JP2022121597A - 積込機械の制御装置および制御方法 - Google Patents

積込機械の制御装置および制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】自動積込における旋回中にバケットと積込対象とが干渉しないように旋回を制御する。【解決手段】移動処理部は、バケットの自動移動の開始指示に基づいて、バケットを積込点へ移動させるための作業機操作信号と目標旋回速度に係る旋回操作信号とを生成する。目標速度変更部は、旋回体の旋回中に、作業機が積込対象に干渉しないように目標旋回速度を変更する。【選択図】図４

Description

本発明は、積込機械の制御装置および制御方法に関する。
特許文献１には、積込機械の自動積込制御に関する技術が開示されている。自動積込制御とは、制御装置が積込機械のオペレータ等から積込点の指定を受け付け、制御装置が旋回体および作業機の動作を制御することで、バケットを積込点へ移動させる制御である。
特開平９－２５６４０７号公報
積込機械の自動積込制御中において、作業機の上昇速度が想定速度より遅い場合、または旋回体の旋回速度が想定速度より速い場合、バケットと積込対象とが干渉する可能性がある。
本発明の目的は、自動積込における旋回中にバケットと積込対象とが干渉しないように旋回を制御する積込機械の制御装置および制御方法を提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを有する作業機とを備える積込機械を制御する制御装置であって、前記バケットをオペレータの操作によらずに積込点へ移動させる移動動作の開始指示に基づいて、前記バケットを積込点へ移動させるための作業機操作信号と目標旋回速度に係る旋回操作信号とを生成する移動処理部と、前記旋回体の旋回中に、前記作業機が積込対象に干渉しないように前記目標旋回速度を変更する目標速度変更部とを備える。
上記態様によれば、積込機械の制御装置は、自動積込における旋回中にバケットと積込対象とが干渉しないように旋回を制御することができる。
第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る積込機械の油圧装置の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。 第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。 エンジンとポンプのマッチング関係の例を示す図である。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
〈第１の実施形態〉
《積込機械の構成》
図１は、第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
積込機械１００は、土砂を運搬車両などへ積込を行う積込機械である。第１の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベル以外の積込機械であってもよい。また図１に示す積込機械１００はフェイスショベルであるが、バックホウショベルやロープショベルであってもよい。
積込機械１００は、走行体１１０と、走行体１１０に支持される旋回体１２０と、油圧により作動し旋回体１２０に支持される作業機１３０とを備える。旋回体１２０は、旋回中心を中心として旋回自在に支持される。
作業機１３０は、ブーム１３１と、アーム１３２と、バケット１３３と、ブームシリンダ１３４と、アームシリンダ１３５と、バケットシリンダ１３６と、ブーム角度センサ１３７と、アーム角度センサ１３８と、バケット角度センサ１３９とを備える。
ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にピンを介して取り付けられる。
アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット１３３は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための容器とを備える。バケット１３３の基端部は、アーム１３２の先端部にピンを介して取り付けられる。
ブームシリンダ１３４は、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３４の先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
アームシリンダ１３５は、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３５の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３５の先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
バケットシリンダ１３６は、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３６の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。バケットシリンダ１３６の先端部は、バケット１３３に取り付けられる。
ブーム角度センサ１３７は、ブーム１３１に取り付けられ、ブーム１３１の傾斜角を検出する。
アーム角度センサ１３８は、アーム１３２に取り付けられ、アーム１３２の傾斜角を検出する。
バケット角度センサ１３９は、バケット１３３に取り付けられ、バケット１３３の傾斜角を検出する。
第１の実施形態に係るブーム角度センサ１３７、アーム角度センサ１３８、およびバケット角度センサ１３９は、地平面に対する傾斜角を検出する。なお、他の実施形態に係る角度センサはこれに限られず、他の基準面に対する傾斜角を検出してもよい。例えば、他の実施形態においては、角度センサは、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の基端部に設けられたポテンショメータによって相対回転角を検出してもよいし、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５およびバケットシリンダ１３６のシリンダ長さを計測し、シリンダ長さを角度に変換することで傾斜角を検出するものであってもよい。
旋回体１２０には、運転室１２１が設けられる。運転室１２１の内部には、オペレータが着座するための運転席１２２、積込機械１００を操作するための操作装置１２３、検出方向に存在する対象物の三次元位置を検出するための検出装置１２４が設けられる。操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて、ブームシリンダ１３４の操作信号、アームシリンダ１３５の操作信号、バケットシリンダ１３６の操作信号、旋回体１２０の左右への旋回操作信号、走行体１１０の前後進のための走行操作信号を生成し、制御装置１２８に出力する。また操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて作業機１３０に自動積込制御を開始させるための積込指示信号を生成し、制御装置１２８に出力する。積込指示信号は、バケット１３３の自動移動（バケット１３３をオペレータの操作によらずに積込点へ移動させる移動動作）の開始指示の一例である。操作装置１２３は、例えばレバー、スイッチおよびペダルにより構成される。積込指示信号はスイッチの操作により生成される。例えば、スイッチがＯＮになったときに、積込指示信号が出力される。操作装置１２３は、運転席１２２の近傍に配置される。操作装置１２３は、オペレータが運転席１２２に座ったときにオペレータの操作可能な範囲内に位置する。
