WO2023079915A1 - 作業機械のための自動運転システム - Google Patents

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WO2023079915A1
WO2023079915A1 PCT/JP2022/037935 JP2022037935W WO2023079915A1 WO 2023079915 A1 WO2023079915 A1 WO 2023079915A1 JP 2022037935 W JP2022037935 W JP 2022037935W WO 2023079915 A1 WO2023079915 A1 WO 2023079915A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
map
work
operation amount
speed
unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/037935
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大輔 野田
将貴 秋山
Original Assignee
コベルコ建機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by コベルコ建機株式会社 filed Critical コベルコ建機株式会社
Publication of WO2023079915A1 publication Critical patent/WO2023079915A1/ja

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices

Definitions

  • the present invention relates to a system for automatically operating work machines.
  • Patent Document 1 describes a device for automatically operating a hydraulic working machine.
  • the device includes mode switching means, and the mode switching means switches the operation mode between a teaching mode and an automatic operation mode.
  • the teaching mode the flow rate supplied to the hydraulic drive is stored in chronological order.
  • the automatic operation mode the opening of the control valve for obtaining the target value is calculated using the supply flow rate stored in chronological order as a target value, and a command for the opening is input to the control valve.
  • the operation amount (opening command in the above document 1) is calculated using the supply flow rate stored in time series as a target value, so the actual supply flow rate is made larger than the amount stored in time series.
  • Such an operation amount cannot be input to the control valve. This makes it difficult to bring the actual speed of the working machine closer to the target speed when the actual speed is lower than the target speed, which may make it impossible to move the attachment according to the target speed. .
  • This problem can also occur when the manipulated variable is input to an element other than the control valve.
  • An object of the present invention is to provide a system for automatically operating a working machine, which is capable of making the operating speed of the working device of the working machine more quickly follow a target speed.
  • the system includes a manipulated variable detector, a speed information acquirer, a map generating section, a map complementing section, a target speed generating section, and a manipulated variable input section.
  • the working device is attached to the machine body so as to be able to perform working operations.
  • the drive device allows an operation amount to be input to the drive device, and causes the work device to perform the work operation according to the operation amount.
  • the operation unit allows a work operation for moving the work device to be given to the operation unit, and inputs an operation amount corresponding to the work operation to the drive device.
  • the operation amount detector detects the operation amount input from the operation unit to the driving device.
  • the speed information acquirer acquires speed information about the operating speed of the work device.
  • the map generator generates a map based on the operation amount detected by the operation amount detector and the speed information acquired by the speed information acquisition device.
  • the map identifies the relationship between the operation amount and the operating speed of the work device.
  • the map complementing section sets the maximum value of the manipulated variable in the map to the Complement the map so as to obtain the maximum amount of operation.
  • the target speed generator generates a target speed, which is a target value of the operating speed for automatic operation of the work machine.
  • the operation amount input unit causes the work device to perform the work operation at the target speed based on the target speed generated by the target speed generation unit and the map complemented by the map complementation unit.
  • the operation amount for causing the movement is generated and input to the driving device.
  • FIG. 1 is a side view of a working machine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing components of the work machine and a system for automatic operation thereof
  • FIG. FIG. 4 is a side view showing a target trajectory of the tip of the bucket of the working machine; It is a figure which shows the map produced
  • 4 is a flow chart showing an arithmetic control operation performed for generating and complementing the map
  • FIG. 10 is a flow chart showing arithmetic control operations performed for automatic operation of the work machine based on the complemented map
  • FIGS. 1 to 6 A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • FIG. 1 shows a working machine 10 according to the embodiment.
  • the work machine 10 is a machine for performing work, and can be automatically operated by the automatic operation system shown in FIG.
  • the work machine 10 can also be manually operated by an operator (operator) in addition to the automatic operation.
  • the work machine 10 may be operated by an operator on board the work machine 10 or may be remotely operated from outside the work machine 10 .
  • the working machine 10 is, for example, a construction machine for performing construction work.
  • the work machine 10 shown in FIG. 1 is a shovel.
  • the working machine to which the automatic driving system according to the present invention is applied may be a working machine other than a shovel, such as a crane.
  • the working machine 10 includes a machine body 12, an attachment 15, a driving device, and an operation unit 21.
  • the driving device includes a plurality of actuators 17 shown in FIG. 2 and a drive control unit 19. include.
  • the machine main body 12 is the main body of the work machine 10.
  • the machine body 12 includes a lower travel body 11 and an upper revolving body 13 .
  • the lower running body 11 is capable of running, and the running motion moves the work machine 10 on the ground.
  • the undercarriage 11 includes a traveling device such as a pair of crawlers.
  • the upper revolving body 13 is mounted on the lower traveling body 11 so as to be revolvable.
  • the upper revolving body 13 includes an operator's cab 13a.
  • the operator's cab 13a allows an operator to operate the work machine 10 within the operator's cab 13a.
  • the attachment 15 is a work device capable of performing work operations.
  • the attachment 15 shown in FIG. 1 includes a boom 15b, an arm 15c and a tip attachment 15d.
  • the boom 15b is attached to the upper revolving body 13 so that it can be raised and lowered with respect to the upper revolving body 13, that is, can be rotated in the vertical direction.
  • the arm 15c is connected to the boom 15b so as to be vertically rotatable with respect to the boom 15b.
  • the tip attachment 15d is attached to the arm 15c so as to be vertically rotatable, and constitutes the tip of the attachment 15.
  • the tip attachment 15d shown in FIG. 1 is a bucket for scooping earth and sand.
  • the tip attachment 15d may be a device for pinching an object like a grapple, or a device for crushing like a breaker.
  • An arbitrary portion of the attachment 15, which is the working device, is set as the control target portion 15e.
  • the tip portion of the tip attachment 15d that is, the tip of the bucket is set as the control target portion 15e.
  • the control target portion 15e may be another portion such as the tip of the arm 15c.
  • the attachment 15 can perform a plurality of types of operations as the work operations.
  • the plurality of types of operations include rotation of the boom 15b with respect to the upper rotating body 13, specifically, boom raising operation and boom lowering operation.
  • the boom raising operation is the upward rotation of the boom 15b relative to the upper rotating body 13 (clockwise direction in FIG. 1)
  • the boom lowering operation is the downward rotation of the boom 15b relative to the upper rotating body 13 (in FIG. 1). counterclockwise direction).
  • the plurality of types of motions include vertical rotation of the arm 15c with respect to the boom 15b, more specifically, an arm pulling motion and an arm pushing motion.
  • the arm pulling action is the rotation of the arm 15c with respect to the boom 15b in a direction (counterclockwise direction in FIG.
  • the plurality of motions include a vertical rotation motion of the tip attachment 15d with respect to the arm 15c, specifically, a tip attachment first motion and a tip attachment second motion.
  • the first movement of the tip attachment is the rotation of the tip attachment 15d with respect to the arm 15c in a direction (counterclockwise direction in FIG. 1) in which the tip of the tip attachment 15d approaches the arm 15c.
  • the operation is to rotate the tip attachment 15d with respect to the arm 15c in a direction (counterclockwise direction in FIG.
  • the tip attachment first and second motions are also referred to as a bucket digging motion and a bucket dumping motion, respectively.
  • the plurality of types of motions include turning motions for turning integrally with the upper turning body 13 with respect to the lower running body 11, more specifically right turning motions and left turning motions.
  • the driving device allows the operation amount MV to be input to the driving device, and drives the attachment 15 so that the attachment 15 performs an operation corresponding to the input operation amount MV.
  • the plurality of actuators 17 are arranged at appropriate locations on the work machine 10 and driven by drive energy supplied from the drive control section 19 to cause the attachment 15 to perform the plurality of types of operations.
  • the driving device according to this embodiment includes a plurality of hydraulic actuators as the plurality of actuators 17, that is, swing motor 17a, boom cylinder 17b, arm cylinder 17c and tip attachment cylinder 17d shown in FIG. is driven by the supply of hydraulic oil.
  • the turning motor 17a is a hydraulic motor, and causes the attachment 15 to perform the turning operation by turning the upper turning body 13 with respect to the lower traveling body 11 .
  • the swing motor 17a may be an electric motor that is driven by power supply.
  • Each of the boom cylinder 17b, the arm cylinder 17c and the tip attachment cylinder 17d is a hydraulic cylinder.
  • the boom cylinder 17b extends and contracts with respect to the upper rotating body 13 so as to cause the boom 15b to perform the raising and lowering operation.
  • the arm cylinder 17c expands and contracts so as to vertically rotate the arm 15c with respect to the boom 15b.
  • the tip attachment cylinder 17d expands and contracts so as to vertically rotate the tip attachment 15d with respect to the arm 15c.
  • the driving device may further include an actuator for moving the movable part.
  • the drive control unit 19 supplies drive energy (in this embodiment, supplies hydraulic oil) to the plurality of actuators 17 to move the plurality of actuators 17, and the operation amount input to the drive control unit 19.
  • the movements of the plurality of actuators 17 are controlled so that the attachment 15 performs operations corresponding to the MV. That is, the drive control section 19 controls driving of the attachment 15 by the plurality of actuators 17 based on the operation amount MV input to the drive control section 19 .
  • the drive control unit 19 illustrated in FIG. 1 includes a hydraulic circuit for supplying hydraulic fluid to the plurality of actuators (hydraulic actuators) 17 .
  • the drive control section 19 may include an electric circuit for supplying electric power to the electric actuators.
  • the drive control unit 19 controls the operation of the attachment 15 by changing the direction and speed of operation of the plurality of actuators 17 .
  • the drive control unit 19 illustrated in FIG. 2 includes a hydraulic pump 19a and a plurality of control valves 19c.
  • the hydraulic pump 19a discharges hydraulic oil for moving the plurality of actuators 17.
  • the plurality of control valves 19c are interposed between the hydraulic pump 19a and the plurality of actuators 17, respectively. Each of the plurality of control valves 19c opens so as to control the direction and speed of operation of the corresponding actuator 17 among the plurality of actuators 17 .
  • the control valve 19c is composed of a pilot-operated hydraulic switching valve, and receives a pilot pressure input as the operation amount MV, and opens with a stroke corresponding to the pilot pressure, thereby controlling the hydraulic pressure.
  • the direction and flow rate of hydraulic fluid supplied from the pump 19a to the actuator 17 are made to correspond to the manipulated variable MV.
  • the operation unit 21 allows the operator to give multiple types of work operations to the operation unit 21 .
  • the plurality of types of work operations are operations for causing the work machine 10 to perform the plurality of types of operations.
  • the operation unit 21 may be provided in the driver's cab 13a as shown in FIG. Alternatively, the operation unit 21 may be provided outside the work machine 10 to enable remote control.
  • the operation unit 21 includes a plurality of operation devices to which the plurality of types of work operations are respectively given.
  • Each of the plurality of manipulators includes a work manipulation member and a manipulated variable generator. A corresponding work operation among the plurality of types of work operations is applied to the work operation member.
  • the work operation member may be, for example, an operation lever, an operation pedal, a touch panel, or a key.
  • the operation amount generation section generates an operation amount MV, that is, a drive command corresponding to the direction and magnitude of the work operation given to the work operation member, and inputs it to the drive control section 19 .
  • the manipulated variable generator for each of the plurality of operating devices includes a pilot hydraulic pressure source (for example, a pilot pump) (not shown) and a control valve 19c corresponding to the operating device among the plurality of control valves 19c.
  • the magnitude of the work operation so that the pilot pressure corresponding to the direction and magnitude of the work operation is input to the control valve 19c as the operation amount MV, that is, the drive command.
  • the valve opens at an opening corresponding to
  • the manipulated variable MV is not limited to the pilot pressure (oil pressure).
  • the operation amount MV may be an electric signal (for example, current value) input to the electric actuator.
  • the manipulated variable MV is generated for each of the plurality of types of motions of the attachment 15 .
  • the plurality of operation devices included in the operation unit 21 are the right turning operation, the left turning operation, the boom raising operation, the boom lowering operation, the arm pulling operation, and the arm pushing operation. , corresponding to the tip attachment first motion and the tip attachment second motion, and each of the plurality of operating devices generates a pilot pressure corresponding to each of the plurality of types of motions as the manipulated variable MV, that is, a drive command. , to the control valve 19c.
  • the manipulated variable MV has an effective range from the minimum manipulated variable MVmin to the maximum manipulated variable MVmax shown in FIG. Even if the operation amount MV less than the minimum operation amount MVmin is input to the control valve 19c, the actuator 17 corresponding to the control valve 19c does not move. An operation corresponding to the actuator 17 (for example, boom raising operation) is not performed.
  • the maximum operation amount MVmax is the maximum value of the operation amount MV input from the operation section 21 to the drive control section 19 .
  • the maximum manipulated variable MVmax is the maximum pilot pressure (for example, 3 MPa) that can be input to the control valve 19c.
  • the automatic operation system is a system that automatically operates the work machine 10 by generating an operation amount MV separately from the operation unit 21 and inputting it to the drive device.
  • the automatic driving system includes an operation amount detector 23 shown in FIG. 2, an attitude detector 25, a controller 30, and an electromagnetic valve (not shown).
  • the operation amount detector 23 detects the operation amount MV input from the operation unit 21 to the drive device (the drive control unit 19 in this embodiment).
  • the manipulated variable detector 23 includes a plurality of manipulated variable sensors that respectively detect the manipulated variable MV input to the plurality of control valves 19c from the plurality of manipulators, that is, the pilot pressure.
  • Each of the plurality of manipulated variable sensors is a pressure sensor.
  • the manipulated variable detector 23 may include a sensor that detects an electrical signal, such as a current sensor, or may be included in the controller 30 .
  • the plurality of operation amount sensors included in the operation amount detector 23 detect a plurality of operation amounts MV respectively corresponding to the plurality of types of operations of the attachment 15 .
