WO2020026521A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2020026521A1
WO2020026521A1 PCT/JP2019/013340 JP2019013340W WO2020026521A1 WO 2020026521 A1 WO2020026521 A1 WO 2020026521A1 JP 2019013340 W JP2019013340 W JP 2019013340W WO 2020026521 A1 WO2020026521 A1 WO 2020026521A1
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WO
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controller
work machine
terrain
bucket
transport vehicle
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Application number
PCT/JP2019/013340
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English (en)
French (fr)
Inventor
正憲 逢澤
健二郎 嶋田
Original Assignee
株式会社小松製作所
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Publication date
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Priority to DE112019001254.1T priority patent/DE112019001254T5/de
Priority to US16/975,196 priority patent/US11933017B2/en
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/02—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring weight of a known volume
    • G01N2009/022—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring weight of a known volume of solids

Definitions

  • the present invention relates to a working machine.
  • Some work involves excavating materials such as earth and sand with a working machine such as a hydraulic excavator and loading them into a transport vehicle such as a dump truck.
  • the transport vehicle loads the material at a predetermined loading position.
  • the transport vehicle travels to a predetermined dump position and dumps the material at the dump position. Then, the transport vehicle returns to the loading position, and the material is loaded on the transport vehicle again by the work machine.
  • Patent Literature 1 an excavation position and an earth discharging position are taught in advance to a controller of a work machine.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of easily and accurately obtaining the soil quality of a material.
  • the first mode is a work machine for loading materials into a transport vehicle.
  • the work machine includes a work machine having a bucket, a terrain sensor for measuring terrain, and a controller.
  • the controller obtains a digging route by the bucket and measures the weight of the material held by the bucket.
  • the controller calculates the volume of the material held by the bucket based on the terrain data indicating the terrain measured by the terrain sensor and the excavation route, and divides the measured material weight by the calculated material volume, Calculate the density of the material.
  • the second aspect is a work machine including a work machine having a bucket, a terrain sensor for measuring terrain, and a controller.
  • the controller determines a target digging path by the bucket based on the terrain data indicating the terrain measured by the terrain sensor, and acquires an actual digging path based on the position of the bucket at the time of digging.
  • the controller calculates at least one of viscosity and hardness of the material based on a difference between the target excavation path and the actual excavation path.
  • the third aspect is a method executed by the controller to control the work machine.
  • the method includes the following processing.
  • the first process is to acquire terrain data indicating the terrain near the work machine.
  • the second process is to acquire a digging route by a bucket included in the work machine.
  • the third process is to calculate the volume of the material held by the bucket based on the excavation route and the terrain data.
  • the fourth process is to measure the weight of the material held by the bucket.
  • the fifth process is to calculate the density of the material by dividing the measured weight of the material by the calculated volume of the material.
  • a fourth mode is a system for controlling a work machine.
  • the work machine includes a work machine having a bucket and a terrain sensor for measuring terrain.
  • the system includes a controller that acquires a digging path by a bucket and measures the weight of a material held by the bucket.
  • the controller calculates the volume of the material held by the bucket based on the terrain data indicating the terrain measured by the terrain sensor and the excavation route, and divides the measured material weight by the calculated material volume, Calculate the density of the material.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an image captured by a first camera or a second camera.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an image captured by a first camera. It is a figure which shows the range of the raw material which a working machine can excavate at a present position. It is a flowchart which shows the process of an excavation plan. It is a figure showing an example of a section of the current terrain, and an excavation route. It is the side view which looked at the work machine and the excavation position from the X direction of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an image captured by a first camera.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of a work site where the work machine 1 is used.
  • a work machine 1 and a transport vehicle 2 are arranged.
  • the work machine 1 performs work in cooperation with the transport vehicle 2 by automatic control.
  • the work machine 1 is a hydraulic shovel.
  • the transport vehicle 2 is a dump truck.
  • the work machine 1 is arranged beside a predetermined excavation position L1 in the work site.
  • the transport vehicle 2 travels back and forth between a predetermined loading position L2 and a predetermined dump position L3 in the work site.
  • the work machine 1 excavates the excavation position L1 by automatic control, and loads a material such as earth and sand as an excavation target into the transport vehicle 2 stopped at the loading position L2.
  • the transport vehicle 2 loaded with the material travels to the dump position L3, and unloads the material to the dump position L3.
  • Another working machine 3 such as a bulldozer is arranged at the dump position L3, and spreads the material dropped at the dump position L3.
  • the transporting vehicle 2 having unloaded the material travels to the loading position L2, and the work machine 1 reloads the material on the transporting vehicle 2 stopped at the loading position L2. By repeating such an operation, the material at the excavation position L1 is transferred to the dump position L3.
  • FIG. 2 is a side view of the work machine 1.
  • the work machine 1 includes a vehicle body 11 and a work machine 12.
  • the vehicle body 11 includes a revolving unit 13 and a traveling unit 14.
  • the revolving unit 13 is attached to the traveling unit 14 so as to be revolvable.
  • a cab 15 is arranged on the revolving superstructure 13. However, the cab 15 may be omitted.
  • the traveling body 14 includes a crawler belt 16.
  • the work machine 1 travels when the crawler belt 16 is driven by a driving force of an engine 24 described later.
  • Work machine 12 is attached to the front of vehicle body 11.
  • Work implement 12 includes boom 17, arm 18, and bucket 19.
  • the boom 17 is attached to the revolving unit 13 so as to be operable in a vertical direction.
  • the arm 18 is operably attached to the boom 17.
  • the bucket 19 is operatively attached to the arm 18.
  • Work implement 12 includes a boom cylinder 21, an arm cylinder 22, and a bucket cylinder 23.
  • the boom cylinder 21, the arm cylinder 22, and the bucket cylinder 23 are hydraulic cylinders, and are driven by hydraulic oil from a hydraulic pump 25 described later.
  • the boom cylinder 21 operates the boom 17.
  • the arm cylinder 22 operates the arm 18.
  • the bucket cylinder 23 operates the bucket 19.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system of the work machine 1.
  • the work machine 1 includes an engine 24, a hydraulic pump 25, a power transmission device 26, and a controller 27.
  • the engine 24 is controlled by a command signal from the controller 27.
  • the hydraulic pump 25 is driven by the engine 24 and discharges hydraulic oil.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 25 is supplied to the boom cylinder 21, the arm cylinder 22, and the bucket cylinder 23.
  • the work machine 1 includes the swing motor 28.
  • the turning motor 28 is a hydraulic motor, and is driven by hydraulic oil from a hydraulic pump 25.
  • the swing motor 28 swings the swing body 13. Although one hydraulic pump 25 is shown in FIG. 2, a plurality of hydraulic pumps may be provided.
  • a pump control device 29 is connected to the hydraulic pump 25.
  • the hydraulic pump 25 is a variable displacement pump.
  • the pump control device 29 controls the tilt angle of the hydraulic pump 25.
  • the pump control device 29 includes, for example, an electromagnetic valve, and is controlled by a command signal from the controller 27.
  • the controller 27 controls the displacement of the hydraulic pump 25 by controlling the pump control device 29.
  • the hydraulic pump 25, the cylinders 21-23 and the turning motor 28 are connected by a hydraulic circuit via a control valve 31.
  • the control valve 31 is controlled by a command signal from the controller 27.
  • the control valve 31 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 25 to the cylinders 21 to 23 and the swing motor 28.
  • the controller 27 controls the operation of the work implement 12 by controlling the control valve 31. Further, the controller 27 controls the turning of the revolving body 13 by controlling the control valve 31.
  • the power transmission device 26 transmits the driving force of the engine 24 to the traveling body 14.
  • the power transmission device 26 may be, for example, a torque converter or a transmission having a plurality of transmission gears.
  • the power transmission device 26 may be another type of transmission such as HST (Hydro Static ⁇ Transmission) or HMT (Hydraulic Mechanical Transmission).
  • the controller 27 is programmed to control the work machine 1 based on the acquired data.
  • the controller 27 causes the work machine 1 to travel by controlling the engine 24, the traveling body 14, and the power transmission device 26.
  • the controller 27 operates the work implement 12 by controlling the engine 24, the hydraulic pump 25, and the control valve 31.
  • the controller 27 includes a processor 271 such as a CPU or a GPU, and a storage device 272.
  • the processor 271 performs a process for automatically controlling the work machine 1.
  • the storage device 272 includes a memory such as a RAM or a ROM, and an auxiliary storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive).
  • the storage device 272 stores data and programs for automatic control of the work machine 1.
  • Work machine 1 includes load sensors 32a-32c.
  • the load sensors 32a to 32c detect a load applied to the work implement 12, and output load data indicating the load.
  • the load sensors 32a-32c are oil pressure sensors and detect the oil pressure of the cylinders 21-23, respectively.
  • the load data indicates the oil pressure of the cylinders 21-23.
  • the controller 27 is communicably connected to the load sensors 32a to 32c by wire or wirelessly. The controller 27 receives load data from the load sensors 32a-32c.
  • the work machine 1 includes a position sensor 33, work machine sensors 34a to 34c, and a turning angle sensor 39.
  • the position sensor 33 detects the position of the work machine 1 and outputs position data indicating the position of the work machine 1.
  • the position sensor 33 includes a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver and an IMU (Inertial Measurement Unit: Inertial Measurement Unit).
  • the GNSS receiver is, for example, a GPS (Global Positioning System) receiver.
  • the position data includes data indicating the position of the work machine 1 output from the GNSS receiver, and data indicating the attitude of the vehicle body 11 output from the IMU.
  • the posture of the vehicle body 11 includes, for example, an angle (pitch angle) of the work machine 1 with respect to the horizontal in the front-rear direction and an angle (roll angle) of the work machine 1 with respect to the horizontal in the horizontal direction.
  • Work machine sensors 34a-34c detect the posture of work machine 12 and output posture data indicating the posture of work machine 12.
  • the work implement sensors 34a to 34c are stroke sensors that detect the stroke amount of the cylinders 21 to 23, for example.
  • the posture data of the work machine 12 includes the stroke amounts of the cylinders 21-23.
  • the work implement sensors 34a to 34c may be other sensors such as a sensor that detects the rotation angle of each of the boom 17, the arm 18, and the bucket 19.
  • the turning angle sensor 39 detects a turning angle of the turning body 13 with respect to the traveling body 14 and outputs turning angle data indicating the turning angle.
  • the controller 27 is communicably connected to the position sensor 33, the work equipment sensors 34a to 34c, and the turning angle sensor 39 by wire or wirelessly.
  • the controller 27 receives the position data of the work machine 1, the posture data of the work machine 12, and the turning angle data from the position sensor 33, the working machine sensors 34a to 34c, and the turning angle sensor 39, respectively.
  • the controller 27 calculates the cutting edge position of the bucket 19 of the work implement 12 from the position data, the posture data, and the turning angle data.
  • the position data of the work machine 1 indicates global coordinates of the position sensor 33.
  • the controller 27 calculates the global coordinates of the cutting edge position of the bucket 19 from the global coordinates of the position sensor 33 based on the posture data and the turning angle data of the work implement 12.
  • the Work machine 1 includes a terrain sensor 35.
  • the terrain sensor 35 measures the terrain around the work machine 1 and outputs terrain data indicating the terrain measured by the terrain sensor 35.
  • the terrain sensor 35 is attached to the side of the revolving unit 13.
  • the terrain sensor 35 measures the terrain located on the side of the revolving superstructure 13.
  • the terrain sensor 35 is, for example, a lidar (LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging).
  • the lidar measures the distance to a plurality of measurement points on the terrain by irradiating a laser and measuring the reflected light.
  • the terrain data indicates the position of each measurement point with respect to the work machine 1.
  • Work machine 1 includes a first camera 36 and a plurality of second cameras 37.
  • the first camera 36 is attached to the revolving unit 13 so as to face forward of the revolving unit 13.
  • the first camera 36 captures an image of the front of the rotating body 13.
  • the first camera 36 is a stereo camera.
  • the first camera 36 outputs first image data indicating a captured moving image.
  • the plurality of second cameras 37 are attached to the revolving unit 13 toward the left side, right side, and rear side of the revolving unit 13, respectively.
  • the second camera 37 outputs second image data indicating a captured moving image.
  • the second camera 37 may be a monocular camera. Alternatively, the second camera 37 may be a stereo camera like the first camera 36.
