WO2020217977A1 - 作業機械を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

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WO2020217977A1
WO2020217977A1 PCT/JP2020/015694 JP2020015694W WO2020217977A1 WO 2020217977 A1 WO2020217977 A1 WO 2020217977A1 JP 2020015694 W JP2020015694 W JP 2020015694W WO 2020217977 A1 WO2020217977 A1 WO 2020217977A1
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machine
excavator
work machine
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志尚 ▲高▼岡
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株式会社小松製作所
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/048—Monitoring; Safety
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
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    • E02F3/7618—Scraper blade mounted forwardly of the tractor on a pair of pivoting arms which are linked to the sides of the tractor, e.g. bulldozers with the scraper blade adjustable relative to the pivoting arms about a horizontal axis
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76—Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/80—Component parts
    • E02F3/84—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
    • E02F3/841—Devices for controlling and guiding the whole machine, e.g. by feeler elements and reference lines placed exteriorly of the machine
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/045—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using logic state machines, consisting only of a memory or a programmable logic device containing the logic for the controlled machine and in which the state of its outputs is dependent on the state of its inputs or part of its own output states, e.g. binary decision controllers, finite state controllers
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/021—Services related to particular areas, e.g. point of interest [POI] services, venue services or geofences

Definitions

  • This disclosure relates to systems and methods for controlling work machines.
  • the excavator and the work machine may work together.
  • Patent Document 1 in open pit mining, a bulldozer and an excavator collaborate to perform excavation in the same work area.
  • the efficiency of the system can be improved by automating the work machine. However, in that case, it is required to avoid interference between the excavator working in the same work area and the work machine.
  • An object of the present disclosure is to prevent the work machine from interfering with the excavator during automatic operation.
  • the first aspect is a system for controlling a work machine at a work site, which includes a machine position sensor, an excavator position sensor, and a controller.
  • the machine position sensor detects the position of the work machine at the work site.
  • the excavator position sensor detects the position of the excavator at the work site.
  • the controller acquires machine position data and excavator position data.
  • Machine position data indicates the position of the work machine.
  • the excavator position data indicates the position of the excavator.
  • the controller determines a work area at the work site that includes multiple work lanes.
  • the plurality of work lanes extend in a predetermined work direction.
  • the controller assigns work machines to a plurality of work lanes.
  • the controller determines a predetermined range based on the position of the excavator at the work site as a work restricted area of the work machine.
  • the controller controls the work machine so as to limit the automatic operation of the work machine in the work restricted area.
  • the second aspect is a method for controlling a work machine at a work site, and includes the following processing.
  • the first process is to acquire machine position data.
  • Machine position data indicates the position of the work machine at the work site.
  • the second process is to acquire the excavator position data.
  • the excavator position data indicates the position of the excavator at the work site.
  • the third process is to determine a work area that includes a plurality of work lanes at the work site. The plurality of work lanes extend in a predetermined work direction.
  • the fourth process is to allocate work machines to a plurality of work lanes.
  • the fifth process is to determine a predetermined range based on the position of the excavator at the work site as a work restricted area of the work machine.
  • the sixth process is to control the work machine so as to limit the automatic operation of the work machine in the work restricted area.
  • a predetermined range based on the position of the excavator on the work site is determined as a work restricted area. Then, the automatic operation of the work machine in the work restriction area is restricted. As a result, it is possible to prevent the work machine from interfering with the excavator during automatic operation.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a control system 100 of a work machine according to an embodiment.
  • the control system 100 includes a work machine 1a-1d, a remote controller 2, an input device 3, a display 4, and an external communication device 5.
  • the control system 100 controls the work machines 1a-1d arranged at a work site such as a quarry.
  • the work machine 1a-1d according to the present embodiment is a bulldozer.
  • the remote controller 2, the input device 3, the display 4, and the external communication device 5 are arranged outside the work machine 1a-1d.
  • the remote controller 2, the input device 3, the display 4, and the external communication device 5 may be arranged, for example, in an external management center of the work machine 1a-1d.
  • the remote controller 2, the input device 3, the display 4, and the external communication device 5 may be arranged on the excavator 6 in the work site.
  • the remote controller 2, the input device 3, the display 4, and the external communication device 5 may be arranged in both the external management center and the excavator 6.
  • the remote controller 2 remotely controls the work machines 1a-1d.
  • the number of work machines remotely controlled by the remote controller 2 is not limited to four, and may be less than four or more than four.
  • FIG. 2 is a side view of the work machine 1a.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the work machine 1a.
  • the work machine 1a will be described below, but the configuration of the other work machines 1b-1d is the same as that of the work machine 1a.
  • the work machine 1a includes a vehicle body 11, a traveling device 12, and a work machine 13.
  • the vehicle body 11 includes an engine chamber 15.
  • the traveling device 12 is attached to the vehicle body 11.
  • the traveling device 12 has left and right tracks 16. In FIG. 2, only the left track 16 is shown. The rotation of the track 16 causes the work machine 1a to travel.
  • the work machine 13 is attached to the vehicle body 11.
  • the working machine 13 includes a lift frame 17, a dosing blade 18, and a lift cylinder 19.
  • the lift frame 17 is attached to the vehicle body 11 so as to be movable up and down.
  • the lift frame 17 supports the dosing blade 18.
  • the dosing blade 18 moves up and down with the operation of the lift frame 17.
  • the lift frame 17 may be attached to the traveling device 12.
  • the lift cylinder 19 is connected to the vehicle body 11 and the lift frame 17. As the lift cylinder 19 expands and contracts, the lift frame 17 moves up and down.
  • the work machine 1a includes an engine 22, a hydraulic pump 23, a power transmission device 24, and a control valve 27.
  • the hydraulic pump 23 is driven by the engine 22 and discharges hydraulic oil.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 23 is supplied to the lift cylinder 19.
  • one hydraulic pump 23 is shown in FIG. 3, a plurality of hydraulic pumps may be provided.
  • the power transmission device 24 transmits the driving force of the engine 22 to the traveling device 12.
  • the power transmission device 24 may be, for example, an HST (Hydro Static Transmission).
  • the power transmission device 24 may be a torque converter or a transmission having a plurality of transmission gears.
  • the power transmission device 24 may be another type of transmission.
  • the control valve 27 is arranged between the hydraulic actuator such as the lift cylinder 19 and the hydraulic pump 23.
  • the control valve 27 controls the flow rate of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 23 to the lift cylinder 19.
  • the control valve 27 may be a pressure proportional control valve.
  • the control valve 27 may be an electromagnetic proportional control valve.
  • the work machine 1a includes a machine controller 26a and a machine communication device 28.
  • the machine controller 26a runs the work machine 1a by controlling the traveling device 12 or the power transmission device 24.
  • the mechanical controller 26a moves the dosing blade 18 up and down by controlling the control valve 27.
  • the machine controller 26a is programmed to control the work machine 1a based on the acquired data.
  • the mechanical controller 26a includes a processor 31a and a storage device 32a.
  • the processor 31a is, for example, a CPU (central processing unit). Alternatively, the processor 31a may be a processor different from the CPU.
  • the processor 31a executes a process for controlling the work machine 1a according to the program.
  • the storage device 32a includes a non-volatile memory such as ROM and a volatile memory such as RAM.
  • the storage device 32a may include a hard disk or an auxiliary storage device such as an SSD (Solid State Drive).
  • the storage device 32a is an example of a recording medium that can be read by a non-transitory computer.
  • the storage device 32a stores computer commands and data for controlling the work machine 1a.
  • the machine communication device 28 wirelessly communicates with the external communication device 5.
  • the machine communication device 28 communicates with the external communication device 5 by a wireless LAN such as Wi-Fi (registered trademark), mobile communication such as 3G, 4G, or 5G, or another type of wireless communication system.
  • a wireless LAN such as Wi-Fi (registered trademark)
  • mobile communication such as 3G, 4G, or 5G, or another type of wireless communication system.
  • the work machine 1a includes the machine position sensor 33.
  • the machine position sensor 33 may include a GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver such as a GPS (Global Positioning System). Alternatively, the machine position sensor 33 may include receivers for other positioning systems.
  • the machine position sensor 33 may include a motion sensor such as an IMU (Inertial Measurement Unit), a distance measuring sensor such as a lidar, or an image sensor such as a stereo camera.
  • the machine position sensor 33 outputs the machine position data to the machine controller 26a.
  • the machine position data indicates the position of the work machine 1a.
  • the external communication device 5 shown in FIG. 1 wirelessly communicates with the machine communication device 28.
  • the external communication device 5 transmits a command signal from the remote controller 2 to the machine communication device 28.
  • the machine controller 26a receives a command signal via the machine communication device 28.
  • the external communication device 5 receives the machine position data of the work machine 1a via the machine communication device 28.
  • the input device 3 is a device that can be operated by an operator.
  • the input device 3 receives an input command from the operator and outputs an operation signal corresponding to the input command to the remote controller 2.