  • the plurality of operation amount sensors are a right turn operation amount sensor 23a1, a left turn operation amount sensor 23a2, a boom up operation amount sensor 23b1, and a boom down operation amount sensor 23b2 shown in FIG. , an arm pull operation amount sensor 23c1, an arm push operation amount sensor 23c2, a tip attachment first operation amount sensor 23d1, and a tip attachment second operation amount sensor 23d2.
  • the operation amount detector 23 , the attitude detector 25 and the controller 30 may each be mounted on the work machine 10 or may be arranged outside the work machine 10 .
  • the orientation detector 25 detects a physical quantity relating to the orientation of the attachment 15, and functions as a speed information acquisition unit that acquires speed information about the motion speed, which is the speed of motion of the attachment 15.
  • the orientation detector 25 may detect a physical quantity directly related to the orientation of the attachment 15, such as the angle and position of a specific portion of the attachment 15, or may detect the velocity or angular velocity of the specific portion of the attachment 15. may be detected.
  • the orientation detector 25 may directly detect the motion speed of the attachment 15, or may indirectly acquire information for obtaining the speed of the attachment 15, such as the orientation and acceleration (or angular acceleration).
  • the attitude detector 25 includes a plurality of sensors corresponding to the operation of the attachment 15, namely, a turning sensor 25a, a boom sensor 25b, an arm sensor 25c and a tip attachment sensor 25d shown in FIG. .
  • the revolving sensor 25a detects a physical quantity related to the attitude of the upper revolving body 13 with respect to the lower traveling body 11 shown in FIG.
  • the turning sensor 25a is, for example, an angle sensor that detects the turning angle of the upper turning body 13 with respect to the lower traveling body 11.
  • the angle sensor can be attached to, for example, a turning shaft or turning support. be.
  • the boom sensor 25b detects physical quantities relating to the attitude of the boom 15b.
  • the boom sensor 25b is, for example, an angle sensor (for example, a rotary encoder) that detects a rotation angle (raising angle) of the boom 15b with respect to the upper rotating body 13, and the angle sensor detects rotation support of the boom 15b. It can be attached to a shaft or boom foot pin or to the part that supports the boom 15b.
  • the arm sensor 25c is a sensor that detects a physical quantity relating to the posture of the arm 15c, and is, for example, an angle sensor that detects the rotation angle of the arm 15c with respect to the boom 15b.
  • the tip attachment sensor 25d is a sensor that detects a physical quantity relating to the posture of the tip attachment 15d, and is, for example, an angle sensor that detects the rotation angle of the tip attachment 15d with respect to the arm 15c.
  • the boom sensor 25b, the arm sensor 25c and the bucket sensor 25d may alternatively be tilt sensors (e.g., gyro sensors, acceleration sensors, inertial measurement devices).
  • tilt sensors e.g., gyro sensors, acceleration sensors, inertial measurement devices.
  • the boom sensor 25b, the arm sensor 25c, and the tip attachment sensor 25d may alternatively be stroke sensors that detect the stroke of the boom cylinder 17b, the arm cylinder 17c, and the tip attachment cylinder 17d. good.
  • the turning sensor 25a, the boom sensor 25b, the arm sensor 25c, and the tip attachment sensor 25d may detect the upper turning body 13, the boom 15b, the arm 15c, and the upper turning body 13 based on at least one of a two-dimensional image and a distance image.
  • a physical quantity (including motion speed) relating to the posture of the tip attachment 15d may be detected.
  • the controller 30 is a device that performs arithmetic and control operations for automatic operation of the work machine 10 based on information acquired by the operation amount detector 23 and the attitude detector 25. For example, the controller 30 inputs and outputs signals. It is composed of a computer including an interface that performs calculation, a calculation unit that performs arithmetic processing, and a storage unit that stores information. The functions of the controller 30 are realized, for example, by executing a program stored in the storage section by the calculation section. Specifically, the controller 30 shown in FIG. 55, and the operation amount calculation unit 55 constitutes an operation amount input unit together with the electromagnetic valve (not shown).
  • the map generation unit 41 includes the operation amount MV detected by the operation amount detector 23, that is, the manual operation amount MVm input from the operation unit 21 to the drive control unit 19 by manual operation by an operator, For example, a map M shown in FIG. 4 is generated based on the velocity information acquired by the attitude detector 25 .
  • the map M includes the operation speed V obtained from the speed information, that is, the speed of the operation of the attachment 15 (each of the plurality of types of operations in this embodiment), and the operation amount detector 23. and the manipulated variable MV.
  • the map complementing unit 43 performs the complementing when the map M needs to be complemented. A case where the supplementation is necessary and specific contents of the supplementation will be described in detail later.
  • the map storage unit 45 stores the map M. FIG.
  • the map M stored in the map storage unit 45 is the map generated by the map generation unit 41 when the complementation by the map complementation unit 43 is not performed, and the map M is the map generated by the map generation unit 41 when the complementation by the map complementation unit 43 is performed. is done, it is the map with its complement.
  • the work plan setting unit 51 sets a work plan for the work machine 10 .
  • the work plan is information that serves as a target for the work operation of the work machine 10 .
  • the work plan includes information about the target trajectory T of the controlled portion 15e (the tip of the bucket in the example shown in FIG. 3) in this embodiment.
  • the information about the target trajectory T includes the positions (coordinates) of the plurality of target points of the control target portion 15e included in the target trajectory T, and information about the order of the plurality of target points.
  • the information on the target trajectory T includes information on the turning angle of the upper turning body 13 as information on the positions of the plurality of target points, information on the turning angle of the upper turning body 13 with respect to the lower traveling body 11, and At least one of information about the distance to 15e, that is, the working radius, and information about the height of the control target portion 15e may be included.
  • the information about the target trajectory T may include a movement time of the control target portion 15e between adjacent target points among the plurality of target points or a parameter corresponding thereto.
  • the work plan set by the work plan setting unit 51 includes a plurality of work phases F.
  • Each of the plurality of work phases F includes information about the target trajectory T.
  • Said plurality of work phases F, in the work plan shown in FIG. ⁇ F4 constitute one cycle.
  • the catching phase F1 is a phase corresponding to the action of the tip attachment 15d catching the work object.
  • the work target is not limited, and may be, for example, soil, wood, metal, or waste.
  • the operation corresponding to the capture phase F1 is, for example, an operation of excavating earth and sand in a mound of earth and sand.
  • the control target portion 15e moves from the capture position where the work object is captured to the release position where the work object is released.
  • the lifting and turning motion is a compound motion in which at least the boom raising or lowering motion and the turning motion are included and these motions are performed simultaneously.
  • the release phase F3 corresponds to a release operation in which the tip attachment 15d releases the work object at the release position.
  • the releasing operation is, for example, an operation of discharging earth onto a loading platform of the transportation vehicle D shown in FIG. 3, and includes a rotating operation of the tip attachment 15d.
  • the return turning phase F4 corresponds to a return turning operation in which the controlled part 15e moves from the release position to the position where the tip attachment 15d next catches the work object.
  • the return turning motion is a composite motion including at least the boom raising motion or boom lowering motion and the turning motion, and these motions are performed simultaneously.
  • the work plan set by the work plan setting unit 51 includes a plurality of (for example, 10) cycles.
  • the work plan setting unit 51 may set a different target trajectory T for each cycle, for example.
  • the work plan setting unit 51 may set the work plan such that, for example, the target capturing positions of the work object in the plurality of cycles are different from each other.
  • the work plan setting unit 51 may set the work plan such that, for example, the target release positions of the work object in the plurality of cycles are different from each other.
  • the work plan setting unit 51 may set the work plan so that, for example, a series of cycles is terminated when a predetermined termination condition is satisfied.
  • the end condition is, for example, that the amount of work objects existing in a place where work objects are collected (for example, the earth and sand pit S) has become equal to or less than a predetermined value, or that the number of cycles performed has reached a predetermined number. That is.
  • the work plan setting unit 51 may set the work plan so that the next cycle starts when a predetermined restart condition is satisfied after one cycle ends.
  • the restart condition is, for example, that a predetermined amount or more of work objects have been replenished in a place where work objects are collected (such as the earth and sand pit S).
  • the work plan setting unit 51 may set the work plan based on the teaching executed by the operator, or may set the work plan based on a method other than the teaching (for example, numerical input by the operator). good.
  • the teaching is performed, for example, by (i) an operator getting on the working machine 10 and giving a work operation to the operating section 21, or (ii) an operator operating the operating section 21 provided outside the working machine 10. (that is, by remote control) to move the control target portion 15e along a trajectory corresponding to the desired target trajectory T by manual operation.
  • the work plan setting unit 51 sets, as the target trajectory T, the trajectory along which the controlled portion 15e is manually moved in this manner.
  • the target speed generation unit 53 generates the target speed when the work machine 10 is automatically operated, that is, the target value of the operating speed of the attachment 15 by calculation, for example.
  • the target speed generation unit 53 according to this embodiment generates a plurality of target speeds corresponding to each of the plurality of types of motions of the attachment 15 .
  • the target speed generation unit 53 performs the operation corresponding to the work plan so that the work machine 10 is automatically operated according to the work plan set by the work plan setting unit 51. generating the plurality of target velocities to cause the attachment 15 to perform;
  • the target speed generation unit 53 generates the target speed so that the controlled portion 15e moves along the target trajectory T.
  • the operation amount calculation unit 55 calculates an operation amount MV for causing the attachment 15 to perform each of the plurality of types of operations at the target speed generated by the target speed generation unit 53, that is, an automatic driving operation amount MVa. do. Specifically, the manipulated variable calculation unit 55 calculates the target speed generated by the target speed generation unit 53 and the map M complemented by the map complementation unit 43 (if the complementation is not performed, The operation amount MV (automatic driving operation amount MVa) for causing the attachment 15 to perform the work motion at the target speed is calculated based on the map M) generated by the map generation unit 41 . The manipulated variable calculation unit 55 further generates a manipulated variable command signal, which is an electric signal required to input the manipulated variable MV to the drive control unit 19, and inputs it to each of the plurality of electromagnetic valves.
  • a manipulated variable command signal which is an electric signal required to input the manipulated variable MV to the drive control unit 19, and inputs it to each of the plurality of electromagnetic valves.
  • the plurality of solenoid valves are respectively interposed between the pilot hydraulic pressure source (not shown) and the plurality of control valves 19c, and together with the operation amount calculation section 55 constitute an operation amount input section.
  • Each of the plurality of solenoid valves allows the operation amount command signal to be input to the solenoid valve from the operation amount calculation unit 55, and pilot pressure corresponding to the input operation amount command signal, that is, the automatic control valve.
  • the control valve 19c is opened to allow the operation amount MV to be input to the control valve 19c.
  • the electromagnetic valve may be one that changes the secondary pressure of the electromagnetic valve, that is, the pilot pressure to be input to the control valve 19c, in accordance with the input electric signal, and may be an electromagnetic proportional pressure reducing valve. , electromagnetic proportional and inverse proportional valves.
  • the operation for the automatic operation includes the operation shown in FIG. 5, that is, (A) the operation for generating and supplementing the map M, and the operation shown in FIG. 10 actions for automatic operation, and
  • step S11 in FIG. 5 In order to generate the map M, manual operation is performed by an operator (step S11 in FIG. 5). Specifically, the operator gives a work operation to each of the necessary operation devices among the plurality of operation devices included in the operation unit 21 .
  • the work operation given to the operation unit 21 may be an operation performed only for the purpose of generating the map M, or may be a teaching operation for setting a work plan.
  • the operation unit 21 to which the work operation is applied adjusts the operation amount MV (in this embodiment, the pilot pressure) corresponding to the work operation to each control valve of the drive device (in this embodiment, the drive control unit 19). 19c).
  • the drive device Upon receiving the input of the operation amount MV, the drive device moves the attachment 15 so as to cause the attachment 15 to perform an operation corresponding to the operation amount MV.
  • the pilot pressure which is the manipulated variable MV
  • the control valves 19c are opened at an opening corresponding to the pilot pressure.
  • the valve is opened to allow hydraulic fluid to be supplied at a flow rate corresponding to the pilot pressure to the actuator 17 among the plurality of actuators 17 that is connected to the control valve 19c.
  • the operation amount detector 23 detects the operation amount MV (pilot pressure in this embodiment) input from the operation section 21 to the drive control section 19 .
  • the orientation detector 25 detects a physical quantity relating to the orientation of the attachment 15, which is an operation speed V that is the speed of each operation of the attachment 15, for example, the operation speed of each of the plurality of actuators 17. .
  • the map generation unit 41 of the controller 30 generates the operation amount MV detected by the operation amount detector 23 in the manual operation, ie, the manual operation amount MVm, and the attitude detector when the operation amount MV is detected.
  • a map M is generated to show the relationship between the operating speed V obtained from the information detected by 25 .
  • the map generation unit 41 preferably generates a plurality of maps M different from each other, each corresponding to a plurality of types of operations of the attachment 15 shown in FIG. 3 (for example, boom raising operation, boom lowering operation). That is, it is preferable that the map generator 41 is configured to generate the map M for each of the plurality of types of motions.
  • the map generation unit 41 generates different maps M corresponding to a plurality of work situations of the work machine 10, respectively. That is, it is preferable that the map generator 41 is configured to generate the map M for each of the plurality of work situations.
  • working conditions of the working machine 10 include the working phase F, the cycle, and other load conditions (load conditions acting on the attachment 15).
  • the map generation unit 41 generates different maps M corresponding to the plurality of work phases F, respectively. That is, it is preferable that the map generator 41 is configured to generate the map M for each of the plurality of work phases F.
  • the reason for this is, for example, as follows.
  • the combined motion is a simultaneous execution of a plurality of motions (for example, the boom raising motion and the arm pulling motion) selected from the plurality of types of motions of the attachment 15 .
  • hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump 19a is distributed to a plurality of actuators (hydraulic actuators in this embodiment) 17 respectively corresponding to the plurality of motions. Therefore, the operation speed V corresponding to the same operation (for example, boom raising operation) and the same operation amount MV may change depending on the work phase F. The same applies when the motion is other than the boom raising motion.
