JP2023118169A - Control device for work machine, and work machine including the same - Google Patents

Abstract

To provide a control device for a work machine that allows for improved work efficiency of the work machine, regardless of geography and geological properties of a work site.SOLUTION: A control device for a work machine has an operation planning part forming an operation plan of the work machine, on the basis of a position of the work machine. The operation planning part acquires first geographical information related to the geography of a surrounding region of the work machine including the position, and first geological property information related to the geological properties of the surrounding region, and identifies a work region of the work machine on the basis of the first geographical information and the first geological property information.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、作業機械用制御装置、及び、その制御装置を含む作業機械に関する。 The present invention relates to a work machine control device and a work machine including the control device.

従来から、土質の違いに関わらず半自動制御の施工精度を維持することができる作業機械が知られている（例えば、特許文献１）。 Conventionally, there is known a work machine capable of maintaining semi-automatic control construction accuracy regardless of soil quality (for example, Patent Literature 1).

特許文献１には、走行体と、この走行体上に旋回可能に搭載された旋回体と、この旋回体に上下方向に回動可能に連結されたフロント作業機とを備える油圧ショベルが記載されている。当該フロント作業機は、旋回体に上下方向に回動可能に連結されたブームと、このブームの先端側に上下方向に回動可能に連結されたアームと、このアームの先端側に上下方向に回動可能に連結されたバケットと、ブームを駆動するブームシリンダと、アームを駆動するアームシリンダと、バケットを駆動するバケットシリンダと、を備えている。また、当該油圧ショベルには、ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダの負荷圧を圧力信号に変換して出力する圧力センサが搭載されている。 Patent Literature 1 describes a hydraulic excavator that includes a traveling body, a revolving body mounted on the traveling body so as to be able to turn, and a front work machine connected to the revolving body so as to be vertically rotatable. ing. The front work machine includes a boom vertically rotatably connected to a revolving body, an arm vertically rotatably connected to the tip of the boom, and a vertically rotatable arm attached to the tip of the arm. It has a rotatably connected bucket, a boom cylinder that drives the boom, an arm cylinder that drives the arm, and a bucket cylinder that drives the bucket. Further, the hydraulic excavator is equipped with a pressure sensor that converts the load pressure of the boom cylinder, the arm cylinder, and the bucket cylinder into a pressure signal and outputs the signal.

特許文献１に記載の油圧ショベルにおいて、圧力センサによって検出されたブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダの負荷圧は、圧力信号として土質取得部に入力される。当該土質取得部は、上記圧力信号等に基づいて、土質情報を取得する。当該油圧ショベルでは、この土質情報に基づいて演算された推定負荷に応じて、フロント作業機に対する動作指令が補正される。 In the hydraulic excavator disclosed in Patent Literature 1, load pressures of the boom cylinder, the arm cylinder, and the bucket cylinder detected by pressure sensors are input to the soil acquisition unit as pressure signals. The soil acquisition unit acquires soil information based on the pressure signal and the like. In the hydraulic excavator, the operation command for the front work equipment is corrected according to the estimated load calculated based on this soil information.

特開２０２０－３７８３７号公報JP 2020-37837 A

ところで、油圧ショベルは、地形（露天（シングルベンチ、ダブルベンチ）、坑内等）及び地質（金属、非金属、石炭、石灰岩等）の点で、様々な作業現場で使用される。油圧ショベルは、このような様々な作業現場において、効率的に作業を行うことが求められる。 By the way, hydraulic excavators are used at various work sites in terms of topography (open pit (single bench, double bench), underground, etc.) and geology (metal, non-metal, coal, limestone, etc.). Hydraulic excavators are required to work efficiently at such various work sites.

この点で、特許文献１に記載の油圧ショベルは、作業現場の土質情報に応じてフロント作業機の動作指令を変更することにより、作業の効率化を図っている。しかし、当該油圧ショベルでは、地形情報に応じてフロント作業機の動作指令を変更することが想定されていないため、たとえば、異なる地形が混在するような作業現場では、作業を効率的に行えないことがあった。また、当該油圧ショベルでは、土質情報を取得するために、圧力センサによってブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダの負荷圧を検出する必要がある。つまり、当該油圧ショベルでは、土質情報を取得するために、オペレータの操作に基づき実際に掘削作業を行う必要がある。油圧ショベルによる作業の更なる効率化を図るためには、実際の掘削を行うことなく、フロント作業機の動作指令を変更することが望ましい。 In this respect, the hydraulic excavator described in Patent Document 1 attempts to improve the work efficiency by changing the operation command of the front working machine according to the soil information of the work site. However, since this hydraulic excavator is not designed to change the operation command of the front work equipment according to topographical information, for example, work cannot be performed efficiently at a work site where different topographical features coexist. was there. In addition, in the hydraulic excavator, it is necessary to detect the load pressure of the boom cylinder, the arm cylinder, and the bucket cylinder with a pressure sensor in order to acquire the soil information. In other words, in order to acquire the soil information, the hydraulic excavator needs to actually perform excavation work based on the operation of the operator. In order to further improve the efficiency of work by the hydraulic excavator, it is desirable to change the operation command of the front work machine without actually excavating.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、作業現場の地形及び地質に関わらず、作業機械による作業効率を向上させることのできる作業機械用制御装置、及び、その制御装置を含む作業機械を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and provides a work machine control device capable of improving the work efficiency of the work machine regardless of the topography and geology of the work site, and a work machine including the control device. intended to provide

上記課題を解決するために、本発明の作業機械用制御装置は、作業機械の位置に基づいて、前記作業機械の操作計画を生成する操作計画部を備える作業機械用制御装置であって、前記操作計画部は、前記位置を含む前記作業機械の周囲領域の地形に関する第１地形情報と、前記周囲領域の地質に関する第１地質情報と、を取得し、前記第１地形情報及び前記第１地質情報に基づいて前記作業機械の作業領域を特定する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the work machine control device of the present invention is a work machine control device comprising an operation planning unit that generates an operation plan for the work machine based on the position of the work machine, The operation planning unit acquires first topographical information regarding the topography of a surrounding area of the work machine including the position, and first geological information regarding the geological features of the surrounding area. A work area of the work machine is specified based on the information.

本発明に係る作業機械用制御装置によれば、作業機械のオペレータは、上記作業領域を特定するために、例えば実際に掘削作業を行う必要がない。つまり、作業機械による作業を開始する前に、第１地形情報及び第１地質情報に基づいて、作業領域が作業機械による作業を行う領域であることが把握される。よって、作業現場の地形及び地質に関わらず、作業機械による作業効率を向上させることができる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the work machine control device of the present invention, the operator of the work machine does not need to actually perform excavation work, for example, in order to specify the work area. In other words, before starting work with the work machine, it is grasped that the work area is the area where the work with the work machine is performed based on the first topographic information and the first geological information. Therefore, regardless of the topography and geology of the work site, the working efficiency of the work machine can be improved. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本発明の第１実施形態の作業機械用制御装置のシステム構成例を示す図。1 is a diagram showing a system configuration example of a work machine control device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 図１の作業機械用制御装置に含まれる地形地質判定部の動作フローチャートの一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation flowchart of a topography/geology determining unit included in the work machine control device of FIG. 1; 図２の動作フローチャートで生成された地形情報の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of terrain information generated in the operation flowchart of FIG. 2; 図１の作業機械用制御装置に含まれる操作計画部の動作フローチャートの一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation flowchart of an operation planning unit included in the work machine control device of FIG. 1; 図１の作業機械用制御装置に含まれる自動制御部の動作フローチャートの一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation flowchart of an automatic control unit included in the work machine control device of FIG. 1; 本発明の第２実施形態の作業機械用制御装置のシステム構成例を示す図。The figure which shows the system configuration example of the control apparatus for work machines of 2nd Embodiment of this invention. 図６の作業機械用制御装置に含まれる操作計画部の動作フローチャートの一例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of an operation flowchart of an operation planning unit included in the work machine control device of FIG. 6 ; 作業機械による掘削作業の一状態を示す図。The figure which shows one state of the excavation work by a working machine. 図７の動作フローチャートにおいて操作計画部が受信する、掘削奥行きに関する操作ノウハウの一例を説明する図。8 is a view for explaining an example of operation know-how regarding excavation depth received by the operation planning unit in the operation flowchart of FIG. 7; FIG. 図７の動作フローチャートにおいて操作計画部が受信する、掘削奥行きに関する操作ノウハウの別の例を説明する図。FIG. 8 is a diagram for explaining another example of operation know-how regarding excavation depth received by the operation planning unit in the operation flowchart of FIG. 7 ; 図７の動作フローチャートで生成された、掘削順序に関する作業計画の一例を説明する図。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a work plan related to the order of excavation generated in the operation flowchart of FIG. 7; 図７の動作フローチャートにおいて操作計画部が受信する、掘削順序に関する操作ノウハウの一例を説明する図。FIG. 8 is a diagram for explaining an example of operation know-how regarding an excavation order received by an operation planning unit in the operation flowchart of FIG. 7; 図６の作業機械用制御装置に含まれる自動制御部の動作フローチャートの一例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of an operation flowchart of an automatic control unit included in the work machine control device of FIG. 6 ; 本発明の第２実施形態の変形例に係る作業機械用制御装置のシステム構成例を示す図。The figure which shows the system configuration example of the control apparatus for work machines based on the modification of 2nd Embodiment of this invention. 図１４の作業機械用制御装置に含まれる自動制御部の動作フローチャートの一例を示す図。FIG. 15 is a diagram showing an example of an operation flowchart of an automatic control unit included in the work machine control device of FIG. 14; 図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ画面の一例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing an example of a monitor screen based on a display command generated in the operation flowchart of FIG. 15; 図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ画面の別の例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing another example of a monitor screen based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. 15; 図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ画面の別の例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing another example of a monitor screen based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. 15; 図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ画面の別の例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing another example of a monitor screen based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. 15; 図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ画面の別の例を示す図。FIG. 16 is a diagram showing another example of a monitor screen based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. 15; 本発明の第３実施形態の作業機械用制御装置のシステム構成例を示す図。The figure which shows the system configuration example of the control apparatus for work machines of 3rd Embodiment of this invention. 図２１の作業機械用制御装置に含まれる地形地質判定部の動作フローチャートの一例を示す図。FIG. 22 is a diagram showing an example of an operation flowchart of a topography/geology determining unit included in the work machine control device of FIG. 21; 図２１の地形地質判定部の機能ブロック図。FIG. 22 is a functional block diagram of the topography and geology determination unit in FIG. 21;

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。図１は、本発明の第１実施形態のコントローラ（作業機械用制御装置）１００のシステム構成例を示す図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that components denoted by the same reference numerals in each embodiment have the same function in each embodiment unless otherwise specified, and description thereof will be omitted. FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example of a controller (work machine control device) 100 according to the first embodiment of the present invention.

