ３２は、検出波を発射可能な発射部と、検出波を受信可能な受信部とを有する。第１非接触センサ３２の検出範囲ＡＲｓは、放射状である。第１非接触センサ３２の検出波は、放射状の検出範囲ＡＲｓにおいて走査される。第１非接触センサ３２は、検出範囲ＡＲｓ内の土手ＢＫを検出波で走査して、土手ＢＫの３次元形状を示す点群データを取得する。点群データは、土手ＢＫの表面における複数の検出点の集合体である。検出点は、土手ＢＫの表面において検出波が照射された照射点を含む。第１非接触センサ３２は、作業機械２の周囲の少なくとも一部の土手ＢＫを検出波で走査して、土手ＢＫの複数の検出点のそれぞれとの相対位置を検出する。
　第２非接触センサ３３は、検出波を発射可能な発射部と、検出波を受信可能な受信部とを有する。第２非接触センサ３３の検出範囲ＡＲｌは、放射状である。第２非接触センサ３３の検出波は、放射状の検出範囲ＡＲｌにおいて走査される。第２非接触センサ３３は、検出範囲ＡＲｌ内のランドマークＬＭを検出波で走査して、ランドマークＬＭとの相対位置を検出する。検出範囲ＡＲｌ内にランドマークＬＭが配置されることにより、第２非接触センサ３３は、ランドマークＬＭとの相対位置を検出することができる。ランドマークＬＭとの相対位置は、作業機械２とランドマークＬＭとの相対距離を含む。
　ランドマークＬＭは、第２非接触センサ３３から発射された検出波を反射する反射面を有する。検出波（電波）に対するランドマークＬＭの反射面の反射強度（反射率）は、ランドマークＬＭの周囲の物体の反射強度（反射率）よりも高い。ランドマークＬＭの周囲の物体として、鉱山の岩石又は土手ＢＫが例示される。第２非接触センサ３３は、作業機械２の進行方向前方に検出波を発射して、物体で反射した検出波を受信することにより、ランドマークＬＭとランドマークＬＭの周囲の物体とを区別して検出することができる。
　なお、ランドマークＬＭは、全地球航法衛星システムを利用して絶対位置を検出できるものであればよく、反射面を有しなくてもよい。
［制御システム］
　図４は、本実施形態に係る作業機械２の制御システム９を示す機能ブロック図である。制御システム９は、データ処理装置１０と、走行制御装置４０とを有する。データ処理装置１０及び走行制御装置４０のそれぞれは、通信システム４を介して管理装置３と通信可能である。
　管理装置３は、走行条件生成部３Ａと、通信部３Ｂとを有する。走行条件生成部３Ａは、作業機械２の走行条件を示す走行条件データを生成する。走行条件は、例えば管制施設に存在する管理者により決定される。管理者は、管理装置３に接続されている入力装置を操作する。走行条件生成部３Ａは、入力装置が操作されることにより生成された入力データに基づいて、走行条件データを生成する。通信部３Ｂは、走行条件データを作業機械２に送信する。作業機械２の走行制御装置４０は、通信部３Ｂから送信された走行条件データを、通信システム４を介して取得する。
＜データ処理装置＞
　データ処理装置１０は、マップデータ作成部１１と、マップデータ記憶部１２と、第１位置算出部１３と、第２位置算出部１４と、ランドマーク登録位置記憶部１５と、統合位置決定部１６とを有する。
　マップデータ作成部１１は、全地球航法衛星システムの検出精度が充足しているときにおいて、位置センサ３１の検出データ及び第１非接触センサ３２の検出データに基づいて、作業現場（土手ＢＫ）のマップデータを作成する。
　位置センサ３１は、作業機械２の絶対位置を検出して、マップデータ作成部１１に出力する。作業機械２の絶対位置は、作業機械２に規定されている基準点の絶対位置を示す。上述のように、作業機械２の基準点として、後輪２７Ｒに動力を伝達するリアアクスルの中心点が例示される。第１非接触センサ３２は、土手ＢＫとの相対位置を検出して、マップデータ作成部１１に出力する。マップデータ作成部１１は、位置センサ３１の検出データ及び第１非接触センサ３２の検出データに基づいて、土手ＢＫのマップデータを作成する。
　また、位置センサ３１は、作業機械２を測位できたことを示す測位信号と、作業機械２を測位できなかったことを示す非測位信号とを出力する。
　マップデータ記憶部１２は、マップデータ作成部１１において作成されたマップデータを記憶する。
　第１位置算出部１３は、全地球航法衛星システムの検出精度が不足しているときにおいて、マップデータ記憶部１２に記憶されているマップデータと第１非接触センサ３２の検出データとを照合して、作業機械２の位置（第１位置）を算出（推定）する。
