JP2004145386A - 作業車両の誘導システム - Google Patents
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Abstract
【課題】作業車両の待機時間を最小にすることによって、生産性を維持しつつ、作業コストを低減する。
【解決手段】位置計測部２１は、作業車両２の位置Ｐを計測する。待機時間演算部５１は、各作業車両２で計測された位置Ｐのうち、停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆと、１台の作業車両２が停止を要する時間Ｔ１と、停止する作業車両２ｆの台数Ｎと、停止する作業車両２ｆの後方を走行する作業車両２ｂの位置Ｐｂと、走行する作業車両２ｂの目標速度Ｓｓと、に基づき、待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗ＞０の場合は、待機が発生すると予測される。この場合、速度演算部５２は、待機時間ｔｗを最小にすべく作業車両２ｂの減速速度Ｓｌを演算する。車両制御部２８は、減速速度Ｓｌの指令に基づき、作業車両２ｂの速度を制御する。
【選択図】 図３
【解決手段】位置計測部２１は、作業車両２の位置Ｐを計測する。待機時間演算部５１は、各作業車両２で計測された位置Ｐのうち、停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆと、１台の作業車両２が停止を要する時間Ｔ１と、停止する作業車両２ｆの台数Ｎと、停止する作業車両２ｆの後方を走行する作業車両２ｂの位置Ｐｂと、走行する作業車両２ｂの目標速度Ｓｓと、に基づき、待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗ＞０の場合は、待機が発生すると予測される。この場合、速度演算部５２は、待機時間ｔｗを最小にすべく作業車両２ｂの減速速度Ｓｌを演算する。車両制御部２８は、減速速度Ｓｌの指令に基づき、作業車両２ｂの速度を制御する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導する作業車両の誘導システムに関し、特に後方車両が現行速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を予測するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉱山などの作業領域では、土砂の運搬はダンプ等の作業車両によって行われる。作業車両は土砂の積み込み領域と排土領域との間を往復し、土砂の積み込み及び排土を繰り返す。このような作業システムに関して、例えば、下記特許文献１には、土砂の積み込み領域と排土領域との間に予め設けられた走行路に沿って各作業車両を誘導走行させる作業車両の誘導システムが記載されている。
【０００３】
ここで、作業車両の誘導システムの大要について説明する。図１は作業車両の誘導システムの一例を示す外観図である。作業領域１には積み込み領域１１と排土領域１２が設けられ、積み込み領域１１と排土領域１２との間には走行路１３が設けられている。作業領域１には複数の作業車両２が配備され、各作業車両２には予め走行路１３が教示される。なお、作業車両２は主として無人車両であるが、有人車両が含まれる場合もある。
【０００４】
各作業車両２はＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）又はその他の位置計測法で自己の位置を計測しており、自己の位置データと教示によって記憶した走行路１３の位置データとを比較しつつ、自己が走行路１３に沿って走行するように操舵する。こうして各作業車両２は順次走行する。なお、以下では説明の便宜のために、順次走行する作業車両２の相対関係をいう場合、前方の作業車両２を２ｆとし、後方の作業車両２を２ｂということにする。
【０００５】
各作業車両２で取得された位置データや速度データは管制局４に送信される。管制局４では本システムの運行が集中管理されており、各作業車両２との間で通信が行われる。管制局４は、各作業車両２から送信された位置データや速度データ等を受信し、また各作業車両２に制御を指示する指示データを送信する。指示データを受信した作業車両２は、その指示内容に従い自己の制御を行う。
【０００６】
例えば、下記特許文献１では、走行路１３がセグメントに分割されており、前方の作業車両２ｆと後方の作業車両２ｂとの間のセグメント数が設定数以下となった場合に干渉の虞があるものとし、管制局４は、後方の作業車両２ｂに対して停止・減速を指示する指示データを送信する。指示データを受信した作業車両２は、自己の停止・減速を行う。
【０００７】
積み込み領域１１に到達した作業車両２は、必ず停止位置１１ｂで一旦停止する。そして、油圧ショベル等の積み込み車両５からの入場指令を受信した後に積み込み位置１１ａに移動する。土砂の積み込みが終了した作業車両２は、走行路１３に沿って排土領域１２に向かって走行する。排土領域１２にも排土位置１２ａ及び停止位置１２ｂが設けられている。各作業車両２はこの停止位置１１ｂ、１２ｂを目標として走行する。積み込み位置１１ａ、排土位置１２ａは作業の進行に伴い移動する。
【０００８】
以上が作業車両の誘導システムの大要である。現状のシステムにおいては、生産性、安全性、コスト（燃費やタイヤの摩耗量等）を考慮し、作業車両２の配備台数や速度等が最適化される。最適化されたシステムでは、各作業車両２は目標速度Ｓｓで速度制御し走行すると共に、停止位置１１ｂ、１２ｂまで停止することなく走行する。
【０００９】
【特許文献１】
国際公開第９８／３７４６８号パンフレット
【発明が解決しようとする課題】
