WO2022107682A1 - ダンプトラックの制御システム - Google Patents

Abstract

ダンプトラックが走行経路上を走行して積込指定位置で停止するようにダンプトラックを制御するコントローラをダンプトラックに備える。コントローラは、ダンプトラックが走行経路上を走行して積込指定位置で停止した場合におけるダンプトラックの前後方向（第１停止方向）を走行経路データから演算し、演算した第１停止方向と、積込指定位置の位置データと、ショベルの旋回中心位置データとに基づいて、積込指定位置を終点とする補正後の走行経路上をダンプトラックが走行して積込指定位置で停止した場合におけるダンプトラックの前後方向（第２停止方向）の延長線上にショベルが位置するように走行経路を補正して補正後の走行経路を演算する。

Description

ダンプトラックの制御システム

　本発明はダンプトラックの制御システムに関する。

　近年の鉱山運用において、人件費の削減や安全性の向上を目的として、衛星経由で受信した走行経路に沿って無人で走行する自律走行型のダンプトラック（自律走行ダンプトラック）の運用要求が高まっている。鉱山における基本的な動作の一つに、オペレータが操縦するショベルが自律走行ダンプトラックに積荷を積み込む、という積込作業がある。積込作業中のショベルは切羽と呼ばれる台地の上にいることが多いため、自律走行ダンプトラックはショベルが積込作業をしやすいよう、この切羽にできるだけ近付いて停車することが望ましい。

　特許文献１に記載の自律走行ダンプトラックは、ダンプトラックに積荷を積み込むためにショベル（積込機械）のオペレータ（ショベルオペレータ）が指定した積込指定位置に向かって引かれた経路を無線通信で受信し、その経路上を走行する。そして、停車の際には積込指定位置と後方認識装置が検知する切羽の位置とを比較して、ショベルにより近い位置で停車するよう車体を制御することを提案している。この制御により、切羽にぶつかることなくできるだけ積込指定位置に近い位置、すなわちショベルオペレータが積込作業をしやすい位置でダンプトラックが停止することとなるので積込作業効率が向上し得る。

特開２０１８－１４２１１３号公報

　鉱山環境には様々なシチュエーションがある。そのため、ショベルオペレータが積み込みやすい方向でダンプトラックが積込指定位置に停止できる走行経路が必ず引けるとは限らない。

　特許文献１の自律走行ダンプトラックは、切羽に衝突することなく可能な限り積込指定位置に近づいて停車できる。しかし、その停止位置でのダンプトラック（荷台）の方向がショベルオペレータにとって積み込みやすい方向であるとは限らない。例えば、ダンプトラックの荷台にショベルで積荷を積み込む際には、フロント作業装置の前後方向（長手方向）を荷台の前後方向に揃えてフロント作業装置を荷台の前後方向に沿って動かしながらバケットをダンプ操作することで、荷台の一か所に積荷が集中しないように積み込むことが一般的である。この時、ショベルのフロント作業装置の前後方向に対して荷台の前後方向が交差するように自律走行ダンプトラックが停車した場合には、フロント作業装置を荷台の前後方向に沿って動かそうとすると、それと同時に旋回動作も複合しなければならず、操作難易度の上昇、ショベルオペレータの疲労、サイクルタイムの増加などを招く懸念がある。

　そこで、積込指定位置が指定された際には、フロント作業装置の前後方向に可能な限り平行に経路を引き、自律走行ダンプトラックが停車した際に車体の向き（前後方向）とフロント作業装置の前後方向との関係が平行に近づくようにすることが望ましい。しかし、積込場周辺の環境は逐次変わり得るため、自律走行ダンプトラックに地図を送信する役割の上位の地図生成システム（具体例としてはサーバ）で積込場周辺の変化を全て把握した上で各自律走行ダンプトラックの走行経路を設定することは難しい。

　したがって、上記のようにショベルのフロント作業装置の前後方向と自律走行ダンプトラックの前後方向が平行に近づくように停車しようとする場合、自律走行ダンプトラック自身で外界を認識しながら臨機応変に経路を調整する必要がある。

　以上を踏まえ、本発明は、積込指定位置に積込機械のオペレータが積込しやすい向きに停車できる自律走行型ダンプトラックの制御システムを提供することを目的とする。

　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、自律走行型のダンプトラックの走行経路であって、前記ダンプトラックのベッセルに積込機械が積荷を積み込む位置として指定された積込指定位置を終点とする走行経路のデータと、前記ダンプトラックの位置データとに基づいて、前記ダンプトラックが前記走行経路上を走行して前記積込指定位置で停止するように前記ダンプトラックを制御する制御信号を出力する制御装置を備えたダンプトラックの制御システムにおいて、前記制御装置は、前記ダンプトラックが前記走行経路上を走行して前記積込指定位置で停止した場合における前記ダンプトラックの前後方向である第１停止方向を前記走行経路のデータに基づいて演算し、演算した前記第１停止方向と、前記積込指定位置の位置データと、前記積込機械の位置データとに基づいて、前記走行経路を補正した走行経路であって前記積込指定位置を終点とする走行経路である補正後走行経路上を前記ダンプトラックが走行して前記積込指定位置で停止した場合における前記ダンプトラックの前後方向である第２停止方向の延長線上に前記積込機械が位置するように前記走行経路を補正して前記補正後走行経路を演算することとする。

　本発明によれば、積込機械のオペレータが積込しやすい向きに自律走行型ダンプトラックを積込指定位置に停止できる。

本発明の実施形態に係る運搬車両の一例である自律走行ダンプトラックの外観図。 本発明の実施形態に係るダンプトラックの制御システムの概略構成図。 本発明の実施形態に係るコントローラの機能ブロック図。 自律走行型ダンプトラックの走行経路の説明図。 補正経路生成部３１による補正後走行経路生成ロジックを説明するための幾何学的な説明図。 フロント作業装置５０の動作平面５６が積込指定位置Ｐ０を通過するような姿勢に保持されたショベル２００の上面図。 ＬＩＤＡＲ（障害物センサ）の検知範囲の説明図。 補正後走行経路６２を生成した後にダンプトラック１００が補正前の走行経路６１を走行中に障害物が検知された場合を示す図。 ダンプトラック１００が補正後走行経路６２を走行しようとする際、または補正後走行経路６２を走行中に、補正前の走行経路６１の走行中には検出されなかった障害物が検知された場合を示す図。 走行制御部３３の機能ブロック図。 本実施形態に係るコントローラ３０が実行する処理のフローチャートの一例。