　第２位置算出部１４は、全地球航法衛星システムの検出精度が不足しているときにおいて、ランドマーク登録位置記憶部１５に記憶されているランドマークＬＭの登録位置データ及び第２非接触センサ３３の検出データに基づいて、作業機械２の位置（第２位置）を算出（推定）する。
　第２非接触センサ３３は、第２非接触センサ３３とランドマークＬＭとの相対位置を検出する。第２非接触センサ３３とランドマークＬＭとの相対位置は、第２非接触センサ３３からランドマークＬＭの反射面までの距離及び方位を含む。
　ランドマーク登録位置記憶部１５は、ランドマークＬＭの登録位置を記憶する。ランドマークＬＭの登録位置は、予め検出されたランドマークＬＭの絶対位置を示す。ランドマークＬＭは、例えば作業者によって走行路ＨＬの傍らに設置される。ランドマークＬＭを走行路ＬＭの傍らに設置した後、作業者は、ＧＮＳＳ受信機を含む位置検出装置を用いて、ランドマークＬＭの絶対位置を検出する。作業者は、検出されたランドマークＬＭの絶対位置をランドマーク登録位置記憶部１５に登録する。ランドマーク登録位置記憶部１５は、ランドマークＬＭの絶対位置を示す登録位置を記憶する。
　第２位置算出部１４は、第２非接触センサ３３により検出されたランドマークＬＭの位置に基づいて、第２非接触センサ３３とランドマークＬＭとの第１相対位置を算出する。また、第２位置算出部１４は、位置センサ３１により検出された作業機械２の基準点の絶対位置と、予め決められている第２非接触センサ３３の取付け位置と作業機械２の基準点との相対位置と、ランドマーク登録位置記憶部１５に記憶されているランドマークＬＭの登録位置とに基づいて、第２非接触センサ３３とランドマークＬＭとの第２相対位置を算出する。作業機械２における第２非接触センサ３３の取付け位置、及び第２非接触センサ３３の取付け位置と作業機械２の基準点との相対位置は、作業機械２の設計データ又は諸元データから導出可能な既知データである。第２位置算出部１４は、位置センサ３１により検出された作業機械２の絶対位置と、既知である第２非接触センサ３３の取付け位置とに基づいて、第２非接触センサ３３の絶対位置を算出することができる。
　統合位置決定部１６は、第１位置算出部１３において算出された作業機械２の第１位置と、第２位置算出部１４において算出された作業機械２の第２位置とを統合して、作業機械２の統合位置を決定する。
　統合位置とは、第１位置と第２位置とを合わせることにより決定される１つの位置をいう。統合位置は、第１位置と第２位置との間に決定される。統合位置は、第１位置と第２位置との中心に決定されてもよいし、第１位置と第２位置との中心よりも第１位置に近い位置に決定されてもよいし、第１位置と第２位置との中心よりも第２位置に近い位置に決定されてもよい。なお、作業現場の場所によっては、第１位置及び第２位置の一方の位置を算出することができ、他方の位置を算出することができない場合がある。その場合、統合位置は、第１位置及び第２位置のうち算出することができた位置に決定される。
＜走行制御装置＞
　走行制御装置４０は、管理装置３により生成された走行条件データに従って作業機械２が走行するように、走行装置２３を制御する。本実施形態において、走行制御装置４０は、ＧＮＳＳ走行モード及び外界センサ走行モードの少なくとも一方の走行モードに基づいて、作業機械２を走行させる。
　ＧＮＳＳ走行モードは、位置センサ３１から測位信号が取得され、位置センサ３１により検出された作業機械２の絶対位置の検出精度が高精度であるときに実施される走行モードである。外界センサ走行モードは、位置センサ３１から非測位信号が取得され、位置センサ３１により検出された作業機械２の絶対位置の検出精度が低下しているときに実施される走行モードである。
　なお、位置センサ３１の検出精度が低下する原因として、例えば太陽フレアによる電離層異常、及び全地球航法衛星システムとの通信異常等が例示される。例えば、露天掘り又は地下鉱山のような作業現場においては、全地球航法衛星システムとの通信異常が発生する可能性が高くなる。また、作業現場又は作業現場の周囲に障害物が存在する場合も、全地球航法衛星システムとの通信異常が発生する可能性が高くなる。