積み込み領域１１や排土領域１２では作業が遅延する場合がある。すると、図２（ａ）に示すように、前方の作業車両２ｆが停止位置１１ｂ、１２ｂに停止しているため、後方を走行する作業車両２ｂは積み込み領域１１又は排土領域１２に到達すると、停止位置１１ｂ、１２ｂの手前で不測の停止を余儀なくされる。また、落石等の撤去作業のために作業車両２ｆが走行路１３を一時的に閉鎖する場合がある。すると、図２（ａ）に示すように、後方の作業車両２ｂは作業車両２ｆの手前で不測の停止を余儀なくされる。
【００１０】
このような場合に、従来のシステムでは、後方の作業車両２ｂは、目標速度Ｓｓで走行し続け、停止した作業車両２ｆに接近した時点で停止する。そして、停止した作業車両２ｆが再走行するまで後方の作業車両２ｂは停止状態で待機する。特許文献１の技術によれば、後方の作業車両２ｂは、目標速度Ｓｓで走行し続け、停止した作業車両２ｆとの間のセグメント数が第１の設定数以下となった時点で減速し、停止した作業車両２ｆとの間のセグメント数が第２の設定数以下となった時点で停止する。
【００１１】
ところで、作業車両２が走行する際、速度の上昇に伴いタイヤの摩耗量は増加することが知られている。逆にいうと、より低速で走行することによってタイヤの摩耗量は減少するといえる。しかし、低速で走行することによって時間当たりの走行距離は減少するため、生産性は低下する。
【００１２】
このようなことから、生産性とタイヤの摩耗量を考慮して作業車両２の目標速度Ｓｓは最適化されているが、作業車両２ｂが目標速度Ｓｓで速度制御し、停止した作業車両２ｆに追いつこうが、減速した速度Ｓｌ（＜Ｓｓ）で走行し、停止した作業車両２ｆに追いつこうが、生産性の面では同等である。むしろ、目標速度Ｓｓで速度制御し、停止状態で待機することは、タイヤを無駄に消耗させるといえる。
【００１３】
作業車両２のタイヤは非常に高額であり、タイヤの摩耗量の増加は作業コストの上昇を招く。したがって、作業コストを低減するためには、タイヤの摩耗を抑制する必要がある。
【００１４】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、作業車両の待機時間を最小にすることによって、生産性を維持しつつ、作業コストを低減することを解決課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
第１発明は、
走行路上の作業車両の位置情報と、速度情報と、停止を要する停止時間情報とに基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方で停止する作業車両に追いつくと予測される場合に、停止する作業車両の後方で後方車両が待機する待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
第２発明は、
設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導走行させる作業車両の誘導システムにおいて、
作業車両の位置を計測する車両位置計測手段と、
走行路上で停止する停止車両の位置と、停止車両が停止を要する停止時間と、停止車両の台数と、停止車両の後方を走行する後方車両の位置と、後方車両の速度と、に基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
第１、第２発明を図３を参照し説明する。
【００１８】
位置計測部２１（車両位置計測手段）は、作業車両２の位置Ｐを計測する。位置Ｐのデータは待機時間演算部５１（待機時間演算手段）に出力される。
【００１９】
待機時間演算部５１（待機時間演算手段）は、各作業車両２で計測された位置Ｐのうち、停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆと、１台の作業車両２が停止を要する時間Ｔ１と、停止する作業車両２ｆの台数Ｎと、停止する作業車両２ｆの後方を走行する作業車両２ｂの位置Ｐｂと、走行する作業車両２ｂの目標速度Ｓｓと、に基づき、待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗ＞０の場合は、待機が発生すると予測され、待機時間ｔｗのデータが速度演算部５２（速度演算手段）に出力される。なお、待機時間ｔｗとは、作業車両２ｆの停止に伴い、後方を走行する作業車両２ｂが作業車両２ｆの後方で不測の停止をする場合に、後方の作業車両２ｂが停止してから前方の作業車両２ｆが再走行するまでの時間のことをいう。
【００２０】
速度演算部５２（速度演算手段）は、待機時間ｔｗを最小にすべく作業車両２ｂの減速速度Ｓｌを演算する。減速速度Ｓｌは指令データとして車両制御部２８（速度制御手段）に出力される。
【００２１】
車両制御部２８（速度制御手段）は、減速速度Ｓｌの指令に基づき、作業車両２ｂの速度を制御する。
【００２２】
本発明によれば、生産性に影響が出ない範囲で作業車両２の速度を減速させることができ、待機時間を最小にすることができる。すると、タイヤの摩耗が抑制され、作業コストが低減する。また、高速走行よりも低速走行の方が作業車両２に対する負担が低減するため、マシンライフが向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係る作業車両の誘導システムの実施形態について説明する。
【００２４】
なお、本実施形態では作業車両として主に無人ダンプトラックを想定しているが、本発明はダンプトラック以外の車両、例えば、ホイルローダや油圧ショベル等にも適用可能である。
【００２５】
作業車両の誘導システムの大要については図１を用いて既に説明した通りである。
【００２６】
図３は第１の実施形態の機能ブロック図である。
【００２７】
作業車両２には、位置計測部２１と、速度計測部２２と、通信部２３と、記憶部２６と、処理部２７と、車両制御部２８が設けられている。
【００２８】