  • the map generator 41 generates a plurality of different maps M corresponding to the plurality of work phases F, respectively.
  • Table 1 below shows a specific example of a plurality of maps M generated by the map generation unit 41, which correspond to the plurality of types of operations and the plurality of phases F, respectively.
  • the map generation unit 41 generates a plurality of different maps M corresponding to a plurality of cycles each constituted by the series of work phases F. That is, it is preferable that the map generator 41 is configured to generate the map M for each of the plurality of cycles.
  • the target trajectory T set in each of the plurality of cycles may differ from each other, thereby causing the state of the load acting on the attachment 15 to differ from each other in each of the plurality of cycles.
  • the plurality of states of the load acting on the attachment 15 are not limited to those resulting from the work phase F or the cycle.
  • the map generation unit 41 may generate a plurality of maps M that differ from each other according to the state (for example, mass and size) of the captured object captured by the attachment 15, for example.
  • the map generation unit 41 when there are a plurality of situations in which the relationship between the operation amount MV and the movement speed V differs due to a cause other than the load acting on the attachment 15, the map generation unit 41 A plurality of maps M different from each other may be generated, each corresponding to a situation. That is, it is preferable that the map generator 41 is configured to generate the map M for each of the plurality of situations.
  • the map complementing section 43 of the controller 30 complements the map M so that the maximum value of the manipulated variable MV of the map M becomes the maximum manipulated variable MVmax (step S14). Details are as follows.
  • the map generation unit 41 calculates the relationship between the operation amount MV and the movement speed V that are input to the drive control unit 19 when a work operation is given to the operation unit 21 by the manual operation.
  • a map M to be specified is generated (step S11), but there are cases in which a work operation of a size corresponding to the maximum operation amount MVmax cannot be given to the operation unit 21 in the manual operation.
  • a maximum acquired manipulated variable MV1 which is the maximum value of the manipulated variable (manual manipulated variable) MVm acquired in the manual operation, may be less than the maximum manipulated variable MVmax.
  • the operation The amount detector 23 and the attitude detector 25 cannot acquire the operation amount MV and the motion velocity V. That is, the map M can be moved by the manual operation to the side where the operation amount MV1 and the movement speed are larger than the generated map portion M1 that can be generated by the manual operation (the right side and the upper side in FIG. 4). A region in which the manipulated variable MV and motion velocity V for generation are not acquired, that is, a non-acquisition region is generated.
  • the target speed generator 53 of the controller 30 may generate a target speed higher than the maximum acquired speed V1 as the target speed Vt for the automatic operation.
  • a load larger than the maximum load applied to the attachment 15 during the manual operation (step S11) is applied.
  • a target velocity Vt larger than the maximum acquisition velocity V1 may be generated.
  • the manipulated variable MV corresponding to the target speed Vt larger than the maximum acquired speed V1 (that is, the manipulated variable MV larger than the maximum acquired manipulated variable MV1) is not included in the generated map portion M1.
  • the generated map portion M1 cannot provide a target speed for causing the attachment 15 to perform the work motion at a speed higher than the maximum acquisition speed V1. Therefore, even though the work machine 10 has the ability to move the attachment 15 at an operating speed V (e.g., maximum speed Vmax) greater than the maximum acquisition speed V1, only the generated map portion M1 is at the maximum acquisition speed V1. It is not possible to execute control for causing the attachment 15 to perform a work operation at an operating speed V higher than the speed V1. For example, when the actual position of the controlled portion 15e is delayed with respect to the position (target position) of the controlled portion 15e specified by the target trajectory T shown in FIG. make recovery difficult.
  • V e.g., maximum speed Vmax
  • the operator should give the operation unit 21 a work operation of a size corresponding to the maximum operation amount MVmax in the manual operation (step S11).
  • the operation given to generate the map M such that the maximum acquisition operation amount MV1 reaches the maximum operation amount MVmax, that is, the work operation having a magnitude corresponding to the maximum operation amount MVmax, is performed by the attachment 15. to produce a high speed operation at the maximum speed Vmax.
  • the attachment 15 operates at a speed higher than necessary, which requires the operator to pay attention so that the attachment 15 does not come into contact with surrounding objects, thereby reducing the operator's work load. Increase.
  • operators who tend not to perform large work operations corresponding to the maximum operation amount MVmax (operators who tend to perform work at relatively low speeds) are forced to perform unfamiliar work operations.
  • the map complementing unit 43 complements the entire map M by complementing the non-obtained area with the additional map part M2 in addition to the generated map part M1. Specifically, when the maximum acquisition operation amount MV1, which is the maximum value of the operation amount MV in the generated map portion M1, does not reach the preset maximum operation amount MVmax (step S13), the map complementing unit 43 YES), the map M is complemented by generating the additional map portion M2 (step S14). In other words, the map complementing unit 43 complements the map M so that the maximum value of the manipulated variable MV included in the map M becomes the maximum manipulated variable MVmax.
  • the map complementing unit 43 does not complement the map M, and thus the map generating unit 41 generates The mapped map M is maintained as it is.
  • the map complementation unit 43 preferably complements each of the plurality of maps M. For example, when the map generation unit 41 generates a plurality of different maps M corresponding to the plurality of types of motions of the attachment 15, the map complementing unit 43 selects the plurality of maps M corresponding to the plurality of types of motions, respectively. It is preferred to complement each of the maps M of . Further, when the map generating unit 41 generates a plurality of maps M corresponding to the plurality of work phases F, the map complementing unit 43 generates the plurality of maps M corresponding to the plurality of work phases F, respectively. Complementing each of M is preferred.
  • the map complementation unit 43 performs Preferably, each of the corresponding plurality of maps M is complemented.
  • the specific method of complementing by the map complementing unit 43, and in this embodiment, creating the additional map portion M2 is not limited.
  • the additional map portion M2 may be (1) created based on information on the maximum speed Vmax set in advance (for example, stored in the controller 30), or (2) from the already generated map portion M1. It may be an estimated one. Details are as follows.
  • the additional map portion M2 can be created based on information on the operating speed V corresponding to the maximum manipulated variable MVmax, that is, the maximum speed Vmax. .
  • the information is information set before the map M is complemented, and is information stored in advance in the controller 30, for example.
  • the information on the maximum speed Vmax may be included in the base map BM as shown in FIG. 4, for example.
  • the base map BM is prepared in advance as a base of the map M, for example, stored in the controller 30 in advance.
  • the base map BM specifies the relationship between the operation amount MV and the motion speed V over the entire range from the minimum operation amount MVmin to the maximum operation amount MVmax.
  • the base map BM illustrated in FIG. 4 specifies, as the relationship, a relationship given by a straight line with a constant slope.
  • the base map BM may alternatively be given by a curved line.
  • the base map BM may be set before the work machine 10 is shipped (for example, at the time of manufacture), or may be set by an operator or the like when the work machine 10 starts working at a new work site. .
  • the teaching for generating the base map BM may be performed prior to the teaching for generating the map M.
  • a plurality of base maps BM may be set according to various states of the work machine 10 (see FIG. 1). For example, a plurality of base maps BM corresponding to the plurality of types of operations of the attachment 15 may be set, or a plurality of base maps BM corresponding to a plurality of states of the load acting on the attachment 15 may be set. may
  • the plurality of base maps BM corresponding to the state of the work machine 10 is generated in each of the plurality of maps M.
  • the map complementing unit 43 detects the detected load among the plurality of base maps BM. It is preferable to select a base map BM corresponding to the condition (e.g. same or close to this load condition) and complement said map M on the basis of the selected base map BM.
  • the map complementing unit 43 does not change the generated map portion M1 (for example, so that the teaching result is directly reflected in the map M), and for the region where the operation amount MV is larger than the maximum acquired operation amount MV1, , to generate said additional map portion M2.
  • the map complementing unit 43 generates the additional map portion M2, that is, the map M Completion of
  • the map complementing unit 43 performs an operation speed (maximum speed Vmax), or map M
  • the map M may be complemented by extending . Note that the generated map portion M1 may be slightly modified along with the generation of the additional map portion M2.
  • the setting of the maximum speed Vmax corresponding to the maximum operation amount MVmax is not limited to that based on the base map BM.
  • the value of the maximum speed Vmax corresponding to the maximum operation amount MVmax may be stored in the controller 30 in advance (before complementing the map M).
  • a plurality of maximum velocities Vmax corresponding to the maximum operation amount MVmax may be set corresponding to a plurality of states of the work machine 10 .
  • the map complementing unit 43 selects the working machine speed Vmax obtained when teaching for setting the map M is performed, among a plurality of maximum speeds Vmax prepared corresponding to the maximum operation amount MVmax.
  • a maximum velocity Vmax corresponding to ten conditions may be selected and the map M may be complemented based on the selected maximum velocity Vmax.
  • the map complementing unit 43 may complement the map M by estimating the additional map portion M2 from the already generated map portion M1.
  • the map complementing unit 43 may generate the additional map portion M2 by extending the already generated map portion M1.
  • the extension is, for example, the slope of the terminal portion of the graph showing the relationship between the motion speed V and the manipulated variable MV in the generated map portion M1, that is, the slope of the manipulated variable MV with respect to the motion speed V at the end portion. It is possible to base it on the rate of increase.
  • the end portion is the end portion on the side closer to the maximum manipulated variable MVmax in the graph (the right side in FIG. 4).
  • the slope of the end portion is (a) the slope at the end of the generated map portion M1, that is, the portion corresponding to the maximum acquisition speed V1 (the portion corresponding to the maximum acquisition operation amount MV1), (b ) the average value of the slope in the region from the speed V that is smaller than the maximum acquisition speed V1 by a predetermined value to the maximum acquisition speed V1 in the generated map portion M1; Any average value of slopes in a region from an operation amount MV1 that is smaller than the acquisition operation amount MV1 by a predetermined value to the maximum acquisition operation amount MV1 may be used.
  • the additional map portion M2 generated by the map complementing section 43 may be a straight line having the "tilt” set based on the already generated map portion M1, or may be a straight line having the "tilt” set based on the generated map portion M1. It may be a straight line (eg straight or curved). Alternatively, the additional map portion M2 may be generated based on the average slope of the entire generated map portion M1.
  • the specific method of complementing the map M by the map complementing unit 43 is not limited to the above.
  • the map complementing unit 43 may complement the map M based on both the base map BM and the gradient of the graph of the generated map portion M1.
  • the target speed generation unit 53 of the controller 30 generates the target speed Vt so that the work machine 10 performs the plurality of types of operations according to the work plan set by the work plan setting unit 51 (step S21). ). Specifically, the target speed generator 53 generates a plurality of target speeds Vt respectively corresponding to the plurality of types of operations of the attachment 15 (for example, boom raising operation, boom lowering operation). The target speed generator 53 inputs (instructs) the target speed generated in this way to the manipulated variable calculator 55 .
  • the operation amount calculation unit 55 reads out from the map storage unit 45 the map M corresponding to the current working situation of the work machine 10 among the plurality of maps M stored in the map storage unit 45 (step S22).
  • the manipulated variable calculation unit 55 reads, for example, a plurality of maps M respectively corresponding to the plurality of types of motions of the attachment 15 .
  • Other examples of the map M to be read by the operation amount calculator 55 include a map M corresponding to the current load state of the attachment 15, a map M corresponding to the current work phase F, and a map M corresponding to the current cycle. including M.
  • the operation amount calculation unit 55 calculates the operation amount MV corresponding to the target speed Vt generated by the target speed generation unit 53, that is, the automatic driving operation amount.
  • MVa is calculated (determined) (step S23). For example, according to the map M shown in FIG. 4, when the target speed Vt generated by the target speed generation unit 53 is equal to or less than the maximum acquisition speed V1, the operation amount calculation unit 55 , and if the target speed Vt is greater than the maximum acquired speed V1, the manipulated variable calculation unit 55 calculates the additional The manipulated variable MV corresponding to the target speed Vt is calculated based on the map portion M2.
  • the manipulated variable calculator 55 generates a manipulated variable command signal for obtaining the manipulated variable MV (in this embodiment, the pilot pressure) determined in this way, and inputs it to the electromagnetic valve (not shown) (step S24).
  • the electromagnetic valve opens to allow the pilot pressure to be input to the drive control section 19 in response to the operation amount command signal.
  • the drive control unit 19 changes the movement of the actuator 17 corresponding to the operation amount MV among the plurality of actuators 17 based on the input pilot pressure, that is, the operation amount MV (automatic driving operation amount MVa). . In this manner, automatic operation of the work machine 10 based on the target speed Vt generated by the target speed generator 53 is executed.
  • an electric signal (command signal) corresponding to the operation amount MV may be directly input to the electric actuator from the operation amount calculation unit 55, or the movement of the electric actuator may be controlled. may be input to a circuit that
  • Complementation of the map M by the map complementation unit 43 makes it possible to improve the followability of the operating speed V to the target speed Vt in the automatic driving.
  • the actual operating speed V of the controlled portion 15e is lower than the target speed Vt of the controlled portion 15e, and the target position at a certain point in time is reached.
  • the actual position of the control target portion 15e shifts (delays).
  • the target speed generator 53 generates a high target speed Vt that makes up for the delay.
  • the operation amount calculator 55 cannot calculate the operation amount MV corresponding to the target speed Vt only with the generated map portion M1.
  • the manipulated variable calculating section 55 cannot calculate the manipulated variable MV corresponding to the target speed Vt exceeding the maximum acquired speed V1.
  • the map complementing unit 43 complements the map M, that is, adds the additional map portion M2
  • the target speed Vt becomes the maximum acquired speed (for example, the maximum value of the speed V when the work plan is taught).
  • the operation amount calculator 55 can calculate the operation amount MV corresponding to the target speed Vt (>V1) based on the additional map portion M2, thereby enabling the control target portion Allows velocity V and position lag of 15e to be quickly recovered.