　走行制御装置４０は、位置センサ３１から測位信号を取得し、位置センサ３１により検出された作業機械２の絶対位置の検出精度が高精度であると判定したとき、ＧＮＳＳ走行モードで作業機械２を走行させる。ＧＮＳＳ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、位置センサ３１により検出される作業機械２の検出位置と、走行条件生成部３Ａにより生成された走行条件データとに基づいて、作業機械２の位置を補正しながら、作業機械２を走行させる。
　走行制御装置４０は、位置センサ３１から非測位信号を取得し、位置センサ３１により検出された作業機械２の絶対位置の検出精度が低下していると判定したとき、外界センサ走行モードで作業機械２を走行させる。外界センサ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、統合位置決定部１６において決定された作業機械２の統合位置と、走行条件生成部３Ａにより生成された走行条件データとに基づいて、作業機械２の位置を補正しながら、作業機械２を走行させる。
［作業機械の走行方法］
　次に、本実施形態に係る作業機械２の走行方法の一例について説明する。走行制御装置４０は、管理装置３から送信された走行条件データに基づいて、走行装置２３を制御する。本実施形態において、作業機械２は、推測航法に基づいて走行路ＨＬを走行する。
　推測航法とは、経度及び緯度が既知の起点からの作業機械２の移動距離及び方位（方位変化量）に基づいて、作業機械２の現在の位置を推測して走行する航法をいう。作業機械２の移動距離は、速度センサ２４により検出される。作業機械２の方位は、方位センサ２５により検出される。走行制御装置４０は、速度センサ２４の検出データ及び方位センサ２５の検出データを取得して、既知の起点からの作業機械２の移動距離及び方位変化量を算出して、作業機械２の現在の位置を推測しながら、走行装置２３を制御する。以下の説明において、速度センサ２４の検出データ及び方位センサ２５の検出データに基づいて推測される作業機械２の現在の位置を適宜、推測位置、と称する。
　推測航法において、走行制御装置４０は、速度センサ２４の検出データ及び方位センサ２５の検出データに基づいて作業機械２の推測位置を算出して、作業機械２が目標走行コースＣＳに従って走行するように、走行装置２３を制御する。
　推測航法において、作業機械２の走行距離が長くなると、速度センサ２４及び方位センサ２５の一方又は両方の検出誤差の蓄積により、作業機械２の推測位置と実際の位置との間に誤差が生じる可能性がある。その結果、作業機械２は、目標走行コースＣＳから逸脱する可能性がある。
　本実施形態において、走行制御装置４０は、推測航法により走行する作業機械２の推測位置を補正する。ＧＮＳＳ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、位置センサ３１の検出データに基づいて、推測航法により走行する作業機械２の推測位置を補正する。外界センサ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、統合位置決定部１６において決定された作業機械２の統合位置の検出データに基づいて、推測航法により走行する作業機械２の推測位置を補正する。
＜ＧＮＳＳ走行モード＞
　ＧＮＳＳ走行モードにおいて作業機械２の推測位置を補正する方法について説明する。全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の検出精度が高精度である場合、走行制御装置４０は、ＧＮＳＳ走行モードで作業機械２を走行させる。ＧＮＳＳ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、推測航法により走行する作業機械２の推測位置を、位置センサ３１により検出された作業機械２の検出位置（絶対位置）を用いて補正しながら、作業機械２を走行させる。
　すなわち、ＧＮＳＳ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、速度センサ２４の検出データと、方位センサ２５の検出データと、位置センサ３１の検出データとに基づいて、作業機械２の推測位置を補正する。走行制御装置４０は、補正後の推測位置に基づいて、作業機械２が目標走行コースＣＳに従って走行するように、作業機械２の走行を制御する。
＜外界センサ走行モード＞