検出装置１２４の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）測距装置などが挙げられる。検出装置１２４は、例えば検出方向が積込機械１００の運転室１２１の前方を向くように設けられる。検出装置１２４は、対象物の三次元位置を、検出装置１２４の位置を基準とした座標系で特定する。
なお、第１の実施形態に係る積込機械１００は、運転席１２２に着座するオペレータの操作に従って動作するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、積込機械１００の外部で操作するオペレータの遠隔操作によって操作信号や積込指示信号が送信され動作するものであってもよい。
積込機械１００は、位置方位演算器１２５、傾斜計測器１２６、油圧装置１２７、制御装置１２８、旋回モータ１２９（図２参照）を備える。
位置方位演算器１２５は、旋回体１２０の位置および旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１２５は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１２５は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
位置方位演算器１２５は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。
傾斜計測器１２６は、旋回体１２０の加速度および角速度（旋回速度）を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角、ピッチ角、ヨー角）を検出する。傾斜計測器１２６は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１２６は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。
油圧装置１２７は、制御装置１２８による操作信号に従って、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、バケットシリンダ１３６、旋回モータ１２９、および図示しない左右の走行モータに作動油を供給する。
制御装置１２８は、操作装置１２３から操作信号を受信する。制御装置１２８は、受信した操作信号に基づいて、油圧装置１２７を駆動させる。
旋回モータ１２９は、旋回体１２０を旋回させるためのモータである。
《油圧装置の構成》
図２は、第１の実施形態に係る積込機械の油圧装置の構成を示す概略図である。
油圧装置１２７は、作動油タンク１２７１、複数の油圧ポンプ１２７２、および複数の流量制御弁１２７３を備える。より具体的には、油圧装置１２７は、作動油タンク１２７１、第１油圧ポンプ１２７２Ａ、第２油圧ポンプ１２７２Ｂ、第３油圧ポンプ１２７２Ｃ、第４油圧ポンプ１２７２Ｄ、第５油圧ポンプ１２７２Ｅ、および第６油圧ポンプ１２７２Ｆ、ならびに第１ブーム流量制御弁１２７３Ａ１、第１アーム流量制御弁１２７３Ａ２、第１バケット流量制御弁１２７３Ａ３、第２ブーム流量制御弁１２７３Ｂ１、第２アーム流量制御弁１２７３Ｂ２、第２バケット流量制御弁１２７３Ｂ３、第３ブーム流量制御弁１２７３Ｃ１、第３アーム流量制御弁１２７３Ｃ２、第３バケット流量制御弁１２７３Ｃ３、旋回流量制御弁１２７３Ｃ４、図示しない左走行流量制御弁、および右走行流量制御弁を備える。
油圧ポンプ１２７２は、図示しないエンジンの動力で駆動し、各流量制御弁１２７３を介してブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、バケットシリンダ１３６、旋回モータ１２９、および走行体１１０を走行させる図示しない走行モータに作動油を供給する。各流量制御弁１２７３はロッド状のスプールを有し、スプールの位置によってブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、バケットシリンダ１３６、旋回モータ１２９、および走行体１１０に供給する作動油の流量を調整する。スプールは、制御装置１２８から受信する制御指令に基づいて駆動される。つまり、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、バケットシリンダ１３６および旋回モータ１２９に供給される作動油の量は、制御装置１２８によって制御される。
第１油圧ポンプ１２７２Ａおよび第２油圧ポンプ１２７２Ｂは、第１ブーム流量制御弁１２７３Ａ１、第１バケット流量制御弁１２７３Ａ３、第１アーム流量制御弁１２７３Ａ２の順に接続される。つまり、第１ブーム流量制御弁１２７３Ａ１は、第１油圧ポンプ１２７２Ａおよび第２油圧ポンプ１２７２Ｂが吐出する作動油をブームシリンダ１３４に供給する。第１バケット流量制御弁１２７３Ａ３は、第１油圧ポンプ１２７２Ａおよび第２油圧ポンプ１２７２Ｂが吐出する作動油のうち、ブームシリンダ１３４に供給されなかった作動油をバケットシリンダ１３６に供給する。第１アーム流量制御弁１２７３Ａ２は、第１油圧ポンプ１２７２Ａおよび第２油圧ポンプ１２７２Ｂが吐出する作動油のうち、ブームシリンダ１３４およびバケットシリンダ１３６に供給されなかった作動油をアームシリンダ１３５に供給する。
第３油圧ポンプ１２７２Ｃおよび第４油圧ポンプ１２７２Ｄは、第２アーム流量制御弁１２７３Ｂ２、第２バケット流量制御弁１２７３Ｂ３、第２ブーム流量制御弁１２７３Ｂ１の順に接続される。つまり、第２アーム流量制御弁１２７３Ｂ２は、第３油圧ポンプ１２７２Ｃおよび第４油圧ポンプ１２７２Ｄが吐出する作動油をアームシリンダ１３５に供給する。第２バケット流量制御弁１２７３Ｂ３は、第３油圧ポンプ１２７２Ｃおよび第４油圧ポンプ１２７２Ｄが吐出する作動油のうち、アームシリンダ１３５に供給されなかった作動油をバケットシリンダ１３６に供給する。第２ブーム流量制御弁１２７３Ｂ１は、第３油圧ポンプ１２７２Ｃおよび第４油圧ポンプ１２７２Ｄが吐出する作動油のうち、アームシリンダ１３５およびバケットシリンダ１３６に供給されなかった作動油をブームシリンダ１３４に供給する。
第５油圧ポンプ１２７２Ｅは、第３バケット流量制御弁１２７３Ｃ３、第３ブーム流量制御弁１２７３Ｃ１、第３アーム流量制御弁１２７３Ｃ２の順に接続される。また、第６油圧ポンプ１２７２Ｆは、旋回流量制御弁１２７３Ｃ４、第３バケット流量制御弁１２７３Ｃ３、第３ブーム流量制御弁１２７３Ｃ１、第３アーム流量制御弁１２７３Ｃ２の順に接続される。
つまり、旋回流量制御弁１２７３Ｃ４は、第６油圧ポンプ１２７２Ｆが吐出する作動油を旋回モータ１２９に供給する。第３バケット流量制御弁１２７３Ｃ３は、第６油圧ポンプ１２７２Ｆが吐出する作動油のうち旋回モータ１２９に供給されなかった作動油、および第５油圧ポンプ１２７２Ｅが吐出する作動油をバケットシリンダ１３６に供給する。第３ブーム流量制御弁１２７３Ｃ１は、第６油圧ポンプ１２７２Ｆが吐出する作動油のうち旋回モータ１２９およびバケットシリンダ１３６に供給されなかった作動油、および第５油圧ポンプ１２７２Ｅが吐出する作動油のうちバケットシリンダ１３６に供給されなかった作動油をブームシリンダ１３４に供給する。第３アーム流量制御弁１２７３Ｃ２は、第６油圧ポンプ１２７２Ｆが吐出する作動油のうち旋回モータ１２９、バケットシリンダ１３６、およびブームシリンダ１３４に供給されなかった作動油、および第５油圧ポンプ１２７２Ｅが吐出する作動油のうちバケットシリンダ１３６およびブームシリンダ１３４に供給されなかった作動油をアームシリンダ１３５に供給する。