位置計測部２１は、一定間隔（例えば、５００ｍｓｅｃ）をもってＧＰＳ衛星との間で通信を行い、作業車両２（自己）の位置Ｐを計測する。他の方法、例えばジャイロとタイヤの回転数を使用して位置Ｐを計測するようにしてもよい。計測された作業車両２の位置Ｐは位置データとして出力される。
【００２９】
速度計測部２２は、作業車両２（自己）の速度Ｓを計測する。計測された作業車両２の速度Ｓは速度データとして出力される。
【００３０】
通信部２３は、管制局間通信部２４と車両間通信部２５とからなる。管制局間通信部２４は、管制局４に設けられた通信部４１との間で通信を行う。車両間通信部２５は、他の作業車両２に設けられた車両間通信部２５との間で通信を行う。例えば、通信部２３は、位置計測部２１から出力された位置データ及び速度計測部２２から出力された速度データを送信し、他の作業車両２の位置データや速度データ、その他データを受信する。
【００３１】
記憶部２６は、教示された走行路１３の位置データ及び目標速度Ｓｓの速度データを記憶する。走行路１３は次のようにして記憶される。走行路１３に沿ってオペレータが所定車両を走行させ、この所定車両の軌跡が位置データとして管制局４に送信され、この位置データが管制局４から各作業車両２の管制局間通信部２４に送信され、記憶部２６に記憶される。
【００３２】
処理部２７は、各構成部間のデータの授受を行うと共に、他の構成部から出力された種々のデータに基づいて車両の制御指令を生成し、車両制御部２８に出力する。例えば、位置計測部２１から出力された位置データと記憶部２６に記憶された走行路１３の位置データとを比較し、作業車両２が走行路１３に沿って走行するよう車両制御部２８に操舵制御指令を出力する。また速度計測部２２で計測された速度Ｓと記憶に記憶された目標速度Ｓｓとを比較し、作業車両が目標速度Ｓｓで走行するように車両制御部２８に減速、加速の速度制御指令を出力する。
【００３３】
車両制御部２８は、制御指令に基づいて速度制御や操舵制御等の走行制御を行う。
【００３４】
管制局４には、通信部４１と、待機時間演算部５１と、速度演算部５２とが設けられている。
【００３５】
通信部４１は、各作業車両２に設けられた管制局間通信部２４との間で通信を行う。
【００３６】
待機時間演算部５１は、作業車両２に生じる待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗとは、作業車両２が走行路１３の途中で不測の停止をすることが予測される場合に、この作業車両２が再走行するまでの時間のことをいう。また、待機時間演算部５１は待機時間ｔｗを演算するために、作業車両１台あたりの通常の積み込み時間Ｔ１を記憶する。ここで行われる処理内容については後述する。
【００３７】
待機時間演算部５１は、作業車両２に生じる待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗとは、作業車両２ｆの停止に伴い、後方を走行する作業車両２ｂが作業車両２ｆの後方で不測の停止をする場合に、後方の作業車両２ｂが停止してから前方の作業車両２ｆが再走行するまでの時間のことをいう。また、待機時間演算部５１は待機時間ｔｗを演算するために、作業車両１台あたりの通常の積み込み時間Ｔ１を記憶する。ここで行われる処理内容については後述する。
【００３８】
速度演算部５２は、演算された待機時間ｔｗを最小（望ましくはゼロ）にするために、作業車両２ｂの減速速度Ｓｌを演算する。減速速度Ｓｌは一定値であってもよいし、段階的に減少する値であってもよい。
【００３９】
図４は本発明の処理フローである。
【００４０】
まず最初に、図２（ａ）で示したように、積み込み作業が遅延する場合の処理について説明する。なお、排土作業が遅延する場合も実質的に同一の処理が行われる。
【００４１】
各作業車両２の位置計測部２１では自己の位置Ｐ及び速度Ｓが計測される（ステップ４１）。位置Ｐ、速度Ｓは位置データ、速度データとして管制局間通信部２４から送信され、管制局４の通信部４１で受信される。各作業車両２から送信された位置データ、速度データが通信部４１から待機時間演算部５１に出力されると、待機時間演算部５１で待機時間ｔｗの演算が行われる（ステップ４２）。
【００４２】
ここで待機時間ｔｗの演算方法を説明するが、説明の便宜上、下記演算式で使用する各パラメータをつぎのように定義する。
【００４３】
・作業車両１台あたりの通常の積み込み時間Ｔ１：積み込み時間Ｔ１
・停止する作業車両２ｆの台数Ｎ：停止台数Ｎ
・停止する作業車両２ｆのうち最後尾で停止する作業車両２ｆが再走行するまでに要する時間ｔ１：再走行時間ｔ１
・停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆ（但し、（停止台数Ｎ）≧２の場合は、最後尾で停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆ）：位置Ｐｆ
・走行する作業車両２ｂの位置Ｐｂ：位置Ｐｂ
・作業車両２ｆ、２ｂ間の距離ｄ：距離ｄ
・走行する作業車両２ｂが停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆに到達するまでに要する到達時間ｔ２：到達時間ｔ２
なお、積み込み時間Ｔ１は待機時間演算部５１に予め与えられた値であり、位置Ｐｆ、Ｐｂは各作業車両２から送信される位置データから得られる値である。また、停止台数Ｎは各作業車両２から送信される速度データ（Ｓ＝０）から判定される値である。
【００４４】
待機時間演算部５１では、
１．（積み込み時間Ｔ１）×（停止台数Ｎ）＝（再走行時間ｔ１）が演算され、
２．（位置Ｐｆ）と（位置Ｐｂ）とから（距離ｄ）が演算され、
３．（距離ｄ）／（目標速度Ｓｓ）＝（到達時間ｔ２）が演算され、
４．（再走行時間ｔ１）−（到達時間ｔ２）＝（待機時間ｔｗ）が演算される。
【００４５】
