JP2024030581A - Work machines, systems including work machines, and control methods for work machines - Google Patents
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Abstract
【課題】作業のサイクルタイムを短縮できる作業機械を提供する。【解決手段】走行センサは、走行体の進行状態を検出する。作業機姿勢センサは、作業機の姿勢を検出する。物体センサは、本体の周辺の物体を検出する。コントローラは、走行センサ、作業機姿勢センサおよび物体センサの検出値に基づき、作業機アクチュエータの駆動を指令する。コントローラは、物体の検出に基づき、バケット内の荷を積み込むための積込目標を認識する。コントローラは、走行体が前進走行することにより作業機が積込目標に接近するとき、積込目標の手前かつ積込目標よりも高い第１目標位置にバケットの特徴点が到達した時点で、走行体の前進走行を継続しながらバケットをダンプ方向へ動作させる作業機アクチュエータの駆動を開始する。【選択図】図１１An object of the present invention is to provide a working machine that can shorten work cycle time. A traveling sensor detects the progress state of a traveling object. The work machine attitude sensor detects the attitude of the work machine. The object sensor detects objects around the main body. The controller instructs the drive of the work implement actuator based on the detected values of the travel sensor, the work implement attitude sensor, and the object sensor. The controller recognizes a loading target for loading the load in the bucket based on the detection of the object. When the work equipment approaches the loading target due to the forward traveling of the traveling body, the controller stops the traveling when the feature point of the bucket reaches a first target position that is in front of the loading target and higher than the loading target. Start driving the work equipment actuator to move the bucket in the dumping direction while continuing to move the body forward. [Selection diagram] Figure 11
Description
本開示は、作業機械、作業機械を含むシステム、および作業機械の制御方法に関する。 The present disclosure relates to a work machine, a system including the work machine, and a method of controlling the work machine.
国際公開第２０１６／１５２９９４号（特許文献１）には、ホイールローダが、バケットに荷が積み込まれている状態で前進する積荷前進状態である場合に、ホイールローダの移動距離に応じて求められた目標位置にブームおよびバケットを移動させる制御が開示されている。 International Publication No. 2016/152994 (Patent Document 1) discloses that when the wheel loader is in a load forward state in which the bucket is loaded with a load and the wheel loader is moving forward, the distance is calculated according to the moving distance of the wheel loader. A control for moving a boom and bucket to a target location is disclosed.
掘削作業と積込作業とを繰り返し行うホイールローダでは、作業のサイクルタイムを短縮して作業性を向上することが求められている。 Wheel loaders that repeatedly perform excavation work and loading work are required to shorten the work cycle time and improve work efficiency.
本開示では、作業のサイクルタイムを短縮できる、作業機械、作業機械を含むシステム、および作業機械の制御方法が提案される。 The present disclosure proposes a work machine, a system including the work machine, and a method for controlling the work machine that can shorten work cycle time.
本開示のある局面に係る作業機械および作業機械を含むシステムの各々は、走行体を有する作業機械の本体と、作業機械の本体の前方に取り付けられ、先端にバケットを有する、作業機と、作業機械の本体に対し作業機を駆動する作業機アクチュエータと、走行体の進行状態を検出する走行センサと、作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、作業機械の本体の周辺の物体を検出する物体センサと、走行センサ、作業機姿勢センサおよび物体センサの検出値に基づき、作業機アクチュエータの駆動を指令するコントローラと、を備えている。コントローラは、物体の検出に基づきバケット内の荷を積み込むための積込目標を認識する。コントローラは、走行体が前進走行することにより作業機が積込目標に接近するとき、積込目標の手前かつ積込目標よりも高い第１目標位置にバケットの特徴点が到達した時点で、走行体の前進走行を継続しながらバケットをダンプ方向へ動作させる作業機アクチュエータの駆動を開始する。 Each of a work machine and a system including a work machine according to an aspect of the present disclosure includes a main body of the work machine having a running body, a work machine attached to the front of the main body of the work machine and having a bucket at a tip, and a work machine including a work machine. A work equipment actuator that drives the work equipment relative to the main body of the machine, a travel sensor that detects the progress state of the traveling object, a work equipment posture sensor that detects the attitude of the work equipment, and detects objects around the main body of the work machine. and a controller that instructs the drive of the work implement actuator based on the detected values of the traveling sensor, the work implement attitude sensor, and the object sensor. The controller recognizes a loading target for loading the load in the bucket based on the detection of the object. When the work equipment approaches the loading target due to the forward traveling of the traveling body, the controller starts traveling when the feature point of the bucket reaches a first target position that is in front of the loading target and higher than the loading target. Start driving the work equipment actuator to move the bucket in the dumping direction while continuing to move forward.
本開示のある局面に係る作業機械の制御方法は、物体の検出信号よりバケット内の荷を積み込むための積込目標を認識することと、走行体を前進走行させ作業機を積込目標に接近させることと、積込目標の手前かつ積込目標よりも高い第１目標位置にバケットの特徴点が到達した時点で、走行体の前進走行を継続しながらバケットをダンプ方向へ動作させる作業機アクチュエータの駆動を開始することと、を備えている。 A method for controlling a working machine according to an aspect of the present disclosure includes recognizing a loading target for loading a load in a bucket from an object detection signal, and moving a traveling body forward to approach the loading target. and a work equipment actuator that moves the bucket in the dumping direction while continuing the forward movement of the traveling body when the feature point of the bucket reaches a first target position in front of the loading target and higher than the loading target. and start driving.
本開示の作業機械、作業機械を含むシステム、および作業機械の制御方法によると、作業のサイクルタイムを短縮することができる。 According to the work machine, the system including the work machine, and the control method for the work machine of the present disclosure, the cycle time of work can be shortened.
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。実施形態から任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。 Hereinafter, embodiments will be described based on the drawings. In the following description, the same parts and components are given the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations thereof will not be repeated. It is also planned from the beginning that arbitrary configurations will be extracted from the embodiments and that they will be combined arbitrarily.