  • connection of each component shown in FIG. 2 of the above embodiment may be changed.
  • order of steps in the flowcharts shown in FIGS. 5 and 6 may be changed, and some steps may not be performed.
  • the number of components may vary and some components may not be provided.
  • fixing, coupling, etc. between components may be direct or indirect.
  • what has been described as a plurality of different members or parts may be treated as a single member or part.
  • what has been described as one member or portion may be divided into a plurality of different members or portions.
  • each component may have only a portion of each feature (function, arrangement, shape, actuation, etc.).
  • the system is a system for automatically operating a working machine that includes a machine body, a working device, an operating unit, and a driving device.
  • the system includes a manipulated variable detector, a speed information acquirer, a map generating section, a map complementing section, a target speed generating section 53, and a manipulated variable input section.
  • the working device is attached to the machine body so as to be able to perform working operations.
  • the drive device allows an operation amount to be input to the drive device, and causes the work device to perform the work operation according to the operation amount.
  • the operation unit allows a work operation for moving the work device to be given to the operation unit, and inputs an operation amount corresponding to the work operation to the drive device.
  • the operation amount detector detects the operation amount input from the operation unit to the driving device.
  • the speed information acquirer acquires speed information about a motion speed, which is the speed of the work motion of the work device.
  • the map generator generates a map based on the operation amount detected by the operation amount detector and the speed information acquired by the speed information acquisition device. The map specifies the relationship between the operation amount and the motion speed.
  • the map complementing section sets the maximum value of the manipulated variable in the map to the Complement the map so as to obtain the maximum amount of operation.
  • the target speed generator generates a target speed, which is a target value of the operating speed for automatic operation of the work machine.
  • the operation amount input unit causes the work device to perform the work operation at the target speed based on the target speed generated by the target speed generation unit and the map complemented by the map complementation unit. The operation amount for causing the movement is generated and input to the driving device.
  • the map complementing unit causes the manipulated variable input unit to perform the complementing even when the target speed generating unit generates a target speed that is larger than the maximum value of the manipulated variable included in the map generated by the map generating unit. Based on the later map, it is possible to generate the manipulated variable corresponding to the target speed and input it to the driving device. This makes it possible to perform control to make up for the delay caused by the actual operating speed of the working device being lower than the target speed in the automatic operation, thereby enabling the operating speed of the working device to reach the target speed. To improve speed followability.
  • the map complementing unit is configured to complement the map based on preset information about the operating speed corresponding to the maximum operation amount. This makes it possible to complement the map with simple arithmetic.
  • the map complementing unit is configured to complement the map based on a slope of a graph indicating a relationship between the operation speed and the operation amount in the map generated by the map generating unit. .
  • the map complementing unit can complement the map without requiring special information other than the map portion already generated by the map generating unit.
  • the map generating unit is configured to generate the map for each of the plurality of types of motions
  • the map complementing unit includes the It is preferably configured to complement the maps generated for each of a plurality of types of motion.
  • Generating and complementing maps respectively corresponding to the plurality of types of motions of the work device in this way makes it possible to further improve the followability of the motion speed of the work device to the target speed.
  • the machine main body includes a lower traveling body and an upper revolving body rotatably mounted on the lower traveling body
  • the work device includes a boom mounted on the upper revolving body so as to be able to rise and fall.
  • an arm vertically rotatably connected to the boom
  • a tip attachment vertically rotatably connected to the arm.
  • the plurality of types of motions include a swinging motion of the upper rotating body with respect to the lower traveling body, a hoisting motion of the boom with respect to the upper rotating body, a rotation of the arm with respect to the boom, and the tip attachment with respect to the arm. including the rotation of
  • the map generating section is configured to generate the map for each of a plurality of different work situations of the work machine, and the map complementing section complements the map generated for each of the plurality of work situations. It is preferably configured to. This makes it possible to improve the followability of the operating speed of the working device to the target speed in each of a plurality of working situations of the working machine.

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Abstract

提供されるのは、目標速度への高い追従性を実現する自動運転システムであり、当該自動運転システムは、マップ生成部（４１）と、マップ補完部（４３）と、操作量出力部（５５）と、を備える。マップ生成部（４１）は、作業装置（１５）の動作速度（Ｖ）と、操作量検出器２３により検出された操作量（ＭＶ）と、の関係を示すマップを生成する。マップ補完部（４３）は、マップの操作量（ＭＶ）の最大値が最大操作量より小さい場合に、前記最大値が前記最大操作量になるようにマップを補完する。操作量出力部（５５）は、目標速度と補完されたマップとに基づいて自動運転のための操作量（ＭＶ）を生成して駆動装置（１７，１９）に入力する。

Description

作業機械のための自動運転システム
　本発明は、作業機械の自動運転を行うためのシステムに関する。
　特許文献１に、油圧作業機械の自動運転を行うための装置が記載されている。前記装置は、モード切換手段を備え、当該モード切換手段は、運転モードを教示モードと自動運転モードとに切換える。前記教示モードでは、油圧駆動装置に対する供給流量が時系列で記憶される。前記自動運転モードでは、時系列で記憶された前記供給流量を目標値として当該目標値を得るためのコントロールバルブの開度が算出され、当該開度についての指令が前記コントロールバルブに入力される。
　前記装置では、時系列で記憶された前記供給流量を目標値として操作量（前記文献１では開度指令）が算出されるため、時系列で記憶された量よりも実際の供給流量を大きくするような操作量をコントロールバルブに入力することができない。このことは、作業機械の実際の速度が目標速度より低下した場合に当該実際の速度を当該目標速度に近づけることを困難にし、これにより、アタッチメントを目標速度に従って動かすことをできなくするおそれがある。この課題は、コントロールバルブ以外の要素に操作量が入力される場合にも同様に生じ得る。
特開平１１－１８１８２０号公報
　本発明は、作業機械の自動運転を行うためのシステムであって、前記作業機械の作業装置の動作の速度をより早く目標速度に追従させることができるシステムを提供することを目的とする。
