JP2008133657A - 掘削・積込機械及び自動掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの出力を充分に高めながら、バケットが土砂に突っ込むときの衝撃を抑えることができるようにする。
【解決手段】ホイルローダ１には、レーザ距離センサ１０が設けられており、このレーザ距離センサ１０により、斜め下方にレーザ光１１が照射されて、ホイルローダ１が前進走行しながら地面での照射位置Ｐ₁までの距離Ｌ₁を計測している。ホイルローダ１が掘削対象の土砂９に近づき、その計測距離Ｌ２が規定の距離Ｌｓになると、指令によってホイルローダ１のエンジン（図示せず）の回転数がアップし、これとともに、この回転数を後輪６ｂに伝達する傾転量が制御されて、エンジンの回転数アップに伴うホイルローダ１の前進走行速度の上昇が抑えられる。これにより、バケット２が土砂９に貫入するときの衝撃が緩和される。
【選択図】図１

Description

この発明は、ホイルローダのように、前進，後進走行して掘削対象物の掘削・積込作業を行なう機械に係り、特に、その掘削・積込機械及び自動掘削方法に関する。

図１５は掘削・積込機械の一例としてのホイルローダの主要部位を示す説明図であって、１はホイルローダ、２はバケット、３はアーム、４はバケットシリンダ、５はアームシリンダ、６ａは前輪、６ｂは後輪、７はトランスミッション、８は操作室、９は土砂である。

同図（ａ）において、ホイルローダ１には、その前輪６ａ側に先端部にバケット２が取り付けられたアーム３が設けられており、操作室８に設けられたレバーを操作することにより、エンジン（図示せず）の回転が制御され、これによる駆動力がトランスミッション７を介して前輪６ａと後輪６ｂに伝達されることにより、これら前輪６ａと後輪６ｂが回転してホイルローダ１が走行する。また、このエンジンの回転によって油圧ポンプ（図示せず）が駆動され、その油圧によってアームシリンダ５やバケットシリンダ４が駆動されてアーム３やバケット２が動作する。

図１５（ｂ）はホイルローダ１が土砂９を掘削動作する状態を示すものであって、バケット２が地面に降ろされた状態でホイルローダ１を前進走行させることにより、バケット２が土砂９に貫入し、これによって土砂９の掘削作業が開始される。

従来、ホイルローダのように、走行しながらバケットやアームを制御し、土砂などの対象物を掘削して積み込む作業を自動化した技術が知られている。

その一例として、車速センサやバケット角センサ，ブーム角センサ，バケットの負荷センサなどのセンサを設け、掘削作業を開始するときには、エンジンをフルパワーにして作業機械を前進させ、ブーム及びバケットを下に降ろした状態で掘削土にバケットを水平に突っ込むようにし、上記の各センサの検出値をもとにけん引率あるいは転倒率を求め、かかるけん引率あるいは転倒率が予め決められた設定値に追従するように、バケットやブームを自動制御して掘削作業を行なうことにより、アーム上げやバケットのチルトが同時に行なうことなどを可能にして掘削土量が均一になるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の例として、ホイルローダを前進させてバケットを土砂に貫入させるときの負荷の急激な変動によるタイヤのスリップを防止するために、バケットが土砂に貫入すると、バケットの水平抵抗Ｒｈを求め、この水平抵抗Ｒｈが所定の値よりも大きいときには、スロットル制御部が制御されてエンジンの回転数を低下させ、ホイルローダの車速を低下させるようにした技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭６２−１８５９２８号公報 特開平１−１１１９２７号公報

ホイルローダのように、走行しながら、バケットやアームを制御して掘削を行なう掘削・積込機械では、掘削作業を開始する位置までの単なる移動走行時と掘削作業時とで必要なエンジンの出力が異なる。掘削作業時では、掘削・積込機械の走行とバケット・アーム動作により、かかる作業が行なわれるものであるから、単なる移動走行時と比較して大きなエンジン出力を必要とする。このため、上記特許文献１，２に記載のように、掘削作業を開始するときには、エンジンの出力を高めて作業機械を高速前進させ、掘削する土砂にバケットを水平に突っ込む（貫入する）ようにしている。

ところで、エンジンの出力を高める操作をしてから実際にこのエンジンの出力が上昇するまでには遅れ時間が生じ、このため、掘削動作を行なう場合、バケットが土砂に突入するときに、エンジンの出力が充分上昇しているようにするために、掘削・積込機械が掘削する土砂に向かって移動走行しているときに、エンジンの出力を上昇させるための操作が行なわれる。

しかしながら、このように、掘削する土砂にバケットを水平に突っ込む前の移動走行中にエンジン出力を高めると、この掘削・積込機械の移動走行速度が上昇することになり、高速に移動する状態でバケットが土砂に突っ込むことになる。このため、バケットが土砂に突っ込むときの掘削・積込機械やそのオペレータに加わる衝撃が大きくなるし、バケットが土砂に突っ込むときのセンサの検出出力の変化を捉えて掘削動作開始のトリガとする場合には、この大きな衝撃がセンサに誤検出を生じさせる原因となるという問題があった。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、エンジンの出力を充分に高めながら、バケットが土砂に突っ込むときの衝撃を抑えることができるようにした掘削・積込機械及び自動掘削方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による掘削・積込機械は、バケットやアームからなる作業機構と前進，後進の走行を行なうための走行機構とを備え、作業機構と走行機構との動力源を１つのエンジンで兼用し、掘削対象物の掘削と積込作業を行なう掘削・積込機械であって、掘削対象物との間の位置関係を検出する第１の手段と、第１の手段によって検出された位置関係を基に、前進走行中、掘削対象物から予め決められた距離の規定位置に達したことを検出する第２の手段と、第２の手段が規定位置に達したことを検出したとき、エンジンの回転数を上昇させる制御を行なうとともに、エンジンから車輪への駆動力を低減する第３の手段とを設け、エンジンの回転数の上昇に伴う車輪の回転数の上昇を抑圧し、規定位置の通過後も、規定位置の通過前の走行速度とほぼ等しい走行速度で前進走行を可能に構成したことを特徴とするものである。

また、本発明は、第１の手段がレーザ距離センサであって、第２の手段がレーザ距離センサによって計測される距離と予め決められた設定値とを比較判定する手段であることを特徴とするものである。

また、本発明は、第１の手段が、ステレオカメラと、ステレオカメラの出力を処理して規定位置までの距離を計測する処理手段とからなり、第２の手段が、車輪の回転を検出して走行距離を計測する車輪回転センサと、車輪回転センサで計測された走行距離と処理手段で計測された規定位置までの距離とを比較判定する手段とからなることを特徴とするものである。

また、本発明は、第１の手段が、ステレオカメラと、ステレオカメラの出力を処理して規定位置までの距離を計測する第１の処理手段とからなり、第２の手段が、ＧＰＳセンサと、ＧＰＳセンサの検出出力と第１の処理手段で計測された規定位置までの距離とを演算処理して規定位置の位置座標を求る第２の処理手段と、ＧＰＳセンサの検出出力による現在位置の位置座標と第２の処理手段で求られた規定位置の位置座標とを比較判定する第３の処理手段とからなることを特徴とするものである。

上記目的を達成するために、本発明による掘削対象物の自動掘削方法は、前進走行中の掘削・積込機械の掘削対象物に対する位置関係を計測し、該掘削・積込機械が該掘削対象物から予め決められた所定距離の規定位置に達したとき、該掘削・積込機械のエンジンの回転数を上昇させる制御を行なうとともに、該エンジンの回転数の上昇に伴う該掘削・積込機械の前進走行速度の上昇を抑える制御を行ない、該掘削・積込機械が、該規定位置に達して後も、該規定位置に達する前の走行速度で走行することを特徴とするものである。