（待機時間ｔｗ）＞０の場合は作業車両２ｂの待機が発生すると予測され、作業車両２ｂの減速速度Ｓｌの演算が行われる（ステップ４３の判断ＹＥＳ）。（待機時間ｔｗ）≦０の場合は作業車両２ｂの待機が発生しないと予測され、現行の目標速度Ｓｓにて作業車両２の速度制御が行われる（ステップ４３の判断ＮＯ、ステップ４４）。
【００４６】
作業車両２ｂの待機が予測される場合は、速度演算部５２で減速速度Ｓｌの演算が行われる。例えば、
（距離ｄ）／（到達時間ｔ２）＝（減速速度Ｓｌ）（＜目標速度Ｓｓ）
が演算される。これによって得られる減速速度Ｓｌは一定値である。なお、減速速度Ｓｌは段階的に減少する値であってもよい（ステップ４５）。
【００４７】
速度演算部５２で演算された減速速度Ｓｌは速度制御データとして通信部４１に出力され、通信部４１から待機が予測される作業車両２ｂの管制局間通信部２４に送信され、処理部２７に出力される。処理部２７では減速速度Ｓｌに応じた速度制御指令が生成され車両制御部２８に出力される。そして、車両制御部２８によって作業車両２ｂは速度制御され、減速速度Ｓｌにされる（ステップ４６）。
【００４８】
なお、積み込み位置１１ａで土砂を積み込まれている作業車両２が、管制局４に自己の積載量を送信するようにしてもよい。この場合、作業車両２の土砂の積み込み終了までの時間Ｔ１′が予測演算できる。したがって、この時間Ｔ１′を再走行時間ｔ１に加算することにより、より正確な待機時間ｔｗを演算可能になる。
【００４９】
つぎに、図２（ｂ）で示したような、落石等の撤去作業のために作業車両２ｆが走行路１３を一時的に閉鎖する場合の処理について説明する。
【００５０】
処理手順は図４に示す処理フローと同じであるが、待機時間の演算（ステップ４２）のみに異なる点があるため、待機時間の演算方法のみを説明する。
【００５１】
説明の便宜上、下記演算式で使用する各パラメータを上記定義とともに、つぎのように定義する。
【００５２】
・走行路１３を閉鎖する時間Ｔ２：閉鎖時間Ｔ２
・作業車両２ｆの後方で停止した作業車両２において、前方の作業車両２ｆの再走行と後方の作業車両２ｂの再走行との間に設けられる時間間隔Ｔ３：時間間隔Ｔ３なお、閉鎖時間Ｔ２及び時間間隔Ｔ３は予め与えらる値であってもよいし、障害物の撤去を行う作業員が作業の状況に応じて管制局４に送信する値であってもよい。
【００５３】
待機時間演算部５１では、
１．（閉鎖時間Ｔ２）＋｛（時間間隔Ｔ３）×（停止台数Ｎ−１）｝＝（再走行時間ｔ１）が演算され、
２．（位置Ｐｆ）と（位置Ｐｂ）とから（距離ｄ）が演算され、
３．（距離ｄ）／（目標速度Ｓｓ）＝（到達時間ｔ２）が演算され、
４．（再走行時間ｔ１）−（到達時間ｔ２）＝（待機時間ｔｗ）が演算される。
【００５４】
このようにして演算された待機時間ｔｗに基づき、待機の予測及び速度制御等が行われる。その手順は上述した説明と同じであるため、ここでは省略する。
【００５５】
ところで、第１の実施形態では待機時間演算部５１及び速度演算部５２が管制局４に設けられている。しかし、これらの機能を作業車両２に設けることも可能である。
【００５６】
図５は他の実施形態の機能ブロック図である。
【００５７】
本実施形態では作業車両２に速度演算部５２が設けられている。つまり、管制局４の待機時間演算部５１で待機時間ｔｗが演算され、通信部４１から待機時間データが送信される。このデータは作業車両２の管制局間通信部２４で受信され、速度演算部５２に出力される。速度演算部５２で演算された減速速度Ｓｌのデータは処理部２７に出力される。処理部２７では減速速度Ｓｌに応じた速度制御指令が生成され車両制御部２８に出力される。そして、車両制御部２８によって作業車両２ｂは速度制御され、減速速度Ｓｌにされる。
【００５８】
図６は図５と異なる他の実施形態の機能ブロック図である。
【００５９】
本実施形態では作業車両２に待機時間演算部５１及び速度演算部５２が設けられている。つまり、管制局４の通信部４１から各作業車両２の位置データ及び速度データが送信される。各データは作業車両２の管制局間通信部２４で受信され、待機時間演算部５１に出力される。待機時間演算部５１で待機時間ｔｗが演算されると、待機時間データが速度演算部５２に出力される。速度演算部５２で演算された減速速度Ｓｌのデータは処理部２７に出力される。処理部２７では減速速度Ｓｌに応じた速度制御指令が生成され車両制御部２８に出力される。そして、車両制御部２８によって作業車両２ｂは速度制御され、速度Ｓが減速速度Ｓｌにされる。
【００６０】
なお、各実施形態では作業車両２の管制局間通信部２４と管制局４の通信部４１との間の通信によって各データを交換するようにしているが、管制局４を介さずに各作業車両２の車両間通信部２５間の通信によって各データを交換することも可能である。
【００６１】
また、各実施形態では無人の作業車両を想定しているが、本発明は有人の作業車両にも適用可能である。通常、有人の作業車両はオペレータによって速度制御されている。したがって、演算した待機時間ｔｗをディスプレイ等の表示装置に表示するようにし、表示を見たオペレータが自身の判断で速度制御するようにしてもよい。あるいは、演算した減速速度Ｓｌをディスプレイ等の表示装置に表示するようにし、表示を見たオペレータが減速速度Ｓｌにするように速度制御するようにしてもよい。
【００６２】
本発明によれば、生産性に影響が出ない範囲で作業車両２の速度を減速させることができ、待機時間を最小にすることができる。すると、タイヤの摩耗が抑制され、作業コストが低減する。また、高速走行よりも低速走行の方が作業車両２に対する負担が低減するため、マシンライフが向上する。
【００６３】
また、タイヤの摩耗と燃費とを考慮して、減速速度Ｓｌを最適化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は作業車両の誘導システムを示す外観図である。
【図２】図２は作業車両が不測の停止をする状況を示す図である。
【図３】図３は第１の実施形態の機能ブロック図である。
【図４】図４は本発明の処理フローである。