まず、本実施形態に係るコントローラ１００による制御の対象となる作業機械について説明する。本実施形態では、作業機械が油圧ショベル１０１（以下、ショベル１０１ともいう。）であり、油圧ショベル１０１により掘削作業が行われる場合について説明する。図１に示すように、油圧ショベル１０１は、下部走行体５と、下部走行体５に旋回可能に取付けられた上部旋回体４と、上部旋回体４に回動可能に取付けられたフロント作業機１０と、を備える。コントローラ１００は、例えば上部旋回体４に搭載されてもよいし、油圧ショベル１０１とは別の場所の指令室等に設けられてもよい。コントローラ１００が上記指令室等に設けられる場合、コントローラ１００は、例えば公知の無線通信回線等を介して、油圧ショベル１０１に接続されてよい。また、油圧ショベル１０１は、後述するダンプ車両５０４に、例えば公知の無線通信回線等を介して接続されてよい。 First, a working machine to be controlled by the controller 100 according to the present embodiment will be described. In this embodiment, the work machine is a hydraulic excavator 101 (hereinafter, also referred to as an excavator 101), and a case where excavation work is performed by the hydraulic excavator 101 will be described. As shown in FIG. 1, the hydraulic excavator 101 includes a lower traveling body 5, an upper revolving body 4 rotatably attached to the lower traveling body 5, and a front working machine rotatably attached to the upper revolving body 4. 10; The controller 100 may be mounted, for example, on the upper revolving body 4 or may be provided in a command room or the like at a location different from the hydraulic excavator 101 . When the controller 100 is provided in the command room or the like, the controller 100 may be connected to the hydraulic excavator 101 via a known wireless communication line or the like, for example. Also, the hydraulic excavator 101 may be connected to a dump vehicle 504, which will be described later, via, for example, a known wireless communication line.

下部走行体５は、いわゆるクローラ式に構成されており、従動輪と駆動輪との間に履帯が掛け回されている。走行モータが駆動されると、例えば減速機を介して駆動輪に回転動力が伝達され、駆動輪と従動輪との間で履帯が循環駆動する。下部走行体５の構成は公知であるので、その詳細な説明を省略する。 The undercarriage 5 is of a so-called crawler type, and a crawler belt is entrained between the driven wheels and the drive wheels. When the travel motor is driven, rotational power is transmitted to the driving wheels via, for example, a speed reducer, and the crawler belt is driven to circulate between the driving wheels and the driven wheels. Since the structure of the undercarriage 5 is well known, detailed description thereof will be omitted.

上部旋回体４は、下部走行体５の上部に旋回可能に取付けられており、旋回フレーム、機械室、カウンタウェイト、運転席６等を備えている。旋回フレームは上部旋回体４のベースとなるフレームであり、下部走行体５の上部に旋回可能に取付けられている。旋回フレームにおける後側エリアには、機械室が設けられている。当該機械室の内部には、エンジンや当該エンジンによって駆動される油圧ポンプ等の機器類が搭載されている。図１では、この油圧ポンプが油圧装置１１１として記載されている。旋回フレームにおける機械室のさらに後側には、カウンタウェイトが搭載されている。カウンタウェイトはフロント作業機１０とのバランスをとるための錘である。また、旋回フレームにおいて、前側エリアには運転席６が設けられている。上部旋回体４の構成は公知であるので、その詳細な説明を省略する。 The upper revolving structure 4 is rotatably attached to the upper portion of the lower traveling structure 5, and includes a revolving frame, a machine room, a counterweight, a driver's seat 6, and the like. The revolving frame is a base frame of the upper revolving body 4 and is attached to the upper portion of the lower traveling body 5 so as to be able to turn. A machine room is provided in the rear area of the swing frame. Equipment such as an engine and a hydraulic pump driven by the engine are mounted inside the machine room. In FIG. 1, this hydraulic pump is described as hydraulic device 111 . A counterweight is mounted further behind the machine room on the revolving frame. The counterweight is a weight for balancing with the front working machine 10 . A driver's seat 6 is provided in the front area of the revolving frame. Since the structure of the upper revolving body 4 is well known, its detailed description is omitted.

フロント作業機１０は、土砂の掘削等の作業をするために上部旋回体４の前部に設けられた多関節型のものであり、ブーム２、アーム１、バケット３、ブーム２を駆動するブームシリンダ、アーム１を駆動するアームシリンダ、及びバケット３を駆動するバケットシリンダ（いずれも図示せず）を備えている。ブーム２は上部旋回体４の前部に、アーム１はブーム２の先端に、バケット３はアーム１の先端に、それぞれ連結されている。ブーム２、アーム１及びバケット３はいずれも左右に水平に延びるピンを支点にして回動する。ブームシリンダ、アームシリンダ及びアタッチメントシリンダはいずれも油圧アクチュエータである。これら油圧アクチュエータは、油圧装置１１１（機械室に搭載された油圧ポンプ）から吐出される作動油の供給を受け、それぞれが伸縮動作することにより、フロント作業機１０を駆動する。フロント作業機１０の構成は公知であるので、その詳細な説明を省略する。なお、本実施形態ではアーム１にバケット３を装着した例を表しているが、装着される対象はこれに限られず、ブレーカやグラップル等の他のアタッチメントに適宜交換可能である。 The front work machine 10 is of a multi-joint type provided at the front part of the upper revolving body 4 to perform work such as excavation of earth and sand. A cylinder, an arm cylinder that drives the arm 1, and a bucket cylinder that drives the bucket 3 (none of which are shown) are provided. The boom 2 is connected to the front part of the upper rotating body 4, the arm 1 is connected to the tip of the boom 2, and the bucket 3 is connected to the tip of the arm 1, respectively. The boom 2, the arm 1, and the bucket 3 are all pivoted around a pin horizontally extending to the left and right. The boom cylinder, arm cylinder and attachment cylinder are all hydraulic actuators. These hydraulic actuators are supplied with hydraulic oil discharged from a hydraulic device 111 (hydraulic pump mounted in a machine room), and each expands and contracts to drive the front work implement 10 . Since the configuration of the front working machine 10 is well known, detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, an example in which the bucket 3 is attached to the arm 1 is shown, but the object to be attached is not limited to this, and can be appropriately replaced with other attachments such as a breaker and a grapple.

図示は省略するが、コントローラ１００は、動作回路としてのＣＰＵ、記憶装置としてのＲＡＭ及びＲＯＭなどがバスを介して接続された構成である。コントローラ１００は、ＣＰＵがＲＯＭに格納された各種制御プログラムを実行することによりシステム全体の動作を制御する。これにより、コントローラ１００は、後述する位置検出部１０３、掘削面撮像部１０４、地形地質判定部１０７、操作計画部１０９、自動制御部１１０として機能する。 Although not shown, the controller 100 has a configuration in which a CPU as an operating circuit, RAM and ROM as storage devices, and the like are connected via a bus. The controller 100 controls the operation of the entire system by the CPU executing various control programs stored in the ROM. As a result, the controller 100 functions as a position detection unit 103, an excavation surface imaging unit 104, a terrain and geology determination unit 107, an operation planning unit 109, and an automatic control unit 110, which will be described later.

＜第１実施形態＞
図１～図５を用いて、第１実施形態に係るコントローラ１００について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るコントローラ１００は、位置検出部１０３と、地形地質判定部１０７と、操作計画部１０９と、自動制御部１１０とを含む。 <First embodiment>
A controller 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. As shown in FIG. 1 , the controller 100 according to this embodiment includes a position detection unit 103 , a topography/geology determination unit 107 , an operation planning unit 109 and an automatic control unit 110 .

位置検出部１０３は、油圧ショベル１０１の位置を検出する。具体的には、位置検出部１０３は、ＧＰＳ衛星１０２を含む４つ以上の衛星からの電波を受信し、油圧ショベル１０１の位置を算出する。ＧＰＳ衛星１０２は、衛星測位システムにて油圧ショベル１０１の位置座標（緯度、経度）を取得するための人工衛星である。なお、コントローラ１００は、位置検出部１０３を含まなくてもよい。この場合、油圧ショベル１０１の位置を検出するために、コントローラ１００とは別個に位置検出装置（図示せず）が設けられてよい。位置検出装置は、たとえば、ＬｉＤＡＲなどのセンサであってよい。位置検出装置は、後述する地形地質判定部１０７に、油圧ショベル１０１の位置情報を送信する。 The position detection unit 103 detects the position of the excavator 101 . Specifically, the position detection unit 103 receives radio waves from four or more satellites including the GPS satellites 102 and calculates the position of the hydraulic excavator 101 . The GPS satellite 102 is an artificial satellite for acquiring the position coordinates (latitude, longitude) of the hydraulic excavator 101 in a satellite positioning system. Note that the controller 100 does not have to include the position detection unit 103 . In this case, a position detection device (not shown) may be provided separately from the controller 100 to detect the position of the excavator 101 . The position detection device may be, for example, a sensor such as a LiDAR. The position detection device transmits the position information of the hydraulic excavator 101 to the terrain and geology determination unit 107, which will be described later.

地形地質判定部１０７は、油圧ショベル１０１が掘削作業を行う領域の地形と地質の特徴を判定する。ここで、図２は、図１のコントローラ１００に含まれる地形地質判定部１０７の動作フローチャートの一例を示す図である。図１及び図２に示すように、地形地質判定部１０７は、位置検出部１０３から、位置情報として、油圧ショベル１０１の位置座標（緯度、経度）を受信する（図２のＳ１００）。次いで、地形地質判定部１０７は、当該位置情報（緯度、経度）を地形データベース１０５へ送信し（図２のＳ１１０）、当該地形データベース１０５から地形情報Ａ（第２地形情報）を受信する（図２のＳ１２０）。地形データベース１０５は、地形の情報を保存する外部記憶装置である。地形データベース１０５は、一例として地表面を複数の格子に分割し、各格子の緯度、経度および標高の情報を保存している。これにより、地形データベース１０５は、地形地質判定部１０７から受信した油圧ショベル１０１の位置情報（緯度、経度）に基づいて、地形情報Ａとして、ショベル１０１の位置を含む当該ショベル１０１の周囲領域５０１の格子点の座標（例えば標高）に関するデータを出力する。 The terrain and geology determination unit 107 determines the features of the terrain and geology of the area where the hydraulic excavator 101 excavates. Here, FIG. 2 is a diagram showing an example of an operation flowchart of the topography/geology determining unit 107 included in the controller 100 of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the topography/geology determination unit 107 receives the position coordinates (latitude and longitude) of the excavator 101 as position information from the position detection unit 103 (S100 in FIG. 2). Next, the topography/geology determination unit 107 transmits the position information (latitude and longitude) to the topography database 105 (S110 in FIG. 2), and receives topography information A (second topography information) from the topography database 105 (see FIG. 2 S120). The terrain database 105 is an external storage device that stores terrain information. As an example, the terrain database 105 divides the ground surface into a plurality of grids and stores latitude, longitude and altitude information for each grid. As a result, based on the position information (latitude and longitude) of the hydraulic excavator 101 received from the geomorphology and geological determination unit 107, the terrain database 105 stores the surrounding area 501 of the excavator 101 including the position of the excavator 101 as the terrain information A. Output data about grid point coordinates (e.g. elevation).