本発明によると、掘削動作の直前にエンジンの回転数を上昇させても、掘削・積込機械の前進走行速度を変化させずに、ほぼ規定速度での前進走行を継続させることができ、バケットが掘削対象物に貫入するときの衝撃を抑えることができるし、各センサの衝撃による誤検出を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
なお、以下の実施形態はホイルローダを例とするものであるが、本発明はこれに限るものではなく、走行することによって掘削作業を行なう任意の掘削・積込機械に適用可能であることはいうまでもない。

図１は本発明による掘削・積込機械及び自動掘削方法の第１の実施形態を示す説明図であって、１０はレーザ距離センサ、１１はレーザ光であり、図１５に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

図１（ａ）において、ホイルローダ１の、例えば、操作室８の屋根には、レーザ距離センサ１０が設けられている。このレーダ距離センサ１０は、そのレーザ光放射口が斜め下方に向けられていることにより、レーザ源（図示せず）からのレーザ光１１をホイルローダ１の前方所定の距離の位置Ｐ₁に向かって放射し、その位置（照射位置）Ｐ₁からの反射レーザ光１１を受光して、レーザ距離センサ１０から放射されたレーザ光の照射位置（反射位置）Ｐ₁までの距離Ｌを測定している。ホイルローダ１が移動中この照射位置Ｐ₁が平坦な地面上にある場合には、レーザ距離センサ１０で測定される距離ＬはＬ₁とほぼ一定である。

図１（ｂ）はホイルローダ１が掘削する土砂９に近づいた状態を示すものであって、ホイルローダ１が規定される速度（以下、規定速度という）Ｖ₀で走行してこのような状態になると、レーザ距離センサ１０から放射されたレーザ光１１はこの土砂９に照射され始める。レーザ光１１が土砂９に照射され始めると、そのときに測定されるレーザ距離センサ１０から土砂９上の照射位置Ｐ₂までの距離Ｌは、Ｌ₂（＜Ｌ₁）となる。ここで、このレーザ光１１が土砂９に照射され始める位置Ｐ₂を、以下、土砂９の開始位置という。

このようにして、ホイルローダ１が、従って、そのバケット２が掘削する土砂９から距離Ｌ₂の位置に達したこと、即ち、距離Ｌ₂の間隔でこの土砂９に近づいたことが自動的に検出される。この距離Ｌ₂の値が予め距離設定値Ｌ_Sとして設定されており、レーザ距離センサ１０の検出距離Ｌがこの距離設定値Ｌ_Sと比較されることにより、ホイルローダ１が土砂９に近づいたことが検出される。

このレーザ距離センサ１０と土砂の開始位置Ｐ₂との間の検出距離Ｌが距離設定値Ｌ_Sになったときのバケット２の先端が達している規定の位置（これを、掘削対象である土砂９の開始位置Ｐ₂に対し、掘削対象である土砂９の規定前方位置という）Ｐ₃と土砂の開始位置Ｐ₂との間の距離Ｄの値を距離設定値Ｄｓとすると（以下、この距離Ｄを設定距離Ｄｓという）、ホイルローダ１がこの設定距離Ｄｓを、走行速度Ｖを変えずに、規定速度Ｖ₀で走行し続けたとき、エンジンの出力（回転数）アップの指令がなされると、この設定距離Ｄｓを走行する間に所定の高速回転数に設定できる充分な長さの距離設定値Ｄｓが決められている。即ち、この第１の実施形態では、バケット２の先端が土砂９の規定前方位置Ｐ₃に達すると、レーザ距離センサ１０の測定距離Ｌが距離設定値Ｌ_Sになったことを検出することにより、自動的にエンジンの出力（回転数）アップの指令がなされ、ホイルローダ１が規定速度Ｖ₀で設定距離Ｄｓを走行している間にエンジンの出力（回転数）が規定の値にアップすることができるようにしている。

また、エンジンの出力（回転数）のアップとともに、このエンジンの出力によるトランスミッション７を介した前輪６ａと後輪６ｂへの傾転量駆動力伝達率が低減され、ホイルローダ１の移動速度Ｖが規定速度Ｖ₀に維持される。

図２は以上のエンジンの回転数ｎ_Eの変化（同図（ａ））と前輪６ａと後輪６ｂへの傾転量駆動力伝達率ηの変化（同図（ｂ））との関連を示す図である。

ホイルローダ１が、図１（ａ）に示すように、掘削する土砂９に近づくまでの状態では、エンジンの回転数ｎ_Eは、図２（ａ）に示すように、例えば、１５００ｒｐｍであり、傾転量駆動力伝達率ηは、図２（ｂ）に示すように、１００％であって、これにより、ホイルローダ１は規定速度Ｖ₀で前進走行しているものとする。

その後、図１（ｂ）に示すように、ホイルローダ１が土砂９に近づいてバケット２の先端が土砂９の規定前方位置Ｐ₃に達すると（時刻ｔ₁）、図２（ａ）に示すように、エンジンの回転数をアップする指令があり、この回転数ｎ_Eが上昇していく。そして、このエンジンの回転数ｎ_Eの上昇とともに、ホイルローダ１の前進走行速度Ｖが規定速度Ｖ₀に保たれるように、傾転量駆動力伝達率ηが低下していく。

そして、ホイルローダ１が時刻ｔ₁から設定距離Ｄｓを前進走行しないうちに、図２（ａ）に示すように、エンジンの回転数ｎ_Eが規定の、例えば、２０００ｒｐｍに達すると（時刻ｔ₂）、傾転量駆動力伝達率ηがホイルローダ１の前進走行速度Ｖを設定速度Ｖ₀に保持する、例えば、３０％になる。この状態が保たれてホイルローダ１は土砂９に向かってさらに前進走行し（従って、設定速度Ｖ₀で前進走行し）、ホイルローダ１が上記の設定距離Ｄｓだけ前進走行してバケット２の先端が土砂９の開始位置Ｐ₂に達すると（時刻ｔ₃）、この時点から土砂９の掘削動作を開始するが、これとともに、図２（ｂ）に示すように、傾転量駆動力伝達率ηを、例えば、５０％まで上昇させてホイルローダ１の駆動力を高めるようにして、掘削作業の効率を高める。なお、ホイルローダ１が上記の設定距離Ｄｓだけ前進走行したことは、バケット２に加わる外圧を検出する後述する圧力センサの検出出力を用い、バケット２が土砂９に貫入したことを検出することにより、検出されるものである。

図３は以上の動作を示すフローチャートである。

同図において、ホイルローダ１は、掘削する土砂９に向かって規定速度Ｖ₀で前進走行しているとき、図１（ａ）で説明したように、レーザ距離センサ１０が地面の反射位置までの距離Ｌを常時測定している（ステップ１００）。図１（ａ）に示すように、バケット２の先端が土砂９の開始位置Ｐ₂から設定距離Ｄｓの規定前方位置Ｐ₃に達するまでは、レーザ距離センサ１０の検出距離Ｌは距離設定値Ｌ_Sよりも大きく、この場合には（ステップ１０１の“Ｎｏ”）、かかるステップ１００，１０１の動作が繰り返される。

レーザ距離センサ１０の検出距離Ｌが距離設定値Ｌ_S以下となると（ステップ２１１の“Ｙｅｓ”）、図１（ｂ）に示すように、バケット２の先端が土砂９の開始位置Ｐ₂から設定距離Ｄｓの規定前方位置Ｐ₃に達した状態となり、これにより、ホイルローダ１でエンジンの回転数アップの指令が発せられるとともに、エンジンの回転数アップに伴うホイルローダ１の走行速度の上昇を抑えるための電磁弁制御指令も発せられる（ステップ１０２）。これにより、エンジンの回転数が上昇していくが、ホイルローダ１は、依然として、規定速度Ｖ₀で前進走行する。