つまり、第１ブーム流量制御弁１２７３Ａ１、第１アーム流量制御弁１２７３Ａ２、第１バケット流量制御弁１２７３Ａ３、第２ブーム流量制御弁１２７３Ｂ１、第２アーム流量制御弁１２７３Ｂ２、第２バケット流量制御弁１２７３Ｂ３、第３ブーム流量制御弁１２７３Ｃ１、第３アーム流量制御弁１２７３Ｃ２、および第３バケット流量制御弁１２７３Ｃ３は、作業機１３０を作動させるアクチュエータに流れる作動油の流量を制御する作業機側流量制御弁の一例である。また、旋回流量制御弁１２７３Ｃ４は、旋回モータ１２９に流れる作動油の流量を制御する旋回側流量制御弁の一例である。
また、第１油圧ポンプ１２７２Ａ、第２油圧ポンプ１２７２Ｂ、第３油圧ポンプ１２７２Ｃ、第４油圧ポンプ１２７２Ｄ、および第５油圧ポンプ１２７２Ｅは、作業機側流量制御弁にのみ接続される第１ポンプの一例である。第６油圧ポンプ１２７２Ｆは、旋回側流量制御弁および作業機側流量制御弁に接続される第２ポンプの一例である。
なお、油圧装置１２７の構成は図２に示す構成に限られない。
《制御装置の構成》
図３は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置１２８は、プロセッサ１１００、メインメモリ１２００、ストレージ１３００、インタフェース１４００を備えるコンピュータである。ストレージ１３００は、プログラムを記憶する。プロセッサ１１００は、プログラムをストレージ１３００から読み出してメインメモリ１２００に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
ストレージ１３００の例としては、ＨＤＤ、ＳＳＤ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等が挙げられる。ストレージ１３００は、制御装置１２８の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１４００を介して制御装置１２８に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ１３００は、一時的でない有形の記憶媒体である。
プロセッサ１１００は、プログラムの実行により、車両情報取得部１１０１、検出情報取得部１１０２、操作信号入力部１１０３、バケット位置特定部１１０４、積込位置特定部１１０５、回避位置特定部１１０６、作業機速度推定部１１０７、移動処理部１１０８、干渉判定部１１０９、目標速度変更部１１１０、操作信号出力部１１１１を備える。
車両情報取得部１１０１は、旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、走行体１１０の走行速度、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する。以下、車両情報取得部１１０１が取得する積込機械１００に係る情報を車両情報とよぶ。
検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から三次元位置情報を取得し、積込対象２００（例えば、運搬車両やホッパ）の位置および形状を特定する。
操作信号入力部１１０３は、操作装置１２３から操作信号の入力を受け付ける。ブーム１３１の操作信号、アーム１３２の操作信号、バケット１３３の操作信号、旋回体１２０の旋回操作信号、走行体１１０の走行操作信号、ならびに積込機械１００の積込指示信号が含まれる。
バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、ショベル座標系におけるアーム１３２の先端の位置Ｐおよびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂを特定する。バケット１３３の最下点とは、バケット１３３の外形のうち地表面からの距離が最も短い点をいう。特に、バケット位置特定部１１０４は、積込指示信号の入力を受け付けたときのアーム１３２の先端の位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０として特定する。図４は、第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。具体的には、バケット位置特定部１１０４は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の長さの垂直方向成分および水平方向成分を求める。同様に、バケット位置特定部１１０４は、アーム１３２の長さの垂直方向成分および水平方向成分を求める。バケット位置特定部１１０４は、積込機械１００の位置から、積込機械１００の方位および姿勢から特定される方向に、ブーム１３１およびアーム１３２の長さの垂直方向成分の和および水平方向成分の和だけ離れた位置を、アーム１３２の先端の位置Ｐ（図１に示すアーム１３２の先端部のピンの位置Ｐ）として特定する。また、バケット位置特定部１１０４は、バケット１３３の傾斜角と既知のバケット１３３の形状とに基づいて、バケット１３３の鉛直方向の最下点を特定し、アーム１３２の先端から最下点までの高さＨｂを特定する。
積込位置特定部１１０５は、操作信号入力部１１０３に積込指示信号が入力された場合に、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３を特定する。積込位置特定部１１０５は、車両情報取得部１１０１が取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて積込対象２００の位置情報が示す積込点Ｐ２１を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部１１０５は、特定した積込点Ｐ２１から、積込機械１００の旋回体１２０の向く方向にバケット１３３の中心からアーム１３２の先端までの距離Ｄ１だけ離れた位置を、積込位置Ｐ１３の平面位置として特定する。つまり、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に位置するとき、バケット１３３の中心は積込点Ｐ２１に位置することとなる。したがって、制御装置１２８は、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３へ移動するように制御することで、バケット１３３の中心を積込点Ｐ２１に移動させることができる。積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、バケット位置特定部１１０４が特定したアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する。なお、他の実施形態においては、積込位置特定部１１０５は、制御余裕分の高さを加算せずに積込位置Ｐ１３を特定してもよい。すなわち、積込位置特定部１１０５は、高さＨｔに高さＨｂを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定してもよい。
回避位置特定部１１０６は、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３と、車両情報取得部１１０１が取得した積込機械１００の位置と、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、バケット１３３が積込対象２００と干渉しない点である干渉回避位置Ｐ１２を特定する。干渉回避位置Ｐ１２は、積込位置Ｐ１３と同じ高さを有し、かつ旋回体１２０の旋回中心からの距離が、当該旋回中心から積込位置Ｐ１３までの距離と等しく、かつ下方に積込対象２００が存在しない位置である。回避位置特定部１１０６は、例えば、旋回体１２０の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と積込位置Ｐ１３との距離を半径とする円を特定し、当該円上の位置のうち、バケット１３３の外形が平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置Ｐ１３に最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２と特定する。回避位置特定部１１０６は、積込対象２００の位置および形状、ならびにバケット１３３の既知の形状に基づいて、積込対象２００とバケット１３３とが干渉するか否かを判定することができる。ここで、「同じ高さ」、「距離が等しい」とは、必ずしも高さまたは距離が完全に一致するものに限られず、多少の誤差やマージンが許容されるものとする。
