WO2020054418A1 - 積込機械の制御装置および制御方法 - Google Patents

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WO2020054418A1
WO2020054418A1 PCT/JP2019/033685 JP2019033685W WO2020054418A1 WO 2020054418 A1 WO2020054418 A1 WO 2020054418A1 JP 2019033685 W JP2019033685 W JP 2019033685W WO 2020054418 A1 WO2020054418 A1 WO 2020054418A1
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bucket
excavation
target
operation signal
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知樹 根田
一尋 畠
健 大井
正憲 逢澤
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes

Definitions

  • the present invention relates to a control device and a control method for a loading machine.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2018-170738, filed on September 12, 2018, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a technique relating to automatic loading control of a loading machine.
  • Automatic loading control means that a control device receives designation of a loading point from an operator of the loading machine or the like, and the control device controls the operations of the loading machine and the working machine to move the bucket to the loading point. Control.
  • the control device stores the time series of the position of the work implement in advance, and operates the work implement in accordance with the time series.
  • An object of the present invention is to provide a control device and a control method of a loading machine that can move a bucket to an excavation point so that a loading target does not interfere with a bucket.
  • a control device for a loading machine is a control device for a loading machine that includes a revolving unit that pivots around a pivot center, and a work implement that has a bucket and is attached to the revolving unit.
  • An apparatus a loading target specifying unit that specifies a position and a shape of a loading target, and an interference avoidance position that is a position outside a predetermined distance from the loading target based on the position and the shape of the loading target.
  • a movement processing unit that outputs an operation signal for driving the revolving superstructure and the work implement to move the bucket to an excavation position on an excavation target after the bucket reaches the interference avoidance position.
  • control device of the loading machine can move the bucket to the excavation point while preventing interference between the loading target and the bucket.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a control device according to the first embodiment. It is a figure showing an example of a course of a bucket before excavation in automatic excavation loading control concerning a 1st embodiment. It is a figure showing an example of a course of a bucket after excavation in automatic excavation loading control concerning a 1st embodiment. It is a flowchart which shows the automatic excavation loading control which concerns on 1st Embodiment. It is a flowchart which shows the automatic excavation loading control which concerns on 1st Embodiment. It is a flowchart which shows the automatic excavation loading control which concerns on 1st Embodiment. It is a flowchart which shows the automatic excavation loading control which concerns on 1st Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the loading machine according to the first embodiment.
  • the loading machine 100 is a working machine that loads earth and sand to a loading point such as a transport vehicle.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment is a hydraulic shovel.
  • the loading machine 100 according to another embodiment may be a loading machine other than a hydraulic shovel.
  • the loading machine 100 shown in FIG. 1 is a backhoe shovel, but may be a face shovel or a rope shovel.
  • the loading machine 100 includes a traveling body 110, a rotating body 120 supported by the traveling body 110, and a working machine 130 driven by hydraulic pressure and supported by the rotating body 120.
  • the revolving superstructure 120 is supported so as to be pivotable about the pivot center.
  • the work machine 130 includes a boom 131, an arm 132, a bucket 133, a boom cylinder 134, an arm cylinder 135, a bucket cylinder 136, a boom stroke sensor 137, an arm stroke sensor 138, and a bucket stroke sensor 139.
  • the base end of the boom 131 is attached to the swing body 120 via a pin.
  • the arm 132 connects the boom 131 and the bucket 133.
  • the proximal end of the arm 132 is attached to the distal end of the boom 131 via a pin.
  • the bucket 133 includes a blade for excavating earth and sand and the like and a container for transporting the excavated earth and sand.
  • the proximal end of the bucket 133 is attached to the distal end of the arm 132 via a pin.
  • the boom cylinder 134 is a hydraulic cylinder for operating the boom 131.
  • the base end of the boom cylinder 134 is attached to the swing body 120.
  • the tip of the boom cylinder 134 is attached to the boom 131.
  • the arm cylinder 135 is a hydraulic cylinder for driving the arm 132.
  • the base end of the arm cylinder 135 is attached to the boom 131.
  • the tip of the arm cylinder 135 is attached to the arm 132.
  • the bucket cylinder 136 is a hydraulic cylinder for driving the bucket 133.
  • the base end of the bucket cylinder 136 is attached to the arm 132.
  • the tip of the bucket cylinder 136 is attached to a link mechanism for rotating the bucket 133.
  • the boom stroke sensor 137 measures the stroke amount of the boom cylinder 134.
  • the stroke amount of the boom cylinder 134 can be converted into an inclination angle of the boom 131 with respect to the rotating body 120.
  • the inclination angle with respect to the rotating body 120 is also referred to as an absolute angle. That is, the stroke amount of the boom cylinder 134 can be converted into the absolute angle of the boom 131.
  • the arm stroke sensor 138 measures a stroke amount of the arm cylinder 135.
  • the stroke amount of the arm cylinder 135 can be converted into a tilt angle of the arm 132 with respect to the boom 131.
  • the inclination angle of the arm 132 with respect to the boom 131 is also referred to as a relative angle of the arm 132.
  • the bucket stroke sensor 139 measures the stroke amount of the bucket cylinder 136.
  • the stroke amount of the bucket cylinder 136 can be converted into an inclination angle of the bucket 133 with respect to the arm 132.
  • the inclination angle of the bucket 133 with respect to the arm 132 is also referred to as a relative angle of the bucket 133.
  • the loading machine 100 includes an angle sensor that detects an inclination angle with respect to the ground plane or an inclination angle with respect to the revolving unit 120, instead of the boom stroke sensor 137, the arm stroke sensor 138, and the bucket stroke sensor 139. May be provided.
  • An operator cab 121 is provided on the revolving superstructure 120. Inside the cab 121, a driver's seat 122 for an operator to sit down, an operating device 123 for operating the loading machine 100, and a detecting device 124 for detecting a three-dimensional position of an object existing in a detecting direction. Is provided.
  • the operating device 123 responds to the operation of the operator by raising and lowering the boom 131, pushing and pulling the arm 132, dumping and excavating the bucket 133, and turning the swivel body 120. Is generated and output to the control device 128.
  • the operating device 123 also generates a digging / loading instruction signal for causing the work implement 130 to start automatic digging / loading control according to the operation of the operator, and outputs the signal to the control device 128.
  • the automatic excavation loading control is to rotate the revolving body 120 to move the work machine 130 to the excavation point, excavate the earth and sand at the excavation point, rotate the revolving body 120 and load the sediment stored in the bucket 133. This is control for automatically executing a series of operations for loading the object 200 (for example, a transport vehicle or a hopper).
  • the operation device 123 includes, for example, a lever, a switch, and a pedal.
  • the excavation loading instruction signal is generated by operating an automatic control switch.
  • the operation device 123 is arranged near the driver's seat 122.
  • the operation device 123 is located within an operable range of the operator when the operator sits on the driver's seat 122.
  • Examples of the detection device 124 include a stereo camera, a LiDAR device, and a laser scanner.
  • the detection device 124 is provided, for example, so that the detection direction faces the front of the cab 121 of the loading machine 100.
  • the detection device 124 specifies the three-dimensional position of the target object in a coordinate system based on the position of the detection device 124.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment operates according to the operation of the operator sitting in the driver's seat 122, but is not limited to this in other embodiments.
  • the loading machine 100 according to another embodiment may operate by transmitting an operation signal or an excavation loading instruction signal by a remote operation of an operator operating the loading machine 100 outside.
  • the loading machine 100 includes a position and orientation calculator 125, a tilt measuring device 126, a hydraulic device 127, and a control device 128.
  • the position and orientation calculator 125 calculates the position of the revolving superstructure 120 and the direction in which the revolving superstructure 120 faces.
  • the position and orientation calculator 125 includes two receivers that receive positioning signals from artificial satellites that make up the GNSS. The two receivers are installed at different positions on the revolving superstructure 120, respectively.
  • the position and orientation calculator 125 detects the position of the representative point (the origin of the shovel coordinate system) of the revolving unit 120 in the site coordinate system based on the positioning signal received by the receiver.
  • the position / azimuth calculator 125 uses the positioning signals received by the two receivers, calculates the azimuth of the revolving unit 120 as the relationship between the installation position of one receiver and the installation position of the other receiver.
  • the azimuth that the revolving unit 120 faces is the front direction of the revolving unit 120 and is equal to the horizontal component of the straight line extending from the boom 131 of the work implement 130 to the bucket 133.
  • the tilt measuring device 126 measures the acceleration and angular velocity of the revolving unit 120, and detects the attitude (for example, the roll angle and the pitch angle) of the revolving unit 120 based on the measurement result.
  • the inclination measuring device 126 is installed on the lower surface of the revolving unit 120, for example.
  • an inertial measurement device IMU: Inertial Measurement Unit
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the hydraulic device 127 includes a hydraulic oil tank, a hydraulic pump, and a flow control valve.
  • the hydraulic pump is driven by the power of an engine (not shown), and a traveling hydraulic motor (not shown) for traveling the traveling body 110 via a flow control valve, a swing hydraulic motor (not shown) for rotating the swing body 120, a boom cylinder 134, and an arm cylinder 135. , And the bucket cylinder 136.
  • the flow control valve has a rod-shaped spool, and adjusts the flow rate of hydraulic oil supplied to the traveling hydraulic motor, the swing hydraulic motor, the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 according to the position of the spool.