  • the input device 3 outputs an operation signal according to the operation by the operator.
  • the input device 3 outputs an operation signal to the remote controller 2.
  • the input device 3 may include a pointing device such as a mouse or a trackball.
  • the input device 3 may include a keyboard. Alternatively, the input device 3 may include a touch panel.
  • the display 4 includes a monitor such as a CRT, an LCD, or an OELD.
  • the display 4 receives the image signal from the remote controller 2.
  • the display 4 displays an image corresponding to the image signal.
  • the display 4 may be integrated with the input device 3.
  • the input device 3 and the display 4 may include a touch panel.
  • the remote controller 2 remotely controls the work machine 1a-1d.
  • the remote controller 2 receives an operation signal from the input device 3.
  • the remote controller 2 outputs an image signal to the display 4.
  • the remote controller 2 includes a processor 2a and a storage device 2b.
  • the processor 2a is, for example, a CPU (Central Processing Unit). Alternatively, the processor 2a may be a processor different from the CPU.
  • the processor 2a executes a process for controlling the work machines 1a-1d according to the program. In the following description, the description regarding the process executed by the remote controller 2 may be interpreted as the process executed by the processor 2a.
  • the storage device 2b includes a non-volatile memory such as ROM and a volatile memory such as RAM.
  • the storage device 2b may include a hard disk or an auxiliary storage device such as an SSD (Solid State Drive).
  • the storage device 2b is an example of a recording medium that can be read by a non-transitory computer.
  • the storage device 2b stores computer commands and data for controlling the work machines 1a-1d.
  • the remote controller 2 communicates with the excavator 6 via the external communication device 5.
  • the excavator 6 is placed on the work site together with the work machines 1a-1b.
  • the excavator 6 includes a traveling device 41, a swivel body 42, and a working machine 43.
  • the traveling device 41 includes, for example, a track.
  • the swivel body 42 can swivel around the swivel center C1 with respect to the traveling device 41.
  • the working machine 43 includes, for example, a bucket, an arm, and a boom.
  • the excavator 6 performs work such as excavation using the work machine 43.
  • the excavator 6 includes an excavator position sensor 44 and an excavator controller 45.
  • the excavator position sensor 44 detects the position of the excavator 6.
  • the excavator position sensor 44 outputs excavator position data indicating the position of the excavator 6.
  • the excavator position sensor 44 may have the same configuration as the machine position sensor 33.
  • the excavator controller 45 controls the excavator 6.
  • the excavator controller 45 includes a processor and a storage device like the remote controller 2.
  • the excavator controller 45 transmits the excavator position data to the external communication device 5 via a communication device (not shown).
  • the remote controller 2 receives the excavator position data.
  • the excavator 6 may be remotely controlled in the same manner as the work machines 1a-1d. Alternatively, the excavator 6 may be manually controlled by the (excavator) operator boarding the excavator 6.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the processing performed by the remote controller 2.
  • the remote controller 2 sets an automatic operation plan by executing the process shown in FIG. 4, and causes the work machines 1a-1d to perform the work according to the automatic operation plan.
  • step S101 the remote controller 2 acquires the current terrain data.
  • the current terrain data shows the current terrain of the workplace.
  • FIG. 5 is a side view showing an example of the current topography 80.
  • the current terrain data includes coordinates and altitudes of a plurality of points on the current terrain 80.
  • the work machine 1a-1d excavates the current terrain 80 by automatic operation so that the current terrain 80 has a shape along the final target terrain 81.
  • Worksites include Highwall 82.
  • the high wall 82 is a wall of topsoil exposed at the peripheral edge of a part of the work site in the process of removing the topsoil covering the ore layer at the work site.
  • An excavator excavation area 83 is arranged in the vicinity of the high wall 82.
  • the excavator excavation area 83 is a range from the high wall 82 to a predetermined distance. The predetermined distance is set according to the vehicle length of the work machine 1a-1d.
  • the excavator 6 excavates.
  • step S102 the remote controller 2 determines the work area 50 at the work site.
  • FIG. 6 is a top view of a work site showing an example of the work area 50.
  • the work area 50 includes a plurality of work lanes 51-60.
  • the plurality of work lanes 51-60 extend in a predetermined work direction D1.
  • the remote controller 2 may determine the work area 50 according to the operation of the input device 3 by the operator. Alternatively, the remote controller 2 may automatically determine the work area 50.
  • the current terrain data includes data indicating the position of the work prohibited area 91.
  • the work prohibited area 91 includes, for example, the position of a cliff.
  • the remote controller 2 does not set the work area 50 in the work prohibition area 91.
  • the remote controller 2 determines the arrangement of a plurality of work lanes 51-60 based on the work data and the machine data.
  • the work data indicates the work direction D1 in the work area 50.
  • the operator can select the working direction D1 by the input device 3.
  • the remote controller 2 acquires the working direction D1 based on the operation signal from the input device 3.
  • the working direction D1 may be automatically determined by the remote controller 2.
  • the remote controller 2 determines the width of the work lanes 51-60 based on the machine data.
  • the machine data includes the widthwise dimensions of the work machine 1a-1d.
  • the width dimension of the work machine 1a-1d is the width dimension of the dosing blade 18.
  • the remote controller 2 determines the width direction dimension of the work machine 1a-1d as the width of the work lanes 51-60.
  • the work area 50 includes the excavation wall areas 61-69. Areas 61-69 of the excavation wall are arranged. Areas 61-69 of the excavation wall are located between work lanes 51-60.
  • the remote controller 2 determines the width of the excavated wall areas 61-69 based on the machine data. The remote controller 2 determines a value smaller than the width dimension of the dosing blade 18 as the width of the excavated wall areas 61-69.
  • the remote controller 2 displays an image showing the work area 50 on the display 4.
  • the arrangement of the work lane and the excavation wall area is not limited to that shown in FIG. 6, and may be changed.
  • the number of working lanes is not limited to 10, and may be less than 10 or more than 10.
  • the number of areas of the excavation wall is not limited to 9, and may be less than 9 or more than 9.
  • step S103 the remote controller 2 acquires the position of the excavator 6.
  • the remote controller 2 acquires the position of the excavator 6 from the excavator position data.
  • step S104 the remote controller 2 determines the work restriction area A1. As shown in FIG. 7, the remote controller 2 determines a predetermined range based on the position of the shovel 6 at the work site as the work restriction area A1.
  • the work restriction area A1 is shown by a hatched portion in FIG. 7.
  • the work restricted area A1 includes the first restricted area A2.
  • the remote controller 2 determines a range including the work lane located within a range from the position of the excavator 6 to a predetermined distance in the width direction of the work lanes 51-60 as the first restricted area A2.
  • the remote controller 2 determines the first circle C2 centered on the turning center C1 of the excavator 6.
  • the radius of the first circle C2 is larger than the maximum turning radius of the excavator 6.
  • the remote controller 2 determines a pair of tangents L1 and L2 (hereinafter, referred to as "first tangent line L1" and "second tangent line L2") of the first circle C2 extending in a predetermined working direction D1.
  • the remote controller 2 determines the work lane that overlaps the range surrounded by the first tangent line L1 and the second tangent line L2 and the area of the excavation wall adjacent to the work lane as the first restricted area A2.
  • the remote controller 2 may set a plurality of first circles C2, C3, ...
  • the plurality of first circles C2, C3, ... May be larger than the maximum turning radius and have different radii.
  • the operator may select the first circle by operating the input device 3.
  • the remote controller 2 may determine the first circle based on the output signal from the input device 3.
  • the remote controller 2 determines the range including the first to fifth work lanes 51-55 and the areas 61 to 66 of the first to sixth excavation walls as the first restricted area A2.
  • the remote controller 2 allocates the work machine 1a-1d.
  • the remote controller 2 allocates the work machines 1a-1d to the plurality of work lanes 51-60.
  • the operator assigns the work machines 1a-1d to each of the plurality of work lanes 51-60 by the input device 3.
  • the number of work lanes assigned to one work machine may be singular or may be plural.
  • the remote controller 2 determines a work machine assigned to each of the plurality of work lanes based on an operation signal from the input device 3. Alternatively, the remote controller 2 may automatically determine the work machines assigned to each of the plurality of work lanes.
  • the remote controller 2 does not allocate a work machine to the work lane located in the first restricted area A2. That is, the remote controller 2 invalidates the allocation of the work machine to the work lane located in the first restricted area A2.
  • step S106 the remote controller 2 determines whether or not the work can be performed.
  • the remote controller 2 determines whether or not the work can be performed in each work lane based on the current terrain data. For example, the remote controller 2 determines that the work cannot be performed on the work lane including excessive unevenness, step, or inclination.
  • the process proceeds to step S107.
  • step S107 the remote controller 2 displays on the display 4 that the work cannot be performed. In this case, the automatic operation of the work machines 1a-1d is not started.
  • step S106 When it is determined in step S106 that the work can be performed, the process proceeds to step S108.
