WO2020075457A1 - 運搬車両に素材を積み込む作業機械を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

運搬車両に素材を積み込む作業機械を制御するためのシステム及び方法 Download PDF

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WO2020075457A1
WO2020075457A1 PCT/JP2019/036510 JP2019036510W WO2020075457A1 WO 2020075457 A1 WO2020075457 A1 WO 2020075457A1 JP 2019036510 W JP2019036510 W JP 2019036510W WO 2020075457 A1 WO2020075457 A1 WO 2020075457A1
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transport vehicle
controller
turning
center
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PCT/JP2019/036510
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正憲 逢澤
健二郎 嶋田
Original Assignee
株式会社小松製作所
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    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—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
    • E02F3/439—Automatic repositioning of the implement, e.g. automatic dumping, auto-return
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the present invention relates to a technique for controlling a work machine for loading materials on a transportation vehicle.
  • Patent Document 1 the excavation position and the earth removal position are taught to the controller of the work machine in advance.
  • the controller performs excavation at the excavation position, turns the work machine from the excavation position toward the earth removal position, and controls the work machine to perform earth removal at the earth removal position.
  • the loading work is performed not only with the work machine but also with the transport vehicle. Therefore, in order to carry out the loading work more efficiently, it is important that the work machine and the transport vehicle cooperate appropriately to carry out the work.
  • the purpose of the present invention is to carry out the loading operation of the work machine onto the transport vehicle by automatic control, and to appropriately perform the cooperation between the work machine and the transport vehicle.
  • the first mode is a system for controlling a work machine.
  • the work machine includes a work machine, a revolving structure to which the work machine is attached, and a support body that supports the revolving structure so that the revolving structure can rotate.
  • the system includes a first processor that controls the work machine.
  • the first processor acquires data indicating a position of a predetermined reference point included in the haul vehicle.
  • the first processor acquires data indicating the position of the swing center of the swing structure.
  • the first processor acquires data indicating the position of the cutting edge of the work machine.
  • the first processor determines a target swing angle of the swing structure from a straight line connecting the swing center of the swing structure and the position of the reference point of the transport vehicle and the current position of the cutting edge of the working machine.
  • the first processor controls the turning body to turn according to the target turning angle.
  • the second aspect is a method executed by one or more processors to control the work machine for loading the material into the transportation vehicle.
  • the work machine includes a work machine, a swing body to which the work machine is attached, and a support body that supports the swing body in a rotatable manner.
  • the method according to this aspect includes the following processes.
  • the first process is to acquire data indicating the position of a predetermined reference point included in the transportation vehicle.
  • the second process is to acquire data indicating the position of the swing center of the swing structure.
  • the third process is to acquire data indicating the position of the cutting edge of the working machine.
  • the fourth processing is to determine the target swing angle of the swing structure from the straight line connecting the swing center of the swing structure and the position of the reference point of the transport vehicle and the current position of the cutting edge of the working machine.
  • the fifth process is to control the turning body to turn according to the target turning angle.
  • the target swing angle of the swing structure is determined from the straight line connecting the swing center of the swing structure of the work machine and the position of the reference point of the transport vehicle and the current position of the cutting edge of the work machine. Then, the work machine is controlled so that the revolving unit turns according to the target turning angle. Therefore, the working machine can be moved to a position where the material can be easily loaded on the transport vehicle. Accordingly, the loading operation of the work machine onto the transport vehicle can be performed by automatic control, and the work machine and the transport vehicle can be appropriately linked.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of a work site where a work machine 1 and a transportation vehicle 2 according to the embodiment are used.
  • a work machine 1 and a transportation vehicle 2 are arranged at the work site.
  • the work machine 1 and the transport vehicle 2 cooperate with each other to perform work by automatic control.
  • the work machine 1 is a hydraulic excavator.
  • 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 on the transport vehicle 2 stopped at the loading position L2.
  • the transport vehicle 2 loaded with the materials travels to the dump position L3 and unloads the materials to the dump position L3.
  • Another work machine 3 such as a bulldozer is arranged at the dump position L3, and the material unloaded at the dump position L3 is spread.
  • the transport vehicle 2 that has unloaded the material travels to the loading position L2, and the work machine 1 reloads the material to the transport vehicle 2 that has stopped at the loading position L2. By repeating such work, 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 swing body 13 and a support body 14.
  • the swing body 13 is attached to the support body 14 so as to be swingable.
  • a cab 15 is arranged on the revolving unit 13. However, the cab 15 may be omitted.
  • the support 14 includes a track 16.
  • Crawler belt 16 is driven by the driving force of engine 24, which will be described later, so that work machine 1 travels.
  • the work machine 12 is attached to the front part of the vehicle body 11.
  • the work machine 12 includes a boom 17, an arm 18, and a bucket 19.
  • the boom 17 is attached to the revolving structure 13 so as to be vertically movable.
  • the arm 18 is operably attached to the boom 17.
  • the bucket 19 is operably attached to the arm 18.
  • the work machine 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 supplied 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 the configuration of the 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 a swing motor 28.
  • the swing motor 28 is a hydraulic motor and is driven by hydraulic oil from the hydraulic pump 25.
  • the swing motor 28 swings the swing body 13.
  • the hydraulic pump 25 is a variable displacement pump. Although one hydraulic pump 25 is shown in FIG. 3, a plurality of hydraulic pumps may be provided.
  • a pump controller 29 is connected to the hydraulic pump 25.
  • the pump control device 29 controls the tilt angle of the hydraulic pump 25.
  • the pump control device 29 includes an electromagnetic valve, for example, and is controlled by a command signal from the controller 27.
  • the controller 27 controls the pump control device 29 to control the capacity of the hydraulic pump 25.
  • the hydraulic pump 25, the cylinders 21-23, and the swing 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 the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 25 to the cylinders 21-23 and the swing motor 28.
  • the controller 27 controls the operation of the work machine 12 by controlling the control valve 31. Further, the controller 27 controls the control valve 31 to control the swing of the swing structure 13.
  • the power transmission device 26 transmits the driving force of the engine 24 to the support 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 support body 14, and the power transmission device 26.
  • the controller 27 operates the working machine 12 by controlling the engine 24, the hydraulic pump 25, and the control valve 31.
  • the controller 27 includes a first processor 271 such as a CPU or GPU and a memory 272.
  • the first processor 271 performs processing for automatic control of the work machine 1.
  • the memory 272 stores data and programs for automatic control of the work machine 1.
  • the memory 272 includes a volatile memory and a non-volatile memory.
  • the work machine 1 includes load sensors 32a-32c.
  • the load sensors 32a-32c detect the load applied to the work machine 12 and output load data indicating the load.
  • the load sensors 32a-32c are hydraulic pressure sensors, and detect the hydraulic pressures of the cylinders 21-23, respectively.
  • the load data indicates the hydraulic pressure of the cylinders 21-23.
  • the controller 27 is communicably connected to the load sensors 32a-32c by wire or wirelessly. The controller 27 receives load data from the load sensors 32a-32c.
  • the work machine 1 includes a first position sensor 33, work machine sensors 34a-34c, and a turning angle sensor 39.
  • the first position sensor 33 detects the position of the work machine 1 and outputs position data indicating the position of the work machine 1.
  • the first position sensor 33 includes a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver and an IMU (Inertial Measurement Unit).
  • the GNSS receiver is, for example, a receiver for GPS (Global Positioning System).
  • the position data includes data indicating the position of the work machine 1 output by the GNSS receiver and data indicating the attitude of the vehicle body 11 output by the IMU.
  • the posture of the vehicle body 11 includes, for example, an angle (pitch angle) with respect to the horizontal in the front-rear direction of the work machine 1 and an angle (roll angle) with respect to the horizontal in the work machine 1.
  • the work machine sensors 34a-34c detect the attitude of the work machine 12 and output attitude data indicating the attitude of the work machine 12.