  • the controller 27 is communicably connected to the first camera 36 and the second camera 37 by wire or wirelessly.
  • the controller 27 receives the first image data from the first camera 36.
  • the controller 27 receives the second image data from the second camera 37.
  • Work machine 1 includes communication device 38.
  • the communication device 38 performs data communication with a device external to the work machine 1.
  • the communication device 38 communicates with a remote computer device 4 outside the work machine 1.
  • the remote computer device 4 may be located at a work site. Alternatively, the remote computer device 4 may be located in a management center remote from the work site.
  • the remote computer device 4 includes a display 401 and an input device 402.
  • the display 401 displays an image related to the work machine 1.
  • the display 401 displays an image corresponding to a signal received from the controller 27 via the communication device 38.
  • the input device 402 is operated by an operator.
  • Input device 402 may include, for example, a touch panel, or may include hardware keys.
  • the remote computer device 4 transmits a signal indicating a command input by the input device 402 to the controller 27 via the communication device 38.
  • the communication device 38 performs data communication with the transport vehicle 2.
  • FIG. 4 is a side view of the transport vehicle 2.
  • the transport vehicle 2 includes a vehicle body 51, a traveling body 52, and a carrier 53.
  • the vehicle body 51 is supported by the traveling body 52.
  • the traveling body 52 includes a crawler belt 54.
  • the crawler belt 54 is driven by a driving force of an engine 55 described later, so that the transport vehicle 2 runs.
  • the carrier 53 is supported by the vehicle body 51.
  • the bed 53 is operably provided in a dumping posture and a carrying posture.
  • the bed 53 indicated by a solid line indicates the position of the bed 53 in the carrying posture.
  • a bed 53 'indicated by a two-dot chain line indicates the position of the bed 53 in the dump posture.
  • the carrier 53 In the transport position, the carrier 53 is arranged substantially horizontally. In the dumping posture, the carrier 53 is inclined with respect to the carrying posture.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control system of the transport vehicle 2.
  • the transport vehicle 2 includes an engine 55, a hydraulic pump 56, a power transmission device 57, a lift cylinder 58, a turning motor 59, a controller 61, and a control valve 62.
  • the controller 61 includes a processor 611, a volatile storage unit 612, and a nonvolatile storage unit 613.
  • the engine 55, the hydraulic pump 56, the power transmission device 57, the controller 61, and the control valve 62 have the same configurations as the engine 24, the hydraulic pump 25, the power transmission device 26, the controller 27, and the control valve 31 of the work machine 1, respectively. Detailed description is omitted.
  • the lift cylinder 58 is a hydraulic cylinder.
  • the swing motor 59 is a hydraulic motor.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 56 is supplied to the lift cylinder 58 and the turning motor 59.
  • Lift cylinder 58 and swing motor 59 are driven by hydraulic oil from hydraulic pump 56.
  • the lift cylinder 58 moves up and down the carrier 53. Thereby, the posture of the carrier 53 is switched between the carrying posture and the dumping posture.
  • the turning motor 59 turns the vehicle body 51 with respect to the traveling body 52.
  • the controller 61 controls the operation of the carrier 53 by controlling the lift cylinder 58 with the control valve 62.
  • the controller 61 controls turning of the vehicle main body 51 by controlling the turning motor 59 by the control valve 62.
  • the transport vehicle 2 includes a position sensor 63, a bed sensor 64, and a turning angle sensor 65.
  • the position sensor 63 outputs position data, similarly to the position sensor 33 of the work machine 1.
  • the position data includes data indicating the position of the transport vehicle 2 and data indicating the attitude of the vehicle body 51.
  • the bed sensor 64 detects the posture of the bed 53 and outputs bed data indicating the posture of the bed 53.
  • the bed sensor 64 is a stroke sensor that detects a stroke amount of the lift cylinder 58, for example.
  • the bed data includes the stroke amount of the lift cylinder 58.
  • the bed sensor 64 may be another sensor such as a sensor that detects the inclination angle of the bed 53.
  • the turning angle sensor 65 detects a turning angle of the vehicle main body 51 with respect to the traveling body 52 and outputs turning angle data indicating the turning angle.
  • the controller 61 is communicably connected to the position sensor 63, the bed sensor 64, the turning angle sensor 65 by wire or wirelessly.
  • the controller 61 receives position data, bed data, and turning angle data from the position sensor 63, the bed sensor 64, and the turning angle sensor 65, respectively.
  • the transport vehicle 2 includes the communication device 66.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 performs data communication with the controller 27 of the work machine 1 via the communication device 66.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 transmits the position data, the bed data, and the turning angle data of the transport vehicle 2 via the communication device 66.
  • the controller 27 of the work machine 1 receives the position data, the carrier data, and the turning angle data of the transport vehicle 2 via the communication device 38.
  • the controller 27 of the work machine 1 stores vehicle size data indicating the arrangement and size of the vehicle body 51 and the carrier 53 of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 calculates the position of the loading platform 53 from the position data, the loading platform data, the turning angle data, and the vehicle size data of the transport vehicle 2.
  • the automatic control mode includes a loading mode and a mode other than the loading mode.
  • the other mode in the present embodiment is a standby mode. In the standby mode, the controller 27 causes the work machine 1 to wait until the transport vehicle 2 reaches the loading position L2 and stops.
  • the other modes may include a mode other than the standby mode, such as a mode for collecting broken materials and a mode for excavating another region to newly increase the materials.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a process in the standby mode.
  • 7 to 9 are flowcharts showing processing in the loading mode.
  • FIGS. 10 to 18 are plan views schematically showing the situation of the work site in the automatic control mode.
  • the controller 27 When the controller 27 receives the command to start the automatic control mode, the controller 27 starts the engine 24 of the work machine 1 and executes the processing in the standby mode shown in FIG. As shown in FIG. 10, the start command of the automatic control mode is output from the remote computer device 4 when, for example, the operator operates the input device 402 of the remote computer device 4 described above.
  • the controller 27 receives the start command via the communication device 38.
  • the transport vehicle 2 also receives the start command of the automatic control mode. When receiving the start command of the automatic control mode, the transport vehicle 2 starts moving toward the loading position L2.
  • step S101 the controller 27 causes the work machine 1 to wait in the unloading waiting posture. That is, in the standby mode, the controller 27 maintains the work implement 12, the revolving unit 13, and the traveling unit 14 in a stopped state in the discharging standby state.
  • the work implement 12 is arranged so as to face the loading position L2 in the unloading waiting posture. That is, in the discharge waiting posture, the front of the revolving unit 13 faces the loading position L2.
  • the bucket 19 is arranged at a position higher than the height of the carrier 53 of the transport vehicle 2.
  • step S102 the controller 27 acquires the position of the work machine 1.
  • the controller 27 acquires the position data of the work machine 1, the posture data of the work machine 12, and the turning angle data from the position sensor 33, the working machine sensors 34a to 34c, and the turning angle sensor 39, respectively. I do.
  • the controller 27 calculates the cutting edge position of the bucket 19 of the work implement 12 from the position data, the posture data, and the turning angle data.
  • step S103 the controller 27 acquires image data.
  • the controller 27 acquires, from the first camera 36, first image data indicating a moving image in front of the revolving unit 13.
  • the controller 27 acquires, from the second camera 37, second image data indicating moving images on both sides and behind the revolving structure 13.
  • the first camera 36 and the second camera 37 always perform photographing at least during execution of the automatic control mode to generate first image data and second image data.
  • the controller 27 acquires the first image data and the second image data from the first camera 36 and the second camera 37 in real time at least during execution of the automatic control mode.
  • step S104 the controller 27 executes the image processing 1.
  • the image processing 1 detects the presence of a person around the work machine 1 by an image recognition technique based on the first image data and the second image data. Therefore, the first camera 36 and the second camera 37 correspond to a person detection device that detects the presence of a person in a region around the work machine 1.
  • the controller 27 detects the presence of a person in the image indicated by the first image data and the second image data, for example, by an image recognition technique using AI (Artificial Intelligence).
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of an image captured by the first camera 36 or the second camera 37. As shown in FIG. 19, when a person is included in the image indicated by the first image data or the second image data, the controller 27 recognizes and detects a person in the image. In step S105, the controller 27 determines whether the presence of a person around the work machine 1 has been detected. If the presence of a person has not been detected, the process proceeds to step S106.
  • step S106 the controller 27 executes image processing 2.
  • the controller 27 detects the presence of the transport vehicle 2 based on the first image data by an image recognition technique. Therefore, the first camera 36 corresponds to a vehicle detection device that detects the approach of the transport vehicle 2 to the work machine 1. About an image recognition technique, it is the same as that of step S104. As shown in FIG. 11, when the transport vehicle 2 reaches the shooting range of the first camera 36, the controller 27 detects the presence of the transport vehicle 2.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of an image captured by the first camera 36 when the transport vehicle 2 reaches the capturing range of the first camera. As shown in FIG. 20, when the transport vehicle 2 is included in the image indicated by the first image data, the controller 27 recognizes and detects the transport vehicle 2 in the image.
  • step S107 the controller 27 communicates with the transport vehicle 2.
  • the controller 27 receives the position data of the transport vehicle 2 from the transport vehicle 2 via the communication device 38. Further, the controller 27 receives the carrier data and the turning angle data from the transport vehicle 2 via the communication device 38.
  • step S108 the controller 27 determines whether the approach of the transport vehicle 2 has been detected.
  • the controller 27 determines that the approach of the transport vehicle 2 is detected when the distance from the work machine 1 to the transport vehicle 2 is equal to or less than a predetermined threshold.
  • the controller 27 calculates the distance from the work machine 1 to the transport vehicle 2 by analyzing the first image data. Alternatively, the controller 27 may calculate the distance from the work machine 1 to the transport vehicle 2 from the position data of the work machine 1 and the position data of the transport vehicle 2.
  • the process proceeds to step S201 shown in FIG. That is, the controller 27 changes the automatic control mode from the standby mode to the loading mode.
  • ⁇ ⁇ No detection of a person in step S105 and detection of approach of the transport vehicle 2 in step S108 are transition conditions for transitioning the automatic control mode from the standby mode to the loading mode.
  • the controller 27 transitions the automatic control mode from the standby mode to the loading mode.
  • the controller 27 maintains the automatic control mode in the standby mode without transitioning from the standby mode to the loading mode.
  • the transition condition may further include another condition.
  • step S109 the controller 27 determines whether an end signal has been received.
  • the end signal is transmitted from the remote computer device 4.
  • the end signal is transmitted from the remote computer device 4 to the controller 27 when the operator operates the input device 402.
  • the controller 27 ends the automatic control mode.
  • the controller 27 stops the engine 24 of the work machine 1.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 stops the transport vehicle 2.
  • step S105 when the person 100 enters the periphery of the work machine 1, the controller 27 detects the presence of the person 100 in step S105. When controller 27 detects the presence of person 100, the process proceeds to step S110. In step S110, the controller 27 outputs an alarm signal so that the output device outputs an alarm.
  • the output device is the remote computer device 4. Upon receiving the alarm signal, the remote computer device 4 displays a message indicating an alarm or an image on the display 401. Upon receiving the alarm signal, the remote computer device 4 may output a sound indicating an alarm.
  • the output device is not limited to the remote computer device 4 and may be another device.
  • the output device may be a warning light or a speaker attached to the work machine 1 or disposed outside the work machine 1.
  • the controller 27 may output a command signal so as to light a warning light or emit a warning sound from a speaker.
  • step S109 After causing the output device to output an alarm in step S110, the controller 27 determines in step S109 whether an end signal has been received. When receiving the end signal, the controller 27 stops the automatic control mode. When not receiving the end signal, the controller 27 maintains the automatic control mode in the standby mode.
  • the controller 27 When the presence of a person around the work machine 1 is detected in the standby mode, the controller 27 maintains the standby mode without shifting the automatic control mode to the loading mode even when the approach of the transport vehicle 2 is detected. I do.
  • the controller 27 stops the operation of the work implement 12 and the revolving unit 13.
  • the controller 27 may transmit a command signal to stop the transport vehicle 2 to the controller 61 of the transport vehicle 2 in both the standby mode and the loading mode.