  • step S108 the remote controller 2 displays the work estimate on the display 4.
  • the work estimate indicates the evaluation parameters expected when the work machines 1a-1d perform the work according to the assigned work lane.
  • the evaluation parameters include, for example, estimated values of earthwork, required time, and fuel cost.
  • the amount of earthwork is the amount of soil excavated by the work machine 1a-1d.
  • the remote controller 2 calculates an estimated value of the amount of earthwork for each of the work machines 1a-1d.
  • the required time is the time from the start to the completion of the work.
  • the remote controller 2 calculates an estimated value of the required time for each work machine 1a-1d.
  • Fuel cost is the cost of fuel from the start to the end of work.
  • the remote controller 2 produces an estimated fuel cost for each of the work machines 1a-1d.
  • the remote controller 2 displays a work estimate including these estimated values on the display 4.
  • step S109 the remote controller 2 determines whether or not the approval has been received.
  • the operator can instruct the approval of the start of work by the work machine 1a-1d by the input device 3.
  • the remote controller 2 determines whether or not the approval has been received based on the operation signal from the input device 3.
  • the remote controller 2 may individually determine whether or not approval has been received for each work machine 1a-1d.
  • the remote controller 2 approves when receiving the approval from the (excavator) operator of the excavator 6 together with the approval from the operator of the work machine 1a-1d. It may be determined that it has been received. For example, as shown in FIG. 7, with respect to the sixth work lane 56 and the eighth work lane 58 adjacent to the first restricted area A2, the remote controller 2 excavates with the approval from the operator of the work machines 1a-1d. When the approval from the (excavator) operator of 6 is received, it may be determined that the approval has been received. When the remote controller 2 receives the approval, the process proceeds to step S110.
  • step S110 the remote controller 2 transmits a work start command to the work machines 1a-1d.
  • the work machines 1a-1d are controlled to perform the work according to the arrangement of the assigned work lanes 51-60.
  • the remote controller 2 transmits data indicating the position of the work lanes 51-60 to the work machines 1a-1d.
  • the work machine 1a-1d moves to the assigned work lane 51-60 and automatically aligns the position and the orientation with respect to the work lane 51-60.
  • the work machine 1a-1d excavates while moving along the assigned work lanes 51-60.
  • an excavation wall remains between the work lanes 51-60.
  • the work machine 1a-1d excavates the excavation wall while moving along the allocated excavation wall areas 61-69.
  • the work machine 1a operates the dosing blade 18 according to the target design terrain 84.
  • the work machine 1a starts excavation while advancing from the first starting point P1 on the current terrain 80, and drops the excavated soil from the cliff.
  • the work machine 1a retreats to the second starting point P2.
  • the work machine 1a starts excavation while advancing from the second starting point P2, and drops the excavated soil from the cliff.
  • the work machine 1a retreats to the third starting point P3.
  • the work machine 1a starts excavation while advancing from the third starting point P3, and drops the excavated soil from the cliff.
  • the work machine 1a excavates the current terrain 80 in a shape along the target design terrain 84.
  • the other work machines 1b-1d are also excavated in the assigned work lane in the same manner as the work machines 1a.
  • the work machine 1a-1d excavates the next target design terrain 85 located below the target design terrain.
  • the work machine 1a-1d repeats the above work until it reaches the final target terrain 81 or its vicinity.
  • the work machine 1a-1d does not excavate in the work lane and the excavation wall area included in the first restricted area A2. That is, the remote controller 2 limits the automatic operation of the work machines 1a-1d in the first restricted area A2.
  • the work machine 1a is assigned to the sixth work lane 56, the seventh work lane 57, and the area 67 of the seventh excavation wall. Therefore, the work machine 1a excavates in the area B1 including the sixth work lane 56, the seventh work lane 57, and the area 67 of the seventh excavation wall.
  • a work machine 1b is assigned to the eighth work lane 58. Therefore, the work machine 1b excavates in the area B2 including the eighth work lane 58.
  • a work machine 1c is assigned to the area 68 of the ninth work lane 59 and the eighth excavation wall. Therefore, the work machine 1c excavates in the area B3 including the area 68 of the ninth work lane 59 and the eighth excavation wall.
  • the work machine 1d is assigned to the area 69 of the tenth work lane 60 and the ninth excavation wall. Therefore, the work machine 1d excavates in the area B4 including the area 69 of the tenth work lane 60 and the ninth excavation wall.
  • the work machines 1a-1d are not assigned to the 1st to 5th work lanes 51-55 and the 1st to 6th excavation wall areas 61-66 included in the 1st restricted area A2. Therefore, the work by the work machines 1a-1d is not performed in the areas 61-66 of the 1st to 5th work lanes 51-55 and the 1st to 6th excavation walls.
  • the automatic operation of the work machine 1a-1d may be controlled by the remote controller 2.
  • the automatic operation of the work machines 1a-1d may be controlled by the machine controller of each work machine 1a-1d.
  • the control of the automatic operation of the work machines 1a-1d may be shared by the remote controller 2 and the machine controller of each work machine 1a-1d.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a process performed by the remote controller 2 when the excavator 6 moves during automatic operation.
  • the remote controller 2 acquires the position of the excavator 6 in the same manner as in step S103.
  • step S202 the remote controller 2 updates the work restriction area A1. As shown in FIG. 10, the position of the work restriction area A1 is changed by moving the excavator 6. The remote controller 2 determines the first restricted area A2 based on the position of the excavator 6 after the movement, as in step S104.
  • the work restricted area A1 includes the second restricted area A3.
  • the remote controller 2 determines the range including the work lane that overlaps the turning range of the excavator 6 as the second restricted area A3. For example, the remote controller 2 determines a second circle C3 centered on the position of the excavator 6. The remote controller 2 determines the work lane that overlaps with the second circle C3 as the second restricted area A3.
  • the radius of the second circle C3 is larger than the maximum turning radius of the excavator 6.
  • the radius of the second circle C3 may be the same as the maximum turning radius of the excavator 6.
  • the radius of the second circle C3 is smaller than the radius of the first circle C2.
  • step S203 the remote controller 2 determines whether the work machine 1a-1d is located in the second restricted area A3. When at least one of the working machines 1a-1d is located in the second restricted area A3, the process proceeds to step S204.
  • step S204 the remote controller 2 interrupts the automatic operation of the work machine located in the second restricted area A3.
  • the work machine 1b is located in the second restricted area A3. Therefore, the remote controller 2 interrupts the automatic operation of the work machine 1b.
  • the remote controller 2 may immediately interrupt the automatic operation of the work machine 1b located in the second restricted area A3. Alternatively, the remote controller 2 may continue the automatic operation until the work being executed by the work machine 1b is completed. For example, the remote controller 2 may stop the automatic operation of the work machine 1b when the work from the start of excavation to the switching to the reverse direction of the work machine 1b is completed. After the interruption of the automatic operation, the remote controller 2 causes the work machine 1b located in the second restricted area A3 to stand by while being stopped.
  • step S203 when the work machine 1a-1d is not located in the second restricted area A3, the process proceeds to step S205.
  • step S205 the remote controller 2 determines whether the work machine 1a-1d is located in the first restricted area A2. When at least one of the working machines 1a-1d is located in the first restricted area A2, the process proceeds to step S206. In the example shown in FIG. 10, the remote controller 2 determines that the work machine 1c is located in the first restricted area A2.
  • step S206 the remote controller 2 determines whether the work machine located in the first restricted area A2 satisfies the interruption condition.
  • the interruption condition includes the completion of a predetermined work being executed by the work machine.
  • the predetermined work is, for example, excavation of the target design surface currently being executed. That is, when the excavation of the target design surface currently being executed is completed, the remote controller 2 determines that the work machine located in the first restricted area A2 satisfies the interruption condition.
  • step S204 the remote controller 2 continues the automatic operation of the work machine located in the first restricted area A2 until the interruption condition is satisfied.
  • the remote controller 2 interrupts the automatic operation of the work machine located in the first restricted area A2.
  • the work machine 1c is located in the first restricted area A2. Therefore, the remote controller 2 interrupts the automatic operation of the work machine 1c when the interruption condition is satisfied.
  • step S207 the remote controller 2 reassigns the work machine. Similar to step S105, the remote controller 2 reassigns the work machine in which the automatic operation is interrupted to the work lane. However, the allocation to the work lane included in the first restricted area A2 is invalid. Therefore, the operator can assign the work machine to the work lane that is not included in the first restricted area A2. In the example shown in FIG. 10, the operator can assign the work machine 1b or the work machine 1c to the second work lane 52 and / or the fourth work lane 54 not included in the first restricted area A2.
  • step S208 the remote controller 2 determines whether or not approval has been received, as in step S109.
  • the remote controller 2 may receive approval for each of the plurality of work machines.
  • the remote controller 2 puts the stopped work machine on standby until it receives the approval.
  • the process proceeds to step S209.
  • step S209 the remote controller 2 resets the automatic operation plan.