　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

　図１は本発明の実施形態に係る運搬車両の一例である自律走行ダンプトラックの外観図（斜視図）である。図１のダンプトラック１００は、車体フレーム２と、車体フレーム２上に支持軸（図示せず）により回動可能に支持されたベッセル（荷台）３と、車体フレーム２上の前方に取り付けられたキャビン４と、車体フレーム２の前方に取り付けられた複数の前輪５と、車体フレーム２の後方に取り付けられた複数の後輪６とを備えている。

　キャビン４はその内部に運転席（図示せず）を備える。当該運転席にはオペレータ（運転者）が着座してブレーキペダルやアクセルペダルなどの操作が行われることがある。すなわちダンプトラック１００は有人手動運転されることがある。ベッセル３には、油圧ショベルやホイールローダなどの積込機械（建設機械）によって積荷（運搬物）である土砂が積載される。また、ダンプトラック１００の運搬先（放土場）においては、ベッセルシリンダ１５（図２参照）を伸ばしてベッセル３後端の支持軸を中心にベッセル３を回動しながらベッセル３の前端を上昇させて傾けることで、ベッセル３の上に積載した積荷をベッセル３の後端から排出することが可能となっている。

　前輪５（５Ｌ，５Ｒ）は、車体フレーム２の前部下側に回転可能に設けられている。前輪５Ｌは車体フレーム２の左側に配置され、前輪６Ｒは車体フレーム２の右側に配置されている。これら左，右の前輪５Ｌ，５Ｒは、操舵装置によって操舵角θが変化する舵取り車輪を構成している。左，右の前輪５Ｌ，５Ｒは、ダンプトラック１００のハンドルの回転角度に応じて操舵装置によって舵取り操作される。

　後輪６（６Ｌ，６Ｒ）は、車体フレーム２の後部側に回転可能に設けられている。後輪６Ｌは車体フレーム２の左側に配置され、後輪６Ｒは車体フレーム２の右側に配置されている。これら左，右の後輪６Ｌ，６Ｒは、ダンプトラック１００の駆動輪を構成し、左右の電動走行モータ１９Ｌ，１９Ｒ（図２参照）により回転駆動される。左右の後輪６Ｌ，６Ｒを回転駆動することにより、ダンプトラック１００は走行駆動する。

　車体フレーム２にはさらに、後輪６の加速と減速を制御する加速減速装置である電動モータ１９（図２参照）や、前輪５及び後輪６を上下動可能に支持するサスペンション（懸架装置）等の主要構成要素が搭載されており、前輪５及び後輪６によって車両が路面上を自由に走行可能な構成となっている。

　図２は本発明の実施形態に係るダンプトラックの制御システムの概略構成図である。自律走行ダンプトラック１００は、エンジン１１と、エンジン１１によって駆動されるオルタネータ（発電機）１２及び油圧ポンプ１３と、油圧ポンプ１３から各油圧アクチュエータ（例えば、ベッセルシリンダ１５，ステアリングシリンダ１６）に供給される作動油（圧油）の流れを制御する油圧回路１４と、油圧回路１４から作動油の供給を受けて伸縮することでベッセル（荷台）３を上昇又は下降させるベッセルシリンダ１５と、ハンドル（図示せず）に連結されたコラムシャフト（図示せず）に操舵トルクを入力してステアリングバルブ（図示せず）を作動させる電動ステアリングモータ１７と、ステアリングバルブを介して給排される作動油によって左右の前輪５Ｌ，５Ｒの操舵角を変化させる左右のステアリングシリンダ１６と、左右の後輪６（６Ｌ，６Ｒ）にトルクを加えてダンプトラック１００の加減速を制御する左右の電動走行モータ１９（１９Ｌ，１９Ｒ）と、オルタネータ１２で発電された電力をコントローラ３０からの制御信号に基づいて左右の電動走行モータ１９及び電動ステアリングモータ１７等へ供給するインバータ１８と、入力される各種情報に基づいてインバータ１８等に制御信号を出力するコントローラ（制御装置）３０とを備えている。

　（コントローラ３０）
　コントローラ（制御装置）３０は、演算処理装置（例えばＣＰＵ等のプロセッサ）と、記憶装置（例えばＲＯＭ，ＲＡＭ等の半導体メモリ）と、入出力回路と、通信回路とを備える制御装置（例えばマイクロコンピュータ）であり、記憶装置に記憶されたプログラムを演算処理装置で実行することで当該プログラムが規定する各種処理を実行可能に構成されている。コントローラ３０は、ダンプトラック１００の自律走行の実行のためにインバータ１８に制御信号を出力して行う電動走行モータ１９Ｌ，１９Ｒや電動ステアリングモータ１７の制御（すなわち、ダンプトラック１００の加減速と操舵の制御）や、ダンプトラック１００が自律走行する際の走行経路の補正処理等を行っている。

　コントローラ３０には、無線機８３（図３参照）が接続されており、外部の端末（例えば、管制センタに設置されたサーバ（コンピュータ）３００や、ショベル２００（図６参照）に搭載されたコントローラ）と相互に無線通信可能になっている。無線機８３はコントローラ３０から出力されるデータを無線機アンテナ（図示せず）から送信し、一方、当該無線機アンテナで受信されたデータ（例えば後述する走行経路データ）をコントローラ３０に入力している。

　コントローラ３０には、積込機械であるショベル２００の位置データである旋回中心位置データと、障害物センサ（例えば、ＬＩＤＡＲ（図３，４等参照））２１で検出されたダンプトラック１００の進行方向（後方）に位置する障害物の位置データ（障害物座標）である障害物位置データと、ダンプトラック１００に搭載されたＧＮＳＳ受信機８４で演算されるダンプトラックの位置データ（自己位置データ）と、ダンプトラック１００に搭載されたＩＭＵ（図示せず）やＧＮＳＳ受信機８４の出力によって演算されるダンプトラック１００の姿勢データ（ダンプトラックの方位データを含む）と、ダンプトラック１００に搭載された操舵角センサ８１によって取得される操舵角データと、ダンプトラック１００に搭載された速度センサ８２によって取得される速度データなどが入力されている。

