JP2024092484A - 作業現場の管理システム及び作業現場の管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業現場の生産性の低下を抑制すること。【解決手段】作業現場の管理システムは、作業機械により整地された作業現場を作業機械に搭載された障害物センサが検出したときの検出データを取得する検出データ取得部と、障害物センサの検出データに基づいて、作業現場に障害物を設定する障害物設定部と、を備える。【選択図】図５

Description

本開示は、作業現場の管理システム及び作業現場の管理方法に関する。

作業現場の管理システムに係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、車両の誘導装置が知られている。

特開平１１－２９６２２９号公報

作業現場において無人車両が走行する場合がある。作業現場に障害物が存在すると、無人車両の走行が妨げられ、作業現場の生産性が低下する可能性がある。作業現場の生産性の低下を抑制するために、障害物を適切に認識し、障害物に応じて無人車両を走行させる必要がある。

本開示は、作業現場の生産性の低下を抑制することを目的とする。

本開示に従えば、作業機械により整地された作業現場を作業機械に搭載された障害物センサが検出したときの検出データを取得する検出データ取得部と、障害物センサの検出データに基づいて、作業現場に障害物を設定する障害物設定部と、を備える、作業現場の管理システムが提供される。

本開示によれば、作業現場の生産性の低下が抑制される。

図１は、実施形態に係る作業現場の管理システムを示す模式図である。 図２は、実施形態に係る作業現場の管理システムを示す機能ブロック図である。 図３は、実施形態に係る走行パスの生成方法を説明するための図である。 図４は、実施形態に係る作業機械の動作を模式的に示す図である。 図５は、実施形態に係る障害物の判定方法を説明するための図である。 図６は、実施形態に係る走行パスの設定方法を説明するための図である。 図７は、実施形態に係る作業現場の管理方法を示すフローチャートである。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［管理システム］
図１は、実施形態に係る作業現場の管理システム１を模式的に示す図である。実施形態において、作業現場は、鉱山である。鉱山とは、鉱物を採掘する場所又は事業所をいう。鉱山として、金属を採掘する金属鉱山、石灰石を採掘する非金属鉱山、又は石炭を採掘する石炭鉱山が例示される。作業現場において、作業機械２及び無人車両３が稼働する。管理システム１は、作業機械２及び無人車両３を管理する。実施形態において、作業機械２は、ブルドーザである。作業機械２は、作業現場において所定の作業を実施する。作業機械２が実施する作業として、掘削作業、押土作業、及び整地作業が例示される。無人車両３とは、運転者による運転操作によらずに無人で稼働する作業車両をいう。実施形態において、無人車両３は、無人で作業現場を走行して積荷を運搬する無人運搬車両である。無人車両３として、無人ダンプトラックが例示される。無人車両３に運搬される積荷として、作業現場において掘削された掘削物が例示される。

管理システム１は、管理装置４と、通信システム５とを備える。管理装置４は、作業現場の管制施設６に設置される。管制施設６に管理者が存在する。管理装置４と作業機械２と無人車両３とは、通信システム５を介して無線通信する。通信システム５として、インターネット（internet）、携帯電話通信網、衛星通信網、及びローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）が例示される。