  • the remote controller 2 resets the automatic operation plan for the work machine whose automatic operation has been interrupted by the same process as in steps S105 to S110 described above. That is, the remote controller 2 allocates the work machine whose automatic operation is interrupted to the work lane not included in the first restricted area A2.
  • the remote controller 2 determines whether or not the work can be carried out, and when the work can be carried out, displays the work estimate. Then, when the remote controller 2 receives the approval, the remote controller 2 transmits a start command for the work machine. As a result, the work machine that has interrupted the automatic operation resumes work in the reassigned work lane.
  • the movement to the work machine to the reassigned work lane may be performed manually by remote control by the operator.
  • a predetermined range based on the position of the shovel 6 at the work site is determined as the work restriction area A1. Then, the automatic operation of the plurality of work machines 1a-1d in the work restriction area A1 is restricted. Thereby, it is possible to prevent the work machine 1a-1d from interfering with the excavator 6 during the automatic operation.
  • the remote controller 2 may stop the plurality of work machines 1a-1d when a vehicle other than the excavator 6 and the plurality of work machines 1a-1d invades the work area 50 during automatic operation. In that case, the remote controller 2 may restart the automatic operation when the approval is received from the operator of the work machine 1a-1d, as in step S109.
  • the work machine 1a-1d is not limited to the bulldozer, but may be another vehicle such as a wheel loader or a motor grader.
  • the work machine 1a-1d may be a vehicle driven by an electric motor.
  • the remote controller 2 may have a plurality of controllers that are separate from each other.
  • the processing by the remote controller 2 may be distributed to a plurality of controllers and executed.
  • the mechanical controller 26a may have a plurality of controllers that are separate from each other.
  • the processing by the machine controller 26a may be distributed to a plurality of controllers and executed.
  • the above-mentioned processing may be distributed to a plurality of processors and executed.
  • the process for setting the work plan for automatic operation described above is not limited to that of the embodiment described above, and may be changed, omitted, or added.
  • the execution order of the above-mentioned processes is not limited to that of the above-described embodiment, and may be changed.
  • a part of the processing by the machine controller 26a may be executed by the remote controller 2.
  • a part of the processing by the remote controller 2 may be executed by the machine controller 26a.
  • the control of the work machine 1a-1d may be fully automatic or semi-automatic.
  • the input device 3 may include an operator such as an operation lever, a pedal, or a switch for operating the work machine 1a-1d.
  • the remote controller 2 may control the traveling of the work machine 1a-1d such as forward movement, reverse movement, or turning according to the operation of the input device 3.
  • the remote controller 2 may control operations such as raising and lowering of the working machine 43 according to the operation of the input device 3.
  • the method for determining the work area 50 is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the arrangement of work lanes in the work area 50 may be predetermined.
  • the method for determining the work restriction area A1 is not limited to that of the above embodiment, and may be changed.
  • the first restricted area A2 may be determined based on the distance from the position of the excavator 6 in the width direction regardless of the first circle C2.
  • the second restricted area A3 may be determined based on the distance from the position of the excavator 6 in the width direction regardless of the second circle C3.
  • automatic operation may be restricted by decelerating the work machines 1a-1d in the work restriction area A1.
  • the automatic operation may be restricted by moving the work machines 1a-1d in the work restriction area A1 to a predetermined standby position.
  • a predetermined range based on the position of the excavator on the work site is determined as a work restricted area. Then, the automatic operation of the work machine in the work restriction area is restricted. As a result, it is possible to prevent the work machine from interfering with the excavator during automatic operation.

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Abstract

コントローラは、ワークサイトにおいて、複数の作業レーンを含む作業エリアを決定する。複数の作業レーンは、所定の作業方向に延びている。コントローラは、複数の作業レーンに作業機械を割り当てる。コントローラは、ワークサイトにおいてショベルの位置を基準とする所定範囲を、作業機械の作業制限エリアとして決定する。コントローラは、作業制限エリアにおける作業機械の自動運転を制限するように、作業機械を制御する。

