JP7197310B2 - 積込機械の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、自動積込制御においてサイクルタイムを短縮することができる積込機械の制御装置および制御方法を提供することにある。
〈第1の実施形態〉
《積込機械の構成》
図1は、第1の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
積込機械100は、土砂を運搬車両などの積込点へ積込を行う作業機械である。第1の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベル以外の積込機械であってもよい。また図1に示す積込機械100はバックホウショベルであるが、フェイスショベルやロープショベルであってもよい。
積込機械100は、走行体110と、走行体110に支持される旋回体120と、油圧により作動し旋回体120に支持される作業機130とを備える。旋回体120は、旋回中心回りに旋回自在に支持される。
アーム132は、ブーム131とバケット133とを連結する。アーム132の基端部は、ブーム131の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット133は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を搬送するための容器とを備える。バケット133の基端部は、アーム132の先端部にピンを介して取り付けられる。
アームシリンダ135は、アーム132を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ135の基端部は、ブーム131に取り付けられる。アームシリンダ135の先端部は、アーム132に取り付けられる。
バケットシリンダ136は、バケット133を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ136の基端部は、アーム132に取り付けられる。バケットシリンダ136の先端部は、バケット133を回動させるリンク機構に取り付けられる。
アーム角度センサ139は、アームシリンダ135のストローク量を計測する。アームシリンダ135のストローク量は、ブーム131に対するアーム132の傾斜角に換算可能である。以下、ブーム131に対するアーム132の傾斜角を、アーム132の相対角度ともいう。
バケット角度センサ140は、バケットシリンダ136のストローク量を計測する。バケットシリンダ136のストローク量は、アーム132に対するバケット133の傾斜角に換算可能である。以下、アーム132に対するバケット133の傾斜角をバケット133の相対角度ともいう。
なお、他の実施形態に係る積込機械100は、ブーム角度センサ138、アーム角度センサ139、およびバケット角度センサ140に代えて、地平面に対する傾斜角または旋回体120に対する傾斜角を検出する角度センサを備えてもよい。
検出装置124の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナ、UWB(Ultra Wide Band)測距装置などが挙げられる。検出装置124は、例えば検出方向が積込機械100の運転室121の前方を向くように設けられる。検出装置124は、対象物の3次元位置を、検出装置124の位置を基準とした座標系で特定する。
なお、第1の実施形態に係る積込機械100は、運転席122に着座するオペレータの操作に従って動作するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械100は、積込機械100の外部で操作するオペレータの遠隔操作によって操作信号や積込指示信号が送信され動作するものであってもよい。
位置方位演算器125は、2つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体120の向く方位を演算する。旋回体120が向く方位とは、旋回体120の正面方向であって、作業機130のブーム131からバケット133へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。
図2は、第1の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置128は、プロセッサ1100、メインメモリ1200、ストレージ1300、インタフェース1400を備えるコンピュータである。ストレージ1300は、プログラムを記憶する。プロセッサ1100は、プログラムをストレージ1300から読み出してメインメモリ1200に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
また、バケット位置特定部1104は、積込指示信号の入力を受け付けたときのアーム132の先端部の位置Pを掘削完了位置P10として特定する。図3は、第1の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。
なお、積込機械100が遠隔操作によって駆動する場合、移動処理部1107が生成する操作信号は、最大の操作量に係る駆動量より大きい駆動量での駆動を指示する信号であってよい。これは、有人運転に係る積込機械100は、オペレータの乗り心地のために操作装置123の最大操作量が制限されるところ、遠隔操作に係る積込機械100は、オペレータの乗り心地による制限がないためである。
例えば、排土開始方位算出部1108は、以下の手順で排土開始方位D0を算出する。排土開始方位算出部1108は、バケット133の最下点から積込対象200までの距離に基づいて、土砂がバケット133から積込対象200に到達するまでの土砂到達時間を算出する。排土開始方位算出部1108は、旋回速度に排土遅れ時間と土砂到達時間の和を乗算することで、排土旋回角度θを算出する。排土開始方位算出部1108は、上方からの平面視において、バケット133の刃先の幅の全体が積込対象200と重なるときに旋回体120が向く方位D1から、旋回方向手前側へ排土旋回角度θだけ回転した方位を、排土開始方位D0として算出する。
積込機械100のオペレータは、積込機械100と積込対象200とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置123の自動制御用のスイッチをONにする。これにより、操作装置123は、積込指示信号を生成し出力する。
旋回体120の旋回速度が所定速度未満である場合(ステップS13:YES)、移動処理部1107は、バケット133の高さが掘削完了位置P10の高さから干渉回避位置P12の高さに至るまでの時間である上昇時間を特定する(ステップS14)。移動処理部1107は、バケット133の上昇時間に基づいて、現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12または干渉回避位置P12より高い点を通過することになるか否かを判定する(ステップS15)。現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12または干渉回避位置P12より高い点を通過することになる場合(ステップS15:YES)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成する(ステップS16)。