＜ホイールローダ１の全体構成＞
実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ１について説明する。図１は、作業機械の一例としてのホイールローダ１の側面図である。
<Overall configuration of
In the embodiment, a
図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置４と、キャブ５とを備えている。車体フレーム２、キャブ５などからホイールローダ１の車体が構成されている。ホイールローダ１の車体には、作業機３および走行装置４が取り付けられている。ホイールローダ１の本体は、車体と、走行装置４とを有している。
As shown in FIG. 1, the
走行装置４は、ホイールローダ１の車体を走行させるものであり、走行輪４ａ，４ｂを含んでいる。ホイールローダ１は、車体の左右方向の両側に走行用回転体として走行輪４ａ，４ｂを備える装輪車両である。ホイールローダ１は、走行輪４ａ，４ｂが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。走行装置４は、「走行体」の一例に対応する。
The
本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ１の左右方向とは、平坦な地面上にあるホイールローダ１を平面視したときに前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。
In this specification, the direction in which the
車体フレーム２は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとを含んでいる。前フレーム２ａは、後フレーム２ｂの前方に配置されている。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとは、互いに左右方向に揺動可能に取り付けられている。
The
前フレーム２ａと後フレーム２ｂとに亘って、一対のステアリングシリンダ１１が取り付けられている。ステアリングシリンダ１１は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１がステアリングポンプからの作動油によって伸縮することによって、ホイールローダ１の進行方向が左右に変更される。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとにより、アーティキュレート構造の車体フレーム２が構成されている。ホイールローダ１は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとが屈曲動作可能に連結されたアーティキュレート式の作業機械である。
A pair of steering cylinders 11 are attached across the
前フレーム２ａには、作業機３および一対の走行輪（前輪）４ａが取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の本体の前方に取り付けられている。作業機３は、ホイールローダ１の車体によって支持されている。作業機３は、ブーム１４と、バケット６とを含んでいる。バケット６は、作業機３の先端に配置されている。バケット６は、掘削・積込用の作業具である。刃先６ａは、バケット６の先端部である。背面６ｂは、バケット６の外面の一部である。背面６ｂは、平面で形成されている。背面６ｂは、刃先６ａから後方に延びている。
A working
ブーム１４の基端部は、ブームピン９によって前フレーム２ａに回転自在に取付けられている。バケット６は、ブーム１４の先端に位置するバケットピン１７によって、回転自在にブーム１４に取付けられている。ブームピン９およびバケットピン１７は、作業機３の「複数の関節」に対応する。
A base end portion of the
作業機３は、ベルクランク１８と、リンク１５とをさらに含んでいる。ベルクランク１８は、ブーム１４のほぼ中央に位置する支持ピン１８ａによって、ブーム１４に回転自在に支持されている。リンク１５は、ベルクランク１８の先端部に設けられた連結ピン１８ｃに連結されている。リンク１５は、ベルクランク１８とバケット６とを連結している。
The
前フレーム２ａとブーム１４とは、一対のブームシリンダ１６により連結されている。ブームシリンダ１６は、油圧シリンダである。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を、ブームピン９を中心として上下に回転駆動する。ブームシリンダ１６の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。ブームシリンダ１６の先端は、ブーム１４に取り付けられている。ブームシリンダ１６は、ブーム１４を前フレーム２ａに対し上下に動作させる油圧アクチュエータである。ブーム１４の昇降に伴って、ブーム１４の先端に取り付けられたバケット６も昇降する。
The
バケットシリンダ１９は、ベルクランク１８と前フレーム２ａとを連結している。バケットシリンダ１９の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。バケットシリンダ１９の先端は、ベルクランク１８の基端部に設けられた連結ピン１８ｂに取り付けられている。バケットシリンダ１９は、バケット６をブーム１４に対し上下に回動させる油圧アクチュエータである。バケットシリンダ１９は、バケット６を駆動する作業具シリンダである。バケットシリンダ１９は、バケット６を、バケットピン１７を中心として回転駆動する。バケット６は、ブーム１４に対し動作可能に構成されている。バケット６は、前フレーム２ａに対し動作可能に構成されている。
The
ブームシリンダ１６と、バケットシリンダ１９とは、作業機３を駆動する「作業機アクチュエータ」の一例に対応する。
The
後フレーム２ｂには、オペレータが搭乗するキャブ５、および一対の走行輪（後輪）４ｂが取り付けられている。箱状のキャブ５は、ブーム１４の後方に配置されている。キャブ５は、車体フレーム２上に載置されている。キャブ５内には、ホイールローダ１のオペレータが着座するシート、および後述する操作装置８などが配置されている。
A
＜システム構成＞
図２は、ホイールローダ１を制御する制御システムの概略構成を示すブロック図である。
<System configuration>
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system that controls the
エンジン２１は、作業機３および走行装置４を駆動するための駆動力を発生する駆動源であり、たとえばディーゼルエンジンである。駆動源として、エンジン２１に代えて、蓄電体により駆動するモータが用いられてもよく、またエンジンとモータとの双方が用いられてもよい。エンジン２１の出力は、エンジン２１のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。
The
エンジン２１の発生する駆動力は、トランスミッション２３へ伝達される。トランスミッション２３は、駆動力を適切なトルクおよび回転速度に変速する。トランスミッション２３の出力軸に、アクスル２５が接続されている。トランスミッション２３で変速された駆動力は、アクスル２５に伝達される。アクスル２５から走行輪４ａ，４ｂ（図１）に、駆動力が伝達される。これにより、ホイールローダ１が走行する。実施形態のホイールローダ１においては、走行輪４ａと走行輪４ｂとの両方が、駆動力を受けてホイールローダ１を走行させる駆動輪を構成している。
The driving force generated by the
エンジン２１の駆動力の一部は、作業機ポンプ１３に伝達される。作業機ポンプ１３は、エンジン２１により駆動され、吐出する作動油によって作業機３を作動させる油圧ポンプである。作業機３は、作業機ポンプ１３からの作動油によって駆動される。作業機ポンプ１３から吐出された作動油は、メインバルブ３２を介して、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に供給される。ブームシリンダ１６が作動油の供給を受けて伸縮することによって、ブーム１４が昇降する。バケットシリンダ１９が作動油の供給を受けて伸縮することによって、バケット６が上下に回動する。
A portion of the driving force of the
ホイールローダ１は、車体コントローラ５０を備えている。車体コントローラ５０は、エンジンコントローラ６０と、トランスミッションコントローラ７０と、作業機コントローラ８０とを含んでいる。
The
車体コントローラ５０は、一般的にＣＰＵ（Central Processing Unit）により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。車体コントローラ５０は、図示しないメモリを有している。メモリは、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダ１の機能を実現するための各種のプログラムを格納する。
The
操作装置８は、キャブ５に設けられている。操作装置８は、オペレータによって操作される。操作装置８は、オペレータがホイールローダ１を動作させるために操作する、複数種類の操作部材を備えている。操作装置８は、アクセルペダル４１と、作業機操作レバー４２とを含んでいる。操作装置８は、図示しないステアリングハンドル、シフトレバーなどを含んでいてもよい。
The operating
アクセルペダル４１は、エンジン２１の目標回転数を設定するために操作される。エンジンコントローラ６０は、アクセルペダル４１の操作量に基づいて、エンジン２１の出力を制御する。アクセルペダル４１の操作量（踏み込み量）を増大すると、エンジン２１の出力が増大する。アクセルペダル４１の操作量を減少すると、エンジン２１の出力が減少する。トランスミッションコントローラ７０は、アクセルペダル４１の操作量に基づいて、トランスミッション２３を制御する。