【図５】図５は他の実施形態の機能ブロック図である。
【図６】図６は他の実施形態の機能ブロック図である。
【符号の説明】
２ 作業車両
４ 管制局
１３ 走行路
２１ 位置計測部
２２ 速度計測部
２３ 通信部
２４ 管制局間通信部
２５ 車両間通信部
２６ 記憶部
２７ 処理部
２８ 車両制御部
４１ 通信部
５１ 待機時間演算部
５２ 速度演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導する作業車両の誘導システムに関し、特に後方車両が現行速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を予測するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉱山などの作業領域では、土砂の運搬はダンプ等の作業車両によって行われる。作業車両は土砂の積み込み領域と排土領域との間を往復し、土砂の積み込み及び排土を繰り返す。このような作業システムに関して、例えば、下記特許文献１には、土砂の積み込み領域と排土領域との間に予め設けられた走行路に沿って各作業車両を誘導走行させる作業車両の誘導システムが記載されている。
【０００３】
ここで、作業車両の誘導システムの大要について説明する。図１は作業車両の誘導システムの一例を示す外観図である。作業領域１には積み込み領域１１と排土領域１２が設けられ、積み込み領域１１と排土領域１２との間には走行路１３が設けられている。作業領域１には複数の作業車両２が配備され、各作業車両２には予め走行路１３が教示される。なお、作業車両２は主として無人車両であるが、有人車両が含まれる場合もある。
【０００４】
各作業車両２はＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）又はその他の位置計測法で自己の位置を計測しており、自己の位置データと教示によって記憶した走行路１３の位置データとを比較しつつ、自己が走行路１３に沿って走行するように操舵する。こうして各作業車両２は順次走行する。なお、以下では説明の便宜のために、順次走行する作業車両２の相対関係をいう場合、前方の作業車両２を２ｆとし、後方の作業車両２を２ｂということにする。
【０００５】
各作業車両２で取得された位置データや速度データは管制局４に送信される。管制局４では本システムの運行が集中管理されており、各作業車両２との間で通信が行われる。管制局４は、各作業車両２から送信された位置データや速度データ等を受信し、また各作業車両２に制御を指示する指示データを送信する。指示データを受信した作業車両２は、その指示内容に従い自己の制御を行う。
【０００６】
例えば、下記特許文献１では、走行路１３がセグメントに分割されており、前方の作業車両２ｆと後方の作業車両２ｂとの間のセグメント数が設定数以下となった場合に干渉の虞があるものとし、管制局４は、後方の作業車両２ｂに対して停止・減速を指示する指示データを送信する。指示データを受信した作業車両２は、自己の停止・減速を行う。
【０００７】
積み込み領域１１に到達した作業車両２は、必ず停止位置１１ｂで一旦停止する。そして、油圧ショベル等の積み込み車両５からの入場指令を受信した後に積み込み位置１１ａに移動する。土砂の積み込みが終了した作業車両２は、走行路１３に沿って排土領域１２に向かって走行する。排土領域１２にも排土位置１２ａ及び停止位置１２ｂが設けられている。各作業車両２はこの停止位置１１ｂ、１２ｂを目標として走行する。積み込み位置１１ａ、排土位置１２ａは作業の進行に伴い移動する。
【０００８】
以上が作業車両の誘導システムの大要である。現状のシステムにおいては、生産性、安全性、コスト（燃費やタイヤの摩耗量等）を考慮し、作業車両２の配備台数や速度等が最適化される。最適化されたシステムでは、各作業車両２は目標速度Ｓｓで速度制御し走行すると共に、停止位置１１ｂ、１２ｂまで停止することなく走行する。
【０００９】
【特許文献１】
国際公開第９８／３７４６８号パンフレット
【発明が解決しようとする課題】
積み込み領域１１や排土領域１２では作業が遅延する場合がある。すると、図２（ａ）に示すように、前方の作業車両２ｆが停止位置１１ｂ、１２ｂに停止しているため、後方を走行する作業車両２ｂは積み込み領域１１又は排土領域１２に到達すると、停止位置１１ｂ、１２ｂの手前で不測の停止を余儀なくされる。また、落石等の撤去作業のために作業車両２ｆが走行路１３を一時的に閉鎖する場合がある。すると、図２（ａ）に示すように、後方の作業車両２ｂは作業車両２ｆの手前で不測の停止を余儀なくされる。
【００１０】
このような場合に、従来のシステムでは、後方の作業車両２ｂは、目標速度Ｓｓで走行し続け、停止した作業車両２ｆに接近した時点で停止する。そして、停止した作業車両２ｆが再走行するまで後方の作業車両２ｂは停止状態で待機する。特許文献１の技術によれば、後方の作業車両２ｂは、目標速度Ｓｓで走行し続け、停止した作業車両２ｆとの間のセグメント数が第１の設定数以下となった時点で減速し、停止した作業車両２ｆとの間のセグメント数が第２の設定数以下となった時点で停止する。
【００１１】
ところで、作業車両２が走行する際、速度の上昇に伴いタイヤの摩耗量は増加することが知られている。逆にいうと、より低速で走行することによってタイヤの摩耗量は減少するといえる。しかし、低速で走行することによって時間当たりの走行距離は減少するため、生産性は低下する。
【００１２】
このようなことから、生産性とタイヤの摩耗量を考慮して作業車両２の目標速度Ｓｓは最適化されているが、作業車両２ｂが目標速度Ｓｓで速度制御し、停止した作業車両２ｆに追いつこうが、減速した速度Ｓｌ（＜Ｓｓ）で走行し、停止した作業車両２ｆに追いつこうが、生産性の面では同等である。むしろ、目標速度Ｓｓで速度制御し、停止状態で待機することは、タイヤを無駄に消耗させるといえる。