Description

作業機械を制御するためのシステムおよび方法
　本開示は、作業機械を制御するためのシステムおよび方法に関する。
　ワークサイトにおいて、ショベルと作業機械とが協働して作業を行うことがある。例えば、特許文献１では、露天掘りにおいて、同じ作業エリア内で、ブルドーザとショベルとが協働して掘削を行っている。
国際公開公報ＷＯ２０１８／０３９７０９号
　作業機械を自動運転化することで、システムの効率を向上させることができる。しかし、その場合、同じ作業エリアで作業するショベルと作業機械との干渉を避けることが求められる。本開示の目的は、自動運転中に作業機械がショベルに干渉することを回避することにある。
　第１の態様は、ワークサイトにおいて作業機械を制御するためのシステムであって、機械位置センサと、ショベル位置センサと、コントローラとを備える。機械位置センサは、ワークサイトにおける作業機械の位置を検出する。ショベル位置センサは、ワークサイトにおけるショベルの位置を検出する。コントローラは、機械位置データとショベル位置データとを取得する。機械位置データは、作業機械の位置を示す。ショベル位置データは、ショベルの位置を示す。コントローラは、ワークサイトにおいて、複数の作業レーンを含む作業エリアを決定する。複数の作業レーンは、所定の作業方向に延びている。コントローラは、複数の作業レーンに作業機械を割り当てる。コントローラは、ワークサイトにおいてショベルの位置を基準とする所定範囲を、作業機械の作業制限エリアとして決定する。コントローラは、作業制限エリアにおける作業機械の自動運転を制限するように、作業機械を制御する。
　第２の態様は、ワークサイトにおいて作業機械を制御するための方法であって、以下の処理を備える。第１の処理は、機械位置データを取得することである。機械位置データは、ワークサイトにおける作業機械の位置を示す。第２の処理は、ショベル位置データを取得することである。ショベル位置データは、ワークサイトにおけるショベルの位置を示す。第３の処理は、ワークサイトにおいて複数の作業レーンを含む作業エリアを決定することである。複数の作業レーンは、所定の作業方向に延びている。第４の処理は、複数の作業レーンに作業機械を割り当てることである。第５の処理は、ワークサイトにおいてショベルの位置を基準とする所定範囲を、作業機械の作業制限エリアとして決定することである。第６の処理は、作業制限エリアにおける作業機械の自動運転を制限するように、作業機械を制御することである。
　本開示によれば、ワークサイトにおいてショベルの位置を基準とする所定範囲が、作業制限エリアとして決定される。そして、作業制限エリアにおける作業機械の自動運転が制限される。それにより、自動運転中に作業機械がショベルに干渉することを回避することができる。
実施形態に係る作業機械の制御システムを示す模式図である。 作業機械の側面図である。 作業機械の構成を示す模式図である。 コントローラによって実行される自動制御の処理を示すフローチャートである。 現況地形の一例を示す側面図である。 作業エリアの一例を示すワークサイトの上面図である。 作業制限エリアの一例を示すワークサイトの上面図である。 自動運転中のワークサイトの上面図である。 コントローラによって実行される自動制御の処理を示すフローチャートである。 ショベルが移動したときの作業制限エリアの一例を示すワークサイトの上面図である。
　以下、実施形態に係る作業機械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の制御システム１００を示す模式図である。図１に示すように、制御システム１００は、作業機械１ａ－１ｄと、リモートコントローラ２と、入力装置３と、ディスプレイ４と、外部通信装置５とを含む。制御システム１００は、採掘場などのワークサイトに配置された作業機械１ａ－１ｄを制御する。本実施形態に係る作業機械１ａ－１ｄは、ブルドーザである。
　リモートコントローラ２と、入力装置３と、ディスプレイ４と、外部通信装置５とは、作業機械１ａ－１ｄの外部に配置される。リモートコントローラ２と、入力装置３と、ディスプレイ４と、外部通信装置５とは、例えば、作業機械１ａ－１ｄの外部の管理センタに配置されてもよい。リモートコントローラ２と、入力装置３と、ディスプレイ４と、外部通信装置５とは、ワークサイト内のショベル６に配置されてもよい。リモートコントローラ２と、入力装置３と、ディスプレイ４と、外部通信装置５とは、外部の管理センタとショベル６との双方に配置されてもよい。リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄを遠隔操作する。リモートコントローラ２によって遠隔操作される作業機械の数は、４台に限らず、４台より少なくてもよく、或いは４台より多くてもよい。
　図２は、作業機械１ａの側面図である。図３は、作業機械１ａの構成を示すブロック図である。以下、作業機械１ａについて説明するが、他の作業機械１ｂ－１ｄの構成は、作業機械１ａと同様である。図２に示すように、作業機械１ａは、車体１１と、走行装置１２と、作業機１３とを含む。車体１１は、エンジン室１５を含む。走行装置１２は、車体１１に取り付けられている。走行装置１２は、左右の履帯１６を有している。なお、図２では、左側の履帯１６のみが図示されている。履帯１６が回転することによって、作業機械１ａが走行する。
　作業機１３は、車体１１に取り付けられている。作業機１３は、リフトフレーム１７と、ドージングブレード１８と、リフトシリンダ１９とを含む。リフトフレーム１７は、上下に動作可能に車体１１に取り付けられている。リフトフレーム１７は、ドージングブレード１８を支持している。ドージングブレード１８は、リフトフレーム１７の動作に伴って上下に移動する。リフトフレーム１７は、走行装置１２に取り付けられてもよい。リフトシリンダ１９は、車体１１とリフトフレーム１７とに連結されている。リフトシリンダ１９が伸縮することによって、リフトフレーム１７は、上下に動作する。
　図３に示すように、作業機械１ａは、エンジン２２と、油圧ポンプ２３と、動力伝達装置２４と、制御弁２７とを含む。油圧ポンプ２３は、エンジン２２によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２３から吐出された作動油は、リフトシリンダ１９に供給される。なお、図３では、１つの油圧ポンプ２３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。
　動力伝達装置２４は、エンジン２２の駆動力を走行装置１２に伝達する。動力伝達装置２４は、例えば、HST（Hydro Static Transmission）であってもよい。或いは、動力伝達装置２４は、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２４は、他の種類のトランスミッションであってもよい。
　制御弁２７は、リフトシリンダ１９などの油圧アクチュエータと、油圧ポンプ２３との間に配置される。制御弁２７は、油圧ポンプ２３から、リフトシリンダ１９に供給される作動油の流量を制御する。制御弁２７は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁２７は、電磁比例制御弁であってもよい。
　作業機械１ａは、機械コントローラ２６ａと機械通信装置２８とを備える。機械コントローラ２６ａは、走行装置１２、或いは動力伝達装置２４を制御することで、作業機械１ａを走行させる。機械コントローラ２６ａは、制御弁２７を制御することで、ドージングブレード１８を上下に移動させる。
　機械コントローラ２６ａは、取得したデータに基づいて作業機械１ａを制御するようにプログラムされている。機械コントローラ２６ａは、プロセッサ３１ａと記憶装置３２ａとを含む。プロセッサ３１ａは、例えばCPU（central processing unit）である。或いは、プロセッサ３１ａは、CPUと異なるプロセッサであってもよい。プロセッサ３１ａは、プログラムに従って、作業機械１ａを制御するための処理を実行する。
　記憶装置３２ａは、ROMなどの不揮発性メモリと、RAMなどの揮発性メモリとを含む。記憶装置３２ａは、ハードディスク、或いはSSD（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでもよい。記憶装置３２ａは、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置３２ａは、作業機械１ａを制御するためのコンピュータ指令及びデータを記憶している。
　機械通信装置２８は、外部通信装置５と無線により通信する。例えば、機械通信装置２８は、Wi-Fi（登録商標）などの無線LAN、3G、4G、或いは5Gなどの移動体通信、或いは他のタイプの無線通信システムにより、外部通信装置５と通信する。
　作業機械１ａは、機械位置センサ３３を含む。機械位置センサ３３は、例えばGPS（Global Positioning System）などのGNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバを含んでもよい。或いは、機械位置センサ３３は、他の測位システムのレシーバを含んでもよい。機械位置センサ３３は、IMU（Inertial Measurement Unit）などのモーションセンサ、Lidarなどの測距センサ、或いはステレオカメラなどのイメージセンサを含んでもよい。機械位置センサ３３は、機械位置データを機械コントローラ２６ａに出力する。機械位置データは、作業機械１ａの位置を示す。
　図１に示す外部通信装置５は、機械通信装置２８と無線により通信する。外部通信装置５は、リモートコントローラ２からの指令信号を、機械通信装置２８に送信する。機械コントローラ２６ａは、機械通信装置２８を介して、指令信号を受信する。外部通信装置５は、機械通信装置２８を介して、作業機械１ａの機械位置データを受信する。
　入力装置３は、オペレータによって操作可能な装置である。入力装置３は、オペレータからの入力指令を受け、入力指令に対応する操作信号を、リモートコントローラ２に出力する。入力装置３は、オペレータによる操作に応じた操作信号を出力する。入力装置３は、リモートコントローラ２に操作信号を出力する。入力装置３は、マウス、或いはトラックボールなどのポインティングデバイスを含んでもよい。入力装置３は、キーボードを含んでもよい。或いは、入力装置３は、タッチパネルを含んでもよい。
　ディスプレイ４は、例えばCRT，LCD，或いはOELD等のモニタを含む。ディスプレイ４は、リモートコントローラ２からの画像信号を受信する。ディスプレイ４は、画像信号に応じた画像を表示する。ディスプレイ４は、入力装置３と一体であってもよい。例えば、入力装置３とディスプレイ４とは、タッチパネルを含んでもよい。