  • the controller 27 performs excavation by the work implement 12 at the predetermined excavation position L1, rotates the revolving unit 13 from the excavation position L1 toward the loading position L2, Loading work is performed by discharging the soil.
  • the controller 27 measures the terrain.
  • the terrain sensor 35 measures the terrain at the excavation position L1 located on the side of the work machine 1.
  • the controller 27 acquires terrain data indicating the terrain at the excavation position L1 measured by the terrain sensor 35. Note that the controller 27 determines whether the revolving unit 13 is stopped or is operating, and when it is determined that the revolving unit 13 is stopped, the terrain sensor 35 measures the terrain. Is also good.
  • step S202 the controller 27 determines whether the excavation amount can be secured.
  • the controller 27 determines whether or not a predetermined amount or more of the material can be obtained by excavation when the work machine 12 and the swing body 13 are operated at the current position of the work machine 1. For example, as illustrated in FIG. 21, the controller 27 determines the trajectory of the work machine 12 when the work machine 12 and the swing body 13 are operated at the current position of the work machine 1 and the terrain at the excavation position L1 indicated by the terrain data. From this, the amount of material that can be excavated at the current position is calculated. In FIG. 21, hatching is given to a range that can be excavated when the work machine 12 is operated. Then, the controller 27 determines that the excavation amount can be secured when the amount of the excavable material is equal to or more than the predetermined amount. When the controller 27 determines that the excavation amount cannot be secured, the process proceeds to step S203.
  • step S203 the controller 27 adjusts the position of the work machine 1. For example, the controller 27 moves the work machine 1 back and forth by a predetermined distance. Then, in step S201, the controller 27 measures the terrain again, and in step S202, determines whether the excavation amount can be secured.
  • step S204 the controller 27 calculates the weight of the material that can be loaded on the transport vehicle 2 (hereinafter, referred to as “loadable weight”).
  • loadable weight the weight of the material that can be loaded on the transport vehicle 2.
  • load amount the weight of the material already loaded on the transport vehicle 2
  • the controller 27 can calculate the weight of the material in the bucket 19 held by the excavation, and the controller 27 integrates the weight of the material in the bucket 19 for each discharge to the transport vehicle 2.
  • the loading amount on the transport vehicle 2 can be grasped.
  • the loading amount on the transport vehicle 2 is zero.
  • step S205 the controller 27 makes an excavation plan.
  • FIG. 22 is a flowchart showing the processing of the excavation plan in the controller 27.
  • step S501 the controller 27 determines whether the loadable weight is larger than the weight of the material that can be excavated in the bucket 19 at one time (hereinafter, referred to as “excavation weight”).
  • the controller 27 stores the volume of the material that can be transported by the bucket 19 at one time (hereinafter, referred to as “digging volume”).
  • the controller 27 calculates the density of the material (an example of the soil) as described later, and calculates the excavation weight by multiplying the density of the material by the excavation volume.
  • the density may be a predetermined initial value.
  • step S501 determines in step S501 that the loadable weight is larger than the excavation weight. If the controller 27 determines in step S501 that the loadable weight is larger than the excavation weight, the process proceeds to step S502. In step S502, the controller 27 determines the excavation volume as the target volume.
  • the target volume is the volume of the material transported by the work machine 12.
  • step S501 determines in step S501 that the loadable weight is not larger than the excavated weight. If the controller 27 determines in step S501 that the loadable weight is not larger than the excavated weight, the process proceeds to step S503. In step S503, the controller 27 determines, as the target volume, a value obtained by dividing the loadable weight by the density of the material.
  • step S504 the controller 27 determines the excavation path PA1 from the current position of the work machine 1, the topographical data, and the target volume.
  • the excavation path PA1 is a target excavation locus of the cutting edge of the work machine 12.
  • the controller 27 determines the excavation path PA1 from the current position of the work machine 1 and the topographical data so that the amount of the material excavated by the work machine 12 matches the target volume.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating an example of the current cross section of the terrain T1 and the excavation path PA1.
  • the controller 27 stores target terrain data indicating the target terrain W1 of the current terrain T1 to be worked.
  • the current terrain T1 can be acquired by the terrain sensor 35.
  • a straight line passing through the top of the current terrain T1 and having a predetermined angle (for example, angle of repose) with respect to a horizontal plane may be used as the target terrain W1.
  • the controller 27 determines the excavation start position S1 based on the target landform W1 and the current landform T1. For example, the controller 27 sets the position farthest from the target terrain W1 in the current terrain T1 in the direction perpendicular to the target terrain W1 as the excavation start position S1. Next, the controller 27 sets the intersection of the arc CA1 having the radius X1 around the excavation start position S1 and the current terrain T1 as the excavation end position E1. Next, the depth Y1 corresponding to the length X1 is obtained by multiplying the radius X1 by a predetermined ratio. Then, an arc defined by the radius X1 and the depth Y1 and the volume between the surface of the current topography T1 and the arc (the hatched portion in FIG.
  • the excavation route PA1 includes an excavation start position S1 and an excavation end position E1.
  • the excavation start position S1 and the excavation end position E1 are intersections between the surface of the terrain T1 and the excavation route PA1.
  • step S505 the controller 27 determines the turning path PB1 that connects the cutting edge position of the work implement 12 (hereinafter, referred to as “current position S2”) to the excavation start position S1 based on the terrain data. I do.
  • the turning path PB1 is a target turning trajectory of the cutting edge of the work implement 12.
  • FIG. 24 is a side view when the work machine 1 and the excavation position L1 are viewed from the X direction shown in FIG.
  • the controller 27 determines the turning path PB1 such that the cutting edge of the work implement 12 does not contact the current terrain T1.
  • the turning path PB1 includes an excavation start position S1, an intermediate point MP, and a current position S2.
  • the midway point MP is set, for example, as a point at a certain height above the terrain T1 in a section between the excavation start position S1 and the current position S2.
  • a plurality of intermediate points MP may be set according to the shape of the terrain T1.
  • the controller 27 moves the cutting edge of the work implement 12 from the current position S2 to the excavation start position S1. (Referred to as “turning angle”) TA1 is determined.
  • step S205 the processing of the excavation plan (step S205) is completed, and the processing proceeds to step S206.
  • step S206 the controller 27 performs an automatic downturn.
  • the controller 27 controls the work implement 12 and the revolving superstructure 13 so that the cutting edge of the work implement 12 moves according to the swivel path PB1 determined in the excavation plan. Specifically, the controller 27 moves the cutting edge of the work implement 12 from the current position S2 toward the excavation start position S1 while operating the work implement 12 while rotating the revolving body 13 by the target swing angle TA1.
  • step S207 the controller 27 executes automatic excavation.
  • the controller 27 controls the work implement 12 so that the cutting edge of the work implement 12 moves according to the excavation path PA1 determined in the excavation plan.
  • step S208 the controller 27 corrects the position data of the work machine 1.
  • the controller 27 acquires again the position data of the work machine 1, the posture data of the work machine 12, and the turning angle data from the position sensor 33, the working machine sensors 34a to 34c, and the turning angle sensor 39, and then proceeds to step S102.
  • the position of the work machine 1 acquired in step is corrected.
  • step S209 the controller 27 makes a soil removal plan.
  • the controller 27 determines the target turning angle TA2 and the discharging position P1 from the current position of the work machine 1 and the position of the carrier of the transport vehicle 2.
  • the discharging position P1 indicates the position of the cutting edge of the work machine 12 in the discharging standby posture.
  • the carrier position of the transport vehicle 2 indicates the position of the carrier 53 in a state where the transport vehicle 2 is located at the loading position L2.
  • the controller 27 may store a predetermined carrier position. Alternatively, the controller 27 may calculate the loading position from the loading position L2 and the vehicle size data of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 determines the unloading position P1 such that the work machine 12 faces the loading platform 53 and the cutting edge is located a predetermined distance above the loading platform 53.
  • step S210 the controller 27 executes an automatic hoist turning.
  • the controller 27 rotates the revolving body 13 by the target turning angle TA2 toward the discharging position P1, and raises the cutting edge of the work implement 12 toward the discharging position P1. Let it.
  • step S211 the controller 27 measures the weight of the material held by the bucket 19 by the work machine 12 excavated.
  • the controller 27 acquires load data indicating the load applied to the work implement 12 from the load sensors 32a to 32c.
  • the controller 27 can acquire the weight of the material held by the bucket 19 based on the load data.
  • the controller 27 may acquire the weight of the material held by the bucket 19 based only on the load data received from the load sensor 32a that detects the load applied to the boom cylinder 21 among the load sensors 32a to 32c. .
  • the controller 27 calculates the density of the raw material from the terrain data before excavation, the excavation route PA1, and the weight of the raw material held by the bucket 19. Therefore, the controller 27 can calculate the volume of the material excavated by the work implement 12 based on the pre-excavation topographic data and the excavation path PA1. The controller 27 calculates the density of the material by dividing the weight of the material by the calculated volume of the material.
  • step S301 shown in FIG. 8 the controller 27 determines the state of the work machine 1.
  • the controller 27 determines whether the work machine 1 is operating or stopped.
  • the controller 27 determines that the work machine 1 is operating when at least one of the traveling unit 14, the revolving unit 13, and the work machine 12 is operating.
  • the controller 27 determines that the work machine 1 is stopped when the cutting edge of the work machine 12 has reached the earth discharging position P1 and all of the traveling body 14, the revolving body 13, and the work machine 12 are stopped. judge.
  • the controller 27 may determine that the work machine 1 is stopped when the revolving unit 13 and the traveling unit 14 are stopped.
  • the controller 27 executes the image processing 3 in step S302.
  • the controller 27 detects the transport vehicle 2 by the image recognition technology based on the first image data.
  • the controller 27 communicates with the transport vehicle 2 in step S303.
  • the controller 27 receives the position data, the carrier data, and the turning angle data of the transport vehicle 2 via the communication device 38.
  • step S304 the controller 27 determines the state of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 determines whether the transport vehicle 2 is operating or stopped at the loading position L2.
  • the controller 27 determines that the transport vehicle 2 is operating when the transport vehicle 2 is running or the bed 53 is turning.
  • the controller 27 determines that the transport vehicle 2 is stopped when the transport vehicle 2 is stopped at the loading position L2 and the luggage carrier 53 does not turn as shown in FIG. .
  • the controller 27 determines the state of the transport vehicle 2 based on the image processing 3 and the position data of the transport vehicle 2 in step S304. Therefore, the first camera 36 and the position sensor 63 correspond to a detection device that detects the operation of the transport vehicle 2. The controller 27 determines whether or not the transport vehicle 2 is stopped based on the first image data. Further, the controller 27 determines whether or not the transport vehicle 2 is stopped based on the position data of the transport vehicle 2. That is, the first image data and the position data of the transport vehicle 2 correspond to operation data indicating the operation of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 may determine that the transport vehicle 2 is stopped when the stop of the transport vehicle 2 is detected based on both the image processing 3 and the position data of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 may determine that the transport vehicle 2 is operating when the operation of the transport vehicle 2 is detected based on at least one of the image processing 3 and the position data of the transport vehicle 2.
  • step S301 when the work machine 1 is operating in step S301, the controller 27 acquires the position data of the transport vehicle 2 in step S305, and in step 304, the state of the transport vehicle 2 is determined based on only the position data of the transport vehicle 2. Is determined.
  • step 304 If the transport vehicle 2 is operating in step 304, the process returns to step S301.
  • the controller 27 executes the image processing 4.
  • the controller 27 detects the bed position of the transport vehicle 2 based on the first image data by the image recognition technique.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating an example of an image captured by the first camera 36 when the transport vehicle 2 stops at the loading position L2.
  • the image indicated by the first image data includes the carrier 53 of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 recognizes the carrier 53 in the image and detects the carrier position.
  • step S307 the controller 27 determines an error in the position of the platform.
  • the controller 27 calculates a deviation between the bed position stored by the controller 27 and the bed position detected in step S306. When the deviation is equal to or larger than the predetermined threshold, the controller 27 determines that the error is large. If the error in the platform position is large, the process proceeds to step S308.
  • step S308 the controller 27 corrects the discharging position P1.
  • the controller 27 corrects the earth discharging position P1 determined in step S209 based on the deviation calculated in step S307.
  • the process proceeds to step S309 without correcting the discharging position P1.
  • step S309 the controller 27 executes automatic earth removal.