　コントローラは、管制センタのサーバ３００から無線で受信したダンプトラック１００用の走行経路データと、ショベル２００の位置データ（旋回中心位置データ）と、ダンプトラック１００の進行方向に存在する障害物を検出する障害物センサ２１によって検知された障害物の位置データと、ＧＮＳＳ受信機８４で演算されるダンプトラック１００の位置データと、複数のＧＮＳＳアンテナ（図示せず）を利用したＧＮＳＳ受信機８４の測位結果から演算されるダンプトラック１００の姿勢データ（方位データ）と、速度センサ８２によって検出されるダンプトラック１００の走行速度と、操舵角センサ８１によって検出される前輪５の操舵角などに基づいて、ダンプトラック１００が走行経路上を走行するように左右の走行モータ１９と、電動ステアリングモータ１７との駆動トルクを演算し、その演算結果通りに各モータ１７，１９が動作するようインバータ１８を制御する。オルタネータ１２で発電された電力はインバータ１８を介して各モータ１７，１９へ供給され、各モータ１７，１９は指令に基づいた動作を行う。油圧ポンプ１３から送られる圧油は油圧回路１４を介してベッセルシリンダ１５やステアリングシリンダ１６に供給される。とくに、電動ステアリングモータ１７の駆動により油圧回路１４内のステアリングバルブが動作し、油圧ポンプ１３からステアリングシリンダ１６までの油路が開くことで、前輪５の操舵を行う構成となっている。

　図３はコントローラ３０で実行される演算をブロックで分類して示した機能ブロック図である。コントローラ３０は、補正経路生成部３１と、後方障害物判定部３２と、走行制御部３３として機能する。

　補正経路生成部３１は、ショベル２００が積込作業を行い易い位置と向き（方位）でダンプトラック１００が停止できるように、走行経路データと、ショベル２００の位置データ（旋回中心位置データ）と、ダンプトラック１００の位置データ及び姿勢データとに基づいて、サーバ３００から受信した走行経路データが規定する走行経路６１（図５参照）を補正して補正後走行経路６２（図５参照）を生成する。

　後方障害物判定部３２は、ダンプトラック１００の進行方向に存在する障害物を検出する障害物センサ２１によって検出される障害物の位置データと、補正経路生成部３１で生成された補正後走行経路６２のデータ（補正走行経路データ）とに基づいて、ダンプトラック１００が補正経路生成部３１で生成された補正後走行経路６２を走行した際に障害物に衝突する可能性があるかどうかを判定する。この判定で障害物と接触する可能性があると判定された場合には、後方障害物判定部３２は、補正後走行経路６２はダンプトラック１００の走行経路として使用できない旨（補正経路使用判定）を走行制御部３３に出力する。

　走行制御部３３は、補正前の走行経路６１又は補正後の走行経路６２上をダンプトラック１００が走行するように、ダンプトラック１００の目標速度と目標操舵角を算出し、算出したそれらを実現するように左右の電動走行モータ１９Ｌ，１９Ｒと電動ステアリングモータ１７へのトルク指令を生成し、生成したトルク指令を対応するモータ１９Ｌ，１９Ｒ，１７に出力する。

　なお、補正前と補正後の走行経路６１，６２はノードと呼ばれる点列で与えられる。つまり、各走行経路を構成する複数のノードの位置データの集合が走行経路データとなる。各ノードの位置は、例えば、東を＋ｘ方向、北を＋ｙ方向とする、鉱山内のある点を原点とする直交座標系（現場座標系）上に定義できる。図４は走行経路の説明図である。この図のように、走行経路データにおける各ノードｎ（但し、ｎは自然数）には、その座標（Ｘｎ，Ｙｎ）だけでなく、そのノードｎ上をダンプトラック１００が通るときの目標速度Ｖｎも設定されている。コントローラ３０は速度センサ８２によって取得される実速度と目標速度Ｖｎの偏差に基づいて電動走行モータ１９の加速又は減速の制御を行う。

　（補正経路生成部３１）
　次に補正経路生成部３１で行われる補正後走行経路６２の生成処理について、図５を用いてさらに詳細に説明する。図５は補正経路生成部３１のロジックを説明するための幾何学的な説明図である。図中の複数の大きな黒点は、サーバ３００から受信した元々の走行経路６１のノードをそれぞれ示す。

　図中の点Ｐ０は積込指定位置のノードを表す。積込指定位置Ｐ０とは、ショベル２００がフロント作業装置５１（図６参照）を使ってダンプトラック１００のベッセル３に積荷を積み込む際の基準位置としてショベル２００のオペレータが指定する点であり、コントローラ３０にはショベル２００のコントローラから直接または間接的に無線送信される。

　また、図５では、ダンプトラック１００が走行経路６１上を走行して積込指定位置Ｐ０で停止した場合（図の例では、積込指定位置Ｐ０上にダンプトラック１００の後輪６の車軸（後車軸）の中心が位置する場合）の右後輪６Ｒの位置をＰＲ、左後輪６Ｌの位置をＰＬとし、左右の後輪６Ｌ，６Ｒを接続する車軸を２点ＰＲ，ＰＬを接続する実線で描いている。点ＰＲと点ＰＬの距離を後輪間距離と称することがあり、その距離をｌとする。また、この場合（ダンプトラック１００が走行経路６１上を走行して積込指定位置Ｐ０で停止した場合）におけるダンプトラック１００の前後方向を第１停止方向と称することがある。第１停止方向は、現場座標系におけるｘｙ平面上で、ダンプトラック１００の長手方向においてダンプトラック１００の中心を通過し、積込指定位置Ｐ０を通過する直線である。第１停止方向は、ダンプトラック１００の後車軸に直交する面と現場座標系におけるｘｙ平面との交線でもある。また、第１停止方向は、走行経路６１の終点のノードである積込指定位置Ｐ０と終点の１つ前のノードＰｚとを接続した線分を延長した直線Ｌ１でもある。第１停止方向は走行経路データ（例えば走行経路データに含まれる積込指定位置Ｐ０とノードＰｚの位置データ）に基づいて演算され得る。