作業機速度推定部１１０７は、旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定する。具体的には、旋回体１２０が旋回していない場合、各油圧ポンプ１２７２から吐出されるすべての作動油が、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給される。他方、旋回体１２０が旋回している場合、各油圧ポンプ１２７２から吐出されるすべての作動油のうち、第６油圧ポンプ１２７２Ｆから旋回モータ１２９に流れる作動油分だけ少ない流量が、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給される。そのため、第１の実施形態において、作業機速度推定部１１０７は、第１油圧ポンプ１２７２Ａ、第２油圧ポンプ１２７２Ｂ、第３油圧ポンプ１２７２Ｃ、第４油圧ポンプ１２７２Ｄ、および第５油圧ポンプ１２７２Ｅの吐出流量の和に基づいて、旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定する。すなわち、作業機速度推定部１１０７は、すべての油圧ポンプの吐出流量の和から第６油圧ポンプ１２７２Ｆの吐出流量を減算した流量に基づいて、旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定する。
移動処理部１１０８は、操作信号入力部１１０３が積込指示信号の入力を受け付けた場合に、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３、回避位置特定部１１０６が特定した干渉回避位置Ｐ１２に基づいて、バケット１３３を積込位置Ｐ１３まで移動させるための操作信号を生成する。すなわち、移動処理部１１０８は、掘削完了位置Ｐ１０から、旋回開始位置Ｐ１１および干渉回避位置Ｐ１２を経由して、積込位置Ｐ１３に到達するように、操作信号を生成する。また、移動処理部１１０８は、ブーム１３１およびアーム１３２が駆動してもバケット１３３の対地角度が変化しないように、バケット１３３の操作信号を生成する。
干渉判定部１１０９は、旋回体１２０の旋回中に、推定された作業機１３０の速度、旋回体１２０の旋回速度、および干渉回避位置Ｐ１２に基づいて、現在の旋回速度のまま旋回を続けた場合に、作業機１３０が積込対象２００に干渉することになるか否かを判定する。
目標速度変更部１１１０は、作業機１３０が積込対象２００に干渉することになると判定した場合に、作業機１３０が積込対象２００に干渉しないように目標旋回速度を変更する。具体的には、目標速度変更部１１１０は、作業機１３０の高さが干渉回避位置Ｐ１２より高い位置に到達するまでの時間と、作業機１３０の上方からの平面位置が積込対象２００に干渉するまでの旋回角度とに基づいて、目標旋回速度を変更する。
操作信号出力部１１１１は、操作信号入力部１１０３に入力された操作信号、または移動処理部１１０８が生成した操作信号を出力する。
《動作》
積込機械１００のオペレータは、積込機械１００と積込対象２００とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置１２３のスイッチをＯＮにする。これにより、操作装置１２３は、積込指示信号を生成し出力する。
図５－図６は、第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。制御装置１２８は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付けると、図５－図６に示す自動積込制御を実行する。
車両情報取得部１１０１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、ならびに旋回体１２０の姿勢および旋回速度を取得する（ステップＳ１）。バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した旋回体１２０の位置および方位に基づいて、旋回体１２０の旋回中心の位置を特定する（ステップＳ２）。また検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から、積込対象２００の三次元位置情報を取得し、三次元位置情報から積込対象２００の位置および形状を特定する（ステップＳ３）。
バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、積込指示信号の入力時のアーム１３２の先端の位置Ｐ、およびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂを特定する（ステップＳ４）。バケット位置特定部１１０４は、当該位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０と特定する。
積込位置特定部１１０５は、ステップＳ１で取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて検出情報取得部１１０２が取得した積込対象２００の位置情報を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部１１０５は、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３の平面位置を特定する（ステップＳ５）。このとき、積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、ステップＳ４で特定したアーム１３２の先端からバケット１３３の最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する（ステップＳ６）。
回避位置特定部１１０６は、ステップＳ２で特定した旋回中心から積込位置Ｐ１３までの平面距離を特定する（ステップＳ７）。回避位置特定部１１０６は、旋回中心から特定した平面距離だけ離れた位置であって、バケット１３３の外形が平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置Ｐ１３から最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２として特定する（ステップＳ８）。