　リモートコントローラ２は、遠隔から作業機械１ａ－１ｄを制御する。リモートコントローラ２は、入力装置３から操作信号を受信する。リモートコントローラ２は、ディスプレイ４に画像信号を出力する。リモートコントローラ２は、プロセッサ２ａと記憶装置２ｂとを含む。プロセッサ２ａは、例えばCPU（Central Processing Unit）である。或いは、プロセッサ２ａは、CPUと異なるプロセッサであってもよい。プロセッサ２ａは、プログラムに従って、作業機械１ａ－１ｄを制御するための処理を実行する。なお、以下の説明において、リモートコントローラ２が実行する処理に関する記載は、プロセッサ２ａが実行する処理と解釈されてもよい。
　記憶装置２ｂは、ROMなどの不揮発性メモリと、RAMなどの揮発性メモリとを含む。記憶装置２ｂは、ハードディスク、或いはSSD（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含んでもよい。記憶装置２ｂは、非一時的な（non-transitory）コンピュータで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置２ｂは、作業機械１ａ－１ｄを制御するためのコンピュータ指令及びデータを記憶している。
　リモートコントローラ２は、外部通信装置５を介して、ショベル６と通信を行う。ショベル６は、作業機械１ａ－１ｂと共にワークサイトに配置される。図１に示すように、ショベル６は、走行装置４１と、旋回体４２と、作業機４３とを含む。走行装置４１は、例えば履帯を含む。旋回体４２は、走行装置４１に対して旋回中心Ｃ１回りに旋回可能である。作業機４３は、例えばバケットとアームとブームとを含む。ショベル６は、作業機４３を用いて掘削等の作業を行う。
　ショベル６は、ショベル位置センサ４４とショベルコントローラ４５とを含む。ショベル位置センサ４４は、ショベル６の位置を検出する。ショベル位置センサ４４は、ショベル６の位置を示すショベル位置データを出力する。ショベル位置センサ４４は、機械位置センサ３３と同様の構成を有してもよい。
　ショベルコントローラ４５は、ショベル６を制御する。ショベルコントローラ４５は、リモートコントローラ２と同様にプロセッサと記憶装置とを含む。ショベルコントローラ４５は、図示しない通信装置を介して、外部通信装置５にショベル位置データを送信する。リモートコントローラ２は、ショベル位置データを受信する。ショベル６は、作業機械１ａ－１ｄと同様に、遠隔から制御されてもよい。或いは、ショベル６は、ショベル６に乗り込んだ（ショベル）オペレータによって手動で制御されてもよい。
　次に、制御システム１００によって実行される作業機械１ａ－１ｄの自動運転について説明する。図４は、リモートコントローラ２によって行われる処理を示すフローチャートである。リモートコントローラ２は、図４に示す処理を実行することで、自動運転計画を設定し、自動運転計画に従って、作業機械１ａ－１ｄに作業を行わせる。
　図４に示すように、ステップＳ１０１では、リモートコントローラ２は、現況地形データを取得する。現況地形データは、ワークサイトの現況地形を示す。図５は、現況地形８０の一例を示す側面図である。現況地形データは、現況地形８０上の複数地点の座標及び高度を含む。
　作業機械１ａ－１ｄは、自動運転により、現況地形８０が最終目標地形８１に沿う形状となるように、現況地形８０の掘削を行う。ワークサイトは、ハイウォール８２（Highwall）を含む。ハイウォール８２は、ワークサイトにおける鉱石層を覆う表土を取り除く過程で、ワークサイトの一部の周端に露出される表土の壁である。ハイウォール８２の近傍には、ショベル掘削エリア８３が配置される。例えば、ショベル掘削エリア８３は、ハイウォール８２から所定距離までの範囲である。所定距離は、作業機械１ａ－１ｄの車長に応じて設定される。ショベル掘削エリア８３では、ショベル６が掘削を行う。
　ステップＳ１０２では、リモートコントローラ２は、ワークサイトにおいて作業エリア５０を決定する。図６は、作業エリア５０の一例を示すワークサイトの上面図である。作業エリア５０は、複数の作業レーン５１－６０を含む。複数の作業レーン５１－６０は、所定の作業方向Ｄ１に延びる。リモートコントローラ２は、オペレータによる入力装置３の操作に応じて作業エリア５０を決定してもよい。或いは、リモートコントローラ２は、自動的に作業エリア５０を決定してもよい。
　現況地形データは、作業禁止エリア９１の位置を示すデータを含む。作業禁止エリア９１は、例えば、崖の位置を含む。リモートコントローラ２は、作業禁止エリア９１には作業エリア５０を設定しない。
　リモートコントローラ２は、作業データと機械データとに基づいて複数の作業レーン５１－６０の配列を決定する。作業データは、作業エリア５０における作業方向Ｄ１を示す。オペレータは、入力装置３によって、作業方向Ｄ１を選択することができる。リモートコントローラ２は、入力装置３からの操作信号に基づいて、作業方向Ｄ１を取得する。或いは、作業方向Ｄ１は、リモートコントローラ２によって自動的に決定されてもよい。
　リモートコントローラ２は、機械データに基づいて、作業レーン５１－６０の幅を決定する。機械データは、作業機械１ａ－１ｄの幅方向の寸法を含む。例えば、作業機械１ａ－１ｄの幅方向の寸法は、ドージングブレード１８の幅寸法である。リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄの幅方向の寸法を、作業レーン５１－６０の幅として決定する。
　作業エリア５０は、掘削壁のエリア６１－６９を含む。掘削壁のエリア６１－６９は、配置される。掘削壁のエリア６１－６９は、作業レーン５１－６０の間に配置される。リモートコントローラ２は、機械データに基づいて、掘削壁のエリア６１－６９の幅を決定する。リモートコントローラ２は、ドージングブレード１８の幅寸法よりも小さな値を、掘削壁のエリア６１－６９の幅として決定する。リモートコントローラ２は、作業エリア５０を示す画像をディスプレイ４に表示させる。
　なお、作業レーン及び掘削壁のエリアの配列は、図６に示すものに限らず、変更されてもよい。例えば、作業レーンの数は、１０に限らず、１０より少なくてもよく、１０より多くてもよい。掘削壁のエリアの数は、９に限らず、９より少なくてもよく、９より多くてもよい。
　ステップＳ１０３では、リモートコントローラ２は、ショベル６の位置を取得する。リモートコントローラ２は、ショベル位置データによって、ショベル６の位置を取得する。
　ステップＳ１０４では、リモートコントローラ２は、作業制限エリアＡ１を決定する。図７に示すように、リモートコントローラ２は、ワークサイトにおいてショベル６の位置を基準とする所定範囲を、作業制限エリアＡ１として決定する。作業制限エリアＡ１は、図７ではハッチングされた部分で示される。作業制限エリアＡ１は、第１制限エリアＡ２を含む。リモートコントローラ２は、作業レーン５１－６０の幅方向に、ショベル６の位置から所定距離までの範囲内に位置する作業レーンを含む範囲を、第１制限エリアＡ２として決定する。
　例えば、リモートコントローラ２は、ショベル６の旋回中心Ｃ１を中心とする第１の円Ｃ２を決定する。第１の円Ｃ２の半径は、ショベル６の最大旋回半径よりも大きい。リモートコントローラ２は、所定の作業方向Ｄ１に延びる第１の円Ｃ２の一対の接線Ｌ１，Ｌ２（以下、「第１接線Ｌ１」及び「第２接線Ｌ２」と呼ぶ）を決定する。リモートコントローラ２は、第１接線Ｌ１及び第２接線Ｌ２に囲まれる範囲と重なる作業レーン及び、当該作業レーンに隣接する掘削壁のエリアを、第１制限エリアＡ２として決定する。リモートコントローラ２は、ショベル６の旋回中心Ｃ１を中心とする複数の第１の円Ｃ２、Ｃ３、・・・を設定してもよい。複数の第１の円Ｃ２、Ｃ３、・・・は、最大旋回半径よりも大きく、それぞれ異なる半径を有してもよい。その場合、オペレータは、入力装置３の操作により、第１の円を選択してもよい。リモートコントローラ２は、入力装置３からの出力信号により、第１の円を決定してもよい。
　図７に示す例では、第１接線Ｌ１は、第４作業レーン５４と重なっている。第２接線Ｌ２は、第５作業レーン５５と重なっている。第１接線Ｌ１及び第２接線Ｌ２に囲まれる範囲は、第１～第５作業レーン５１－５５と重なっている。従って、リモートコントローラ２は、第１～第５作業レーン５１－５５と第１～第６掘削壁のエリア６１－６６とを含む範囲を第１制限エリアＡ２として決定する。
　ステップＳ１０５では、リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄを割り当てる。リモートコントローラ２は、複数の作業レーン５１－６０に作業機械１ａ－１ｄを割り当てる。オペレータは、入力装置３によって、複数の作業レーン５１－６０のそれぞれに、作業機械１ａ－１ｄを割り当てる。１つの作業機械に割り当てられる作業レーンは、単数であってもよく、或いは複数であってもよい。リモートコントローラ２は、入力装置３からの操作信号に基づいて、複数の作業レーンのそれぞれに割り当てられる作業機械を決定する。或いは、リモートコントローラ２は、複数の作業レーンのそれぞれに割り当てられる作業機械を自動的に決定してもよい。ただし、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２内に位置する作業レーンには、作業機械を割り当てない。すなわち、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２内に位置する作業レーンへの作業機械の割り当てを無効とする。
　ステップＳ１０６では、リモートコントローラ２は、作業の実施の可否を判定する。リモートコントローラ２は、現況地形データに基づいて、各作業レーンでの作業の実施の可否を判定する。例えば、リモートコントローラ２は、過度の凹凸、段差、或いは傾斜を含む作業レーンに対して、作業の実施が不可能と判定する。作業の実施が不可能と判定されたときには、処理はステップＳ１０７に進む。
　ステップＳ１０７では、リモートコントローラ２は、作業の実施が不可能である旨をディスプレイ４に表示する。この場合、作業機械１ａ－１ｄの自動運転は開始されない。
　ステップＳ１０６において、作業の実施が可能と判定されたときには、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、リモートコントローラ２は、作業見積もりをディスプレイ４に表示する。作業見積もりは、作業機械１ａ－１ｄが、割り当てられた作業レーンに従って作業を行った場合に予測される評価パラメータを示す。評価パラメータは、例えば、土工量と所要時間と燃料コストとの推定値を含む。
　土工量は、作業機械１ａ－１ｄによって掘削される土の量である。リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄの１台ごとに、土工量の推定値を算出する。所要時間は、作業開始から完了までに係る時間である。リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄ１台ごとに、所要時間の推定値を算出する。燃料コストは、作業開始から完了までにかかる燃料の費用である。リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄの１台ごとに、燃料コストの推定値を産出する。リモートコントローラ２は、これらの推定値を含む作業見積もりをディスプレイ４に表示させる。