電磁弁制御指令が発せられると、さらに、ホイルローダ１では、バケットシリンタ４やアームシリンダ５に加わる外圧が計測され（ステップ１０３）、予め設定された圧力設定値と比較される（ステップ１０４）。バケット２が土砂９に貫入する前では、この計測外圧値がこの圧力設定値よりも小さく（ステップ１０４の“Ｎｏ”）、そのままバケットシリンタ４やアームシリンダ５に加わる外圧の計測が行なわれるが（ステップ１０３）、計測外圧値がこの圧力設定値以上となると（ステップ１０４の“Ｙｅｓ”）、バケット２が土砂９に貫入し始めたことになり、掘削処理が実行される（ステップ１０５）。

このようにして、この第１の実施形態では、バケット２が土砂９に貫入する前にエンジンの出力（回転数）をアップしても、ホイルローダ１の前進走行速度Ｖをエンジンの出力（回転数）をアップする前の規定速度Ｖ₀に保つものであるから、バケット２が土砂９に貫入するときの速度を低く保つことができ、バケット２が土砂９に貫入するときの衝撃を小さく抑えることができる。

図４は図１に示すホイルローダ１のコントロールシステムの一具体例を示すブロック図であって、１０は先のレーザ距離センサ、１２はアーム回転センサ、１３はバケット回転センサ、１４は操舵回転センサ、１５は圧力センサ、１６はエンジン回転センサ、１７は車体加速度センサ、１８は車体傾斜センサ、２０は自動運転制御コントローラ、２０ａは掘削対象物認識処理、２０ｂは走行処理、２０ｃは掘削処理、２０ｄは放土位置認識処理、２０ｅは放土処理、２０ｆは掘削・走行切替処理、２０ｇは自動運転シーケンス処理、３０は走行傾転量制御電磁弁、３１はバケット制御電磁弁、３２はアーム制御電磁弁、３３は操舵制御電磁弁、３４は前進・更新・中立切替電磁弁、３５はスロットル制御用ステッピングモータ、３６はブレーキ制御部である。

同図において、ホイルローダ１には、各部のセンサ、即ち、アーム回転センサ１２，バケット回転センサ１３，操舵回転センサ１４，エンジン回転センサ１６，車体加速度センサ１７，車体傾斜センサ１８などの各部の状態を検出するセンサや、上記のレーザ距離センサ１０、バケット２アーム３にかかる外圧を検出する圧力センサ１５が設けられている。これらセンサの検出出力は自動運転制御コントローラ２０に供給される。ここで、圧力センサ１５は、バケット２やアーム３に加わる外圧を検出し、その検出圧力の変化を検出してバケット２が土砂９に貫入したことを検出するためのものである。また、エンジン回転センサ１６はエンジンの回転数を検出するものであって、エンジンの回転数アップの指令があったときには、エンジンの回転数が、図２で説明したような規定の回転数になったことを判定する。

自動運転制御コントローラ２０は、ホイルローダ１の操作室８（図１）での所定の操作によって起動し、上記の各センサ１０，１２〜１８の検出出力を用いて、土砂９の掘削のための一連の運転の手順を規定する自動運転シーケンス処理２０ｇが起動する。かかる自動運転シーケンス処理２０ｇにより、土砂９の掘削を行なうまでに、レーザ距離センサ１０の検出出力を用いて掘削対象物である土砂９までの距離を計測する掘削対象物認識処理２０ａでもって土砂９の規定前方位置Ｐ₃（図１（ｂ））を検出し、この規定前方位置Ｐ₃が検出されると、エンジンの回転数アップを指令するとともに、走行処理２０ｂにホイルローダ１の走行速度を規定速度Ｖ₀に維持させる掘削・走行切替処理２０ｆが自動的に実施されて、スロットル制御用スピンドルモータ３５や走行傾転量制御電磁弁３０が制御され、また、圧力センサ１５の検出出力を用いてホイルローダ１のバケット２が土砂９の開始位置Ｐ₂に達したことが検出されると、掘削処理２０ｃや放土位置認識処理２０ｄ，放土処理２０ｅが実行されて、バケット制御電磁弁３１，アーム制御電磁弁３２，操舵制御電磁弁３３，前進・更新・中立切替電磁弁３４などの電磁弁が制御され、掘削などの作業動作が行なわれる。

図５は図４における自動運転制御コントローラ２０の一具体例の要部を、必要なセンサや電磁弁などとともに、示すブロック構成図であって、２１，２２は入力処理部、２３は比較器、２４は設定値記憶メモリ、２５は自動走行シーケンス処理部、２６はエンジン回転数アップ処理部、２７は掘削処理部であり、図４に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、ホイルローダ１のバケットシリンダ４やアームシリンダ５に、これらに加わる外圧を検出する圧力センサ１５ａ〜１６ｄが設けられている。これら圧力センサ１５ａ〜１５ｄは図４での圧力センサ１５に相当する。

ホイルローダ１で掘削作業のために電源が投入され、操作室８で自動運転のための操作がなされると、自動運転制御コントローラ２０が起動し、エンジン回転数アップ処理部２６と掘削処理部２７との切り替えを行なう自動走行シーケンス処理部２５が起動して、エンジン回転数アップ処理部２６を動作状態にする。また、レーザ距離センサ１０も起動して、その検出出力が入力処理部２１に供給される。この入力処理部２１では、このレーザ距離センサ１０の検出出力が処理され、図１に示すレーザ距離センサ１０からレーザ光１１の反射点までの距離Ｌが算出される。この算出された距離（検出距離）Ｌは比較器２３に供給される。

一方、設定値記憶メモリ２４には、この検出距離Ｌに対する距離設定値Ｌ_S（図１（ｂ））や圧力センサ１５ａ〜１５ｄの検出圧力から得られる圧力Ｆに対する圧力設定値Ｆ_Sなどの各種設定値が設定されており、上記のように電源が投入されるとともに、これら設定値がこの設定値記憶メモリ２４から読み出されて比較器２３に設定される。

比較器２３では、入力処理部２１から検出距離Ｌが供給されると、この検出距離Ｌが距離設定値Ｌ_Sと比較される。ホイルローダ１は、その操作室８でのレバー操作で走行開始指令があると、上記の規定速度Ｖ₀で前進走行するが、バケット２の先端が規定前方位置Ｐ₃（図１（ｂ））に達しないうちでは、
検出距離Ｌ＞距離設定値Ｌ_S
の状態にある（この状態が、図３におけるステップ１００，１０１の処理が繰り返される状態である）。しかし、ホイルローダ１が前進走行を続けてバケット２の先端が規定前方位置Ｐ₃に達すると、
検出距離Ｌ＝距離設定値Ｌ_S
の状態となり（図３でのステップ１０１で“Ｙｅｓ”の状態）、比較器２３はエンジン回転数アップ処理部２６に検出距離Ｌが距離設定値Ｌ_Sに等しいことを表わす比較結果を基に、指令Ｉ₁を与える。これにより、エンジン回転数アップ処理部２６はスロットル制御用スピンドルモータ３５にエンジン回転数アップの指令Ｉ_Eを送り、これとともに、エンジンの回転数アップに伴うホイルローダ１の走行速度の上昇を抑えるための電磁弁制御信号Ｃ_Vを走行傾転量制御電磁弁３０に供給する。これにより、スロットル制御用スピンドルモータ３５がエンジン（図示せず）の回転数ｎ_E（図２（ａ））を上昇させ、これとともに、走行傾転量制御電磁弁３０が制御されてホイルローダ１の傾転量（後輪６ｂへの駆動力電動率）η（図２（ｂ））が低減されてホイルローダ１の前進走行速度が規定速度Ｖ₀に保持される。