　次に、外界センサ走行モードにおいて作業機械２の推測位置を補正する方法について説明する。全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の検出精度が低下した場合、走行制御装置４０は、外界センサ走行モードで作業機械２を走行させる。外界センサ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、推測航法により走行する作業機械２の推測位置を、第１非接触センサ３２の検出データ及び第２非接触センサ３３の検出データに基づいて算出された作業機械２と統合位置を用いて補正しながら、作業機械２を走行させる。
　すなわち、外界センサ走行モードにおいて、走行制御装置４０は、速度センサ２４の検出データと、方位センサ２５の検出データと、データ処理装置１０により算出された作業機械２の統合位置とに基づいて、作業機械２の推測位置を補正する。走行制御装置４０は、補正後の推測位置に基づいて、作業機械２が目標走行コースＣＳに従って走行するように、作業機械２の走行を制御する。
［制御方法］
　次に、本実施形態に係る作業機械２の制御方法について説明する。図５、図６、及び図７のそれぞれは、本実施形態に係る作業機械２の制御方法を示すフローチャートである。図５は、本実施形態に係る作業機械２の走行モードの決定方法を示すフローチャートである。図６は、図５に示すステップＳＴ６の詳細を示すフローチャートである。図７は、図６に示すステップＳＴ６３の詳細を示すフローチャートである。
＜走行モードの決定方法＞
　図５に示すように、走行制御装置４０は、目標走行コースＣＳに従って走行するように作業機械２を推測航法で走行させる（ステップＳＴ１）。
　走行制御装置４０は、位置センサ３１の検出データに基づいて、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の検出精度が高精度か否かを判定する（ステップＳＴ２）。
　ステップＳＴ２において、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の検出精度が高精度であると判定された場合（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）、走行制御装置４０は、ＧＮＳＳ走行モードで作業機械２を走行させる（ステップＳＴ３）。
　作業機械２がＧＮＳＳ走行モードで走行している状態で、マップデータ作成部１１は、位置センサ３１の検出データ及び第１非接触センサ３２の検出データに基づいて、土手ＢＫのマップデータを作成する（ステップＳＴ４）。
　作業機械２がＧＮＳＳ走行モードで走行している状態で、位置センサ３１は、作業機械２の絶対位置を検出し、第１非接触センサ３２は、土手ＢＫとの相対位置を検出する。マップデータ作成部１１は、作業機械２の基準点の絶対位置と、第１非接触センサ３２と土手ＢＫとの相対位置と、既知である第１非接触センサ３２の取付け位置と作業機械２の基準点の位置との相対位置とに基づいて、土手ＢＫの絶対位置を含むマップデータを作成する。マップデータ作成部１１により作成されたマップデータは、マップデータ記憶部１２に記憶される。
　ステップＳＴ２において、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の検出精度が低下していると判定された場合（ステップＳＴ２：Ｎｏ）、走行制御装置４０は、外界センサ走行モードで作業機械２を走行させる（ステップＳＴ５）。
　作業機械２が外界センサ走行モードで走行するとき、データ処理装置１０は、作業機械２の統合位置を算出する（ステップＳＴ６）。走行制御装置４０は、データ処理装置１０により算出された統合位置に基づいて、作業機械２を走行させる。
＜統合位置の算出方法＞
　次に、図５に示したステップＳＴ６の詳細について、図６を参照しながら説明する。データ処理装置１０において、第１位置算出部１３は、第１非接触センサ３２の検出データと、マップデータ記憶部１２に記憶されているマップデータとを照合して、作業機械２の第１位置及び第１方位を算出する。第２位置算出部１４は、第２非接触センサ３３の検出データと、ランドマーク登録位置記憶部１５に記憶されているランドマークＬＭの登録位置とに基づいて、作業機械２の第２位置及び第２方位を算出する。
　具体的には、第１位置算出部１３は、第１非接触センサ３２により検出された物体の位置をグローバル座標系における位置に座標変換する。同様に、第２位置算出部１４は、第２非接触センサ３３により検出された物体の位置をグローバル座標系における位置に座標変換する（ステップＳＴ６１）。