　ここでショベル２００に関連する点として旋回中心位置Ｐｓと点Ｐｓ’について図６を用いて説明する。図６はフロント作業装置５０の動作平面５６が積込指定位置Ｐ０を通過するような姿勢に保持されたショベル２００の上面図である。図６のショベル２００は、下部走行体５５と、下部走行体５５の上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体５４と、上部旋回体５４に取り付けられブーム５１、アーム５２及びバケット５３から成るフロント作業装置５０とを備えている。フロント作業装置５０の動作平面５６は、フロント作業装置５０を構成する全てのフロント部材５１，５２，５３が動作し得る平面であり、図６の例ではフロント作業装置５０の左右方向における中心を通過している。点Ｐｓは上部旋回体５４の旋回中心の位置である。点Ｐｓ’は、フロント作業装置５０の動作平面５６に対して旋回中心位置Ｐｓから垂線を下ろしたときの当該垂線の足である。ここでは当該垂線の長さをｍとする。図５に示した旋回中心位置Ｐｓ及び点Ｐｓ’は、動作平面５６が積込指定位置Ｐ０を通過するようにフロント作業装置５０の姿勢を保持したときのものである。

　なお、本実施形態ではショベル２００の位置を旋回中心位置Ｐｓで定義したが、上部旋回体５４に取り付けられた２つのＧＮＳＳアンテナ（図示せず）からの位置が既知の点であればどこでも良い。旋回中心位置Ｐｓ及びフロント作業装置５０（上部旋回体５４）の方位は、ショベル２００に搭載されたＧＮＳＳ受信機（図示せず）で当該２つのＧＮＳＳアンテナで受信される複数の測位衛星の信号（航法信号）に基づいて演算できる。

　図５に戻り、破線で示す直線Ｌ２は、現場座標系におけるｘｙ平面上の直線であって、動作平面５６が積込指定位置Ｐ０を通過するようにショベル２００のフロント作業装置５０の姿勢を保持したときの点Ｐｓ’と積込指定位置Ｐ０とを接続する直線である。この直線Ｌ２が、積込指定位置Ｐ０で停止した場合におけるダンプトラック１００の前後方向（「第２停止方向」と称する）と一致する場合の右後輪６Ｒの位置をＰＲ’、左後輪６Ｌの位置をＰＬ’とし、その時の車輪軸を２点ＰＲ’，ＰＬ’を接続する点線で描いている。

　ショベル２００の旋回中心位置が図５の点Ｐｓに位置し積込指定位置Ｐ０でダンプトラック１００を停止する場合に、ダンプトラック１００の方向を第２停止方向（直線Ｌ２）に保持して停止させれば、フロント作業装置５０の動作平面５６とダンプトラック１００の前後方向がｘｙ平面上で一致するのでショベル２００による積荷作業が容易になる。

　そこで、本実施形態の補正経路生成部３１は、補正後走行経路６２上をダンプトラック１００が走行（後退）して積込指定位置Ｐ０で停止した場合のダンプトラック１００の前後方向（第２停止方向）が直線Ｌ２（積込指定位置Ｐ０を通過する動作平面５６）に一致するように又は第２停止方向と直線Ｌ２の成す角がゼロに近づくように、走行経路６１を補正して補正後走行経路６２を生成する。より具体的には、補正経路生成部３１は、ダンプトラック１００が補正前の走行経路６１上を走行（後退）して積込指定位置Ｐ０で停止した場合におけるダンプトラック１００の前後方向である第１停止方向Ｌ１をダンプトラック１００が積込指定位置Ｐ０に到達する前に走行経路データに基づいて演算し、演算した第１停止方向Ｌ１と、積込指定位置Ｐ０の位置データと、ショベル２００の位置データ（図５の例では旋回中心位置のデータ）Ｐｓとに基づいて、第２停止方向が直線Ｌ２（積込指定位置Ｐ０を通過する動作平面５６）に一致するように又は第２停止方向と直線Ｌ２の成す角がゼロに近づくように、走行経路６１を補正して補正後走行経路６２を演算する。

　本実施形態の補正経路生成部３１は、走行経路６１を補正後走行経路６２に補正するに際して、図５中に示した２つの距離であるｄ１（第１距離）及びｄ２（第２距離）を利用する。ｄ１（第１距離）は、補正前の走行経路６１上をダンプトラック１００が走行して積込指定位置Ｐ０で停止した場合におけるダンプトラック左右方向における一方の後輪（第１後輪）６Ｒの位置であるＰＲ（第１位置）と、補正後の走行経路６２上をダンプトラック１００が走行して積込指定位置Ｐ０で停止した場合における前記一方の後輪（第１後輪）６Ｒの位置であるＰＲ’（第２位置）との第１停止方向（後車軸と直交する方向）における距離（偏差）である。ｄ２（第２距離）は、第１位置ＰＲと第２位置ＰＲ’との第１停止方向に直交する方向（後車軸の方向）における距離（偏差）である。次に補正経路生成部３１によるｄ１（第１距離）及びｄ２（第２距離）の演算プロセスについて説明する。

　直線Ｌ１（第１停止方向）と直線Ｌ２（積込指定位置Ｐ０を通過する動作平面５６）の成す角をθとする。積込指定位置Ｐ０の座標を（ｘ０，ｙ０）、ノードＰｚの座標を（ｘ１，ｙ１）とし、旋回中心位置Ｐｓの座標を（ｘｓ，ｙｓ）、旋回中心位置Ｐｓから動作平面５６に下ろした垂線の足Ｐｓ’の座標を（ｘｓ’，ｙｓ’）、当該垂線の長さをｍとし、直線Ｌ１がｙ軸と成す角をθ１、直線Ｌ２がｙ軸と成す角をθ２とすると、θはθ１とθ２の差であり、下記の式（１）で算出できる。