次いで、地形地質判定部１０７は、位置検出部１０３から受信した情報（緯度、経度）及び地形データベース１０５から受信した地形情報Ａ（標高）を、ショベル１０１の位置情報として地質データベース１０６へ送信し（図２のＳ１３０）、当該地質データベース１０６から地質情報Ｂ（第２地質情報）を受信する（図２のＳ１４０）。地質データベース１０６は、地質の情報を保存する外部記憶装置である。地質データベース１０６は、一例として地表面を複数の格子に分割し、各格子の緯度、経度、標高およびその座標の地質情報（硬度、粘性、単位体積当たりの質量（以下、単に質量ともいう。））を保存している。これにより、地質データベース１０６は、地形地質判定部１０７から受信した上記情報（緯度、経度、標高）に基づいて、地質情報Ｂとして、ショベル１０１の位置を含む当該ショベル１０１の周囲領域５０１の地質情報（硬度、粘性、質量）を出力する。 Next, the topography/geology determination unit 107 transmits the information (latitude, longitude) received from the position detection unit 103 and the topography information A (elevation) received from the topography database 105 to the geological database 106 as the positional information of the excavator 101 ( S130 in FIG. 2), and receives geological information B (second geological information) from the geological database 106 (S140 in FIG. 2). The geological database 106 is an external storage device that stores geological information. As an example, the geological database 106 divides the ground surface into a plurality of grids, and stores latitude, longitude, altitude, and geological information (hardness, viscosity, mass per unit volume (hereinafter also simply referred to as mass) of the coordinates of each grid. ) is stored. As a result, the geological database 106, based on the above information (latitude, longitude, and altitude) received from the topography and geological determination unit 107, stores the geological information of the area 501 surrounding the excavator 101 including the position of the excavator 101 as the geological information B. Output (hardness, viscosity, mass).

次いで、地形地質判定部１０７は、上記地形情報Ａ及び地質情報Ｂから、後述する地形情報Ａ’（第１地形情報）及び地質情報Ｂ’（第１地質情報）を生成し（図２のＳ１５０）、当該地形情報Ａ’及び地質情報Ｂ’を操作計画部１０９へ送信する（図２のＳ１６０）。 Next, the topography and geological determination unit 107 generates topographic information A′ (first topographic information) and geological information B′ (first geological information) to be described later from the topographic information A and the geological information B (S150 in FIG. 2). ), the topographical information A' and the geological information B' are transmitted to the operation planning section 109 (S160 in FIG. 2).

図３は、図２の動作フローチャートで生成された地形情報Ａ’の一例を示す図である。図３において、シンボル３０１は、油圧ショベル１０１の位置と向きを示している。周囲領域５０１は、油圧ショベル１０１の位置とその周囲を含む領域である。作業ベンチ（作業領域）５０２は、周囲領域５０１の範囲に含まれる領域であり、ショベル１０１が掘削作業を行う領域である。掘削領域５０３は、作業ベンチ５０２の一部分であり、これからショベル１０１が掘削を行う領域である。くぼみ領域５１０は、周辺より高さが低くなっている領域である。図３に示すように、地形情報Ａ’は、周囲領域５０１と作業ベンチ５０２と掘削領域５０３の横幅、奥行、高さから求められる地形の表面形状情報である。この表面形状情報は、例えば複数の格子（グリッド）の座標（緯度、経度、標高）の集合体や、三角形のポリゴンメッシュデータの集合体などから生成される。また、地質情報Ｂ’は、作業ベンチ５０２の土の硬度と粘性と質量の情報をそれぞれ、例えば５段階にクラスタリングしたものである。土の硬度と粘性と質量の情報をクラスタリングすることにより、掘削領域５０３に存在する鉱物（例えば鉄、ボーキサイト、レアメタル等）を推測することができる。 FIG. 3 is a diagram showing an example of topography information A' generated in the operation flowchart of FIG. In FIG. 3 , a symbol 301 indicates the position and orientation of the hydraulic excavator 101 . The surrounding area 501 is an area including the position of the hydraulic excavator 101 and its surroundings. A work bench (work area) 502 is an area included in the range of the surrounding area 501, and is an area where the shovel 101 performs excavation work. Excavation area 503 is a portion of workbench 502 and is the area from which excavator 101 excavates. A recessed area 510 is an area that is lower in height than its surroundings. As shown in FIG. 3, the terrain information A' is terrain surface shape information obtained from the width, depth, and height of the surrounding area 501, the work bench 502, and the excavation area 503. FIG. This surface shape information is generated, for example, from a set of grid coordinates (latitude, longitude, elevation), a set of triangular polygon mesh data, or the like. The geological information B' is obtained by clustering information on the hardness, viscosity, and mass of the soil on the workbench 502 into, for example, five levels. By clustering the information on soil hardness, viscosity, and mass, minerals (for example, iron, bauxite, rare metals, etc.) existing in the excavation area 503 can be estimated.

図４は、図１のコントローラ１００に含まれる操作計画部１０９の動作フローチャートの一例を示す図である。操作計画部１０９は、ショベル１０１の位置に基づいて、ショベル１０１の操作計画を生成する。具体的には、操作計画部１０９は、ショベル１０１の位置を含むショベル１０１の周囲領域５０１の地形に関する地形情報Ａ’と、当該周囲領域５０１の地質に関する地質情報Ｂ’と、を取得する（図４のＳ２００）。具体的には、操作計画部１０９は、図３に示すように、地形情報Ａ’として、周囲領域５０１と作業ベンチ５０２と掘削領域５０３の横幅、奥行、高さから求められる地形の表面形状情報を取得する。また、操作計画部１０９は、地質情報Ｂ’として、周囲領域５０１に含まれるショベル１０１の作業ベンチ５０２の土の硬度と粘性と質量の情報を取得する。そして、操作計画部１０９は、地形情報Ａ’及び地質情報Ｂ’に基づいて、作業ベンチ５０２を特定する。作業ベンチ５０２は、ショベル１０１による掘削作業を行う領域である。詳細には、操作計画部１０９は、地質情報Ｂ’に含まれる鉱物の種類の情報に基づいて、作業ベンチ５０２に存在する鉱物の種類を特定し（図４のＳ２１０）、これにより、作業ベンチ５０２を特定する。さらに、操作計画部１０９は、地質情報Ｂ’に含まれる掘削領域５０３の硬度、粘性、及び質量に基づいて、作業ベンチ５０２の中から掘削対象となる鉱物が存在する掘削領域５０３を特定してもよい。最後に、操作計画部１０９は、作業ベンチ５０２（特に掘削領域５０３）を掘削するという作業指示（操作計画）を自動制御部１１０へ送信する（図４のＳ２２０）。 FIG. 4 is a diagram showing an example of an operation flowchart of the operation planning section 109 included in the controller 100 of FIG. The operation planning unit 109 generates an operation plan for the excavator 101 based on the position of the excavator 101 . Specifically, the operation planning unit 109 acquires topography information A′ regarding the topography of the surrounding area 501 of the excavator 101 including the position of the excavator 101, and geological information B′ regarding the geology of the surrounding area 501 (Fig. 4 S200). Specifically, as shown in FIG. 3, the operation planning unit 109 uses terrain surface shape information obtained from the width, depth, and height of the surrounding area 501, the work bench 502, and the excavation area 503 as the terrain information A'. to get The operation planning unit 109 also acquires information on hardness, viscosity, and mass of the soil on the workbench 502 of the excavator 101 included in the surrounding area 501 as the geological information B′. The operation planning unit 109 then identifies the workbench 502 based on the topographical information A' and the geological information B'. A work bench 502 is an area where excavation work is performed by the shovel 101 . Specifically, the operation planning unit 109 identifies the types of minerals existing on the workbench 502 based on the information on the types of minerals included in the geological information B′ (S210 in FIG. 4), thereby 502 is identified. Further, the operation planning unit 109 identifies the excavation area 503 in which the mineral to be excavated exists from the workbench 502 based on the hardness, viscosity, and mass of the excavation area 503 included in the geological information B′. good too. Finally, the operation planning unit 109 sends a work instruction (operation plan) to excavate the workbench 502 (especially the excavation area 503) to the automatic control unit 110 (S220 in FIG. 4).

図５は、図１のコントローラ１００に含まれる自動制御部１１０の動作フローチャートの一例を示す図である。自動制御部１１０は、油圧ショベル１０１の動作を制御する。自動制御部１１０は、操作計画部１０９から、掘削領域５０３の掘削作業指示を受信し（図５のＳ３００）、当該作業指示に基づいて油圧ショベル１０１の移動、旋回、掘削動作の各指令を生成する（図５のＳ３１０）。自動制御部１１０は、下部走行体５の油圧モータに上記移動指令を送信し（図５のＳ３２０）、上部旋回体４の油圧モータに上記旋回指令を送信し（図５のＳ３３０）、油圧装置１１１にフロント作業機１０の動作指令を送信する（図５のＳ３４０）。上記動作指令を基づいて、油圧装置１１１から、アームシリンダ、ブームシリンダ及びバケットシリンダへ圧油が供給される。これにより、アーム１、ブーム２、バケット３を連携動作させて掘削動作が実現する。 FIG. 5 is a diagram showing an example of an operation flowchart of the automatic control section 110 included in the controller 100 of FIG. The automatic control unit 110 controls the operation of the hydraulic excavator 101 . The automatic control unit 110 receives an excavation work instruction for the excavation area 503 from the operation planning unit 109 (S300 in FIG. 5), and based on the work instruction, generates commands for moving, turning, and excavating the hydraulic excavator 101. (S310 in FIG. 5). The automatic control unit 110 transmits the movement command to the hydraulic motor of the lower traveling body 5 (S320 in FIG. 5), transmits the turning command to the hydraulic motor of the upper revolving body 4 (S330 in FIG. 5), and controls the hydraulic system. 111 (S340 in FIG. 5). Based on the operation command, pressure oil is supplied from the hydraulic device 111 to the arm cylinder, boom cylinder, and bucket cylinder. As a result, the arm 1, the boom 2, and the bucket 3 are operated in cooperation to realize excavation operation.