作業機械２は、車体７と、走行装置８と、作業機９とを備える。車体７にエンジンが搭載される。エンジンは、作業機械２の駆動源である。走行装置８は、車体７を支持して走行する。走行装置８は、一対の履帯１０を有する。履帯１０が回転することにより、作業機械２が走行する。作業機９は、作業対象の掘削作業、押土作業、又は整地作業を実施する。作業機９は、車体７に取り付けられる。作業機９の少なくとも一部は、車体７の前方に配置される。作業機９は、掘削ブレード１１と、リフトフレーム１２と、チルトシリンダ１３と、リフトシリンダ１４とを有する。掘削ブレード１１は、車体７の前方に配置される。リフトフレーム１２は、掘削ブレード１１を支持する。リフトフレーム１２の一端部は、回動機構を介して掘削ブレード１１の背面に連結される。リフトフレーム１２の他端部は、回動機構を介して車体７に連結される。なお、リフトフレーム１２の他端部は、回動機構を介して走行装置８に連結されてもよい。チルトシリンダ１３及びリフトシリンダ１４のそれぞれは、掘削ブレード１１を動作させる。チルトシリンダ１３は、掘削ブレード１１をチルト動作させるために駆動する。リフトシリンダ１４は、掘削ブレード１１を上下動作させるために駆動する。チルトシリンダ１３の一端部は、回動機構を介して掘削ブレード１１の背面に連結される。チルトシリンダ１３の他端部は、リフトフレーム１２の上面に接続される。チルトシリンダ１３が伸縮することにより、掘削ブレード１１のチルト角が変化する。リフトシリンダ１４の一端部は、回動機構を介してリフトフレーム１２に連結される。リフトシリンダ１４の他端部は、回動機構を介して車体７に接続される。リフトシリンダ１４が伸縮することにより、掘削ブレード１１が上下方向に移動する。

無人車両３は、車両本体１５と、走行装置１６と、ダンプボディ１７とを備える。車両本体１５は、車体フレームを含む。車両本体１５は、走行装置１６に支持される。車両本体１５は、ダンプボディ１７を支持する。走行装置１６は、車両本体１５を支持した状態で作業現場を走行する。走行装置１６は、車輪と、車輪に装着されるタイヤと、エンジンと、ブレーキ装置と、ステアリング装置とを含む。エンジンは、無人車両３を走行させるための駆動力を発生する。タイヤが回転することにより、無人車両３が走行する。ブレーキ装置は、無人車両３を減速又は停止させるための制動力を発生する。ステアリング装置は、無人車両３を旋回させるための操舵力を発生する。ダンプボディ１７は、積荷が積載される部材である。ダンプボディ１７の少なくとも一部は、車両本体１５よりも上方に配置される。

［管理システム］
図２は、実施形態に係る作業現場の管理システム１を示す機能ブロック図である。作業機械２は、制御装置１８と、作業機９と、走行装置８と、センサシステム１９とを有する。無人車両３は、制御装置２２と、走行装置１６と、センサシステム２３とを有する。

センサシステム１９は、位置センサ２０と、障害物センサ２１とを含む。位置センサ２０は、作業機械２の位置を検出する。作業機械２の位置は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）を利用して検出される。位置センサ２０は、ＧＮＳＳ受信機を含み、作業機械２のグローバル座標系の位置を検出する。障害物センサ２１は、作業機械２の周辺を検出する。障害物センサ２１は、作業現場に存在する作業機械２の障害物を検出する。障害物センサ２１は、障害物に非接触で障害物を検出する。障害物センサ２１として、レーザ光を射出することにより障害物を検出するレーザセンサ（ＬＩＤＡＲ：Light Detection and Ranging）が例示される。なお、障害物センサ２１は、電波を射出することにより障害物を検出するレーダセンサ（ＲＡＤＡＲ：Radio Detection and Ranging）でもよいし、赤外光を射出することにより障害物を検出する赤外線センサでもよい。障害物センサ２１は、車体７に配置される。

センサシステム２３は、位置センサ２４と、方位センサ２５と、速度センサ２６とを含む。位置センサ２４は、無人車両３の位置を検出する。位置センサ２４は、ＧＮＳＳ受信機を含み、無人車両３のグローバル座標系の位置を検出する。方位センサ２５は、無人車両３の方位を検出する。方位センサ２５として、ジャイロセンサが例示される。速度センサ２６は、無人車両３の走行速度を検出する。速度センサ２６として、車輪の回転を検出するパルスセンサが例示される。