作業機操作レバー４２は、作業機３を動作させるために操作される。作業機コントローラ８０は、作業機操作レバー４２の操作量に基づいて、電磁比例制御弁３５，３６を制御する。
The work
電磁比例制御弁３５は、バケットシリンダ１９を縮めて、バケット６がダンプ方向（バケット６の刃先が下がる方向）に移動するように、メインバルブ３２を切り換える。また電磁比例制御弁３５は、バケットシリンダ１９を伸ばして、バケット６がチルト方向（バケット６の刃先が上がる方向）に移動するように、メインバルブ３２を切り換える。電磁比例制御弁３６は、ブームシリンダ１６を縮めて、ブーム１４が下がるようにメインバルブ３２を切り換える。また電磁比例制御弁３６は、ブームシリンダ１６を伸ばして、ブーム１４が上がるようにメインバルブ３２を切り換える。
The electromagnetic
機械モニタ５１は、車体コントローラ５０から指令信号の入力を受けて、各種情報を表示する。機械モニタ５１に表示される各種情報は、たとえば、ホイールローダ１により実行される作業に関する情報、燃料残量、冷却水温度および作動油温度などの車体情報、ホイールローダ１の周辺を撮像した周辺画像などであってもよい。機械モニタ５１はタッチパネルであってもよく、この場合、オペレータが機械モニタ５１の一部に触れることにより生成される信号が、機械モニタ５１から車体コントローラ５０に出力される。
The machine monitor 51 receives command signals from the
＜掘削積込作業＞
本実施形態のホイールローダ１は、土砂などの掘削対象物を掬い取り、ダンプトラックなどの積込対象に掘削対象物を積み込む、掘削積込作業を実行する。図３は、掘削積込作業を行うホイールローダ１の平面図である。図３には、いわゆるＶシェープ作業を行うホイールローダ１が図示されている。
<Excavation and loading work>
The
図３（Ａ）には、いわゆる空荷前進をするホイールローダ１が図示されている。ホイールローダ１は、土砂などの掘削対象物３１０へ向かって、掘削経路Ｒ１に沿って前進走行する。ホイールローダ１がバケット６を掘削対象物３１０へ突っ込み、前進走行を停止する。バケット６の刃先６ａを掘削対象物３１０に食い込ませた状態でバケット６を上昇させることにより、バケット６に掘削対象物３１０を掬い取る掘削作業が実行される。
FIG. 3A shows a
図３（Ｂ）には、いわゆる積荷後進をするホイールローダ１が図示されている。バケット６内には、掘削対象物３１０が積み込まれている。ホイールローダ１は、図３（Ａ）で前進走行を開始した位置まで、掘削経路Ｒ１に沿って後進走行する。
FIG. 3(B) shows a
図３（Ｃ）には、いわゆる積荷前進をするホイールローダ１が図示されている。バケット６内に掘削対象物３１０が積み込まれた状態で、ホイールローダ１は、ダンプトラック３００のベッセル３０１へ向かって前進走行する。ホイールローダ１は、図３（Ａ）で前進走行を開始した位置から、ダンプトラック３００へ向かって、積込経路Ｒ２に沿って前進走行する。ダンプトラック３００に接近して所定位置に到達すると、ホイールローダ１は、バケット６内の掘削対象物３１０をベッセル３０１内に積み込む。ベッセル３０１は、バケット６内の荷を積み込むための「積込目標」の一例に対応する。
FIG. 3(C) shows a
図３（Ｄ）には、いわゆる空荷後進をするホイールローダ１が図示されている。バケット６内の掘削対象物３１０をダンプトラック３００のベッセル３０１に全て排出してバケット６内が空の状態で、ホイールローダ１は、図３（Ｃ）で前進走行を開始した位置まで、積込経路Ｒ２に沿って後進走行する。
FIG. 3(D) shows a
このように、ホイールローダ１は、掘削、後退、ダンプアプローチ、排土、後退という一連の作業を繰り返し行うことができる。
In this way, the
＜ホイールローダ１の自動制御システム＞
ホイールローダ１によるダンプトラック３００への積込作業を自動化するにあたり、バケット６をベッセル３０１に接触させることなく、作業量を確保しつつ、より素早く積込作業を行うために、熟練オペレータの作業機３の操作を自動制御によって再現することが望まれている。図４は、ホイールローダ１の自動制御システムの構成を示すブロック図である。
<Automatic control system of
When automating the loading work into the
自動化コントローラ１００は、図２を参照して説明した車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。自動化コントローラ１００はまた、外界情報取得部１１０との間で信号の送受信が可能に構成されている。外界情報取得部１１０は、知覚装置１１１と、位置情報取得装置１１２とを有している。知覚装置１１１と位置情報取得装置１１２とは、ホイールローダ１に搭載されている。
The
知覚装置１１１は、ホイールローダ１の周囲の情報を取得する。知覚装置１１１は、たとえばキャブ５の上部前面に取り付けられている。知覚装置１１１は、ホイールローダ１の本体の周辺の物体を検出する「物体センサ」の一例に対応する。
The
知覚装置１１１は、ホイールローダ１の外部の対象物の方向および対象物までの距離を、非接触で検出する。知覚装置１１１はたとえば、レーザ光を射出して対象物の情報を取得するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）である。知覚装置１１１は、カメラを含む視覚センサであってもよい。知覚装置１１１は、電波を射出することにより対象物の情報を取得するＲａｄａｒ（Radio Detection and Ranging）であってもよい。知覚装置１１１は、赤外線センサであってもよい。
The
位置情報取得装置１１２は、ホイールローダ１の現在位置の情報を取得する。位置情報取得装置１１２はたとえば、衛星測位システムを利用して、地球を基準としたグローバル座標系におけるホイールローダ１の位置情報を取得する。位置情報取得装置１１２はたとえば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）を用いるものであり、ＧＮＳＳレシーバを有している。衛星測位システムは、ＧＮＳＳレシーバが衛星から受信した測位信号により、ＧＮＳＳレシーバのアンテナの位置を演算して、ホイールローダ１の位置を算出する。
The position
知覚装置１１１によるホイールローダ１の外界情報、および、位置情報取得装置１１２によるホイールローダ１の位置情報は、自動化コントローラ１００に入力される。
The external world information of the
車体コントローラ５０は、車両情報取得部１２０との間で信号の送受信が可能に構成されており、車両情報取得部１２０が取得するホイールローダ１の情報の入力を受ける。車両情報取得部１２０は、ホイールローダ１に搭載されている各種のセンサにより構成されている。車両情報取得部１２０は、アーティキュレート角度センサ１２１、車両速度センサ１２２、ブーム角度センサ１２３、バケット角度センサ１２４、およびブームシリンダ圧力センサ１２５を有している。
The
アーティキュレート角度センサ１２１は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとのなす角度であるアーティキュレート角度を検出し、検出したアーティキュレート角度の信号を発生する。アーティキュレート角度センサ１２１は、アーティキュレート角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。
The
車両速度センサ１２２は、たとえば、トランスミッション２３の出力軸の回転速度を検出することにより、走行装置４によるホイールローダ１の移動速度を検出し、検出した車速の信号を発生する。車両速度センサ１２２は、車速の信号を車体コントローラ５０に出力する。車両速度センサ１２２は、走行装置４（走行体）の進行状況を検出する「走行センサ」の一例に対応する。
The
ブーム角度センサ１２３は、たとえば、ブーム１４の車体フレーム２に対する取付部であるブームピン９に設けられたロータリーエンコーダで構成される。ブーム角度センサ１２３は、水平方向に対するブーム１４の角度を検出し、検出したブーム１４の角度の信号を発生する。ブーム角度センサ１２３は、ブーム１４の角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。
The
バケット角度センサ１２４は、たとえば、ベルクランク１８の回転軸である支持ピン１８ａに設けられたロータリーエンコーダで構成される。バケット角度センサ１２４は、ブーム１４に対するバケット６の角度を検出し、検出したバケット６の角度の信号を発生する。バケット角度センサ１２４は、バケット６の角度の信号を車体コントローラ５０に出力する。
The
ブーム角度センサ１２３と、バケット角度センサ１２４とは、作業機３の姿勢を検出する「作業機姿勢センサ」の一例に対応する。
The
ブームシリンダ圧力センサ１２５は、ブームシリンダ１６のボトム側の圧力（ブームボトム圧）を検出し、検出したブームボトム圧の信号を発生する。ブームボトム圧は、バケット６に荷が積まれた場合に高くなり、空荷の場合に低くなる。ブームシリンダ圧力センサ１２５は、ブームボトム圧の信号を車体コントローラ５０に出力する。
The boom
車体コントローラ５０は、車両情報取得部１２０から入力された情報を、自動化コントローラ１００へ出力する。自動化コントローラ１００は、車体コントローラ５０を介して、車両速度センサ１２２、ブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４の検出値を入力する。
The
アクチュエータ１４０は、車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。車体コントローラ５０からの指令信号を受けて、アクチュエータ１４０が駆動する。アクチュエータ１４０は、走行装置４のブレーキを作動させるためのブレーキＥＰＣ（電磁比例制御弁）１４１と、ホイールローダ１の走行方向を調節するためのステアリングＥＰＣ１４２と、作業機３を動作させるための作業機ＥＰＣ１４３と、ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）１４４とを含んでいる。