　ｄ１（第１距離）及びｄ２（第２距離）は、上記式（１）で演算したθと後輪間距離ｌとを用いて、下記式（２）及び（３）で表せる。すなわち、ｄ１及びｄ２は、積込指定位置Ｐ０の座標（ｘ０，ｙ０）、ノードＰ１の座標（ｘ１，ｙ１）、旋回中心位置Ｐｓから動作平面５６に下ろした垂線の足Ｐｓ’の座標（ｘｓ’，ｙｓ’）、後輪間距離ｌから演算できる。

　補正経路生成部３１は、補正前の走行経路６１上で積込指定位置Ｐ０から距離ｄ１（第１距離）だけ離れた点Ｐ１（第１の点）と、同走行経路６１上で点Ｐ１（第１の点）からさらに所定の距離Ｘ１だけ離れた点Ｐ２（第２の点）と、同走行経路６１上で点Ｐ２（第２の点）からさらに所定の距離Ｘ２だけ離れたＰ３（第３の点）とを算出する。そして、補正経路生成部３１は、点Ｐ１（第１の点）と点Ｐ２（第２の点）の間の走行経路６１を第１停止方向に直行する方向に距離ｄ２（第２距離）だけ平行移動し、２点Ｐ１，Ｐ２を平行移動した後の補正後走行経路６２上の点をＰ１’，Ｐ２’とする。そして、補正経路生成部３１は、点Ｐ１’を積込指定位置Ｐ０と点ＰＲ’を円の中心とする円弧で接続し、点Ｐ２’を点Ｐ３と滑らかに接続して得られる経路（点Ｐ３，点Ｐ２’，点Ｐ１’，点Ｐ０を接続した線）を補正後走行経路６２として算出する。

　なお、補正後走行経路６２上の各ノードに規定される目標速度は、補正前の走行経路６１の各ノードに対応するノードから引き継ぐことができる。補正後走行経路６２で新たに生成されるノードの目標速度は、例えば、目標速度が既知のノードの値に基づいて補完することで設定できる。また、上記で用いたＸ１，Ｘ２は後進の位置合わせ時は車体がごく低速であることと、車体の操舵性能を鑑みて、補正後走行経路６２を走行しようとする際に十分操舵が間に合う長さで設定するとよい。

　（後方障害物判定部３２）
　後方障害物判定部３２は障害物センサ２１から後方障害物座標（障害物位置データ）を受信し、その後方障害物座標と補正後走行経路６２の位置データとに基づいて、ダンプトラック１００が補正後走行経路６２を走行したときにまたは補正後走行経路６２を走行中に障害物と接触するか否かを判定し、その判定結果に応じた補正経路使用判定（ＴＲＵＥ又はＦＡＬＳＥ）を出力する。補正経路使用判定はダンプトラック１００に補正前の走行経路６１と補正後走行経路６２のいずれの走行経路を走らせるかの判断に利用される。障害物センサ２１は、広範囲の障害物を検知できるセンサであることが望ましいが、本実施形態では図７のように、１／２×車体幅Ｗ＋α［ｍ］の範囲を車体前後方向（縦方向）にスキャン可能な２台のＬＩＤＡＲを障害物センサ２１として搭載する。図中の二重線がＬＩＤＡＲのスキャン面を表す。

　図８は補正後走行経路６２を生成した後にダンプトラック１００が補正前の走行経路６１を走行中に障害物センサ２１で障害物が検知された場合を示す。図８のように、障害物センサ２１から受信した後方障害物座標Ｐｏ１から補正後走行経路６２に下した垂線の長さがダンプトラック１００の車体幅Ｗ以下である場合には、補正後走行経路６２を使用して走行するとダンプトラック１００が当該障害物に衝突する恐れがあると判断して、後方障害物判定部３２は補正経路使用判定としてＦＡＬＳＥを出力する。すなわち、ダンプトラック１００は補正前の走行経路６１を走行するように制御される。一方、垂線の長さが車体幅Ｗより大きい場合、または障害物センサ２１によって障害物が検知されなかった場合には、後方障害物判定部３２は補正経路使用判定としてＴＲＵＥを出力する。

　図９は、ダンプトラック１００が補正後走行経路６２を走行しようとする際、または補正後走行経路６２を走行中に、補正前の走行経路６１の走行中には検出されなかった障害物が障害物センサ２１で検知された場合を示す。この場合も図８の場合と同様に、補正後走行経路６２を使用して走行するとダンプトラック１００が当該障害物に衝突する恐れがあると判断して、後方障害物判定部３２は補正経路使用判定としてＦＡＬＳＥを出力する。すなわち、ダンプトラック１００は補正前の走行経路６１を走行するように制御される。また、図８の場合と同様に、垂線の長さが車体幅Ｗより大きい場合、もしくは障害物センサ２１によって障害物が検知されなかった場合には、後方障害物判定部３２は補正経路使用判定としてＴＲＵＥを出力する。

　なお、ここでは垂線の長さが車体幅Ｗ以下のときに衝突の可能性があると後方障害物判定部３２が判定したが、車体幅Ｗは一例に過ぎず、その他の閾値を利用しても良い。また、ここでは補正後走行経路６２との距離（垂線の長さ）だけに着目して補正経路使用判定を行ったが、補正後走行経路６２との距離が車体幅Ｗ以下の場合（補正後走行経路６２を走行した場合に障害物と衝突する場合）には、当該後方障害物座標Ｐｏ１と補正前の走行経路６１との距離が車体幅Ｗ以下か否かを判定し、当該距離が車体幅Ｗより大きい場合には補正前の走行経路６１を走行するようにしても良い。補正前の走行経路６１を走行しても障害物と衝突する場合にはその手前で停車するようにしても良い。

　（走行制御部３３）
　走行制御部３３は、後方障害物判定部３２が出力する補正経路使用判定がＴＲＵＥの場合には補正後走行経路６２を、ＦＡＬＳＥの場合には補正前の走行経路６１を使用してダンプトラック１００の走行を制御する。

　図１０は走行制御部３３の機能ブロック図である。この図に示すように走行制御部３３は、ダンプトラック１００の操舵角を制御するステアリング制御部４１と、ダンプトラック１００の速度を制御する速度制御部４２とを備える。