【００１３】
作業車両２のタイヤは非常に高額であり、タイヤの摩耗量の増加は作業コストの上昇を招く。したがって、作業コストを低減するためには、タイヤの摩耗を抑制する必要がある。
【００１４】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、作業車両の待機時間を最小にすることによって、生産性を維持しつつ、作業コストを低減することを解決課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
第１発明は、
走行路上の作業車両の位置情報と、速度情報と、停止を要する停止時間情報とに基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方で停止する作業車両に追いつくと予測される場合に、停止する作業車両の後方で後方車両が待機する待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
第２発明は、
設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導走行させる作業車両の誘導システムにおいて、
作業車両の位置を計測する車両位置計測手段と、
走行路上で停止する停止車両の位置と、停止車両が停止を要する停止時間と、停止車両の台数と、停止車両の後方を走行する後方車両の位置と、後方車両の速度と、に基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
第１、第２発明を図３を参照し説明する。
【００１８】
位置計測部２１（車両位置計測手段）は、作業車両２の位置Ｐを計測する。位置Ｐのデータは待機時間演算部５１（待機時間演算手段）に出力される。
【００１９】
待機時間演算部５１（待機時間演算手段）は、各作業車両２で計測された位置Ｐのうち、停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆと、１台の作業車両２が停止を要する時間Ｔ１と、停止する作業車両２ｆの台数Ｎと、停止する作業車両２ｆの後方を走行する作業車両２ｂの位置Ｐｂと、走行する作業車両２ｂの目標速度Ｓｓと、に基づき、待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗ＞０の場合は、待機が発生すると予測され、待機時間ｔｗのデータが速度演算部５２（速度演算手段）に出力される。なお、待機時間ｔｗとは、作業車両２ｆの停止に伴い、後方を走行する作業車両２ｂが作業車両２ｆの後方で不測の停止をする場合に、後方の作業車両２ｂが停止してから前方の作業車両２ｆが再走行するまでの時間のことをいう。
【００２０】
速度演算部５２（速度演算手段）は、待機時間ｔｗを最小にすべく作業車両２ｂの減速速度Ｓｌを演算する。減速速度Ｓｌは指令データとして車両制御部２８（速度制御手段）に出力される。
【００２１】
車両制御部２８（速度制御手段）は、減速速度Ｓｌの指令に基づき、作業車両２ｂの速度を制御する。
【００２２】
本発明によれば、生産性に影響が出ない範囲で作業車両２の速度を減速させることができ、待機時間を最小にすることができる。すると、タイヤの摩耗が抑制され、作業コストが低減する。また、高速走行よりも低速走行の方が作業車両２に対する負担が低減するため、マシンライフが向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係る作業車両の誘導システムの実施形態について説明する。
【００２４】
なお、本実施形態では作業車両として主に無人ダンプトラックを想定しているが、本発明はダンプトラック以外の車両、例えば、ホイルローダや油圧ショベル等にも適用可能である。
【００２５】
作業車両の誘導システムの大要については図１を用いて既に説明した通りである。
【００２６】
図３は第１の実施形態の機能ブロック図である。
【００２７】
作業車両２には、位置計測部２１と、速度計測部２２と、通信部２３と、記憶部２６と、処理部２７と、車両制御部２８が設けられている。
【００２８】
位置計測部２１は、一定間隔（例えば、５００ｍｓｅｃ）をもってＧＰＳ衛星との間で通信を行い、作業車両２（自己）の位置Ｐを計測する。他の方法、例えばジャイロとタイヤの回転数を使用して位置Ｐを計測するようにしてもよい。計測された作業車両２の位置Ｐは位置データとして出力される。
【００２９】
速度計測部２２は、作業車両２（自己）の速度Ｓを計測する。計測された作業車両２の速度Ｓは速度データとして出力される。
【００３０】
通信部２３は、管制局間通信部２４と車両間通信部２５とからなる。管制局間通信部２４は、管制局４に設けられた通信部４１との間で通信を行う。車両間通信部２５は、他の作業車両２に設けられた車両間通信部２５との間で通信を行う。例えば、通信部２３は、位置計測部２１から出力された位置データ及び速度計測部２２から出力された速度データを送信し、他の作業車両２の位置データや速度データ、その他データを受信する。
【００３１】
記憶部２６は、教示された走行路１３の位置データ及び目標速度Ｓｓの速度データを記憶する。走行路１３は次のようにして記憶される。走行路１３に沿ってオペレータが所定車両を走行させ、この所定車両の軌跡が位置データとして管制局４に送信され、この位置データが管制局４から各作業車両２の管制局間通信部２４に送信され、記憶部２６に記憶される。
【００３２】
処理部２７は、各構成部間のデータの授受を行うと共に、他の構成部から出力された種々のデータに基づいて車両の制御指令を生成し、車両制御部２８に出力する。例えば、位置計測部２１から出力された位置データと記憶部２６に記憶された走行路１３の位置データとを比較し、作業車両２が走行路１３に沿って走行するよう車両制御部２８に操舵制御指令を出力する。また速度計測部２２で計測された速度Ｓと記憶に記憶された目標速度Ｓｓとを比較し、作業車両が目標速度Ｓｓで走行するように車両制御部２８に減速、加速の速度制御指令を出力する。