The
図２に示される電磁比例制御弁３５，３６は、作業機ＥＰＣ１４３を構成している。図２に示されるトランスミッション２３は、電子制御を活用したＨＭＴ１４４として実現される。トランスミッション２３は、ＨＳＴ（Hydro-Static Transmission）であってもよい。エンジン２１から走行輪４ａ，４ｂへ動力を伝達する動力伝達装置は、ディーゼル・エレクトリック方式などの電気式駆動装置を含んでもよく、ＨＭＴ、ＨＳＴ、電気式駆動装置のいずれかの組み合わせを含んでもよい。
The electromagnetic
トランスミッションコントローラ７０は、ブレーキ制御部７１と、アクセル制御部７２とを有している。ブレーキ制御部７１は、ブレーキＥＰＣ１４１に対して、ブレーキの作動を制御するための指令信号を出力する。アクセル制御部７２は、ＨＭＴ１４４に対して、車速を制御するための指令信号を出力する。
The
作業機コントローラ８０は、ステアリング制御部８１と、作業機制御部８２とを有している。ステアリング制御部８１は、ステアリングＥＰＣ１４２に対して、ホイールローダ１の走行方向を制御するための指令信号を出力する。作業機制御部８２は、作業機ＥＰＣ１４３に対して、作業機３の動作を制御するための指令信号を出力する。
The
自動化コントローラ１００は、位置推定部１０１と、パスプランニング部１０２と、経路追従制御部１０３とを有している。
The
位置推定部１０１は、位置情報取得装置１１２が取得した位置情報によって、ホイールローダ１の自己位置を推定する。また位置推定部１０１は、知覚装置１１１が取得した外界情報によって、目標位置を認識する。目標位置は、たとえば、図３に示される掘削対象物３１０またはダンプトラック３００の位置である。知覚装置１１１が目標位置を認識して自動化コントローラ１００に入力してもよく、知覚装置１１１が検出した検出結果に基づいて位置推定部１０１が目標位置を認識してもよい。
The
パスプランニング部１０２は、ホイールローダ１の自己位置と目標位置とを結ぶ最適経路を生成する。最適経路は、走行装置４による走行の経路と、作業機３の動作の経路とを含んでいる。
The
経路追従制御部１０３は、パスプランニング部１０２が生成した最適経路に追従してホイールローダ１が走行するように、アクセル、ブレーキおよびステアリングを制御する。経路追従制御部１０３から、ブレーキ制御部７１、アクセル制御部７２およびステアリング制御部８１に、ホイールローダ１を最適経路に沿って走行させるための指令信号が出力される。経路追従制御部１０３は、パスプランニング部１０２が生成した最適経路に沿って作業機３が動作するように、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を制御する。経路追従制御部１０３から、作業機制御部８２に、作業機３を最適経路に沿って移動させるための指令信号が出力される。
The route following
インターフェース１３０は、車体コントローラ５０との間で信号の送受信が可能に構成されている。インターフェース１３０は、自動化切替スイッチ１３１、エンジン緊急停止スイッチ１３２、およびモードランプ１３３を有している。
The
自動化切替スイッチ１３１は、オペレータによって操作される。オペレータは、自動化切替スイッチ１３１を操作することにより、ホイールローダ１をマニュアルで操作するか、ホイールローダ１を自動制御するかを切り替える。エンジン緊急停止スイッチ１３２は、オペレータによって操作される。エンジン２１を緊急停止させることが求められる事象が発生したとき、オペレータは、エンジン緊急停止スイッチ１３２を操作する。自動化切替スイッチ１３１およびエンジン緊急停止スイッチ１３２の操作の信号は、車体コントローラ５０に入力される。
The
モードランプ１３３は、ホイールローダ１が現在、オペレータによるマニュアル操作されるモードであるか、または自動制御されるモードであるか、を表示する。車体コントローラ５０からモードランプ１３３に、ランプの点灯を制御するための指令信号が出力される。
The
＜自動ダンプ積みフロー＞
図５は、ホイールローダ１を自動制御することによりバケット６に積載した荷を積込目標に積み込む動作の流れを示すフローチャートである。
<Automatic dump loading flow>
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the operation of automatically controlling the
まず、事前準備として、積込作業を開始する前に、ステップＳ１００において、積込目標であるダンプトラック３００のベッセル３０１の形状を認識する。たとえば、知覚装置１１１であるＬｉＤＡＲで、ダンプトラック３００の形状を取得する。ＬｉＤＡＲからダンプトラック３００にレーザ光を照射して、ダンプトラック３００上の計測点の三次元座標値を示す点群データを取得する。ダンプトラック３００を、前方、後方、右方および左方の四方から検知して、点群の情報からベッセル３０１の形状を認識することができる。認識されたベッセル３０１の形状が、自動化コントローラ１００に入力される。
First, as advance preparation, before starting the loading operation, in step S100, the shape of the
ステップＳ１０１において、知覚装置１１１によって、ダンプトラック３００の基準点Ｐを認識する。知覚装置１１１であるＬｉＤＡＲで、ダンプトラック３００を検知する。自動化コントローラ１００は、知覚装置１１１が検知した点群と、ベッセル３０１の形状を示すマスター点群とを比較して、ベッセル３０１の位置を認識する。自動化コントローラ１００は、知覚装置１１１であるＬｉＤＡＲが認識したダンプトラック３００のベッセル３０１の側面上端を、基準点Ｐとして設定する。
In step S101, the
ステップＳ１０２において、自動化コントローラ１００は、自動制御により移動するバケット６の刃先６ａの目標位置ａ～ｄの、基準点Ｐに対する座標を設定する。バケット６の刃先６ａは、作業機３に設定される「特徴点」の一例に対応する。なお特徴点はバケット６の刃先６ａに限定されず、作業機３の他の点が特徴点として設定されてもよい。
In step S102, the
ここで、基準点Ｐと目標位置ａ～ｄとについて説明する。図６は、ダンプアプローチ開始時のベッセル３０１とホイールローダ１との配置を模式的に示す図である。図６および後続の図７～図１０では、ダンプトラック３００の前後方向から見たベッセル３０１が模式的に示されており、またダンプトラック３００の左側または右側からベッセル３０１に接近するホイールローダ１の前側の一部が模式的に示されている。
Here, the reference point P and target positions a to d will be explained. FIG. 6 is a diagram schematically showing the arrangement of the
目標位置ａは、ホイールローダ１がダンプトラック３００へ向かって前進走行中に、バケット６の刃先６ａが通過する位置として設定される。目標位置ａは、バケット６内の荷をベッセル３０１へ積み込むための、バケット６のダンプ方向への動作を開始する位置である。目標位置ａは、基準点Ｐよりもベッセル３０１から離れた点として設定される。目標位置ａは、ベッセル３０１の基準点Ｐよりも手前の点として設定される。目標位置ａは、ベッセル３０１の基準点Ｐよりも高い点として設定される。目標位置ａは、「第１目標位置」の一例に対応する。
The target position a is set as a position through which the
目標位置ｂは、バケット６の刃先６ａが目標位置ａを通過し基準点Ｐを越えた後に、刃先６ａが通過する位置として設定される。目標位置ｂは、ホイールローダ１が前進走行してベッセル３０１に接近するときのバケット６の刃先６ａが最も奥側（図６～図１０においては、図中の左側）に移動する点として設定される。目標位置ｂは、ベッセル３０１の上方にある。目標位置ｂは、「第２目標位置」の一例に対応する。
The target position b is set as the position through which the
目標位置ｃは、目標位置ｂを通過した後にバケット６の刃先６ａが通過する位置として設定される。目標位置ｃは、バケット６のダンプ方向への動作を停止する位置である。バケット６の刃先６ａが目標位置ａを通過してから目標位置ｃに到達するまで、バケット６のダンプ方向への動作が継続されている。目標位置ｃは、ベッセル３０１の上方にある。目標位置ｃは、目標位置ｂよりも基準点Ｐに近く設定される。
The target position c is set as the position through which the
目標位置ｄは、目標位置ｃを通過した後にバケット６の刃先６ａが通過する位置として設定される。目標位置ｄは、ブーム１４を上げる動作を停止する位置である。作業機３のベッセル３０１との干渉を避けるために、ダンプトラック３００へ向かって前進走行中のホイールローダ１は、ブーム１４を上げる動作をしている。ホイールローダ１がダンプアプローチを開始してから、バケット６の刃先６ａが目標位置ｄに到達するまで、ブーム１４の上げ動作が継続されている。目標位置ｄは、ベッセル３０１の上方にある。目標位置ｄは、目標位置ｃよりも基準点Ｐに近く設定される。
The target position d is set as the position through which the
図６に示されるように、基準点Ｐを原点としたｘｙ座標系が設定される。ｘ軸は、基準点Ｐを通るダンプトラック３００の左右方向である。基準点Ｐを基準とした、ベッセル３０１から離れる方向が、＋ｘ方向である。ｙ軸は、基準点Ｐを通る上下方向である。基準点Ｐからの上向き方向が、＋ｙ方向である。