上述したように、本実施形態に係るコントローラ１００の操作計画部１０９は、ショベル１０１の位置に基づいて、周囲領域５０１の地形に関する地形情報Ａ’及び作業ベンチ５０２の地質に関する地質情報Ｂ’を取得し、地形情報Ａ’及び地質情報Ｂ’に基づいて、作業ベンチ５０２がショベル１０１による掘削作業を行う領域であることを特定する。このため、ショベル１０１のオペレータは、上記作業ベンチ５０２（特に掘削領域５０３）を特定するために、実際に掘削作業を行う必要がない。つまり、オペレータは、ショベル１０１による作業を開始する前に、地形情報Ａ’及び地質情報Ｂ’に基づいて、作業ベンチ５０２がショベル１０１による掘削作業を行う領域であることが把握される。よって、作業現場の地形及び地質に関わらず、ショベル１０１による作業効率を向上させることができる。 As described above, the operation planning unit 109 of the controller 100 according to the present embodiment acquires the topography information A' regarding the topography of the surrounding area 501 and the geological information B' regarding the topography of the workbench 502 based on the position of the excavator 101. Then, based on the terrain information A′ and the geological information B′, the work bench 502 is identified as the area where the excavation work by the excavator 101 is to be performed. Therefore, the operator of the excavator 101 does not need to actually perform excavation work in order to specify the work bench 502 (especially the excavation area 503). In other words, before starting work with the shovel 101, the operator recognizes that the workbench 502 is the area where the excavation work with the shovel 101 is to be performed based on the terrain information A' and the geological information B'. Therefore, the work efficiency of the excavator 101 can be improved regardless of the topography and geology of the work site.

＜第２実施形態＞
次いで、図６～図１３を用いて、本発明の第２実施形態に係るコントローラ１００について説明する。第２実施形態に係るコントローラ１００は、第１実施形態に係るコントローラ１００に対して、操作計画部１０９及び自動制御部１１０の機能の点で相違している。第２実施形態に係るコントローラ１００において、第１実施形態と同様の構成及び動作については、説明を省略する。 <Second embodiment>
Next, a controller 100 according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 6 to 13. FIG. A controller 100 according to the second embodiment differs from the controller 100 according to the first embodiment in the functions of an operation planning section 109 and an automatic control section 110 . In the controller 100 according to the second embodiment, description of the same configuration and operation as those of the first embodiment will be omitted.

図６は、本発明の第２実施形態のコントローラ１００のシステム構成例を示す図である。図７は、図６のコントローラ１００に含まれる操作計画部１０９の動作フローチャートの一例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a system configuration example of the controller 100 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing an example of an operation flowchart of the operation planning section 109 included in the controller 100 of FIG.

本実施形態に係る操作計画部１０９は、油圧ショベル１０１による掘削作業（例えば掘削、旋回、放土、戻り旋回）の操作計画を生成する。図６に示すように、操作計画部１０９は、地形情報Ａ’に含まれる作業ベンチ５０２の幅、奥行き及び高さ、地質情報Ｂ’に含まれる掘削領域５０３の硬度、粘性、単位体積当たりの質量、及び油圧ショベル１０１の操作種別（掘削、旋回、放土、戻り旋回）を、熟練操作データベース１０８へ送信する（図７のＳ２３０）。次いで、操作計画部１０９は、熟練操作データベース１０８から、掘削領域５０３に対する熟練者の操作ノウハウ情報Ｃを取得する（図７のＳ２４０）。ここで、熟練操作データベース１０８は、人間の熟練者のノウハウ情報を保存する外部記憶装置である。熟練操作データベース１０８は、一例として、操作種別（掘削、旋回、放土、戻り旋回）、掘削場所の地形情報および地質情報に応じ、これらに対応する熟練オペレータの操作方法を保存している。これにより、熟練操作データベース１０８は、操作計画部１０９から受信した地形情報Ａ’、地質情報Ｂ’、及び油圧ショベル１０１の操作種別（掘削、旋回、放土、戻り旋回）に基づいて、操作ノウハウ情報Ｃを出力する。次いで、操作計画部１０９は、地形情報Ａ’、地質情報Ｂ’、及び操作ノウハウ情報Ｃに基づいて、作業ベンチ５０２の一部分である掘削領域５０３に対する作業計画（作業軌跡情報及び作業速度情報）を生成し（図７のＳ２５０）、当該作業計画を自動制御部１１０へ送信する（図７のＳ２６０）。 The operation plan unit 109 according to the present embodiment generates an operation plan for excavation work (for example, excavation, turning, earth dumping, return turning) by the hydraulic excavator 101 . As shown in FIG. 6, the operation planning unit 109 determines the width, depth, and height of the workbench 502 included in the topography information A′, the hardness, viscosity, and per unit volume of the excavation area 503 included in the geological information B′. The mass and the type of operation (excavation, turning, dumping, return turning) of the hydraulic excavator 101 are transmitted to the skilled operation database 108 (S230 in FIG. 7). Next, the operation planning unit 109 acquires expert operation know-how information C for the excavation area 503 from the expert operation database 108 (S240 in FIG. 7). Here, the expert operation database 108 is an external storage device that stores know-how information of human experts. For example, the skilled operation database 108 stores operation methods of skilled operators corresponding to operation types (excavation, turning, dumping, return turning), terrain information and geological information of excavation sites. As a result, the skilled operation database 108 can store the operation know-how based on the terrain information A′ and the geological information B′ received from the operation planning unit 109 and the operation type (excavation, turning, dumping, return turning) of the hydraulic excavator 101 . Output information C. Next, the operation plan unit 109 creates a work plan (work locus information and work speed information) for the excavation area 503 which is a part of the work bench 502 based on the terrain information A', the geological information B', and the operation know-how information C. (S250 in FIG. 7), and transmits the work plan to the automatic control unit 110 (S260 in FIG. 7).

次いで、熟練操作データベース１０８から出力される操作ノウハウ情報Ｃについて説明する。まず、図８から図１０を用いて、作業ベンチ５０２の高さｈ及び掘削領域５０３の粘性に基づいて出力される、掘削奥行きｄに関する操作ノウハウ情報Ｃについて説明する。図８は、油圧ショベル１０１による掘削作業の一状態を示す図である。図８に示す例では、油圧ショベル１０１が作業ベンチ５０２に位置し、バケット３の爪先７０１が掘削領域５０３の近傍に位置する。図８に示すように、ベンチ高さｈとは、作業ベンチ５０２の鉛直方向の長さである。また、掘削奥行きｄとは、掘削領域５０３の前面からショベル１０１へ向かう方向への掘削領域５０３の長さである。 Next, the operation know-how information C output from the expert operation database 108 will be described. First, the operation know-how information C regarding the excavation depth d, which is output based on the height h of the work bench 502 and the viscosity of the excavation area 503, will be described with reference to FIGS. 8 to 10. FIG. FIG. 8 is a diagram showing one state of excavation work by the hydraulic excavator 101. As shown in FIG. In the example shown in FIG. 8 , the hydraulic excavator 101 is positioned on the work bench 502 and the toe 701 of the bucket 3 is positioned near the excavation area 503 . As shown in FIG. 8, the bench height h is the length of the work bench 502 in the vertical direction. The excavation depth d is the length of the excavation area 503 in the direction from the front surface of the excavation area 503 toward the excavator 101 .

図９は、図７の動作フローチャートにおいて操作計画部１０９が受信する、掘削奥行きｄに関する操作ノウハウの一例を説明する図である。図１０は、図７の動作フローチャートにおいて操作計画部１０９が受信する、掘削奥行きｄに関する操作ノウハウの別の例を説明する図である。図９及び図１０は、掘削領域５０３における掘削奥行きｄを決定するための操作ノウハウを示している。図９では、グラフの横軸が土の粘性を示し、縦軸が掘削奥行ｄを示す。また、図１０は、操作種別、ベンチ高さｈ、粘性を入力情報として、これらの入力情報に対応した掘削奥行きｄが、操作ノウハウＣとして出力されることを示す。図９は、土の粘性が高いほど、掘削可能な奥行きｄが短くなることを示している。また、図１０は、あるベンチ高さの範囲において、土の粘性が高いほど、掘削可能な奥行きｄが短くなることを示している。これは、土の粘性が高いほど、バケット３の進行方向に対し負荷が大きくなるためである。また、図９及び図１０は、掘削領域５０３のベンチ高さｈが大きいほど奥行きが短くなることを示している。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of operation know-how regarding the excavation depth d received by the operation planning unit 109 in the operation flowchart of FIG. FIG. 10 is a diagram explaining another example of the operation know-how regarding the excavation depth d received by the operation planning unit 109 in the operation flowchart of FIG. 9 and 10 show operational know-how for determining the excavation depth d in the excavation area 503. FIG. In FIG. 9, the horizontal axis of the graph indicates the soil viscosity, and the vertical axis indicates the excavation depth d. FIG. 10 also shows that the operation type, the bench height h, and the viscosity are input information, and the excavation depth d corresponding to these input information is output as the operation know-how C. FIG. FIG. 9 shows that the more viscous the soil, the shorter the excavable depth d. FIG. 10 also shows that in a certain range of bench heights, the more viscous the soil, the shorter the excavable depth d. This is because the higher the viscosity of the soil, the greater the load in the traveling direction of the bucket 3 . Figures 9 and 10 also show that the greater the bench height h of the excavation area 503, the shorter the depth.

このように、操作計画部１０９は、地形情報Ａ’に含まれる作業ベンチの高さｈ、及び地質情報Ｂ’に含まれる掘削領域５０３の粘性を取得し、高さｈ及び粘性が高いほど、作業軌跡情報として、作業ベンチ５０２（特に掘削領域５０３）に対するショベル１０１の掘削奥行きを小さく設定する。他方、操作計画部１０９は、高さｈ及び粘性が低いほど、作業軌跡情報として、作業ベンチ５０２（特に掘削領域５０３）に対するショベル１０１の掘削奥行きｄを大きく設定する。図８から図１０に示す例では、作業ベンチ５０２の高さｈ及び掘削領域５０３の粘性が、操作計画部１０９から熟練操作データベース１０８に送信される。これにより、操作計画部１０９は、熟練操作データベース１０８から、掘削奥行きｄの情報を得て、バケット３の爪先７０１の軌跡を生成する。バケット３の爪先７０１の軌跡については、図１９及び図２０を用いて後述する。 In this way, the operation planning unit 109 acquires the height h of the workbench included in the terrain information A′ and the viscosity of the excavation area 503 included in the geological information B′. As the work locus information, the excavation depth of the excavator 101 with respect to the work bench 502 (especially the excavation area 503) is set small. On the other hand, the lower the height h and the lower the viscosity, the greater the excavation depth d of the shovel 101 with respect to the work bench 502 (especially the excavation area 503) as the work locus information. In the example shown in FIGS. 8 to 10 , the height h of workbench 502 and the viscosity of excavation area 503 are sent from operation planner 109 to expert operation database 108 . As a result, the operation planning unit 109 obtains the information on the excavation depth d from the skilled operation database 108 and generates the trajectory of the toe 701 of the bucket 3 . The trajectory of the toe 701 of the bucket 3 will be described later with reference to FIGS. 19 and 20. FIG.