管理システム１は、管理装置４と、通信システム５と、制御装置１８と、制御装置２２とを含む。管理装置４は、コンピュータシステムを含む。管理装置４は、通信インタフェース４１と、記憶回路４２と、処理回路４３とを有する。通信インタフェース４１は、処理回路４３に接続される。通信インタフェース４１は、管理装置４と制御装置１８及び制御装置２２の少なくとも一方との間の通信を制御する。通信インタフェース４１は、通信システム５を介して制御装置１８及び制御装置２２の少なくとも一方と通信する。

記憶回路４２は、処理回路４３に接続される。記憶回路４２は、データを記憶する。記憶回路４２として、不揮発性メモリ又は揮発性メモリが例示される。不揮発性メモリとして、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はストレージが例示される。ストレージとして、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）又はソリッドステートドライブ（ＳＳＤ：Solid State Drive）が例示される。揮発性メモリとして、ＲＡＭ（Random Access Memory）が例示される。

処理回路４３は、演算処理及び制御指令の出力処理を実施する。処理回路４３として、プロセッサが例示される。プロセッサとして、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）が例示される。コンピュータプログラムが記憶回路４２に記憶される。処理回路４３は、記憶回路４２からコンピュータプログラムを取得して実行することにより、所定の機能を発揮する。

処理回路４３は、走行データ生成部６１と、検出データ取得部６２と、障害物設定部６３とを有する。走行データ生成部６１は、作業現場に設定される無人車両３の走行条件を示す走行データを生成する。無人車両３の走行データは、無人車両３の目標走行経路を示す走行パス３１を含む。

図３は、実施形態に係る走行パス３１の生成方法を説明するための図である。作業現場に地形の境界ライン２７が規定される。地形の境界ライン２７とは、例えば土手又は崖のような作業現場を区画できる特徴部分をいう。境界ライン２７は、作業現場の測量結果から導出されてもよい。境界ライン２７は、作業現場の上空を飛行可能な無人航空機に搭載された計測装置よって計測される地形の計測データから導出されてもよい。作業現場がコンピュータ支援設計（ＣＡＤ：Computer Aided Design）等の設計手法を用いて設計されている場合、境界ライン２７は、作業現場の設計データから導出されてもよい。境界ライン２７に隣接するようにサーベイライン２８が規定される。サーベイライン２８とは、サーベイ車両を用いて導出された走行エリアと禁止エリアとを区画する仮想線をいう。走行エリアとは、作業現場において無人車両３が走行可能なエリアをいう。禁止エリアとは、無人車両３が走行不可能なエリアをいう。サーベイ車両は、搭乗した運転者の運転に基づいて走行する有人車両である。一般に、サーベイ車両の外形は、無人車両３の外形よりも小さい。走行するサーベイ車両の位置が、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）を利用して検出される。サーベイ車両には、グローバル座標系におけるサーベイ車両の位置を検出する位置センサが搭載されている。サーベイ車両の位置センサは、ＧＮＳＳ受信機を含む。サーベイ車両は、位置センサでサーベイ車両の絶対位置を検出しながら、境界ライン２７に沿って走行する。サーベイ車両の走行軌跡に基づいてサーベイライン２８が設定される。

走行データ生成部６１は、サーベイライン２８に基づいて、作業現場における無人車両３の走行パス３１を生成する。走行データ生成部６１は、例えばサーベイライン２８を走行エリアの中心側に所定量だけシフトした位置に走行パス３１を設定してもよい。走行データ生成部６１は、例えば所定の演算手法に基づいてサーベイライン２８の形状から走行パス３１を生成してもよい。