一方、操作室８で自動運転のための操作がなされると、圧力センサ１５ａ〜１５ｄの検出出力が入力処理部２２で平均化などの処理されてバケット２に加わる圧力Ｆが計測され、比較器２３に供給される。比較器２３は、エンジン回転数アップ処理部２６に検出距離Ｌが距離設定値Ｌ_Sに等しいことを表わす上記の比較結果を基に、指令Ｉ₁を与えると、次に、入力処理部２２からの圧力Ｆと設定値記憶メモリ２３から取り込んだ圧力設定値Ｆ_Sとを比較する。パケット２が、図１（ｂ）で説明した土砂９に貫入するまでは、
圧力Ｆ＜圧力設定値Ｆ_S
の状態にあり、かかる圧力Ｆの計測と圧力設定値Ｆ_Sとの比較が繰り返されるが（かかる状態が、図３におけるステップ１０３，１０４の処理が繰り返される状態である）、ホイルローダ１のバケット２が土砂９の開始位置Ｐ₂に達し、バケット２が土砂９に貫入し始めると、
圧力Ｆ＝圧力設定値Ｆ_S
となり（図３でのステップ１０４で“Ｙｅｓ”の状態）、比較器２３が掘削処理部２７に掘削動作の開始指令Ｉ₂を送る。これにより、掘削処理動作が開始する（図３のステップ１０５）。また、これとともに、比較器２３はエンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６に指令Ｉ₃を与える。これにより、エンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６は、ホイルローダ１の走行速度の所定の設定値に上昇させるための電磁弁制御信号Ｃ_Vを走行傾転量制御電磁弁３０に供給する。走行傾転量制御電磁弁３０は、この電磁弁制御信号Ｃ_Vにより、図２（ｂ）で時刻ｔ₃からの動作で示すように、傾転量（駆動力伝達率）ηを上昇させるように動作し、てホイルローダ１の駆動力を高めるようにして、掘削作業の効率を高める。

図６は図１におけるホイルローダ１に設けられている油圧回路の一具体例を示す回路図であって、５ａ，５ｂはアームシリンダ、６ａ₁，６ａ₂は前輪、６ｂ₁，６ｂ₂は後輪、３８は走行機構部、３９は作業機構部、４０はエンジン、４０ａはスロットル、４１は走行用の可変容量油圧ポンプ、４２はチャージポンプ、４３は作業機用油圧ポンプ、４４ａ，４４ｂは主管路、４５は油圧モータ、４６はクロスオーバロードリリーフ弁、４７は絞り、４８は傾転シリンダ、４８ａ，４８ｂはシリンダ室、４８ｃはピストン、４９ａ，４９ｂは管路、５０は開閉弁、５０ａ，５０ｂは管路、５０ｃはばね、５１は管路、５２はタンク、５３ａ，５３ｂは操舵シリンダ、５４は絞りであり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、この油圧回路では、前輪６ａ₁，６ａ₂もしくは後輪６ｂ₁，６ｂ₂を駆動することにより、ホイルローダ１を前進，後進走行させるための走行機構部３８と、バケットシリンダ４やアームシリンダ５ａ，５ｂ、操舵シリンダ５３ａ，５３ｂを駆動してバケット２やアーム３を動作させることにより、掘削作業を行なわせるための作業機構部３９とを備えており、これら走行機構部３８と作業機構部３９の駆動源として、１つのエンジン４０が兼用されている。

スロットル制御用ステッピングモータ３５の回転によってエンジン４０のスロットル４０ａが駆動され、エンジン４０が回転する。このエンジン４０の回転数は、スロットル制御用ステッピングモータ３５の回転数が高いほど、高いものである。このエンジン４０の回転により、走行用の可変容量油圧ポンプ４１，チャージポンプ４２及び作業機用油圧ポンプ４３が回転する。

走行用の可変容量油圧ポンプ４１は、傾転シリンダ４８のピストン４８ｃの状態に応じて、傾転量（押し除け容量）とこの傾転量に応じた流量の圧油の油圧モータ４５への供給方向が決められ、この油圧モータ４５の回転力がトランスミッション７を介して後輪６ｂ１，６ｂ２に伝達されることにより、ホイルローダ１が走行する。傾転シリンダ４８でピストン４８ｃが中立位置にあるときには、走行用の可変容量油圧ポンプ４１の傾転量は零であって、圧油の吐出量は零である。このため、油圧モータ４５は、圧油が供給されないため、回転せず、ホイルローダ１は停止状態にある。また、傾転シリンダ４８でピストン４８ｃがシリンダ室４８ａ側に変位すると、走行用の可変容量油圧ポンプ４１にこの変位量に応じた傾転量が設定され、走行用の可変容量油圧ポンプ４１からこの傾転量に応じた流量の圧油が一方の方向、即ち、主管路４４ａに吐出する。これにより、油圧モータ４５は、主管路４４ａ側から圧油が供給されて正回転し、ホイルローダ１は前進する。この場合の前進走行速度は、主管路４４ａでの圧油の流量、従って、走行用の可変容量油圧ポンプ４１に設定された傾転量に応じたものとなる。逆に、傾転シリンダ４８でピストン４８ｃがシリンダ室４８ｂ側に変位すると、走行用の可変容量油圧ポンプ４１にこの変位量に応じた逆方向の傾転量が設定され、走行用の可変容量油圧ポンプ４１からこの傾転量に応じた流量の圧油が他方の方向、即ち、主管路４４ｂに吐出する。これにより、油圧モータ４５は、主管路４４ｂ側から圧油が供給されて逆回転し、ホイルローダ１は後進する。この場合の後進走行速度も、主管路４４ｂでの圧油の流量、従って、走行用の可変容量油圧ポンプ４１に設定された逆方向の傾転量に応じたものとなる。なお、油圧モータ４５は、主管路４４ａまたは４４ｂから供給される圧油の流量に応じた油圧に応じた回転速度で回転するが、その最大圧力がクロイオーバロードリリーフ弁４６によって設定されており、従って、油圧モータ４５の最大回転数が制限されていて、ホイルローダ１の最大走行速度も制限されている。

チャージポンプ４２から吐出される圧油は、一方では、前進・後進・中立切替え電磁弁３４に直接供給され、他方では、絞り４７を介して前進・後進・中立切替え電磁弁３４に供給される。この前進・後進・中立切替え電磁弁３４が図示する中立位置にあるときには、絞り４７からの圧油が管路４９ａ，４９ｂを通って傾転シリンダ４８のシリンダ室４８ａとシリンダ室４８ｂとに供給される。これにより、傾転シリンダ４８のピストン４８ｃは中立位置に設定され、走行用の可変容量油圧ポンプ４１の傾転量が零に設定されて油圧モータ４５は停止状態に設定され、ホイルローダ１は停止状態となる。

前進・後進・中立切替え電磁弁３４が図示する（Ａ）側に切り替わると、チャージポンプ４２から直接の圧油が管路４９ａを介して傾転シリンダ４８のシリンダ室４８ａに供給され、絞り４７からの圧油が管路４９ｂを介して傾転シリンダ４８のシリンダ室４８ｂに供給される。これにより、傾転シリンダ４８のピストン４８ｃは絞り４７の前後の差圧分だけシリンダ室４８ａを狭める側に変位し、走行用の可変容量油圧ポンプ４１にこの変位量に応じた正方向の傾転量が設定される。従って、この走行用の可変容量油圧ポンプ４１から主管路４４ａにこの傾転量に応じた流量の圧油が吐出されて油圧モータ４５に供給され、ホイルローダ１が前進走行する。