　第１位置算出部１３は、第１非接触センサ３２により検出された物体の複数の検出点から土手ＢＫに係る検出点を抽出して間引きする。同様に、第２位置算出部１４は、第２非接触センサ３３により検出された物体の複数の検出点からランドマークＬＭに係る検出点を抽出して間引きする（ステップＳＴ６２）。
　第１位置算出部１３は、速度センサ２４の検出データ、方位センサ２５の検出データ、第１非接触センサ３２の検出データ、及びマップデータ記憶部１２に記憶されているマップデータを、パーティクルフィルタにより統合して、作業機械２の第１位置及び第１方位を算出する。また、第２位置算出部１４は、速度センサ２４の検出データ、方位センサ２５の検出データ、第２非接触センサ３３の検出データ、及びランドマーク登録位置記憶部１５に記憶されている登録位置を、パーティクルフィルタにより統合して、作業機械２の第２位置及び第２方位を算出する（ステップＳＴ６３）。
＜パーティクルを用いる位置算出方法＞
　次に、図６に示したステップＳＴ６３の詳細について、図７を参照しながら説明する。第１位置算出部１３は、第１非接触センサ３２の検出データと、マップデータ記憶部１２に記憶されているマップデータとを照合して、作業機械２の位置及び方位を算出する。計算コストの都合上、第１非接触センサ３２の検出データ量及びマップデータのデータ量は有限であり、第１非接触センサ３２の検出データから瞬時に真の作業機械２の位置及び方位を算出することは現実的に難しい。そのため、以下のように、ある規定時点において作業機械２が存在すると予測される範囲に仮想的に設定した複数の候補点（パーティクルＰＡ）を用いることにより、計算コストを抑えた上で真の値に近い作業機械２の位置及び方位を算出するようにしている。
　具体的には、第１位置算出部１３は、速度センサ２４の検出データ及び方位センサ２５の検出データに基づいて、ある規定時点において作業機械２が存在すると予測される範囲に複数のパーティクルＰＡを仮想的に設定し、複数のパーティクルＰＡにおける位置及び方位を算出する（ステップＳＴ６３１）。なお、複数のパーティクルＰＡにおける位置及び方位の算出には、推測航法を用いてもよい。
　次に、第１位置算出部１３は、複数のパーティクルそれぞれについて尤度を算出する（ステップＳＴ６３２）。
　具体的には、第１位置算出部１３は、ステップＳＴ６３１において算出したある１つのパーティクルＰＡの位置及び方位から第１非接触センサ３２を用いて土手ＢＫの検出点を検出したときに予測される土手ＢＫの検出点の検出データを示す予測検出データを算出する。検出点は、マトリクス状に規定された複数のグリッドによって表される。
　また、第１位置算出部１３は、規定時点において第１非接触センサ３２が実際に土手ＢＫの検出点を検出したときの検出データを示す実際検出データを取得する。第１位置算出部１３は、予測検出データと実際検出データとを照合して、その一致度合いから各パーティクルＰＡについて尤度算出（点数付け）を行う。マップデータにおける土手ＢＫが検出されている検出点（グリッド）と、第１非接触センサ３２により実際に検出された検出点（グリッド）とが一致しているほど尤度（点数）が高くなる。このような尤度の算出を各パーティクルについて行い、算出された尤度を正規化する。
　第１位置算出部１３は、第１非接触センサ３２の検出データに基づいて算出された各パーティクルＰＡの位置及び方位と、それぞれのパーティクルの尤度から重みづけ等の処理を行い、最終的に作業機械２が最も存在する確率が高いであろう位置及び方位の最終推定値（期待値）を示す第１位置を算出する（ステップＳＴ６３３）。
　最終推定値を示す第１位置は、必ずしもいずれかのパーティクルＰＡが存在していた位置から選ばれるわけではない。上記手法により、第１位置算出部１３は、マップデータにおける土手ＢＫが検出されている検出点は、第１非接触センサ３２により実際に検出された検出点に最も似る作業機械２の第１位置及び第１方位（最終推定値）を算出する。
　第２非接触センサ３３の検出データについても、ステップＳＴ６３２及びステップＳＴ６３３と同様の処理が実施される。すなわち、第２位置算出部１４は、速度センサ２４の検出データ及び方位センサ２５の検出データに基づいて、ある規定時点において作業機械２が存在すると予測される範囲に複数のパーティクルＰＡを仮想的に設定し、複数のパーティクルＰＡにおける位置及び方位を算出した後、複数のパーティクルそれぞれについて尤度を算出する（ステップＳＴ６３４）。