【００３３】
車両制御部２８は、制御指令に基づいて速度制御や操舵制御等の走行制御を行う。
【００３４】
管制局４には、通信部４１と、待機時間演算部５１と、速度演算部５２とが設けられている。
【００３５】
通信部４１は、各作業車両２に設けられた管制局間通信部２４との間で通信を行う。
【００３６】
待機時間演算部５１は、作業車両２に生じる待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗとは、作業車両２が走行路１３の途中で不測の停止をすることが予測される場合に、この作業車両２が再走行するまでの時間のことをいう。また、待機時間演算部５１は待機時間ｔｗを演算するために、作業車両１台あたりの通常の積み込み時間Ｔ１を記憶する。ここで行われる処理内容については後述する。
【００３７】
待機時間演算部５１は、作業車両２に生じる待機時間ｔｗを演算する。待機時間ｔｗとは、作業車両２ｆの停止に伴い、後方を走行する作業車両２ｂが作業車両２ｆの後方で不測の停止をする場合に、後方の作業車両２ｂが停止してから前方の作業車両２ｆが再走行するまでの時間のことをいう。また、待機時間演算部５１は待機時間ｔｗを演算するために、作業車両１台あたりの通常の積み込み時間Ｔ１を記憶する。ここで行われる処理内容については後述する。
【００３８】
速度演算部５２は、演算された待機時間ｔｗを最小（望ましくはゼロ）にするために、作業車両２ｂの減速速度Ｓｌを演算する。減速速度Ｓｌは一定値であってもよいし、段階的に減少する値であってもよい。
【００３９】
図４は本発明の処理フローである。
【００４０】
まず最初に、図２（ａ）で示したように、積み込み作業が遅延する場合の処理について説明する。なお、排土作業が遅延する場合も実質的に同一の処理が行われる。
【００４１】
各作業車両２の位置計測部２１では自己の位置Ｐ及び速度Ｓが計測される（ステップ４１）。位置Ｐ、速度Ｓは位置データ、速度データとして管制局間通信部２４から送信され、管制局４の通信部４１で受信される。各作業車両２から送信された位置データ、速度データが通信部４１から待機時間演算部５１に出力されると、待機時間演算部５１で待機時間ｔｗの演算が行われる（ステップ４２）。
【００４２】
ここで待機時間ｔｗの演算方法を説明するが、説明の便宜上、下記演算式で使用する各パラメータをつぎのように定義する。
【００４３】
・作業車両１台あたりの通常の積み込み時間Ｔ１：積み込み時間Ｔ１
・停止する作業車両２ｆの台数Ｎ：停止台数Ｎ
・停止する作業車両２ｆのうち最後尾で停止する作業車両２ｆが再走行するまでに要する時間ｔ１：再走行時間ｔ１
・停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆ（但し、（停止台数Ｎ）≧２の場合は、最後尾で停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆ）：位置Ｐｆ
・走行する作業車両２ｂの位置Ｐｂ：位置Ｐｂ
・作業車両２ｆ、２ｂ間の距離ｄ：距離ｄ
・走行する作業車両２ｂが停止する作業車両２ｆの位置Ｐｆに到達するまでに要する到達時間ｔ２：到達時間ｔ２
なお、積み込み時間Ｔ１は待機時間演算部５１に予め与えられた値であり、位置Ｐｆ、Ｐｂは各作業車両２から送信される位置データから得られる値である。また、停止台数Ｎは各作業車両２から送信される速度データ（Ｓ＝０）から判定される値である。
【００４４】
待機時間演算部５１では、
１．（積み込み時間Ｔ１）×（停止台数Ｎ）＝（再走行時間ｔ１）が演算され、
２．（位置Ｐｆ）と（位置Ｐｂ）とから（距離ｄ）が演算され、
３．（距離ｄ）／（目標速度Ｓｓ）＝（到達時間ｔ２）が演算され、
４．（再走行時間ｔ１）−（到達時間ｔ２）＝（待機時間ｔｗ）が演算される。
【００４５】
（待機時間ｔｗ）＞０の場合は作業車両２ｂの待機が発生すると予測され、作業車両２ｂの減速速度Ｓｌの演算が行われる（ステップ４３の判断ＹＥＳ）。（待機時間ｔｗ）≦０の場合は作業車両２ｂの待機が発生しないと予測され、現行の目標速度Ｓｓにて作業車両２の速度制御が行われる（ステップ４３の判断ＮＯ、ステップ４４）。
【００４６】
作業車両２ｂの待機が予測される場合は、速度演算部５２で減速速度Ｓｌの演算が行われる。例えば、
（距離ｄ）／（到達時間ｔ２）＝（減速速度Ｓｌ）（＜目標速度Ｓｓ）
が演算される。これによって得られる減速速度Ｓｌは一定値である。なお、減速速度Ｓｌは段階的に減少する値であってもよい（ステップ４５）。
【００４７】
速度演算部５２で演算された減速速度Ｓｌは速度制御データとして通信部４１に出力され、通信部４１から待機が予測される作業車両２ｂの管制局間通信部２４に送信され、処理部２７に出力される。処理部２７では減速速度Ｓｌに応じた速度制御指令が生成され車両制御部２８に出力される。そして、車両制御部２８によって作業車両２ｂは速度制御され、減速速度Ｓｌにされる（ステップ４６）。
【００４８】
なお、積み込み位置１１ａで土砂を積み込まれている作業車両２が、管制局４に自己の積載量を送信するようにしてもよい。この場合、作業車両２の土砂の積み込み終了までの時間Ｔ１′が予測演算できる。したがって、この時間Ｔ１′を再走行時間ｔ１に加算することにより、より正確な待機時間ｔｗを演算可能になる。
【００４９】
つぎに、図２（ｂ）で示したような、落石等の撤去作業のために作業車両２ｆが走行路１３を一時的に閉鎖する場合の処理について説明する。
【００５０】
処理手順は図４に示す処理フローと同じであるが、待機時間の演算（ステップ４２）のみに異なる点があるため、待機時間の演算方法のみを説明する。
【００５１】
説明の便宜上、下記演算式で使用する各パラメータを上記定義とともに、つぎのように定義する。
【００５２】
・走行路１３を閉鎖する時間Ｔ２：閉鎖時間Ｔ２