  • the controller 27 operates the work implement 12 so as to discharge the material held by the bucket 19 onto the carrier 53.
  • step S310 the controller 27 updates the bed position.
  • the controller 27 updates the stored platform position to the platform position detected in step S306.
  • step S401 shown in FIG. 9 the controller 27 determines whether the loading is completed.
  • the controller 27 determines that the loading has been completed when the loading amount of the material on the loading platform 53 reaches the maximum loading weight.
  • the controller 27 calculates the loading amount from the load data. Specifically, the controller 27 calculates the weight of the excavated material from the load data.
  • the controller 27 calculates the total value of the weights of the materials loaded on the loading platform 53 as the loading amount.
  • step S401 when the controller 27 determines that loading is not completed, the process returns to step S201. Then, the processing of steps S201 to S211 and the processing of steps S301 to S310 are repeated. Thereby, the excavation of the material and the loading on the transport vehicle 2 are repeated.
  • the controller 27 performs the measurement of the terrain in step S201 again, and updates the terrain data with the new terrain data acquired by the terrain sensor 35. Further, the controller 27 measures the weight of the material in step S211 again, and calculates and updates the density of the material from the newly measured weight and volume of the material.
  • step S401 determines in step S401 that loading is completed, the process proceeds to step S402.
  • step S402 the controller 27 transmits a command to the transportation vehicle 2 to leave the loading position L2.
  • the transport vehicle 2 starts moving from the loading position L2 toward the dump position L3.
  • step S403 the controller 27 executes the image processing 2. Similarly to step S106, in the image processing 2, the controller 27 detects the presence of the transport vehicle 2 in front of the revolving unit 13 by the image recognition technology based on the first image data. Further, in step S404, the controller 27 communicates with the transport vehicle 2 and acquires the position data of the transport vehicle 2. Here, similarly to steps S303 and S305, the controller 27 receives the position data of the transport vehicle 2 via the communication device 38.
  • step S405 the controller 27 determines whether the withdrawal has been completed.
  • the controller 27 determines whether the separation has been completed based on the image processing 2 and the position data of the transport vehicle 2. As shown in FIG. 18, when the controller 27 detects that the transport vehicle 2 has separated from the work machine 1 by a predetermined distance or more, it determines that the removal has been completed.
  • the controller 27 calculates the distance between the work machine 1 and the transport vehicle 2 based on the first image data.
  • the controller 27 calculates the distance between the work machine 1 and the transport vehicle 2 based on the position data.
  • the controller 27 may determine that the transport vehicle 2 has left the loading position L2 when both the distance calculated from the first image data and the distance calculated from the position data are equal to or greater than a predetermined threshold. .
  • the controller 27 determines that the transport vehicle 2 has departed from the loading position L2 when at least one of the distance calculated from the first image data and the distance calculated from the position data is equal to or greater than a predetermined threshold. You may.
  • step S405 determines in step S405 that the withdrawal has not been completed. If the controller 27 determines in step S405 that the withdrawal has been completed, the process returns to step S109. That is, when the controller 27 determines that the withdrawal has been completed, the controller 27 ends the loading mode and shifts the automatic control mode to the standby mode.
  • the controller 27 of the work machine 1 calculates the volume of the material held by the bucket 19 based on the terrain data and the excavation path PA1, and calculates the weight of the material by the calculated volume of the material. By calculating the density, the density of the material is calculated. Therefore, since the volume of the material can be easily calculated from the topographic data and the excavation route PA1, the density of the material can be obtained simply and accurately.
  • the controller calculates a target volume of the material to be transported by the work implement 12 based on the loadable weight of the material that can be loaded on the transport vehicle 2 and the density of the material, and based on the calculated target volume and the terrain data.
  • the next excavation route PA1 is determined. Therefore, excavation can be performed accurately and efficiently.
  • the work machine 1 is not limited to a hydraulic excavator, and may be another machine such as a wheel loader or a motor grader.
  • the configuration of the work machine 1 is not limited to the above-described embodiment, and may be changed.
  • Work machine 1 may be a vehicle driven by an electric motor.
  • the traveling unit 14 and / or the revolving unit 13 may be driven by an electric motor.
  • the configuration of the work machine 12 may be changed.
  • the work machine 12 is not limited to the bucket 19 and may include other loading attachments such as a grapple, a fork, and a lifting magnet.
  • the transport vehicle 2 may be a vehicle other than the dump truck.
  • the configuration of the transport vehicle 2 is not limited to the above-described embodiment, and may be changed.
  • the transport vehicle 2 may be a vehicle driven by an electric motor.
  • the traveling body 14 and / or the bed 53 may be driven by an electric motor.
  • the carrier 53 of the transport vehicle 2 may not be able to turn.
  • the traveling body 52 of the transport vehicle 2 may include tires instead of crawler tracks.
  • the transport vehicle 2 may be operated manually by an operator instead of being automatically controlled.
  • the terrain sensor 35 may be arranged at a portion other than the side of the revolving unit 13.
  • the terrain sensor 35 is not limited to a lidar, but may be another sensing device such as a radar.
  • the terrain sensor 35 may be a camera, and the controller 27 may recognize the terrain by analyzing an image captured by the camera.
  • the first camera 36 may be arranged in a part other than the front part of the revolving unit 13.
  • the second camera 37 may be arranged at a part other than both sides and the rear part of the revolving unit 13.
  • the number of the second cameras is not limited to three, and may be less than three or more than three.
  • the controller 27 is not limited to one, and may be divided into a plurality of controllers 27.
  • the processing executed by the controller 27 may be executed by being distributed to a plurality of controllers 27. In that case, some of the plurality of controllers 27 may be arranged outside the work machine 1.
  • the controller 27 of the work machine 1 and the controller 61 of the transport vehicle 2 may communicate with each other via another controller instead of directly communicating with each other.
  • the processing in the automatic control mode executed by the controller 27 is not limited to the above-described embodiment, and may be changed. For example, the processing in the standby mode may be changed. The processing in the loading mode may be changed.