無人車両３の走行データは、無人車両３の走行条件を規定する。走行データは、コース点３０、走行パス３１、無人車両３の目標位置、無人車両３の目標方位、及び無人車両３の目標走行速度を含む。コース点３０は、作業現場に複数設定される。コース点３０は、無人車両３の目標位置を規定する。複数のコース点３０のそれぞれに、無人車両３の目標方位及び目標走行速度が設定される。複数のコース点３０は、間隔をあけて設定される。コース点３０の間隔は、例えば１［ｍ］以上５［ｍ］以下に設定される。コース点３０の間隔は、均一でもよいし、不均一でもよい。走行パス３１とは、無人車両３の目標走行経路を示す仮想線をいう。走行パス３１は、複数のコース点３０を通過する軌跡によって規定される。無人車両３は、走行パス３１に従って、作業現場を走行する。無人車両３の目標位置とは、コース点３０を通過するときの無人車両３の目標位置をいう。無人車両３の目標位置は、無人車両３のローカル座標系において規定されてもよいし、グローバル座標系において規定されてもよい。無人車両３の目標方位とは、コース点３０を通過するときの無人車両３の目標方位をいう。無人車両３の目標走行速度とは、コース点３０を通過するときの無人車両３の目標走行速度をいう。走行データ生成部６１において生成された走行データは、通信システム５を介して、無人車両３に送信される。

検出データ取得部６２は、センサシステム１９の検出データを取得する。実施形態において、検出データ取得部６２は、作業機械２により整地された作業現場を障害物センサ２１が検出したときの検出データを取得する。また、検出データ取得部６２は、作業機械２の位置を検出する位置センサ２０の検出データを取得する。

図４は、実施形態に係る作業機械２の動作を模式的に示す図である。作業機械２は、作業機９を用いて作業現場を整地する。作業機械２は、例えば作業現場に盛土３２が生成されるように作業現場を整地する。作業機械２に搭載された障害物センサ２１は、作業機械２による整地作業において作業機械２の周辺を検出する。作業機械２の整地作業により盛土３２が生成された場合、障害物センサ２１は、盛土３２を検出することができる。障害物センサ２１は、障害物センサ２１が搭載された作業機械２によって生成された盛土３２を検出する。位置センサ２０は、障害物センサ２１が盛土３２を検出したときの作業機械２の位置を検出する。位置センサ２０の検出データ及び障害物センサ２１の検出データは、通信システム５を介して管理装置４に送信される。検出データ取得部６２は、位置センサ２０の検出データ及び障害物センサ２１の検出データを取得する。

障害物設定部６３は、検出データ取得部６２により取得された障害物センサ２１の検出データに基づいて、作業現場に障害物３３を設定する。障害物３３は、作業現場に仮想的に設定される。作業機械２により生成された盛土３２を障害物センサ２１が検出した場合、障害物設定部６３は、盛土３２を障害物センサ２１が検出したときの検出データに基づいて、作業現場に障害物３３を設定する。作業機械２により生成された盛土３２を障害物センサ２１が検出した場合、障害物設定部６３は、同一タイミングで取得された障害物センサ２１の検出データと位置センサ２０の検出データとに基づいて、グローバル座標系における盛土３２の位置を算出することができる。障害物設定部６３は、算出した盛土３２の位置に障害物３３を設定する。障害物設定部６３は、障害物センサ２１の検出データと予め定められている障害物条件とに基づいて、障害物３３を設定する。

図５は、実施形態に係る障害物の判定方法を説明するための図である。障害物設定部６３は、障害物センサ２１の検出データに基づいて、作業現場の地面の所定エリアＡｒの最大高さＨａと最小高さＨｂとの差Ｄを算出する。所定エリアＡｒは、予め定められた広さであり、例えば直径５ｍの円形状のエリアである。障害物設定部６３は、所定エリアＡｒの最大高さＨａと最小高さＨｂとの差Ｄが予め定められた閾値以上である場合、所定エリアＡｒに障害物３３を設定する。作業現場の地面から突出する物体を障害物センサ２１が検出しても、物体の高さが低すぎる場合、障害物３３は設定されない。障害物センサ２１により検出された物体の高さが高い場合、障害物設定部６３は、物体の位置に障害物３３を設定する。障害物３３は、管理装置４により作業現場に仮想的に設定される。以下の説明において、作業現場の地面の所定エリアＡｒの最大高さＨａと最小高さＨｂとの差Ｄが予め定められた閾値以上である条件を満足することを適宜、障害物条件を満足する、と称する。