・作業車両２ｆの後方で停止した作業車両２において、前方の作業車両２ｆの再走行と後方の作業車両２ｂの再走行との間に設けられる時間間隔Ｔ３：時間間隔Ｔ３なお、閉鎖時間Ｔ２及び時間間隔Ｔ３は予め与えらる値であってもよいし、障害物の撤去を行う作業員が作業の状況に応じて管制局４に送信する値であってもよい。
【００５３】
待機時間演算部５１では、
１．（閉鎖時間Ｔ２）＋｛（時間間隔Ｔ３）×（停止台数Ｎ−１）｝＝（再走行時間ｔ１）が演算され、
２．（位置Ｐｆ）と（位置Ｐｂ）とから（距離ｄ）が演算され、
３．（距離ｄ）／（目標速度Ｓｓ）＝（到達時間ｔ２）が演算され、
４．（再走行時間ｔ１）−（到達時間ｔ２）＝（待機時間ｔｗ）が演算される。
【００５４】
このようにして演算された待機時間ｔｗに基づき、待機の予測及び速度制御等が行われる。その手順は上述した説明と同じであるため、ここでは省略する。
【００５５】
ところで、第１の実施形態では待機時間演算部５１及び速度演算部５２が管制局４に設けられている。しかし、これらの機能を作業車両２に設けることも可能である。
【００５６】
図５は他の実施形態の機能ブロック図である。
【００５７】
本実施形態では作業車両２に速度演算部５２が設けられている。つまり、管制局４の待機時間演算部５１で待機時間ｔｗが演算され、通信部４１から待機時間データが送信される。このデータは作業車両２の管制局間通信部２４で受信され、速度演算部５２に出力される。速度演算部５２で演算された減速速度Ｓｌのデータは処理部２７に出力される。処理部２７では減速速度Ｓｌに応じた速度制御指令が生成され車両制御部２８に出力される。そして、車両制御部２８によって作業車両２ｂは速度制御され、減速速度Ｓｌにされる。
【００５８】
図６は図５と異なる他の実施形態の機能ブロック図である。
【００５９】
本実施形態では作業車両２に待機時間演算部５１及び速度演算部５２が設けられている。つまり、管制局４の通信部４１から各作業車両２の位置データ及び速度データが送信される。各データは作業車両２の管制局間通信部２４で受信され、待機時間演算部５１に出力される。待機時間演算部５１で待機時間ｔｗが演算されると、待機時間データが速度演算部５２に出力される。速度演算部５２で演算された減速速度Ｓｌのデータは処理部２７に出力される。処理部２７では減速速度Ｓｌに応じた速度制御指令が生成され車両制御部２８に出力される。そして、車両制御部２８によって作業車両２ｂは速度制御され、速度Ｓが減速速度Ｓｌにされる。
【００６０】
なお、各実施形態では作業車両２の管制局間通信部２４と管制局４の通信部４１との間の通信によって各データを交換するようにしているが、管制局４を介さずに各作業車両２の車両間通信部２５間の通信によって各データを交換することも可能である。
【００６１】
また、各実施形態では無人の作業車両を想定しているが、本発明は有人の作業車両にも適用可能である。通常、有人の作業車両はオペレータによって速度制御されている。したがって、演算した待機時間ｔｗをディスプレイ等の表示装置に表示するようにし、表示を見たオペレータが自身の判断で速度制御するようにしてもよい。あるいは、演算した減速速度Ｓｌをディスプレイ等の表示装置に表示するようにし、表示を見たオペレータが減速速度Ｓｌにするように速度制御するようにしてもよい。
【００６２】
本発明によれば、生産性に影響が出ない範囲で作業車両２の速度を減速させることができ、待機時間を最小にすることができる。すると、タイヤの摩耗が抑制され、作業コストが低減する。また、高速走行よりも低速走行の方が作業車両２に対する負担が低減するため、マシンライフが向上する。
【００６３】
また、タイヤの摩耗と燃費とを考慮して、減速速度Ｓｌを最適化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は作業車両の誘導システムを示す外観図である。
【図２】図２は作業車両が不測の停止をする状況を示す図である。
【図３】図３は第１の実施形態の機能ブロック図である。
【図４】図４は本発明の処理フローである。
【図５】図５は他の実施形態の機能ブロック図である。
【図６】図６は他の実施形態の機能ブロック図である。
【符号の説明】
２ 作業車両
４ 管制局
１３ 走行路
２１ 位置計測部
２２ 速度計測部
２３ 通信部
２４ 管制局間通信部
２５ 車両間通信部
２６ 記憶部
２７ 処理部
２８ 車両制御部
４１ 通信部
５１ 待機時間演算部
５２ 速度演算部
Claims (2)
- 走行路上の作業車両の位置情報と、速度情報と、停止を要する停止時間情報とに基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方で停止する作業車両に追いつくと予測される場合に、停止する作業車両の後方で後方車両が待機する待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする作業車両の誘導システム。 - 設定した走行路に沿って複数の作業車両を順次誘導走行させる作業車両の誘導システムにおいて、
作業車両の位置を計測する車両位置計測手段と、
走行路上で停止する停止車両の位置と、停止車両が停止を要する停止時間と、停止車両の台数と、停止車両の後方を走行する後方車両の位置と、後方車両の速度と、に基づいて、後方車両が現行の速度で走行し前方の停止車両に追いつくと予測される場合に、後方車両が停止車両に追いつき停止してから前方の停止車両が再走行するまでの後方車両の待機時間を演算する待機時間演算手段と、
前記待機時間演算手段で演算した待機時間を最小にすべく、後方車両の速度を演算する速度演算手段と、
前記速度演算手段で演算した速度で後方車両を走行させる速度制御手段と、
を備えたことを特徴とする作業車両の誘導システム。
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