移動処理部１１０８は、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至ったか否かを判定する（ステップＳ９）。アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っていない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、移動処理部１１０８は、アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にあるか否かを判定する（ステップＳ１０）。例えば、移動処理部１１０８は、アーム１３２の先端の高さと干渉回避位置Ｐ１２の高さとの差が所定の閾値未満であり、または旋回体１２０の旋回中心からアーム１３２の先端までの平面距離と旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの平面距離との差が所定の閾値未満であるか否かを判定する。アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、移動処理部１１０８は、アーム１３２の先端を干渉回避位置Ｐ１２まで移動させるブーム１３１およびアーム１３２の操作信号を生成する（ステップＳ１１）。このとき、移動処理部１１０８は、ブーム１３１およびアーム１３２の位置および速度に基づいて、操作信号を生成する。具体的には、速やかにアーム１３２の先端を干渉回避位置Ｐ１２まで移動させるために、アーム１３２の先端と干渉回避位置Ｐ１２との距離が大きい時は、ブーム１３１およびアーム１３２の操作信号を最大値とする。また、アーム１３２の先端を緩やかに停止させるために、アーム１３２の先端と干渉回避位置Ｐ１２との距離が小さい時は、ブーム１３１およびアーム１３２の操作信号を小さくする。なお、アーム１３２の先端の位置に基づいて操作信号を生成する例を示したが、これに限らない。例えば、ブーム１３１の角度およびアーム１３２の角度を、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２に一致する時のブーム１３１の角度およびアーム１３２の角度に、それぞれ移動するように独立に操作信号を生成してもよい。また、アーム１３２の先端を干渉回避位置Ｐ１２まで移動させるためのブーム１３１およびアーム１３２の目標角度あるいは目標速度を生成して、それぞれ目標に従うように一般的なフィードバック制御やフィードフォワード制御により、操作信号を生成してもよい。
また移動処理部１１０８は、生成したブーム１３１およびアーム１３２の操作信号に基づいてブーム１３１およびアーム１３２の角速度の和を算出し、当該角速度の和と同じ速度でバケット１３３を回動させる操作信号を生成する（ステップＳ１２）。これにより、移動処理部１１０８は、バケット１３３の対地角を保持する操作信号を生成することができる。なお、他の実施形態においては、移動処理部１１０８は、ブーム角度センサ１３７、アーム角度センサ１３８およびバケット角度センサ１３９の検出値より算出されるバケット１３３の対地角度が、自動制御開始時の対地角度と等しくなるようにバケット１３３を回動させる操作信号を生成してもよい。
アーム１３２の先端の位置が干渉回避位置Ｐ１２の近傍にある場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、移動処理部１１０８は、作業機を駆動する操作信号を生成しない。つまり、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号を生成しない。
移動処理部１１０８は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。すなわち、移動処理部１１０８は、旋回体１２０が旋回中であるか否かを判定する。
旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、作業機速度推定部１１０７は、第１油圧ポンプ１２７２Ａ、第２油圧ポンプ１２７２Ｂ、第３油圧ポンプ１２７２Ｃ、第４油圧ポンプ１２７２Ｄ、および第５油圧ポンプ１２７２Ｅの吐出流量の和に基づいて、旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定する（ステップＳ１４）。移動処理部１１０８は、推定した作業機１３０の速度に基づいて、バケット１３３の高さが掘削完了位置Ｐ１０の高さから干渉回避位置Ｐ１２の高さに至るまでの上昇時間を特定する（ステップＳ１５）。バケット１３３の上昇時間に基づいて、現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２または干渉回避位置Ｐ１２より高い点を通過することになるか否かを判定する（ステップＳ１６）。現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２または干渉回避位置Ｐ１２より高い点を通過することになる場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、移動処理部１１０８は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ１７）。速やかにアーム１３２の先端を干渉回避位置Ｐ１２まで移動させるために、当該旋回操作信号が示す目標旋回速度は、旋回モータ１２９の旋回速度の最大値である。
現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２より低い点を通過することになる場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、移動処理部１１０８は、旋回操作信号を生成しない。
旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、移動処理部１１０８は、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合（旋回の制動を開始した場合）に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達することになるか否かを判定する（ステップＳ１８）。なお、旋回体１２０は、旋回操作信号の出力の停止後、減速しながらも慣性により旋回し続け、その後停止する。現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達することになる場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、移動処理部１１０８は、旋回操作信号を生成しない。これにより、旋回体１２０の制動が開始される。
他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３より手前で停止することになる場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、作業機速度推定部１１０７は、第１油圧ポンプ１２７２Ａ、第２油圧ポンプ１２７２Ｂ、第３油圧ポンプ１２７２Ｃ、第４油圧ポンプ１２７２Ｄ、および第５油圧ポンプ１２７２Ｅの吐出流量の和に基づいて、旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定する（ステップＳ１９）。干渉判定部１１０９は、推定した作業機１３０の速度に基づいて、現在のバケット１３３の高さから干渉回避位置Ｐ１２の高さに至るまでの上昇時間を特定する（ステップＳ２０）。
干渉判定部１１０９は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、旋回体１２０の旋回速度を維持した場合に、上昇時間が経過する前にバケット１３３の旋回角度が干渉回避位置Ｐ１２の旋回角度に到達するか否かを判定する（ステップＳ２１）。すなわち、干渉判定部１１０９は、現在の旋回速度のまま旋回を続けた場合に、作業機１３０が積込対象２００に干渉することになるか否かを判定する。例えば、干渉判定部１１０９は、現在の旋回速度に上昇時間を乗算することで、バケット１３３の高さが干渉回避位置Ｐ１２の高さに至るときの旋回角度を求める。そして、干渉判定部１１０９は、求めた旋回角度が、現在の旋回位置から干渉回避位置Ｐ１２までの旋回角度より少ない場合に、上昇時間が経過するまでバケット１３３が干渉回避位置Ｐ１２に到達しないと判定する。