  • the work machine sensors 34a-34c are stroke sensors that detect the stroke amount of the cylinders 21-23, for example.
  • the posture data of the work machine 12 includes the stroke amount of the cylinders 21-23.
  • the work machine sensors 34a-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 support body 14, and outputs turning angle data indicating the turning angle.
  • the controller 27 is connected to the first position sensor 33, the work machine sensors 34a-34c, and the turning angle sensor 39 by wire or wirelessly so as to be communicable.
  • the controller 27 receives the position data of the work machine 1, the attitude data of the work machine 12, and the turning angle data from the first position sensor 33, the work machine sensors 34a-34c, and the turning angle sensor 39, respectively.
  • the controller 27 calculates the blade edge position of the bucket 19 from the position data, the posture data, and the turning angle data.
  • the position data of the work machine 1 indicates the global coordinates of the first position sensor 33.
  • the controller 27 calculates the global coordinates of the blade edge position of the bucket 19 from the global coordinates of the first position sensor 33 based on the attitude data of the work machine 12 and the turning angle data.
  • 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 portion of the swing body 13.
  • the terrain sensor 35 measures the terrain located on the side of the revolving structure 13.
  • the terrain sensor 35 is, for example, a lidar (LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging).
  • the lidar irradiates a laser and measures the reflected light to measure the distance to a plurality of measurement points on the terrain.
  • the topographical data indicates the position of each measurement point with respect to the work machine 1.
  • the work machine 1 includes a first camera 36 and a plurality of second cameras 37.
  • the first camera 36 is attached to the revolving structure 13 toward the front of the revolving structure 13.
  • the first camera 36 photographs the front of the swinging body 13.
  • the first camera 36 is a stereo camera.
  • the first camera 36 outputs the first image data indicating the captured moving image.
  • a plurality of second cameras 37 are attached to the revolving structure 13 toward the left side, the right side, and the rear of the revolving structure 13, respectively.
  • the second camera 37 outputs second image data indicating the 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 connected to the first camera 36 and the second camera 37 so as to be able to communicate 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.
  • the work machine 1 includes a first communication device 38.
  • the first communication device 38 performs data communication with a device external to the work machine 1.
  • the first communication device 38 communicates with the remote computer device 4 outside the work machine 1.
  • the remote computer equipment 4 may be located at the work site. Alternatively, the remote computer equipment 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 regarding the work machine 1.
  • the display 401 displays an image according to the signal received from the controller 27 via the first communication device 38.
  • the input device 402 is operated by an operator.
  • the input device 402 may include, for example, a touch panel, or may include hardware keys.
  • the remote computer device 4 transmits a signal indicating the command input by the input device 402 to the controller 27 via the first communication device 38. Further, the first communication device 38 performs data communication with the transportation vehicle 2.
  • FIG. 4 is a side view of the transport vehicle 2.
  • the transportation vehicle 2 includes a vehicle main body 51, a traveling body 52, and a luggage carrier 53.
  • the vehicle body 51 is supported so as to be capable of turning with respect to the traveling body 52.
  • the traveling body 52 includes a crawler belt 54.
  • the crawler belt 54 is driven by the driving force of the engine 55 described later, so that the transport vehicle 2 travels.
  • the loading platform 53 is supported by the vehicle body 51. Therefore, the loading platform 53 is supported on the traveling body 52 so as to be capable of turning together with the vehicle body 51.
  • the loading platform 53 is provided so as to be operable in the dumping posture and the transporting posture.
  • the cargo bed 53 indicated by a solid line indicates the position of the cargo bed 53 in the transporting posture.
  • the cargo bed 53 'indicated by a two-dot chain line indicates the position of the cargo bed 53 in the dump posture.
  • the platform 53 In the carrying position, the platform 53 is arranged substantially horizontally. In the dump posture, the platform 53 is inclined with respect to the transport posture.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control system of the transportation vehicle 2.
  • the transport vehicle 2 includes an engine 55, a hydraulic pump 56, a power transmission device 57, a lift cylinder 58, a swing motor 59, a controller 61, and a control valve 62.
  • the controller 61 includes a second processor 611 such as a CPU or GPU and a memory 612.
  • the second processor 611 performs processing for automatic control of the transportation vehicle 2.
  • the memory 612 stores data and programs for automatic control of the transport vehicle 2.
  • 612 includes volatile memory and non-volatile memory.
  • 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 fluid discharged from the hydraulic pump 56 is supplied to the lift cylinder 58 and the swing motor 59.
  • the lift cylinder 58 and the swing motor 59 are driven by hydraulic fluid from the hydraulic pump 56.
  • the lift cylinder 58 moves up and down the platform 53. Thereby, the posture of the loading platform 53 is switched between the transporting 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 lift cylinder 58 by the control valve 62 to control the operation of the cargo bed 53.
  • the controller 61 also controls the turning of the vehicle body 51 by controlling the turning motor 59 with the control valve 62.
  • the transport vehicle 2 includes a second position sensor 63, a bed sensor 64, and a turning angle sensor 65.
  • the second position sensor 63 like the first position sensor 33 of the work machine 1, includes a GNSS receiver and an IMU.
  • the second position sensor 63 outputs position data.
  • the position data includes data indicating the position of the transportation vehicle 2 and data indicating the attitude of the vehicle body 51.
  • the platform sensor 64 detects the orientation of the platform 53 and outputs platform data indicating the orientation of the platform 53.
  • the platform sensor 64 is, for example, a stroke sensor that detects the stroke amount of the lift cylinder 58.
  • the platform data includes the stroke amount of the lift cylinder 58.
  • the luggage carrier sensor 64 may be another sensor such as a sensor that detects the tilt angle of the luggage carrier 53.
  • the turning angle sensor 65 detects a turning angle of the vehicle body 51 with respect to the traveling body 52, and outputs turning angle data indicating the turning angle.
  • the controller 61 is connected to the second position sensor 63, the bed platform sensor 64, the turning angle sensor 65, and the wired or wireless communication.
  • the controller 61 receives the position data, the bed data, and the turning angle data from the second position sensor 63, the bed sensor 64, and the turning angle sensor 65, respectively.
  • the transport vehicle 2 includes a second 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 second communication device 66.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 transmits the position data, the cargo bed data, and the turning angle data of the transport vehicle 2 via the second communication device 66.
  • the controller 27 of the work machine 1 receives the position data of the transport vehicle 2, the bed data, and the turning angle data via the first 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 of the transport vehicle 2 and the loading platform 53.
  • the controller 27 calculates the position of the platform 53 from the position data of the transport vehicle 2, the platform data, the turning angle data, and the vehicle size data.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 controls the transport vehicle 2 so that the transport vehicle 2 automatically travels between the loading position L2 and a predetermined dump position L3 to reciprocate.
  • the controller 27 of the work machine 1 controls the work machine 1 so that the work machine 1 automatically performs the excavation and loading work described above.
  • 6 and 7 are flowcharts showing the processing in the automatic control mode executed by the controller 27 of the work machine 1.
  • 8 and 9 are flowcharts showing the processing in the automatic control mode executed by the controller 61 of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 of the work machine 1 When the controller 27 of the work machine 1 receives the automatic control mode start command, it executes the processing of the automatic control mode shown in FIG. As shown in FIG. 10, the command to start the automatic control mode is output from the remote computer equipment 4 when the operator operates the input device 402 of the remote computer equipment 4 described above, for example.
  • the controller 27 receives the start command via the first communication device 38.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 also receives the start command for the automatic control mode.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 When the controller 61 of the transport vehicle 2 receives the command to start the automatic control mode, the controller 61 executes the process of the automatic control mode shown in FIG. 8.
  • step S101 the controller 27 of the work machine 1 acquires the position of the work machine 1.
  • the controller 27 acquires the position data of the working machine 1, the attitude data of the working machine 12, and the turning angle data from the first position sensor 33, the working machine sensors 34a-34c, and the turning angle sensor 39, respectively. To do.