次いで、図１１及び図１２を用いて、掘削領域５０３の粘性と質量に基づいて出力される、掘削順序に関する操作ノウハウＣについて説明する。図１１は、図７の動作フローチャートで生成された、掘削順序に関する作業計画の一例を説明する図である。図１２は、図７の動作フローチャートにおいて操作計画部が受信する、掘削順序に関する操作ノウハウの一例を示す図である。 11 and 12, the operation know-how C relating to the order of excavation output based on the viscosity and mass of the excavation area 503 will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a work plan relating to the order of excavation generated by the operation flowchart of FIG. FIG. 12 is a diagram showing an example of operation know-how regarding the order of excavation received by the operation planning unit in the operation flowchart of FIG.

図１１は、掘削した土の放土先であるダンプ車両５０４を油圧ショベル１０１の左側に配置した状態で、油圧ショベル１０１が掘削領域５０３を掘削する様子を示す。図１２は、図１１に示す状態で、掘削領域５０３を例えば４回に分けて掘削する場合に、掘削領域５０３の左右どちらから掘削を開始するかを決定するための操作ノウハウを示す。図１２では、横軸が土の単位体積当たりの質量を示し、縦軸は土の粘性を示す。図１２は、単位体積当たりの質量が小さく、かつ粘性が低い場合には、掘削領域５０３の右側から掘削を開始することを示す。この地質条件下では、バケット３に土を山盛りに積むことが可能であり、ダンプ車両５０４への運搬途中に土がバケット３から地面に落ちやすい。このため、掘削領域５０３の右側から掘削を開始することにより、たとえ旋回途中で土がバケット３からこぼれ落ちたとしても、こぼれた土を次の掘削時に掬い上げることができる。一方で、図１２は、単位体積当たりの質量が大きく、かつ粘性が高い場合には、掘削領域５０３の左側から掘削を開始することを示す。この地質条件下では、ダンプ車両５０４への運搬途中で掘削領域５０３が崩れることはない。また、土をバケット３に山盛りに積むのは困難であるので、土が地面にこぼれ落ちることが少ない。このため、ダンプ車両５０４に近い位置から掘削を開始することにより、土を確実に運搬することができる。 FIG. 11 shows how the hydraulic excavator 101 excavates an excavation area 503 with a dump vehicle 504 to which excavated soil is to be discharged on the left side of the excavator 101 . FIG. 12 shows operation know-how for determining from which side of the excavation area 503 to start excavation when the excavation area 503 is excavated, for example, four times in the state shown in FIG. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the mass per unit volume of soil, and the vertical axis indicates the viscosity of the soil. FIG. 12 shows that drilling starts from the right side of the drilling area 503 when the mass per unit volume is low and the viscosity is low. Under this geological condition, the bucket 3 can be heaped with soil, and the soil tends to fall from the bucket 3 to the ground during transportation to the dump vehicle 504 . Therefore, by starting excavation from the right side of the excavation area 503, even if soil spills out of the bucket 3 during turning, the spilled soil can be scooped up in the next excavation. On the other hand, FIG. 12 shows that drilling starts from the left side of the drilling area 503 when the mass per unit volume is large and the viscosity is high. Under this geological condition, the excavated area 503 will not collapse during transportation to the dump vehicle 504 . In addition, since it is difficult to pile up the soil in the bucket 3, the soil rarely spills to the ground. Therefore, by starting excavation from a position close to the dump vehicle 504, the soil can be reliably transported.

このように、操作計画部１０９は、地質情報Ｂ’に含まれる掘削領域５０３の粘性及び単位体積当たりの質量を取得し、当該粘性及び質量が小さいほど、作業軌跡情報として、掘削領域５０３においてダンプ車両５０４（積込対象車両）から遠い位置からダンプ車両５０４に近い位置に向かって掘削を行う掘削順序を設定する。この場合、操作計画部１０９は、遠い位置から近い位置に移行するに従って掘削量を減らす掘削軌跡を設定してもよい。また、操作計画部１０９は、上記粘性及び前記質量が大きいほど、作業軌跡情報として、ダンプ車両５０４に近い位置から遠い位置に向かって掘削を行う掘削順序を設定する。この場合、操作計画部１０９は、近い位置から遠い位置に移行するに従って掘削量を減らす掘削軌跡を設定し、且つ、作業速度情報として、近い位置から遠い位置に移行するに従って運搬速度が大きくなる旋回速度を設定してもよい。図１１及び図１２に示す例では、掘削領域５０３の粘性及び質量が、操作計画部１０９から熟練操作データベース１０８に送信される。これにより、操作計画部１０９は、熟練操作データベース１０８から、掘削順序の情報を得て、ショベル１０１の掘削開始位置を決定する。 In this way, the operation planning unit 109 acquires the viscosity and the mass per unit volume of the excavation area 503 included in the geological information B′, and the smaller the viscosity and the mass, the greater the amount of dumping in the excavation area 503 as the work trajectory information. An excavation order is set in which excavation is performed from a position far from the vehicle 504 (vehicle to be loaded) toward a position close to the dump vehicle 504 . In this case, the operation planning unit 109 may set an excavation trajectory in which the amount of excavation is reduced as the position moves from a farther position to a closer position. Further, the operation planning unit 109 sets an excavation order in which excavation is performed from a position closer to the dump vehicle 504 to a position farther from the dump vehicle 504 as the work locus information as the viscosity and the mass increase. In this case, the operation planning unit 109 sets an excavation trajectory in which the amount of excavation decreases as the position moves from a nearer position to a farther position, and, as work speed information, a turning motion in which the conveying speed increases as the position moves from a closer position to a farther position. You can set the speed. In the example shown in FIGS. 11 and 12 , the viscosity and mass of the excavation area 503 are transmitted from the operation planner 109 to the expert operation database 108 . As a result, the operation planning unit 109 obtains the excavation order information from the skilled operation database 108 and determines the excavation start position of the excavator 101 .

図１３は、図６のコントローラ１００に含まれる自動制御部１１０の動作フローチャートの一例を示す図である。自動制御部１１０は、操作計画部１０９から送信された上記掘削奥行きｄ、掘削順序、掘削軌跡（作業軌跡情報）及び旋回速度（作業速度情報）に基づいて、ショベル１０１の掘削作業に係る移動動作、旋回動作、及び掘削動作を制御する。具体的には、自動制御部１１０は、操作計画部１０９から作業計画（作業軌跡情報及び作業速度情報）を受信し（図１５のＳ３００ａ）、この作業計画を基に油圧ショベル１０１の移動、旋回、掘削動作の各指令を生成する（図１５のＳ３１０ａ）。 FIG. 13 is a diagram showing an example of an operation flowchart of the automatic control section 110 included in the controller 100 of FIG. Based on the excavation depth d, the excavation sequence, the excavation trajectory (work trajectory information), and the turning speed (work speed information) transmitted from the operation planning unit 109, the automatic control unit 110 controls the movement of the excavator 101 related to the excavation work. , slewing motion, and digging motion. Specifically, the automatic control unit 110 receives the work plan (work locus information and work speed information) from the operation planning unit 109 (S300a in FIG. 15), and moves and turns the hydraulic excavator 101 based on this work plan. , to generate each command for the excavation operation (S310a in FIG. 15).

鉱山事業では鉱山に長期の滞在を強いられるため、熟練オペレータの確保が難しい。また、油圧ショベル１０１による鉱山の掘削作業では、熟練者と初心者で生産量に差が生じることが多い。そのため、油圧ショベル１０１の制御に、熟練者の操作ノウハウを反映することで生産性を上げることができる。特に、鉱山では、地形（露天（シングルベンチ、ダブルベンチ）、坑内等）、地質（金属、非金属、石炭、石灰岩等）の種々様々な違いがある。そして、地形、地質の相違に応じて、掘削作業における熟練者の操作ノウハウも異なる。したがって、掘削作業に熟練者の操作ノウハウを反映する場合、現場の地形、地質に応じた選択をする必要がある。この点で、本実施形態に係るコントローラ１００によれば、操作計画部１０９は、操作ノウハウ情報Ｃに基づいて掘削領域５０３に対する作業計画（作業軌跡情報及び作業速度情報）を生成し、当該作業計画を自動制御部１１０へ送信する。このため、地形及び地質の相違に応じた熟練者の操作ノウハウ（掘削奥行きｄ、掘削順序、掘削軌跡、及び旋回速度）に基づいて、油圧ショベル１０１の掘削作業に係る移動動作、旋回動作、及び掘削動作を制御することが可能になる。よって、油圧ショベル１０１による作業効率をさらに向上させることができる。 In the mining business, it is difficult to secure skilled operators because they are forced to stay in mines for long periods of time. Further, in excavation work in a mine using the hydraulic excavator 101, there is often a difference in production volume between a skilled worker and a beginner. Therefore, the productivity can be improved by reflecting the operation know-how of the expert in the control of the excavator 101 . Especially in mines, there are various differences in topography (open pit (single bench, double bench), underground, etc.) and geology (metallic, non-metallic, coal, limestone, etc.). In addition, the operation know-how of experts in excavation work also differs according to differences in topography and geology. Therefore, when reflecting the operation know-how of experts in excavation work, it is necessary to make a selection according to the topography and geology of the site. In this respect, according to the controller 100 according to the present embodiment, the operation planning unit 109 generates a work plan (work locus information and work speed information) for the excavation area 503 based on the operation know-how information C, and the work plan is sent to the automatic control unit 110 . For this reason, based on the operation know-how (excavation depth d, order of excavation, excavation trajectory, and revolving speed) of an expert according to differences in topography and geology, the movement, revolving, and rotation of the excavator 101 related to the excavation work can be performed. It becomes possible to control the excavation motion. Therefore, the working efficiency of the hydraulic excavator 101 can be further improved.

＜変形例＞
次いで、図１４～図２０を用いて、本発明の第２実施形態の変形例に係るコントローラ１００について説明する。本変形例に係るコントローラ１００は、第２実施形態に係るコントローラ１００に対して、自動制御部１１０の機能の点で相違している。本変形例に係るコントローラ１００において、第２実施形態と同様の構成及び動作については、説明を省略する。 <Modification>
Next, a controller 100 according to a modification of the second embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 14 to 20. FIG. The controller 100 according to this modification differs from the controller 100 according to the second embodiment in the function of the automatic control section 110 . In the controller 100 according to this modified example, description of the same configuration and operation as in the second embodiment will be omitted.