干渉判定部１１０９が、上昇時間が経過する前にバケット１３３の旋回角度が干渉回避位置Ｐ１２の旋回角度に到達すると判定した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、目標速度変更部１１１０は、現在の旋回位置から干渉回避位置Ｐ１２までの旋回角度を上昇時間で除算することで、変更後の目標旋回速度を算出する（ステップＳ２２）。そして、移動処理部１１０８は、変更された目標旋回速度に従って旋回操作信号を生成する（ステップＳ２３）。具体的には、移動処理部１１０８は、現在の旋回速度と目標旋回速度の差に所定のゲインを乗算した補正値を目標旋回速度に加える。そして、移動処理部１１０８は、予め試験等により同定した旋回速度から旋回操作信号を生成する関数に補正した目標旋回速度を代入することで、変更後の目標旋回速度に係る旋回操作信号を生成する。
他方、干渉判定部１１０９が、上昇時間が経過するまでバケット１３３の旋回角度が干渉回避位置Ｐ１２の旋回角度に到達しないと判定した場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、目標旋回速度を変更しない。移動処理部１１０８は、ステップＳ１７で設定した目標旋回速度またはステップＳ２２で変更された目標旋回速度に従って旋回操作信号を生成する（ステップＳ２３）。
ステップＳ９からステップＳ２３の処理でブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号、並びに旋回体１２０の旋回操作信号の少なくともいずれか１つを生成すると、操作信号出力部１１１１は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２５）。そして、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ２６）。これにより、車両情報取得部１１０１は、出力した操作信号によって駆動した後の車両情報を取得することができる。制御装置１２８は、処理をステップＳ９に戻し、操作信号の生成を繰り返し実行する。
他方、ステップＳ９にて、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、移動処理部１１０８は操作信号を生成しない。したがって、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至ると、作業機１３０および旋回体１２０は停止する。アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３に至っている場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、移動処理部１１０８は、バケット１３３を積込動作させる操作信号を生成する（ステップＳ２７）。バケット１３３を積込動作させる操作信号の例としては、バケット１３３を積込方向に回動させる操作信号や、バケット１３３がクラムバケットである場合におけるクラムシェルを開く操作信号が挙げられる。操作信号出力部１１１１は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２８）。そして、制御装置１２８は、自動積込制御を終了する。
ここで、図４を用いて、自動積込制御時の積込機械１００の動作について説明する。 自動積込制御が開始されると、ブーム１３１およびアーム１３２は、掘削完了位置Ｐ１０から旋回開始位置Ｐ１１へ向けて上昇する。このとき、バケット１３３は、掘削終了時の角度を維持するように駆動する。
アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１にくると、旋回体１２０は積込位置Ｐ１３へ向けて旋回を開始する。このとき、アーム１３２の先端は干渉回避位置Ｐ１２の高さに至っていないため、ブーム１３１およびアーム１３２の上昇は継続される。またこのとき、図４に示すように、旋回中心からアーム１３２の先端（位置Ｐ１０ａ、位置Ｐ１０ｂ）までの距離が、旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの距離と異なる場合、制御装置１２８は、旋回中心からアーム１３２の先端までの距離が旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの距離と等しくなるように、作業機１３０を旋回半径方向にも移動させる。アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から干渉回避位置Ｐ１２へ移動する途中で、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２と等しくなるように、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３は減速する。
アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２にくると、作業機１３０の駆動は停止する。一方、旋回体１２０は旋回を継続する。すなわち、干渉回避位置Ｐ１２から積込位置Ｐ１３までの間、アーム１３２の先端は、作業機１３０の駆動によらず、旋回体１２０の旋回のみにより移動する。アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から積込位置Ｐ１３へ移動する途中で、アーム１３２の先端の位置が積込位置Ｐ１３と等しくなるように、旋回体１２０は減速する。
アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３にくると、作業機１３０および旋回体１２０の駆動は停止する。その後、バケット１３３が積込動作を実行する。
上述の自動積込制御により、積込機械１００は、バケット１３３がすくった土砂を自動的に積込対象２００に積込することができる。オペレータは、作業機１３０による掘削と、積込指示信号の入力による自動積込制御とを、積込対象２００の積載量が最大積載量を超えない程度に繰り返し実行する。
《作用・効果》
このように、第１の実施形態によれば、積込機械１００の制御装置１２８は、バケット１３３の自動移動の開始指示に基づいて、バケット１３３を積込点へ移動させるための作業機操作信号と旋回操作信号とを生成し、旋回体１２０の旋回中に、作業機１３０が積込対象２００に干渉しないように目標旋回速度を変更する。
これにより、制御装置１２８は、旋回体１２０の旋回を開始した後に、作業機１３０の上昇速度が想定速度より遅く、または旋回体１２０の旋回速度が想定速度より速かったとしても、目標旋回速度を変更することで、作業機１３０が積込対象２００に干渉しないように旋回速度を修正することができる。
また、第１の実施形態によれば、制御装置１２８は、旋回体１２０の旋回中に、旋回操作信号によって作業機１３０が積込対象２００に干渉することになるか否かを判定し、作業機１３０が積込対象２００に干渉することになると判定した場合に、目標旋回速度を変更する。これにより、制御装置１２８は、現在の目標旋回速度での制御によって作業機１３０が積込対象２００に干渉することがない場合には、目標旋回速度を維持することで高速な旋回を実現しつつ、現在の目標旋回速度での制御によって作業機１３０が積込対象２００に干渉する可能性がある場合には、目標旋回速度を変更することで干渉を防止することができる。なお、他の実施形態に係る制御装置１２８は、旋回操作信号によって作業機１３０が積込対象２００に干渉することになるか否かを判定せず、作業機１３０が積込対象２００に干渉しないように常に目標旋回速度を計算してもよい。