　具体的には、第２位置算出部１４は、１つのパーティクルＰＡの位置及び方位から第２非接触センサ３３を用いてランドマークＬＭの検出点を検出したときに予測されるランドマークＬＭの検出点の検出データを示す予測検出データを算出する。また、第２位置算出部１４は、規定時点において第２非接触センサ３３が実際にランドマークＬＭの検出点を検出したときの検出データを示す実際検出データを取得する。第２位置算出部１４は、予測検出データと実際検出データとを照合して、その一致度合いから各パーティクルＰＡについて尤度算出（点数付け）を行う。ランドマーク登録位置記憶部１５に記憶されている登録位置におけるランドマークＬＭ検出されている検出点（グリッド）と、第２非接触センサ３３により実際に検出された検出点（グリッド）とが一致しているほど尤度（点数）が高くなる。このような尤度の算出を各パーティクルについて行い、算出された尤度を正規化する。
　第２位置算出部１４は、第２非接触センサ３３の検出データに基づいて算出された各パーティクルＰＡの位置及び方位と、それぞれのパーティクルの尤度から重みづけ等の処理を行い、最終的に作業機械２が最も存在する確率が高いであろう位置及び方位の最終推定値（期待値）を示す第２位置を算出する（ステップＳＴ６３５）。
　最終推定値を示す第２位置は、必ずしもいずれかのパーティクルＰＡが存在していた位置から選ばれるわけではない。上記手法により、第２位置算出部１４は、登録位置におけるランドマークＬＭが検出されている検出点は、第２非接触センサ３３により実際に検出された検出点に最も似る作業機械２の第２位置及び第２方位（最終推定値）を算出する。
　統合位置決定部１６は、ステップＳＴ６３３において算出された作業機械２の第１位置と、ステップＳＴ６３５において算出された作業機械２の第２位置とを統合して、作業機械２の統合位置を決定する（ステップＳＴ６３６）。
　前記統合位置決定部１６は、前記統合位置を例えば第１位置と第２位置との間に決定する。なお、第１位置及び第２位置の少なくとも一方に重みが付けられた後、第１位置と第２位置とが統合されてもよい。
　走行制御装置４０は、位置センサ３１の検出精度が低下した外界センサ走行モードにおいて、統合位置決定部１６により決定された作業機械２の統合位置に基づいて、目標走行コースＣＳに従って走行するように、作業機械２の走行を制御する。
［コンピュータシステム］
　図８は、コンピュータシステム１０００の一例を示すブロック図である。上述の管理装置３、データ処理装置１０、及び走行制御装置４０のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random　Access　Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の管理装置３の機能、データ処理装置１０の機能、及び走行制御装置４０の機能は、プログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、プログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、プログラムに従って上述の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。
［効果］
　以上説明したように、本実施形態によれば、第１非接触センサ３２の検出データとマップデータとを照合することにより算出された作業機械２の第１位置と、ランドマークＬＭを検出した第２非接触センサ３３の検出データから算出された作業機械２の第２位置とが統合されて、作業機械２の統合位置が決定される。位置センサ３１の検出データを用いない外界センサ走行モードにおいては、作業機械２の統合位置に基づいて、推測航法により走行する作業機械２の位置が補正される。