　ステップＳ１０９では、リモートコントローラ２は、承認を受信したかを判定する。オペレータは、入力装置３によって、作業機械１ａ－１ｄによる作業開始の承認を指示することができる。リモートコントローラ２は、入力装置３からの操作信号に基づいて、承認を受信したかを判定する。なお、リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄごとに個別に承認を受信したかを判定してもよい。
　第１制限エリアＡ２の近傍に位置する作業レーンについては、リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄのオペレータからの承認と共に、ショベル６の（ショベル）オペレータからの承認を受信したときに、承認を受信したと判定してもよい。例えば、図７に示すように、第１制限エリアＡ２に隣接する第６作業レーン５６と第８作業レーン５８とについては、リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄのオペレータからの承認と共に、ショベル６の（ショベル）オペレータからの承認を受信したときに、承認を受信したと判定してもよい。リモートコントローラ２が、承認を受信したときには、処理はステップＳ１１０に進む。
　ステップＳ１１０では、リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄに作業の開始指令を送信する。それにより、図８に示すように、作業機械１ａ－１ｄは、割り当てられた作業レーン５１－６０の配列に従って作業を行うように制御される。リモートコントローラ２は、作業レーン５１－６０の位置を示すデータを作業機械１ａ－１ｄに送信する。作業機械１ａ－１ｄは、割り当てられた作業レーン５１－６０まで移動し、作業レーン５１－６０に対して位置と方位とを自動的に合わせる。そして、作業機械１ａ－１ｄは、割り当てられた作業レーン５１－６０に沿って移動しながら掘削を行う。作業レーン５１－６０の掘削が完了すると、作業レーン５１－６０の間には、掘削壁が残る。作業機械１ａ－１ｄは、割り当てられた掘削壁のエリア６１－６９に沿って移動しながら、掘削壁の掘削を行う。
　例えば、図５に示すように、作業機械１ａは、目標設計地形８４に従ってドージングブレード１８を動作させる。作業機械１ａは、現況地形８０上の第１開始点Ｐ１から前進しながら掘削を開始し、掘削された土を崖から落とす。作業機械１ａは、第２開始点Ｐ２まで後退する。作業機械１ａは、第２開始点Ｐ２から前進しながら掘削を開始し、掘削された土を崖から落とす。作業機械１ａは、第３開始点Ｐ３まで後退する。作業機械１ａは、第３開始点Ｐ３から前進しながら掘削を開始し、掘削された土を崖から落とす。
　作業機械１ａは、このような作業を繰り返すことで、目標設計地形８４に沿う形状に、現況地形８０を掘削する。他の作業機械１ｂ－１ｄについても、割り当てられた作業レーンにおいて、作業機械１ａと同様に掘削を行う。作業機械１ａ－１ｄは、目標設計地形の掘削を完了すると、その下方に位置する次の目標設計地形８５の掘削を行う。作業機械１ａ－１ｄは、最終目標地形８１、或いはその近傍に到達するまで、上記の作業を繰り返す。
　ただし、図７に示すように、作業機械１ａ－１ｄは、第１制限エリアＡ２に含まれる作業レーン及び掘削壁のエリアでは掘削を行わない。すなわち、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２において、作業機械１ａ－１ｄの自動運転を制限する。
　図８に示す例では、第６作業レーン５６、第７作業レーン５７、及び第７掘削壁のエリア６７には、作業機械１ａが割り当てられている。従って、作業機械１ａは、第６作業レーン５６、第７作業レーン５７、及び第７掘削壁のエリア６７を含むエリアＢ１において、掘削を行う。第８作業レーン５８には、作業機械１ｂが割り当てられている。従って、作業機械１ｂは、第８作業レーン５８を含むエリアＢ２において掘削を行う。第９作業レーン５９及び第８掘削壁のエリア６８には、作業機械１ｃが割り当てられている。従って、作業機械１ｃは、第９作業レーン５９及び第８掘削壁のエリア６８を含むエリアＢ３において掘削を行う。第１０作業レーン６０及び第９掘削壁のエリア６９には、作業機械１ｄが割り当てられている。従って、作業機械１ｄは、第１０作業レーン６０及び第９掘削壁のエリア６９を含むエリアＢ４において掘削を行う。
　ただし、第１制限エリアＡ２に含まれる第１～５作業レーン５１－５５及び第１～６掘削壁のエリア６１－６６には、作業機械１ａ－１ｄは割り当てられない。そのため、第１～５作業レーン５１－５５及び第１～６掘削壁のエリア６１－６６では、作業機械１ａ－１ｄによる作業が行われない。
　なお、作業機械１ａ－１ｄの自動運転の制御は、リモートコントローラ２によって行われてもよい。或いは、作業機械１ａ－１ｄの自動運転の制御は、各作業機械１ａ－１ｄの機械コントローラによって行われてもよい。或いは、作業機械１ａ－１ｄの自動運転の制御は、リモートコントローラ２と、各作業機械１ａ－１ｄの機械コントローラとによって分担されてもよい。
　次に、自動運転中にショベル６が移動したときの処理について説明する。図９は、自動運転中にショベル６が移動したときにリモートコントローラ２によって行われる処理を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップＳ２０１では、リモートコントローラ２は、ステップＳ１０３と同様に、ショベル６の位置を取得する。
　ステップＳ２０２では、リモートコントローラ２は、作業制限エリアＡ１を更新する。図１０に示すように、ショベル６が移動することで、作業制限エリアＡ１の位置が変更される。リモートコントローラ２は、移動後のショベル６の位置に基づいて、ステップＳ１０４と同様に、第１制限エリアＡ２を決定する。
　また、作業制限エリアＡ１は、第２制限エリアＡ３を含む。リモートコントローラ２は、ショベル６の旋回範囲と重なる作業レーンを含む範囲を第２制限エリアＡ３として決定する。例えば、リモートコントローラ２は、ショベル６の位置を中心とする第２の円Ｃ３を決定する。リモートコントローラ２は、第２の円Ｃ３と重なる作業レーンを、第２制限エリアＡ３として決定する。第２の円Ｃ３の半径は、ショベル６の最大旋回半径よりも大きい。第２の円Ｃ３の半径は、ショベル６の最大旋回半径と同じであってもよい。第２の円Ｃ３の半径は、第１の円Ｃ２の半径よりも小さい。
　ステップＳ２０３では、リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄが第２制限エリアＡ３内に位置しているかを判定する。作業機械１ａ－１ｄの少なくとも１つが、第２制限エリアＡ３内に位置しているときには、処理はステップＳ２０４に進む。
　ステップＳ２０４では、リモートコントローラ２は、第２制限エリアＡ３内に位置している作業機械の自動運転を中断する。例えば、図１０に示す例では、作業機械１ｂが第２制限エリアＡ３内に位置している。従って、リモートコントローラ２は、作業機械１ｂの自動運転を中断する。
　リモートコントローラ２は、第２制限エリアＡ３内に位置している作業機械１ｂの自動運転を直ちに中断してもよい。或いは、リモートコントローラ２は、作業機械１ｂが実行中の作業が完了するまで自動運転を継続してもよい。例えば、作業機械１ｂが、掘削の開始から、後進に切り換えられるまでの作業が完了したときに、リモートコントローラ２は、作業機械１ｂの自動運転を停止させてもよい。自動運転の中断後、リモートコントローラ２は、第２制限エリアＡ３内に位置している作業機械１ｂを停止したまま待機させる。
　ステップＳ２０３において、作業機械１ａ－１ｄが第２制限エリアＡ３内に位置していないときには、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、リモートコントローラ２は、作業機械１ａ－１ｄが第１制限エリアＡ２内に位置しているかを判定する。作業機械１ａ－１ｄの少なくとも１つが、第１制限エリアＡ２内に位置しているときには、処理はステップＳ２０６に進む。図１０に示す例では、リモートコントローラ２は、作業機械１ｃが第１制限エリアＡ２内に位置していると判定する。
　ステップＳ２０６では、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２内に位置している作業機械が中断条件を満たすかを判定する。中断条件は、作業機械が実行中の所定作業が完了したことを含む。所定作業は、例えば現在実行中の目標設計面の掘削である。すなわち、現在実行中の目標設計面の掘削が完了したときに、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２内に位置している作業機械が中断条件を満たすと判定する。
　中断条件が満たされているときには、処理はステップＳ２０４に進む。すなわち、中断条件が満たされるまで、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２内に位置している作業機械の自動運転を継続する。中断条件が満たされたときに、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２内に位置している作業機械の自動運転を中断する。図１０に示す例では、作業機械１ｃが第１制限エリアＡ２内に位置している。従って、リモートコントローラ２は、中断条件が満たされたときに、作業機械１ｃの自動運転を中断する。
　ステップＳ２０７では、リモートコントローラ２は、作業機械を再割り当てする。リモートコントローラ２は、ステップＳ１０５と同様に、自動運転が中断された作業機械を作業レーンに再割り当てする。ただし、第１制限エリアＡ２に含まれる作業レーンへの割当は、無効とされる。従って、オペレータは、第１制限エリアＡ２に含まれない作業レーンに、作業機械を割り当てることができる。図１０に示す例では、オペレータは、第１制限エリアＡ２に含まれない第２作業レーン５２、及び／又は、第４作業レーン５４に、作業機械１ｂ又は作業機械１ｃを割り当てることができる。
　ステップＳ２０８では、リモートコントローラ２は、ステップＳ１０９と同様に、承認を受信したかを判定する。複数の作業機械の自動運転が中断されているときには、リモートコントローラ２は、複数の作業機械のそれぞれについて、承認を受信してもよい。リモートコントローラ２は、承認を受信するまで、停止している作業機械を待機させる。リモートコントローラ２が承認を受信したときには、処理はステップＳ２０９に進む。
　ステップＳ２０９では、リモートコントローラ２は、自動運転計画を再設定する。リモートコントローラ２は、自動運転を中断した作業機械に対して、上述したステップＳ１０５～Ｓ１１０と同様の処理によって、自動運転計画を再設定する。すなわち、リモートコントローラ２は、第１制限エリアＡ２に含まれない作業レーンに、自動運転を中断した作業機械を割り当てる。リモートコントローラ２は、作業の実施の可否を判定し、作業の実施が可能であるときには、作業見積もりを表示する。そして、リモートコントローラ２は、承認を受信したときに、作業機械の開始指令を送信する。それにより、自動運転を中断した作業機械は、再割り当てされた作業レーンにおいて、作業を再開する。なお、再割り当てされた作業レーンへの作業機械への移動は、オペレータによる遠隔操作によって手動で行われてもよい。