  • the spool is driven based on a control command received from the control device 128.
  • the amount of hydraulic oil supplied to the traveling hydraulic motor, the turning hydraulic motor, the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 is controlled by the control device 128.
  • the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 are driven by hydraulic oil supplied from the common hydraulic device 127.
  • the control device 128 receives an operation signal from the operation device 123.
  • Control device 128 drives work implement 130, revolving unit 120, or traveling unit 110 based on the received operation signal.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a configuration of the control device according to the first embodiment.
  • the control device 128 is a computer including a processor 1100, a main memory 1200, a storage 1300, and an interface 1400.
  • the storage 1300 stores a program.
  • the processor 1100 reads the program from the storage 1300, expands the program in the main memory 1200, and executes processing according to the program.
  • Examples of the storage 1300 include an HDD, SSD, magnetic disk, magneto-optical disk, CD-ROM, DVD-ROM, and the like.
  • the storage 1300 may be an internal medium directly connected to the common communication line of the control device 128 or an external medium connected to the control device 128 via the interface 1400.
  • the storage 1300 is a non-transitory tangible storage medium.
  • the processor 1100 executes the vehicle information acquisition unit 1101, the detection information acquisition unit 1102, the operation signal input unit 1103, the bucket position identification unit 1104, the map generation unit 1105, the loading target identification unit 1106, and the avoidance position identification unit 1107 by executing the program.
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires, for example, the turning speed, the position, and the orientation of the revolving unit 120, the inclination angles of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, and the posture of the revolving unit 120.
  • vehicle information information on the loading machine 100 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 is referred to as vehicle information.
  • the detection information acquisition unit 1102 acquires the depth information from the detection device 124.
  • the depth information indicates a three-dimensional position of a plurality of points in the detection range R.
  • Examples of the depth information include a depth image composed of a plurality of pixels representing the depth, and point cloud data composed of a plurality of points represented in a rectangular coordinate system (x, y, z).
  • the operation signal input unit 1103 receives an operation signal input from the operation device 123.
  • the operation signals include a raising operation signal and a lowering operation signal of the boom 131, a pushing operation signal and a pulling operation signal of the arm 132, a dump operation signal and an excavation operation signal of the bucket 133, a turning operation signal of the revolving unit 120, and a traveling of the traveling unit 110.
  • An operation signal and an excavation loading instruction signal of the loading machine 100 are included.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a path of a bucket before excavation in the automatic excavation loading control according to the first embodiment.
  • the bucket position identification unit 1104 determines the position P of the tip of the arm 132 in the shovel coordinate system (see FIG. 1) and the lowest passage of the bucket 133 from the tip of the arm 132.
  • the height Hb to the point is specified.
  • the lowermost passing point of the bucket 133 refers to a point where the cutting edge is located when the distance between the cutting edge and the ground surface becomes shortest during the dumping operation of the bucket 133.
  • the height Hb from the tip of the arm 132 to the lowest passing point of the bucket 133 matches the length from the pin at the base end of the bucket 133 to the cutting edge.
  • the base end of the bucket 133 is connected to the distal end of the arm 132, so that the position P of the distal end of the arm 132 is equal to the position of the base end of the bucket 133.
  • the bucket position specifying unit 1104 specifies the position P of the tip of the arm 132 in the following procedure.
  • the bucket position specifying unit 1104 calculates the boom based on the absolute angle of the boom 131 obtained from the stroke amount of the boom cylinder 134 and the known length of the boom 131 (the distance from the pin at the base end to the pin at the tip end).
  • the position of the tip of 131 is determined.
  • the bucket position specifying unit 1104 calculates the absolute angle of the arm 132 based on the absolute angle of the boom 131 and the relative angle of the arm 132 obtained from the stroke amount of the arm cylinder 135.
  • the bucket position specifying unit 1104 determines the position of the distal end of the boom 131, the absolute angle of the arm 132, and the known length of the arm 132 (the distance from the pin at the proximal end to the pin at the distal end). The position P of the tip of the arm 132 is obtained.
  • the map generation unit 1105 uses the site coordinate system of the loading machine 100 based on the position, orientation, and orientation of the revolving unit 120 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 and the depth information acquired by the detection information acquisition unit 1102. A three-dimensional map representing at least a part of the shape of the surroundings is generated.
  • the map generation unit 1105 generates a three-dimensional map including the loading target 200 and the excavation target by superimposing a plurality of pieces of depth information detected by the detection device 124 on different detection ranges as the revolving structure 120 turns. .
  • the map generation unit 1105 may generate a three-dimensional map related to the shovel coordinate system based on the revolving superstructure 120.
  • the loading target specifying unit 1106 specifies the position and the shape of the loading target 200 based on the three-dimensional map generated by the map generating unit 1105. For example, the loading target specifying unit 1106 specifies the position and the shape of the loading target 200 by matching the three-dimensional shape indicated by the three-dimensional map with the known shape of the loading target 200.
  • the avoidance position identification unit 1107 loads the work machine 130 with the loading machine 100 based on the position of the loading machine 100 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 and the position and shape of the loading object 200 identified by the loading object identification unit 1106.
  • An interference avoiding position P02 which does not interfere with the target 200 in plan view from above is specified.
  • the interference avoiding position P02 has the same height as the position P of the tip of the arm 132 at the start of the automatic excavation loading control (empty load turning start position P01), and the distance from the turning center of the turning body 120 is This is a position equal to the distance from the turning center to the unloading turning start position P01, and where the loading target 200 does not exist below.
  • the avoidance position specifying unit 1107 specifies, for example, a circle centered on the turning center of the revolving unit 120 and having a radius equal to the distance between the turning center and the unloading turning start position P01.
  • a position where the outer shape of 133 does not interfere with the loading target 200 in a plan view from above and is closest to the unloading turning start position P01 is specified as an interference avoidance position P02.
  • the avoidance position identification unit 1107 can determine whether or not the loading target 200 and the bucket 133 interfere with each other, based on the position and shape of the loading target 200 and the known shape of the bucket 133.
  • “same height” and “distance is equal” are not necessarily limited to those in which the heights or distances are completely identical, and some errors and margins are allowed.
  • the excavation target specifying unit 1108 specifies the position of the excavation point P22 to be excavated based on the three-dimensional map generated by the map generation unit 1105.
  • the excavation point P22 is a point at which an amount of earth and sand equivalent to the maximum capacity of the bucket 133 can be excavated by moving the cutting edge of the bucket 133 from that point in the excavation direction of the arm 132 and the bucket 133, for example.
  • the excavation target specifying unit 1108 specifies the distribution of the earth and sand to be excavated from the three-dimensional shape indicated by the three-dimensional map, and specifies the excavation point P22 based on the distribution.
  • the digging position specifying unit 1109 specifies, as the digging position P05, a point separated from the digging point P22 specified by the digging target specifying unit 1108 by a distance from the base end of the bucket 133 to the cutting edge. That is, when the bucket 133 is in a predetermined digging posture with the cutting edge directed in the dumping direction, and when the cutting edge of the bucket 133 is located at the digging point P22, the tip of the arm 132 is located at the digging position P05. Become. Since the digging point P22 is specified based on the three-dimensional map, it can be said that the digging position specifying unit 1109 specifies the digging position P05 based on the detection result of the detection device 124.
  • the digging position specifying unit 1109 may specify the digging position P05 based on an instruction of the operator of the loading machine 100. For example, the operator may indicate the excavation position P05 by pressing the bucket 133 to the excavation position P05 and press a predetermined button, or may indicate the excavation position P05 using an input device such as a touch panel. The excavation position specifying unit 1109 determines a position above the excavation position P05 by a predetermined height as the turning end position P04.
  • the lowering stop determination unit 1110 determines whether the height of the tip of the arm 132 has become the same as the turning end position P04 when the work implement 130 is being lowered simultaneously with the unloading rotation of the revolving unit 120. Is determined.
  • the position of the tip of the arm 132 at this time is referred to as a lowering stop position P03.
  • the loading position specifying unit 1111 specifies the loading position P07 based on the position and shape of the loading target 200 specified by the loading target specifying unit 1106. Specifically, the loading position specifying unit 1111 specifies the loading position P07 as described below.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a path of a bucket after excavation in the automatic excavation loading control according to the first embodiment.
  • the loading position specifying unit 1111 specifies the loading point P21 on the loading target 200 as the plane position of the loading position P07. That is, when the tip of the arm 132 is located at the loading position P07, the tip of the arm 132 is located above the loading point P21.
  • Examples of the loading point P21 include the center point of the vessel when the loading target 200 is a dump truck, and the center point of the opening when the loading target 200 is a hopper.
  • the loading position specifying unit 1111 includes the height Ht of the loading target 200, the height Hb from the tip of the arm 132 specified by the bucket position specifying unit 1104 to the lowest passing point of the bucket 133, and the control margin of the bucket 133.
  • the height of the loading position P07 is specified.
  • the loading position specifying unit 1111 may specify the loading position P07 without adding the height of the control margin. That is, the loading position specifying unit 1111 may specify the height of the loading position P07 by adding the height Hb to the height Ht.
  • the height Ht according to the first embodiment is a height from the ground to the upper surface of the vessel.