  • the controller 27 calculates the blade edge position of the bucket 19 from the position data, the work machine data, and the turning angle data.
  • the controller 27 continuously acquires and updates the position of the work machine 1 during the automatic control mode.
  • step S102 the controller 27 determines the target stop position P1 at the loading position L2 of the transport vehicle 2 based on the position of the work machine 1. Specifically, the controller 27 acquires data indicating the direction of the loading position L2 with respect to the work machine 1. The controller 27 obtains the direction of the loading position L2 with respect to the work machine 1 by calculation from the position of the working machine 1 and the loading position L2. Further, the controller 27 acquires data indicating the target offset distance of the transport vehicle 2 with respect to the work machine 1. For example, the target offset distance is stored in the memory 272, and the controller 27 reads the target offset distance from the memory 272.
  • the controller 27 determines the target stop position P1 of the transport vehicle 2 based on the direction of the loading position L2, the target offset distance, and the position of the work machine 1. For example, the controller 27 determines a position distant from the position of the work machine 1 in the direction of the loading position L2 by the target offset distance as the target stop position P1 of the transport vehicle 2.
  • step S103 the controller 27 determines the allowable stop range A1 of the transport vehicle 2.
  • the allowable stop range A1 is a range located in the loading position L2 direction with respect to the work machine 1, and includes the target stop position P1.
  • the controller 27 determines the allowable stop range A1 from the position of the work machine 1.
  • the allowable stop range A1 will be described later.
  • step S104 the controller 27 communicates with the transportation vehicle 2.
  • the controller 27 transmits the target stop position P1 to the transport vehicle 2.
  • step S201 the controller 61 of the transport vehicle 2 communicates with the work machine 1.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 receives the target stop position P1 transmitted by the controller 27 of the work machine 1 via the second communication device 66.
  • step S202 the controller 61 acquires the position of the transport vehicle 2.
  • the controller 27 acquires the position data, the cargo bed data, and the turning angle data of the transport vehicle 2 from the second position sensor 63, the cargo bed sensor 64, and the turning angle sensor 65, respectively.
  • the controller 61 continuously acquires and updates the position of the transport vehicle 2 during the automatic control mode.
  • step S203 the controller 61 acquires area data.
  • the area data includes data indicating the topography of the work site. Further, the area data includes data indicating the prohibited areas A2 and A3 of the transport vehicle 2 shown in FIG.
  • step S204 the controller 61 determines the target travel route R1.
  • the target travel route R1 is a route from the current position of the transport vehicle 2 to the target stop position P1.
  • the controller 61 determines the target travel route R1 from the area data described above, the position data of the transport vehicle 2, and the target stop position P1.
  • the controller 61 determines the target travel route R1 so as to avoid the inaccessible areas A2 and A3.
  • the controller 61 determines the target travel route R1 so as to avoid the inaccessible areas A2 and A3 and minimize the moving distance of the transport vehicle 2.
  • the controller 61 may determine the target travel route R1 in consideration of factors other than the entry prohibition areas A2 and A3.
  • step S205 the controller 61 causes the transport vehicle 2 to start moving.
  • the controller 61 controls the transport vehicle 2 so that the transport vehicle 2 moves to the target stop position P1 along the target travel route R1.
  • step S206 shown in FIG. 9 the controller 61 determines whether the transport vehicle 2 is located in the prohibited areas A2 and A3. The controller 61 determines that the transport vehicle 2 is located in the inaccessible areas A2 and A3 from the current position of the transport vehicle 2 indicated by the position data of the transport vehicle 2 and the inaccessible areas A2 and A3 indicated by the area data. Determine if
  • the controller 61 transmits an automatic control stop command to the work machine 1 in step S214. Further, in step S215, the controller 61 stops the work of the transport vehicle 2. For example, the controller 61 stops the transportation vehicle 2. Alternatively, the controller 61 may return the transport vehicle 2 to the dump position L3.
  • the controller 27 of the work machine 1 receives the automatic control stop command from the transport vehicle 2 in step S105, the controller 27 stops the work of the work machine 1 in step S111.
  • the controller 61 stops the work machine 1.
  • step S207 the controller 61 determines whether the departure distance D1 is larger than a predetermined threshold Th1.
  • the deviation distance D1 is the distance that the transport vehicle 2 is away from the target travel route R1.
  • the controller 61 calculates the deviation distance D1 from the current position of the transportation vehicle 2 indicated by the position data of the transportation vehicle 2 and the target travel route R1.
  • the predetermined threshold Th1 is stored in the memory 612, for example.
  • the controller 61 transmits a command to stop the automatic control to the work machine 1 in step S214, similarly to the above. Further, in step S215, the controller 61 stops the work.
  • step S208 the controller 61 determines whether the transport vehicle 2 has reached the target stop position P1.
  • the controller 61 determines whether the transport vehicle 2 has reached the target stop position P1 from the current position of the transport vehicle 2 indicated by the position data of the transport vehicle 2 and the target stop position P1.
  • the controller 27 determines that the transport vehicle 2 has reached the target stop position P1 when the position of the reference point P2 included in the transport vehicle 2 matches or substantially matches the target stop position P1.
  • the reference point P2 of the transport vehicle 2 is the turning center of the loading platform 53.
  • the controller 61 stores data indicating the positional relationship between the second position sensor 63 in the transport vehicle 2 and the turning center of the platform 53.
  • the controller 61 calculates the position of the turning center of the load platform 53 from the position of the second position sensor 63 detected by the second position sensor 63.
  • the reference point P2 of the transportation vehicle 2 may be another position of the transportation vehicle 2.
  • the reference point P2 of the transport vehicle 2 may be a center point in the front-rear direction and the width direction of the transport vehicle 2.
  • the controller 61 stops the transport vehicle 2 in step S209.
  • step S106 the controller 27 of the work machine 1 determines whether the transport vehicle 2 has stopped. For example, the controller 27 determines whether the transportation vehicle 2 has stopped from the position data of the transportation vehicle 2 received from the transportation vehicle 2. Alternatively, the controller 27 stops the transportation vehicle 2 by the image recognition technique based on the first image data output from the first camera 36 and / or the second image data output from the second camera 37. You may judge whether. When the transport vehicle 2 has stopped, the process proceeds to step S107.
  • step S107 the controller 27 determines whether the transport vehicle 2 is located within the allowable stop range A1.
  • the allowable stop range A1 is a range including the target stop position P1, and the controller 27 determines the allowable stop range A1 from the position of the work machine 1.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the allowable stop range A1. The controller 27 determines the allowable stop range A1 based on the distance from the work machine 1 and the excavation position L1.
  • the allowable stop range A1 is a range in which the distance from the swing center C1 of the swing structure 13 is within the first distance threshold Td1.
  • the allowable stop range A1 is a range in which the distance from the swing center C1 of the swing structure 13 is the second distance threshold Td2 or more.
  • the first distance threshold Td1 is the maximum value of the distance that the blade edge of the bucket 19 can reach.
  • the second distance threshold Td2 is the minimum value of the distance that the blade edge of the bucket 19 can reach.
  • the controller 27 stores data indicating the positional relationship between the first position sensor 33 in the work machine 1 and the swing center C1 of the swing structure 13.
  • the controller 27 calculates the position of the swing center C1 of the swing structure 13 from the position of the first position sensor 33 detected by the first position sensor 33.
  • the absolute value of the angle formed by the vector connecting the arbitrary position within the allowable stop range A1 and the turning center C1 with respect to the direction X1 of the loading position L2 with respect to the work machine 1 is an angle threshold value.
  • the range is within Ta1.
  • the support 14 of the work machine 1 is arranged facing the direction X1.
  • the angle threshold Ta1 is a value in a range in which the terrain at the excavation position L1 can be appropriately measured by the terrain sensor 35 during loading.
  • the direction X1 of the loading position L2 with respect to the work machine 1 is 0 degree
  • the counterclockwise direction is a positive value.