図１４は、本発明の第２実施形態の変形例に係るコントローラ１００のシステム構成例を示す図である。図１５は、図１４のコントローラ１００に含まれる自動制御部１１０の動作フローチャートの一例を示す図である。自動制御部１１０は、操作計画部１０９から送信された作業計画、即ち掘削奥行きｄ、掘削順序、掘削軌跡（作業軌跡情報）及び旋回速度（作業速度情報）を基に、モニタ５０９への表示指令を生成する（図１５のＳ３５０）。また、自動制御部１１０は、上記作業軌跡情報及び前記作業速度情報に基づいて、ショベル１０１に設けられたモニタ５０９に移動動作、旋回動作、及び掘削動作の情報を表示する（図１５のＳ３６０）。オペレータは、後述するモニタ５０９に表示された情報に基づいて、ショベル１０１を操作する。 FIG. 14 is a diagram showing a system configuration example of the controller 100 according to the modified example of the second embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram showing an example of an operation flowchart of the automatic control section 110 included in the controller 100 of FIG. The automatic control unit 110 issues a display command to the monitor 509 based on the work plan transmitted from the operation planning unit 109, that is, the excavation depth d, the order of excavation, the excavation trajectory (work trajectory information), and the turning speed (work speed information). is generated (S350 in FIG. 15). Further, the automatic control unit 110 displays information on the moving motion, the turning motion, and the excavating motion on the monitor 509 provided on the excavator 101 based on the work locus information and the work speed information (S360 in FIG. 15). . The operator operates the excavator 101 based on information displayed on the monitor 509, which will be described later.

図１６は、図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ５０９の画面の一例を示す図である。図１６は、油圧ショベル１０１のオペレータを支援するため、運転席６のモニタ５０９に油圧ショベル１０１の移動軌跡を表示したものである。図１６において、モニタ５０９には、ショベル１０１の位置と、周囲領域５０１と、ショベル１０１が掘削作業を行う作業ベンチ５０２と、ショベル１０１が最初に掘削する掘削領域５０３とが表示されている。また、モニタ５０９には、ダンプ車両５０４、トレイ５０５、停止位置５０６、矢印５０７、高低図５０８が表示されている。ダンプ車両５０４は、油圧ショベル１０１が掘削した土を積み込み、他の場所へ運搬移動するためのものである。トレイ５０５はダンプ車両５０４に設けられ、油圧ショベル１０１が掘削した土を積載する容器である。停止位置５０６は、油圧ショベル１０１の前面をこの位置に停止させるよう指示するシンボルである。矢印５０７は、停止位置５０６までの油圧ショベル１０１の移動軌跡を示すシンボルである。高低図５０８は、周囲領域５０１に対する作業ベンチ５０２と掘削領域５０３の高さを示した図である。 FIG. 16 is a diagram showing an example of the screen of monitor 509 based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. FIG. 16 shows the movement locus of the hydraulic excavator 101 displayed on the monitor 509 in the driver's seat 6 in order to assist the operator of the hydraulic excavator 101 . In FIG. 16, the monitor 509 displays the position of the excavator 101, the surrounding area 501, the work bench 502 where the excavator 101 excavates, and the excavation area 503 where the excavator 101 excavates first. A monitor 509 displays a dump vehicle 504, a tray 505, a stop position 506, an arrow 507, and an elevation map 508. FIG. The dump vehicle 504 is for loading the soil excavated by the hydraulic excavator 101 and transporting it to another location. A tray 505 is provided on the dump vehicle 504 and is a container for loading soil excavated by the hydraulic excavator 101 . A stop position 506 is a symbol instructing to stop the front surface of the hydraulic excavator 101 at this position. An arrow 507 is a symbol indicating the movement locus of the hydraulic excavator 101 up to the stop position 506 . Elevation diagram 508 illustrates the height of workbench 502 and excavation area 503 relative to surrounding area 501 .

自動制御部１１０は、地形地質判定部１０７において生成された地形情報Ａ’（作業ベンチ５０２の横幅、奥行き、高さ）及びショベル１０１の位置情報から、油圧ショベル１０１、作業ベンチ５０２、及び掘削領域５０３の位置関係を生成し、これらの位置をモニタ５０９に表示させる。また、自動制御部１１０は、地形情報Ａ’（作業ベンチ５０２の高さ）及び地質情報Ｂ’（掘削領域５０３の粘性）に応じ、熟練操作データベース１０８から受信した操作ノウハウ情報Ｃに基づいて掘削領域５０３の奥行きｄを決定し、これを表示する。その結果、油圧ショベル１０１の停止する位置が求まり、停止位置５０６が表示される。また、作業ベンチ５０２の高さｈからくぼみ５１０の位置が知られているため、このくぼみ５１０を避けるように、停止位置５０６へ向かう移動軌跡の矢印５０７を表示する。また、ダンプ車両５０４の停止位置は、油圧ショベル１０１の停止位置５０６により決まり、モニタ５０９に表示される。このため、ショベル１０１からダンプ車両５０４に対し適切な停止位置を指示できるよう、ダンプ車両５０４の停止位置と向きが表示される。なお、モニタ５０９に表示されるものと同じ情報が、現実のダンプ車両５０４のモニタに表示されてもよい。なお、ダンプ車両５０４が正しい位置に停止していない場合、油圧ショベル１０１のオペレータに対してランプや音により報知してもよい。 The automatic control unit 110 determines the hydraulic excavator 101, the work bench 502, and the excavation area based on the topography information A′ (the width, depth, and height of the work bench 502) generated by the topography and geological determination unit 107 and the position information of the excavator 101. 503 positional relationship is generated and these positions are displayed on the monitor 509 . Further, the automatic control unit 110 performs excavation based on the operation know-how information C received from the skilled operation database 108 according to the terrain information A′ (height of the work bench 502) and the geological information B′ (viscosity of the excavation area 503). Depth d of region 503 is determined and displayed. As a result, the stop position of the hydraulic excavator 101 is obtained, and the stop position 506 is displayed. Further, since the position of the depression 510 is known from the height h of the workbench 502, the arrow 507 of the movement trajectory toward the stop position 506 is displayed so as to avoid the depression 510. FIG. Also, the stop position of the dump vehicle 504 is determined by the stop position 506 of the hydraulic excavator 101 and displayed on the monitor 509 . Therefore, the stop position and direction of the dump vehicle 504 are displayed so that the excavator 101 can instruct the dump vehicle 504 to appropriately stop. Note that the same information as that displayed on the monitor 509 may be displayed on the monitor of the actual dump vehicle 504 . If the dump vehicle 504 is not stopped at the correct position, the operator of the hydraulic excavator 101 may be notified by a lamp or sound.

図１７は、図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ５０９の画面の別の例を示す図である。図１８は、図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ５０９の画面の別の例を示す図である。具体的には、図１７と図１８は掘削領域５０３の掘り進め方を示す。 FIG. 17 is a diagram showing another example of the screen of monitor 509 based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. FIG. 18 is a diagram showing another example of the screen of monitor 509 based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. Specifically, FIGS. 17 and 18 show how excavation area 503 is excavated.

図１７は、掘削領域５０３の土の粘性が高く、単位体積当たりの質量が高い場合の、掘削奥行、掘削順序、掘削量を示している。つまり、図１７は、掘削奥行ｄ３を短くし、ダンプ車両のトレイ５０５に近い位置から遠い位置へ“１”から“４”の順に掘削を行うことを示している。また、図１７は、“１”での掘削量を多く、“４”での掘削量を少なくすることを示している。図１７に示す地質条件下では、ダンプ車両５０４のトレイ５０５への距離が短い“１”の箇所は土を多く掘る。この際、運搬旋回の速度を小さくするとよい。一方で、ダンプ車両５０４への距離が長い“４”の箇所は土を少なく掘る。この際、運搬旋回の速度を大きくするとよい。これにより、掘削から積み込みまでの４回合計のサイクルタイムを短くし掘削作業の効率を向上できる。 FIG. 17 shows the excavation depth, excavation sequence, and excavation amount when the soil in the excavation region 503 has a high viscosity and a high mass per unit volume. That is, FIG. 17 shows that the excavation depth d3 is shortened, and excavation is performed in the order of "1" to "4" from a position closer to the tray 505 of the dump vehicle to a position farther. Also, FIG. 17 shows that the amount of excavation is increased at "1" and the amount of excavation is decreased at "4". Under the geological conditions shown in FIG. 17, a large amount of soil is dug at the location of "1" where the distance of the dump vehicle 504 to the tray 505 is short. At this time, it is preferable to reduce the speed of the transportation turning. On the other hand, less soil is dug at the location "4" where the distance to the dump vehicle 504 is long. At this time, it is preferable to increase the speed of the transportation turning. As a result, the total cycle time of four times from excavation to loading can be shortened, and the efficiency of excavation work can be improved.

また、図１８は、粘性が低く、単位体積当たりの質量が小さい場合の、掘削奥行、掘削順序、掘削量を示している。図１８で示す掘削領域５０３の奥行ｄ４は、図１７で示す掘削領域５０３の奥行ｄ３よりも長くなっている。そしてダンプ車両５０４のトレイ５０５に遠い位置から近い位置へ“１”から“４”の順に掘削を行うことが示されている。土の粘性が低いため、運搬旋回中に掘削した土がバケット３からこぼれ落ちることを想定しているためである。つまり、“１”の領域で掘削した土をダンプ車両５０４のトレイ５０５へ積むために旋回を行うとき、バケット３から土がこぼれ落ちる場合がある。例えば、土が“２”の領域にこぼれ落ちた場合、“２”の領域を掘削するときに、先にこぼれ落ちた土を一緒に掬い上げることができる。また、“４”の領域に行くほどこぼれる土の量は増えると予測されるため、遠い位置から近い位置へ向かうにつれて掘削量を小さくしている。これにより、掘削から積み込みまでの４回合計のサイクルタイムを短くし掘削作業の効率を向上できる。 Moreover, FIG. 18 shows the excavation depth, the order of excavation, and the amount of excavation when the viscosity is low and the mass per unit volume is small. The depth d4 of the excavation area 503 shown in FIG. 18 is longer than the depth d3 of the excavation area 503 shown in FIG. It also shows that excavation is performed in the order of "1" to "4" from a position farther to a position closer to the tray 505 of the dump vehicle 504. This is because it is assumed that the excavated soil will spill out of the bucket 3 during transportation and turning because of the low viscosity of the soil. That is, when the dump vehicle 504 turns to load the soil excavated in the region "1" onto the tray 505, the soil may fall from the bucket 3. For example, if soil has spilled onto area "2", the previously spilled soil can be scooped up together when excavating area "2". Also, since the amount of spilled soil is expected to increase as one goes to the area "4", the amount of excavation is reduced from a farther position toward a closer position. As a result, the total cycle time of four times from excavation to loading can be shortened, and the efficiency of excavation work can be improved.

図１９は、図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ５０９の画面の別の例を示す図である。図２０は、図１５の動作フローチャートで生成された表示指令に基づくモニタ５０９の画面の別の例を示す図である。図１９は、土の粘性が高く、かつ単位体積当たりの質量が大きい場合の掘削時の爪先７０１の軌跡を示している。つまり、図１９は、アーム１、ブーム２、バケット３に与える油圧を最大にしても奥行ｄ１より奥には掘り進めないことを示している。他方、図２０は、土の粘性が低く、かつ単位体積当たりの質量が小さい場合の掘削時の爪先７０１の軌跡を示している。つまり、図２０では、奥行ｄ１よりも大きな奥行ｄ２まで掘り進んでもバケット３を上方に持ち上げることができることを示している。 FIG. 19 is a diagram showing another example of the screen of monitor 509 based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. FIG. 20 is a diagram showing another example of the screen of monitor 509 based on the display command generated in the operation flowchart of FIG. FIG. 19 shows the trajectory of the toe 701 during excavation when the soil has a high viscosity and a large mass per unit volume. In other words, FIG. 19 shows that even if the hydraulic pressure applied to the arm 1, boom 2, and bucket 3 is maximized, it is impossible to dig deeper than the depth d1. On the other hand, FIG. 20 shows the trajectory of the toe 701 during excavation when the soil has a low viscosity and a small mass per unit volume. In other words, FIG. 20 shows that the bucket 3 can be lifted upward even when the depth d2, which is greater than the depth d1, is dug.