  • the movement processing unit 1112 sets the digging position P05 specified by the digging position specifying unit 1109 and the interference avoiding position P02 specified by the avoiding position specifying unit 1107 to the position. Based on this, a rotation operation signal for moving the bucket 133 to the excavation position P05 is generated. That is, the movement processing unit 1112 transmits a rotation operation signal from the empty cargo turning start position P01 to the excavation position P05 via the interference avoiding position P02, the lowering stop position P03, and the turning end position P04. Generate.
  • the movement processing unit 1112 generates an excavation operation signal for rotating and moving the bucket 133 in the excavation direction.
  • the movement processing unit 1112 pivots to move the bucket 133 to the loading position P07 based on the loading position P07 specified by the loading position specifying unit 1111 and the interference avoiding position P02 specified by the avoiding position specifying unit 1107. Generate an operation signal. That is, the movement processing unit 1112 generates a rotation operation signal so as to reach the loading position P07 from the excavation completion position P05 ′ via the load turning start position P06 and the interference avoidance position P02. At this time, the movement processing unit 1112 generates a rotation operation signal of the bucket 133 so that the ground angle of the bucket 133 does not change even when the boom 131 and the arm 132 are driven. When the bucket 133 reaches the loading position P07, the movement processing unit 1112 generates a dump operation signal for rotating the bucket 133 in the dump direction.
  • the operation signal output unit 1113 outputs the operation signal input to the operation signal input unit 1103 or the operation signal generated by the movement processing unit 1112. Specifically, the operation signal output unit 1113 outputs an operation signal related to the automatic control generated by the movement processing unit 1112 when the automatic excavation loading control is being performed, and when the automatic excavation loading control is not being performed, An operation signal related to the manual operation of the operator input to the operation signal input unit 1103 is output.
  • FIGS. 5 to 7 are flowcharts showing the automatic excavation loading control according to the first embodiment.
  • control device 128 Upon receiving the input of the excavation loading instruction signal from the operator, control device 128 executes the automatic excavation loading control shown in FIGS.
  • the empty load turning start position P01 which is the position of the bucket 133 at the start of the automatic excavation loading control, is above the loading target 200 and does not interfere with the loading target 200 due to the turning.
  • the empty load turning start position P01 matches the loading position P07.
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires the position and orientation of the swing body 120, the inclination angles of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, and the attitude of the swing body 120 (Step S1).
  • the vehicle information acquisition unit 1101 specifies the position of the center of rotation of the revolving unit 120 based on the acquired position and orientation of the revolving unit 120 (step S2).
  • the detection information acquisition unit 1102 acquires, from the detection device 124, depth information indicating the depth around the loading machine 100 (Step S3).
  • the map generation unit 1105 is configured to control the loading machine 100 in the site coordinate system based on the position, orientation, and posture of the revolving unit 120 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 and the depth information acquired by the detection information acquisition unit 1102.
  • a three-dimensional map representing at least a part of the surroundings is updated (step S4). That is, the map generation unit 1105 updates the three-dimensional map by superimposing the currently detected depth information on the three-dimensional map generated in the past.
  • the loading target specifying unit 1106 specifies the position and the shape of the loading target 200 based on the updated map information (Step S5).
  • the bucket position identification unit 1104 determines the position P of the tip of the arm 132 at the time of input of the excavation loading instruction signal as the empty cargo turning start position P01. Then, the height Hb from the tip of the arm 132 to the lowest passing point of the bucket 133 is specified (step S6).
  • the digging target specifying unit 1108 specifies the digging point P22 based on the three-dimensional map generated in Step S4 (Step S7).
  • the digging position specifying unit 1109 specifies the digging position P05 and the turning end position P04 based on the position of the digging point P22 specified by the digging target specifying unit 1108 (Step S8).
  • the avoiding position specifying unit 1107 specifies the interference avoiding position P02 based on the empty cargo turning start position P01 determined in step S6 and the position and shape of the loading target 200 specified by the loading target specifying unit 1106 (step S9). ).
  • the movement processing unit 1112 determines whether or not the position P of the distal end of the arm 132 has reached the turning end position P04 (Step S10). When the position P of the tip of the arm 132 has not reached the turning end position P04 (step S10: NO), the movement processing unit 1112 determines whether or not the position P of the tip of the arm 132 has passed the interference avoidance position P02. A determination is made (step S11). When the position P of the tip of the arm 132 does not pass through the interference avoiding position P02 (step S11: NO), the movement processing unit 1112 does not generate operation signals for the boom 131, the arm 132, and the bucket 133. That is, when the position P of the distal end of the arm 132 does not pass through the interference avoiding position P02, the movement processing unit 1112 prohibits the output of the operation signal for lowering the work implement 130.
  • step S11 when the position P of the tip of the arm 132 has passed the interference avoidance position P02 (step S11: YES), the lowering / stopping determination unit 1110 determines whether the position P of the tip of the arm 132 is higher than the turning end position P04. Is determined (step S12). When the position P of the tip of the arm 132 is higher than the turning end position P04 (step S12: YES), the movement processing unit 1112 operates the boom 131 and the operation signal of the arm 132 to lower the position P of the tip of the arm 132. Is generated (step S13).
  • step S13 when the height of the position P of the tip of the arm 132 is equal to or less than the height of the turning end position P04 (step S13: NO), the movement processing unit 1112 lowers the position P of the tip of the arm 132. Of the boom 131 and the arm 132 is temporarily stopped.
  • Step S14 when the output of the turning operation signal is stopped from the current time, the movement processing unit 1112 determines whether or not the plane position of the tip of the arm 132 reaches the turning end position P04 (Step S14).
  • Step S14 When the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the plane position of the tip of the arm 132 does not reach the turning end position P04 (Step S14: NO), the movement processing unit 1112 generates the turning operation signal (Step S14). Step S15).
  • step S14 when the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the plane position of the tip of the arm 132 reaches the turning end position P04 (step S14: YES), the movement processing unit 1112 generates the turning operation signal. do not do. That is, when the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the plane position of the tip of the arm 132 reaches the turning end position P04, the movement processing unit 1112 prohibits the output of the turning operation signal. As a result, the revolving structure 120 that tries to keep turning by inertia starts to decelerate.
  • the operation signal output unit 1113 outputs the generated operation signal to the hydraulic device 127. (Step S16).
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires vehicle information (Step S17). Thereby, vehicle information acquisition section 1101 can acquire the vehicle information after being driven by the output operation signal.
  • Control device 128 returns the process to step S14, and repeatedly executes the generation of the operation signal.
  • step S10 when the position P of the tip of the arm 132 reaches the turning end position P04 (step S10: YES), the movement processing unit 1112 generates an operation signal for lowering the boom 131 and the arm 132, and outputs an operation signal.
  • the unit 1113 outputs the generated operation signal to the hydraulic device 127 (Step S18).
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires the vehicle information and determines whether the position P of the tip of the arm 132 has reached the excavation position P05 (Step S19). When the position P of the distal end of the arm 132 has not reached the excavation position P05 (step S19: NO), the control device 128 returns to step S22 and continues to output the operation signal for lowering the work implement 130. Therefore, while the position P at the tip of the arm 132 moves from the turning end position P04 to the excavation position P05, the turning body 120 does not turn.
  • step S19: YES) When the position P of the distal end of the arm 132 reaches the excavation position P05 (step S19: YES), the movement processing unit 1112 generates an excavation operation signal for driving the bucket 133 in the excavation direction, and the operation signal output unit 1113 , And outputs the generated operation signal to the hydraulic device 127 (Step S20). Thereby, the control device 128 can cause the bucket 133 to excavate an excavation target.
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires vehicle information (Step S21). Further, the detection information acquisition unit 1102 acquires, from the detection device 124, depth information indicating the depth around the loading machine 100 (Step S22).
  • the map generation unit 1105 updates the three-dimensional map based on the vehicle information acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 and the depth information acquired by the detection information acquisition unit 1102 (Step S23).
  • the loading target specifying unit 1106 specifies the position and the shape of the loading target 200 based on the updated three-dimensional map (Step S24).
  • the loading position specifying unit 1111 specifies the plane position of the loading position P07 based on the position and shape of the loading target 200 specified by the loading target specifying unit 1106 (Step S25).
  • the loading position specifying unit 1111 adds the height Hb from the tip of the arm 132 specified in step S6 to the lowest passing point of the bucket 133 and the control margin of the bucket 133 to the height Ht of the loading target 200.
  • the height of the loading position P07 is specified by adding the height (Step S26).
  • the movement processing unit 1112 determines whether the position P of the tip of the arm 132 has reached the loading position P07 (step S27). If the position P of the distal end of the arm 132 has not reached the loading position P07 (step S27: NO), the movement processing unit 1112 determines whether the position P of the distal end of the arm 132 is near the interference avoidance position P02. Is determined (step S28). For example, the movement processing unit 1112 determines that the difference between the height of the tip of the arm 132 and the height of the interference avoidance position P02 is less than a predetermined threshold value, or the plane distance from the turning center of the revolving unit 120 to the tip of the arm 132 and the turning.
  • step S28 It is determined whether or not the difference from the plane distance from the center to the interference avoidance position P02 is less than a predetermined threshold.
  • step S28: NO the movement processing unit 1112 generates an operation signal for raising the boom 131 and the arm 132 to the height of the interference avoidance position P02.
  • Step S29 the movement processing unit 1112 generates an operation signal based on the positions and speeds of the boom 131 and the arm 132.