  • the controller 27 determines that the transport vehicle 2 is located within the allowable stop range A1 when the position of the reference point P2 of the transport vehicle 2 is located within the allowable stop range A1. For example, the controller 27 determines that the position 2_1 of the transport vehicle 2 shown in FIG. 14 is located within the allowable stop range A1. The controller 27 determines that the positions 2_2 and 2_3 of the transport vehicle 2 illustrated in FIG. 14 are not located within the allowable stop range A1.
  • step S107 when the transport vehicle 2 is not located within the allowable stop range A1, the process proceeds to step S112.
  • step S112 the controller 27 transmits a redo command to the transport vehicle 2.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 receives the redo command in step S210, the controller 61 returns to step S205 and redoes the movement to the target stop position P1.
  • step S107 when the transport vehicle 2 is located within the allowable stop range A1, in step S211, the controller 61 of the transport vehicle 2 adjusts the turning angle of the platform 53 while keeping the transport vehicle 2 stopped.
  • the controller 61 determines the turning angle of the platform 53 with respect to the traveling body 52 based on the position of the work machine 1 and the position of the transport vehicle 2. Specifically, as shown in FIG. 15, the controller 61 causes the platform 53 to face the traveling body 52 so that the platform 53 faces the direction of a straight line X2 that connects the center of rotation C2 of the platform 53 and the center of rotation C1 of the work machine 1.
  • the turning angle of 53 is determined, and the loading platform 53 is turned.
  • the turning angle of the loading platform 53 with respect to the traveling body 52 is determined so that the longitudinal direction of the loading platform 53 coincides with the direction of the straight line X2 that connects the turning center C2 of the loading platform 53 and the turning center C1 of the work machine 1.
  • the rear end of the cargo bed 53 is arranged so as to face the work machine 1 in the direction from the turning center C2 of the cargo bed 53 to the turning center C1 of the work machine 1.
  • the controller 27 of the work machine 1 starts excavating the material and loading the material on the transport vehicle 2 in step S108.
  • the controller 27 acquires the terrain data indicating the current terrain T1 of the excavation position L1 measured by the terrain sensor 35.
  • the controller 27 determines the excavation route PA1 from the current position of the work machine 1 and the terrain data.
  • the excavation path PA1 is a target locus of the blade edge position of the bucket 19.
  • FIG. 16 is a plan view showing an example of the current topography T1 and excavation route PA1.
  • FIG. 17 is a side view showing an example of the cross section of the current terrain T1 and the excavation path PA1.
  • the controller 27 determines the excavation path PA1 so that the amount of material to be excavated by the work implement 12, for example, the volume or weight, matches the target value.
  • the controller 27 determines the excavation route PA1 so that the volume between the surface of the current terrain T1 and the excavation route PA1 (the hatched portion in FIG. 17) matches the target value. To do.
  • the target value is determined based on the capacity of the bucket 19, for example.
  • the excavation path PA1 includes an excavation start point S1 and an excavation end point E1.
  • the excavation start point S1 and the excavation end point E1 are the intersections of the surface of the terrain T1 and the excavation path PA1.
  • the controller 27 determines the target turning angle when turning down. As shown in FIG. 16, the controller 27 determines the target turning angle at the time of down turning from the current blade edge position of the bucket 19 and the straight line X3 connecting the turning center C1 of the work machine 1 and the excavation start point S1. The controller 27 decreases the angle formed by a straight line X2 connecting the current blade edge position of the bucket 19 and the turning center C1 of the work machine 1 and a straight line X3 connecting the turning center C1 of the work machine 1 and the excavation start point S1. It is determined as the target turning angle ⁇ 1 during turning.
  • the controller 27 turns the revolving unit 13 toward the excavation start point S1 and lowers the blade edge position of the bucket 19 toward the height of the excavation start point S1. Then, the controller 27 controls the work implement 12 so that the blade edge position of the bucket 19 moves according to the excavation path PA1. Thereby, the material is excavated by the working machine 12.
  • the controller 27 determines the target turning angle when turning the hoist. As shown in FIG. 16, the controller 27 determines, from the straight line X2 that connects the current blade edge position of the bucket 19 after excavation and the swing center C1 of the work machine 1 and the swing center C2 of the platform 53, the target swing during the hoist swing. Determine the angle.
  • the controller 27 defines a straight line X4 that connects the current blade edge position of the bucket 19 after excavation and the swing center C1 of the work machine 1, and a straight line X2 that connects the swing center C1 of the work machine 1 and the swing center C2 of the loading platform 53.
  • the angle formed is determined as the target turning angle ⁇ 2 during hoist turning.
  • the controller 27 turns the revolving unit 13 toward the earth discharging position P3 and raises the blade edge position of the bucket 19 toward the earth discharging position P3.
  • the earth unloading position P3 is a position on the straight line X2 connecting the turning center C1 of the work machine 1 and the turning center C2 of the loading platform 53 and above the loading platform 53. Then, the controller 27 operates the work machine 12 so as to discharge the material held in the bucket 19 onto the platform 53. As a result, the material is loaded on the loading platform 53.
  • step S109 shown in FIG. 7 the controller 27 determines whether the loading is completed.
  • the controller 27 determines that the loading is completed when the amount of material loaded on the loading platform 53 (hereinafter, referred to as “loading amount”) reaches the allowable amount.
  • the loading amount may be a volume or a weight.
  • the controller 27 calculates the loading amount from the load data. Specifically, the controller 27 calculates the amount of material excavated from the load data. The controller 27 calculates the total amount of the materials loaded on the loading platform 53 as the loading amount.
  • step S109 when the controller 27 determines that the loading is not completed, the material is excavated and the transportation vehicle 2 is loaded again. Then, the excavation of the material and the loading onto the transport vehicle 2 are repeated until it is determined that the loading is completed.
  • step S109 determines in step S109 that the loading is completed, the process proceeds to step S110.
  • step S110 as shown in FIG. 18, the controller 27 transmits a departure command from the loading position L2 to the transport vehicle 2.
  • step S212 the controller 61 of the transport vehicle 2 determines whether or not a departure command has been received.
  • the process proceeds to step S213.
  • step S213 the controller 61 controls the transport vehicle 2 to start moving from the loading position L2 toward the dump position L3.
  • the controller 27 of the work machine 1 connects the position of the swing center C1 of the swing body 13 of the work machine 1 and the position of the swing center C2 of the loading platform 53 of the transport vehicle 2 with each other.
  • the target turning angle ⁇ 2 of the turning body 13 is determined from X2 and the current blade edge position.
  • the controller 27 controls the work machine 1 so that the revolving structure 13 turns according to the target turning angle ⁇ 2. Therefore, even if the transport vehicle 2 is stopped at a position deviated from the position directly facing the work machine 1, the work machine 12 can be moved to a position where materials can be easily loaded on the transport vehicle 1.
  • the loading operation of the work machine 1 onto the transport vehicle 2 can be performed by automatic control, and the work machine 1 and the transport vehicle 2 can be appropriately linked.
  • the controller 61 of the transportation vehicle 2 controls the turning angle of the loading platform 53 with respect to the traveling body 52 based on the position of the work machine 1 and the position of the transportation vehicle 2. Accordingly, the work of loading the material onto the transport vehicle 2 by the work machine 1 can be performed more easily.
  • the work machine 1 is not limited to a hydraulic excavator, but may be another machine such as a wheel loader or a motor grader.
  • the configuration of the work machine 1 is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the work machine 1 may be a vehicle driven by an electric motor.
  • the support body 14 and / or the swing body 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 a dump truck.
  • the configuration of the transport vehicle 2 is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the transport vehicle 2 may be a vehicle driven by an electric motor.
  • the traveling body 52 and / or the loading platform 53 may be driven by an electric motor.
  • the bed 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 terrain sensor 35 may be arranged in a portion other than the side portion of the swing body 13.