As shown in FIG. 6, an xy coordinate system with the reference point P as the origin is set. The x-axis is the left-right direction of the
図６に示されるバケット角度θは、地面と、バケット６の背面６ｂとがなす角度である。バケット角度θは、バケット６の背面６ｂと車体基準の水平面とがなす角度であってもよい。
The bucket angle θ shown in FIG. 6 is the angle between the ground and the
目標位置ａ～ｄは、バケット６の刃先６ａの、基準点Ｐを基準とした水平方向および鉛直方向の位置、すなわちｘ座標およびｙ座標を与えることによって、決定される。目標位置ａは、積込作業中に刃先６ａの高さ位置が最も高くなる（ｙ座標が最大値となる）位置として設定される。目標位置ｃは、バケット６内の荷の排土中に刃先６ａの高さ位置が最も低くなる（ｙ座標が最小値となる）位置として設定される。目標位置ａは、ｙ座標がプラス側の位置に設定される。目標位置ｃは、ｙ座標がマイナス側の位置に設定される。
The target positions a to d are determined by giving the horizontal and vertical positions of the
目標位置ａは、ｘ座標がプラス側の位置に設定される。目標位置ｂ，ｃ，ｄは、ｘ座標がマイナス側の位置に設定される。目標位置ｂは、バケット６内の荷の排土中にｘ座標が最小値となる位置として設定される。
The target position a is set to a position where the x-coordinate is on the plus side. The target positions b, c, and d are set to positions where the x coordinate is on the minus side. The target position b is set as the position where the x-coordinate has the minimum value while the load in the
バケット６の刃先６ａが各目標位置にあるときのバケット角度θも設定される。各目標位置のｘ座標およびｙ座標と、各目標位置におけるバケット角度θとから、バケット６の刃先６ａが各目標位置にあるときの作業機３の姿勢が決定される。自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａが各目標位置にあるときの作業機３の姿勢（目標姿勢）を記憶している。バケット６の刃先６ａが各目標位置にあるときの目標姿勢に基づいて、バケット６の刃先６ａが各目標位置にあるときのブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さとが決定される。
The bucket angle θ when the
各目標位置のｘ座標およびｙ座標、ならびに各目標位置におけるバケット角度θは、熟練オペレータが積込作業を実行したときの刃先６ａの軌跡を解析して特徴となる位置を抽出し、その特徴的位置における作業機３の姿勢を抽出することで、決定することができる。
The x-coordinate and y-coordinate of each target position and the bucket angle θ at each target position are determined by analyzing the locus of the
図７は、バケット６のダンプ動作を開始するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。図８は、刃先６ａが最奥位置に到達するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。図９は、バケット６のダンプ動作を停止するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。図１０は、ブーム１４の上げ動作を停止するときのホイールローダ１の姿勢を模式的に示す図である。図７においては、バケット６の刃先６ａは目標位置ａにある。図８においては、刃先６ａは目標位置ｂにある。図９においては、刃先６ａは目標位置ｃにある。図１０においては、刃先６ａは目標位置ｄにある。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the attitude of the
図１１は、積込作業中のシリンダ長さの変化を示すグラフである。図１１の横軸は時間の経過を示し、刃先６ａが目標位置ａ，ｂ，ｃ，ｄを通過する時刻に補助線が引かれている。図１１の縦軸は、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さを示す。
FIG. 11 is a graph showing changes in cylinder length during loading work. The horizontal axis in FIG. 11 shows the passage of time, and auxiliary lines are drawn at the times when the
図１１および図６，７に示されるように、刃先６ａが目標位置ａに到達する前に、ホイールローダ１は前進走行している。ブームシリンダ１６の長さが増大しており、したがってブーム１４は上昇している。バケットシリンダ１９の長さは一定であり、したがってバケット６の姿勢は一定である。バケット６は、バケット６内に掘削対象物を積載してチルトしている状態である。バケット６は、バケット６内の荷を安定して運搬できる姿勢を取っている。
As shown in FIG. 11 and FIGS. 6 and 7, the
図１１および図７，８に示されるように、刃先６ａが目標位置ａを通過した後目標位置ｂに到達するまで、ホイールローダ１は前進走行を継続している。ブームシリンダ１６は長さを増大し続けており、したがってブーム１４は上昇を続けている。目標位置ａに刃先６ａが到達した時点でバケット６のダンプ方向の動作が開始され、目標位置ｂに到達するまで、バケット６はダンプ方向への動作を継続している。バケットシリンダ１９の長さは減少を続けている。目標位置ａから目標位置ｂまでの刃先６ａの移動においては、ブーム１４の上昇よりもバケット６のダンプ動作が、刃先６ａの位置により大きく影響を及ぼしている。そのため、目標位置ｂは、目標位置ａよりも高さ位置が低い。目標位置ｂのｙ座標の値は、目標位置ａのｙ座標の値よりも小さい。
As shown in FIG. 11 and FIGS. 7 and 8, the
図１１に示されるように、刃先６ａが目標位置ａに到達した後、ブーム１４の上昇速度が小さくなっている。ブーム１４の上げ動作が緩やかになっている。刃先６ａが目標位置ｂに到達する前に、ブーム１４の上昇速度が再度大きくなっている。
As shown in FIG. 11, after the
図１１および図８，９に示されるように、刃先６ａが目標位置ｂを通過した後目標位置ｃに到達するまで、ホイールローダ１は前進走行を継続している。ブームシリンダ１６は長さを増大し続けており、したがってブーム１４は上昇を続けている。バケットシリンダ１９は長さを減少し続けており、したがってバケット６はダンプ方向への動作を継続している。目標位置ｂから目標位置ｃまでの刃先６ａの移動においては、ブーム１４の上昇よりもバケット６のダンプ動作が、刃先６ａの位置により大きく影響を及ぼしている。そのため、目標位置ｃは、目標位置ｂよりも高さ位置が低い。目標位置ｃのｙ座標の値は、目標位置ｂのｙ座標の値よりも小さい。
As shown in FIG. 11 and FIGS. 8 and 9, the
バケット６のダンプ動作中に、ブーム１４は上昇を続けている。バケット６からの排土中に、ブーム１４は上昇を続けている。ダンプトラック３００への荷の積み込み中に、ブーム１４は上昇を続けている。バケット６のダンプ動作中に、ホイールローダ１がダンプトラック３００のベッセル３０１に向かっていくため、前進走行も継続している。
During the dumping operation of the
図１１および図９，１０に示されるように、刃先６ａが目標位置ｃを通過する時刻ではホイールローダ１は前進走行をしており、刃先６ａが目標位置ｄを通過する時刻ではホイールローダ１は後進走行をしている。刃先６ａが目標位置ｃと目標位置ｄとの間を移動している間に、ホイールローダ１の走行方向が前進から後進へと切り替わっている。ブームシリンダ１６は長さを増大し続けており、したがってブーム１４は上昇を続けている。バケットシリンダ１９の長さは一定であり、したがって車体に対するバケット６の姿勢は一定である。目標位置ｃはバケット６のダンプ方向への動作を停止する位置であり、刃先６ａが目標位置ｃから目標位置ｄまで移動する間、バケット６はフルダンプの姿勢を保っている。
As shown in FIG. 11 and FIGS. 9 and 10, the
図１０，１１に示されるように、バケット６の刃先６ａが目標位置ｄを通過した後、ブームシリンダ１６の長さは一定とされる。このとき、ブーム１４の高さ位置が最も高くなっている。ブーム１４が上昇を停止するときにはバケット６内の荷は既にベッセル３０１に積み込まれており、バケット６は空荷状態である。バケット６内の荷の重量が小さくなっているので、ブーム１４を停止したときの慣性の影響が小さい。そのため、車体の振動が起こりにくくなっている。
As shown in FIGS. 10 and 11, after the
ホイールローダ１の走行方向を前進から後進へ切り替えるときに、前方向への重心変動が起きる。ブーム１４の上昇を減少させるときに、バケット６内の荷の重心が移動する。これらによってバケット６内の荷をベッセル３０１に円滑に移動させることで、積込作業にかかる時間を短縮でき、積込作業のサイクルタイムを短縮できる。
When switching the running direction of the