  • the controller 27 determines the approach and the departure of the transport vehicle 2 using both the first image data and the position data of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 may determine the approach and / or departure of the transport vehicle 2 using only one of the first image data and the position data of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 detects the position of the loading bed 53 using both the first image data and the position data of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 may detect the position of the loading bed 53 using only one of the first image data and the position data of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 calculates the loadable weight based on the load data detected by the load sensors 32a to 32c. However, the controller 27 may calculate the loadable weight based on the image of the bed 53 indicated by the first image data. The controller 27 may detect the amount of the material loaded on the loading platform 53 from the image of the loading platform 53 indicated by the first image data, and calculate the loadable weight from the amount of the loaded material.
  • the controller 27 determines the turning path PB1 so as to connect the current position S2 of the work implement 12 to the excavation start position S1.
  • the controller 27 may set the movement target position above the excavation start position S1, and determine the turning path PB1 so as to connect the current position S2 to the movement target position.
  • the interval between the excavation start position S1 and the movement target position in the vertical direction can be set in advance to a predetermined value (for example, about 20 cm). In this way, by setting the return point of the turning path PB1 to the movement target position vertically offset from the excavation start position S1, the work machine 12 can be prevented from hitting an obstacle such as a rock.
  • the volume of the material in the bucket 19 is obtained using the excavation path PA1 as the target excavation trajectory, but the present invention is not limited to this.
  • the actual excavation path may be calculated from the position of the bucket 19 (specifically, the cutting edge) at the time of actual excavation, and the volume of the material in the bucket 19 may be calculated using the actual excavation path.
  • the controller 27 calculates the volume of the material held by the bucket 19 based on the terrain data and the actual excavation path, and divides the weight of the material by the calculated volume of the material to reduce the density of the material. calculate.
  • the controller 27 calculates the density of the material as an example of the soil quality of the material in order to determine the target volume of the material, but is not limited to this.
  • the controller 27 may calculate at least one of the viscosity and the hardness of the material instead of the density of the material.
  • the viscosity and hardness of the material can each be calculated based on the difference between the digging path PA1 as the target digging trajectory and the actual digging path when actually digging.
  • the controller 27 can acquire the actual excavation route based on the position of the bucket 19 at the time of excavation.
  • the loading operation by the working machine can be performed by the automatic control, and the working efficiency can be improved.

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Abstract

作業機械（１）は、バケット（１９）を有する作業機（１２）と、地形を計測する地形センサ（３５）と、バケット（１９）による掘削経路（ＰＡ１）を取得し、バケット（１９）が抱えている素材の重量を計測するコントローラ（２７）とを備える。コントローラ（２７）は、地形センサ（３５）が計測した地形を示す地形データと掘削経路（ＰＡ１）とに基づいて、バケット（１９）が抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で計測した素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。

Description

作業機械
　本発明は、作業機械に関する。
　油圧ショベルなどの作業機械によって土砂などの素材を掘削して、ダンプトラックなどの運搬車両に積み込む作業がある。運搬車両は、所定の積込位置で素材を積み込まれる。運搬車両は、所定のダンプ位置まで走行して、ダンプ位置で素材をダンプする。そして、運搬車両は積込位置へ戻り、作業機械によって再び素材が運搬車両に積み込まれる。
　従来、上記のような作業機械による積込作業を自動制御によって行う技術が知られている。例えば、特許文献１では、掘削位置と排土位置とが作業機械のコントローラに予め教示される。
特開２０００－１９２５１４号公報
　ところで、運搬車両に積み込むことのできる素材の最大積載重量と、既に運搬車両に積み込まれた素材の重量とから算出される積込可能重量に基づいて、掘削する素材の目標体積を算出するために、素材の土質（例えば、密度、粘度、硬さなど）を簡便かつ精度良く取得したいという要請がある。
　本発明は、素材の土質を簡便かつ精度良く取得できる技術を提供することを目的とする。
　第１の態様は、運搬車両に素材を積み込む作業機械である。当該作業機械は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサと、コントローラとを備える。コントローラは、バケットによる掘削経路を取得し、バケットが抱えている素材の重量を計測する。コントローラは、地形センサが計測した地形を示す地形データと掘削経路とに基づいて、バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で計測した素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。
　第２の態様は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサと、コントローラとを備える作業機械である。コントローラは、地形センサが計測した地形を示す地形データに基づいて、バケットによる目標掘削経路を決定し、掘削時のバケットの位置に基づいて、実掘削経路を取得する。コントローラは、目標掘削経路と実掘削経路との差に基づいて、素材の粘度及び硬さの少なくとも一方を算出する。
　第３の態様は、作業機械を制御するためにコントローラによって実行される方法である。当該方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、作業機械付近の地形を示す地形データを取得することである。第２の処理は、作業機が有するバケットによる掘削経路を取得することである。第３の処理は、掘削経路と地形データとに基づいて、バケットが抱えている素材の体積を算出することである。第４の処理は、バケットが抱えている素材の重量を計測することである。第５の処理は、算出した素材の体積で計測した素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出することである。
　第４の態様は、作業機械を制御するためのシステムである。作業機械は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサとを備える。当該システムは、バケットによる掘削経路を取得し、バケットが抱えている素材の重量を計測するコントローラを備える。コントローラは、地形センサが計測した地形を示す地形データと掘削経路とに基づいて、バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で計測した素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。
　本発明によれば、素材の土質を簡便かつ精度良く取得できる技術を提供できる。
作業機械が用いられる作業現場の一例を示す平面図である。 作業機械の側面図である。 作業機械の構成を示すブロック図である。 運搬車両の側面図である。 運搬車両の構成を示すブロック図である。 待機モードでの処理を示すフローチャートである。 積込モードでの処理を示すフローチャートである。 積込モードでの処理を示すフローチャートである。 積込モードでの処理を示すフローチャートである。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 第１カメラ或いは第２カメラによって撮影された画像の一例を示す図である。 第１カメラによって撮影された画像の一例を示す図である。 現在の位置で作業機械が掘削可能な素材の範囲を示す図である。 掘削計画の処理を示すフローチャートである。 現在の地形の断面と掘削経路との一例を示す図である。 図１４のＸ方向から作業機械及び掘削位置を見た側面図である。 第１カメラによって撮影された画像の一例を示す図である。
　以下、実施形態に係る作業機械１の制御システムについて、図面を参照しながら説明する。図１は、作業機械１が用いられる作業現場の一例を示す平面図である。作業現場には、作業機械１と運搬車両２とが配置されている。作業機械１は、自動制御により運搬車両２と協働して作業を行う。
　本実施形態において、作業機械１は油圧ショベルである。運搬車両２はダンプトラックである。作業機械１は、作業現場内の所定の掘削位置Ｌ１の横に配置されている。運搬車両２は、作業現場内の所定の積込位置Ｌ２と所定のダンプ位置Ｌ３との間を走行して往復する。作業機械１は、自動制御により、掘削位置Ｌ１を掘削して、掘削対象物としての土砂等の素材を、積込位置Ｌ２に停車している運搬車両２に積み込む。素材を積み込まれた運搬車両２は、ダンプ位置Ｌ３まで走行し、ダンプ位置Ｌ３に素材を降ろす。ダンプ位置Ｌ３には、ブルドーザなどの他の作業機械３が配置されており、ダンプ位置Ｌ３に降ろされた素材を敷き広げる。素材を降ろした運搬車両２は積込位置Ｌ２まで走行し、作業機械１は、積込位置Ｌ２に停車した運搬車両２に再び素材を積み込む。このような作業が繰り返されることで、掘削位置Ｌ１の素材がダンプ位置Ｌ３に移送される。
　図２は、作業機械１の側面図である。図２に示すように、作業機械１は、車両本体１１と作業機１２とを含む。車両本体１１は、旋回体１３と走行体１４とを含む。旋回体１３は、走行体１４に対して旋回可能に取り付けられている。旋回体１３にはキャブ１５が配置されている。ただし、キャブ１５は省略されてもよい。走行体１４は、履帯１６を含む。後述するエンジン２４の駆動力によって履帯１６が駆動されることで、作業機械１は走行する。
　作業機１２は、車両本体１１の前部に取り付けられている。作業機１２は、ブーム１７とアーム１８とバケット１９とを含む。ブーム１７は、旋回体１３に対して上下方向に動作可能に取り付けられている。アーム１８は、ブーム１７に対して動作可能に取り付けられている。バケット１９は、アーム１８に対して動作可能に取り付けられている。作業機１２は、ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、バケットシリンダ２３とを含む。ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、バケットシリンダ２３とは、油圧シリンダであり、後述する油圧ポンプ２５からの作動油によって駆動される。ブームシリンダ２１は、ブーム１７を動作させる。アームシリンダ２２は、アーム１８を動作させる。バケットシリンダ２３は、バケット１９を動作させる。
　図３は、作業機械１の制御システムの構成を示すブロック図である。図３に示すように、作業機械１は、エンジン２４と、油圧ポンプ２５と、動力伝達装置２６と、コントローラ２７とを含む。
　エンジン２４は、コントローラ２７からの指令信号により制御される。油圧ポンプ２５は、エンジン２４によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、バケットシリンダ２３とに供給される。
　作業機械１は、旋回モータ２８を含む。旋回モータ２８は、油圧モータであり、油圧ポンプ２５からの作動油によって駆動される。旋回モータ２８は、旋回体１３を旋回させる。なお、図２では、１つの油圧ポンプ２５が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。