　提供されるのは、機械本体と、作業装置と、操作部と、駆動装置と、を含む作業機械の自動運転を行うためのシステムである。前記システムは、操作量検出器と、速度情報取得器と、マップ生成部と、マップ補完部と、目標速度生成部と、操作量入力部と、を備える。前記作業装置は、作業動作を行うことが可能となるように前記機械本体に取り付けられる。前記駆動装置は、当該駆動装置に操作量が入力されることを許容し、当該操作量に応じて前記作業装置に前記作業動作を行わせる。前記操作部は、前記作業装置を動かすための作業操作が当該操作部に与えられることを許容し、前記作業操作に対応した操作量を前記駆動装置に入力する。前記操作量検出器は、前記操作部から前記駆動装置に入力される前記操作量を検出する。前記速度情報取得器は、前記作業装置の動作速度についての速度情報を取得する。前記マップ生成部は、前記操作量検出器により検出される前記操作量と前記速度情報取得器により取得される前記速度情報とに基づいてマップを生成する。前記マップは、前記操作量と前記作業装置の動作速度との関係を特定する。前記マップ補完部は、前記マップ生成部により生成された前記マップに含まれる前記操作量の最大値が予め設定された最大操作量よりも小さい場合に、前記マップの前記操作量の最大値が前記最大操作量になるように前記マップを補完する。前記目標速度生成部は、前記作業機械の自動運転のための前記動作速度の目標値である目標速度を生成する。前記操作量入力部は、前記目標速度生成部により生成された前記目標速度と、前記マップ補完部により補完された前記マップと、に基づいて、前記作業装置に前記目標速度で前記作業動作を行わせるための前記操作量を生成して前記駆動装置に入力する。
本発明の実施の形態に係る作業機械の側面図である。 前記作業機械及びその自動運転のためのシステムの構成要素を示すブロック図である。 前記作業機械のバケットの先端の目標軌道を示す側面図である。 前記自動運転システムにおいて生成及び補完されるマップを示す図である。 前記マップの生成および補完のために行われる演算制御動作を示すフローチャートである。 補完された前記マップに基づく前記作業機械の自動運転のために行われる演算制御動作を示すフローチャートである。
　本発明の好ましい実施の形態について図１～図６を参照しながら説明する。
　図１は、前記実施の形態に係る作業機械１０を示す。
　前記作業機械１０は、作業を行うための機械であり、図２に示される自動運転システムによって前記作業機械１０の自動運転が行われることが可能である。前記作業機械１０は、前記自動運転とは別に、オペレータ（操作者）の操作により手動で運転されることも可能である。前記作業機械１０は、当該作業機械１０に搭乗するオペレータにより操作されてもよいし、作業機械１０の外部から遠隔操作されてもよい。前記作業機械１０は、例えば、建設作業を行うための建設機械である。図１に示される前記作業機械１０は、ショベルである。しかし、本発明に係る自動運転システムが適用される作業機械はショベル以外の作業機械、例えばクレーンであってもよい。
　前記作業機械１０は、機械本体１２と、アタッチメント１５と、駆動装置と、操作部２１と、を備え、前記駆動装置は、図２に示される複数のアクチュエータ１７と、駆動制御部１９と、を含む。
　前記機械本体１２は、前記作業機械１０の本体である。前記機械本体１２は、下部走行体１１と、上部旋回体１３と、を含む。
　前記下部走行体１１は、走行動作を行うことが可能であり、前記走行動作によって前記作業機械１０が地盤上で移動させられる。前記下部走行体１１は、走行装置、例えば一対のクローラ、を含む。
　前記上部旋回体１３は、旋回可能となるように前記下部走行体１１に搭載される。前記上部旋回体１３は、運転室１３ａを含む。前記運転室１３ａは、当該運転室１３ａ内で操作者が前記作業機械１０の操作をすることを許容する。
　前記アタッチメント１５は、作業動作を行うことが可能な作業装置である。図１に示される前記アタッチメント１５は、ブーム１５ｂと、アーム１５ｃと、先端アタッチメント１５ｄと、を含む。前記ブーム１５ｂは、前記上部旋回体１３に対して起伏動作、つまり上下方向の回動、をすることが可能、となるように当該上部旋回体１３に取り付けられる。前記アーム１５ｃは、前記ブーム１５ｂに対して上下方向に回動可能となるように当該ブーム１５ｂに連結される。前記先端アタッチメント１５ｄは、前記アーム１５ｃに上下方向に回動可能となるように取り付けられて前記アタッチメント１５の先端部を構成する。図１に示される前記先端アタッチメント１５ｄは、土砂などをすくうバケットである。当該先端アタッチメント１５ｄは、あるいは、グラップルのように物を挟む装置でもよいし、ブレーカのように破砕を行う装置でもよい。前記作業装置である前記アタッチメント１５の任意の部位が制御対象部位１５ｅに設定される。図１に示す例では、前記先端アタッチメント１５ｄの先端部、つまり前記バケットの先端、が前記制御対象部位１５ｅに設定される。前記制御対象部位１５ｅは、その他の部位、例えば前記アーム１５ｃの先端部、であってもよい。
　前記アタッチメント１５は、前記作業動作として複数種類の動作を行うことが可能である。前記複数種類の動作は、前記上部旋回体１３に対する前記ブーム１５ｂの回動、詳しくは、ブーム上げ動作及びブーム下げ動作、を含む。前記ブーム上げ動作は前記上部旋回体１３に対する前記ブーム１５ｂの上向き（図１では時計回り方向）の回動であり、前記ブーム下げ動作は前記上部旋回体１３に対する前記ブーム１５ｂの下向き（図１では反時計回り方向）の回動である。前記複数種類の動作は、前記ブーム１５ｂに対する前記アーム１５ｃの上下方向の回動、詳しくは、アーム引き動作及びアーム押し動作、を含む。前記アーム引き動作は、前記アーム１５ｃの先端部が前記ブーム１５ｂに近づく向き（図１では反時計回り方向）の当該ブーム１５ｂに対する当該アーム１５ｃの回動であり、前記アーム押し動作は、前記アーム１５ｃの先端部が前記ブーム１５ｂに近づく向き（図１では時計回り方向）の当該ブーム１５ｂに対する当該アーム１５ｃの回動である。前記複数の動作は、前記アーム１５ｃに対する前記先端アタッチメント１５ｄの上下方向の回動動作、詳しくは、先端アタッチメント第１動作及び先端アタッチメント第２動作、を含む。前記先端アタッチメント第１動作は、前記先端アタッチメント１５ｄの先端が前記アーム１５ｃに近づく向き（図１では反時計回り方向）の当該アーム１５ｃに対する当該先端アタッチメント１５ｄの回動であり、前記先端アタッチメント第２動作は、前記先端アタッチメント１５ｄの先端が前記アーム１５ｃから遠ざかる向き（図１では反時計回り方向）の当該アーム１５ｃに対する当該先端アタッチメント１５ｄの回動である。図１に例示される前記先端アタッチメント１５ｄは前記バケットであるため、前記先端アタッチメント第１及び第２動作はそれぞれバケット掘削動作及びバケット排土動作とも称される。前記複数種類の動作は、前記下部走行体１１に対して前記上部旋回体１３と一体に旋回する旋回動作、詳しくは、右旋回動作および左旋回動作、を含む。
　前記駆動装置は、当該駆動装置に操作量ＭＶが入力されることを許容し、その入力された操作量ＭＶに対応した動作を前記アタッチメント１５に行わせるように当該アタッチメント１５を駆動する。
　前記複数のアクチュエータ１７は、前記作業機械１０の適所に配置され、前記駆動制御部１９から供給される駆動エネルギーによって前記アタッチメント１５に前記複数種類の動作をそれぞれ行わせるように駆動される。この実施の形態に係る前記駆動装置は、前記複数のアクチュエータ１７として複数の油圧アクチュエータ、すなわち、図１に示される旋回モータ１７ａ、ブームシリンダ１７ｂ、アームシリンダ１７ｃ及び先端アタッチメントシリンダ１７ｄ、を含み、これらは作動油の供給を受けて駆動される。
　前記旋回モータ１７ａは、油圧モータであり、前記下部走行体１１に対して前記上部旋回体１３を旋回させることにより前記アタッチメント１５に前記旋回動作を行わせる。前記旋回モータ１７ａは、あるいは、電力の供給を受けて駆動される電動モータでもよい。
　前記ブームシリンダ１７ｂ、前記アームシリンダ１７ｃ及び前記先端アタッチメントシリンダ１７ｄのそれぞれは油圧シリンダである。前記ブームシリンダ１７ｂは、前記上部旋回体１３に対して前記ブーム１５ｂに前記起伏動作をさせるように伸縮動作をする。前記アームシリンダ１７ｃは、前記ブーム１５ｂに対して前記アーム１５ｃを上下方向に回動させるように伸縮動作を行う。前記先端アタッチメントシリンダ１７ｄは、前記アーム１５ｃに対して前記先端アタッチメント１５ｄを上下方向に回動させるように伸縮動作を行う。前記先端アタッチメント１５ｄが、例えば物を挟む装置などのように可動部位を含む場合、前記駆動装置は、前記可動部位を動かすためのアクチュエータをさらに含んでもよい。
　前記駆動制御部１９は、前記複数のアクチュエータ１７に駆動エネルギーを供給（この実施形態では作動油を供給）して当該複数のアクチュエータ１７を動かすとともに、当該駆動制御部１９に入力される前記操作量ＭＶに対応した動作を前記アタッチメント１５に行わせるように前記複数のアクチュエータ１７の動きを制御する。すなわち、前記駆動制御部１９は、当該駆動制御部１９に入力される前記操作量ＭＶに基づいて前記複数のアクチュエータ１７による前記アタッチメント１５の駆動を制御する。図１に例示される前記駆動制御部１９は、前記複数のアクチュエータ（油圧アクチュエータ）１７に作動油を供給するための油圧回路を含む。前記複数のアクチュエータ１７が電動アクチュエータを含むものである場合、前記駆動制御部１９は、前記電動アクチュエータに電力を供給するための電気回路を含んでもよい。前記駆動制御部１９は、前記複数のアクチュエータ１７の動作の方向および速度をそれぞれ変化させることにより、前記アタッチメント１５の動作を制御する。
　図２に例示される前記駆動制御部１９は、油圧ポンプ１９ａと、複数のコントロールバルブ１９ｃと、を含む。
　前記油圧ポンプ１９ａは、前記複数のアクチュエータ１７を動かすための作動油を吐出する。
　前記複数のコントロールバルブ１９ｃは、前記油圧ポンプ１９ａと前記複数のアクチュエータ１７との間にそれぞれ介在する。前記複数のコントロールバルブ１９ｃのそれぞれは、前記複数のアクチュエータ１７のうち対応するアクチュエータ１７の動作の方向および速度を制御するように開弁動作する。具体的に、前記コントロールバルブ１９ｃは、パイロット操作式の油圧切換弁により構成され、前記操作量ＭＶとしてパイロット圧の入力を受けることにより当該パイロット圧に対応したストロークで開弁することにより、前記油圧ポンプ１９ａから前記アクチュエータ１７に供給される作動油の方向および流量を前記操作量ＭＶに対応させる。
　前記操作部２１は、当該操作部２１にオペレータが複数種類の作業操作を与えることを許容する。前記複数種類の作業操作は、前記作業機械１０に前記複数種類の動作をそれぞれ行わせるための操作である。前記操作部２１は、図１に示すように前記運転室１３ａ内に設けられてもよい。前記操作部２１は、あるいは、前記作業機械１０の外部に設けられて遠隔操作を可能にするものでもよい。
　前記操作部２１は、前記複数種類の作業操作がそれぞれ与えられる複数の操作器を含む。前記複数の操作器のそれぞれは作業操作部材と操作量生成部とを含む。前記作業操作部材には前記複数種類の作業操作のうち対応する作業操作が与えられる。前記作業操作部材は、例えば、操作レバー、操作ペダル、タッチパネル、キーのいずれでもよい。前記操作量生成部は、前記作業操作部材に与えられた前記作業操作の方向及び大きさに対応した操作量ＭＶすなわち駆動指令を生成して前記駆動制御部１９に入力する。この実施の形態に係る前記複数の操作器のそれぞれの前記操作量生成部は、図示されないパイロット油圧源（例えばパイロットポンプ）と前記複数のコントロールバルブ１９ｃのうち当該操作器に対応するコントロールバルブ１９ｃとの間に介在するパイロット弁により構成され、前記作業操作の方向及び大きさに対応したパイロット圧を前記操作量ＭＶすなわち前記駆動指令として前記コントロールバルブ１９ｃに入力するように、前記作業操作の大きさに対応した開度で開弁する。
　前記操作量ＭＶは、前記パイロット圧（油圧）に限定されない。例えば、前記複数のアクチュエータ１７が電動アクチュエータを含む場合、前記操作量ＭＶは当該電動アクチュエータに入力される電気信号（例えば電流値）でもよい。前記操作量ＭＶは、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作のそれぞれについて生成される。この実施の形態において、前記操作部２１に含まれる前記複数の操作器は、前記右旋回動作、前記左旋回動作、前記ブーム上げ動作、前記ブーム下げ動作、前記アーム引き動作、前記アーム押し動作、前記先端アタッチメント第１動作及び前記先端アタッチメント第２動作にそれぞれ対応し、当該複数の操作器のそれぞれが前記複数種類の動作のそれぞれに対応するパイロット圧を前記操作量ＭＶすなわち駆動指令として生成し、前記コントロールバルブ１９ｃに入力する。
　前記操作量ＭＶは、図４に示される最小操作量ＭＶｍｉｎから最大操作量ＭＶｍａｘまでの有効範囲を有する。前記最小操作量ＭＶｍｉｎ未満の前記操作量ＭＶが前記コントロールバルブ１９ｃに入力されても、当該コントロールバルブ１９ｃに対応する前記アクチュエータ１７は動かず、よって、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作のうち前記アクチュエータ１７に対応する動作（例えばブーム上げ動作）は行われない。前記最大操作量ＭＶｍａｘは、前記操作部２１から前記駆動制御部１９に入力される前記操作量ＭＶの最大値である。例えば、前記操作量ＭＶがパイロット圧である場合は、前記最大操作量ＭＶｍａｘは、前記コントロールバルブ１９ｃ入力されることが可能な最大パイロット圧（例えば３ＭＰａ）である。当該最大操作量ＭＶｍａｘの入力により前記コントロールバルブ１９ｃの開度及び当該コントロールバルブ１９ｃから前記アクチュエータ１７に供給される作動油の流量はともに最大となり、前記アクチュエータ１７は当該アクチュエータ１７に連結される可動部位を最大速度で動かす。
　前記自動運転システムは、前記操作部２１とは別に操作量ＭＶを生成して前記駆動装置に入力することにより前記作業機械１０の自動運転を実行するシステムである。具体的に、前記自動運転システムは、図２に示される操作量検出器２３、姿勢検出器２５、コントローラ３０、及び図示されない電磁弁を備える。
　前記操作量検出器２３は、前記操作部２１から前記駆動装置（この実施の形態では前記駆動制御部１９）に入力される前記操作量ＭＶを検出する。この実施形態に係る前記操作量検出器２３は、前記複数の操作器から前記複数のコントロールバルブ１９ｃに入力される前記操作量ＭＶすなわち前記パイロット圧をそれぞれ検出する複数の操作量センサを含み、当該複数の操作量センサのそれぞれは、圧力センサである。前記操作量ＭＶが電気信号である形態では、前記操作量検出器２３は、電気信号を検出するセンサ、例えば電流センサ、を含んでもよいし、前記コントローラ３０に含まれてもよい。
　前記操作量検出器２３に含まれる前記複数の操作量センサは、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作のそれぞれに対応する複数の操作量ＭＶを検出する。前記複数の操作量センサは、具体的には、図２に示される右旋回操作量センサ２３ａ１と、左旋回操作量センサ２３ａ２と、ブーム上げ操作量センサ２３ｂ１と、ブーム下げ操作量センサ２３ｂ２と、アーム引き操作量センサ２３ｃ１と、アーム押し操作量センサ２３ｃ２と、先端アタッチメント第１操作量センサ２３ｄ１と、先端アタッチメント第２操作量センサ２３ｄ２と、を含む。
　前記操作量検出器２３、前記姿勢検出器２５及び前記コントローラ３０のそれぞれは、前記作業機械１０に搭載されてもよいし、前記作業機械１０の外部に配置されてもよい。