バケット６の刃先６ａを、目標位置ａ、目標位置ｂ、目標位置ｃ、目標位置ｄを順に通過するように移動させることで、バケット６をベッセル３０１に接触させることなくバケット６内の荷をベッセル３０１に積み込むことができる。このようにバケット６を移動させる自動制御をホイールローダ１に適用することで、熟練オペレータの操作による動作と同等の作業機３の動作を実現することができる。
By moving the
図５に戻って、自動制御による積込作業の説明を続ける。ステップＳ１０３において、自動化コントローラ１００は、ホイールローダ１および作業機３の現在位置を認識する。位置情報取得装置１１２でホイールローダ１の車体の現在位置を取得し、車体に対する作業機の姿勢をブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４により取得することで、グローバル座標系におけるホイールローダ１および作業機３の現在位置を認識することができる。グローバル座標系における、ホイールローダ１および作業機３の現在位置と、ダンプトラック３００の現在位置とに基づいて、ダンプトラック３００のベッセル３０１に対するバケット６の刃先６ａの相対位置を算出することができる。
Returning to FIG. 5, the explanation of the loading operation under automatic control will be continued. In step S103, the
または、知覚装置１１１を用いて、知覚装置１１１の配置位置に対するダンプトラック３００のベッセル３０１の基準点Ｐの方向および距離を取得することで、基準点Ｐに対するバケット６の刃先６ａの現在の相対位置を算出してもよい。
Alternatively, by using the
作業機３の現在位置から、バケット６の刃先６ａが各目標位置ａ～ｄに対してどの位置にあるのかを認識する。たとえば、刃先６ａが目標位置ａに未だ到達していない、刃先６ａが目標位置ａを通過して目標位置ａと目標位置ｂとの間にある、刃先６ａが目標位置ｂを通過して目標位置ｂと目標位置ｃとの間にある、などと認識される。さらに、刃先６ａが次に向かう目標位置が認識される。たとえば、刃先６ａが目標位置ａに未だ到達していないのであれば次に向かうのは目標位置ａであり、刃先６ａが目標位置ａと目標位置ｂとの間にあれば次に向かうのは目標位置ｂである、などと認識される。
From the current position of the working
ステップＳ１０４において、自動化コントローラ１００は、現在位置におけるブームシリンダ１６の長さおよびバケットシリンダ１９の長さを認識する。ブーム角度センサ１２３により、ブーム１４の角度を検出する。バケット角度センサ１２４により、バケット６の角度を検出する。ブーム１４の角度とバケット６の角度とから、作業機３の姿勢が決定される。作業機の姿勢に基づいて、現在位置におけるブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さとが認識される。
In step S104, the
ブーム角度センサ１２３およびバケット角度センサ１２４に替えて、またはこれらに加えて、ベルクランク１８の角度を検出する角度センサおよびリンク１５の角度を検出する角度センサを設けてもよい。ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に、シリンダストローク長さを検出するストロークセンサを設けてもよい。
Instead of or in addition to the
ステップＳ１０５において、自動化コントローラ１００は、ステップＳ１０４で認識された現在位置におけるブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さと、刃先６ａが次に向かう目標位置におけるブームシリンダ１６の長さとバケットシリンダ１９の長さ（以下、目標シリンダ長さと称する）と、の差を算出する。自動化コントローラ１００は、刃先６ａが次の目標位置に到達するまでにシリンダをどれだけ動かすのかを計算する。
In step S105, the
ステップＳ１０６において、自動化コントローラ１００は、現在の車速を参照し、刃先６ａが次に向かう目標位置に到達したときに目標シリンダ長さとなる、目標シリンダストローク速度を決定する。自動化コントローラ１００は、刃先６ａが次に向かう目標位置に到達したとき、作業機３がその目標位置に対応する目標姿勢をとるように、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を制御する。現在の車速は、車両速度センサ１２２により取得される。刃先６ａの現在位置と、現在の車速とから、次の目標位置に到達するまでの時間を計算できる。ステップＳ１０５で算出されたシリンダ長さの差を、次の目標位置に到達するまでの時間で割って、目標シリンダストローク速度を決定できる。
In step S106, the
ホイールローダ１が単位距離走行する間のシリンダストローク量を決めてもよい。ホイールローダ１が単位距離走行したことは、車速から求めてもよく、知覚装置１１１で検知することもできる。
The cylinder stroke amount during which the
ステップＳ１０７において、自動化コントローラ１００は、車体コントローラ５０に対し、目標シリンダストローク速度に対応する指令電流を出力する。自動化コントローラ１００は、作業機コントローラ８０の作業機制御部８２に対し、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を目標シリンダストローク速度で伸縮させる指令を出力する。作業機制御部８２から作業機ＥＰＣ１４３に、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を目標シリンダストローク速度で伸縮させる指令が出力される。
In step S107, the
ステップＳ１０８において、指令信号を受けた作業機ＥＰＣ１４３が開度を調節することで、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に適切な作動油が供給される。これにより、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９が動作する。
In step S108, the working
ステップＳ１０９において、自動化コントローラ１００は、ステップＳ１０４と同様に現在のブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さを認識する。自動化コントローラ１００は、現在のブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９の長さが、目標シリンダ長さに到達したか否かを判断する。
In step S109, the
ステップＳ１０９の判断において、目標シリンダ長さに到達したと判断されれば（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、ステップＳ１１０に進み、自動化コントローラ１００は、次の目標位置があるか否かの判断をする。
If it is determined in step S109 that the target cylinder length has been reached (YES in step S109), the process proceeds to step S110, and the
ステップＳ１０９の判断において目標シリンダ長さに到達していないと判断される場合（ステップＳ１０９においてＮＯ）、および、ステップＳ１１０の判断において次の目標位置があると判断される場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ステップＳ１０３に戻り、作業機３の現在位置に基づいてブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を伸縮させる処理が繰り返される。バケット６の刃先６ａの現在位置に応じて、シリンダ速度は逐次変更される。前回の処理で設定されたシリンダ速度に基づいた位置から刃先６ａの現在位置がずれていると、シリンダ速度が調整される。
If it is determined in step S109 that the target cylinder length has not been reached (NO in step S109), and if it is determined in step S110 that there is a next target position (YES in step S110) , the process returns to step S103, and the process of expanding and contracting the
ステップＳ１１０の判断において、次の目標位置がないと判断されれば（ステップＳ１１０においてＮＯ）、積込作業を終了する。本実施形態において、目標位置ｄの終了後、次の目標位置が設定されていない、ことに対応する。 If it is determined in step S110 that there is no next target position (NO in step S110), the loading operation is ended. In this embodiment, this corresponds to the fact that the next target position is not set after the end of the target position d.
＜作用および効果＞
上述した説明と一部重複する記載もあるが、本実施形態の特徴的な構成および作用効果についてまとめて記載すると、以下の通りである。
<Action and effect>
Although some descriptions overlap with the above description, the characteristic configuration and effects of this embodiment are summarized as follows.