  • the movement processing unit 1112 calculates the sum of the angular velocities of the boom 131 and the arm 132 based on the generated operation signals of the boom 131 and the arm 132, and outputs an operation signal for rotating the bucket 133 at the same speed as the sum of the angular velocities. It is generated (step S30). Thereby, the movement processing unit 1112 can generate an operation signal that holds the ground angle of the bucket 133.
  • step S28 If the position P of the tip of the arm 132 is near the interference avoiding position P02 (step S28: YES), the movement processing unit 1112 does not generate operation signals for the boom 131, the arm 132, and the bucket 133. That is, when the position P of the distal end of the arm 132 is near the interference avoidance position P02, the movement processing unit 1112 prohibits the output of the operation signal of the work implement 130 for moving the work implement 130 to the loading point. .
  • the movement processing unit 1112 determines whether the turning speed of the turning body 120 is lower than a predetermined speed based on the vehicle information acquired by the vehicle information acquiring unit 1101 (Step S31). That is, the movement processing unit 1112 determines whether or not the revolving unit 120 is turning.
  • the movement processing unit 1112 moves the height of the bucket 133 from the height of the excavation completion position P05 'to the height of the interference avoidance position P02.
  • the rising time which is the time up to, is specified (step S32).
  • the movement processing unit 1112 When outputting the turning operation signal from the current time based on the rising time of the bucket 133, the movement processing unit 1112 passes the tip of the arm 132 through the interference avoiding position P02 or a point higher than the interference avoiding position P02. It is determined whether or not (step S33). When the turning operation signal is output from the current time, if the tip of the arm 132 passes through the interference avoiding position P02 or a point higher than the interference avoiding position P02 (step S33: YES), the movement processing unit 1112 turns. An operation signal is generated (step S34).
  • step S34: NO When the turning operation signal is output from the current time and the tip of the arm 132 passes through a point lower than the interference avoidance position P02 (step S34: NO), the movement processing unit 1112 does not generate the turning operation signal. . That is, when the tip of the arm 132 passes through a point lower than the interference avoidance position P02, the movement processing unit 1112 prohibits the output of the turning operation signal.
  • Step S31 When the swing speed of the swing body 120 is equal to or higher than the predetermined speed (Step S31: NO), the movement processing unit 1112 moves the tip of the arm 132 to the loading position P07 when the output of the swing operation signal is stopped from the current time. It is determined whether or not to reach (Step S35). After the output of the swing operation signal is stopped, the swing body 120 continues to swing by inertia while decelerating, and then stops. When the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the tip of the arm 132 reaches the loading position P07 (Step S35: YES), the movement processing unit 1112 does not generate the turning operation signal.
  • step S35 when the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the tip of the arm 132 reaches the loading position P07, the movement processing unit 1112 prohibits the output of the turning operation signal. Thereby, the revolving superstructure 120 starts to decelerate.
  • step S35 when the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the tip of the arm 132 stops before the loading position P07 (step S35: NO), the movement processing unit 1112 outputs the turning operation signal. Is generated (step S36).
  • the operation signal output unit 1113 When at least one of the rotation operation signals of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133 and the rotation operation signal of the revolving unit 120 is generated in the processing from step S27 to step S36, the operation signal output unit 1113 generates the generated operation. A signal is output to the hydraulic device 127 (Step S37).
  • vehicle information acquiring section 1101 acquires vehicle information (step S38). Thereby, vehicle information acquisition section 1101 can acquire the vehicle information after the operation based on the output operation signal.
  • Control device 128 returns the process to step S31, and repeatedly executes the generation of the operation signal.
  • step S27 when the position P of the distal end of the arm 132 has reached the loading position P07 in step S27 (step S27: YES), the movement processing unit 1112 generates a dump operation signal, and the operation signal output unit 1113 outputs Then, a dump operation signal is output to the hydraulic device 127 (Step S39).
  • the earth and sand stored in the bucket 133 is loaded on the loading target 200.
  • the swing of the swing body 120 has stopped.
  • control device 128 ends the automatic excavation loading control.
  • control device 128 returns the process to step S1, and repeatedly executes the automatic excavation loading control within a range where the loading amount of the loading target 200 does not exceed the maximum loading amount.
  • the control device 128 specifies the interference avoiding position P02 that is a position outside the loading target 200 by a predetermined distance based on the position and the shape of the loading target 200, and The bucket 133 is moved to the interference avoiding position P02 by driving only the revolving body 120 until reaches the interference avoiding position P02. After that, the control device 128 drives the swing body 120 and the work implement 130 to move the bucket 133 to the excavation position P05 on the excavation target. Accordingly, the control device 128 can move the cutting edge of the bucket 133 to the excavation point P22 while preventing interference between the loading target 200 and the bucket 133.
  • control device 128 drives the revolving unit 120 and the work implement 130 after the bucket 133 reaches the interference avoiding position P02 to move the bucket 133 to the turning end position P04 above the excavation position P05. Move. After that, the control device 128 drives only the work implement 130 to move the bucket 133 to the excavation position P05. Thereby, the cutting edge of the bucket 133 can be applied to the excavation target along the direction in which the blade extends. When the bucket 133 is hit against the excavation target while turning, a lateral force is applied to the blade of the bucket 133, and the blade is worn and the working machine 130 is easily bent.
  • the control device 128 according to the first embodiment specifies the loading point P21 using the depth information, but is not limited thereto.
  • the control device 128 according to another embodiment provides the loading target 200 with the position and orientation calculator without using the depth information, and the loading target specifying unit 1106 outputs the position and orientation calculator of the loading target 200.
  • the loading position specifying unit 1111 may specify the loading point P21.
  • the control device 128 according to the first embodiment specifies the excavation point P22 using the depth information, but is not limited thereto.
  • the digging position specifying unit 1109 may specify the digging point P22 so that the operator can teach the digging point P22.
  • the digging position specifying unit 1109 may store the digging position when the operator performs the digging operation by manual operation, and may set the digging point P22.
  • a touch panel type data input terminal device for indicating the excavation point P22 is provided in the cab 121, and the excavation position identification unit 1109 receives the data instructed from the data input terminal device and identifies the excavation point P22. May be.
  • the control device 128 according to the first embodiment performs automatic excavation loading control, but is not limited thereto.
  • the control device 128 performs automatic excavation control, and the loading operation may be performed by a manual operation of an operator.
  • the control device 128 according to the first embodiment specifies the excavation point P22 and executes the excavation operation after the turning operation to the excavation point P22.
  • the control device 128 is not limited to the excavation point P22.
  • the control may be ended by executing the turning operation to the point P22, and the excavation work may be performed by a manual operation of the operator.
  • the control device 128 according to the first embodiment starts the automatic excavation loading control when the bucket 133 is at the empty load turning start position P01 located above the loading target 200, but is not limited thereto. .
  • the control device 128 moves the bucket 133 to the loading position P07 through the interference avoiding position P02 when the bucket 133 is at the excavation end position P05 ′ and the automatic excavation loading control is started. Then, after performing the dumping operation, the bucket 133 may be moved to the excavation point P22 through the interference avoiding position P02.
  • the loading target specifying unit 1106 of the control device 128 specifies the position and the shape of the loading target 200 based on the map information generated from the depth information, but is not limited thereto. .
  • the loading target specifying unit 1106 uses the inter-vehicle communication to change the position and orientation of the loading target 200 that has arrived at the loading point. By receiving such information, the position and shape of the loading target 200 may be specified.
  • the loading target specifying unit 1106 receives information on the position and the orientation of the loading target 200 from the control system. Then, the position and shape of the loading target 200 may be specified.
  • the loading machine 100 includes the bucket 133, but is not limited thereto.
  • the loading machine 100 according to another embodiment may include a clam bucket having a backall and a clamshell that can be opened and closed.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment is a manned vehicle that is operated by an operator on board, but is not limited thereto.
  • the loading machine 100 according to another embodiment is a remotely driven vehicle that is operated by an operation signal obtained by communication from a remote operation device operated by an operator at a remote office while looking at the screen of a monitor. Is also good.
  • some functions of the control device 128 may be provided in the remote control device.
  • the control device for a loading machine can move the bucket to the excavation point while preventing interference between the loading target and the bucket.