　以上説明した、本実施形態に係る作業機械１ａ－１ｄの制御システム１００では、ワークサイトにおいてショベル６の位置を基準とする所定範囲が、作業制限エリアＡ１として決定される。そして、作業制限エリアＡ１における複数の作業機械１ａ－１ｄの自動運転が制限される。それにより、自動運転中に作業機械１ａ－１ｄがショベル６に干渉することを回避することができる。
　なお、リモートコントローラ２は、自動運転中にショベル６及び複数の作業機械１ａ－１ｄ以外の車両が作業エリア５０に侵入したときには、複数の作業機械１ａ－１ｄを停止させてもよい。その場合、リモートコントローラ２は、ステップＳ１０９と同様に、作業機械１ａ－１ｄのオペレータから承認を受信したときに、自動運転を再開させてもよい。
　以上、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１ａ－１ｄは、ブルドーザに限らず、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の車両であってもよい。作業機械１ａ－１ｄは、電動モータで駆動される車両であってもよい。
　リモートコントローラ２は、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。リモートコントローラ２による処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。機械コントローラ２６ａは、互いに別体の複数のコントローラを有してもよい。機械コントローラ２６ａによる処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。上述した処理は、複数のプロセッサに分散して実行されてもよい。
　上述した自動運転の作業計画を設定するための処理は、上述した実施形態のものに限らず、変更、省略、或いは追加されてもよい。上述した処理の実行順序は、上述した実施形態のものに限らず、変更されてもよい。機械コントローラ２６ａによる処理の一部は、リモートコントローラ２によって実行されてもよい。リモートコントローラ２による処理の一部は、機械コントローラ２６ａによって実行されてもよい。
　作業機械１ａ－１ｄの制御は、全自動であってもよく、あるいは半自動であってもよい。例えば、入力装置３は、作業機械１ａ－１ｄを操作するための操作レバー、ペダル、或いはスイッチ等の操作子を含んでもよい。リモートコントローラ２は、入力装置３の操作に応じて、作業機械１ａ－１ｄの前進、後進、或いは旋回などの走行を制御してもよい。リモートコントローラ２は、入力装置３の操作に応じて、作業機４３の上昇及び下降などの動作を制御してもよい。
　作業エリア５０の決定方法は、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、作業エリア５０における作業レーンの配置は予め決定されてもよい。作業制限エリアＡ１の決定方法は、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、第１制限エリアＡ２は、第１の円Ｃ２によらず、ショベル６の位置から幅方向への距離に基づいて決定されてもよい。第２制限エリアＡ３は、第２の円Ｃ３によらず、ショベル６の位置から幅方向への距離に基づいて決定されてもよい。
　自動運転の制限は、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、作業制限エリアＡ１内の作業機械１ａ－１ｄを減速させることで、自動運転が制限されてもよい。或いは、作業制限エリアＡ１内の作業機械１ａ－１ｄを所定の待機位置に移動させることで、自動運転が制限されてもよい。
　本開示によれば、ワークサイトにおいてショベルの位置を基準とする所定範囲が、作業制限エリアとして決定される。そして、作業制限エリアにおける作業機械の自動運転が制限される。それにより、自動運転中に作業機械がショベルに干渉することを回避することができる。
１ａ－１ｄ　作業機械
２　　　　　リモートコントローラ
３　　　　　入力装置
３３　　　　機械位置センサ
４４　　　　ショベル位置センサ
５０　　　　作業エリア
５１－６０　作業レーン
Ａ１　　　　作業制限エリア
Ａ２　　　　第１制限エリア
Ａ３　　　　第２制限エリア

Claims (20)

  1. 　ワークサイトにおいて作業機械を制御するためのシステムであって、
    　前記ワークサイトにおける前記作業機械の位置を検出する機械位置センサと、
    　前記ワークサイトにおけるショベルの位置を検出するショベル位置センサと、
    　前記作業機械の位置を示す機械位置データと、前記ショベルの位置を示すショベル位置データとを取得するコントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記ワークサイトにおいて、所定の作業方向に延びる複数の作業レーンを含む作業エリアを決定し、
    　　前記複数の作業レーンに前記作業機械を割り当て、
    　　前記ワークサイトにおいて前記ショベルの位置を基準とする所定範囲を、前記作業機械の作業制限エリアとして決定し、
    　　前記作業制限エリアにおける前記作業機械の自動運転を制限するように、前記作業機械を制御する、
    システム。
  2. 　前記コントローラは、前記作業制限エリア内に位置する前記作業レーンへの前記作業機械の割り当てを無効とする、
    請求項１に記載のシステム。
  3. 　前記作業制限エリアは、第１制限エリアを含み、
    　前記コントローラは、
    　　前記複数の作業レーンが並ぶ前記作業レーンの幅方向に、前記ショベルの位置から所定距離までの範囲内に位置する前記作業レーンを含む範囲を、前記第１制限エリアとして決定する、
    請求項１に記載のシステム。
  4. 　前記コントローラは、前記第１制限エリア内に位置する前記作業レーンにおいて、前記第１制限エリア内に位置する前記作業レーンへの前記作業機械の割当を無効とする、
    請求項３に記載のシステム。
  5. 　前記作業制限エリアは、第２制限エリアを含み、
    　前記コントローラは、前記ショベルの旋回範囲と重なる前記作業レーンを含む範囲を、前記第２制限エリアとして決定する、
    請求項１に記載のシステム。
  6. 　前記コントローラは、前記第２制限エリア内に位置する前記作業レーンにおいて、前記作業機械の自動運転を中断させる、
    請求項５に記載のシステム。
  7. 　前記コントローラは、前記ショベルが移動したときには、前記作業制限エリアを更新し、前記複数の作業レーンに前記作業機械を再割り当てする、
    請求項１に記載のシステム。
  8. 　オペレータが前記作業機械を制御するための入力装置をさらに備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記作業制限エリア内に位置する前記作業レーンにおいて前記作業機械を停止させ、
    　　前記作業機械のための前記入力装置から操作指令を受信し、
    　　前記操作指令に基づいて、前記作業機械の移動を許可する、
    請求項１に記載のシステム。
  9. 　オペレータからの入力指令を受け、前記入力指令に対応する操作指令を前記コントローラに出力する入力装置をさらに備え、
    　前記作業制限エリアの決定は、前記操作指令に依る、
    請求項１に記載のシステム。
  10. 　オペレータが前記ショベルを制御するための入力装置をさらに備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記作業制限エリア内に位置する前記作業レーンにおいて前記作業機械を停止させ、
    　　前記ショベルのための前記入力装置から操作指令を受信し、
    　　前記操作指令に基づいて、前記作業機械の移動を許可する、
    請求項１に記載のシステム。
  11. 　前記コントローラは、
    　　前記ショベル及び前記作業機械以外の車両が前記作業エリアに侵入したときには、前記作業機械を停止させる、
    請求項１に記載のシステム。
  12. 　ワークサイトにおいて作業機械を制御するための方法であって、
    　前記ワークサイトにおける前記作業機械の位置を示す機械位置データを取得することと、
    　前記ワークサイトにおけるショベルの位置を示すショベル位置データを取得することと、
    　前記ワークサイトにおいて、所定の作業方向に延びる複数の作業レーンを含む作業エリアを決定することと、
    　前記複数の作業レーンに前記作業機械を割り当てることと、
    　前記ワークサイトにおいて前記ショベルの位置を基準とする所定範囲を、前記作業機械の作業制限エリアとして決定することと、
    　前記作業制限エリアにおける前記作業機械の自動運転を制限するように、前記作業機械を制御すること、
    を備える方法。
  13. 　前記作業制限エリア内に位置する前記作業レーンへの前記作業機械の割り当てを無効とすることをさらに備える、
    請求項１２に記載の方法。
  14. 　前記作業制限エリアは、第１制限エリアを含み、
    　前記複数の作業レーンが並ぶ前記作業レーンの幅方向に、前記ショベルの位置から所定距離までの範囲内に位置する前記作業レーンを、前記第１制限エリアとして決定することをさらに備える、
    請求項１２に記載の方法。
  15. 　前記第１制限エリア内に位置する前記作業レーンにおいて、前記第１制限エリア内に位置する前記作業レーンへの前記作業機械の割当を無効とすることをさらに備える、
    請求項１４に記載の方法。
  16. 　前記作業制限エリアは、第２制限エリアを含み、
    　前記ショベルの旋回範囲と重なる前記作業レーンを含む範囲を、前記第２制限エリアとして決定することをさらに備える、
    請求項１２に記載の方法。
  17. 　前記第２制限エリア内に位置する前記作業レーンにおいて、前記作業機械の自動運転を中断させることをさらに備える、
    請求項１６に記載の方法。
  18. 　前記ショベルが移動したときには、前記作業制限エリアを更新し、前記複数の作業レーンに前記作業機械を再割り当てすることをさらに備える、
    請求項１２に記載の方法。
  19. 　前記作業制限エリア内に位置する前記作業レーンにおいて前記作業機械を停止させることと、
    　オペレータからの指令に基づいて、前記作業機械の移動を許可すること、
    をさらに備える、
    請求項１２に記載の方法。
  20. 　前記ショベル及び前記作業機械以外の車両が前記作業エリアに侵入したときには、前記作業機械を停止させることをさらに備える、
    請求項１２に記載の方法。
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