図７，１１に示されるように、走行装置４が前進走行することにより作業機３が積込目標のベッセル３０１に接近するとき、基準点Ｐよりもベッセル３０１から離れた目標位置ａにバケット６の刃先６ａが到達した時点で、自動化コントローラ１００は、バケット６をダンプ方向へ動作させるバケットシリンダ１９の駆動を開始する。
As shown in FIGS. 7 and 11, when the traveling
基準点Ｐの手前の目標位置ａを刃先６ａが通過するとき、ブーム１４は上昇中である。バケット６の刃先６ａがベッセル３０１に到達していない時点で、バケット６がダンプを開始する。ブーム１４を最高位まで上昇させるよりも前に、バケット６のダンプ動作を開始する。ホイールローダ１のダンプトラック３００へ向かう前進走行と、ブーム１４の上昇と、バケット６のダンプ動作とを同時に行い、複数の動作を時間的に重ねることで、積込作業のサイクルタイムを短縮できる。したがって、作業性を向上することができる。
When the
ブーム１４を最高位まで上昇させてブーム１４の上昇を停止させると、慣性の影響を受けて車体が前後に揺動して不安定になることがある。バケット６内に荷が積み込まれた状態であると、荷の重量が大きいため、慣性の影響が大きくなる。ブーム１４が最高位に至るよりも前のブーム１４の上昇中にバケット６のダンプ動作を開始して、作業機３の動作を止めることなく積込作業をすることで、慣性による車両の揺動を抑制することができる。
If the
バケット６の刃先６ａが基準点Ｐよりも手前にあるときにダンプ動作を開始することによって、バケット６内の荷をベッセル３０１の手前側から積み込むことができる。このようにすれば、次の積込み動作時に、積荷姿を調整しやすくなる。
By starting the dumping operation when the
図８，１１に示されるように、自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａが基準点Ｐを越えてベッセル３０１の上方の目標位置ｂに到達するまで、バケット６をダンプ方向へ動作させるバケットシリンダ１９の駆動を継続する。このように動作することで、バケット６内の荷をベッセル３０１に確実に積み込むことができる。
As shown in FIGS. 8 and 11, the
図９，１１に示されるように、自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａが目標位置ｂを通過した後も、バケット６をダンプ方向へ動作させるバケットシリンダ１９の駆動を継続する。このように動作することで、荷をより確実にバケット６内から排土することができる。
As shown in FIGS. 9 and 11, the
図６～８，１１に示されるように、自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａが目標位置ａに到達する前に、ブーム１４を上げるブームシリンダ１６の駆動を開始し、刃先６ａが目標位置ａを通過した後も、ブーム１４を上げるブームシリンダ１６の駆動を継続する。これにより、ブーム１４の上昇中にバケット６のダンプを開始する動作を、確実に実現することができる。基準点Ｐに設定されるベッセル３０１の側面上端と作業機３との接触を、回避することができる。
As shown in FIGS. 6 to 8 and 11, the
図７～８，１１に示されるように、自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａが目標位置ｂに到達するまで、ブーム１４を上げるブームシリンダ１６の駆動を継続する。このように動作することで、積込作業を、作業機３の動作を止めることなく確実に実行することができる。
As shown in FIGS. 7 to 8 and 11, the
図８～９，１１に示されるように、自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａが目標位置ｂを通過した後も、ブーム１４を上げるブームシリンダ１６の駆動を継続する。このように動作することで、積込作業を、作業機３の動作を止めることなく確実に実行することができる。
As shown in FIGS. 8 to 9 and 11, the
図９～１１に示されるように、自動化コントローラ１００は、バケット６をダンプ方向へ動作させるバケットシリンダ１９の駆動を停止するときまで、ブーム１４を上げるブームシリンダ１６の駆動を継続する。このように動作することで、積込作業を、作業機３の動作を止めることなく確実に実行することができる。
As shown in FIGS. 9 to 11, the
図９～１１に示されるように、自動化コントローラ１００は、走行装置４の前進走行を停止するときまで、ブーム１４を上げるブームシリンダ１６の駆動を継続する。このように動作することで、積込作業を、作業機３の動作を止めることなく確実に実行することができる。
As shown in FIGS. 9-11, the
図４，５に示されるように、自動化コントローラ１００は、バケット６の刃先６ａが目標位置ａにあるときの作業機３の目標姿勢を記憶している。自動化コントローラ１００は、刃先６ａが目標位置ａに到達したときに作業機３が目標姿勢をとるように、ブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９を制御する。このように動作することで、作業機３とベッセル３０１との接触を確実に回避することができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
上記の実施形態で説明した、ホイールローダ１の自動制御システムを構成する自動化コントローラ１００は、必ずしもホイールローダ１に搭載されていなくてもよい。ホイールローダ１に搭載されたコントローラが、外界情報取得部１１０および車両情報取得部１２０などによって取得された情報を、外部のコントローラへ送信する処理を行い、信号を受信した外部のコントローラがホイールローダ１を自動制御するシステムを構成してもよい。外部のコントローラは、ホイールローダ１の作業現場に配置されてもよく、ホイールローダ１の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。
The
実施形態では、ホイールローダ１はキャブ５を備えており、オペレータがキャブ５に搭乗する有人車両である例について説明した。ホイールローダ１は、無人車両であってもよい。ホイールローダ１は、オペレータが搭乗して操作するためのキャブ５を備えていなくてもよい。ホイールローダ１は、搭乗したオペレータによる操縦機能を搭載していなくてもよい。ホイールローダ１は、遠隔操縦専用の作業機械であってもよい。ホイールローダ１の操縦は、遠隔操縦装置からの無線信号により行われてもよい。
In the embodiment, an example has been described in which the
＜付記＞
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
<Additional notes>
The above description includes the features noted below.
（付記１）
走行体を有する本体と、
前記本体の前方に取り付けられ、先端にバケットを有する、作業機と、
前記本体に対し前記作業機を駆動する作業機アクチュエータと、
前記走行体の進行状態を検出する走行センサと、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、
前記本体の周辺の物体を検出する物体センサと、
前記走行センサ、前記作業機姿勢センサおよび前記物体センサの検出値に基づき、前記作業機アクチュエータの駆動を指令するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、物体の検出に基づき前記バケット内の荷を積み込むための積込目標を認識し、前記走行体が前進走行することにより前記作業機が前記積込目標に接近するとき、前記積込目標の手前かつ前記積込目標よりも高い第１目標位置に前記バケットの特徴点が到達した時点で、前記走行体の前進走行を継続しながら前記バケットをダンプ方向へ動作させる前記作業機アクチュエータの駆動を開始する、作業機械。
(Additional note 1)
A main body having a running body;
a working machine attached to the front of the main body and having a bucket at the tip;
a work implement actuator that drives the work implement with respect to the main body;
a traveling sensor that detects the progress state of the traveling body;
a work machine attitude sensor that detects the attitude of the work machine;
an object sensor that detects objects around the main body;
a controller that commands driving of the work implement actuator based on detected values of the travel sensor, the work implement attitude sensor, and the object sensor;
The controller recognizes a loading target for loading the load in the bucket based on the detection of an object, and when the working machine approaches the loading target due to forward travel of the traveling body, the controller recognizes the loading target for loading the load in the bucket. When the feature point of the bucket reaches a first target position in front of the target and higher than the loading target, the work equipment actuator operates the bucket in the dumping direction while continuing the forward travel of the traveling body. The working machine starts driving.