　（Ａ）走行経路６１の点Ｐ０までと補正後走行経路６２の点Ｐ１’までを走行する場合
　補正前の走行経路６１の積込指定位置Ｐ０まで、または補正後走行経路６２の点Ｐ１’までダンプトラック１００を走行させる場合の走行制御部３３による速度制御及びステアリング制御は以下のようになる。

　速度制御部４２は、速度センサ８２のセンサ値（速度データ）から演算されるダンプトラック１００の実際の速度と、走行経路の各ノードに規定されている目標速度とに基づくフィードバック制御を行い、ダンプトラック１００の実際の速度が目標速度に近づくように左右の電動走行モータ１９Ｌ，１９Ｒのトルクを演算する。ただし、ここでは、後進で位置合わせを行う事を想定しているため、目標速度は車体の最低速度を想定し、例えば５［ｋｍ／ｈ］とする。また、積込指定位置Ｐ０付近に到達した場合は目標速度を０［ｋｍ／ｈ］にしてフルブレーキを駆動して、停車したい位置で停車する。

　ステアリング制御部４１は、現在位置からダンプトラック１００の進行方向に向かって一定距離（前方注視距離）前方の経路上の点（前方注視点）を目標にして、現在位置と前方注視点をつなぐ直線と、現在の車体ヨー角のなす角から操舵の目標値を決定する。ここでは車速が遅いことを考慮して前方注視距離は１０［ｍ］とする。操舵の目標値が決まったら、ステアリング制御部４１は、操舵目標値と現在の操舵角のフィードバック制御によって電動ステアリングモータ１７のトルク指令を算出する。

　以上で算出した走行電動モータトルク指令と電動ステアリングモータトルク指令をインバータに出力して各モータを駆動することで、経路上を外れることなく走行する。

　（Ｂ）補正後走行経路６２の点Ｐ１’から点Ｐ０までを走行する場合
　補正後走行経路６２で点Ｐ１’から積込指定位置Ｐ０まで走行する場合の速度制御は以下のようになる。

　ダンプトラック１００が補正後走行経路６２上の点Ｐ１’に到達した時点で左右どちらかの後輪６が前述の点ＰＬ’または点ＰＲ’に先に到達しているため、速度制御部４２は、まだ到達してない方の後輪６の目標速度を５［ｋｍ／ｈ］とし、到達している方の後輪６の目標速度を０［ｋｍ／ｈ］として左右の電動走行モータ１９Ｌ，１９Ｒのトルクを演算する。これと同時に、ステアリング制御部４１は、操舵角がダンプトラック１００の車体の向きに並行になるように電動ステアリングモータ１７のトルク指令を出力する。このときダンプトラック１００は、点ＰＬ’または点ＰＲ’に到達している一方の後輪６を中心に円運動し、点ＰＬ’または点ＰＲ’にまだ到達していない他方の後輪６が点ＰＬ’または点ＰＲ’に近づく。最後に、左右両方の後輪６が点ＰＬ’と点ＰＲ’のそれぞれに到着して操舵角が車体に平行になった時点で、ステアリング制御部４１は各電動走行モータ１９Ｌ，１９Ｒのトルク指令を０にして停車完了とする。

　一方で、補正経路使用判定がＴＲＵＥの状態で補正後走行経路６２上を走行している場合に、当該補正経路使用判定がＦＡＬＳＥに切り替わった場合には、速やかに走行経路を補正前の走行経路６１に戻し、上記の制御を同様に行う事とする。

　また、速度制御部４２においては、補正後走行経路６２かどうかにかかわらず、後方障害物座標とダンプトラック１００の現在座標（位置データ）とを比較し、両者の距離が一定距離以下になった場合には速やかにフルブレーキによって停車し、後方障害物との衝突を回避する。

　（フローチャート）
　ここで、上記のように構成されるコントローラ３０によって実行されるダンプトラック１００の制御フローの一例について説明する。図１１は本実施形態に係るコントローラ３０が実行する処理のフローチャートの一例である。コントローラ３０は所定の周期で図１１のフローを実行する。

　Ｓ１０１では、コントローラ３０（補正経路生成部３１）は無線機８３を介して管制センタのサーバ３００から走行経路データを受信する。

　Ｓ１０２では、コントローラ３０（補正経路生成部３１）はＳ１０１で受信した走行経路データが示す走行経路の終端のノードが積込指定位置Ｐ０か否かを判定する。終端のノードが積込指定Ｐ０であると判定された場合にはＳ１０３に進み、そうでない場合には処理を終了する。

　Ｓ１０３では、コントローラ３０（補正経路生成部３１）は、ショベル２００の位置データ（旋回中心位置Ｐｓの座標（ｘｓ，ｙｓ））を例えばショベル２００から受信し、その座標（ｘｓ，ｙｓ）と積込指定位置Ｐ０の座標（ｘ０，ｙ０）とから点Ｐｓ’の座標（ｘｓ’，ｙｓ’）を演算する。そして、コントローラ３０（補正経路生成部３１）は、演算した点Ｐｓ’の座標（ｘｓ’，ｙｓ’）と、積込指定位置Ｐ０の座標（ｘ０，ｙ０）と、ノードＰｚの座標（ｘ１，ｙ１）と、上記式（１）からθを演算する。なお、言うまでも無いが、直線Ｌ１（第１停止方向）を規定する積込指定位置Ｐ０の座標（ｘ０，ｙ０）とノードＰｚの座標（ｘ１，ｙ１）はＳ１０１で受信した走行経路データに含まれている。

　Ｓ１０４では、コントローラ３０（補正経路生成部３１）は、Ｓ１０３で演算したθが０か否かを判定する。θ≠０と判定された場合にはＳ１０５に進み、θ＝０の場合には走行経路を補正する必要がないので処理を終了する。

　Ｓ１０５では、コントローラ３０（補正経路生成部３１）は、Ｓ１０３で演算したθと上記式（２）及び（３）を利用して距離ｄ１，ｄ２を演算し、上記で説明した方法を利用して走行経路６１から補正後走行経路６２を生成する。

　Ｓ１０６では、コントローラ３０（後方障害物判定部３２）は、障害物センサ２１から後方障害物座標（障害物位置データ）を受信し、Ｓ１０５で生成した補正後走行経路６２の位置データと後方障害物座標とに基づいてダンプトラック１００に補正後走行経路６２を走行させた場合に障害物に衝突するか否かを判定する。補正後走行経路６２を走行させた場合に障害物に衝突すると判定された場合にはＳ１０７に進み、障害物に衝突しないと判定された場合にはＳ１１６に進む。