また、前進・後進・中立切替え電磁弁３４が図示する（Ｂ）側に切り替わると、チャージポンプ４２から直接の圧油が管路４９ｂを介して傾転シリンダ４８のシリンダ室４８ｂに供給され、絞り４７からの圧油が管路４９ａを介して傾転シリンダ４８のシリンダ室４８ａに供給される。これにより、傾転シリンダ４８のピストン４８ｃは絞り４７の前後の差圧分だけシリンダ室４８ｂを狭める側に変位し、走行用の可変容量油圧ポンプ４１にこの変位量に応じた逆方向の傾転量が設定される。従って、この走行用の可変容量油圧ポンプ４１から主管路４４ｂにこの傾転量に応じた流量の圧油が吐出されて油圧モータ４５に供給され、ホイルローダ１が後進走行する。

このように、前進・後進・中立切替え電磁弁３４を制御することにより、ホイルローダ１を停止，前進走行，後進走行の切替えを行なうことができる。

作業機要油圧ポンプ４３からは、作業機用管路５１に圧油が吐出され、バケット制御電磁弁３１，アーム制御電磁弁３２及び操舵制御電磁弁３３に供給される。掘削作業が行なわれず、これら電磁弁３１〜３３が中立位置にあるときには、作業機用管路５１から供給される圧油は、タンク５２に排出される。

掘削作業を行なうときには、バケット制御電磁弁３１，アーム制御電磁弁３２及び操舵制御電磁弁３３の少なくともいずれか１つが作動し、バケットシリンダ４に圧油が供給されることにより、バケット２が動作し、アームシリンダ５ａ，５ｂに圧油が供給されることにより、アーム３が動作し、操舵シリンダ５３ａ，５３ｂに圧油が供給されることにより、アーム３やバケット２，操作室８の向きが変えられる。

ここで、管路４９ａ，４９ｂ間には、管路５０ａ，５０ｂを介して開閉弁５０が設けられている。この開閉弁５０では、ばね５０ｃが設けられているとともに、主管路４４ａでの圧力（走行負荷圧力）Ｐｔと作業機用管路５１での圧力（作業機負荷圧力）Ｐｆとが印加されており、これら圧力との和（Ｐｔ＋Ｐｆ）とばね５０ｃの圧力Ｐｒとの大小関係に応じて開閉弁５０で開状態と閉状態との切替えが行なわれ、掘削作業での負荷の変動に応じて油圧モータ４５の回転速度が制御され、ホイルローダの前進，後進走行速度が制御される。

かかる油圧回路の構成において、前進・後進・中立切替え電磁弁３４が（Ａ）側に切り替えられた状態にあって、走行用の可変容量油圧ポンプ４１に正方向の傾転量が設定され、油圧モータ４５が正回転してホイルローダ１が規定速度Ｖ₀で前進走行しているときに、エンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６（図５）からのエンジン回転数アップ指令Ｉ_Eにより、スロットル制御用ステッピングモータ３５の回転数が上昇し、図２（ａ）に示すように、エンジン４０の回転数が上昇すると、走行用の可変容量油圧ポンプ４１，チャージポンプ４２及び作業機用油圧ポンプ４３の回転数も上昇する。チャージポンプ４２から吐出される圧油の流量は、この回転数の上昇により、増加し、絞り４７の前後の油圧差も大きくなる。これにより、傾転シリンダ４８でのピストン４８ｃの状態も変化し、走行用の可変容量油圧ポンプ４１での傾転量も増加する。このエンジン４０の回転数の上昇と走行用の可変容量油圧ポンプ４１での傾転量の上昇とにより、走行用の可変容量油圧ポンプ４１から主管路４４ａへの圧油の吐出量が大幅に上昇し、油圧モータ４５の回転数が上昇して、ホイルローダ１の前進走行速度が規定速度Ｖ₀よりも大きく上昇する。

この実施形態では、ホイルローダ１のかかる前進走行速度の上昇を抑圧するために、管路４９ａ，４９ｂ間に走行傾転量制御電磁弁３０と絞り５４とが設けられ、エンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６（図５）からの電磁弁制御信号Ｃ_Vによってこの走行傾転量制御電磁弁３０を制御する。

即ち、ホイルローダ１のバケット２の先端が掘削する土砂９の規定前方位置Ｐ₃に達する前の状態では（図１（ａ））、走行傾転量制御電磁弁３０は、図示するように、閉状態にあり、傾転シリンダ８のピストン４８ｃは絞り４７前後の差圧に応じた状態にあって、走行用の可変容量油圧ポンプ４１での傾転量が、ホイルローダ１が規定速度Ｖ₀で前進走行するように、設定されている。

しかる後、ホイルローダ１のバケット２の先端が掘削する土砂９の規定前方位置Ｐ₃に達して、エンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６（図５）から電磁弁制御信号Ｃ_Vが供給されると、走行傾転量制御電磁弁３０が開状態となり、管路４９ａ，４９ｂ間が絞り５４を介して連通する。これにより、管路４９ａと管路４９ｂとの間の油圧差がこの絞り５４の前後の圧力差となり、これにより、傾転シリンダ４８でのピストン４８ｃの状態が変化して、走行用の可変容量油圧ポンプ４１での傾転量が変化する。

そこで、このように変化した走行用の可変容量油圧ポンプ４１での傾転量が、エンジン４０の上昇した指定の回転数（例えば、図２（ａ）での２０００ｒｐｍ）に対して、ホイルローダ１の前進走行速度を規定速度Ｖ₀とする傾転量となるように（例えば、図２（ｂ）での３０％）、絞り５４の絞り量を設定する。

なお、図２（ｂ）に示すように、バケット２が土砂９に貫入して掘削を開始する時点ｔ₃で傾転量を若干増加させる（例えば、図２（ｂ）での５０％）ためには、例えば、絞り５４の絞り量を可変とし、比較器２３（図５）からの指令Ｉ₃に基づいてエンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６から電磁弁制御信号Ｃ_Vが出力されると、絞り５４の絞り量が大きくなるようにする。あるいはまた、走行傾転量制御電磁弁３０と絞り５４とに加えて、さらに、この絞り５４よりも絞り量が大きい絞りと走行傾転量制御電磁弁とを管路４９ａ，４９ｂ間に設け、比較器２３（図５）から指令Ｉ₃があると、この走行傾転量制御電磁弁が開状態となって（このとき、走行傾転量制御電磁弁３０は閉状態となる）、この絞りが作動するようにしてもよい。これにより、管路４９ａ，４９ｂ間の油圧差が大きくなり、走行用の可変容量油圧ポンプ４１での傾転量が、図２（ｂ）に示すように、例えば、５０％に上昇する。

以上のように、この第１の実施形態では、掘削動作の直前にエンジン４０の回転数を上昇させても、ホイルローダ１の前進走行速度を変化させずに、ほぼ規定速度Ｖ₀での前進走行を継続させることができ、バケット２が土砂９に貫入するときの衝撃を抑えることができるし、各センサの衝撃による誤検出を防止することができる。

図７は本発明による掘削・積込機械及び自動掘削方法の第２の実施形態を示す説明図であって、５５はステレオカメラであり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、ホイルローダ１の、例えば、操作室８の屋根には、左右２つのＣＣＤカメラからなるステレオカメラ５５が設けられており、かかるステレオカメラ５５を用いて、いわゆるステレオ法により、被写体までの距離Ｄｘを測定する。ステレオ法は、２つのカメラによって同一被写体を撮影し、夫々のカメラの撮影画面での被写体の画像のずれ量を求め、このずれ量から、三角測量の原理に基づいて、被写体までの距離を求めるものである。