（付記２）
前記コントローラは、前記特徴点が前記積込目標の上方の第２目標位置に到達するまで、前記バケットを前記ダンプ方向へ動作させる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、付記１に記載の作業機械。
(Additional note 2)
The work machine according to
（付記３）
前記コントローラは、前記特徴点が前記第２目標位置を通過した後も、前記バケットを前記ダンプ方向へ動作させる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、付記２に記載の作業機械。
(Additional note 3)
The working machine according to
（付記４）
前記作業機は、前記本体に連結されたブームを有し、
前記コントローラは、前記特徴点が前記第１目標位置に到達する前に、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を開始し、前記特徴点が前記第１目標位置を通過した後も、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、付記２または付記３に記載の作業機械。
(Additional note 4)
The work machine has a boom connected to the main body,
The controller starts driving the work implement actuator that raises the boom before the feature point reaches the first target position, and continues to drive the work equipment actuator to raise the boom even after the feature point passes the first target position. The working machine according to
（付記５）
前記コントローラは、前記特徴点が前記第２目標位置に到達するまで、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、付記４に記載の作業機械。
(Appendix 5)
The work machine according to
（付記６）
前記コントローラは、前記特徴点が前記第２目標位置を通過した後も、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、付記５に記載の作業機械。
(Appendix 6)
The working machine according to
（付記７）
前記コントローラは、前記バケットを前記ダンプ方向へ動作させる前記作業機アクチュエータの駆動を停止するときまで、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、付記４から付記６のいずれか１つに記載の作業機械。
(Appendix 7)
According to any one of
（付記８）
前記コントローラは、前記走行体の前進走行を停止するときまで、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、付記４から付記７のいずれか１つに記載の作業機械。
(Appendix 8)
The working machine according to any one of
（付記９）
前記コントローラは、前記物体センサが認識した前記積込目標の側面上端を基準点として設定し、前記特徴点の前記基準点に対する現在の相対位置を算出する、付記１から付記８のいずれか１つに記載の作業機械。
(Appendix 9)
Any one of
（付記１０）
前記コントローラは、前記特徴点が前記第１目標位置にあるときの前記作業機の目標姿勢を記憶しており、前記特徴点が前記第１目標位置に到達したときに前記作業機が前記目標姿勢をとるように、前記作業機アクチュエータを制御する、付記１から付記９のいずれか１つに記載の作業機械。
(Appendix 10)
The controller stores a target attitude of the work machine when the feature point is at the first target position, and the work machine moves to the target attitude when the feature point reaches the first target position. The work machine according to any one of
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the claims, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
１ ホイールローダ、２ 車体フレーム、２ａ 前フレーム、２ｂ 後フレーム、３ 作業機、４ 走行装置、４ａ，４ｂ 走行輪、５ キャブ、６ バケット、８ 操作装置、９ ブームピン、１１ ステアリングシリンダ、１３ 作業機ポンプ、１４ ブーム、１５ リンク、１６ ブームシリンダ、１７ バケットピン、１８ ベルクランク、１８ａ 支持ピン、１８ｂ，１８ｃ 連結ピン、１９ バケットシリンダ、２１ エンジン、２３ トランスミッション、２５ アクスル、３２ メインバルブ、３５，３６ 電磁比例制御弁、４１ アクセルペダル、４２ 作業機操作レバー、５０ 車体コントローラ、５１ 機械モニタ、６０ エンジンコントローラ、７０ トランスミッションコントローラ、７１ ブレーキ制御部、７２ アクセル制御部、８０ 作業機コントローラ、８１ ステアリング制御部、８２ 作業機制御部、１００ 自動化コントローラ、１０１ 位置推定部、１０２ パスプランニング部、１０３ 経路追従制御部、１１０ 外界情報取得部、１１１ 知覚装置、１１２ 位置情報取得装置、１２０ 車体情報取得部、１２１ アーティキュレート角度センサ、１２２ 車両速度センサ、１２３ ブーム角度センサ、１２４ バケット角度センサ、１２５ ブームシリンダ圧力センサ、１３０ インターフェース、１３１ 自動化切替スイッチ、１３２ エンジン緊急停止スイッチ、１３３ モードランプ、１４０ アクチュエータ、１４１ ブレーキＥＰＣ、１４２ ステアリングＥＰＣ、１４３ 作業機ＥＰＣ、１４４ ＨＭＴ。 1 Wheel loader, 2 Body frame, 2a Front frame, 2b Rear frame, 3 Work equipment, 4 Travel device, 4a, 4b Travel wheels, 5 Cab, 6 Bucket, 8 Operating device, 9 Boom pin, 11 Steering cylinder, 13 Work equipment Pump, 14 Boom, 15 Link, 16 Boom cylinder, 17 Bucket pin, 18 Bell crank, 18a Support pin, 18b, 18c Connection pin, 19 Bucket cylinder, 21 Engine, 23 Transmission, 25 Axle, 32 Main valve, 35, 36 Electromagnetic proportional control valve, 41 accelerator pedal, 42 work equipment operating lever, 50 vehicle body controller, 51 machine monitor, 60 engine controller, 70 transmission controller, 71 brake control unit, 72 accelerator control unit, 80 work equipment controller, 81 steering control unit , 82 Work equipment control section, 100 Automation controller, 101 Position estimation section, 102 Path planning section, 103 Route following control section, 110 External world information acquisition section, 111 Perception device, 112 Position information acquisition device, 120 Vehicle body information acquisition section, 121 Articulating angle sensor, 122 Vehicle speed sensor, 123 Boom angle sensor, 124 Bucket angle sensor, 125 Boom cylinder pressure sensor, 130 Interface, 131 Automation changeover switch, 132 Engine emergency stop switch, 133 Mode lamp, 140 Actuator, 141 Brake EPC , 142 Steering EPC, 143 Work equipment EPC, 144 HMT.
Claims (12)
前記本体の前方に取り付けられ、先端にバケットを有する、作業機と、
前記本体に対し前記作業機を駆動する作業機アクチュエータと、
前記走行体の進行状態を検出する走行センサと、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、
前記本体の周辺の物体を検出する物体センサと、
前記走行センサ、前記作業機姿勢センサおよび前記物体センサの検出値に基づき、前記作業機アクチュエータの駆動を指令するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、物体の検出に基づき前記バケット内の荷を積み込むための積込目標を認識し、前記走行体が前進走行することにより前記作業機が前記積込目標に接近するとき、前記積込目標の手前かつ前記積込目標よりも高い第１目標位置に前記バケットの特徴点が到達した時点で、前記走行体の前進走行を継続しながら前記バケットをダンプ方向へ動作させる前記作業機アクチュエータの駆動を開始する、作業機械。 A main body having a running body;
a working machine attached to the front of the main body and having a bucket at the tip;
a work implement actuator that drives the work implement with respect to the main body;
a traveling sensor that detects the progress state of the traveling body;
a work machine attitude sensor that detects the attitude of the work machine;
an object sensor that detects objects around the main body;
a controller that commands driving of the work implement actuator based on detected values of the travel sensor, the work implement attitude sensor, and the object sensor;
The controller recognizes a loading target for loading the load in the bucket based on the detection of an object, and when the working machine approaches the loading target due to forward travel of the traveling body, the controller recognizes the loading target for loading the load in the bucket. When the feature point of the bucket reaches a first target position in front of the target and higher than the loading target, the work equipment actuator operates the bucket in the dumping direction while continuing the forward travel of the traveling body. The working machine starts driving.
前記コントローラは、前記特徴点が前記第１目標位置に到達する前に、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を開始し、前記特徴点が前記第１目標位置を通過した後も、前記ブームを上げる前記作業機アクチュエータの駆動を継続する、請求項２または請求項３に記載の作業機械。 The work machine has a boom connected to the main body,
The controller starts driving the work implement actuator that raises the boom before the feature point reaches the first target position, and continues to drive the work equipment actuator to raise the boom even after the feature point passes the first target position. The work machine according to claim 2 or 3, wherein the work machine actuator continues to be driven when raising the work machine actuator.
走行体を有する作業機械本体と、
前記作業機械本体の前方に取り付けられ、先端にバケットを有する、作業機と、
前記作業機械本体に対し前記作業機を駆動する作業機アクチュエータと、
前記走行体の進行状態を検出する走行センサと、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサと、
前記作業機械本体の周辺の物体を検出する物体センサと、
前記走行センサ、前記作業機姿勢センサおよび前記物体センサの検出値に基づき、前記作業機アクチュエータの駆動を指令するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、物体の検出に基づき前記バケット内の荷を積み込むための積込目標を認識し、前記走行体が前進走行することにより前記作業機が前記積込目標に接近するとき、前記積込目標の手前かつ前記積込目標よりも高い第１目標位置に前記バケットの特徴点が到達した時点で、前記走行体の前進走行を継続しながら前記バケットをダンプ方向へ動作させる前記作業機アクチュエータの駆動を開始する、システム。 A system including a working machine,
A working machine body having a running body;
A working machine that is attached to the front of the working machine main body and has a bucket at the tip;
a work machine actuator that drives the work machine with respect to the work machine main body;
a traveling sensor that detects the progress state of the traveling body;
a work machine attitude sensor that detects the attitude of the work machine;
an object sensor that detects objects around the work machine main body;
a controller that commands driving of the work implement actuator based on detected values of the travel sensor, the work implement attitude sensor, and the object sensor;
The controller recognizes a loading target for loading the load in the bucket based on the detection of an object, and when the working machine approaches the loading target by the forward traveling of the traveling body, the controller recognizes the loading target for loading the load in the bucket. When the feature point of the bucket reaches a first target position in front of the target and higher than the loading target, the work equipment actuator operates the bucket in the dumping direction while continuing the forward travel of the traveling body. The system starts driving.
走行体を前進走行させ作業機を前記積込目標に接近させることと、
前記積込目標の手前かつ前記積込目標よりも高い第１目標位置に前記バケットの特徴点が到達した時点で、前記走行体の前進走行を継続しながら前記バケットをダンプ方向へ動作させる作業機アクチュエータの駆動を開始することと、を備える、作業機械の制御方法。
Recognizing the loading target for loading the load in the bucket from the detection signal of the object;
moving the traveling body forward to bring the work machine closer to the loading target;
A working machine that moves the bucket in a dumping direction while continuing forward travel of the traveling body when the feature point of the bucket reaches a first target position that is in front of the loading target and higher than the loading target. A method for controlling a work machine, comprising: starting driving an actuator.
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