  • the terrain sensor 35 is not limited to a rider, 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 controller 27 calculates the loading amount based on the load data detected by the load sensors 32a-32c. However, the controller 27 may calculate the loading amount based on the image of the loading platform 53 indicated by the first image data.
  • the controller 27 of the work machine 1 is not limited to a single unit, and may be divided into a plurality of controllers.
  • the processing executed by the controller 27 may be distributed to a plurality of controllers and executed. In that case, some of the plurality of controllers may be arranged outside the work machine 1.
  • the controller 61 of the transport vehicle 2 is not limited to an integrated unit and may be divided into a plurality of controllers.
  • the processing executed by the controller 61 may be distributed to a plurality of controllers and executed. In that case, some of the plurality of controllers may be arranged outside the transport vehicle 2.
  • 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 process of the automatic control mode executed by the controller 27 is not limited to that of the above-described embodiment, and may be changed.
  • the process of determining the target stop position P1 may be executed by a remote controller arranged outside the work machine 1 and the transportation vehicle 2 or the controller 61 of the transportation vehicle 2.
  • the process of determining the allowable stop range A1 may be executed by the remote controller or the controller 61 of the transport vehicle 2.
  • the determination as to whether the transport vehicle 2 is located in the inaccessible areas A2, A3 may be performed by the remote controller or the controller 27 of the work machine 1.
  • the determination of whether the deviation distance D1 of the transport vehicle 2 from the target travel route R1 is larger than a predetermined threshold value may be performed by the remote controller or the controller 27 of the work machine 1.
  • the determination of the target turning angle of the platform 53 may be executed by the remote controller or the controller 27 of the work machine 1.
  • the determination of the target turning angle of the turning body 13 may be performed by the remote controller or the controller 61 of the transport vehicle 2.
  • the target stop position is given to the transport vehicle 2 from the work machine 1.
  • information about the stop direction of the transport vehicle 2 may be given to the transport vehicle 2. Since the bucket 19 of the work machine 1 moves between the excavation position L1 and the target stop position P1 by the turning operation, it is preferable that the front portion of the transport vehicle 2 does not exist in the moving range of the bucket 19. Therefore, if the stopping direction of the transport vehicle 2 is given to the transport vehicle 2 in advance and the transport vehicle 2 is appropriately stopped, the influence of the transport vehicle 2 on the loading operation can be reduced. This is particularly effective for the transport vehicle 2 having a fixed load platform that does not turn.
  • the loading operation of the work machine onto the transport vehicle can be performed by automatic control, and the work machine and the transport vehicle can be appropriately linked.

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Abstract

第１プロセッサは、運搬車両に含まれる所定の参照点の位置を示すデータを取得する。第１プロセッサは、作業機械の旋回体の旋回中心の位置を示すデータを取得する。第１プロセッサは、作業機械の作業機の刃先の位置を示すデータを取得する。第１プロセッサは、旋回体の旋回中心と運搬車両の参照点の位置とを結ぶ直線と、作業機の刃先の現在位置とから、旋回体の目標旋回角度を決定する。第１プロセッサは、目標旋回角度に従って、旋回体を旋回させるように制御する。

Description

運搬車両に素材を積み込む作業機械を制御するためのシステム及び方法
　本発明は、運搬車両に素材を積み込む作業機械を制御する技術に関する。
　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、所定の積込位置で材料を積み込まれる。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。コントローラは、掘削位置で掘削を行い、掘削位置から排土位置に向けて作業機械を旋回させ、排土位置で排土するように作業機械を制御する。
特開２０００－１９２５１４号公報
　上記の技術によれば、自動制御によって作業機械による積込作業を行うことができる。しかし、積込作業は、作業機械だけではなく運搬車両と協働して行われる。従って、積込作業をより効率よく行うためには、作業機械と運搬車両とが適切に連携して作業を行うことが重要である。
　本発明の目的は、作業機械による運搬車両への積込作業を自動制御によって行うと共に、作業機械と運搬車両との連携を適切に行うことにある。
　第１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、作業機と、作業機が取り付けられた旋回体と、旋回体を旋回可能に支持する支持体とを含み、運搬車両に素材を積み込む。システムは、作業機械を制御する第１プロセッサを備える。第１プロセッサは、運搬車両に含まれる所定の参照点の位置を示すデータを取得する。第１プロセッサは、旋回体の旋回中心の位置を示すデータを取得する。第１プロセッサは、作業機の刃先の位置を示すデータを取得する。第１プロセッサは、旋回体の旋回中心と運搬車両の参照点の位置とを結ぶ直線と、作業機の刃先の現在位置とから、旋回体の目標旋回角度を決定する。第１プロセッサは、目標旋回角度に従って、旋回体を旋回させるように制御する。
　第２の態様は、運搬車両に素材を積み込む作業機械を制御するために１又は複数のプロセッサによって実行される方法である。作業機械は、作業機と、作業機が取り付けられた旋回体と、旋回体を旋回可能に支持する支持体とを含む。本態様に係る方法は、以下の処理を含む。第１の処理は、運搬車両に含まれる所定の参照点の位置を示すデータを取得することである。第２の処理は、旋回体の旋回中心の位置を示すデータを取得することである。第３の処理は、作業機の刃先の位置を示すデータを取得することである。第４の処理は、旋回体の旋回中心と運搬車両の参照点の位置とを結ぶ直線と、作業機の刃先の現在位置とから、旋回体の目標旋回角度を決定することである。第５の処理は、目標旋回角度に従って、旋回体を旋回させるように制御することである。