作業現場に障害物３３が設定された場合、走行データ生成部６１は、障害物を回避するように走行パス３１を生成する。

図６は、実施形態に係る走行パス３１の設定方法を説明するための図である。上述のように、走行パス３１は、サーベイライン２８に基づいて設定される。走行パス３１が設定された後、作業機械２の整地作業により、走行パス３１に重複するように盛土３２が生成され、走行パス３１に重複するように障害物３３が設定される可能性がある。すなわち、図６の［更新前］に示すように、走行パス３１が設定された位置に障害物３３が設定される可能性がある。障害物３３と走行パス３１とが重複する場合、走行パス３１に従って走行する無人車両３は、盛土３２を乗り上げてしまう可能性がある。障害物３３により無人車両３の円滑な走行が妨げられると、作業現場の生産性が低下する可能性がある。

実施形態において、走行データ生成部６１は、障害物設定部６３により設定された障害物３３を回避するように走行パス３１を生成する。すなわち、走行パス３１に重複するように障害物３３が設定された場合、走行データ生成部６１は、図６の［更新後］に示すように、障害物３３を回避するように、走行パス３１を再設定する。これにより、走行パス３１に従って走行する無人車両３が盛土３２を乗り上げてしまうことが抑制される。無人車両３の円滑な走行が維持されるので、作業現場の生産性が低下することが抑制される。

制御装置１８は、コンピュータシステムを含む。管理装置４と同様、制御装置１８は、通信インタフェース、記憶回路、及び処理回路を有する。制御装置１８は、作業機９及び走行装置８を制御する。

制御装置２２は、コンピュータシステムを含む。管理装置４と同様、制御装置２２は、通信インタフェース、記憶回路、及び処理回路を有する。制御装置２２は、管理装置４から送信された走行データに基づいて、走行装置１６を制御する。

制御装置２２は、走行データ及びセンサシステム２３の検出データに基づいて、走行装置１６を制御する。制御装置２２は、位置センサ２４の検出データ及び方位センサ２５の検出データに基づいて、無人車両３が走行パス３１に基づいて走行するように、走行装置１６を制御する。すなわち、制御装置２２は、コース点３０を通過するときに位置センサ２４により検出された無人車両３の検出位置とコース点３０に設定されている無人車両３の目標位置との偏差が小さくなるように、走行装置１６を制御する。また、制御装置２２は、コース点３０を通過するときに方位センサ２５により検出された無人車両３の検出方位とコース点３０に設定されている無人車両３の目標方位との偏差が小さくなるように、走行装置１６を制御する。また、制御装置２２は、速度センサ２６の検出データに基づいて、無人車両３が目標走行速度で走行するように、走行装置１６を制御する。すなわち、制御装置２２は、コース点３０を通過するときに速度センサ２６により検出された無人車両３の検出走行速度とコース点３０に設定されている無人車両３の目標走行速度との偏差が小さくなるように、走行装置１６を制御する。

［管理方法］
図７は、実施形態に係る作業現場の管理方法を示すフローチャートである。走行データ生成部６１は、走行パス３１を含む走行データを生成する（ステップＳ１）。検出データ取得部６２は、位置センサ２０の検出データ及び障害物センサ２１の検出データを取得する（ステップＳ２）。

障害物設定部６３は、障害物センサ２１により検出された物体が障害物条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、障害物センサ２１により検出された物体が障害物条件を満足すると判定した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、障害物設定部６３は、所定エリアＡｒに障害物３３を設定する（ステップＳ４）。走行データ生成部６１は、障害物３３を回避するように、走行パス３１を含む走行データを更新する（ステップＳ５）。更新された走行データは、通信システム５を介して無人車両３に送信される（ステップＳ６）。無人車両３は、更新された走行データに基づいて走行する。これにより、無人車両３と障害物３３（盛土３２）との干渉が抑制される。ステップＳ３において、障害物センサ２１により検出された物体が障害物条件を満足しないと判定された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、走行データは、更新されない。未更新の走行データが、通信システム５を介して無人車両３に送信される（ステップＳ６）。