そこで、この第２の実施形態では、ホイルローダ１を掘削対象となる土砂９の方向に向けることにより、ステレオカメラ５５をこの土砂９を撮像する方向に向け、この土砂９までの距離Ｄｘを測定する。しかる後、ホイルローダ１をこの土砂９に向かって前進走行開始させ、これとともに、このホイルローダ１が走行する距離Ｄを計測する。この距離Ｄは、ホイルローダ１の前輪６ａや後輪６ｂの回転数や回転角をセンサで検出することにより、求める。

ホイルローダ１が距離Ｄｘから規定距離Ｄｓまでの距離Ｄ＝Ｄｘ−Ｄｓを前進走行すると、このホイルローダ１のバケット２の先端が土砂９の規定前方位置Ｐ₃に達することになり、エンジン回転数アップ指令が発せられて、以下、上記の第１の実施形態と同様の処理動作が行われる。

なお、この第２の実施形態も、先の第１の実施形態度と同様、エンジンの回転数や傾転量が図２に示されるように制御されるものとする。

図８は図７に示すホイルローダ１のコントロールシステムの一具体例を示すブロック図であって、５５は図７に示したステレオカメラ、５６は車輪回転センサであり、図４に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、この第２の実施形態では、図４に示す第１の実施形態でのコントロールシステムに対し、レーザ距離センサ１０に代えてステレオカメラ５５及び車輪回転センサ５６を用いた点が異なるものである。

自動運転制御コントローラ２０では、まず、ステレオカメラ５５で掘削対象の土砂９を認識し、そこまでの距離Ｄｘを探索してこの土砂９の設定前方位置Ｐ₃までの距離Ｄｘ−Ｄｓが算出される掘削対象物認識処理２０ａが行なわれる。この距離Ｄｘ−Ｄｓが算出されると、走行処理２０ｂにより、ホイルローダ１の前進走行と車輪回転センサ５６の検出出力によるホイルローダ１の走行距離Ｄの計測が行なわれる。そして、この距離計測により、ホイルローダ１のバケット２の先端が土砂９の設定前方位置Ｐ₃に達したことが検知されると、以下説明を省略するが、エンジン回転数アップ指令が発せられて、先の第１の実施形態での図４に示すコントロールシステムと同様の処理動作が行なわれる。

図９は以上の動作を示すフローチャートである。なお、図３に対応するステップには同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、ホイルローダ１が掘削対象の土砂９の方向を向いて停止した状態で、ステレオカメラ５５によってこの土砂９を撮影して認識し、ホイルローダ１のバケット２の先端の位置からこの土砂９までの距離Ｄｘを計測する（ステップ２００）。そして、この計測距離Ｄｘと設定距離Ｄｓとから土砂９の設定前方位置Ｐ₃までの距離（＝Ｄｘ−Ｄｓ）を求め、これを走行設定処理として設定し（ステップ２０１）、ホイルローダ１の前進走行を開始する（ステップ２０２）。

なお、上記のホイルローダ１のバケット２の先端位置から土砂９の開始位置Ｐ₂までの距離Ｄｘは、ステレオカメラ５５の出力で求めた距離を演算処理することにより、求めることができる。

このホイルローダ１の前進走行の開始とともに、車輪回転センサ２６によってホイルローダ１の走行距離Ｄを順次測定し（ステップ２０３，２０４の“Ｎｏ”）、バケット２の先端が設定前方位置Ｐ₃に達してその間に測定した走行距離Ｄが、
Ｄ≧Ｄｘ−Ｄｓ
となると（ステップ２０４の“Ｙｅｓ”）、ホイルローダ１でエンジンの回転数アップの指令と電磁弁制御指令とが発せられ（ステップ１０２）、以下、図３でのステップ１０３〜１０５と同様の処理動作が行なわれる。

図１０は図８における自動運転制御コントローラ２０の一具体例の要部を、必要なセンサや電磁弁などとともに、示すブロック構成図であって、５６ａ〜５６ｄは車輪回転センサ、５７は走行距離算出部、５８は掘削対象物間距離計測部であり、図５，図８に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、この自動運転制御コントローラ２０では、図５に示す第１の実施形態での自動運転制御コントローラ２０でのレーザ距離センサ１０を処理する入力処理部２１の代わりに、ステレオカメラ５５の出力画像を処理する掘削対象物距離計測部５８と、ホイルローダ１の各前輪や各後輪の回転数や回転角を検出する車輪回転センサ５６ａ〜５６ｄの検出出力を処理する走行距離算出部５７とが設けられており、これ以外の構成は図５に示す自動運転制御コントローラ２０と同様である。

ホイルローダ１で掘削作業のために電源が投入され、操作室８で操作がなされてホイルローダ１が掘削対象の土砂９側に向けられ、ステレオカメラ５５のパン，チルトの操作がなされて撮影方向がこの土砂９の方向に向けられ、自動運転のための操作がなされると、ステレオカメラ５５の２つのＣＣＤカメラからの撮影画像が掘削対象物間距離計測部５８に送られ、かかる撮影画像が処理されながらこれらＣＣＤカメラの撮像方向の調整がなされ、土砂９までの距離Ｄｘが計測される（図９でのステップ２００）。この計測距離Ｄｘが求まると、掘削対象物間距離計測部５８は、自動走行シーケンス処理部２５を起動するとともに、バケット２の先端が設定前方位置Ｐ₃に達するまでの走行予定距離（＝Ｄｘ−Ｄｓ）を求め、これを比較器２３に設定する（図９でのステップ２０１）。自動走行シーケンス処理部２５は、起動するとともに、エンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６を作動状態にする。

そして、ホイルローダ１は規定速度Ｖ₀で前進走行を開始し（図９でのステップ２０２）、これとともに、車輪回転センサ５６ａ〜５６ｄが前輪，後輪の回転数と回転角とを測定し、その測定結果を走行距離算出部５７に供給する。走行距離算出部５７は車輪回転センサ５６ａ〜５６ｄを平均化して、時々刻々の走行距離Ｄを算出する（図９のステップ２０３）。かかる走行距離Ｄはホイルローダ１の前進走行とともに順次求められ、比較器２３に供給される。比較器２３では、走行距離算出部５７から順次供給される走行距離Ｄが、供給される毎に、掘削対象物距離計測部２８からの走行予定距離Ｄｘ−Ｄｓと比較され（図９のステップ２０４の“Ｎｏ”）、ホイルローダ１のバケット２の先端が土砂９の設定前方位置Ｐ₃に達して、
Ｄ≧Ｄｘ−Ｄｓ
になると（図９のステップ２０４の“Ｙｅｓ”）、比較器２３からエンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６に指令Ｉ₁が送られる（図９のステップ１０２）。

これ以降の動作は、先の第１の実施形態の場合と同様である。

また、この第２の実施形態での油圧回路も、先の第１の実施形態での図６に示す油圧回路と同様であり、説明を省略する。

以上のようにして、この第２の実施形態も、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるものである。

図１１は本発明による掘削・積込機械及び自動掘削方法の第３の実施形態を示す説明図であって、５９はＧＰＳアンテナであり、図７に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。この第３の実施形態は、走行距離の計測にＧＰＳ(Global positioning System：全地球測位システム)を利用するものである。

同図において、この第３の実施形態は、ステレオカメラ５５とＧＰＳセンサとが設けられたものであり、ホイルローダ１の、例えば、操作室８の屋根には、ステレオカメラ５５と後述のＧＰＳセンサのアンテナ（ＧＰＳアンテナ）５９とが設けられている。このステレオカメラ５５は、先の第２の実施形態での図７に示すステレオカメラ５５と同様のものである。