　前記姿勢検出器２５は、前記アタッチメント１５の姿勢に関する物理量を検出するものであり、当該アタッチメント１５の動作の速度である動作速度についての速度情報を取得する速度情報取得部として機能する。前記姿勢検出器２５は、前記アタッチメント１５の姿勢に直接関連する物理量、例えば、当該アタッチメント１５の特定部位の角度、位置、を検出するものでもよいし、前記アタッチメント１５の前記特定部位の速度または角速度を検出するものでもよい。換言すれば、前記姿勢検出器２５は、前記アタッチメント１５の動作の速度を直接的に検出するものでもよいし、当該アタッチメント１５の速度を間接的に取得するための情報、例えば姿勢および加速度（または角加速度）の少なくとも一方、を検出するものでもよい。
　この実施の形態に係る前記姿勢検出器２５は、前記アタッチメント１５の動作に対応する複数のセンサ、すなわち、図２に示される旋回センサ２５ａ、ブームセンサ２５ｂ、アームセンサ２５ｃ及び先端アタッチメントセンサ２５ｄを含む。
　前記旋回センサ２５ａは、図１に示す前記下部走行体１１に対する前記上部旋回体１３の姿勢、すなわち旋回方向についての姿勢である旋回姿勢、に関する物理量を検出する。前記旋回センサ２５ａは、例えば、前記下部走行体１１に対する前記上部旋回体１３の旋回角度を検出する角度センサであり、当該角度センサは、例えば、旋回軸や旋回支持部に取り付けられることが可能である。
　前記ブームセンサ２５ｂは、前記ブーム１５ｂの姿勢に関する物理量を検出する。前記ブームセンサ２５ｂは、例えば、前記上部旋回体１３に対する前記ブーム１５ｂの回動角度（起伏角度）を検出する角度センサ（例えばロータリエンコーダ）であり、当該角度センサは、前記ブーム１５ｂの回動支軸すなわちブームフットピンまたは当該ブーム１５ｂを支持する部分に取り付けられることが可能である。
　前記アームセンサ２５ｃは、前記アーム１５ｃの姿勢に関する物理量を検出するセンサであり、例えば、前記ブーム１５ｂに対する前記アーム１５ｃの回動角度を検出する角度センサである。同様に、前記先端アタッチメントセンサ２５ｄは、前記先端アタッチメント１５ｄの姿勢に関する物理量を検出するセンサであり、例えば、前記アーム１５ｃに対する前記先端アタッチメント１５ｄの回動角度を検出する角度センサである。
　前記ブームセンサ２５ｂ、前記アームセンサ２５ｃ及び前記バケットセンサ２５ｄは、あるいは、水平面に対する前記ブーム１５ｂ、前記アーム１５ｃ及び前記先端アタッチメント１５ｄのそれぞれの角度すなわち傾斜角度を検出する傾斜センサ（例えばジャイロセンサ、加速度センサ、慣性計測装置）を含んでもよい。
　前記ブームセンサ２５ｂ、前記アームセンサ２５ｃ及び前記先端アタッチメントセンサ２５ｄは、あるいは、前記ブームシリンダ１７ｂのストローク、前記アームシリンダ１７ｃのストローク及び前記先端アタッチメントシリンダ１７ｄのストロークをそれぞれ検出するストロークセンサであってもよい。
　前記旋回センサ２５ａ、前記ブームセンサ２５ｂ、前記アームセンサ２５ｃ及び前記先端アタッチメントセンサ２５ｄは、あるいは、二次元画像および距離画像の少なくとも一方に基づいて前記上部旋回体１３、前記ブーム１５ｂ、前記アーム１５ｃ及び前記先端アタッチメント１５ｄの姿勢に関する物理量（動作速度を含む。）を検出するものでもよい。
　前記コントローラ３０は、前記操作量検出器２３及び前記姿勢検出器２５により取得される情報に基づいて前記作業機械１０の自動運転のための演算制御動作を行う装置であり、例えば、信号の入出力を行うインターフェイス、演算処理を行う演算部、情報を記憶する記憶部を含むコンピュータにより構成される。前記コントローラ３０の機能は、例えば、前記記憶部に記憶されたプログラムが前記演算部によって実行されることにより、実現される。具体的に、図２に示される前記コントローラ３０は、マップ生成部４１と、マップ補完部４３と、マップ記憶部４５と、作業計画設定部５１と、目標速度生成部５３と、操作量算出部５５と、を含み、前記操作量算出部５５は図示されない前記電磁弁とともに操作量入力部を構成する。
　前記マップ生成部４１は、前記操作量検出器２３により検出された前記操作量ＭＶ、つまり、オペレータによるマニュアル操作によって前記操作部２１から前記駆動制御部１９に入力されたマニュアル操作量ＭＶｍ、と、前記姿勢検出器２５により取得された前記速度情報と、に基づいて、例えば図４に示されるマップＭを生成する。前記マップＭは、前記速度情報から得られた動作速度Ｖ、すなわち前記アタッチメント１５の動作（この実施の形態では前記複数種類の動作のそれぞれ）の速度、と、前記操作量検出器２３により検出された前記操作量ＭＶと、の関係を特定する。前記マップ補完部４３は、前記マップＭの補完が必要である場合に当該補完を行う。前記補完が必要である場合及び前記補完の具体的な内容については後に詳述される。前記マップ記憶部４５は、前記マップＭを記憶する。当該マップ記憶部４５に記憶される前記マップＭは、前記マップ補完部４３による前記補完が行われなかった場合は前記マップ生成部４１により生成されたマップであり、前記マップ補完部４３による前記補完が行われた場合にはその補完がされたマップである。
　前記作業計画設定部５１は、前記作業機械１０の作業計画を設定する。前記作業計画は、前記作業機械１０の作業動作の目標となる情報である。前記作業計画は、この実施の形態では、前記制御対象部位１５ｅ（図３に示される例では前記バケットの先端）の目標軌道Ｔについての情報を含む。前記目標軌道Ｔについての情報は、当該目標軌道Ｔに含まれる、前記制御対象部位１５ｅの複数の目標点の位置（座標）と、当該複数の目標点の順序についての情報と、を含む。前記目標軌道Ｔについての情報は、前記複数の目標点の位置の情報として、前記上部旋回体１３の旋回角度の情報、前記下部走行体１１に対する前記上部旋回体１３の旋回中心から前記制御対象部位１５ｅまでの距離、すなわち作業半径、についての情報、及び前記制御対象部位１５ｅの高さについての情報、の少なくとも一つを含んでもよい。前記目標軌道Ｔについての情報は、前記複数の目標点のうち互いに隣接する目標点どうしの間での前記制御対象部位１５ｅの移動時間またはこれに対応するパラメータを含んでもよい。
　この実施の形態に係る前記作業計画設定部５１により設定される前記作業計画は、複数の作業フェーズＦを含む。前記複数の作業フェーズＦのそれぞれは、前記目標軌道Ｔについての情報を含む。前記複数の作業フェーズＦは、図３に示される作業計画では、一連のフェーズ、すなわち、捕捉フェーズＦ１、持上旋回フェーズＦ２、解放フェーズＦ３及び復帰旋回フェーズＦ４、を含み、当該一連のフェーズＦ１～Ｆ４が１回のサイクルを構成する。
　前記捕捉フェーズＦ１は、前記先端アタッチメント１５ｄが作業対象物を捕捉する動作に相当するフェーズである。前記作業対象物は、限定されず、例えば土、木、金属、及び廃棄物のいずれでもよい。前記捕捉フェーズＦ１に対応する動作は、例えば、土砂山の土砂を掘削する動作である。
　前記持上旋回フェーズＦ２は、前記先端アタッチメント１５ｄが作業対象物を捕捉した状態で、当該作業対象物を捕捉した捕捉位置から当該作業対象物を解放する解放位置まで前記制御対象部位１５ｅが移動する持上げ旋回動作に相当する。前記持ち上げ旋回動作は、少なくとも前記ブーム上げ動作又はブーム下げ動作と前記旋回動作とを含んでこれらの動作が同時に行われる複合動作である。
　前記解放フェーズＦ３は、先端アタッチメント１５ｄが前記解放位置で前記作業対象物を解放する解放動作に相当する。前記解放動作は、例えば、図３に示される輸送車両Ｄの荷台などに排土する動作であり、前記先端アタッチメント１５ｄの回転動作を含む。
　前記復帰旋回フェーズＦ４は、前記解放位置から前記先端アタッチメント１５ｄが次に作業対象物を捕捉する位置まで前記制御対象部位１５ｅが移動する復帰旋回動作に相当する。前記復帰旋回動作は、少なくとも前記ブーム上げ動作又はブーム下げ動作と前記旋回動作とを含んでこれらの動作が同時に行われる複合動作である。
　この実施の形態に係る前記作業計画設定部５１により設定される前記作業計画は、複数回（例えば１０回）のサイクルを含む。前記作業計画設定部５１は、例えば、サイクルごとに異なる目標軌道Ｔを設定してもよい。前記作業計画設定部５１は、例えば、前記複数回のサイクルにおける作業対象物の目標捕捉位置を互いに異ならせるように、前記作業計画を設定してもよい。前記作業計画設定部５１は、例えば、前記複数回のサイクルにおける作業対象物の目標解放位置を互いに異ならせるように、前記作業計画を設定してもよい。前記作業計画設定部５１は、例えば、予め定められた終了条件が満たされたときに、一連のサイクルを終了するように作業計画を設定してもよい。前記終了条件は、例えば、作業対象物が集められる場所（例えば土砂ピットＳなど）に存在する作業対象物の量が所定値以下になったこと、行われたサイクルの回数が所定回数に達したこと、である。前記作業計画設定部５１は、一つのサイクルが終了した後、予め定められた再開条件が満たされたときに次回のサイクルを開始させるように、前記作業計画を設定してもよい。前記再開条件は、例えば、作業対象物が集められる場所（土砂ピットＳなど）に所定量以上の作業対象物が補充されたこと、である。
　前記作業計画設定部５１は、オペレータにより実行されるティーチングに基づいて作業計画を設定してもよいし、当該ティーチング以外の方法（例えばオペレータによる数値入力など）に基づいて作業計画を設定してもよい。前記ティーチングは、例えば、（ｉ）オペレータが前記作業機械１０に搭乗して前記操作部２１に作業操作を与え、または、（ｉｉ）オペレータが前記作業機械１０の外部に設けられた前記操作部２１に作業操作を与えて（すなわち遠隔操作により）、希望する目標軌道Ｔに対応する軌跡に沿って前記制御対象部位１５ｅをマニュアル操作で移動させることを含む。前記作業計画設定部５１は、このようにして前記制御対象部位１５ｅが手動により移動させられた軌跡を、前記目標軌道Ｔとして設定する。
　前記目標速度生成部５３は、前記作業機械１０の自動運転が行われるときの目標速度、すなわち、前記アタッチメント１５の動作速度の目標値、を、例えば演算により生成する。この実施の形態に係る前記目標速度生成部５３は、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作のそれぞれに対応する複数の目標速度を生成する。前記目標速度生成部５３は、具体的には、前記作業計画設定部５１により設定された前記作業計画に従って前記作業機械１０が自動運転されるように、つまり、前記作業計画に対応した動作を前記アタッチメント１５に行わせるように、前記複数の目標速度を生成する。前記目標速度生成部５３は、前記制御対象部位１５ｅが前記目標軌道Ｔに従って移動するように、前記目標速度を生成する。
　前記操作量算出部５５は、前記目標速度生成部５３により生成された前記目標速度で前記アタッチメント１５に前記複数種類の動作をそれぞれ行わせるための操作量ＭＶ、すなわち自動運転操作量ＭＶａ、を算出する。前記操作量算出部５５は、具体的には、前記目標速度生成部５３により生成された前記目標速度と、前記マップ補完部４３により補完されたマップＭ（当該補完が行われなかった場合には前記マップ生成部４１により生成されたマップＭ）と、に基づいて、前記アタッチメント１５に前記目標速度で前記作業動作を行わせるための操作量ＭＶ（自動運転操作量ＭＶａ）を算出する。前記操作量算出部５５は、さらに、前記操作量ＭＶを前記駆動制御部１９に入力するために必要な電気信号である操作量指令信号を生成して前記複数の電磁弁にそれぞれ入力する。
　前記複数の電磁弁は、図示されない前記パイロット油圧源と前記複数のコントロールバルブ１９ｃとの間にそれぞれ介在し、前記操作量算出部５５とともに操作量入力部を構成する。前記複数の電磁弁のそれぞれは、前記操作量算出部５５から当該電磁弁に前記操作量指令信号が入力されるのを許容し、その入力された操作量指令信号に対応したパイロット圧すなわち前記自動運転操作量ＭＶが前記コントロールバルブ１９ｃに入力されるのを許容するように開弁する。前記電磁弁は、入力された電気信号に応じて当該電磁弁の二次圧、すなわち前記コントロールバルブ１９ｃに入力されるべきパイロット圧、を変化させるものであればよく、電磁比例減圧弁でもよいし、電磁比例逆比例弁でもよい。
　次に、前記自動運転システムにより実行される自動運転のための動作について、図５及び図６のフローチャートを併せて参照しながら説明する。前記自動運転のための動作は、図５に示される動作、すなわち（Ａ）マップＭの生成及び補完のための動作、と、図６に示される動作、すなわち、（Ｂ）実際に前記作業機械１０の自動運転を行うための動作、と、を含む。
　（Ａ）マップＭの生成及び補完のための動作
　前記マップＭを生成するために、オペレータによるマニュアル操作が行われる（図５のステップＳ１１）。具体的には、前記操作部２１に含まれる前記複数の操作器のうちの必要な操作器のそれぞれにオペレータによって作業操作が与えられる。前記操作部２１に与えられる前記作業操作は、前記マップＭを生成することのみを目的に行われる操作でもよいし、作業計画を設定するためのティーチング操作であってもよい。前記作業操作が与えられた前記操作部２１は、当該作業操作に応じた操作量ＭＶ（この実施の形態ではパイロット圧）を前記駆動装置（この実施の形態では駆動制御部１９のそれぞれのコントロールバルブ１９ｃ）に入力する。当該操作量ＭＶの入力を受けた前記駆動装置は、当該操作量ＭＶに対応した動作をアタッチメント１５に行わせるように当該アタッチメント１５を動かす。具体的に、この実施の形態では、前記操作量ＭＶであるパイロット圧が前記駆動制御部１９の複数のコントロールバルブ１９ｃにそれぞれに入力されて当該コントロールバルブ１９ｃが当該パイロット圧に対応した開度で開弁し、前記複数のアクチュエータ１７のうち当該コントロールバルブ１９ｃに接続されているアクチュエータ１７に前記パイロット圧に対応した流量で作動油が供給されることを許容する。
　一方、前記操作量検出器２３は前記操作部２１から前記駆動制御部１９に入力される前記操作量ＭＶ（この実施の形態ではパイロット圧）を検出する。また、前記姿勢検出器２５は、前記アタッチメント１５の姿勢に関する物理量であって、当該アタッチメント１５のそれぞれの動作の速度である動作速度Ｖ、例えば前記複数のアクチュエータ１７のそれぞれの動作速度、を検出する。
　前記コントローラ３０の前記マップ生成部４１は、前記マニュアル操作において前記操作量検出器２３により検出された操作量ＭＶすなわち前記マニュアル操作量ＭＶｍと、当該操作量ＭＶが検出されたときに前記姿勢検出器２５により検出された情報から取得される前記動作速度Ｖと、の関係を示すマップＭを生成する。
　前記マップ生成部４１は、図３に示す前記アタッチメント１５の複数種類の動作（例えばブーム上げ動作、ブーム下げ動作）にそれぞれ対応する、互いに異なる複数のマップＭを生成することが好ましい。すなわち、前記マップ生成部４１は、前記複数種類の動作のそれぞれについて前記マップＭを生成するように構成されていることが、好ましい。
　また、前記マップ生成部４１は、前記作業機械１０の複数の作業状況にそれぞれ対応する、互いに異なるマップＭを生成することが好ましい。すなわち、前記マップ生成部４１は、前記複数の作業状況のそれぞれについて前記マップＭを生成するように構成されていることが、好ましい。前記作業機械１０の作業状況の例には、前記作業フェーズＦ、前記サイクル、その他の負荷状態（アタッチメント１５に作用する負荷の状態）が含まれる。
　また、前記マップ生成部４１は、前記複数の作業フェーズＦにそれぞれ対応する、互いに異なるマップＭを生成することが好ましい。すなわち、前記マップ生成部４１は、前記複数の作業フェーズＦのそれぞれについて前記マップＭを生成するように構成されていることが、好ましい。この理由は、例えば次の通りである。
　［１　負荷状態］前記アタッチメント１５のうち例えばブーム１５ｂに着目した場合、前記作業フェーズＦによって前記ブーム１５ｂに作用する負荷の状態が異なる。その結果、同じブーム１５ｂの作業動作（例えばブーム上げ動作）であっても前記作業フェーズＦによって前記操作量ＭＶと前記動作速度Ｖとの関係が変わる場合がある。前記ブーム上げ動作以外の作業動作についても同様である。従って、前記マップ生成部４１は、前記複数の作業フェーズＦにそれぞれ対応した、互いに異なる複数のマップＭを生成することが好ましい。