　油圧ポンプ２５にはポンプ制御装置２９が接続されている。油圧ポンプ２５は可変容量ポンプである。ポンプ制御装置２９は、油圧ポンプ２５の傾転角を制御する。ポンプ制御装置２９は、例えば電磁弁を含み、コントローラ２７からの指令信号により制御される。コントローラ２７は、ポンプ制御装置２９を制御することで、油圧ポンプ２５の容量を制御する。
　油圧ポンプ２５とシリンダ２１－２３と旋回モータ２８とは、制御弁３１を介して油圧回路によって接続されている。制御弁３１は、コントローラ２７からの指令信号によって制御される。制御弁３１は、油圧ポンプ２５からシリンダ２１－２３及び旋回モータ２８に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ２７は、制御弁３１を制御することで、作業機１２の動作を制御する。また、コントローラ２７は、制御弁３１を制御することで、旋回体１３の旋回を制御する。
　動力伝達装置２６は、エンジン２４の駆動力を走行体１４に伝達する。動力伝達装置２６は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。或いは、動力伝達装置２６は、HST（Hydro Static Transmission）、或いはHMT（Hydraulic Mechanical Transmission）などの他の形式のトランスミッションであってもよい。
　コントローラ２７は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ２７は、エンジン２４と走行体１４と動力伝達装置２６とを制御することで、作業機械１を走行させる。コントローラ２７は、エンジン２４と油圧ポンプ２５と制御弁３１とを制御することで、作業機１２を動作させる。
　コントローラ２７はCPU或いはGPU等のプロセッサ２７１と、記憶装置２７２とを含む。プロセッサ２７１は、作業機械１の自動制御のための処理を行う。記憶装置２７２は、RAM或いはROMなどのメモリ、及び、HDD（Hard Disk Drive）或いはSSD（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含む。記憶装置２７２は、作業機械１の自動制御のためのデータ及びプログラムを記憶している。
　作業機械１は、負荷センサ３２ａ－３２ｃを含む。負荷センサ３２ａ－３２ｃは、作業機１２にかかる負荷を検出し、負荷を示す負荷データを出力する。本実施形態では、負荷センサ３２ａ－３２ｃは、油圧センサであり、シリンダ２１－２３の油圧をそれぞれ検出する。負荷データは、シリンダ２１－２３の油圧を示す。コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃと有線或いは無線によって通信可能に接続されている。コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃから負荷データを受信する。
　作業機械１は、位置センサ３３と、作業機センサ３４ａ－３４ｃと、旋回角度センサ３９とを含む。位置センサ３３は、作業機械１の位置を検出し、作業機械１の位置を示す位置データを出力する。位置センサ３３は、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)レシーバとＩＭＵ（慣性計測装置：Inertial Measurement Unit）とを含む。ＧＮＳＳレシーバは、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）用の受信機である。位置データは、ＧＮＳＳレシーバが出力する作業機械１の位置を示すデータと、ＩＭＵが出力する車両本体１１の姿勢を示すデータとを含む。車両本体１１の姿勢は、例えば、作業機械１の前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）と、作業機械１の横方向の水平に対する角度（ロール角）とを含む。
　作業機センサ３４ａ－３４ｃは、作業機１２の姿勢を検出し、作業機１２の姿勢を示す姿勢データを出力する。作業機センサ３４ａ－３４ｃは、例えばシリンダ２１－２３のストローク量を検出するストロークセンサである。作業機１２の姿勢データは、シリンダ２１－２３のストローク量を含む。或いは、作業機センサ３４ａ－３４ｃは、ブーム１７、アーム１８、及びバケット１９のそれぞれの回転角度を検出するセンサなどの他のセンサであってもよい。旋回角度センサ３９は、走行体１４に対する旋回体１３の旋回角度を検出し、旋回角度を示す旋回角度データを出力する。
　コントローラ２７は、位置センサ３３、作業機センサ３４ａ－３４ｃ、及び旋回角度センサ３９と有線或いは無線によって通信可能に接続されている。コントローラ２７は、位置センサ３３と作業機センサ３４ａ－３４ｃと旋回角度センサ３９とから、それぞれ作業機械１の位置データと、作業機１２の姿勢データと、旋回角度データとを受信する。コントローラ２７は、位置データと姿勢データと旋回角度データとから、作業機１２のうちバケット１９の刃先位置を算出する。例えば、作業機械１の位置データは、位置センサ３３のグローバル座標を示す。コントローラ２７は、作業機１２の姿勢データと旋回角度データとに基づいて、位置センサ３３のグローバル座標からバケット１９の刃先位置のグローバル座標を算出する。
　作業機械１は、地形センサ３５を含む。地形センサ３５は、作業機械１の周囲の地形を計測して、地形センサ３５が計測した地形を示す地形データを出力する。本実施形態では、地形センサ３５は、旋回体１３の側部に取り付けられている。地形センサ３５は、旋回体１３の側方に位置する地形を計測する。地形センサ３５は、例えばライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）である。ライダは、レーザーを照射して、その反射光を計測することで、地形上の複数の計測点までの距離を測定する。地形データは、作業機械１に対する各計測点の位置を示す。
　作業機械１は、第１カメラ３６と、複数の第２カメラ３７とを含む。第１カメラ３６は、旋回体１３の前方に向けて、旋回体１３に取り付けられている。第１カメラ３６は、旋回体１３の前方を撮影する。第１カメラ３６はステレオカメラである。第１カメラ３６は、撮影した動画を示す第１画像データを出力する。
　複数の第２カメラ３７は、それぞれ旋回体１３の左側方と右側方と後方とに向けて、旋回体１３に取り付けられている。第２カメラ３７は、撮影した動画を示す第２画像データを出力する。第２カメラ３７は、単眼カメラであってもよい。或いは、第２カメラ３７は、第１カメラ３６と同様にステレオカメラであってもよい。コントローラ２７は、第１カメラ３６及び第２カメラ３７と有線或いは無線により通信可能に接続されている。コントローラ２７は、第１カメラ３６から第１画像データを受信する。コントローラ２７は、第２カメラ３７から第２画像データを受信する。
　作業機械１は、通信装置３８を含む。通信装置３８は、作業機械１の外部の機器とデータ通信を行う。通信装置３８は、作業機械１の外部のリモートコンピュータ機器４と通信を行う。リモートコンピュータ機器４は、作業現場に配置されてもよい。或いは、リモートコンピュータ機器４は、作業現場から離れた管理センタ内に配置されてもよい。リモートコンピュータ機器４は、ディスプレイ４０１と入力装置４０２とを含む。
　ディスプレイ４０１は、作業機械１に関する画像を表示する。ディスプレイ４０１は、コントローラ２７から通信装置３８を介して受信した信号に応じた画像を表示する。入力装置４０２は、オペレータによって操作される。入力装置４０２は、例えばタッチパネルを含んでもよく、或いは、ハードウェアキーを含んでもよい。リモートコンピュータ機器４は、入力装置４０２によって入力された指令を示す信号を、通信装置３８を介してコントローラ２７に送信する。また、通信装置３８は、運搬車両２とデータ通信を行う。
　図４は、運搬車両２の側面図である。図４に示すように、運搬車両２は、車両本体５１と、走行体５２と、荷台５３とを含む。車両本体５１は、走行体５２に支持されている。走行体５２は、履帯５４を含む。後述するエンジン５５の駆動力によって履帯５４が駆動されることで、運搬車両２は走行する。荷台５３は、車両本体５１に支持されている。荷台５３は、ダンプ姿勢と運搬姿勢とに動作可能に設けられている。図４において、実線で示す荷台５３は、運搬姿勢の荷台５３の位置を示している。二点鎖線で示す荷台５３’は、ダンプ姿勢の荷台５３の位置を示している。運搬姿勢では、荷台５３は、概ね水平に配置される。ダンプ姿勢では、荷台５３は、運搬姿勢に対して傾斜した状態となる。
　図５は、運搬車両２の制御システムの構成を示すブロック図である。運搬車両２は、エンジン５５と、油圧ポンプ５６と、動力伝達装置５７と、リフトシリンダ５８と、旋回モータ５９と、コントローラ６１と、制御弁６２とを含む。コントローラ６１は、プロセッサ６１１と、揮発性記憶部６１２と、不揮発性記憶部６１３とを含む。
　エンジン５５、油圧ポンプ５６、動力伝達装置５７、コントローラ６１、制御弁６２は、それぞれ作業機械１のエンジン２４、油圧ポンプ２５、動力伝達装置２６、コントローラ２７、制御弁３１と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
　リフトシリンダ５８は、油圧シリンダである。旋回モータ５９は、油圧モータである。油圧ポンプ５６から吐出された作動油は、リフトシリンダ５８と旋回モータ５９とに供給される。リフトシリンダ５８と旋回モータ５９とは、油圧ポンプ５６からの作動油によって駆動される。リフトシリンダ５８は、荷台５３を昇降する。それにより、荷台５３の姿勢が、運搬姿勢とダンプ姿勢とに切り換えられる。旋回モータ５９は、走行体５２に対して車両本体５１を旋回させる。コントローラ６１は、制御弁６２によってリフトシリンダ５８を制御することで、荷台５３の動作を制御する。また、コントローラ６１は、制御弁６２によって旋回モータ５９を制御することで、車両本体５１の旋回を制御する。
　運搬車両２は、位置センサ６３と、荷台センサ６４と、旋回角度センサ６５とを含む。位置センサ６３は、作業機械１の位置センサ３３と同様に、位置データを出力する。位置データは、運搬車両２の位置を示すデータと、車両本体５１の姿勢を示すデータとを含む。
　荷台センサ６４は、荷台５３の姿勢を検出し、荷台５３の姿勢を示す荷台データを出力する。荷台センサ６４は、例えばリフトシリンダ５８のストローク量を検出するストロークセンサである。荷台データは、リフトシリンダ５８のストローク量を含む。或いは、荷台センサ６４は、荷台５３の傾斜角度を検出するセンサなどの他のセンサであってもよい。旋回角度センサ６５は、走行体５２に対する車両本体５１の旋回角度を検出し、旋回角度を示す旋回角度データを出力する。
　コントローラ６１は、位置センサ６３と、荷台センサ６４と、旋回角度センサ６５と、有線或いは無線によって通信可能に接続されている。コントローラ６１は、位置センサ６３と荷台センサ６４と旋回角度センサ６５から、それぞれ位置データと荷台データと旋回角度データとを受信する。
　運搬車両２は、通信装置６６を含む。運搬車両２のコントローラ６１は、通信装置６６を介して、作業機械１のコントローラ２７とデータ通信を行う。運搬車両２のコントローラ６１は、通信装置６６を介して、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データとを送信する。作業機械１のコントローラ２７は、通信装置３８を介して、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データとを受信する。作業機械１のコントローラ２７は、運搬車両２の車両本体５１、及び、荷台５３の配置及び寸法を示す車両寸法データを記憶している。コントローラ２７は、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データと車両寸法データとから、荷台５３の位置を算出する。
　次に、作業機械１のコントローラ２７によって実行される自動制御モードの処理について説明する。自動制御モードでは、コントローラ２７は、上述した掘削及び積込の作業を自動で行うように、作業機械１を制御する。図６から図９は、自動制御モードの処理を示すフローチャートである。
　自動制御モードは、積込モードと、積込モード以外の他のモードとを含む。本実施形態において他のモードは、待機モードである。待機モードでは、コントローラ２７は、運搬車両２が積込位置Ｌ２に到着して停車するまで、作業機械１を待機させる。なお、他のモードは、待機モード以外に、崩れた素材を集めておくモード、他の領域を掘削して素材を新たに増やす掘削モードなどのモードを含んでもよい。
　積込モードでは、コントローラ２７は、運搬車両２が積込位置Ｌ２で停車しているときに、運搬車両２への積込作業を行うように作業機械１を動作させる。図６は、待機モードでの処理を示すフローチャートである。図７から図９は、積込モードでの処理を示すフローチャートである。図１０から図１８は、自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。
　コントローラ２７は、自動制御モードの開始指令を受信すると、作業機械１のエンジン２４を始動すると共に、図６に示す待機モードの処理を実行する。図１０に示すように、自動制御モードの開始指令は、例えばオペレータが上述したリモートコンピュータ機器４の入力装置４０２を操作することで、リモートコンピュータ機器４から出力される。コントローラ２７は、通信装置３８を介して開始指令を受信する。また、運搬車両２も、自動制御モードの開始指令を受信する。運搬車両２は、自動制御モードの開始指令を受信すると、積込位置Ｌ２に向かって移動を開始する。
　図６に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ２７は、作業機械１を排土待姿勢で待機させる。すなわち、待機モードでは、コントローラ２７は、排土待姿勢で、作業機１２と旋回体１３と走行体１４とを停止状態に維持する。図１０に示すように、排土待姿勢では、作業機１２が積込位置Ｌ２を向くように配置される。すなわち、排土待姿勢では、旋回体１３の前方が積込位置Ｌ２を向いている。また、排土待姿勢では、バケット１９が、運搬車両２の荷台５３の高さよりも上方の位置に配置される。
　ステップＳ１０２では、コントローラ２７は、作業機械１の位置を取得する。ここでは、コントローラ２７は、位置センサ３３と、作業機センサ３４ａ－３４ｃと、旋回角度センサ３９とから、それぞれ作業機械１の位置データと、作業機１２の姿勢データと、旋回角度データとを取得する。コントローラ２７は、位置データと姿勢データと旋回角度データとから、作業機１２のうちバケット１９の刃先位置を算出する。
　ステップＳ１０３では、コントローラ２７は、画像データを取得する。ここでは、コントローラ２７は、旋回体１３の前方の動画を示す第１画像データを第１カメラ３６から取得する。コントローラ２７は、旋回体１３の両側方及び後方の動画を示す第２画像データを第２カメラ３７から取得する。なお、第１カメラ３６と第２カメラ３７とは、少なくとも自動制御モードの実行中には、常時、撮影を行って、第１画像データと第２画像データとを生成する。コントローラ２７は、少なくとも自動制御モードの実行中には、第１カメラ３６と第２カメラ３７とから、リアルタイムに第１画像データと第２画像データとを取得する。
　ステップＳ１０４では、コントローラ２７は、画像処理１を実行する。画像処理１は、第１画像データと第２画像データとに基づいて、画像認識技術により、作業機械１の周囲における人の存在を検出する。従って、第１カメラ３６と第２カメラ３７とは、作業機械１の周囲の領域における人の存在を検出する人検出装置に相当する。
　コントローラ２７は、例えばAI（Artificial Intelligence）を用いた画像認識技術により、第１画像データと第２画像データとが示す画像中の人の存在を検出する。図１９は、第１カメラ３６或いは第２カメラ３７によって撮影された画像の一例を示す図である。図１９に示すように、第１画像データ又は第２画像データが示す画像に人が含まれるときには、コントローラ２７は、画像中の人を認識して検出する。ステップＳ１０５では、コントローラ２７は、作業機械１の周囲における人の存在が検出されたかを判定する。人の存在が検出されないときには、処理はステップＳ１０６に進む。
　ステップＳ１０６では、コントローラ２７は、画像処理２を実行する。画像処理２では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて、画像認識技術により、運搬車両２の存在を検出する。従って、第１カメラ３６は、作業機械１への運搬車両２の接近を検出する車両検出装置に相当する。画像認識技術については、ステップＳ１０４と同様である。図１１に示すように、第１カメラ３６の撮影範囲内に運搬車両２が到達したときに、コントローラ２７は、運搬車両２の存在を検出する。
　図２０は、第１カメラの撮影範囲内に運搬車両２が到達したときに、第１カメラ３６によって撮影された画像の一例を示す図である。図２０に示すように、第１画像データが示す画像に運搬車両２が含まれるときには、コントローラ２７は、画像中の運搬車両２を認識して検出する。