このように、本変形例によれば、作業現場の地形及び地質の相違に応じ、熟練者の操作ノウハウ（掘削奥行き、掘削順序、掘削軌跡及び旋回速度）に基づいて、ショベル１０１の掘削作業に係る移動動作、旋回動作、及び掘削動作をモニタ５０９へ表示することができる。よって、オペレータは、モニタ５０９に表示された熟練者の操作ノウハウに則り掘削作業を実施することができるので、例えば油圧ショベル１０１による鉱山の掘削作業において、熟練者と初心者との間での生産量の差を小さくすることができる。これにより、例えば複数の油圧ショベル１０１により掘削作業を行う場合、作業現場全体での作業効率を向上させることができる。 Thus, according to this modification, the excavation work of the excavator 101 is controlled based on the operation know-how (excavation depth, excavation order, excavation trajectory, and turning speed) of the expert according to differences in topography and geology of the work site. Such moving motion, turning motion, and digging motion can be displayed on the monitor 509 . Therefore, the operator can perform the excavation work according to the operation know-how of the expert displayed on the monitor 509. Therefore, in the excavation work of the mine using the hydraulic excavator 101, for example, the production amount can be calculated between the expert and the beginner. can reduce the difference between As a result, for example, when excavating work is performed using a plurality of hydraulic excavators 101, the work efficiency of the entire work site can be improved.

＜第３実施形態＞
次いで、図２１～図２３を用いて、本発明の第３実施形態に係るコントローラ１００について説明する。第３実施形態に係るコントローラ１００は、第２実施形態に係るコントローラ１００に対して、掘削面撮像部１０４が設けられている点、及び地形地質判定部１０７の機能の点で相違している。第３実施形態に係るコントローラ１００において、第２実施形態と同様の構成及び動作については、説明を省略する。 <Third Embodiment>
Next, a controller 100 according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 21 to 23. FIG. A controller 100 according to the third embodiment differs from the controller 100 according to the second embodiment in that an excavation surface imaging unit 104 is provided and the function of a topography and geology determination unit 107 is provided. In the controller 100 according to the third embodiment, descriptions of the same configurations and operations as in the second embodiment will be omitted.

図２１は、本発明の第３実施形態のコントローラ１００のシステム構成例を示す図である。図２２は、図２１のコントローラ１００に含まれる地形地質判定部１０７の動作フローチャートの一例を示す図である。図２３は、図２１の地形地質判定部１０７の機能ブロック図である。 FIG. 21 is a diagram showing a system configuration example of the controller 100 according to the third embodiment of the invention. FIG. 22 is a diagram showing an example of an operation flowchart of the topography/geology determining unit 107 included in the controller 100 of FIG. FIG. 23 is a functional block diagram of the topography/geology determination unit 107 in FIG.

図２１に示すように、本実施形態に係るコントローラ１００は、掘削面撮像部１０４を含む。掘削面撮像部１０４は、ショベル１０１に設けられたカメラ（図示せず）から、作業ベンチ５０２の表面の格子点の座標である点群データａ、及び、作業ベンチ５０２の表面の色及び粒子サイズを含む画像データｂを取得する。図２３に示すように、掘削面撮像部１０４は、上記点群データａ及び画像データｂを、地形地質判定部１０７に送信する。地形地質判定部１０７は、点群データａ及び画像データｂに基づいて、地形情報Ａ’及び地質情報Ｂ’を生成する。具体的には、地形地質判定部１０７は、点群データａに基づいて地形情報Ａを補正することにより地形情報Ａ’を生成し、画像データｂに基づいて地質情報Ｂ’を補正することにより地質情報Ｂ’を生成する。 As shown in FIG. 21 , the controller 100 according to this embodiment includes an excavation surface imaging unit 104 . The excavation surface imaging unit 104 acquires point cloud data a, which are the coordinates of grid points on the surface of the work bench 502, and the color and particle size of the surface of the work bench 502 from a camera (not shown) provided on the excavator 101. Acquire image data b including As shown in FIG. 23 , the excavated surface imaging unit 104 transmits the point cloud data a and the image data b to the topography and geology determination unit 107 . The topography/geology determination unit 107 generates topography information A' and geological information B' based on the point cloud data a and the image data b. Specifically, the topography and geology determination unit 107 generates topography information A′ by correcting the topography information A based on the point cloud data a, and corrects the geological information B′ based on the image data b. Generate geological information B'.

図２３に示すように、本実施形態に係る地形地質判定部１０７は、掘削領域抽出部１００１、地形データ補正部１００２、および、地質データ補正部１００３を含む。掘削領域抽出部１００１は、地形データベース１０５から、ショベル１０１を含む周囲領域５０１の地形情報Ａ（標高）を受信する。なお、地形地質判定部１０７は、位置検出部１０３からショベル１０１の位置情報（緯度、経度）を受信している。また、掘削領域抽出部１００１は、地質データベース１０６から、ショベル１０１の位置を含む当該ショベル１０１の周囲領域５０１の地質情報Ｂ（硬度、粘性、質量）を受信する。そして、掘削領域抽出部１００１は、上記地形情報Ａ及び地質情報Ｂから、掘削領域５０３の地形情報及び地質情報を抜き出す。また、掘削領域抽出部１００１は、抜き出した掘削領域５０３の地形情報及び地質情報をそれぞれ、地形データ補正部１００２及び地質データ補正部１００３へ送信する。 As shown in FIG. 23 , the terrain and geology determination unit 107 according to this embodiment includes an excavation area extraction unit 1001 , a terrain data correction unit 1002 and a geology data correction unit 1003 . The excavation area extraction unit 1001 receives topography information A (elevation) of the surrounding area 501 including the excavator 101 from the topography database 105 . Note that the topography/geology determination unit 107 receives position information (latitude and longitude) of the excavator 101 from the position detection unit 103 . The excavation area extraction unit 1001 also receives geological information B (hardness, viscosity, mass) of the surrounding area 501 of the excavator 101 including the position of the excavator 101 from the geological database 106 . Then, the excavation area extracting unit 1001 extracts topographic information and geological information of the excavating area 503 from the topographic information A and the geological information B. FIG. In addition, the excavation area extraction unit 1001 transmits topographic information and geological information of the extracted excavation area 503 to the topographic data correcting unit 1002 and the geological data correcting unit 1003, respectively.

図２２及び図２３に示すように、地形地質判定部１０７は、地形データ補正部１００２において、掘削面撮像部１０４で取得された点群データａを受信する（図２２のＳ１７０）。また、地形地質判定部１０７は、地形データ補正部１００２において、地形データベース１０５から地形情報Ａを受信するとともに（図２２のＳ１２０）、掘削領域抽出部１００１から掘削領域５０３の地形情報を受信する。地形データ補正部１００２は、点群データａに基づいて地形情報Ａを補正する。具体的には、地形データ補正部１００２は、点群データａの格子点の高さ情報に基づいて、掘削領域５０３の格子点の情報を補正する。地形データ補正部１００２は、掘削直前に、点群データａに基づいて地形情報Ａを最新の地形データに補正する。具体的には、地形データ補正部１００２は、掘削直前に、点群データａと地形情報Ａとの整合性を確認し、両者が整合していない場合、地形情報Ａを最新の地形データに補正する。そして、地形データ補正部１００２は、補正された地形情報Ａに基づいて地形情報Ａ’を生成し（図２２のＳ１８０）、この地形情報Ａ’を操作計画部１０９に送信する（図２２のＳ１６０）。 As shown in FIGS. 22 and 23, the terrain and geology determination unit 107 receives the point cloud data a acquired by the excavation surface imaging unit 104 in the terrain data correction unit 1002 (S170 in FIG. 22). In addition, the terrain data correction unit 1002 of the terrain geology determining unit 107 receives the terrain information A from the terrain database 105 (S120 in FIG. 22), and also receives the terrain information of the excavation area 503 from the excavation area extraction unit 1001 . The terrain data correction unit 1002 corrects the terrain information A based on the point cloud data a. Specifically, the terrain data correction unit 1002 corrects the grid point information of the excavation area 503 based on the grid point height information of the point cloud data a. The terrain data correction unit 1002 corrects the terrain information A to the latest terrain data based on the point cloud data a immediately before excavation. Specifically, the terrain data correction unit 1002 confirms consistency between the point cloud data a and the terrain information A immediately before excavation, and corrects the terrain information A to the latest terrain data if they do not match. do. Then, the terrain data correction unit 1002 generates terrain information A' based on the corrected terrain information A (S180 in FIG. 22), and transmits this terrain information A' to the operation planning unit 109 (S160 in FIG. 22). ).

図２２及び図２３に示すように、地形地質判定部１０７は、地質データ補正部１００３において、掘削面撮像部１０４で取得された画像データｂを受信する（図２２のＳ１７０）。また、地形地質判定部１０７は、地質データ補正部１００３において、地質データベース１０６から地質情報Ｂを受信するとともに（図２２のＳ１４０）、掘削領域抽出部１００１から掘削領域５０３の地質情報を受信する。地質データ補正部１００３は、画像データｂに基づいて地質情報Ｂを補正する。具体的には、地質データ補正部１００３は、画像データｂに含まれる掘削領域５０３の土の色から土の湿り気を判断し、この結果に応じて地質情報Ｂに含まれる当該土の粘性を補正する。また、地質データ補正部１００３は、画像データｂに含まれる掘削領域５０３の土石の粒子サイズからそれらの混合割合を判断し、掘削領域５０３における土の硬度と単位体積当たりの質量を補正する。そして、地質データ補正部１００３は、補正された地質情報Ｂに基づいて地質情報Ｂ’を生成し（図２２のＳ１９０）、この地質情報Ｂ’を操作計画部１０９に送信する（図２２のＳ１６０）。 As shown in FIGS. 22 and 23, the geological data correction unit 1003 of the topography and geology determination unit 107 receives the image data b acquired by the excavation surface imaging unit 104 (S170 in FIG. 22). In addition, the geological data correcting unit 1003 of the topography and geological judgment unit 107 receives the geological information B from the geological database 106 (S140 in FIG. 22), and also receives the geological information of the excavation region 503 from the excavation region extraction unit 1001. A geological data correction unit 1003 corrects the geological information B based on the image data b. Specifically, the geological data correction unit 1003 determines the wetness of the soil from the color of the soil in the excavated area 503 included in the image data b, and corrects the viscosity of the soil included in the geological information B according to the result. do. Further, the geological data correction unit 1003 determines the mixing ratio of soil and stone in the excavated region 503 included in the image data b, and corrects the hardness and mass per unit volume of the soil in the excavated region 503 . Then, the geological data correction unit 1003 generates geological information B' based on the corrected geological information B (S190 in FIG. 22), and transmits this geological information B' to the operation planning unit 109 (S160 in FIG. 22). ).