　本発明では、作業機械の旋回体の旋回中心と運搬車両の参照点の位置とを結ぶ直線と、作業機の刃先の現在位置とから、旋回体の目標旋回角度が決定される。そして、作業機械は、目標旋回角度に従って旋回体が旋回するように制御される。そのため、運搬車両に素材を積み込みやすい位置に作業機を移動させることができる。それにより、作業機械による運搬車両への積込作業を自動制御によって行うと共に、作業機械と運搬車両との連携を適切に行うことができる。
作業機械及び運搬車両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。 作業機械での自動制御の処理を示すフローチャートである。 作業機械での自動制御の処理を示すフローチャートである。 運搬車両での自動制御の処理を示すフローチャートである。 運搬車両での自動制御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。 許容停止範囲の一例を示す平面図である。 運搬車両の荷台の旋回角度の調整を示す平面図である。 現在の地形と掘削経路との一例を示す平面図である。 現在の地形の断面と掘削経路との一例を示す側面図である。 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。
　以下、実施形態に係る作業機械及び運搬車両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、実施形態に係る作業機械１及び運搬車両２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と運搬車両２とは、自動制御により互いに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と支持体１４とを含む。旋回体１３は、支持体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。支持体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から供給される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。油圧ポンプ２５は、可変容量ポンプである。なお、図３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。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の駆動力を支持体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と支持体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等の第１プロセッサ２７１と、メモリ２７２とを含む。第１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。メモリ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。例えば、メモリ２７２は、揮発性メモリと不揮発性メモリとを含む。
　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、第１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。第１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。第１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、支持体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、第１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、第１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、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、第１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、第１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、第１通信装置３８を含む。第１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。第１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から第１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、第１通信装置３８を介してコントローラ２７に送信する。また、第１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に対して旋回可能に支持されている。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。従って、荷台５３は、走行体５２に対して車両本体５１と共に旋回可能に支持されている。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、CPU或いはGPU等の第２プロセッサ６１１と、メモリ６１２とを含む。第２プロセッサ６１１は、運搬車両２の自動制御のための処理を行う。メモリ６１２は、運搬車両２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。例えば、６１２は、揮発性メモリと不揮発性メモリとを含む。
　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、第２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。第２位置センサ６３は、作業機械１の第１位置センサ３３と同様に、ＧＮＳＳレシーバとＩＭＵとを含む。第２位置センサ６３は、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、第２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、第２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、第２通信装置６６を含む。運搬車両２のコントローラ６１は、第２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、第２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、第１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と、運搬車両２のコントローラ６１と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、運搬車両２のコントローラ６１は、運搬車両２が積込位置Ｌ２と所定のダンプ位置Ｌ３との間を自動で走行して往復するように、運搬車両２を制御する。作業機械１のコントローラ２７は、作業機械１が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及び図７は、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を示すフローチャートである。図８及び図９は、運搬車両２のコントローラ６１によって実行される自動制御モードの処理を示すフローチャートである。
　作業機械１のコントローラ２７は、自動制御モードの開始指令を受信すると、図６に示す自動制御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、第１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のコントローラ６１も、自動制御モードの開始指令を受信する。運搬車両２のコントローラ６１は、自動制御モードの開始指令を受信すると、図８に示す自動制御モードの処理を実行する。
　図６に示すように、ステップＳ１０１では、作業機械１のコントローラ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、第１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、位置データと作業機データと旋回角度データとから、バケット１９の刃先位置を算出する。なお、コントローラ２７は、自動制御モード中には、作業機械１の位置を継続的に取得し、更新する。
　ステップＳ１０２では、コントローラ２７は、作業機械１の位置に基づいて、運搬車両２の積込位置Ｌ２における目標停止位置Ｐ１を決定する。詳細には、コントローラ２７は、作業機械１に対する積込位置Ｌ２の方向を示すデータを取得する。コントローラ２７は、作業機械１の位置と積込位置Ｌ２とから演算により、作業機械１に対する積込位置Ｌ２の方向を取得する。また、コントローラ２７は、作業機械１に対する運搬車両２の目標オフセット距離を示すデータを取得する。例えば、目標オフセット距離は、メモリ２７２に保存されており、コントローラ２７は、メモリ２７２から目標オフセット距離を読み出す。コントローラ２７は、積込位置Ｌ２の方向と、目標オフセット距離と、作業機械１の位置とに基づいて、運搬車両２の目標停止位置Ｐ１を決定する。例えば、コントローラ２７は、作業機械１の位置から、積込位置Ｌ２の方向に向かって、目標オフセット距離分、離れた位置を、運搬車両２の目標停止位置Ｐ１として決定する。
　ステップＳ１０３では、コントローラ２７は、運搬車両２の許容停止範囲Ａ１を決定する。図１０に示すように、許容停止範囲Ａ１は、作業機械１に対して、積込位置Ｌ２の方向に位置する範囲であり、目標停止位置Ｐ１を含む。コントローラ２７は、作業機械１の位置から許容停止範囲Ａ１を決定する。許容停止範囲Ａ１については、後述する。
　ステップＳ１０４では、コントローラ２７は、運搬車両２と通信する。ここでは、コントローラ２７は、目標停止位置Ｐ１を運搬車両２に送信する。図８に示すように、ステップＳ２０１では、運搬車両２のコントローラ６１は、作業機械１と通信する。ここでは、運搬車両２のコントローラ６１は、作業機械１のコントローラ２７が送信した目標停止位置Ｐ１を第２通信装置６６を介して受信する。