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Abstract

積込機械の制御装置において、積込対象特定部は、積込対象の位置および形状を特定する。回避位置特定部は、積込対象の位置および形状に基づいて積込対象より所定距離だけ外側の位置である干渉回避位置を特定する。移動処理部は、バケットが干渉回避位置に到達するまで旋回体のみを駆動させてバケットを干渉回避位置へ移動させる操作信号を出力する。移動制御部は、バケットが干渉回避位置に到達した後に旋回体および作業機を駆動させてバケットを掘削対象上の掘削位置へ移動させる操作信号を出力する。

Description

積込機械の制御装置および制御方法
　本発明は、積込機械の制御装置および制御方法に関する。
　本願は、２０１８年９月１２日に日本に出願された特願２０１８－１７０７３８号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、積込機械の自動積込制御に関する技術が開示されている。自動積込制御とは、制御装置が積込機械のオペレータ等から積込点の指定を受け付け、制御装置が積込機械および作業機の動作を制御することで、バケットを積込点へ移動させる制御である。特許文献１に記載の技術によれば、制御装置は、予め作業機の位置の時系列を記憶しておき、当該時系列に従って作業機を作動させる。
特開平０９－２５６４０７号公報
　特許文献１に記載の技術によれば、作業機は予め記憶された積込点まで自動的に移動し、積込点において排土がなされる。他方、積込点で排土した後に、自動的に掘削点まで移動させたいという要望がある。このとき、作業機は、バケットが積込対象に干渉しないように移動する必要がある。
　本発明の目的は、積込対象とバケットとが干渉しないように、バケットを掘削点へ移動させることができる積込機械の制御装置および制御方法を提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、積込機械の制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、積込対象の位置および形状を特定する積込対象特定部と、前記積込対象の位置および形状に基づいて前記積込対象より所定距離だけ外側の位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部と、前記バケットが前記積込対象上の積込位置から前記干渉回避位置に到達するまで前記旋回体のみを駆動させて前記バケットを前記干渉回避位置へ移動させる操作信号を出力し、前記バケットが前記干渉回避位置に到達した後に前記旋回体および前記作業機を駆動させて前記バケットを掘削対象上の掘削位置へ移動させる操作信号を出力する移動処理部とを備える。
　上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、積込機械の制御装置は、積込対象とバケットとの干渉を防止しながら、バケットを掘削点へ移動させることができる。
第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係る自動掘削積込制御における掘削前のバケットの経路の例を示す図である。 第１の実施形態に係る自動掘削積込制御における掘削後のバケットの経路の例を示す図である。 第１の実施形態に係る自動掘削積込制御を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る自動掘削積込制御を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る自動掘削積込制御を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
〈第１の実施形態〉
《積込機械の構成》
　図１は、第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
　積込機械１００は、土砂を運搬車両などの積込点へ積込を行う作業機械である。第１の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベル以外の積込機械であってもよい。また図１に示す積込機械１００はバックホウショベルであるが、フェイスショベルやロープショベルであってもよい。
　積込機械１００は、走行体１１０と、走行体１１０に支持される旋回体１２０と、油圧により駆動し旋回体１２０に支持される作業機１３０とを備える。旋回体１２０は、旋回中心回りに旋回自在に支持される。
　作業機１３０は、ブーム１３１と、アーム１３２と、バケット１３３と、ブームシリンダ１３４と、アームシリンダ１３５と、バケットシリンダ１３６と、ブームストロークセンサ１３７と、アームストロークセンサ１３８と、バケットストロークセンサ１３９とを備える。
　ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にピンを介して取り付けられる。
　アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にピンを介して取り付けられる。
　バケット１３３は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を搬送するための容器とを備える。バケット１３３の基端部は、アーム１３２の先端部にピンを介して取り付けられる。
　ブームシリンダ１３４は、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３４の先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
　アームシリンダ１３５は、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３５の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３５の先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
　バケットシリンダ１３６は、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３６の基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３６の先端部は、バケット１３３を回動させるリンク機構に取り付けられる。
　ブームストロークセンサ１３７は、ブームシリンダ１３４のストローク量を計測する。ブームシリンダ１３４のストローク量は、旋回体１２０に対するブーム１３１の傾斜角に換算可能である。以下、旋回体１２０に対する傾斜角を、絶対角度ともいう。つまり、ブームシリンダ１３４のストローク量は、ブーム１３１の絶対角度に換算可能である。
　アームストロークセンサ１３８は、アームシリンダ１３５のストローク量を計測する。アームシリンダ１３５のストローク量は、ブーム１３１に対するアーム１３２の傾斜角に換算可能である。以下、ブーム１３１に対するアーム１３２の傾斜角を、アーム１３２の相対角度ともいう。
　バケットストロークセンサ１３９は、バケットシリンダ１３６のストローク量を計測する。バケットシリンダ１３６のストローク量は、アーム１３２に対するバケット１３３の傾斜角に換算可能である。以下、アーム１３２に対するバケット１３３の傾斜角をバケット１３３の相対角度ともいう。
　なお、他の実施形態に係る積込機械１００は、ブームストロークセンサ１３７、アームストロークセンサ１３８、およびバケットストロークセンサ１３９に代えて、地平面に対する傾斜角または旋回体１２０に対する傾斜角を検出する角度センサを備えてもよい。
　旋回体１２０には、運転室１２１が設けられる。運転室１２１の内部には、オペレータが着座するための運転席１２２、積込機械１００を操作するための操作装置１２３、検出方向に存在する対象物の３次元位置を検出するための検出装置１２４が設けられる。操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて、ブーム１３１の上げ操作信号および下げ操作信号、アーム１３２の押し操作信号および引き操作信号、バケット１３３のダンプ操作信号および掘削操作信号、旋回体１２０の左右への旋回操作信号を生成し、制御装置１２８に出力する。また操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて作業機１３０に自動掘削積込制御を開始させるための掘削積込指示信号を生成し、制御装置１２８に出力する。自動掘削積込制御とは、旋回体１２０を旋回させて掘削点へ作業機１３０を移動させ、掘削点の土砂を掘削し、旋回体１２０を旋回させてバケット１３３に収容された土砂を積込対象２００（例えば、運搬車両やホッパ）へ積み込む一連の動作を自動的に実行する制御である。
　操作装置１２３は、例えばレバー、スイッチおよびペダルにより構成される。掘削積込指示信号は自動制御用のスイッチの操作により生成される。例えば、スイッチがＯＮになったときに、掘削積込指示信号が出力される。操作装置１２３は、運転席１２２の近傍に配置される。操作装置１２３は、オペレータが運転席１２２に座ったときにオペレータの操作可能な範囲内に位置する。
　検出装置１２４の例としては、ステレオカメラ、ＬｉＤＡＲ装置、レーザスキャナなどが挙げられる。検出装置１２４は、例えば検出方向が積込機械１００の運転室１２１の前方を向くように設けられる。検出装置１２４は、対象物の３次元位置を、検出装置１２４の位置を基準とした座標系で特定する。
　なお、第１の実施形態に係る積込機械１００は、運転席１２２に着座するオペレータの操作に従って動作するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、積込機械１００の外部で操作するオペレータの遠隔操作によって操作信号や掘削積込指示信号が送信され動作するものであってもよい。
　積込機械１００は、位置方位演算器１２５、傾斜計測器１２６、油圧装置１２７、制御装置１２８を備える。
　位置方位演算器１２５は、旋回体１２０の位置および旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１２５は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１２５は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
　位置方位演算器１２５は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。旋回体１２０が向く方位とは、旋回体１２０の正面方向であって、作業機１３０のブーム１３１からバケット１３３へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。
　傾斜計測器１２６は、旋回体１２０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角およびピッチ角）を検出する。傾斜計測器１２６は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１２６は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。
　油圧装置１２７は、作動油タンク、油圧ポンプ、および流量制御弁を備える。油圧ポンプは、図示しないエンジンの動力で駆動し、流量制御弁を介して走行体１１０を走行させる図示しない走行油圧モータ、旋回体１２０を旋回させる図示しない旋回油圧モータ、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に作動油を供給する。流量制御弁はロッド状のスプールを有し、スプールの位置によって走行油圧モータ、旋回油圧モータ、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給する作動油の流量を調整する。スプールは、制御装置１２８から受信する制御指令に基づいて駆動される。つまり、走行油圧モータ、旋回油圧モータ、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給される作動油の量は、制御装置１２８によって制御される。上記のとおり、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６は共通の油圧装置１２７から供給される作動油によって駆動する。
　制御装置１２８は、操作装置１２３から操作信号を受信する。制御装置１２８は、受信した操作信号に基づいて、作業機１３０、旋回体１２０、または走行体１１０を駆動させる。
《制御装置の構成》
　図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