　作業現場が鉱山である場合、作業機械２に設けられている第１非接触センサ３２は、作業機械２の走行路ＨＬの傍らに設けられた土手ＢＫを検出する。全地球航法衛星システムの検出精度が高いとき、作業機械２の位置が全地球航法衛星システムの位置センサ３１によって検出され、位置センサ３１の検出データ及び第１非接触センサ３２の検出データに基づいて、土手ＢＫのマップデータが作成される。全地球航法衛星システムの検出精度が低下したとき、土手ＢＫを検出した第１非接触センサ３２の検出データとマップデータとを照合することによって作業機械２の位置が推定される。土手ＢＫは、作業機械２の走行方向に延在する。土手ＢＫの特徴点が少ない場合、第１非接触センサ３２の検出データとマップデータとが適切に照合されない可能性がある。その結果、作業機械２の位置の推定精度が低下する可能性がある。
　本実施形態によれば、第１非接触センサ３２の検出データとマップデータとが適切に照合されない状況が発生しても、第１非接触センサ３２の検出データとマップデータとを照合することにより算出される第１位置は、ランドマークＬＭを検出した第２非接触センサ３３の検出データに基づいて算出された第２位置と統合される。ランドマークＬＭは土手ＢＫに比べて離散的に（例えば１００［ｍ］間隔で）配置されているものの、ランドマークＬＭの登録位置は、作業者によって計測される正確な位置を示す。また、土手ＢＫは自然構造物であって、荒天等の影響により形状が変化したり特徴点が少ない一定形状であったりする可能性があるのに対し、ランドマークＬＭは人工構造物であるため、形状は変化せず、適切な形状及び反射強度を有する。そのため、第１非接触センサ３２の検出データとマップデータとの照合により算出される第１位置の精度が低下した場合でも、その第１位置に第２位置が統合されることにより、作業機械２の統合位置は、作業機械２の真の位置に近付くことができる。したがって、作業機械２の位置（統合位置）を推定するときの推定精度の低下が抑制される。
［他の実施形態］
　なお、上述の実施形態において、なお、ランドマークＬＭは、積込場ＰＡ１に設置されてもよいし、排土場ＰＡ２に設置されてもよい。また、ランドマークＬＭは、作業現場の任意の場所に設置されてもよい。
　なお、上述の実施形態において、第２非接触センサ３３は、ランドマークＬＭを検出するレーダセンサであることとした。第２非接触センサ３３は、作業機械２の周囲の物体の画像データを取得する撮像センサを含んでもよい。撮像センサは、例えばステレオカメラを含んでもよい。第２位置算出部１４は、撮像センサの撮像データに基づいて、作業機械２の第２位置を算出してもよい。統合位置決定部１６は、第１非接触センサ３２の検出データとマップデータとを照合することにより算出された第１位置と、撮像データに基づいて算出された第２位置とを統合して、作業機械２の統合位置を算出してもよい。
　なお、上述の実施形態において、データ処理装置１０の機能の少なくとも一部が管理装置３に設けられてもよいし、管理装置３の機能の少なくとも一部がデータ処理装置１０及び走行制御装置４０の少なくとも一方に設けられてもよい。例えば、上述の実施形態において、管理装置３が、第１位置算出部１３及び第２位置算出部１４の機能を有し、管理装置３で算出された第１位置及び第２位置が、通信システム４を介して、作業機械２のデータ処理装置１０に送信されてもよい。
　１…管理システム、２…作業機械、３…管理装置、３Ａ…走行条件生成部、３Ｂ…通信部、４…通信システム、５…管制施設、６…無線通信機、７…積込機、８…破砕機、９…制御システム、１０…データ処理装置、１１…マップデータ作成部、１２…マップデータ記憶部、１３…第１位置算出部、１４…第２位置算出部、１５…ランドマーク登録位置記憶部、１６…統合位置決定部、２１…車両本体、２２…ダンプボディ、２３…走行装置、２３Ａ…駆動装置、２３Ｂ…ブレーキ装置、２３Ｃ…操舵装置、２４…速度センサ、２５…方位センサ、２６…姿勢センサ、２７…車輪、２７Ｆ…前輪、２７Ｒ…後輪、２８…無線通信機、３１…位置センサ、３２…第１非接触センサ、３３…第２非接触センサ、４０…走行制御装置、ＡＲｌ…検出範囲、ＡＲｓ…検出範囲、ＣＳ…目標走行コース、ＨＬ…走行路、ＩＳ…交差点、ＬＭ…ランドマーク、ＰＡ…作業場、ＰＡ１…積込場、ＰＡ２…排土場、ＰＩ…ポイント。

Claims (7)

  1. 　走行路を走行する作業機械の位置を検出する位置センサと、
    　前記作業機械に設けられ、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する第１非接触センサと、
    　前記作業機械に設けられ、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する第２非接触センサと、