　［２　複合動作］前記作業フェーズＦによって互いに異なる複合動作が行われる。前記複合動作は、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作の中から選ばれる複数の動作（例えば前記ブーム上げ動作および前記アーム引き動作）が同時に行われることである。前記複合動作では、前記油圧ポンプ１９ａから吐出される作動油が前記複数の動作にそれぞれ対応する複数のアクチュエータ（この実施の形態では油圧アクチュエータ）１７に分配される。従って、同じ動作（例えばブーム上げ動作）及び同じ操作量ＭＶに対応する前記動作速度Ｖが前記作業フェーズＦによって変わる場合がある。前記動作が前記ブーム上げ動作以外の場合も同様である。また、前記複数のアクチュエータ１７が複数の電動アクチュエータである場合も、限られた電力が当該複数の電動アクチュエータに分配される。従って、前記マップ生成部４１は、前記複数の作業フェーズＦにそれぞれ対応する、互いに異なる複数のマップＭを生成することが好ましい。
　次の表１は、前記マップ生成部４１により生成される複数のマップＭであって前記複数種類の動作及び前記複数のフェーズＦにそれぞれ対応するものの具体例を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　前記マップ生成部４１は、前記一連の作業フェーズＦによりそれぞれが構成される複数のサイクルにそれぞれ対応した、互いに異なる複数のマップＭを生成することが好ましい。すなわち、前記マップ生成部４１は、前記複数のサイクルのそれぞれについて前記マップＭを生成するように構成されていることが好ましい。例えば、前記複数のサイクルのそれぞれにおいて設定される前記目標軌道Ｔが互いに異なり、これにより、前記複数のサイクルのそれぞれにおいて前記アタッチメント１５に作用する負荷の状態が互いに異なる場合がある。このことは、同じ動作（例えばブーム上げ動作）及び同じ作業フェーズＦについて前記操作量ＭＶと前記動作速度Ｖとの関係が前記サイクルごとに異なる可能性を生じさせる。これは、前記ブーム上げ動作以外の作業動作についても同様である。従って、前記マップ生成部４１は、それぞれが前記一連の作業フェーズＦにより構成される前記複数のサイクルにそれぞれ対応する、互いに異なる複数のマップＭを生成することが好ましい。
　前記アタッチメント１５に作用する負荷についての複数の状態は、前記作業フェーズＦまたは前記サイクルに起因するものに限られない。前記マップ生成部４１は、例えば、前記アタッチメント１５により捕捉される捕捉対象物の状態（例えば、質量、大きさ）によって互いに異なる複数のマップＭを生成してもよい。
　前記マップ生成部４１は、あるいは、アタッチメント１５に作用する負荷とは別の原因で前記操作量ＭＶと前記動作速度Ｖとの関係が互いに異なるような複数の状況が存在する場合に、当該複数の状況にそれぞれ対応した、互いに異なる複数のマップＭを生成してもよい。すなわち、前記マップ生成部４１は、前記複数の状況のそれぞれについて前記マップＭを生成するように構成されていることが好ましい。
　以上のようにして生成された前記マップＭに含まれる前記操作量ＭＶの最大値が予め設定された最大操作量ＭＶｍａｘよりも小さい場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、前記コントローラ３０の前記マップ補完部４３は、前記マップＭの前記操作量ＭＶの最大値が前記最大操作量ＭＶｍａｘになるように、前記マップＭを補完する（ステップＳ１４）。詳しくは以下のとおりである。
　前記マップ生成部４１は、前記マニュアル操作によって前記操作部２１に作業操作が与えられたときに前記駆動制御部１９に入力される前記操作量ＭＶと前記動作速度Ｖとに基づいてこれらの関係を特定するマップＭを生成するが（ステップＳ１１）、当該マニュアル操作において前記操作部２１に前記最大操作量ＭＶｍａｘに相当する大きさの作業操作が与えられない場合がある。例えば、図４に示されるように、前記マニュアル操作において取得される操作量（マニュアル操作量）ＭＶｍの最大値である最大取得操作量ＭＶ１が、前記最大操作量ＭＶｍａｘに満たない場合がある。この場合、前記最大取得操作量ＭＶ１よりも前記操作量ＭＶが大きい領域、つまり、前記最大取得操作量ＭＶ１に対応する動作速度である最大取得速度Ｖ１よりも動作速度Ｖが大きい領域では、前記操作量検出器２３および前記姿勢検出器２５が前記操作量ＭＶ及び前記動作速度Ｖを取得することができない。つまり、前記マニュアル操作によって生成されることが可能な既生成マップ部分Ｍ１よりも前記操作量ＭＶ１及び前記動作速度が大きい側（図４では右側及び上側）に、前記マニュアル操作によっては前記マップＭを生成するための操作量ＭＶ及び動作速度Ｖが取得されない領域、つまり非取得領域、を生じさせる。
　前記非取得領域の存在は、例えば次のような問題を生じさせる。後述する前記作業機械１０の自動運転時には、前記コントローラ３０の前記目標速度生成部５３が、前記自動運転のための目標速度Ｖｔとして前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい目標速度を生成する場合がある。例えば、図３に示す前記作業機械１０の自動運転が行われている時に、前記マニュアル操作（ステップＳ１１）が行われている時に前記アタッチメント１５に加わった負荷の最大値よりも大きい負荷が加わった場合に、前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい目標速度Ｖｔが生成される可能性がある。しかし、前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい目標速度Ｖｔに対応する操作量ＭＶ（すなわち最大取得操作量ＭＶ１よりも大きい操作量ＭＶ）は前記既生成マップ部分Ｍ１に含まれていない。つまり、前記既生成マップ部分Ｍ１は、前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい速度で前記アタッチメント１５に前記作業動作を行わせるための目標速度を提供することができない。従って、前記作業機械１０は、前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい動作速度Ｖ（例えば最大速度Ｖｍａｘ）で前記アタッチメント１５を動かす能力を有するにもかかわらず、前記既生成マップ部分Ｍ１のみでは前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい動作速度Ｖで前記アタッチメント１５に作業動作を行わせる制御を実行することができない。このことは、例えば、図３に示す目標軌道Ｔにより特定される前記制御対象部位１５ｅの位置（目標位置）に対して実際の前記制御対象部位１５ｅの位置が遅れている場合に、その遅れを回復させることを困難にする。
　このような前記非取得領域の存在による問題点を解消するには、前記マニュアル操作（ステップＳ１１）においてオペレータが前記最大操作量ＭＶｍａｘに相当する大きさの作業操作を前記操作部２１に与えればよいが、このことは次のような別の問題を生じさせる。例えば、作業計画の設定等を目的としたティーチングの結果に基づいて前記マップＭが生成される場合、オペレータは、当該ティーチングとは別に、前記最大取得操作量ＭＶ１が前記最大操作量Ｐｍａｘまで達するマップＭを生成するための特別な操作、つまり、前記ティーチングで必要とされる作業操作の最大値よりも大きな作業操作、を前記操作部２１に与える必要がある。このことは、前記オペレータの作業負担を増大させる。また、前記最大取得操作量ＭＶ１が前記最大操作量ＭＶｍａｘまで達するようなマップＭを生成するために与えられる操作、つまり、前記最大操作量ＭＶｍａｘに相当する大きさの作業操作、は、前記アタッチメント１５に前記最大速度Ｖｍａｘでの高速動作を生じさせる。このようにマニュアル操作において必要以上の動作速度で前記アタッチメント１５が作業動作をすることは、当該アタッチメント１５が周囲の物と接触しないようにオペレータが注意を払う必要を生じさせ、オペレータの作業負担を増大させる。さらに、前記最大操作量ＭＶｍａｘに相当する大きな作業操作をすることが少ない傾向にあるオペレータ（比較的低速での作業を行う傾向にあるオペレータ）には、慣れない作業操作を強いることになる。
　前記のような問題点を解消すべく、前記マップ補完部４３は、前記既生成マップ部分Ｍ１に加えて前記非取得領域に追加マップ部分Ｍ２を補うことにより、マップＭ全体を補完する。詳しくは、前記マップ補完部４３は、前記既生成マップ部分Ｍ１における前記操作量ＭＶの最大値である前記最大取得操作量ＭＶ１が予め設定された前記最大操作量ＭＶｍａｘに達していない場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）、前記追加マップ部分Ｍ２を生成してマップＭを補完する（ステップＳ１４）。つまり、前記マップ補完部４３は、マップＭに含まれる操作量ＭＶの最大値が前記最大操作量ＭＶｍａｘになるように、マップＭを補完する。一方、前記最大取得操作量ＭＶ１が前記最大操作量ＭＶｍａｘに達している場合（ステップＳ１３でＮＯ）、前記マップ補完部４３は前記マップＭの補完は行わず、よって、前記マップ生成部４１により生成されたマップＭがそのまま維持される。
　前記マップ補完部４３は、前記マップ生成部４１により複数のマップＭが生成される場合、当該複数のマップＭのそれぞれを補完することが好ましい。例えば、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作に対応して互いに異なる複数のマップＭを前記マップ生成部４１が生成した場合、前記マップ補完部４３は、前記複数種類の動作にそれぞれ対応した前記複数のマップＭのそれぞれを補完することが、好ましい。また、前記マップ生成部４１が、前記複数の作業フェーズＦのそれぞれに対応する複数のマップＭを生成した場合、前記マップ補完部４３は、前記複数の作業フェーズＦにそれぞれ対応する前記複数のマップＭのそれぞれを補完することが、好ましい。また、前記マップ生成部４１が、それぞれが一連の前記作業フェーズＦにより構成される複数のサイクルにそれぞれ対応した複数のマップＭを生成した場合、前記マップ補完部４３は、前記複数のサイクルにそれぞれ対応した前記複数のマップＭのそれぞれを補完することが、好ましい。
　前記マップ補完部４３による補完、この実施の形態では前記追加マップ部分Ｍ２の作成、の具体的な手法は限定されない。当該追加マップ部分Ｍ２は、（１）予め設定された（例えばコントローラ３０に格納された）前記最大速度Ｖｍａｘの情報に基づいて作成されたものでもよいし、（２）前記既生成マップ部分Ｍ１から推定されたものでもよい。詳しくは以下のとおりである。
　（１）最大速度Ｖｍａｘに基づく追加マップ部分Ｍ２の作成
　前記追加マップ部分Ｍ２は、前記最大操作量ＭＶｍａｘに対応する動作速度Ｖすなわち前記最大速度Ｖｍａｘの情報に基づいて作成されることが可能である。当該情報は、前記マップＭの補完が行われる前に設定された情報であって、例えば前記コントローラ３０に予め格納された情報である。
　前記最大速度Ｖｍａｘの情報は、例えば、図４に示されるようなベースマップＢＭに含まれていてもよい。前記ベースマップＢＭは、前記マップＭのベースとして予め用意されたもの、例えば前記コントローラ３０に予め格納されたもの、である。前記ベースマップＢＭは、最小操作量ＭＶｍｉｎから最大操作量ＭＶｍａｘまでの全域にわたって前記操作量ＭＶと前記動作速度Ｖとの関係を特定するものである。図４に例示される前記ベースマップＢＭは、前記関係として、一定の傾きをもつ直線で与えられる関係を特定している。当該ベースマップＢＭは、あるいは、曲線で与えられたものであってもよい。
　前記ベースマップＢＭは、前記作業機械１０の出荷前（例えば製造時）に設定されてもよいし、前記作業機械１０が新たな作業現場で作業を開始する際にオペレータなどによって設定されてもよい。あるいは、前記マップＭを生成するためのティーチングよりも前に、前記ベースマップＢＭを生成するためのティーチングが行われてもよい。
　前記マップＭと同様に、前記作業機械１０（図１参照）の様々な状態に応じて複数のベースマップＢＭが設定されてもよい。例えば、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作に対応した複数のベースマップＢＭが設定されてもよいし、前記アタッチメント１５に作用する負荷の複数の状態にそれぞれ対応する複数のベースマップＢＭが設定されてもよい。
　前記作業機械１０の複数の状態に応じて前記複数のマップＭを生成するためのティーチングが行われる場合、当該作業機械１０の状態に応じた複数のベースマップＢＭが、当該複数のマップＭのそれぞれの補完に用いられる。例えば、前記複数のマップＭのそれぞれを生成するためのティーチングが行われるときにアタッチメント１５に作用する負荷状態が検出され、前記マップ補完部４３は、前記複数のベースマップＢＭのうち検出された負荷状態に対応する（例えばこの負荷状態と同じまたは近い）ベースマップＢＭを選定してその選定したベースマップＢＭに基づいて前記マップＭを補完することが、好ましい。
　前記マップ補完部４３は、前記既生成マップ部分Ｍ１は変更することなく（例えば、ティーチング結果をそのままマップＭに反映させるように）、前記操作量ＭＶが前記最大取得操作量ＭＶ１よりも大きい領域について、前記追加マップ部分Ｍ２を生成する。具体的に、前記マップ補完部４３は、前記ベースマップＢＭの終端において特定されている前記最大操作量ＭＶｍａｘと前記最大速度Ｖｍａｘとの関係に基づいて、前記追加マップ部分Ｍ２の生成つまり前記マップＭの補完を行う。前記マップ補完部４３は、例えば、図４に示されるように、前記ベースマップＢＭにおいて特定されている前記最大速度Ｖｍａｘをそのまま補完後のマップＭの前記最大操作量ＭＶｍａｘに対応する動作速度（最大速度Ｖｍａｘ）として設定してもよいし、前記ベースマップＢＭの傾き、つまり前記動作速度Ｖに対する前記操作量ＭＶの増加率、に基づいて前記既生成マップ部分Ｍ１から前記最大操作量ＭＶｍａｘまでマップＭを延長することにより当該マップＭの補完を行ってもよい。なお、前記既生成マップ部分Ｍ１は、前記追加マップ部分Ｍ２の生成に伴って微修正されてもよい。
　前記最大操作量ＭＶｍａｘに対応する前記最大速度Ｖｍａｘの設定は、前記ベースマップＢＭに基づくものに限られない。例えば、前記最大操作量ＭＶｍａｘに対応する前記最大速度Ｖｍａｘの値のみが予め（前記マップＭの補完前に）前記コントローラ３０に格納されていてもよい。また、前記作業機械１０の複数の状態に対応して前記最大操作量ＭＶｍａｘに対応する複数の最大速度Ｖｍａｘが設定されてもよい。前記マップ補完部４３は、例えば、前記最大操作量ＭＶｍａｘに対応して用意された複数の最大速度Ｖｍａｘのうち、前記マップＭを設定するためのティーチングが行われたときに取得された前記作業機械１０の状態に応じた最大速度Ｖｍａｘを選定してその選定した最大速度Ｖｍａｘに基づいて前記マップＭを補完してもよい。
（２）既生成マップ部分Ｍ１からの推定