　制御装置１２８は、プロセッサ１１００、メインメモリ１２００、ストレージ１３００、インタフェース１４００を備えるコンピュータである。ストレージ１３００は、プログラムを記憶する。プロセッサ１１００は、プログラムをストレージ１３００から読み出してメインメモリ１２００に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
　ストレージ１３００の例としては、ＨＤＤ、ＳＳＤ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等が挙げられる。ストレージ１３００は、制御装置１２８の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１４００を介して制御装置１２８に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ１３００は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　プロセッサ１１００は、プログラムの実行により、車両情報取得部１１０１、検出情報取得部１１０２、操作信号入力部１１０３、バケット位置特定部１１０４、マップ生成部１１０５、積込対象特定部１１０６、回避位置特定部１１０７、掘削対象特定部１１０８、掘削位置特定部１１０９、下げ停止判定部１１１０、積込位置特定部１１１１、移動処理部１１１２、操作信号出力部１１１３を備える。
　車両情報取得部１１０１は、例えば旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する。以下、車両情報取得部１１０１が取得する積込機械１００に係る情報を車両情報とよぶ。
　検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から深度情報を取得する。深度情報は、検出範囲Ｒ内の複数の点の三次元位置を示す。深度情報の例としては、深度を表す複数の画素からなる深度画像や、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）で表現される複数の点からなる点群データが挙げられる。
　操作信号入力部１１０３は、操作装置１２３から操作信号の入力を受け付ける。操作信号にはブーム１３１の上げ操作信号および下げ操作信号、アーム１３２の押し操作信号および引き操作信号、バケット１３３のダンプ操作信号および掘削操作信号、旋回体１２０の旋回操作信号、走行体１１０の走行操作信号、ならびに積込機械１００の掘削積込指示信号が含まれる。
　図３は、第１の実施形態に係る自動掘削積込制御における掘削前のバケットの経路の例を示す図である。
　バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、ショベル座標系におけるアーム１３２の先端部の位置Ｐ（図１参照）およびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下通過点までの高さＨｂを特定する。バケット１３３の最下通過点とは、バケット１３３のダンプ操作の間に刃先と地表面との距離が最も短くなるときに刃先が位置する点をいう。すなわち、アーム１３２の先端からバケット１３３の最下通過点までの高さＨｂは、バケット１３３の基端部のピンから刃先までの長さと一致する。なお、バケット１３３の基端部はアーム１３２の先端部に接続されているため、アーム１３２の先端部の位置Ｐは、バケット１３３の基端部の位置に等しい。
　具体的には、バケット位置特定部１１０４は、以下の手順でアーム１３２の先端部の位置Ｐを特定する。バケット位置特定部１１０４は、ブームシリンダ１３４のストローク量から求められるブーム１３１の絶対角度と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の先端部の位置を求める。バケット位置特定部１１０４は、ブーム１３１の絶対角度と、アームシリンダ１３５のストローク量から求められるアーム１３２の相対角度とに基づいて、アーム１３２の絶対角度を求める。バケット位置特定部１１０４は、ブーム１３１の先端部の位置と、アーム１３２の絶対角度と、既知のアーム１３２の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、アーム１３２の先端部の位置Ｐを求める。
　マップ生成部１１０５は、車両情報取得部１１０１が取得した旋回体１２０の位置、方位、および姿勢と、検出情報取得部１１０２が取得した深度情報とに基づいて、現場座標系によって積込機械１００の周囲のうち少なくとも一部の形状を表す三次元マップを生成する。マップ生成部１１０５は、旋回体１２０が旋回することで、検出装置１２４が異なる検出範囲について検出した複数の深度情報を重ね合わせることで、積込対象２００および掘削対象を含む三次元マップを生成する。なお、他の実施形態においては、マップ生成部１１０５は、旋回体１２０を基準としたショベル座標系に係る三次元マップを生成してもよい。
　積込対象特定部１１０６は、マップ生成部１１０５が生成した三次元マップに基づいて、積込対象２００の位置および形状を特定する。例えば、積込対象特定部１１０６は、三次元マップが示す三次元形状と積込対象２００の既知の形状とをマッチングすることで、積込対象２００の位置および形状を特定する。
　回避位置特定部１１０７は、車両情報取得部１１０１が取得した積込機械１００の位置と、積込対象特定部１１０６が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、作業機１３０と積込対象２００とが上方からの平面視において干渉しない点である干渉回避位置Ｐ０２を特定する。干渉回避位置Ｐ０２は、自動掘削積込制御の開始時のアーム１３２の先端の位置Ｐ（空荷旋回開始位置Ｐ０１）と同じ高さを有し、かつ旋回体１２０の旋回中心からの距離が、当該旋回中心から空荷旋回開始位置Ｐ０１までの距離と等しく、かつ下方に積込対象２００が存在しない位置である。回避位置特定部１１０７は、例えば、旋回体１２０の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と空荷旋回開始位置Ｐ０１との距離を半径とする円を特定し、当該円上の位置のうち、バケット１３３の外形が上方からの平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ空荷旋回開始位置Ｐ０１に最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ０２と特定する。回避位置特定部１１０７は、積込対象２００の位置および形状、ならびにバケット１３３の既知の形状に基づいて、積込対象２００とバケット１３３とが干渉するか否かを判定することができる。ここで、「同じ高さ」、「距離が等しい」とは、必ずしも高さまたは距離が完全に一致するものに限られず、多少の誤差やマージンが許容されるものとする。
　掘削対象特定部１１０８は、マップ生成部１１０５が生成した三次元マップに基づいて、掘削対象の掘削点Ｐ２２の位置を特定する。掘削点Ｐ２２は、例えばバケット１３３の刃先をその点からアーム１３２およびバケット１３３を掘削方向へ移動させることで、バケット１３３の最大容量に相当する量の土砂を掘削できる点である。例えば、掘削対象特定部１１０８は、三次元マップが示す三次元形状から掘削対象の土砂の分布を特定し、当該分布に基づいて掘削点Ｐ２２を特定する。
　掘削位置特定部１１０９は、掘削対象特定部１１０８が特定した掘削点Ｐ２２から、バケット１３３の基端部から刃先までの距離だけ離れた点を、掘削位置Ｐ０５として特定する。つまり、バケット１３３は、ダンプ方向に刃先を向けた所定の掘削姿勢をとっている場合において、バケット１３３の刃先が掘削点Ｐ２２に位置するとき、アーム１３２の先端は掘削位置Ｐ０５に位置することとなる。掘削点Ｐ２２は三次元マップに基づいて特定されるため、掘削位置特定部１１０９は、検出装置１２４の検出結果に基づいて掘削位置Ｐ０５を特定しているといえる。なお、他の実施形態においては、掘削位置特定部１１０９は、積込機械１００のオペレータの指示に基づいて掘削位置Ｐ０５を特定してもよい。例えば、オペレータは、バケット１３３を掘削位置Ｐ０５に当てて所定のボタンを押下することで掘削位置Ｐ０５を指示してもよいし、タッチパネルなどの入力装置によって掘削位置Ｐ０５を指示してもよい。
　また掘削位置特定部１１０９は、掘削位置Ｐ０５より所定高さだけ上方の位置を、旋回終了位置Ｐ０４に決定する。
　下げ停止判定部１１１０は、旋回体１２０の空荷旋回と同時に作業機１３０の下げ操作をしているときに、アーム１３２の先端の高さが旋回終了位置Ｐ０４と同じ高さになったか否かを判定する。このときのアーム１３２の先端の位置を、下げ停止位置Ｐ０３という。
　積込位置特定部１１１１は、積込対象特定部１１０６が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ０７を特定する。具体的には、積込位置特定部１１１１は、以下のように積込位置Ｐ０７を特定する。
　図４は、第１の実施形態に係る自動掘削積込制御における掘削後のバケットの経路の例を示す図である。
　積込位置特定部１１１１は、積込対象２００上の積込点Ｐ２１を、積込位置Ｐ０７の平面位置として特定する。つまり、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ０７に位置するとき、アーム１３２の先端は積込点Ｐ２１の上方に位置することとなる。積込点Ｐ２１の例としては、積込対象２００がダンプトラックの場合におけるベッセルの中心点、および積込対象２００がホッパの場合における開口の中心点が挙げられる。積込位置特定部１１１１は、積込対象２００の高さＨｔに、バケット位置特定部１１０４が特定したアーム１３２の先端からバケット１３３最下通過点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ０７の高さを特定する。なお、他の実施形態においては、積込位置特定部１１１１は、制御余裕分の高さを加算せずに積込位置Ｐ０７を特定してもよい。すなわち、積込位置特定部１１１１は、高さＨｔに高さＨｂを加算することで、積込位置Ｐ０７の高さを特定してもよい。なお、第１の実施形態に係る高さＨｔは、地面からベッセルの上面までの高さである。
　移動処理部１１１２は、操作信号入力部１１０３が掘削積込指示信号の入力を受け付けた場合に、掘削位置特定部１１０９が特定した掘削位置Ｐ０５、回避位置特定部１１０７が特定した干渉回避位置Ｐ０２に基づいて、バケット１３３を掘削位置Ｐ０５まで移動させるための回動操作信号を生成する。すなわち、移動処理部１１１２は、空荷旋回開始位置Ｐ０１から、干渉回避位置Ｐ０２、下げ停止位置Ｐ０３、および旋回終了位置Ｐ０４を経由して、掘削位置Ｐ０５に到達するように、回動操作信号を生成する。移動処理部１１１２は、バケット１３３が掘削位置Ｐ０５に到達すると、バケット１３３を掘削方向へ回転させ、また移動させるための掘削操作信号を生成する。
　移動処理部１１１２は、積込位置特定部１１１１が特定した積込位置Ｐ０７、回避位置特定部１１０７が特定した干渉回避位置Ｐ０２に基づいて、バケット１３３を積込位置Ｐ０７まで移動させるための回動操作信号を生成する。すなわち、移動処理部１１１２は、掘削完了位置Ｐ０５´から、積荷旋回開始位置Ｐ０６、および干渉回避位置Ｐ０２を経由して、積込位置Ｐ０７に到達するように、回動操作信号を生成する。このとき、移動処理部１１１２は、ブーム１３１およびアーム１３２が駆動してもバケット１３３の対地角度が変化しないように、バケット１３３の回動操作信号を生成する。移動処理部１１１２は、バケット１３３が積込位置Ｐ０７に到達すると、バケット１３３をダンプ方向へ回転させるためのダンプ操作信号を生成する。
　操作信号出力部１１１３は、操作信号入力部１１０３に入力された操作信号、または移動処理部１１１２が生成した操作信号を出力する。具体的には、操作信号出力部１１１３は、自動掘削積込制御中である場合に、移動処理部１１１２が生成した自動制御に係る操作信号を出力し、自動掘削積込制御中でない場合に、操作信号入力部１１０３に入力されたオペレータの手動操作に係る操作信号を出力する。
《自動掘削積込制御》
　積込機械１００のオペレータは、積込機械１００と積込対象２００とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置１２３の自動制御用のスイッチをＯＮにする。これにより、操作装置１２３は、掘削積込指示信号を生成し出力する。
　図５－図７は、第１の実施形態に係る自動掘削積込制御を示すフローチャートである。制御装置１２８は、オペレータから掘削積込指示信号の入力を受け付けると、図５－図７に示す自動掘削積込制御を実行する。なお、自動掘削積込制御の開始時におけるバケット１３３の位置である空荷旋回開始位置Ｐ０１は、積込対象２００の上方であって、旋回によって積込対象２００と干渉しない位置である。自動掘削積込制御を連続して実行する場合には、空荷旋回開始位置Ｐ０１は、積込位置Ｐ０７と一致する。