　ステップＳ１１１では、コントローラ３０（走行制御部３３）は、補正後走行経路６２に沿ってダンプトラック１００を走行させ、左右どちらかの後輪６が点ＰＬ’と点ＰＲ’（図５参照）のいずれかに到着するまでダンプトラック１００の走行を制御する。

　ステップＳ１１２では、コントローラ３０（走行制御部３３）は、左右の後輪６のうち点ＰＬ’と点ＰＲ’（図５参照）のいずれかに先に到着した一方の後輪６の駆動を止め、到着していない他方の後輪６を目標速度（５［ｋｍ／ｈ］）に従って駆動し、当該他方の後輪６が点ＰＬ’と点ＰＲ’のいずれかに到着した場合にはダンプトラックを停止して（Ｓ１１３）、処理を終了する。これによりダンプトラック１００の前後方向が直線Ｌ２に沿った状態で積込停止位置Ｐ０にダンプトラック１００を停止させることができ、ショベル２００による積込作業が容易になる。

　一方、Ｓ１０６でダンプトラック１００に補正後走行経路６２を走行させた場合に障害物に衝突すると判定された場合には、補正後走行経路６２を破棄し（Ｓ１０７）、ステップＳ１０８に進む。

　ステップＳ１０８では、コントローラ３０（後方障害物判定部３２）は、Ｓ１０１で受信した補正前の走行経路６１の位置データと後方障害物座標とに基づいてダンプトラック１００に走行経路６１を走行させた場合に障害物に衝突するか否かを判定する。走行経路６１を走行させた場合に障害物に衝突すると判定された場合にはＳ１０９に進み、障害物に衝突しないと判定された場合にはＳ１１０に進む。

　ステップＳ１０９では、コントローラ３０（走行制御部３３）は、補正前の走行経路６１に沿ってダンプトラック１００を走行させ、後方障害物の手前でダンプトラック１００を停止させ、処理を終了する。

　ステップＳ１１０では、コントローラ３０（走行制御部３３）は、補正前の走行経路６１に沿ってダンプトラック１００を走行させ、積込指定位置Ｐ０でダンプトラック１００を停止させ、処理を終了する。

　なお、図１１のフローチャートでは障害物の存在によって補正後走行経路６２が破棄され補正前の走行経路６１が利用される場合の処理（Ｓ１０６，１０７，１０８，１０９，１１０）も含めたが、障害物が存在しないことが明白な場合には当該処理は省略可能である。

　（効果）
　以上で説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。

　（１）本実施形態では、ショベル２００のフロント作業装置５０（バケット５３）を積込指定位置Ｐ０に移動した際のフロント作業装置５０の動作平面５６（直線Ｌ２）と、ダンプトラック１００の積込指定位置Ｐ０での前後方向（第２停止方向）とが一致するように補正後走行経路６２を生成し、その補正後走行経路６２を走行して積込指定位置Ｐ０で停止するようにダンプトラックを制御することとした。これにより積込作業を行うショベルオペレータの作業難易度や疲労軽減、サイクルタイムの余計な増加を防止することができる。

　ただし、第２停止方向と動作平面５６（直線Ｌ２）は完全に一致させる必要はなく、ｘｙ平面上で両者が成す角をゼロに近づければ良い。この観点に依れば、第２停止方向（直線Ｌ２）の延長線上にショベル２００が位置さえすれば、そうでない場合と比較してショベル２００による積込作業は容易になる。つまり、補正経路生成部３１は、ダンプトラック１００が補正前の走行経路６１上を走行（後退）して積込指定位置Ｐ０で停止した場合におけるダンプトラック１００の前後方向である第１停止方向Ｌ１を走行経路データに基づいて演算し、演算した第１停止方向Ｌ１と、積込指定位置Ｐ０の位置データと、ショベル２００の位置データ（図５の例では旋回中心位置のデータ）Ｐｓとに基づいて、補正後走行経路６２上をダンプトラック１００が走行（後退）して積込指定位置Ｐ０で停止した場合におけるダンプトラック１００の前後方向である第２停止方向Ｌ２の延長線上にショベル２００が位置するように走行経路６１を補正して補正後走行経路６２を演算しても良い。

　（２）本実施形態では、補正前の走行経路６１の一部の区間を平行移動した線分を基準にすることで補正後走行経路６２を生成することとした。これにより最低限の経路補正で補正後走行経路６２を生成することができ、補正前の走行経路６１と全く異なるルートを走行する可能性が低減する。そのため、当初想定していなかった障害物に接触する可能性が抑制できる。

　（３）本実施形態では、ダンプトラック１００が補正前の走行経路６１を走行中に障害物が検出された場合、その障害物とダンプトラック１００とが補正後走行経路６２を走行したときに接触する可能性の有無を判定し、接触する可能性がある場合には補正後走行経路６２を走行せずに元の走行経路６１を走行することとした。これにより、補正後走行経路６２を走行したために障害物に接触する可能性や当該障害物との接触を回避するためにその手前でダンプトラック１００を停止させなければならないといった事態の発生を回避できる。

　（４）本実施形態では、ダンプトラック１００が補正後走行経路６２を走行中に障害物が検出された場合、その障害物とダンプトラック１００とが補正後走行経路６２を走行中に接触する可能性の有無を判定し、接触する可能性がある場合には走行経路を元の走行経路６１に切り替えることとした。これにより補正後走行経路６２を走行したために障害物に接触する可能性や当該障害物との接触を回避するためにその手前でダンプトラック１００を停止させなければならないといった事態の発生を回避でき
　（その他）
　なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

　上記ではダンプトラック１００を制御するコントローラ３０がダンプトラック１００に搭載されている場合について説明したが、コントローラ３０をダンプトラック１００に搭載する必要はなく、例えば、管制センタ３００に設置してダンプトラック１００の車両制御を無線で行うように構成しても良い。