　ステップＳ１０７では、コントローラ２７は、運搬車両２と通信を行う。ここでは、コントローラ２７は、通信装置３８を介して、運搬車両２から、運搬車両２の位置データを受信する。また、コントローラ２７は、通信装置３８を介して、運搬車両２から荷台データと旋回角度データとを受信する。
　ステップＳ１０８では、コントローラ２７は、運搬車両２の接近が検出されたかを判定する。コントローラ２７は、作業機械１から運搬車両２までの距離が所定の閾値以下であるときに、運搬車両２の接近が検出されたと判定する。コントローラ２７は、第１画像データを解析することで、作業機械１から運搬車両２までの距離を算出する。或いは、コントローラ２７は、作業機械１の位置データと運搬車両２の位置データとから、作業機械１から運搬車両２までの距離を算出してもよい。運搬車両２の接近が検出されたときには、処理は図７に示すステップＳ２０１に進む。すなわち、コントローラ２７は、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させる。
　ステップＳ１０５において人を検出していないこと、及び、ステップＳ１０８において運搬車両２の接近を検出したことは、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させるための遷移条件である。コントローラ２７は、遷移条件が満たされているときに、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させる。コントローラ２７は、遷移条件が満たされていないときには、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させずに、待機モードに維持する。なお、遷移条件は、他の条件をさらに含んでもよい。
　ステップＳ１０８において、コントローラ２７が運搬車両２の接近を検出しなかったときには、処理はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、コントローラ２７は、終了信号を受信したかを判定する。終了信号は、リモートコンピュータ機器４から送信される。終了信号は、オペレータが入力装置４０２を操作することで、リモートコンピュータ機器４からコントローラ２７に送信される。終了信号を受信すると、コントローラ２７は、自動制御モードを終了する。自動制御モードが終了すると、コントローラ２７は、作業機械１のエンジン２４を停止させる。また、運搬車両２のコントローラ６１は、終了信号を受信すると、運搬車両２を停止させる。
　図１２に示すように、作業機械１の周囲に人１００が侵入すると、ステップＳ１０５において、コントローラ２７が人１００の存在を検出する。コントローラ２７が人１００の存在を検出したときには、処理はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、コントローラ２７は、出力装置に警報を出力させるように警報信号を出力する。本実施形態では、出力装置は、リモートコンピュータ機器４である。リモートコンピュータ機器４は、警報信号を受信すると、警報を示すメッセージ、或いは、画像をディスプレイ４０１に表示する。リモートコンピュータ機器４は、警報信号を受信すると、警報を示す音声を出力してもよい。
　なお、出力装置は、リモートコンピュータ機器４に限らず他の装置であってもよい。例えば、出力装置は、作業機械１に取り付けられた、或いは作業機械の１の外部に配置された警告灯、或いはスピーカーであってもよい。コントローラ２７は、人の存在を検出したときには、警告灯を点灯、或いは、スピーカーから警告音を発するように、指令信号を出力してもよい。
　コントローラ２７は、ステップＳ１１０において出力装置に警報を出力させた後、ステップＳ１０９において、終了信号を受信したかを判定する。終了信号を受信したときには、コントローラ２７は、自動制御モードを停止させる。終了信号を受信しないときには、コントローラ２７は、自動制御モードを待機モードに維持する。
　待機モードにおいて、作業機械１の周囲に人の存在を検出したときには、コントローラ２７は、運搬車両２の接近を検出しても、自動制御モードを積込モードに遷移させずに、待機モードに維持する。なお、後述する積込モード中に、人の存在を検出したときには、コントローラ２７は、作業機１２及び旋回体１３の動作を停止させる。なお、コントローラ２７は、人の存在を検出したときには、待機モードと積込モードとのいずれにおいても、運搬車両２を停止させる指令信号を運搬車両２のコントローラ６１に送信してもよい。
　次に、積込モードでの処理について説明する。コントローラ２７は、積込モードにおいて、所定の掘削位置Ｌ１で作業機１２による掘削を行い、掘削位置Ｌ１から積込位置Ｌ２に向けて旋回体１３と旋回させ、積込位置Ｌ２で作業機１２から排土することで、積込作業を行う。
　図７に示すように、積込モードでは、ステップＳ２０１において、コントローラ２７は、地形を計測する。ここでは、図１３に示すように、地形センサ３５が、作業機械１の側方に位置する掘削位置Ｌ１の地形を計測する。コントローラ２７は、地形センサ３５が計測した掘削位置Ｌ１の地形を示す地形データを取得する。なお、コントローラ２７は、旋回体１３が停止しているのか、或いは動作しているのかを判定し、旋回体１３が停止していると判定したときに、地形センサ３５による地形の計測を行ってもよい。
　ステップＳ２０２では、コントローラ２７は、掘削量を確保可能かを判定する。ここでは、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置で作業機１２及び旋回体１３を動作させたときに、所定量以上の素材を掘削により取得できるかを判定する。例えば、図２１に示すように、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置で作業機１２及び旋回体１３を動作させたときの作業機１２の軌跡と、地形データが示す掘削位置Ｌ１の地形とから、現在の位置で掘削可能な素材の量を算出する。図２１においては、作業機１２を動作させたときに掘削可能な範囲にハッチングが付されている。そして、コントローラ２７は、掘削可能な素材の量が所定量以上であるときに、掘削量を確保可能と判定する。コントローラ２７が掘削量を確保不可能と判定したときには、処理はステップＳ２０３に進む。
　ステップＳ２０３では、コントローラ２７は、作業機械１の位置を調整する。例えば、コントローラ２７は、作業機械１を所定距離、前後に移動させる。そして、ステップＳ２０１において、コントローラ２７は再び地形を計測し、ステップＳ２０２において、掘削量を確保可能かを判定する。
　ステップＳ２０２において、コントローラ２７が掘削量を確保可能と判定したときには、処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、コントローラ２７は、これから運搬車両２に積み込むことのできる素材の重量（以下、「積込可能重量」と呼ぶ）を計算する。コントローラ２７は、運搬車両２に積み込み可能な素材の最大積載重量を記憶している。コントローラ２７は、最大積載重量と既に運搬車両２に積み込まれた素材の重量（以下、「積込量」と呼ぶ）とに基づいて、積込可能重量を算出する。
　後述のように、コントローラ２７は、掘削によって抱え込まれたバケット１９内の素材の重量を算出可能であり、コントローラ２７は、運搬車両２への排土ごとにバケット１９内の素材の重量を積算することで、運搬車両２への積込量を把握することができる。なお、初回掘削時は、運搬車両２への積み込み量はゼロとなる。
　ステップＳ２０５では、コントローラ２７は、掘削計画を立てる。図２２は、コントローラ２７における掘削計画の処理を示すフローチャートである。
　ステップＳ５０１において、コントローラ２７は、バケット１９で一回に掘削可能な素材の重量（以下、「掘削重量」と呼ぶ）よりも積込可能重量が大きいかを判定する。コントローラ２７は、バケット１９で一回に搬送可能な素材の体積（以下、「掘削体積」と呼ぶ）を記憶している。コントローラ２７は、後述するように素材の密度（土質の一例）を算出し、素材の密度に掘削体積を乗算することによって、掘削重量を算出する。なお、１回目の掘削の実行時には、密度は所定の初期値であってもよい。
　ステップＳ５０１において、掘削重量よりも積込可能重量が大きいとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ５０２に進む。ステップＳ５０２では、コントローラ２７は、掘削体積を目標体積に決定する。目標体積とは、作業機１２によって運搬する素材の体積である。
　ステップＳ５０１において、掘削重量よりも積込可能重量が大きくないとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ５０３に進む。ステップＳ５０３では、コントローラ２７は、積込可能重量を素材の密度で除した値を目標体積に決定する。
　ステップＳ５０４において、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置と地形データと目標体積とから、掘削経路ＰＡ１を決定する。掘削経路ＰＡ１は、作業機１２の刃先の目標掘削軌跡である。コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置と地形データとから、作業機１２によって掘削される素材の量が目標体積と一致するように、掘削経路ＰＡ１を決定する。
　図２３は、現在の地形Ｔ１の断面と掘削経路ＰＡ１との一例を示す図である。コントローラ２７は、作業対象である現在の地形Ｔ１の目標地形Ｗ１を示す目標地形データを記憶している。現在の地形Ｔ１は、地形センサ３５によって取得することができる。また、目標地形Ｗ１として、現在の地形Ｔ１の頂部を通り、水平面に対して所定の角度（例えば安息角）を有する直線を用いてもよい。
　コントローラ２７は、目標地形Ｗ１と現在の地形Ｔ１とに基づいて、掘削開始位置Ｓ１を決定する。例えば、コントローラ２７は、目標地形Ｗ１に垂直な方向において、現在の地形Ｔ１のうち目標地形Ｗ１から最も離れた位置を掘削開始位置Ｓ１に設定する。次に、コントローラ２７は、掘削開始位置Ｓ１を中心とする半径Ｘ１の円弧ＣＡ１と現在の地形Ｔ１との交点を掘削終了位置Ｅ１に設定する。次に、半径Ｘ１に所定比率を乗算することによって、長さＸ１に対応する深さＹ１を求める。そして、半径Ｘ１と深さＹ１とで規定される円弧であって、かつ、現在の地形Ｔ１の表面と当該円弧との間の体積（図２３においてハッチングを付した部分）が目標体積に一致する円弧を、掘削経路ＰＡ１に決定する。深さＹ１を求めるための所定比率は、シミュレーション結果から掘削効率が最大となる値に予め設定することができる。掘削経路ＰＡ１は、掘削開始位置Ｓ１と掘削終了位置Ｅ１とを含む。掘削開始位置Ｓ１と掘削終了位置Ｅ１とは、地形Ｔ１の表面と掘削経路ＰＡ１との交点である。
　ステップＳ５０５において、コントローラ２７は、地形データに基づいて、排土待姿勢における作業機１２の刃先の位置（以下、「現在位置Ｓ２」と呼ぶ）から掘削開始位置Ｓ１までを結ぶ旋回経路ＰＢ１を決定する。旋回経路ＰＢ１は、作業機１２の刃先の目標旋回軌跡である。図２４は、図１４に示すＸ方向から作業機械１及び掘削位置Ｌ１を見た側面図である。コントローラ２７は、作業機１２の刃先が現在の地形Ｔ１に接触しないように旋回経路ＰＢ１を決定する。旋回経路ＰＢ１は、掘削開始位置Ｓ１と、途中点ＭＰと、現在位置Ｓ２とを含む。途中点ＭＰは、例えば、掘削開始位置Ｓ１と現在位置Ｓ２との間の区間において、地形Ｔ１よりも一定高さ上方の点として設定される。途中点ＭＰは、地形Ｔ１の形状に応じて、複数設定されることもある。
　コントローラ２７は、現在位置Ｓ２と掘削開始位置Ｓ１とに基づいて、作業機１２の刃先を現在位置Ｓ２から掘削開始位置Ｓ１まで移動させるために必要となる旋回体１３の旋回角度（以下、「目標旋回角度」と呼ぶ）ＴＡ１を決定する。
　以上のステップＳ５０１－Ｓ５０５によって掘削計画の処理（ステップＳ２０５）は完了して、処理はステップＳ２０６に進む。
　ステップＳ２０６では、コントローラ２７は、自動ダウン旋回を実行する。ここでは、図１４に示すように、コントローラ２７は、掘削計画において決定した旋回経路ＰＢ１に従って作業機１２の刃先が移動するように、作業機１２及び旋回体１３を制御する。具体的には、コントローラ２７は、旋回体１３を目標旋回角度ＴＡ１だけ旋回させつつ、作業機１２を動作させながら、現在位置Ｓ２から掘削開始位置Ｓ１に向かって作業機１２の刃先を移動させる。
　ステップＳ２０７では、コントローラ２７は、自動掘削を実行する。ここでは、コントローラ２７は、掘削計画において決定した掘削経路ＰＡ１に従って作業機１２の刃先が移動するように、作業機１２を制御する。
　ステップＳ２０８では、コントローラ２７は、作業機械１の位置データを補正する。ここでは、コントローラ２７は、位置センサ３３と作業機センサ３４ａ－３４ｃと旋回角度センサ３９とから作業機械１の位置データと作業機１２の姿勢データと旋回角度データとを再度取得して、ステップＳ１０２で取得した作業機械１の位置を補正する。
　ステップＳ２０９では、コントローラ２７は、排土計画を立てる。ここでは、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置と運搬車両２の荷台位置とから、目標旋回角度ＴＡ２と排土位置Ｐ１とを決定する。排土位置Ｐ１は、排土待姿勢での作業機１２の刃先の位置を示す。運搬車両２の荷台位置は、運搬車両２が積込位置Ｌ２に位置している状態での荷台５３の位置を示す。コントローラ２７は、予め決定された荷台位置を記憶していてもよい。或いは、コントローラ２７は、積込位置Ｌ２と運搬車両２の車両寸法データとから、荷台位置を算出してもよい。コントローラ２７は、荷台５３に向かって作業機１２が正対し、且つ、刃先が荷台５３よりも所定距離上方に位置するように、排土位置Ｐ１を決定する。
　ステップＳ２１０では、コントローラ２７は、自動ホイスト旋回を実行する。ここでは、図１５に示すように、コントローラ２７は、排土位置Ｐ１に向けて、目標旋回角度ＴＡ２分、旋回体１３を旋回させると共に、作業機１２の刃先を排土位置Ｐ１に向けて上昇させる。
　ステップＳ２１１では、コントローラ２７は、作業機１２が掘削してバケット１９が抱えている素材の重量を計測する。ここでは、コントローラ２７は、作業機１２にかかる負荷を示す負荷データを、負荷センサ３２ａ－３２ｃから取得する。コントローラ２７は、負荷データに基づいて、バケット１９が抱えている素材の重量を取得することができる。或いは、コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃのうちブームシリンダ２１にかかる負荷を検出する負荷センサ３２ａから受信する負荷データのみに基づいて、バケット１９が抱えている素材の重量を取得してもよい。
　また、コントローラ２７は、掘削前の地形データと、掘削経路ＰＡ１と、バケット１９が抱えている素材の重量とから、素材の密度を算出する。従って、コントローラ２７は、掘削前の地形データと掘削経路ＰＡ１とに基づいて、作業機１２が掘削した素材の体積を算出することができる。コントローラ２７は、算出した素材の体積で素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。
　図８に示すステップＳ３０１では、コントローラ２７は、作業機械１の状態を判定する。ここでは、コントローラ２７は、作業機械１が動作中であるのか、停止しているのかを判定する。コントローラ２７は、走行体１４、旋回体１３、及び作業機１２の少なくとも１つが動作しているときには、作業機械１が動作中であると判定する。コントローラ２７は、作業機１２の刃先が排土位置Ｐ１に到達しており、走行体１４、旋回体１３、及び作業機１２の全て停止しているときに、作業機械１が停止していると判定する。或いは、コントローラ２７は、旋回体１３と走行体１４とが停止しているときに、作業機械１が停止していると判定してもよい。
　作業機械１が停止しているときには、コントローラ２７は、ステップＳ３０２において画像処理３を実行する。画像処理３では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて画像認識技術により運搬車両２を検出する。また、コントローラ２７は、ステップＳ３０３において、運搬車両２と通信を行う。ここでは、ステップＳ１０７と同様に、コントローラ２７は、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データとを、通信装置３８を介して受信する。
　そして、ステップＳ３０４において、コントローラ２７は、運搬車両２の状態を判定する。ここでは、コントローラ２７は、運搬車両２が動作中であるのか、積込位置Ｌ２で停止しているのかを判定する。コントローラ２７は、運搬車両２が走行しているか、或いは、荷台５３が旋回しているときには運搬車両２が動作中であると判定する。コントローラ２７は、図１６に示すように運搬車両２が積込位置Ｌ２に停車しており、且つ、荷台５３が旋回せず停止しているときに、運搬車両２が停止していると判定する。