この第３の実施形態では、ＧＰＳセンサによってホイルローダ１のバケット２の先端の現在位置Ｐ₄の位置座標（緯度，経度）を検出するとともに、ステレオカメラ５５を用いて、先の第２の実施形態のように、求めた掘削対象の土砂９の規定前方位置Ｐ₃までの計測距離Ｄｘ−Ｄｓを基に、この規定前方位置Ｐ₃の位置座標を算出する。しかる後、ホイルローダ１をこの土砂９に向かって前進走行開始させ、これとともに、ＧＰＳセンサによってバケット２の先端位置Ｐ₄の位置座標を計測していき、ＧＰＳセンサによってバケット２の先端位置Ｐ₄が土砂９の規定前方位置Ｐ₃に達したことが検出されると、エンジン回転数アップ指令が発せられて、以下、上記の第１の実施形態と同様の処理動作が行われる。

なお、この第２の実施形態も、先の第１の実施形態度と同様、エンジンの回転数や傾転量が図２に示されるように制御されるものとする。

図１２は図１１に示すホイルローダ１のコントロールシステムの一具体例を示すブロック図であって、６０はＧＰＳセンサ、６１は方位センサであり、図８に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、この第３の実施形態では、図８に示す第２の実施形態でのコントロールシステムに対し、車輪回転センサ５６に代えてＧＰＳセンサ６０，方位センサ６１を用いた点が異なるものである。

自動運転制御コントローラ２０では、まず、ステレオカメラ５５で掘削対象の土砂９を認識し、そこまでの距離Ｄｘを探索してこの土砂９の設定前方位置Ｐ₃までの距離Ｄｘ−Ｄｓが算出され、また、ＧＰＳアンテナ５９（図１１）を備えたＧＰＳセンサ６０を用いてバケット２の先端の現在位置Ｐ₄の位置座標が検出されるとともに、方位センサ６１で検出されるホイルローダ１が向いている方位（このホイルローダ１が土砂９に向かって前進走行する方向）と算出した距離Ｄｘ−Ｄｓを用いて土砂９の設定前方位置Ｐ₃の位置座標を算出する掘削対象物認識処理２０ａが行なわれる。

ここで、ＧＰＳセンサ６０で検出される現在位置は、ＧＰＳアンテナ５９の現在の位置を表わしているが、このＧＰＳセンサ６０の検出出力を演算処理することにより、ホイルローダ１のバケット２の先端位置Ｐ₄の位置座標を求めることができる。

この掘削対象物認識処理２０ａが終了すると、走行処理２０ｂにより、ホイルローダ１の土砂９への前進走行が開始し、これとともに、ＧＰＳセンサ６０の検出出力により、この前進走行中のホイルローダ１のバケット２の先端位置Ｐ₄の位置座標が順次計測される。そして、ホイルローダ１のバケット２の先端位置Ｐ₄が土砂９の設定前方位置Ｐ₃に達したことが検知されると、以下説明を省略するが、エンジン回転数アップ指令が発せられて、先の第１の実施形態での図４に示すコントロールシステムと同様の処理動作が行なわれる。

図１３は以上の動作を示すフローチャートである。なお、図３に対応するステップには同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、先ず、先の第２の実施形態と同様に、ホイルローダ１が掘削対象の土砂９の方向を向いて停止した状態で、ステレオカメラ５５によってこの土砂９を撮影して認識し、この土砂９までの距離Ｄｘを計測する（ステップ３００）。そして、この計測距離Ｄｘと設定距離Ｄｓとから土砂９の設定前方位置Ｐ₃までの距離Ｄｘ−Ｄｓを求め、この距離Ｄｘ−Ｄｓを基に、ＧＰＳセンサ６０で検出されるバケット２の先端の現在位置Ｐ₄の位置座標と方位センサ６１で検出される方位とから、土砂９の設定前方位置Ｐ₃の位置座標を求める（ステップ３０１）。そして、ホイルローダ１の前進走行を開始する（ステップ３０２）。

このホイルローダ１の前進走行の開始とともに、ＧＰＳセンサ６０によってホイルローダ１のバケット２の先端位置Ｐ₄の位置座標を順次測定し（ステップ３０３，３０４の“Ｎｏ”）、バケット２の先端が設定前方位置Ｐ₃に達して、
Ｐ₄の位置座標＝Ｐ₃の位置座標
となると（ステップ３０４の“Ｙｅｓ”）、ホイルローダ１でエンジンの回転数アップの指令と電磁弁制御指令とが発せられ（ステップ１０２）、以下、図３でのステップ１０３〜１０５と同様の処理動作が行なわれる。

図１４は図１２における自動運転制御コントローラ２０の一具体例の要部を、必要なセンサや電磁弁などとともに、示すブロック構成図であって、６２，６３は入力処理部、６４は比較演算部であり、図５，図１２に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、この自動運転制御コントローラ２０では、図１０に示す第２の実施形態での自動運転制御コントローラ２０での車輪回転センサ５６ａ〜５６ｄの検出出力を処理する走行距離算出部５７の代わりに、ＧＰＳセンサ６０の検出出力を処理する入力処理部６２と方位センサ６１の検出出力を処理する入力処理部６２とが設けられ、また、比較部２３の代わりに、掘削対象の土砂９の設定前方位置Ｐ₃の位置座標を求め、ＧＰＳセンサ６０の検出出力に基づくバケット２の先端位置Ｐ₄の位置座標とを比較演算する比較演算部６４が設けられており、これ以外の構成は図１０に示す自動運転制御コントローラ２０と同様である。

ホイルローダ１で掘削作業のために電源が投入され、操作室８で操作がなされてホイルローダ１が掘削対象の土砂９側に向けられ、ステレオカメラ５５のパン，チルトの操作がなされて撮影方向がこの土砂９の方向に向けられ、自動運転のための操作がなされると、ステレオカメラ５５の２つのＣＣＤカメラからの撮影画像が掘削対象物間距離計測部５８に送られる。掘削対象物間距離計測部５８では、かかる撮影画像が処理されながらこれらＣＣＤカメラの撮像方向の調整がなされ、土砂９までの距離Ｄｘが計測され、バケット２の先端位置Ｐ₄から土砂９の設定前方位置Ｐ３までの距離Ｄｘ−Ｄｓが算出され、比較演算部６４に供給される（図１３でのステップ３００）。

また、ＧＰＳセンサ６０の検出出力が入力処理部に供給されてホイルローダ１のバケット２の先端位置Ｐ₄の位置座標が算出され、現在位置情報Ｐとして比較演算部６４に供給されるとともに、方位センサ６１の検出出力が入力処理部６３に供給されて、ホイルローダ１が前進して向かう方位が求められ、方位情報Ａとして比較演算部６４に供給される。比較演算部６４では、この現在位置情報Ａによる現在のバケット２の先端位置Ｐ₄の位置座標から、この方位情報Ａによる方向の距離Ｄｘ−Ｄｓでの位置座標が算出され、この位置座標が土砂９の設定前方位置Ｐ₃の位置座標として保持される（図１３のステップ３０１）。

このようにして、設定前方位置Ｐ₃の位置座標が求まると、掘削対象物間距離計測部５８は、自動走行シーケンス処理部２５を起動させる。これにより、自動走行シーケンス処理部２５は、エンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６を作動状態にする。

そして、ホイルローダ１は規定速度Ｖ₀で前進走行を開始し（図１３でのステップ３０２）、これとともに、ＧＰＳセンサ６０がその検出結果を順次入力処理部６３に供給し、この入力処理部６３から順次現在の位置を表わす位置座標Ｐが比較演算部６４に供給される（図１３のステップ３０３）。比較演算部６４では、かかる位置情報Ｐが保持されている土砂９の設定前方位置Ｐ₃の位置座標と順次比較され（図１３のステップ３０４）、
Ｐ₄の位置座標＝Ｐ₃の位置座標
になると、バケット２の先端位置Ｐ４が土砂９の設定前方位置Ｐ₃に達したものと判定し（図１３のステップ３０４の“Ｙｅｓ”）、比較演算部６４からエンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部２６に指令Ｉ₁が送られる（図１３のステップ１０２）。