　前記マップ補完部４３は、前記既生成マップ部分Ｍ１から前記追加マップ部分Ｍ２を推定することにより前記マップＭを補完してもよい。例えば、前記マップ補完部４３は、前記既生成マップ部分Ｍ１を延長することにより前記追加マップ部分Ｍ２を生成してもよい。前記延長は、例えば、前記既生成マップ部分Ｍ１において前記動作速度Ｖと前記操作量ＭＶとの関係を示すグラフの終端部分の傾き、すなわち、当該終端部分における前記動作速度Ｖに対する前記操作量ＭＶの増加率、に基づくことが、可能である。前記終端部分は、前記グラフにおいて前記最大操作量ＭＶｍａｘに近い側（図４では右側）の端部である。例えば、前記終端部分の傾きは、（ａ）前記既生成マップ部分Ｍ１の終端、つまり前記最大取得速度Ｖ１に相当する部分（前記最大取得操作量ＭＶ１に相当する部分）、での傾き、（ｂ）前記既生成マップ部分Ｍ１において前記最大取得速度Ｖ１よりも所定値だけ小さい速度Ｖから当該最大取得速度Ｖ１までの領域における傾きの平均値、及び、（ｃ）前記既生成マップ部分Ｍ１において前記最大取得操作量ＭＶ１よりも所定値だけ小さい操作量ＭＶ１から前記最大取得操作量ＭＶ１までの領域における傾きの平均値、のいずれでもよい。また、前記マップ補完部４３により生成される前記追加マップ部分Ｍ２は、前記既生成マップ部分Ｍ１に基づいて設定された前記「傾き」を有する直線でもよいし、当該「傾き」に基づいて算出された線（例えば直線または曲線）であってもよい。前記追加マップ部分Ｍ２は、あるいは、前記既生成マップ部分Ｍ１全体の傾きの平均値に基づいて生成されてもよい。
　前記マップ補完部４３による前記マップＭの補完の具体的な手法は前記のものに限定されない。例えば、前記マップ補完部４３は、前記ベースマップＢＭと、前記既生成マップ部分Ｍ１のグラフの傾きと、の双方に基づいて、前記マップＭを補完してもよい。
　（Ｂ）作業機械１０の自動運転を行うための動作
　次に、前記作業機械１０の自動運転のために実行される演算制御動作を、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
　前記コントローラ３０の前記目標速度生成部５３は、前記作業計画設定部５１により設定された前記作業計画に従って前記作業機械１０が前記複数種類の動作を行うように、目標速度Ｖｔを生成する（ステップＳ２１）。詳しくは、前記目標速度生成部５３は、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作（例えばブーム上げ動作、ブーム下げ動作）にそれぞれ対応した複数の目標速度Ｖｔを生成する。前記目標速度生成部５３は、このようにして生成された目標速度を、前記操作量算出部５５に入力する（指示する）。
　前記操作量算出部５５は、前記マップ記憶部４５に格納された前記複数のマップＭのうち現在の作業機械１０の作業状況に応じたマップＭを当該マップ記憶部４５から読み出す（ステップＳ２２）。前記操作量算出部５５は、例えば、前記アタッチメント１５の前記複数種類の動作のそれぞれに対応した複数のマップＭを読み出す。その他、前記操作量算出部５５により読み出されるべきマップＭの例は、現在のアタッチメント１５の負荷状態に応じたマップＭ、現在の作業フェーズＦに応じたマップＭ、及び現在のサイクルに応じたマップＭを含む。
　前記操作量算出部５５は、前記マップ記憶部４５から読み出された前記マップＭに基づいて、前記目標速度生成部５３により生成された前記目標速度Ｖｔに対応する操作量ＭＶすなわち自動運転操作量ＭＶａを算出（決定）する（ステップＳ２３）。例えば図４に示されるマップＭによれば、前記目標速度生成部５３により生成された前記目標速度Ｖｔが前記最大取得速度Ｖ１以下である場合、前記操作量算出部５５は前記既生成マップ部分Ｍ１に基づいて前記目標速度Ｖｔに対応する操作量ＭＶを算出し、前記目標速度Ｖｔが前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい場合、前記操作量算出部５５は前記マップ補完部４３により追加された前記追加マップ部分Ｍ２に基づいて前記目標速度Ｖｔに対応する前記操作量ＭＶを算出する。
　前記操作量算出部５５は、このようにして決定された前記操作量ＭＶ（この実施の形態ではパイロット圧）を得るための操作量指令信号を生成して図示されない前記電磁弁に入力する（ステップＳ２４）。当該電磁弁は、前記操作量指令信号に対応して前記パイロット圧が前記駆動制御部１９に入力されるのを許容するように開弁する。前記駆動制御部１９は、入力された前記パイロット圧すなわち前記操作量ＭＶ（自動運転操作量ＭＶａ）に基づいて、前記複数のアクチュエータ１７のうち前記操作量ＭＶに対応するアクチュエータ１７の動きを変化させる。このようにして、前記目標速度生成部５３により生成された前記目標速度Ｖｔに基づく前記作業機械１０の自動運転が実行される。前記アクチュエータ１７が電動アクチュエータである場合、前記操作量算出部５５から前記操作量ＭＶに相当する電気信号（指令信号）が前記電動アクチュエータに直接入力されてもよいし、当該電動アクチュエータの動きを制御する回路に入力されてもよい。
　前記マップ補完部４３による前記マップＭの補完は、前記自動運転における前記目標速度Ｖｔへの動作速度Ｖの追従性を高めることを可能にする。例えば、前記アタッチメント１５に作用する負荷が大きいために前記制御対象部位１５ｅの目標速度Ｖｔよりも実際の制御対象部位１５ｅの動作速度Ｖが低く、当該制御対象部位１５ｅのある時点での目標位置に対して実際の制御対象部位１５ｅの位置がずれる（遅れる）場合を想定する。この場合において、前記目標速度生成部５３は、前記遅れを挽回するような高い目標速度Ｖｔを生成するが、当該目標速度Ｖｔが図４に示される前記最大取得速度Ｖ１よりも大きい場合、前記既生成マップ部分Ｍ１のみでは前記操作量算出部５５が前記目標速度Ｖｔに対応する操作量ＭＶを算出することができない。つまり、前記マップ補完部４３による前記マップＭの補完がない場合、前記操作量算出部５５は前記最大取得速度Ｖ１を超える目標速度Ｖｔに対応する操作量ＭＶを算定することができない。これに対し、前記マップ補完部４３による前記マップＭの補完すなわち前記追加マップ部分Ｍ２の追加は、前記目標速度Ｖｔが前記最大取得速度（例えば作業計画がティーチングされたときの速度Ｖの最大値）Ｖ１より大きい場合でも、前記追加マップ部分Ｍ２に基づいて前記操作量算出部５５が前記目標速度Ｖｔ（＞Ｖ１）に対応する操作量ＭＶを算定することを可能にし、これにより、前記制御対象部位１５ｅの速度Ｖおよび位置の遅れが迅速に挽回されることを可能にする。
　上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、上記実施形態の図２に示す各構成要素の接続は変更されてもよい。例えば、図５および図６に示すフローチャートのステップの順序が変更されてもよく、ステップの一部が行われなくてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、構成要素どうしの固定や連結などは、直接的でも間接的でもよい。例えば、互いに異なる複数の部材や部分として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい。例えば、一つの部材や部分として説明したものが、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。例えば、各構成要素は、各特徴（作用機能、配置、形状、作動など）の一部のみを有してもよい。
　以上のように、作業機械の自動運転を行うためのシステムであって、前記作業機械の作業装置の動作の速度をより早く目標速度に追従させることができるシステムが、提供される。前記システムは、機械本体と、作業装置と、操作部と、駆動装置と、を含む作業機械の自動運転を行うためのシステムである。前記システムは、操作量検出器と、速度情報取得器と、マップ生成部と、マップ補完部と、目標速度生成部５３と、操作量入力部と、を備える。前記作業装置は、作業動作を行うことが可能となるように前記機械本体に取り付けられる。前記駆動装置は、当該駆動装置に操作量が入力されることを許容し、当該操作量に応じて前記作業装置に前記作業動作を行わせる。前記操作部は、前記作業装置を動かすための作業操作が当該操作部に与えられることを許容し、前記作業操作に対応した操作量を前記駆動装置に入力する。前記操作量検出器は、前記操作部から前記駆動装置に入力される前記操作量を検出する。前記速度情報取得器は、前記作業装置の前記作業動作の速度である動作速度についての速度情報を取得する。前記マップ生成部は、前記操作量検出器により検出される前記操作量と前記速度情報取得器により取得される前記速度情報とに基づいてマップを生成する。前記マップは、前記操作量と前記動作速度との関係を特定する。前記マップ補完部は、前記マップ生成部により生成された前記マップに含まれる前記操作量の最大値が予め設定された最大操作量よりも小さい場合に、前記マップの前記操作量の最大値が前記最大操作量になるように前記マップを補完する。前記目標速度生成部は、前記作業機械の自動運転のための前記動作速度の目標値である目標速度を生成する。前記操作量入力部は、前記目標速度生成部により生成された前記目標速度と、前記マップ補完部により補完された前記マップと、に基づいて、前記作業装置に前記目標速度で前記作業動作を行わせるための前記操作量を生成して前記駆動装置に入力する。
　前記マップ補完部は、前記マップ生成部により生成される前記マップに含まれる操作量の最大値よりも大きい目標速度が前記目標速度生成部により生成された場合でも、前記操作量入力部が前記補完後のマップに基づいて前記目標速度に対応する操作量を生成して駆動装置に入力することを可能にする。このことは、前記自動運転において前記作業装置の実際の動作速度が前記目標速度より低い場合にこれによる遅れを挽回する制御を行うことを可能にし、これにより、前記作業装置の動作速度の前記目標速度への追従性が向上することを可能にする。
　前記マップ補完部は、前記最大操作量に対応する前記動作速度について予め設定された情報に基づいて、前記マップを補完するように構成されていることが、好ましい。このことは、簡素な演算により前記マップを補完することを可能にする。
　前記マップ補完部は、前記マップ生成部により生成された前記マップにおける前記動作速度と前記操作量との関係を示すグラフの傾きに基づいて前記マップを補完するように構成されていることが、好ましい。当該マップ補完部は、前記マップ生成部により既に生成されているマップ部分以外の特別な情報を要することなく、前記マップを補完することができる。
　前記作業装置が前記作業動作として複数種類の動作を行うことができる場合、前記マップ生成部は、前記複数種類の動作のそれぞれについて前記マップを生成するように構成され、前記マップ補完部は、前記複数種類の動作のそれぞれについて生成された前記マップを補完するように構成されていることが、好ましい。
　このように、前記作業装置の前記複数種類の動作にそれぞれ対応するマップを生成して補完することは、前記作業装置の動作速度の目標速度への追従性をさらに向上させることを可能にする。
　当該自動運転システムは、例えば、前記機械本体が下部走行体と当該下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体とを含み、前記作業装置が、上部旋回体に起伏可能に取付けられるブームと、前記ブームに上下方向に回動可能に連結されるアームと、前記アームに上下方向に回動可能に連結される先端アタッチメントと、を含む作業機械に適用されることが、可能である。この場合、前記複数種類の動作は、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回動作、前記上部旋回体に対する前記ブームの起伏動作、前記ブームに対する前記アームの回動、および前記アームに対する前記先端アタッチメントの回動を含む。
　前記マップ生成部は、前記作業機械の互いに異なる複数の作業状況のそれぞれについて前記マップを生成するように構成され、前記マップ補完部は、前記複数の作業状況のそれぞれについて生成された前記マップを補完するように構成されていることが、好ましい。このことは、前記作業機械の複数の作業状況のそれぞれにおいて前記作業装置の動作速度の目標速度への追従性を向上させることを可能にする。

Claims (6)

  1. 　機械本体と、作業動作を行うことが可能となるように前記機械本体に取り付けられた作業装置と、駆動装置と、操作部と、を備え、前記駆動装置は、当該駆動装置に操作量が入力されることを許容し、当該操作量に応じて前記作業装置に前記作業動作を行わせ、前記操作部は、当該操作部に前記作業装置を動かすための作業操作が与えられることを許容し、前記作業操作に対応した操作量を前記駆動装置に入力する作業機械の自動運転を行うための自動運転システムであって、
    　前記操作部から前記駆動装置に入力される前記操作量を検出する操作量検出器と、
    　前記作業装置の前記作業動作の速度である動作速度についての速度情報を取得する速度情報取得器と、
    　前記速度情報取得器により取得される前記速度情報と前記操作量検出器により検出される前記操作量との関係を特定するマップを生成するマップ生成部と、
    　前記マップ生成部により生成された前記マップに含まれる前記操作量の最大値が予め設定された最大操作量よりも小さい場合に、前記マップの前記操作量の最大値が前記最大操作量になるように前記マップを補完するマップ補完部と、
    　前記作業機械の前記自動運転のための前記作業装置の前記動作速度の目標値である目標速度を生成する目標速度生成部と、
    　前記目標速度生成部により生成された前記目標速度と、前記マップ補完部により補完された前記マップと、に基づいて、前記作業装置に前記目標速度で前記作業動作を行わせるための前記操作量を生成して前記駆動装置に入力する操作量入力部と、を備える、自動運転システム。
  2. 　請求項１に記載の自動運転システムであって、前記マップ補完部は、前記最大操作量に対応する前記動作速度について予め設定された情報に基づいて前記マップを補完するように構成されている、自動運転システム。
  3. 　請求項１または２に記載の操作量算出システムであって、前記マップ補完部は、前記マップ生成部により生成された前記マップにおける前記動作速度と前記操作量との関係を示すグラフの傾きに基づいて前記マップを補完するように構成されている、自動運転システム。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の自動運転システムであって、前記作業装置は、前記作業動作として複数種類の動作を行うことが可能であり、前記マップ生成部は、前記複数種類の動作のそれぞれについて前記マップを生成するように構成され、前記マップ補完部は、前記複数種類の動作のそれぞれについて生成された前記マップを補完するように構成されている、自動運転システム。
  5. 　請求項４に記載の自動運転システムであって、前記機械本体は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、を含み、前記作業装置は、前記上部旋回体に起伏可能に取り付けられたブームと、前記ブームに上下方向に回動可能に連結されたアームと、前記アームに上下方向に回動可能に連結された先端アタッチメントと、を含み、前記複数種類の動作は、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回動作、前記上部旋回体に対する前記ブームの起伏動作、前記ブームに対する前記アームの回動、および前記アームに対する前記先端アタッチメントの回動を含む、自動運転システム。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の自動運転システムであって、前記マップ生成部は、前記作業機械の複数の作業状況のそれぞれについて前記マップを生成するように構成され、前記マップ補完部は、前記作業機械の前記複数の作業状況のそれぞれについて生成された前記マップを補完するように構成されている、自動運転システム。
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