　ステップＳ２０２では、コントローラ６１は、運搬車両２の位置を取得する。ここでは、コントローラ２７は、第２位置センサ６３と、荷台センサ６４と、旋回角度センサ６５とから、それぞれ運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データとを取得する。なお、コントローラ６１は、自動制御モード中には、運搬車両２の位置を継続的に取得し、更新する。
　ステップＳ２０３では、コントローラ６１は、領域データを取得する。領域データは、作業現場の地形を示すデータを含む。また、領域データは、図１１に示す運搬車両２の進入禁止領域Ａ２，Ａ３を示すデータを含む。
　ステップＳ２０４では、コントローラ６１は、目標走行経路Ｒ１を決定する。目標走行経路Ｒ１は、運搬車両２の現在位置から目標停止位置Ｐ１までの経路である。コントローラ６１は、上述した領域データと、運搬車両２の位置データと、目標停止位置Ｐ１とから目標走行経路Ｒ１を決定する。コントローラ６１は、進入禁止領域Ａ２，Ａ３を避けるように、目標走行経路Ｒ１を決定する。例えば、コントローラ６１は、進入禁止領域Ａ２，Ａ３を避け、且つ、運搬車両２の移動距離が最短となるように、目標走行経路Ｒ１を決定する。なお、コントローラ６１は、進入禁止領域Ａ２，Ａ３以外の他の要因を考慮して、目標走行経路Ｒ１を決定してもよい。
　ステップＳ２０５では、コントローラ６１は、運搬車両２に移動を開始させる。コントローラ６１は、運搬車両２が目標走行経路Ｒ１に沿って目標停止位置Ｐ１まで移動するように、運搬車両２を制御する。
　図９に示すステップＳ２０６では、コントローラ６１は、運搬車両２が進入禁止領域Ａ２，Ａ３内に位置しているかを判定する。コントローラ６１は、上述した運搬車両２の位置データが示す運搬車両２の現在位置と、領域データが示す進入禁止領域Ａ２，Ａ３とから、運搬車両２が進入禁止領域Ａ２，Ａ３内に位置しているかを判定する。
　運搬車両２が進入禁止領域Ａ２，Ａ３内に位置しているときには、ステップＳ２１４において、コントローラ６１は、自動制御の中止指令を作業機械１に送信する。また、ステップＳ２１５において、コントローラ６１は、運搬車両２の作業を中止する。例えば、コントローラ６１は、運搬車両２を停止させる。或いは、コントローラ６１は、運搬車両２をダンプ位置Ｌ３に戻らせてもよい。
　図７に示すように、ステップＳ１０５において、作業機械１のコントローラ２７は、運搬車両２から、自動制御の中止指令を受信すると、ステップＳ１１１において、コントローラ２７は、作業機械１の作業を中止する。例えば、コントローラ６１は、作業機械１を停止させる。
　図９に示すように、ステップＳ２０７では、コントローラ６１は、逸脱距離Ｄ１が所定の閾値Ｔｈ１より大きいかを判定する。図１２に示すように、逸脱距離Ｄ１は、運搬車両２が目標走行経路Ｒ１から離れた距離である。コントローラ６１は、上述した運搬車両２の位置データが示す運搬車両２の現在位置と目標走行経路Ｒ１とから、逸脱距離Ｄ１を算出する。所定の閾値Ｔｈ１は、例えば、メモリ６１２に保存されている。逸脱距離Ｄ１が所定の閾値Ｔｈ１より大きいときには、上記と同様に、コントローラ６１は、ステップＳ２１４において自動制御の中止指令を作業機械１に送信する。また、ステップＳ２１５において、コントローラ６１は、作業を中止する。
　ステップＳ２０８では、コントローラ６１は、運搬車両２が目標停止位置Ｐ１に到達したかを判定する。コントローラ６１は、上述した運搬車両２の位置データが示す運搬車両２の現在位置と目標停止位置Ｐ１とから、運搬車両２が目標停止位置Ｐ１に到達したかを判定する。例えば、コントローラ２７は、運搬車両２に含まれる参照点Ｐ２の位置が目標停止位置Ｐ１と一致、或いは略一致したときに、運搬車両２が目標停止位置Ｐ１に到達したと判定する。例えば、運搬車両２の参照点Ｐ２は、荷台５３の旋回中心である。コントローラ６１は、運搬車両２における第２位置センサ６３と荷台５３の旋回中心との位置関係を示すデータを記憶している。コントローラ６１は、第２位置センサ６３が検出した第２位置センサ６３の位置から、荷台５３の旋回中心の位置を算出する。
　ただし、運搬車両２の参照点Ｐ２は、運搬車両２の他の位置であってもよい。例えば、運搬車両２の参照点Ｐ２は、運搬車両２の前後方向及び幅方向における中心点であってもよい。図１３に示すように、運搬車両２が目標停止位置Ｐ１に到達したときには、ステップＳ２０９において、コントローラ６１は、運搬車両２を停止させる。
　図７に示すように、ステップＳ１０６において、作業機械１のコントローラ２７は、運搬車両２が停止したかを判定する。例えば、コントローラ２７は、運搬車両２から受信した運搬車両２の位置データから、運搬車両２が停止したかを判定する。或いは、コントローラ２７は、第１カメラ３６から出力された第１画像データ、及び／又は、第２カメラ３７から出力された第２画像データに基づいて、画像認識技術により、運搬車両２が停止したかを判定してもよい。運搬車両２が停止したときには、処理は、ステップＳ１０７に進む。
　ステップＳ１０７では、コントローラ２７は、運搬車両２が許容停止範囲Ａ１内に位置しているかを判定する。上述したように、許容停止範囲Ａ１は、目標停止位置Ｐ１を含む範囲であり、コントローラ２７は、作業機械１の位置から許容停止範囲Ａ１を決定する。図１４は、許容停止範囲Ａ１の一例を示す図である。コントローラ２７は、作業機械１からの距離と、掘削位置Ｌ１とに基づいて、許容停止範囲Ａ１を決定する。
　詳細には、図１４に示すように、許容停止範囲Ａ１は、旋回体１３の旋回中心Ｃ１からの距離が第１距離閾値Ｔｄ１以内の範囲である。許容停止範囲Ａ１は、旋回体１３の旋回中心Ｃ１からの距離が第２距離閾値Ｔｄ２以上の範囲である。例えば、第１距離閾値Ｔｄ１は、バケット１９の刃先が到達可能な距離の最大値である。第２距離閾値Ｔｄ２は、バケット１９の刃先が到達可能な距離の最小値である。コントローラ２７は、作業機械１における第１位置センサ３３と旋回体１３の旋回中心Ｃ１との位置関係を示すデータを記憶している。コントローラ２７は、第１位置センサ３３が検出した第１位置センサ３３の位置から、旋回体１３の旋回中心Ｃ１の位置を算出する。
　また、許容停止範囲Ａ１は、作業機械１に対する積込位置Ｌ２の方向Ｘ１に対して、許容停止範囲Ａ１内の任意の位置と旋回中心Ｃ１とを結ぶベクトルがなす角度の絶対値が、角度閾値Ｔａ１以内である範囲である。作業機械１の支持体１４は、方向Ｘ１を向いて配置されている。例えば、角度閾値Ｔａ１は、積込中に地形センサ３５による掘削位置Ｌ１の地形の計測を適切に行える範囲の値である。なお、図１４では、作業機械１に対する積込位置Ｌ２の方向Ｘ１を０度として、反時計回りを正の値としている。
　コントローラ２７は、運搬車両２の参照点Ｐ２の位置が許容停止範囲Ａ１内に位置しているときに、運搬車両２が許容停止範囲Ａ１内に位置していると判定する。例えば、コントローラ２７は、図１４に示す運搬車両２の位置２＿１は、許容停止範囲Ａ１内に位置していると判定する。コントローラ２７は、図１４に示す運搬車両２の位置２＿２，２＿３は、許容停止範囲Ａ１内に位置していないと判定する。
　ステップＳ１０７において、運搬車両２が許容停止範囲Ａ１内に位置していないときには、処理はステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、コントローラ２７は、運搬車両２にやり直し指令を送信する。図９に示すように、ステップＳ２１０で、運搬車両２のコントローラ６１は、やり直し指令を受信すると、ステップＳ２０５に戻り、目標停止位置Ｐ１への移動をやり直す。
　ステップＳ１０７において、運搬車両２が許容停止範囲Ａ１内に位置しているときには、ステップＳ２１１で、運搬車両２のコントローラ６１は、運搬車両２を停止させたまま、荷台５３の旋回角度を調整する。コントローラ６１は、作業機械１の位置と運搬車両２の位置とに基づいて、走行体５２に対する荷台５３の旋回角度を決定する。詳細には、図１５に示すように、コントローラ６１は、荷台５３が、荷台５３の旋回中心Ｃ２と作業機械１の旋回中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｘ２の方向を向くように、走行体５２に対する荷台５３の旋回角度を決定し、荷台５３を旋回させる。
　すなわち、荷台５３の長手方向が、荷台５３の旋回中心Ｃ２と作業機械１の旋回中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｘ２の方向と一致するように、走行体５２に対する荷台５３の旋回角度を決定し、荷台５３を旋回させる。それにより、荷台５３の後端が、荷台５３の旋回中心Ｃ２から作業機械１の旋回中心Ｃ１に向かう方向に作業機械１に正対して配置される。
　運搬車両２での荷台５３の旋回角度の調整が終了すると、ステップＳ１０８で、作業機械１のコントローラ２７は、素材の掘削、及び、運搬車両２への素材の積込を開始する。ここでは、コントローラ２７は、地形センサ３５が計測した掘削位置Ｌ１の現在の地形Ｔ１を示す地形データを取得する。コントローラ２７は、作業機械１の現在位置と地形データとから、掘削経路ＰＡ１を決定する。掘削経路ＰＡ１は、バケット１９の刃先位置の目標軌跡である。図１６は、現在の地形Ｔ１と掘削経路ＰＡ１の一例を示す平面図である。図１７は、現在の地形Ｔ１の断面と掘削経路ＰＡ１との一例を示す側面図である。コントローラ２７は、作業機１２によって掘削される素材の量、例えば体積又は重量が、目標値と一致するように、掘削経路ＰＡ１を決定する。
　図１７に示すように、コントローラ２７は、現在の地形Ｔ１の表面と掘削経路ＰＡ１との間の体積（図１７においてハッチングを付した部分）が目標値に一致するように、掘削経路ＰＡ１を決定する。目標値は、例えばバケット１９の容量に基づいて決定される。掘削経路ＰＡ１は、掘削開始点Ｓ１と掘削終了点Ｅ１とを含む。掘削開始点Ｓ１と掘削終了点Ｅ１とは、地形Ｔ１の表面と掘削経路ＰＡ１との交点である。
　コントローラ２７は、ダウン旋回時の目標旋回角度を決定する。図１６に示すように、コントローラ２７は、バケット１９の現在の刃先位置と、作業機械１の旋回中心Ｃ１と掘削開始点Ｓ１とを結ぶ直線Ｘ３とからダウン旋回時の目標旋回角度を決定する。コントローラ２７は、バケット１９の現在の刃先位置と作業機械１の旋回中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｘ２と、作業機械１の旋回中心Ｃ１と掘削開始点Ｓ１とを結ぶ直線Ｘ３とのなす角を、ダウン旋回時の目標旋回角度θ１として決定する。