［効果］
以上説明したように、作業現場の管理システム１は、作業機械２により整地された作業現場を作業機械２に搭載された障害物センサ２１が検出したときの検出データを取得する検出データ取得部６２と、障害物センサ２１の検出データに基づいて、作業現場に障害物３３を設定する障害物設定部６３と、を備える。作業機械２により生成された盛土３２が作業機械２に搭載された障害物センサ２１により検出されるので、盛土３２が適切に認識され、障害物３３が適切に設定される。障害物３３が適切に設定されるので、障害物３３によって無人車両３の走行が妨げられないように、障害物３３に応じて無人車両３を走行させることができる。実施形態においては、障害物３３を回避するように無人車両３の走行パス３１を生成される。無人車両３の円滑な走行が妨げられないので、作業現場の生産性の低下が抑制される。

［その他の実施形態］
上述の実施形態において、作業機械２は、ブルドーザであることとした。作業機械２は油圧ショベル、ホイールローダ、モータグレーダ等の他の作業機械でもよい。

１…管理システム、２…作業機械、３…無人車両、４…管理装置、５…通信システム、６…管制施設、７…車体、８…走行装置、９…作業機、１０…履帯、１１…掘削ブレード、１２…リフトフレーム、１３…チルトシリンダ、１４…リフトシリンダ、１５…車両本体、１６…走行装置、１７…ダンプボディ、１８…制御装置、１９…センサシステム、２０…位置センサ、２１…障害物センサ、２２…制御装置、２３…センサシステム、２４…位置センサ、２５…方位センサ、２６…速度センサ、２７…境界ライン、２８…サーベイライン、３０…コース点、３１…走行パス、３２…盛土、３３…障害物、４１…通信インタフェース、４２…記憶回路、４３…処理回路、６１…走行データ生成部、６２…検出データ取得部、６３…障害物設定部。

Claims (6)

1. 作業機械により整地された作業現場を前記作業機械に搭載された障害物センサが検出したときの検出データを取得する検出データ取得部と、
   前記障害物センサの検出データに基づいて、前記作業現場に障害物を設定する障害物設定部と、を備える、
   作業現場の管理システム。
2. 前記障害物設定部は、前記障害物センサの検出データに基づいて、前記作業現場の地面の所定エリアの最大高さと最小高さとの差を算出し、前記差が予め定められた閾値以上である場合、前記所定エリアに障害物を設定する、
   請求項１に記載の作業現場の管理システム。
3. 前記作業機械は、前記作業現場に盛土が生成されるように前記作業現場を整地し、
   前記障害物設定部は、前記盛土を前記障害物センサが検出したときの検出データに基づいて、前記障害物を設定する、
   請求項１に記載の作業現場の管理システム。
4. 検出データ取得部は、前記作業機械の位置を検出する位置センサの検出データを取得し、
   前記障害物設定部は、前記障害物センサの検出データと前記位置センサの検出データとに基づいて前記盛土の位置を算出し、前記盛土の位置に前記障害物を設定する、
   請求項３に記載の作業現場の管理システム。
5. 前記作業現場における無人車両の走行パスを生成する走行データ生成部を備え、
   前記走行データ生成部は、前記障害物を回避するように前記走行パスを生成する、
   請求項１に記載の作業現場の管理システム。
6. 作業機械により整地された作業現場を前記作業機械に搭載された障害物センサが検出したときの検出データを取得することと、
   前記障害物センサの検出データに基づいて、前記作業現場に障害物を設定することと、を含む、
   作業現場の管理方法。

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