    　前記位置センサの検出データ及び前記第１非接触センサの検出データに基づいてマップデータを作成するマップデータ作成部と、
    　前記マップデータと前記第１非接触センサの検出データとを照合して前記作業機械の第１位置を算出する第１位置算出部と、
    　前記第２非接触センサの検出データに基づいて前記作業機械の第２位置を算出する第２位置算出部と、
    　前記第１位置と前記第２位置とを統合して前記作業機械の統合位置を決定する統合位置決定部と、
    を備える作業機械の制御システム。
  2. 　前記第１非接触センサに検出される前記物体は、前記走行路の傍らに設けられた土手を含み、
    　前記第２非接触センサに検出される前記物体は、前記走行路の傍らに設置されたランドマークを含む、
    請求項１に記載の作業機械の制御システム。
  3. 　前記第１位置算出部は、前記作業機械が存在すると予測される範囲に設定した複数のパーティクルから前記第１位置を算出し、
    　前記第２位置算出部は、前記作業機械が存在すると予測される範囲に設定した複数のパーティクルから前記第２位置を算出し、
    　前記統合位置決定部は、前記統合位置を前記第１位置と前記第２位置の間に決定する、
    請求項２に記載の作業機械の制御システム。
  4. 　前記作業機械の走行速度を検出する速度センサと、
    　前記作業機械の方位と検出する方位センサと、を備え、
    　前記第１位置算出部は、前記速度センサの検出データ及び前記方位センサの検出データに基づいて、規定時点において前記作業機械が存在すると予測される範囲に複数のパーティクルを設定し、複数の前記パーティクルのそれぞれにおいて前記第１非接触センサが前記土手を検出したときの予測検出データと前記規定時点において第１非接触センサが前記土手を検出したときの実際検出データとを照合して、複数の前記パーティクルのそれぞれについて尤度を算出し、前記尤度に基づいて前記第１位置を算出し、
    　前記第２位置算出部は、前記速度センサの検出データ及び前記方位センサの検出データに基づいて、規定時点において前記作業機械が存在すると予測される範囲に複数のパーティクルを設定し、複数の前記パーティクルのそれぞれにおいて前記第２非接触センサが前記ランドマークを検出したときの予測検出データと前記規定時点において第２非接触センサが前記ランドマークを検出したときの実際検出データとを照合して、複数の前記パーティクルのそれぞれについて尤度を算出し、前記尤度に基づいて前記第２位置を算出し、
    　前記統合位置決定部は、前記統合位置を前記第１位置と前記第２位置との間に決定する、
    請求項２又は請求項３に記載の作業機械の制御システム。
  5. 　前記位置センサの検出精度が低下したとき、前記統合位置決定部により決定された前記統合位置に基づいて前記作業機械の走行を制御する走行制御装置を備える、
    請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業機械の制御システム。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械の制御システムを備える作業機械。
  7. 　走行路を走行する作業機械の走行において前記作業機械の位置を検出した位置センサの検出データを取得することと、
    　前記作業機械に設けられている第１非接触センサで検出された前記作業機械の周囲の物体の位置の検出データを取得することと、
    　前記作業機械に設けられている第２非接触センサで検出された前記作業機械の周囲の物体の位置の検出データを取得することと、
    　前記位置センサの検出データ及び前記第１非接触センサの検出データに基づいてマップデータを作成することと、
    　前記マップデータと前記第１非接触センサの検出データとを照合して前記作業機械の第１位置を算出することと、
    　前記第２非接触センサの検出データに基づいて前記作業機械の第２位置を算出することと、
    　前記第１位置と前記第２位置とを統合して前記作業機械の統合位置を決定することと、
    　前記統合位置に基づいて前記作業機械の走行を制御することと、
    を含む作業機械の制御方法。
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