　上記では、ダンプトラック１００を積込停止位置Ｐ０で停止させる際、後車軸の中点が積込停止位置Ｐ０上に位置するようにダンプトラック１００を制御したが、後車軸の中点以外の他の点を基準にしてダンプトラック１００を制御しても良い。

　また、上記のコントローラ３０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記のコントローラ３０に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることでコントローラ３０の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。

　また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

　２…車体フレーム，３…ベッセル（荷台），５…前輪，６…後輪，１１…エンジン，１２…オルタネータ（発電機），１３…油圧ポンプ，１４…油圧回路，１５…ベッセルシリンダ，１６…ステアリングシリンダ，１７…電動ステアリングモータ，１８…インバータ，１９…電動走行モータ，２１…障害物センサ，３０…コントローラ（制御装置），３１…補正経路生成部，３２…後方障害物判定部，３３…走行制御部，４１…ステアリング制御部，４２…速度制御部，５０…フロント作業装置，５１…ブーム，５２…アーム，５３…バケット，５４…上部旋回体，５５…下部走行体，５６…動作平面，６１…補正前の走行経路，６２…補正後走行経路，８１…操舵角センサ，８２…速度センサ，８３…無線機，８４…ＧＮＳＳ受信機，１００…自律走行ダンプトラック，２００…ショベル，３００…サーバ

Claims (6)

1. 　自律走行型のダンプトラックの走行経路であって、前記ダンプトラックのベッセルに積込機械が積荷を積み込む位置として指定された積込指定位置を終点とする走行経路のデータと、前記ダンプトラックの位置データとに基づいて、前記ダンプトラックが前記走行経路上を走行して前記積込指定位置で停止するように前記ダンプトラックを制御する制御信号を出力する制御装置を備えたダンプトラックの制御システムにおいて、
   　前記制御装置は、
   　　前記ダンプトラックが前記走行経路上を走行して前記積込指定位置で停止した場合における前記ダンプトラックの前後方向である第１停止方向を前記走行経路のデータに基づいて演算し、
   　　演算した前記第１停止方向と、前記積込指定位置の位置データと、前記積込機械の位置データとに基づいて、前記走行経路を補正した走行経路であって前記積込指定位置を終点とする走行経路である補正後走行経路上を前記ダンプトラックが走行して前記積込指定位置で停止した場合における前記ダンプトラックの前後方向である第２停止方向の延長線上に前記積込機械が位置するように前記走行経路を補正して前記補正後走行経路を演算する
   　ことを特徴とするダンプトラックの制御システム。
2. 　請求項１のダンプトラックの制御システムにおいて、
   　前記制御装置は、
   　　前記積込機械の位置データと前記積込指定位置とに基づいて、前記積込機械が前記積込指定位置で前記ダンプトラックに積荷を積み込む際の前記積込機械の作業装置の動作平面を演算し、
   　　前記作業装置の動作平面と前記第１停止方向との成す角と、前記ダンプトラックの左右に位置する第１後輪及び第２後輪の距離である後輪間距離とに基づいて、前記第２停止方向と前記作業装置の動作平面との成す角がゼロに近づくように前記走行経路を補正して前記補正後走行経路を演算する
   　ことを特徴とするダンプトラックの制御システム。
3. 　請求項２のダンプトラックの制御システムにおいて、
   　前記積込機械の位置データは、前記積込機械の旋回中心の位置データである
   　ことを特徴とするダンプトラックの制御システム。
4. 　請求項２のダンプトラックの制御システムにおいて、
   　前記制御装置は、
   　　前記後輪間距離と、前記第１停止方向と前記作業装置の動作平面との成す角とに基づいて、前記走行経路上を前記ダンプトラックが走行して前記積込指定位置で停止した場合における前記第１後輪の位置である第１位置と、前記補正後走行経路上を前記ダンプトラックが走行して前記積込指定位置で停止した場合における前記第１後輪の位置である第２位置との前記第１停止方向における距離である第１距離を演算し、
   　　前記後輪間距離と、前記第１停止方向と前記作業装置の動作平面との成す角とに基づいて、前記第１位置と前記第２位置との前記第１停止方向に直行する方向における距離である第２距離を演算し、
   　　前記走行経路上で前記積込指定位置から前記第１距離だけ離れた第１の点と、前記走行経路上で前記第１の点からさらに所定の距離だけ離れた第２の点と、前記走行経路上で前記第２の点からさらに所定の距離だけ離れた第３の点とを算出し、
   　　前記第１の点と前記第２の点と間における前記走行経路を前記第１停止方向に直行する方向に前記第２距離だけ平行移動し、その平行移動した経路を前記第３の点及び前記積込指定位置に接続して得られる経路を前記補正後走行経路として算出する
   　ことを特徴とするダンプトラックの制御システム。
5. 　請求項１のダンプトラックの制御システムにおいて、
   　前記ダンプトラックの進行方向に存在する障害物を検出する障害物センサをさらに備え、
   　前記制御装置は、
   　　前記ダンプトラックが補正前の前記走行経路を走行中に前記障害物センサで検出された障害物と前記補正後走行経路との距離に基づいて、前記ダンプトラックが前記補正後走行経路を走行したときに前記障害物センサで検出された障害物と接触するか否かを判定し、
   　　前記ダンプトラックが前記障害物センサで検出された障害物と接触すると判定された場合には、前記ダンプトラックが前記走行経路上を走行するように前記ダンプトラックを制御する制御信号を出力する
   　ことを特徴とするダンプトラックの制御システム。
6. 　請求項１のダンプトラックの制御システムにおいて、
   　前記ダンプトラックの進行方向に存在する障害物を検出する障害物センサをさらに備え、
   　前記制御装置は、
   　　前記ダンプトラックが前記補正後走行経路を走行中に前記障害物センサで検出された障害物と前記補正後走行経路との距離に基づいて、前記ダンプトラックが前記補正後走行経路を走行中に前記ダンプトラックが前記障害物センサで検出された障害物と接触するか否かを判定し、
   　　前記ダンプトラックが前記障害物センサで検出された障害物と接触すると判定された場合には、前記ダンプトラックが前記走行経路上を走行するように前記ダンプトラックを制御する制御信号を出力する
   　ことを特徴とするダンプトラックの制御システム。

Images