このように、第３実施形態によれば、掘削面撮像部１０４を介して掘削領域５０３の最新の地形情報（点群データａ）及び地質情報（画像データｂ）を得ることができる。また、地形地質判定部１０７は、点群データａ及び画像データｂに基づいて、地形情報Ａ及び地質情報Ｂを補正する。このため、操作計画部１０９は、最新の地形情報及び地質情報に基づいて、油圧ショベル１０１の作業計画を作成することができる。これにより、油圧ショベル１０１における掘削作業の停滞が抑制され、油圧ショベル１０１の作業効率をさらに向上させることができる。 Thus, according to the third embodiment, the latest topographical information (point cloud data a) and geological information (image data b) of the excavated area 503 can be obtained via the excavated surface imaging unit 104 . Also, the topography/geology determination unit 107 corrects the topography information A and the geological information B based on the point cloud data a and the image data b. Therefore, the operation planning unit 109 can create a work plan for the hydraulic excavator 101 based on the latest topographical information and geological information. As a result, stagnation of excavation work in the hydraulic excavator 101 is suppressed, and the work efficiency of the hydraulic excavator 101 can be further improved.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、或る実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、或る実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Moreover, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路にて設計する等によりハードウェアによって実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアによって実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テープ、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（solid state drive）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。 Further, each of the configurations, functions, processing units, processing means, etc. described above may be realized by hardware, for example, by designing a part or all of them using an integrated circuit. Moreover, each of the above configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function. Information such as programs, tapes, and files that implement each function can be stored in recording devices such as memories, hard disks, SSDs (solid state drives), or recording media such as IC cards, SD cards, and DVDs.

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。 Further, the control lines and information lines indicate those considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily indicated on the product. In practice, it may be considered that almost all configurations are interconnected.

４ 上部旋回体
５ 下部走行体
１０ フロント作業機
１００ コントローラ（作業機械用制御装置）
１０１ 油圧ショベル（作業機械）
１０３ 位置検出部
１０４ 掘削面撮像部
１０７ 地形地質判定部
１０９ 操作計画部
１１０ 自動制御部
５０１ 周囲領域
５０２ 作業ベンチ（作業領域）
５０３ 掘削領域
５０４ ダンプ車両（積込対象車両） 4 upper revolving body 5 lower traveling body 10 front working machine 100 controller (control device for working machine)
101 hydraulic excavator (working machine)
103 Position detection unit 104 Excavation surface imaging unit 107 Terrain and geology determination unit 109 Operation planning unit 110 Automatic control unit 501 Surrounding area 502 Work bench (work area)
503 excavation area 504 dump vehicle (vehicle to be loaded)

Claims (8)

作業機械の位置に基づいて、前記作業機械の操作計画を生成する操作計画部を備える作業機械用制御装置であって、
前記操作計画部は、前記位置を含む前記作業機械の周囲領域の地形に関する第１地形情報と、前記周囲領域の地質に関する第１地質情報と、を取得し、前記第１地形情報及び前記第１地質情報に基づいて前記作業機械の作業領域を特定する、ことを特徴とする作業機械用制御装置。 A work machine control device comprising an operation planning unit that generates an operation plan for the work machine based on the position of the work machine,
The operation planning unit acquires first topographical information regarding topography of a surrounding area of the work machine including the position, and first geological information regarding the geological features of the surrounding area, and obtains the first topographical information and the first geological information. A control device for a work machine, wherein a work area of the work machine is specified based on geological information. 前記操作計画部は、前記第１地質情報に含まれる鉱物の種類の情報に基づいて前記作業領域を特定する、ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械用制御装置。 2. The work machine control device according to claim 1, wherein the operation planning unit specifies the work area based on information on the kind of mineral contained in the first geological information. 前記作業機械の動作を制御する自動制御部をさらに備え、
前記操作計画部は、
前記第１地形情報に含まれる前記作業領域の幅、奥行き及び高さ、並びに、前記第１地質情報に含まれる前記作業領域の硬度、粘性、単位体積当たりの質量に基づいて、外部記憶装置から、前記作業領域に対する熟練者の操作ノウハウ情報を取得し、前記操作ノウハウ情報に基づいて前記作業領域に対する作業軌跡情報及び作業速度情報を生成し、前記作業軌跡情報及び前記作業速度情報を前記自動制御部へ送信する、ことを特徴とする請求項２に記載の作業機械用制御装置。 further comprising an automatic control unit that controls the operation of the working machine;
The operation planning department
From an external storage device based on the width, depth and height of the work area included in the first geological information and the hardness, viscosity and mass per unit volume of the work area included in the first geological information acquiring operation know-how information of a skilled person for the work area, generating work locus information and work speed information for the work area based on the operation know-how information, and automatically controlling the work locus information and the work speed information; 3. The work machine control device according to claim 2, wherein the data is sent to a department. 前記操作計画部は、前記作業機械による掘削作業の操作計画を生成するものであり、
前記第１地形情報に含まれる前記作業領域の高さ、及び前記第１地質情報に含まれる前記作業領域の粘性を取得し、
前記高さ及び前記粘性が高いほど、前記作業軌跡情報として、前記作業領域に対する前記作業機械の掘削奥行きを小さく設定し、
前記高さ及び前記粘性が低いほど、前記作業軌跡情報として、前記作業領域に対する前記作業機械の掘削奥行きを大きく設定する、ことを特徴とする請求項３に記載の作業機械用制御装置。 The operation plan unit generates an operation plan for excavation work by the work machine,
obtaining the height of the work area included in the first topographical information and the viscosity of the work area included in the first geological information;
The higher the height and the viscosity, the smaller the excavation depth of the work machine with respect to the work area is set as the work trajectory information,
4. The control device for a working machine according to claim 3, wherein the lower the height and the lower the viscosity, the greater the excavation depth of the working machine with respect to the working area is set as the working locus information. 前記操作計画部は、前記作業機械による掘削作業の操作計画を生成するものであり、
前記第１地質情報に含まれる前記作業領域の粘性及び単位体積当たりの質量を取得し、
前記粘性及び前記質量が小さいほど、前記作業軌跡情報として、前記作業領域において積込対象車両から遠い位置から前記積込対象車両に近い位置に向かって掘削を行う掘削順序を設定し、且つ、前記遠い位置から前記近い位置に移行するに従って掘削量を減らす掘削軌跡を設定し、
前記粘性及び前記質量が大きいほど、前記作業軌跡情報として、前記近い位置から前記遠い位置に向かって掘削を行う掘削順序を設定し、前記近い位置から前記遠い位置に移行するに従って掘削量を減らす掘削軌跡を設定し、且つ、前記作業速度情報として、前記近い位置から前記遠い位置に移行するに従って運搬速度が大きくなる旋回速度を設定する、ことを特徴とする請求項３に記載の作業機械用制御装置。 The operation plan unit generates an operation plan for excavation work by the work machine,
Obtaining the viscosity and mass per unit volume of the work area included in the first geological information;
As the viscosity and the mass become smaller, an excavation order is set in which excavation is performed in the work area from a position farther from the vehicle to be loaded toward a position closer to the vehicle to be loaded as the work locus information, and setting an excavation trajectory that decreases the amount of excavation as it moves from a farther position to the nearer position;
As the viscosity and the mass increase, an excavation order is set as the work locus information in which excavation is performed from the near position to the far position, and the excavation amount is reduced from the near position to the far position. 4. The work machine control according to claim 3, wherein a trajectory is set and, as the working speed information, a turning speed is set such that the conveying speed increases as the position moves from the closer position to the farther position. Device. 前記作業機械は油圧ショベルであり、
前記自動制御部は、前記操作計画部から送信された前記作業軌跡情報及び前記作業速度情報に基づいて、前記油圧ショベルの掘削作業に係る移動動作、旋回動作、及び掘削動作を制御する、もしくは、前記油圧ショベルに設けられたモニタに前記移動動作、前記旋回動作、及び前記掘削動作の情報を表示する、請求項４又は５に記載の作業機械用制御装置。 the working machine is a hydraulic excavator,
The automatic control unit controls a moving operation, a turning operation, and an excavating operation related to excavating work of the hydraulic excavator based on the work locus information and the work speed information transmitted from the operation planning unit, or 6. The work machine control device according to claim 4, wherein information of said moving operation, said turning operation and said excavating operation is displayed on a monitor provided in said hydraulic excavator. 前記作業領域の表面の格子点の座標である点群データ、及び、前記作業領域の表面の色及び粒子サイズを含む画像データを取得する掘削面撮像部と、
前記点群データ及び前記画像データに基づいて、前記第１地形情報及び前記第１地質情報を生成する地形地質判定部と、を備え、
前記地形地質判定部は、前記位置に基づいて前記周囲領域の格子点の座標に関する第２地形情報を取得し、前記点群データに基づいて前記第２地形情報を補正し、補正された前記第２地形情報に基づいて前記第１地形情報を生成する地形データ補正部と、
前記位置に基づいて前記周囲領域の硬度、粘性、単位体積あたりの質量に関する第２地質情報を取得し、前記画像データに基づいて前記第２地質情報を補正し、補正された前記第２地質情報に基づいて前記第１地質情報を生成する地質データ補正部と、を含む、ことを特徴とする請求項１から５までにいずれか一項に記載の作業機械用制御装置。 an excavation surface imaging unit that acquires point cloud data, which are coordinates of grid points on the surface of the work area, and image data including the color and particle size of the surface of the work area;
a topographic and geological determination unit that generates the first topographic information and the first geological information based on the point cloud data and the image data;
The topographical and geological determination unit acquires second topographical information about coordinates of grid points in the surrounding area based on the position, corrects the second topographical information based on the point cloud data, and corrects the corrected first topographical information. 2 a terrain data correction unit that generates the first terrain information based on the terrain information;
obtaining second geological information about hardness, viscosity, and mass per unit volume of the surrounding area based on the position; correcting the second geological information based on the image data; and obtaining the corrected second geological information. A work machine control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a geological data correcting unit that generates the first geological information based on. 下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に取付けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に回動可能に取付けられたフロント作業機と、
請求項１、２、３、４、５または７に記載の作業機械用制御装置と、を備える作業機械。 a lower running body;
an upper rotating body rotatably attached to the lower traveling body;
a front working machine rotatably attached to the upper revolving body;
A work machine comprising a work machine control device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 7.

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