また、第１の実施形態によれば、制御装置１２８は、油圧ポンプの吐出量に基づいて旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定し、推定された速度に基づいて作業機１３０が積込対象２００に干渉することになるか否かを判定する。すなわち、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、作業機１３０の速度を、センサの検出値の微分計算をすることなく求める。精度よく微分計算を行うためには、分解能が高いセンサが必要となる。また、作業機１３０の振動やセンサ信号へのノイズの混入などが生じるため、検出値に誤差が含まれなくすることは困難である。そのため、第１の実施形態によれば、高分解能のセンサを用いることなく、精度よく作業機１３０の速度を推定することができる。なお、他の実施形態に係る制御装置１２８は、各ストロークセンサの微分計算によって作業機１３０の速度を計算してもよい。
また、第１の実施形態によれば、制御装置１２８は、油圧ポンプの吐出流量から旋回モータ１２９に流れる作動油の流量を減算した流量に基づいて、旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定する。つまり、第１の実施形態によれば、油圧ポンプから吐出される作動油の一部が旋回モータ１２９に供給される場合にも、適切に作業機１３０の速度を推定することができる。
また、第１の実施形態によれば、作業機１３０が作動速度の最大値を目標速度として制御され、旋回体１２０が旋回速度の最大値を目標速度として制御されるため、制御装置１２８は、作業機１３０のアクチュエータにのみ作動油を供給する油圧ポンプの最大吐出流量に基づいて旋回体１２０が旋回しているときの作業機１３０の速度を推定する。つまり、制御装置１２８は、油圧ポンプの吐出流量を固定値として、吐出流量を計測することなく作業機１３０の速度を推定することができる。
図７は、エンジンとポンプのマッチング関係の例を示す図である。
積込機械１００のエンジンは、回転数に応じたトルクを出力する。つまり、図７に示すようにエンジンの回転数が大きいほど、出力トルクは小さくなる。他方、制御装置１２８は、エンジンの回転数と油圧ポンプの圧力とを検出することで、油圧ポンプの容量を制御する。その結果、油圧ポンプはエンジンの回転数に応じた負荷トルクを発生する。図７に示すように、エンジンの回転数が大きいほど、油圧ポンプが吸収するトルクは大きくなる。
そのため、エンジンの回転数が上がると、エンジン出力トルクが低下し、油圧ポンプによる吸収トルクが上昇するため、エンジンの回転数は低下し始める。他方、エンジンの回転数が下がると、エンジン出力トルクが上昇し、油圧ポンプによる吸収トルクが低下するため、エンジンの回転数は増加し始める。この繰り返しにより、エンジンおよび油圧ポンプは、エンジン回転数とエンジン出力トルクと油圧ポンプの回転数および吸収トルクとが一致するマッチング点で安定して動作することとなる。
エンジン回転数が固定値であって、油圧ポンプによる吸収トルクとエンジンの出力トルクとが一致する場合、ポンプの吐出流量は、エンジン出力馬力をポンプ圧力で除算することで求められる。積込機械１００と積込対象２００の距離およびバケット１３３の積荷量はほぼ毎回同じであるため、作業中における作業機１３０のシリンダ圧力および油圧ポンプの圧力もほぼ毎回同じになる。したがって、制御装置１２８は、油圧ポンプの吐出流量を固定値として作業機１３０の速度を推定することができる。
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
また、第１の実施形態に係る積込機械１００は、検出装置１２４が検出した積込対象２００の三次元位置に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、オペレータによって入力された積込対象２００の座標に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。積込機械１００が運転席１２２にタッチパネルなどの入力装置を備える場合、オペレータが当該入力装置に積込対象２００の座標を入力することで、制御装置１２８が積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。また例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、オペレータの手動操作による１杯目の積込対象２００への積込操作を記憶し、当該積込操作に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。 また他の実施形態において、積込対象２００が固定されている場合、積込機械１００は、既知の積込対象２００の位置に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。例えば、積込対象２００がＧＮＳＳによる自車位置特定機能を有する運搬車両である場合、積込機械１００は、積込場所に停車した積込対象２００から位置および方位を示す情報を取得し、当該情報に基づいて積込位置Ｐ１３、干渉回避位置Ｐ１２を特定してもよい。
また、上述した実施形態においては、制御装置１２８が作業機１３０を退避させるために作業機１３０を上昇させるが、他の退避方法を用いてもよい。例えば、他の実施形態においては、作業機１３０を上昇させることで退避するほか、作業機１３０を縮めた姿勢にすることで退避させてもよい。作業機１３０を縮めた姿勢とは、ブーム１３１を上昇させると共にアーム１３２を手前に回動することをいう。これにより、作業機１３０の姿勢は旋回半径方向に縮んだ姿勢となり、作業機１３０がこの姿勢をとることにより、積込対象２００との干渉を回避するように構成しても良い。
また、上述した実施形態に係る制御装置１２８は、油圧ポンプの吐出流量を固定値として算出したが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１２８は、ポンプ容量の指令値または計測値と、エンジン回転数の指令値または計測値との積によって油圧ポンプの吐出流量を求めてもよい。また例えば、他の実施形態に係る制御装置１２８は、エンジン出力馬力の指令値または計測値を、ポンプ圧力で除算することによって油圧ポンプの吐出流量を求めてもよい。
１００…積込機械 １１０…走行体 １２０…旋回体 １３０…作業機 ２００…積込対象 １３１…ブーム １３２…アーム １３３…バケット １２７…油圧装置 １２７２Ａ…第１油圧ポンプ １２７２Ｂ…第２油圧ポンプ １２７２Ｃ…第３油圧ポンプ １２７２Ｄ…第４油圧ポンプ １２７２Ｅ…第５油圧ポンプ １２７２Ｆ…第６油圧ポンプ １２７３Ａ１…第１ブーム流量制御弁 １２７３Ａ２…第１アーム流量制御弁 １２７３Ａ３…第１バケット流量制御弁 １２７３Ｂ１…第２ブーム流量制御弁 １２７３Ｂ２…第２アーム流量制御弁 １２７３Ｂ３…第２バケット流量制御弁 １２７３Ｃ１…第３ブーム流量制御弁 １２７３Ｃ２…第３アーム流量制御弁 １２７３Ｃ３…第３バケット流量制御弁 １２７３Ｃ４…旋回流量制御弁 １２８…制御装置 １２９…旋回モータ １１０１…車両情報取得部 １１０２…検出情報取得部 １１０３…操作信号入力部 １１０４…バケット位置特定部 １１０５…積込位置特定部 １１０６…回避位置特定部 １１０７…作業機速度推定部 １１０８…移動処理部 １１０９…干渉判定部 １１１０…目標速度変更部 １１１１…操作信号出力部