　ステップＳ３０１において、作業機械１が停止しているときには、ステップＳ３０４において、コントローラ２７は、画像処理３と、運搬車両２の位置データとに基づいて、運搬車両２の状態を判定する。従って、第１カメラ３６と位置センサ６３とは、運搬車両２の動作を検出する検出装置に相当する。コントローラ２７は、第１画像データによって運搬車両２が停止しているかを判定する。また、コントローラ２７は、運搬車両２の位置データによって運搬車両２が停止しているかを判定する。すなわち、第１画像データと運搬車両２の位置データとは、運搬車両２の動作を示す動作データに相当する。
　例えば、コントローラ２７は、画像処理３及び運搬車両２の位置データとの両方によって運搬車両２の停止が検出されたときに、運搬車両２が停止していると判定してもよい。コントローラ２７は、画像処理３及び運搬車両２の位置データとの少なくとも一方によって、運搬車両２の動作が検出されたときに、運搬車両２が動作中であると判定してもよい。
　一方、ステップＳ３０１において、作業機械１が動作中であるときには、コントローラ２７は、ステップＳ３０５において運搬車両２の位置データを取得し、ステップ３０４において、運搬車両２の位置データのみによって運搬車両２の状態を判定する。
　ステップ３０４において運搬車両２が動作中であるときには、処理はステップＳ３０１に戻る。ステップ３０４において運搬車両２が停止しているときには、処理はステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、コントローラ２７は、画像処理４を実行する。画像処理４では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて画像認識技術により運搬車両２の荷台位置を検出する。
　図２５は、運搬車両２が積込位置Ｌ２に停車したときに、第１カメラ３６によって撮影された画像の一例を示す図である。図２５に示すように、第１画像データが示す画像は、運搬車両２の荷台５３を含む。第１画像データが示す画像に荷台５３が含まれるときには、コントローラ２７は、画像中の荷台５３を認識して荷台位置を検出する。
　ステップＳ３０７では、コントローラ２７は、荷台位置の誤差を判定する。コントローラ２７は、コントローラ２７が記憶している荷台位置と、ステップＳ３０６で検出した荷台位置との偏差を算出する。コントローラ２７は、偏差が所定の閾値以上であるときに、誤差が大きいと判定する。荷台位置の誤差が大きいときには、処理はステップＳ３０８に進む。
　ステップＳ３０８では、コントローラ２７は、排土位置Ｐ１を修正する。ここでは、コントローラ２７は、ステップＳ２０９において決定した排土位置Ｐ１を、ステップＳ３０７で算出した偏差に基づいて修正する。ステップＳ３０７において荷台位置の誤差が小さいときには、排土位置Ｐ１の修正を行わずに、処理はステップＳ３０９に進む。
　ステップＳ３０９では、コントローラ２７は、自動排土を実行する。ここでは、コントローラ２７は、バケット１９が抱えている素材を荷台５３上に排出するように、作業機１２を動作させる。ステップＳ３１０では、コントローラ２７は、荷台位置を更新する。コントローラ２７は、記憶している荷台位置を、ステップＳ３０６で検出した荷台位置に更新する。
　図９に示すステップＳ４０１では、コントローラ２７は、積込が終了したかを判定する。コントローラ２７は、荷台５３への素材の積込量が最大積載重量に達したときに、積込が終了したと判定する。コントローラ２７は、負荷データから積込量を算出する。詳細には、コントローラ２７は、負荷データから掘削した素材の重量を算出する。コントローラ２７は、荷台５３に積み込まれた素材の重量の合計値を積込量として算出する。
　ステップＳ４０１において、積込が終了していないとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ２０１に戻る。そして、ステップＳ２０１からステップＳ２１１の処理、及び、ステップＳ３０１からステップＳ３１０の処理が繰り返される。それにより、素材の掘削と運搬車両２への積込とが繰り返される。
　なお、２回目以降の掘削が行われるときも、コントローラ２７は、ステップＳ２０１における地形の計測を改めて行い、地形センサ３５が取得した新たな地形データによって、地形データを更新する。また、コントローラ２７は、ステップＳ２１１における素材の重量の計測を再度行い、新たに計測した素材の重量と体積とから、素材の密度を算出して更新する。
　ステップＳ４０１において、積込が終了したとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では、図１７に示すように、コントローラ２７は、運搬車両２に積込位置Ｌ２からの離脱指令を送信する。運搬車両２は、離脱指令を受信すると、積込位置Ｌ２からダンプ位置Ｌ３に向かって移動を開始する。
　ステップＳ４０３では、コントローラ２７は、画像処理２を実行する。ステップＳ１０６と同様に、画像処理２では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて、画像認識技術により、旋回体１３の前方における運搬車両２の存在を検出する。また、ステップＳ４０４において、コントローラ２７は、運搬車両２と通信を行い、運搬車両２の位置データを取得する。ここでは、ステップＳ３０３及びステップＳ３０５と同様に、コントローラ２７は、運搬車両２の位置データを通信装置３８を介して受信する。
　次にステップＳ４０５では、コントローラ２７は、離脱が完了したかを判定する。コントローラ２７は、画像処理２と運搬車両２の位置データとに基づいて、離脱が完了したかを判定する。図１８に示すように、コントローラ２７は、運搬車両２が作業機械１から所定距離以上、離れたことを検出したときに、離脱が完了したと判定する。
　例えば、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて、作業機械１と運搬車両２との間の距離を算出する。コントローラ２７は、位置データに基づいて、作業機械１と運搬車両２との間の距離を算出する。コントローラ２７は、第１画像データから算出した距離と、位置データから算出した距離との両方が所定の閾値以上であるときに、運搬車両２が積込位置Ｌ２から離脱したと判定してもよい。或いは、コントローラ２７は、第１画像データから算出した距離と、位置データから算出した距離との少なくとも一方が所定の閾値以上であるときに、運搬車両２が積込位置Ｌ２から離脱したと判定してもよい。
　ステップＳ４０５において、コントローラ２７が、離脱が完了していないと判定したときには、処理はステップＳ４０３に戻る。ステップＳ４０５において、コントローラ２７が、離脱が完了したと判定したときには、処理はステップＳ１０９に戻る。すなわち、コントローラ２７が、離脱が完了したと判定したときには、コントローラ２７は、積込モードを終了して、自動制御モードを待機モードに遷移させる。
　以上説明した本実施形態に係る作業機械１のコントローラ２７は、地形データと掘削経路ＰＡ１とに基づいて、バケット１９が抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。従って、地形データと掘削経路ＰＡ１とから容易に素材の体積を算出できるため、素材の密度を簡便かつ精度良く取得することができる。
　コントローラは、運搬車両２に積み込むことのできる素材の積込可能重量と素材の密度とに基づいて作業機１２によって運搬する素材の目標体積を算出し、算出した目標体積と地形データとに基づいて次の掘削経路ＰＡ１を決定する。従って、精度よく、且つ、効率よく掘削を行うことができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　作業機械１は、油圧ショベルに限らず、ホイールローダ、或いはモータグレーダ等の他の機械であってもよい。作業機械１の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。作業機械１は、電動モータで駆動される車両であってもよい。例えば、走行体１４及び／又は旋回体１３は、電動モータで駆動されてもよい。作業機１２の構成が変更されてもよい。例えば、作業機１２は、バケット１９に限らず、グラップル、フォーク、リフティングマグネットなどの他の積込用アタッチメントを含んでもよい。
　運搬車両２は、ダンプトラック以外の車両であってもよい。運搬車両２の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、運搬車両２は、電動モータで駆動される車両であってもよい。例えば、走行体１４及び／又は荷台５３は、電動モータで駆動されてもよい。運搬車両２の荷台５３は旋回不能であってもよい。運搬車両２の走行体５２は、履帯ではなく、タイヤを備えてもよい。運搬車両２は自動制御ではなく、オペレータによって手動で運転されてもよい。
　作業機械１及び運搬車両２に備えられる各種のセンサの構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、地形センサ３５は、旋回体１３の側部以外の部分に配置されてもよい。地形センサ３５は、ライダに限らず、レーダーなどの他のセンシング装置であってもよい。或いは、地形センサ３５はカメラであり、コントローラ２７は、カメラが撮影した画像を解析することで、地形を認識してもよい。
　第１カメラ３６は、旋回体１３の前部以外の部分に配置されてもよい。第２カメラ３７は、旋回体１３の両側部及び後部以外の部分に配置されてもよい。第２カメラの数は３つに限らず、３つより少ない、或いは３つより多くてもよい。
　コントローラ２７は、一体に限らず、複数のコントローラ２７に分かれていてもよい。コントローラ２７によって実行される処理は、複数のコントローラ２７に分散して実行されてもよい。その場合、複数のコントローラ２７の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。
　作業機械１のコントローラ２７と運搬車両２のコントローラ６１とは、互いに直接的に通信するのではなく、他のコントローラを介して通信してもよい。コントローラ２７によって実行される自動制御モードの処理は、上述した実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、待機モードでの処理が変更されてもよい。積込モードでの処理が変更されてもよい。
　上記の実施形態では、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとの両方を用いて、運搬車両２の接近及び離脱を判定している。しかし、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとのいずれか一方のみを用いて、運搬車両２の接近、及び／又は、離脱を判定してもよい。
　上記の実施形態では、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとの両方を用いて、荷台５３の位置を検出している。しかし、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとのいずれか一方のみを用いて、荷台５３の位置を検出してもよい。
　上記の実施形態では、コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃが検出した負荷データによって積込可能重量を算出している。しかし、コントローラ２７は、第１画像データが示す荷台５３の画像に基づいて、積込可能重量を算出してもよい。コントローラ２７は、第１画像データが示す荷台５３の画像から、荷台５３に積み込まれた素材の量を検出して、積み込まれた素材の量から積込可能重量を算出してもよい。
　上記の実施形態では、コントローラ２７は、作業機１２の現在位置Ｓ２から掘削開始位置Ｓ１までを結ぶように旋回経路ＰＢ１を決定している。しかし、コントローラ２７は、掘削開始位置Ｓ１の上方に移動目標位置を設定し、現在位置Ｓ２から移動目標位置までを結ぶように旋回経路ＰＢ１を決定してもよい。鉛直方向における掘削開始位置Ｓ１と移動目標位置との間隔は、所定値（例えば、２０ｃｍ程度）に予め設定しておくことができる。このように、旋回経路ＰＢ１の帰着点を、掘削開始位置Ｓ１から鉛直方向上方にオフセットした移動目標位置に設定することによって、岩などの障害物に作業機１２が当たることを抑制できる。
　上記の実施形態では、目標掘削軌跡としての掘削経路ＰＡ１を用いてバケット１９内の素材の体積を求めたが、これに限定されない。例えば、実際に掘削したときのバケット１９（具体的には、刃先）の位置から実掘削経路を算出し、実掘削経路を用いてバケット１９内の素材の体積を算出してもよい。この場合、コントローラ２７は、地形データと実掘削経路とに基づいて、バケット１９が抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。
　上記の実施形態では、コントローラ２７は、素材の目標体積を決定するために、素材の土質の一例として、素材の密度を算出することとしたが、これに限られない。コントローラ２７は、素材の密度に代えて、素材の粘度及び硬さの少なくとも一方を算出してもよい。素材の粘度及び硬さは、それぞれ、目標掘削軌跡としての掘削経路ＰＡ１と、実際に掘削したときの実掘削経路との差に基づいて算出することができる。コントローラ２７は、掘削時のバケット１９の位置に基づいて、実掘削経路を取得することができる。
　本発明によれば、作業機械による積込作業を自動制御によって行うと共に、作業効率を向上させることができる。
１　　作業機械
２　　運搬車両
１２　作業機
１３　旋回体
２７　コントローラ
３３　位置センサ
３５　地形センサ
３６　第１カメラ

Claims (7)

  1. 　運搬車両に素材を積み込む作業機械であって、
    　バケットを有する作業機と、
    　地形を計測する地形センサと、
    　前記バケットによる掘削経路を取得し、前記バケットが抱えている素材の重量を計測するコントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、前記地形センサが計測した前記地形を示す地形データと前記掘削経路とに基づいて、前記バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した前記素材の体積で計測した前記素材の重量を除すことによって、前記素材の密度を算出する、
    作業機械。
  2. 　前記コントローラは、前記運搬車両へ積み込むことのできる素材の重量と前記素材の密度とに基づいて前記作業機によって運搬する素材の目標体積を算出し、算出した前記目標体積と前記地形データとに基づいて前記掘削経路を取得する、
    請求項１に記載の作業機械。
  3. 　前記コントローラは、掘削時の前記バケットの位置に基づいて、前記掘削経路を取得する、
    請求項１に記載の作業機械。
  4. 　前記コントローラは、前記掘削経路に従って前記バケットが移動するように、前記作業機を制御する、
    請求項１乃至３のいずれかに記載の作業機械。
  5. 　バケットを有する作業機と、
    　地形を計測する地形センサと、
    　前記地形センサが計測した前記地形を示す地形データに基づいて、前記バケットによる目標掘削経路を決定し、掘削時の前記バケットの位置に基づいて、実掘削経路を取得するコントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、前記目標掘削経路と前記実掘削経路との差に基づいて、前記素材の粘度及び硬さの少なくとも一方を算出する、
    作業機械。
  6. 　作業機械を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
    　前記作業機械付近の地形を示す地形データを取得することと、
    　作業機が有するバケットによる掘削経路を取得することと、
    　前記掘削経路と前記地形データとに基づいて、前記バケットが抱えている素材の体積を算出することと、
    　前記バケットが抱えている素材の重量を計測することと、
    　算出した前記素材の体積で計測した前記素材の重量を除すことによって、前記素材の密度を算出することと、
    を備える方法。
  7. 　作業機械を制御するためのシステムであって、
    　前記作業機械は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサとを備え、
    　前記システムは、前記バケットによる掘削経路を取得し、前記バケットが抱えている素材の重量を計測するコントローラを備え、
    　前記コントローラは、前記地形センサが計測した前記地形を示す地形データと前記掘削経路とに基づいて、前記バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した前記素材の体積で計測した前記素材の重量を除すことによって、前記素材の密度を算出する、
    システム。
PCT/JP2019/013340 2018-07-31 2019-03-27 作業機械 WO2020026521A1 (ja)

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