　車両情報取得部１１０１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する（ステップＳ１）。車両情報取得部１１０１は、取得した旋回体１２０の位置および方位に基づいて、旋回体１２０の旋回中心の位置を特定する（ステップＳ２）。
　検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から、積込機械１００の周囲の深度を示す深度情報を取得する（ステップＳ３）。マップ生成部１１０５は、車両情報取得部１１０１が取得した旋回体１２０の位置、方位、および姿勢と、検出情報取得部１１０２が取得した深度情報とに基づいて、現場座標系における積込機械１００の周囲のうち少なくとも一部の形状を表す三次元マップを更新する（ステップＳ４）。つまり、マップ生成部１１０５は、過去に生成した三次元マップに、今回検出した深度情報を重ね合わせることで三次元マップを更新する。積込対象特定部１１０６は、更新したマップ情報に基づいて、積込対象２００の位置および形状を特定する（ステップＳ５）。
　バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、掘削積込指示信号の入力時のアーム１３２の先端部の位置Ｐを、空荷旋回開始位置Ｐ０１に決定するとともに、アーム１３２の先端からバケット１３３の最下通過点までの高さＨｂを特定する（ステップＳ６）。
　掘削対象特定部１１０８は、ステップＳ４で生成した三次元マップに基づいて掘削点Ｐ２２を特定する（ステップＳ７）。掘削位置特定部１１０９は、掘削対象特定部１１０８が特定した掘削点Ｐ２２の位置に基づいて、掘削位置Ｐ０５および旋回終了位置Ｐ０４を特定する（ステップＳ８）。
　回避位置特定部１１０７は、ステップＳ６で決定した空荷旋回開始位置Ｐ０１と、積込対象特定部１１０６が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて干渉回避位置Ｐ０２を特定する（ステップＳ９）。
　移動処理部１１１２は、アーム１３２の先端部の位置Ｐが旋回終了位置Ｐ０４に至ったか否かを判定する（ステップＳ１０）。アーム１３２の先端部の位置Ｐが旋回終了位置Ｐ０４に至っていない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２を通過したか否かを判定する（ステップＳ１１）。アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２を通過していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号を生成しない。つまり、アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２を通過していない場合、移動処理部１１１２は、作業機１３０を下げる操作信号の出力を禁止する。
　他方、アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２を通過した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、下げ停止判定部１１１０は、アーム１３２の先端の位置Ｐが、旋回終了位置Ｐ０４より高いか否かを判定する（ステップＳ１２）。アーム１３２の先端の位置Ｐが、旋回終了位置Ｐ０４より高い場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、アーム１３２の先端部の位置Ｐを降下させるためのブーム１３１およびアーム１３２の操作信号を生成する（ステップＳ１３）。
　他方、アーム１３２の先端の位置Ｐの高さが、旋回終了位置Ｐ０４の高さ以下である場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、アーム１３２の先端部の位置Ｐを降下させるためのブーム１３１およびアーム１３２の操作信号の生成を一時停止する。
　次に、移動処理部１１１２は、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端の平面位置が旋回終了位置Ｐ０４に到達するか否かを判定する（ステップＳ１４）。現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端の平面位置が旋回終了位置Ｐ０４に到達しない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ１５）。
　他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端の平面位置が旋回終了位置Ｐ０４に到達する場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、旋回操作信号を生成しない。つまり、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端の平面位置が旋回終了位置Ｐ０４に到達する場合、移動処理部１１１２は、旋回操作信号の出力を禁止する。これにより、慣性により旋回し続けようとする旋回体１２０は減速を始める。
　ステップＳ１０からステップＳ１５の処理でブーム１３１およびアーム１３２の操作信号、並びに旋回体１２０の旋回操作信号の少なくともいずれか１つを生成すると、操作信号出力部１１１３は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ１６）。
　そして、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ１７）。これにより、車両情報取得部１１０１は、出力した操作信号によって駆動した後の車両情報を取得することができる。制御装置１２８は、処理をステップＳ１４に戻し、操作信号の生成を繰り返し実行する。
　ステップＳ１０において、アーム１３２の先端部の位置Ｐが旋回終了位置Ｐ０４に至った場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、ブーム１３１およびアーム１３２を下げる操作信号を生成し、操作信号出力部１１１３は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ１８）。車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得し、アーム１３２の先端部の位置Ｐが掘削位置Ｐ０５に至ったか否かを判定する（ステップＳ１９）。アーム１３２の先端部の位置Ｐが掘削位置Ｐ０５に至っていない場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御装置１２８はステップＳ２２に処理を戻し、作業機１３０を下げる操作信号の出力を継続する。したがって、アーム１３２の先端部の位置Ｐが旋回終了位置Ｐ０４から掘削位置Ｐ０５に移動する間、旋回体１２０は旋回しない。
　アーム１３２の先端部の位置Ｐが掘削位置Ｐ０５に至った場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、バケット１３３を掘削方向に駆動させる掘削操作信号を生成し、操作信号出力部１１１３は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２０）。これにより、制御装置１２８は、バケット１３３に掘削対象を掘削させることができる。
　次に、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ２１）。また検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から、積込機械１００の周囲の深度を示す深度情報を取得する（ステップＳ２２）。マップ生成部１１０５は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報と、検出情報取得部１１０２が取得した深度情報とに基づいて三次元マップを更新する（ステップＳ２３）。積込対象特定部１１０６は、更新した三次元マップに基づいて積込対象２００の位置および形状を特定する（ステップＳ２４）。積込位置特定部１１１１は、積込対象特定部１１０６が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ０７の平面位置を特定する（ステップＳ２５）。積込位置特定部１１１１は、積込対象２００の高さＨｔに、ステップＳ６で特定したアーム１３２の先端部からバケット１３３の最下通過点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ０７の高さを特定する（ステップＳ２６）。
　移動処理部１１１２は、アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ０７に至ったか否かを判定する（ステップＳ２７）。アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ０７に至っていない場合（ステップＳ２７：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２の近傍にあるか否かを判定する（ステップＳ２８）。例えば、移動処理部１１１２は、アーム１３２の先端の高さと干渉回避位置Ｐ０２の高さとの差が所定の閾値未満であり、または旋回体１２０の旋回中心からアーム１３２の先端までの平面距離と旋回中心から干渉回避位置Ｐ０２までの平面距離との差が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２の近傍にない場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、ブーム１３１およびアーム１３２を干渉回避位置Ｐ０２の高さまで上昇させる操作信号を生成する（ステップＳ２９）。このとき、移動処理部１１１２は、ブーム１３１およびアーム１３２の位置および速度に基づいて、操作信号を生成する。
　また移動処理部１１１２は、生成したブーム１３１およびアーム１３２の操作信号に基づいてブーム１３１およびアーム１３２の角速度の和を算出し、当該角速度の和と同じ速度でバケット１３３を回動させる操作信号を生成する（ステップＳ３０）。これにより、移動処理部１１１２は、バケット１３３の対地角を保持する操作信号を生成することができる。
　アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２の近傍にある場合（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号を生成しない。つまり、アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ０２の近傍にある場合、移動処理部１１１２は、作業機１３０を積込点へ移動させるための作業機１３０の操作信号の出力を禁止する。
　移動処理部１１１２は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。すなわち、移動処理部１１１２は、旋回体１２０が旋回中であるか否かを判定する。
　旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満である場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、バケット１３３の高さが掘削完了位置Ｐ０５´の高さから干渉回避位置Ｐ０２の高さに至るまでの時間である上昇時間を特定する（ステップＳ３２）。移動処理部１１１２は、バケット１３３の上昇時間に基づいて、現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ０２または干渉回避位置Ｐ０２より高い点を通過することになるか否かを判定する（ステップＳ３３）。現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ０２または干渉回避位置Ｐ０２より高い点を通過することになる場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ３４）。
　現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ０２より低い点を通過することになる場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、旋回操作信号を生成しない。つまり、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ０２より低い点を通過することになる場合、移動処理部１１１２は、旋回操作信号の出力を禁止する。
　旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ０７に到達するか否かを判定する（ステップＳ３５）。なお、旋回体１２０は、旋回操作信号の出力の停止後、減速しながらも慣性により旋回し続け、その後停止する。現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ０７に到達する場合（ステップＳ３５：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、旋回操作信号を生成しない。つまり、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ０７に到達する場合、移動処理部１１１２は、旋回操作信号の出力を禁止する。これにより、旋回体１２０は減速を始める。
　他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ０７より手前で停止することになる場合（ステップＳ３５：ＮＯ）、移動処理部１１１２は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ３６）。
　ステップＳ２７からステップＳ３６の処理でブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の回動操作信号、並びに旋回体１２０の旋回操作信号の少なくともいずれか１つを生成すると、操作信号出力部１１１３は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ３７）。
　そして、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ３８）。これにより、車両情報取得部１１０１は、出力した操作信号によって作動した後の車両情報を取得することができる。制御装置１２８は、処理をステップＳ３１に戻し、操作信号の生成を繰り返し実行する。
　他方、ステップＳ２７にて、アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ０７に至った場合（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、移動処理部１１１２は、ダンプ操作信号を生成し、操作信号出力部１１１３は、ダンプ操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ３９）。これにより、バケット１３３に収容された土砂は、積込対象２００に積み込まれる。なお、アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ０７に至ったとき、旋回体１２０の旋回は停止している。
　これにより、制御装置１２８は、自動掘削積込制御を終了する。または制御装置１２８は、処理をステップＳ１に戻し、積込対象２００の積載量が最大積載量を超えない範囲で、自動掘削積込制御を繰り返し実行する。
《作用・効果》
　このように、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、積込対象２００の位置および形状に基づいて積込対象２００より所定距離だけ外側の位置である干渉回避位置Ｐ０２を特定し、バケット１３３が干渉回避位置Ｐ０２に到達するまで旋回体１２０のみを駆動させてバケット１３３を干渉回避位置Ｐ０２へ移動させる。その後、制御装置１２８は、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させてバケット１３３を掘削対象上の掘削位置Ｐ０５へ移動させる。これにより、制御装置１２８は、積込対象２００とバケット１３３との干渉を防止しながら、バケット１３３の刃先を掘削点Ｐ２２へ移動させることができる。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、バケット１３３が干渉回避位置Ｐ０２に到達した後に旋回体１２０および作業機１３０を駆動させてバケット１３３を掘削位置Ｐ０５より上方の旋回終了位置Ｐ０４へ移動させる。その後、制御装置１２８は、作業機１３０のみを駆動させてバケット１３３を掘削位置Ｐ０５へ移動させる。これにより、バケット１３３の刃先を、刃の伸びる方向に沿って掘削対象に当てることができる。なお、旋回しながらバケット１３３を掘削対象に当てると、バケット１３３の刃に横方向の力が掛かり、刃の摩耗および作業機１３０の曲がりが生じやすくなる。
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
　例えば、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、積込点Ｐ２１を、深度情報を用いて特定するが、これに限られない。他の実施形態に係る制御装置１２８は、深度情報を用いずに、積込対象２００に位置方位演算器を設けて、積込対象特定部１１０６は積込対象２００の位置方位演算器が出力する積込対象２００の位置と方位と形状を受信して、積込位置特定部１１１１は積込点Ｐ２１を特定してもよい。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、掘削点Ｐ２２を深度情報を用いて特定するが、これに限られない。他の実施形態に係る制御装置１２８は、掘削位置特定部１１０９は掘削点Ｐ２２をオペレータが教示できるようにして特定してもよい。具体的には、掘削位置特定部１１０９はオペレータが手動操作にて掘削操作を行ったときの掘削位置を記憶して、掘削点Ｐ２２としてもよい。あるいは、運転室１２１内に、掘削点Ｐ２２を指示するタッチパネル式のデータ入力端末装置を備えて、掘削位置特定部１１０９はデータ入力端末装置から指示されたデータを受信して、掘削点Ｐ２２を特定してもよい。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、自動掘削積込制御を行うが、これに限られない。他の実施形態に係る制御装置１２８は自動掘削制御を行い、積込作業がオペレータの手動操作によって行われてもよい。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、掘削点Ｐ２２を特定して、掘削点Ｐ２２への旋回操作のあとに掘削操作を実行するが、これに限らず、制御装置１２８は、掘削点Ｐ２２への旋回操作までを実行して制御を終了し掘削作業がオペレータの手動操作によって行われてもよい。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、バケット１３３は積込対象２００の上方に位置する空荷旋回開始位置Ｐ０１にあって自動掘削積込制御を開始するが、これに限られない。他の実施形態に係る制御装置１２８は、バケット１３３は掘削終了位置Ｐ０５’にあって、自動掘削積込制御を開始すると、バケット１３３を干渉回避位置Ｐ０２を通過して積込位置Ｐ０７へ移動して、ダンプ操作をした後に、バケット１３３を干渉回避位置Ｐ０２を通過して掘削点Ｐ２２へ移動してもよい。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１２８の積込対象特定部１１０６は、深度情報から生成されたマップ情報に基づいて積込対象２００の位置および形状を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態において、積込対象２００がＧＮＳＳなどによる測位機能を有する場合、積込対象特定部１１０６は、車車間通信により、ローディングポイントに到着した積込対象２００からその位置および方位に係る情報を受信することで、積込対象２００の位置および形状を特定してもよい。また他の実施形態において、積込対象２００が管制システムによって制御される無人車両である場合、積込対象特定部１１０６は、管制システムから積込対象２００の位置および方位に係る情報を受信することで、積込対象２００の位置および形状を特定してもよい。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００はバケット１３３を備えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、バックオールとクラムシェルとを開閉可能に備えるクラムバケットを備えるものであってもよい。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００は、オペレータが搭乗して操作する有人運転車両であるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、遠隔の事務所にいるオペレータがモニタの画面を見ながら操作する遠隔操作装置から、通信により取得する操作信号によって作動する遠隔運転車両であってもよい。この場合、制御装置１２８の一部の機能が遠隔操作装置に設けられてもよい。
　本発明に係る積込機械の制御装置は、積込対象とバケットとの干渉を防止しながら、バケットを掘削点へ移動させることができる。
　１００…積込機械　１１０…走行体　１２０…旋回体　１２１…運転室　１２２…運転席　１２３…操作装置　１２４…検出装置　１２５…位置方位演算器　１２６…傾斜計測器　１２７…油圧装置　１２８…制御装置　１３０…作業機　１３１…ブーム　１３２…アーム　１３３…バケット　１３４…ブームシリンダ　１３５…アームシリンダ　１３６…バケットシリンダ　１３７…ブームストロークセンサ　１３８…アームストロークセンサ　１３９…バケットストロークセンサ　１１００…プロセッサ　１２００…メインメモリ　１３００…ストレージ　１４００…インタフェース　１１０１…車両情報取得部　１１０２…検出情報取得部　１１０３…操作信号入力部　１１０４…バケット位置特定部　１１０５…マップ生成部　１１０６…積込対象特定部　１１０７…回避位置特定部　１１０８…掘削対象特定部　１１０９…掘削位置特定部　１１１０…下げ停止判定部　１１１１…積込位置特定部　１１１２…移動処理部　１１１３…操作信号出力部　２００…積込対象　Ｐ０１…空荷旋回開始位置　Ｐ０２…干渉回避位置　Ｐ０３…下げ停止位置　Ｐ０４…旋回終了位置　Ｐ０５…掘削位置　Ｐ０５´…掘削終了位置　Ｐ０６…積荷旋回開始位置　Ｐ０７…積込位置　Ｐ２１…積込点　掘削点Ｐ２２

Claims (6)

  1. 　旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、
    　積込対象の位置および形状を特定する積込対象特定部と、
    　前記積込対象の位置および形状に基づいて前記積込対象より所定距離だけ外側の位置である干渉回避位置を特定する回避位置特定部と、
    　前記バケットが前記積込対象上の積込位置から前記干渉回避位置に到達するまで前記旋回体のみを駆動させて前記バケットを前記干渉回避位置へ移動させる操作信号を出力し、前記バケットが前記干渉回避位置に到達した後に前記旋回体および前記作業機を駆動させて前記バケットを掘削対象上の掘削位置へ移動させる操作信号を出力する移動処理部と
    　を備える積込機械の制御装置。
  2. 　前記移動処理部は、前記バケットが前記干渉回避位置に到達した後に前記旋回体および前記作業機を駆動させて前記バケットを前記掘削位置より上方の旋回終了位置へ移動させる操作信号を出力し、前記バケットが前記旋回終了位置に到達した後に前記作業機のみを駆動させて前記バケットを前記掘削位置へ移動させる操作信号を出力する
    　請求項１に記載の積込機械の制御装置。
  3. 　前記積込機械は、検出方向に存在する対象物の位置を検出する検出装置を備え、
    　前記積込対象特定部は、前記検出装置の検出結果に基づいて前記積込対象の位置および形状を特定する
    　請求項１または請求項２に記載の積込機械の制御装置。
  4. 　前記積込機械は、検出方向に存在する対象物の位置を検出する検出装置を備え、
    　前記検出装置の検出結果に基づいて前記掘削位置を特定する掘削位置特定部を備える
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の積込機械の制御装置。
  5. 　前記積込機械は、積込機械のオペレータの指示に基づいて前記掘削位置を特定する掘削位置特定部を備える
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の積込機械の制御装置。
  6. 　旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
    　積込対象の位置および形状を特定するステップと、
    　前記積込対象の位置および形状に基づいて前記積込対象より所定距離だけ外側の位置である干渉回避位置を特定するステップと、
    　前記バケットが前記積込対象上の積込位置から前記干渉回避位置に到達するまで前記旋回体のみを駆動させて前記バケットを前記干渉回避位置へ移動させる操作信号を出力するステップと、
    　前記バケットが前記干渉回避位置に到達した後に前記旋回体および前記作業機を駆動させて前記バケットを掘削対象上の掘削位置へ移動させる操作信号を出力するステップと
    　を備える積込機械の制御方法。
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