これ以降の動作は、先の第１，第２の実施形態の場合と同様である。なお、図１３のステップ３０４は、ＧＰＳの誤差及び自動制御誤差を考慮して、（｜Ｐ₄−Ｐ₃｜＜ΔＰ）としてもよい。ここで、ΔＰはＧＰＳの測定誤差及び自動制御誤差を考慮した設定値である。

また、この第３の実施形態での油圧回路も、先の第１の実施形態での図６に示す油圧回路と同様であり、説明を省略する。

以上のようにして、この第３の実施形態も、先の第１，第２の実施形態と同様の効果が得られるものである。

本発明による掘削・積込機械及び自動掘削方法の第１の実施形態を示す説明図である。 図１に示す第１の実施形態でのエンジンの回転数の変化と後輪への傾転量（駆動力伝達率）との関連を示す図である。 図１に示す第１の実施形態での掘削が開始するまでの動作の一具体例を示すフローチャートである。 図１に示すホイルローダのコントロールシステムの一具体例を示すブロック図である。 図４における自動運転制御コントローラの一具体例の要部を示すブロック図である。 図１におけるホイルローダ１に設けられている油圧回路の一具体例を示す回路図である。 本発明による掘削・積込機械及び自動掘削方法の第２の実施形態を示す説明図である。 図７に示すホイルローダのコントロールシステムの一具体例を示すブロック図である。 図７に示す第２の実施形態での掘削が開始するまでの動作の一具体例を示すフローチャートである。 図８における自動運転制御コントローラの一具体例の要部を、必要なセンサや電磁弁などとともに、示すブロック構成図図である。 図１１は本発明による掘削・積込機械及び自動掘削方法の第３の実施形態を示す説明図である。 図１１に示すホイルローダのコントロールシステムの一具体例を示すブロック図である。 フェーズ毎の顧客配信情報の一具体例を示す図である。 図１２における自動運転制御コントローラの一具体例の要部を、必要なセンサや電磁弁などとともに、示すブロック構成図である。 掘削・積込機械の一例としてのホイルローダの主要部位を示す説明図である。

符号の説明

１ ホイルローダ
２ バケット
３ アーム
４ バケットシリンダ
５，５ａ，５ｂ アームシリンダ
６ａ，６ａ₁，６ａ₂ 前輪
６ｂ，６ｂ₁，６ｂ₂ 後輪
７ トランスミッション
８ 操作室
９ 土砂
１０ レーザ距離センサ
１１ レーザ光
１２ アーム回転センサ
１３ バケット回転センサ
１４ 操舵回転センサ
１５，１５ａ〜１５ｄ 圧力センサ
１６ エンジン回転センサ
１７ 車体加速度センサ
１８ 車体傾斜センサ
２０ 自動運転制御コントローラ
２０ａ 掘削対象物認識処理
２０ｂ 走行処理
２０ｃ 掘削処理
２０ｄ 放土位置認識処理
２０ｅ 放土処理
２０ｆ 掘削・走行切替処理
２０ｇ 自動運転シーケンス処理
２１，２２ 入力処理部
２３ 比較器
２４ 設定値記憶メモリ
２５ 自動走行シーケンス処理部
２６ エンジン回転数アップ／電磁弁制御処理部
２７ 掘削処理部
３０ 走行傾転量制御電磁弁
３１ バケット制御電磁弁
３２ アーム制御電磁弁
３３ 操舵制御電磁弁
３４ 前進・更新・中立切替電磁弁
３５ スロットル制御用ステッピングモータ
３６ ブレーキ制御部
３８ 走行機構部
３９ 作業機構部
４０ エンジン
４０ａ スロットル
４１ 走行用の可変容量油圧ポンプ
４２ チャージポンプ
４３ 作業機用油圧ポンプ
４４ａ，４４ｂ 主管路
４５ 油圧モータ
４６ クロスオーバロードリリーフ弁
４７ 絞り
４８ 傾転シリンダ
４８ａ，４８ｂ シリンダ室
４８ｃ ピストン
４９ａ，４９ｂ 管路
５０ 開閉弁
５０ａ，５０ｂ 管路
５０ｃ ばね
５１ 管路
５２ タンク
５３ａ，５３ｂ 操舵シリンダ
５４ 絞り
５５ ステレオカメラ
５６，５６ａ〜５６ｄ 車輪回転センサ
５７ 走行距離算出部
５８ 掘削対象物距離計測部
５９ ＧＰＳアンテナ
６０ ＧＰＳセンサ
６１ 方位センサ
６２，６３ 入力処理部
６４ 比較演算部

Claims (5)

1. バケットやアームからなる作業機構と前進，後進の走行を行なうための走行機構とを備え、該作業機構と該走行機構との動力源を１つのエンジンで兼用し、掘削対象物の掘削作業と積込作業を行なう掘削・積込機械であって、
   掘削対象物との間の位置関係を検出する第１の手段と、
   該第１の手段によって検出された該位置関係を基に、前進走行中、該掘削対象物から予め決められた距離の規定位置に達したことを検出する第２の手段と、
   該第２の手段が該規定位置に達したことを検出したとき、該エンジンの回転数を上昇させる制御を行なうとともに、該エンジンから車輪への駆動力を低減させる第３の手段と
   を設け、該エンジンの回転数の上昇に伴う該車輪の回転数の上昇を抑圧し、前記規定位置の通過後も、前記規定位置の通過前の走行速度とほぼ等しい走行速度で前進走行を可能に構成したことを特徴とする掘削・積込機械。
2. 請求項１において、
   前記第１の手段は、レーザ距離センサであって、
   前記第２の手段は、該レーザ距離センサによって計測される距離と予め決められた設定値とを比較判定する手段である
   ことを特徴とする掘削・積込機械。
3. 請求項１において、
   前記第１の手段は、
   ステレオカメラと、
   該ステレオカメラの出力を処理して前記規定位置までの距離を計測する処理手段と
   からなり、
   前記第２の手段は、
   車輪の回転を検出して走行距離を計測する車輪回転センサと、
   該車輪回転センサで計測された走行距離と該処理手段で計測された前記規定位置までの距離とを比較判定する手段と
   からなることを特徴とする掘削・積込機械。
4. 請求項１において、
   前記第１の手段は、
   ステレオカメラと、
   該ステレオカメラの出力を処理して前記規定位置までの距離を計測する第１の処理手段と
   からなり、
   前記第２の手段は、
   ＧＰＳ(Global positioning System)センサと、
   該ＧＰＳセンサの検出出力と該第１の処理手段で計測された前記規定位置までの距離とを演算処理して前記規定位置の位置座標を求る第２の処理手段と、
   該ＧＰＳセンサの検出出力による現在位置の位置座標と該第２の処理手段で求られた前記規定位置の位置座標とを比較判定する第３の処理手段と
   からなることを特徴とする掘削・積込機械。
5. 掘削・積込機械による掘削対象物の自動掘削方法において、
   前進走行中の該掘削・積込機械の該掘削対象物に対する位置関係を計測し、
   該掘削・積込機械が該掘削対象物から予め決められた所定距離の規定位置に達したとき、該掘削・積込機械のエンジンの回転数を上昇させる制御を行なうとともに、該エンジンの回転数の上昇に伴う該掘削・積込機械の前進走行速度の上昇を抑える制御を行ない、
   該掘削・積込機械が、該規定位置に達して後も、該規定位置に達する前の走行速度で走行することを特徴とする掘削・積込機械の自動掘削方法。

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