現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12より低い点を通過することになる場合(ステップS15:NO)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成しない。つまり、アーム132の先端が干渉回避位置P12より低い点を通過することになる場合、移動処理部1107は、旋回操作信号の出力を禁止する。
他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム132の先端が積込位置P13より手前で停止することになる場合(ステップS17:NO)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成する(ステップS18)。
また、旋回体120が向く方位が第1領域R1に含まれる場合であっても、アーム132の先端の高さは、必ずしも干渉回避位置未満の高さであるとは限らない。例えば、アーム132の高さを干渉回避位置P12以上の高さまで上昇させるために必要な時間が、アーム132の先端が上方向からの平面視において干渉回避位置P12に位置するまで旋回体120を旋回させるために必要な時間より短い場合、アーム132の先端の高さが干渉回避位置P12以上の高さまで上昇したときに、旋回体120が向く方位が第1領域R1に含まれる可能性がある。
自動積込制御が開始されると、ブーム131およびアーム132は、掘削完了位置P10から旋回開始位置P11へ向けて上昇する。このとき、バケット133は、掘削終了時の対地角度を維持するように駆動する。
このように、第1の実施形態に係る積込機械100の制御装置128は、自動積込制御中、旋回体120が終点方位より旋回方向手前側の排土開始方位D0を向くときに、バケット133のダンプ操作信号を油圧装置127に出力する。これにより、制御装置128は、バケット133が積込位置P13に達する前から排土を開始することができ、積込処理のサイクルタイムを短縮することができる。なお、第1の実施形態に係る制御装置128は、旋回体の方位が第1領域に含まれるか第2領域に含まれるかに基づいてダンプ操作信号の出力の可否を決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置128は、旋回体の方位が排土開始方位D0を超えたか否かに基づいてダンプ操作信号の出力の可否を決定してもよい。
例えば、第1の実施形態においては、排土開始方位D0を、積込対象200の位置と旋回体120の旋回速度と排土遅れ時間と土砂到達時間とに基づいて算出した位置としたが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、排土遅れ時間または土砂到達時間を加味せずに算出したものであってもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、上方からの平面視においてアーム132の先端が積込対象200に干渉する方位のうち、最も起点方位に近い方位であってもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、上方からの平面視においてアーム132の先端が積込対象200に干渉する方位のうち、起点方位側の任意の方位に設定されてもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位D0は、上方からの平面視においてアーム132の先端が積込対象200に干渉しない方位のうち、終点方位側の任意の方位に設定されてもよい。また他の実施形態においては、排土開始方位D0は、アーム132の先端が干渉回避位置P12に位置するときに旋回体が向く方位に設定されてもよい。
Claims (8)
- 旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、
前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための積込指示信号を受け付けた場合に、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側において、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力する操作信号出力部
を備える積込機械の制御装置。 - 前記操作信号出力部は、前記バケットの全体と前記積込対象とが上方からの平面視において重なるときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側の方位において前記バケットを排土させるための前記排土操作信号を出力する
請求項1に記載の積込機械の制御装置。 - 前記積込対象の位置と前記旋回体の旋回速度とに基づいて前記バケットを排土させる方位を算出する排土開始方位算出部を備える
請求項1または請求項2に記載の積込機械の制御装置。 - 前記排土操作信号を出力する方位は、あらかじめ定められた方位である
請求項1または請求項2に記載の積込機械の制御装置。 - 前記旋回体の向く方位が、排土操作を実行しない第1領域と排土操作を実行する第2領域のいずれにあるかを判定する領域判定部を備える
請求項1に記載の積込機械の制御装置。 - 前記領域判定部によって前記旋回体の向く方位が前記第2領域に含まれると判定された場合、前記操作信号出力部は前記バケットを排土させるための前記排土操作信号を出力する
請求項5に記載の積込機械の制御装置。 - 旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための積込指示信号を受け付けた場合に、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側において、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力するステップ、
を備える積込機械の制御方法。 - 旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の遠隔制御システムであって、
前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための積込指示信号を受け付けた場合に、前記旋回体が、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側において、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力する操作信号出力部
を備える積込機械の遠隔制御システム。
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