本発明の第１の態様によれば、制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを有する作業機とを備える積込機械を制御する制御装置であって、前記バケットをオペレータの操作によらずに積込点へ移動させる移動動作の開始指示に基づいて、前記バケットを積込点へ移動させるための作業機操作信号と目標旋回速度に係る旋回操作信号とを生成する移動処理部と、前記旋回体の旋回中に、旋回中の前記バケットの高さに基づいて、前記作業機が積込対象に干渉しないように前記目標旋回速度を変更する目標速度変更部とを備える。

Claims (7)

  1. 旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを有する作業機とを備える積込機械を制御する制御装置であって、
    前記バケットをオペレータの操作によらずに積込点へ移動させる移動動作の開始指示に基づいて、前記バケットを積込点へ移動させるための作業機操作信号と目標旋回速度に係る旋回操作信号とを生成する移動処理部と、
    前記旋回体の旋回中に、前記作業機が積込対象に干渉しないように前記目標旋回速度を変更する目標速度変更部と
    を備える制御装置。
  2. 前記旋回体の旋回中に、前記旋回操作信号によって前記作業機が前記積込対象に干渉することになるか否かを判定する干渉判定部を備え、
    前記目標速度変更部は、前記作業機が前記積込対象に干渉することになると判定した場合に、前記目標旋回速度を変更する
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記目標速度変更部は、前記作業機の高さが前記積込対象より高い位置に到達するまでの時間と、前記作業機の上方からの平面位置が前記積込対象に干渉するまでの旋回角度とに基づいて、前記目標旋回速度を変更する
    請求項１または請求項２に記載の制御装置。
  4. 前記旋回体が旋回しているときの前記作業機の速度を推定する作業機速度推定部を備え、
    前記干渉判定部は、推定された前記作業機の速度に基づいて、前記作業機が前記積込対象に干渉することになるか否かを判定する
    請求項２に記載の制御装置。
  5. 前記積込機械は、
    作動油を吐出するポンプと、
    作動油によって前記旋回体を旋回させる旋回モータと
    を備え、
    前記作業機速度推定部は、前記ポンプの吐出流量から前記旋回モータに流れる作動油の流量を減算した流量に基づいて、前記旋回体が旋回しているときの前記作業機の速度を推定する
    請求項４に記載の制御装置。
  6. 前記積込機械は、
    前記作業機を作動させるアクチュエータと、
    前記アクチュエータに流れる作動油の流量を制御する作業機側流量制御弁と、
    前記旋回モータに流れる作動油の流量を制御する旋回側流量制御弁と、
    を備え、
    前記ポンプは、
    前記作業機側流量制御弁にのみ接続される第１ポンプと
    前記旋回側流量制御弁および作業機側流量制御弁に接続される第２ポンプと、
    を備え、
    前記作業機速度推定部は、前記第１ポンプの吐出流量に基づいて、前記旋回体が旋回しているときの前記作業機の速度を推定する
    請求項５に記載の制御装置。
  7. 旋回中心回りに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを有する作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
    前記バケットをオペレータの操作によらずに積込点へ移動させる移動動作の開始指示に基づいて、前記バケットを積込点へ移動させるための作業機操作信号と目標旋回速度に係る旋回操作信号とを生成するステップと、
    前記旋回体の旋回中に、前記作業機が積込対象に干渉しないように前記目標旋回速度を変更するステップと
    を備える積込機械の制御方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7088691B2 (ja) * 2018-02-28 2022-06-21 株式会社小松製作所 積込機械の制御装置、制御方法および遠隔操作システム
US11977377B2 (en) * 2018-05-22 2024-05-07 Nec Corporation Remote operation apparatus, remote operation method, non-transitory computer readable medium, and remote operation system
CN112638709B (zh) * 2019-03-19 2022-12-30 日立建机株式会社 自卸卡车的货箱升降装置
JP2022041683A (ja) * 2020-09-01 2022-03-11 コベルコ建機株式会社 アタッチメントの目標軌跡変更システム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09256407A (ja) * 1996-03-22 1997-09-30 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 油圧ショベルの自動制御装置
JPH10212740A (ja) * 1997-01-30 1998-08-11 Komatsu Ltd 油圧ショベルの自動掘削方法
JP2014122654A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 建設機械の油圧回路
JP2016089389A (ja) * 2014-10-30 2016-05-23 日立建機株式会社 作業機械の旋回支援装置
WO2016111205A1 (ja) * 2015-01-06 2016-07-14 住友重機械工業株式会社 建設機械
JP2017044027A (ja) * 2015-08-28 2017-03-02 キャタピラー エス エー アール エル 作業機械
JP2018003515A (ja) * 2016-07-06 2018-01-11 日立建機株式会社 作業機械

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3681833B2 (ja) 1996-09-19 2005-08-10 ヤンマー株式会社 掘削旋回作業機の油圧回路

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09256407A (ja) * 1996-03-22 1997-09-30 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 油圧ショベルの自動制御装置
JPH10212740A (ja) * 1997-01-30 1998-08-11 Komatsu Ltd 油圧ショベルの自動掘削方法
JP2014122654A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 建設機械の油圧回路
JP2016089389A (ja) * 2014-10-30 2016-05-23 日立建機株式会社 作業機械の旋回支援装置
WO2016111205A1 (ja) * 2015-01-06 2016-07-14 住友重機械工業株式会社 建設機械
JP2017044027A (ja) * 2015-08-28 2017-03-02 キャタピラー エス エー アール エル 作業機械
JP2018003515A (ja) * 2016-07-06 2018-01-11 日立建機株式会社 作業機械

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