　コントローラ２７は、ダウン旋回において、掘削開始点Ｓ１に向かって、旋回体１３を旋回させると共に、バケット１９の刃先位置を掘削開始点Ｓ１の高さに向かって下降させる。そして、コントローラ２７は、掘削経路ＰＡ１に従ってバケット１９の刃先位置が移動するように、作業機１２を制御する。それにより、素材が作業機１２によって掘削される。
　また、コントローラ２７は、ホイスト旋回時の目標旋回角度を決定する。図１６に示すように、コントローラ２７は、掘削後のバケット１９の現在の刃先位置と、作業機械１の旋回中心Ｃ１と荷台５３の旋回中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｘ２から、ホイスト旋回時の目標旋回角度を決定する。コントローラ２７は、掘削後のバケット１９の現在の刃先位置と作業機械１の旋回中心Ｃ１とを結ぶ直線Ｘ４と、作業機械１の旋回中心Ｃ１と荷台５３の旋回中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｘ２とのなす角を、ホイスト旋回時の目標旋回角度θ２として決定する。
　コントローラ２７は、ホイスト旋回において、排土位置Ｐ３に向かって、旋回体１３を旋回させると共に、バケット１９の刃先位置を排土位置Ｐ３に向けて上昇させる。排土位置Ｐ３は、作業機械１の旋回中心Ｃ１と荷台５３の旋回中心Ｃ２とを結ぶ直線Ｘ２上、且つ、荷台５３の上方の位置である。そして、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。それにより、素材が荷台５３に積み込まれる。
　図７に示すステップＳ１０９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に積み込まれた素材の量（以下、「積込量」と呼ぶ）が許容量に達したときに、積込が終了したと判定する。積込量は、体積であってもよく、或いは重量であってもよい。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量の合計値を積込量として算出する。
　ステップＳ１０９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、再び、素材の掘削と運搬車両２への積込とが行われる。そして、積込が終了したと判定されるまで、素材の掘削と運搬車両２への積込とが繰り返される。ステップＳ１０９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Ｓ１１０に進む。ステップＳ１１０では、図１８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。
　図９に示すように、ステップＳ２１２で、運搬車両２のコントローラ６１は、離脱指令を受信したかを判定する。コントローラ６１が離脱指令を受信したときには、処理は、ステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３で、コントローラ６１は、運搬車両２を制御して、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。
　以上説明した本実施形態に係る制御システムによれば、作業機械１のコントローラ２７は、作業機械１の旋回体１３の旋回中心Ｃ１と運搬車両２の荷台５３の旋回中心Ｃ２の位置とを結ぶ直線Ｘ２と、現在の刃先位置とから、旋回体１３の目標旋回角度θ２を決定する。そして、コントローラ２７は、目標旋回角度θ２に従って旋回体１３が旋回するように作業機械１を制御する。そのため、運搬車両２が、作業機械１に対して正対する位置からずれた位置に停車していても、運搬車両１に素材を積み込みやすい位置に作業機１２を移動させることができる。それにより、作業機械１による運搬車両２への積込作業を自動制御によって行うと共に、作業機械１と運搬車両２との連携を適切に行うことができる。
　運搬車両２のコントローラ６１は、作業機械１の位置と運搬車両２の位置とに基づいて、走行体５２に対する荷台５３の旋回角度を制御する。それにより、作業機械１による運搬車両２への素材の積込作業をさらに容易に行うことができる。
　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、支持体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５２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。
　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。
　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、積込量を算出してもよい。
　作業機械１のコントローラ２７は、一体に限らず、複数のコントローラ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の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。
　運搬車両２のコントローラ６１は、一体に限らず、複数のコントローラに分かれていてもよい。コントローラ６１によって実行される処理は、複数のコントローラ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の一部は、運搬車両２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、目標停止位置Ｐ１を決定する処理は、作業機械１及び運搬車両２の外部に配置された遠隔コントローラ、或いは、運搬車両２のコントローラ６１によって実行されてもよい。許容停止範囲Ａ１を決定する処理は、遠隔コントローラ、或いは、運搬車両２のコントローラ６１によって実行されてもよい。運搬車両２が進入禁止領域Ａ２，Ａ３内に位置しているかの判定は、遠隔コントローラ、或いは作業機械１のコントローラ２７によって実行されてもよい。運搬車両２の目標走行経路Ｒ１からの逸脱距離Ｄ１が所定の閾値より大きいかの判定は、遠隔コントローラ、或いは作業機械１のコントローラ２７によって実行されてもよい。荷台５３の目標旋回角度の決定は、遠隔コントローラ、或いは作業機械１のコントローラ２７によって実行されてもよい。旋回体１３の目標旋回角度の決定は、遠隔コントローラ、或いは運搬車両２のコントローラ６１によって実行されてもよい。
　上記の実施形態では、目標停止位置が作業機械１から運搬車両２に与えられている。しかし、目標停止位置に加えて、運搬車両２の停止方向に関する情報が運搬車両２に与えられてもよい。作業機械１のバケット１９は、旋回動作によって掘削位置Ｌ１と目標停止位置Ｐ１との間を移動するため、バケット１９の移動範囲に、運搬車両２の前方部分が存在しない方が好ましい。よって、運搬車両２の停止方向を運搬車両２に事前に与えて、運搬車両２を適切に停車させれば、運搬車両２が積込動作に与える影響を低減することができる。これは特に、旋回しない固定式の荷台を有する運搬車両２に有効である。
　本発明では、作業機械による運搬車両への積込作業を自動制御によって行うと共に、作業機械と運搬車両との連携を適切に行うことができる。
１　　　作業機械
２　　　運搬車両
１３　　旋回体
１４　　支持体
５２　　走行体
５３　　荷台
２７１　第１プロセッサ
６１１　第２プロセッサ

Claims (8)

  1. 　作業機と、前記作業機が取り付けられた旋回体と、前記旋回体を旋回可能に支持する支持体とを含み、運搬車両に素材を積み込む作業機械を制御するためのシステムであって、
    　前記作業機械を制御する第１プロセッサを備え、
    　前記第１プロセッサは、
    　　前記運搬車両に含まれる所定の参照点の位置を示すデータを取得し、
    　　前記旋回体の旋回中心の位置を示すデータを取得し、
    　　前記作業機の刃先の位置を示すデータを取得し、
    　　前記旋回体の旋回中心と前記運搬車両の参照点の位置とを結ぶ直線と、前記作業機の刃先の現在位置とから、前記旋回体の目標旋回角度を決定し、
    　　前記目標旋回角度に従って、前記旋回体を旋回させるように制御する、
    システム。
  2. 　前記運搬車両は、荷台を含み、
    　前記参照点は、前記荷台上に位置する、
    請求項１に記載のシステム。
  3. 　前記運搬車両は、
    　　走行体と、
    　　前記走行体に対して旋回可能に支持された荷台と、
    　を含み、
    　前記第１プロセッサは、前記旋回体の旋回中心と前記荷台の旋回中心の位置とを結ぶ直線と、前記作業機の刃先の現在位置とから、前記旋回体の目標旋回角度を決定する、
    請求項１に記載のシステム。
  4. 　前記運搬車両を制御する第２プロセッサをさらに備え、
    　前記第２プロセッサは、
    　　前記荷台の旋回中心の位置を示すデータを取得し、
    　　前記旋回体の旋回中心の位置を示すデータを取得し、
    　　前記荷台の旋回中心と前記旋回体の旋回中心とを結ぶ直線の方向に基づいて、前記走行体に対する前記荷台の旋回角度を制御する、
    請求項３に記載のシステム。
  5. 　作業機と、前記作業機が取り付けられた旋回体と、前記旋回体を旋回可能に支持する支持体とを含み、運搬車両に素材を積み込む作業機械を制御するために１又は複数のプロセッサによって実行される方法であって、
    　前記運搬車両に含まれる所定の参照点の位置を示すデータを取得することと、
    　前記旋回体の旋回中心の位置を示すデータを取得することと、
    　前記作業機の刃先の位置を示すデータを取得することと、
    　前記旋回体の旋回中心と前記運搬車両の参照点の位置とを結ぶ直線と、前記作業機の刃先の現在位置とから、前記旋回体の目標旋回角度を決定することと、
    　前記目標旋回角度に従って、前記旋回体を旋回させるように制御すること、
    を備える方法。
  6. 　前記運搬車両は、荷台を含み、
    　前記参照点は、前記荷台上に位置する、
    請求項５に記載の方法。
  7. 　前記運搬車両は、
    　　走行体と、
    　　前記走行体に対して旋回可能に支持された荷台と、
    　を含み、
    　前記目標旋回角度は、前記旋回体の旋回中心と前記荷台の旋回中心の位置とを結ぶ直線と、前記作業機の刃先の現在位置とから決定される、
    請求項５に記載の方法。
  8. 　前記荷台の旋回中心の位置を示すデータを取得することと、
    　前記荷台の旋回中心と前記旋回体の旋回中心とを結ぶ直線の方向に基づいて、前記走行体に対する前記荷台の旋回角度を制御すること、
    をさらに備える請求項７に記載の方法。
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