JP2016130409A - 掘削機械、掘削機械の制御方法及び掘削システム - Google Patents

Abstract

【課題】掘削機械が掘削する部分の状態が時々刻々と変化する場合でも自動で掘削できる掘削機械を提供すること。
【解決手段】掘削機械は、掘削装置と、前記掘削装置の掘削対象の状態を検出する検出装置と、学習用の掘削装置によって掘削される前の第１部分の状態と、前記第１部分を前記学習用の掘削装置が掘削したときの第１動作とが対応付けられた掘削情報を複数記憶する記憶装置と、前記検出装置によって検出された、前記掘削装置がこれから掘削する予定の第２部分の状態を求める推定部、複数の前記掘削情報の前記第１部分の状態の中から、前記推定部によって求められた前記第２部分の状態に対応した前記第１部分の状態を選択し、選択した状態に対応した前記第１動作を、前記掘削装置が前記第２部分を掘削する際の第２動作として決定する動作決定部及び前記第２動作で前記掘削装置を動作させる掘削制御部を有する処理装置と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、対象を掘削する掘削機械、掘削機械の制御方法及び掘削システムに関する。

地山又は地面等を掘削する掘削機械が知られている。特許文献１には、掘削機械の一種である油圧ショベルにおいて、現場が変わり油圧ショベルの接地面が変化した場合は、運転モードのうちの教示操作を選択して、現場に応じたショベルの動作を教示し、現場の変化に対応した油圧ショベルの自動運転を行うことが記載されている。

特開平９−１９５３２１号公報

特許文献１に記載された技術は、現場が変わり油圧ショベルの接地面が変化した場合に対応するものである。しかし、特許文献１には、掘削機械である油圧ショベルが掘削する部分の状態が時々刻々と変化する場合の自動掘削については記載も示唆もなく、改善の余地がある。

本発明は、掘削機械が掘削する部分の状態が時々刻々と変化する場合でも自動で掘削できる掘削機械を提供することを目的とする。

本発明は、掘削用の作業具を備えた掘削装置と、前記掘削装置が掘削する対象の状態を検出する検出装置と、学習用の掘削装置によって掘削される前の部分である第１部分の状態と、前記第１部分を前記学習用の掘削装置が掘削したときの第１動作とが対応付けられた掘削情報を複数記憶する記憶装置と、前記検出装置によって検出された、前記掘削装置がこれから掘削する予定の部分である第２部分の状態を求める推定部、複数の前記掘削情報の前記第１部分の状態の中から、前記推定部によって求められた前記第２部分の状態に対応した前記第１部分の状態を選択し、選択した状態に対応した前記第１動作を、前記掘削装置が前記第２部分を掘削する際の第２動作として決定する動作決定部及び前記動作決定部によって決定された前記第２動作で前記掘削装置を動作させる掘削制御部を有する処理装置と、を含む、掘削機械である。

前記動作決定部は、前記掘削情報を参照し、前記推定部によって求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて前記第１部分の状態を選択することが好ましい。

前記動作決定部は、前記掘削情報を参照し、前記推定部によって求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて複数の前記第１部分の状態を選択し、それぞれの前記第１部分の状態に対応する複数の前記第１動作を用いて前記第２動作を決定することが好ましい。

前記処理装置は、前記動作決定部によって決定された前記第２動作で前記掘削装置が動作して掘削したときの掘削状態を評価するための評価情報を、前記第２動作に対応した前記第１動作を含む掘削情報と対応付けて前記記憶装置に記憶させることが好ましい。

前記処理装置は、決定された前記第２動作を前記第２部分と合わせて前記記憶部に記憶させることが好ましい。

前記掘削装置が掘削する対象は、岩石を含む地山であり、前記掘削情報に含まれる前記第１部分の状態及び前記第２部分の状態は、前記岩石の粒度分布の情報と、前記地山の形状の情報と、前記地山の色の情報と、前記地山の湿度の情報との少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記岩石の粒度分布の情報は、撮像装置によって撮像された前記第１部分又は前記第２部分の画像から抽出されたエッジの量と、前記エッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の大きさを変化させて得られた、前記構造要素の大きさの変化に対する前記エッジの量の変化の割合との少なくとも１つを含み、前記地山の形状の情報は、前記撮像装置と前記地山との距離を含むことが好ましい。

前記第１動作は、オペレーターが前記掘削装置を操作して掘削したときの動作であることが好ましい。

本発明は、掘削装置と、前記掘削装置が掘削する対象の状態を検出する検出装置とを含む掘削機械を制御するにあたり、学習用の掘削装置によって掘削される前の部分である第１部分の状態と、前記第１部分を前記学習用の掘削装置が掘削したときの第１動作とが対応付けられた掘削情報を複数生成することと、前記掘削装置がこれから掘削する予定の部分である第２部分の状態を求めることと、複数の前記掘削情報の前記第１部分の状態の中から、前記第２部分の状態との類似度に基づいて前記第１部分の状態を選択し、選択した状態に対応した前記第１動作を、前記掘削装置が前記第２部分を掘削する際の第２動作として決定することと、決定された前記第２動作で前記掘削装置を動作させることと、を含む、掘削機械の制御方法である。

前記掘削装置が掘削する対象は、岩石を含む地山であり、前記掘削情報に含まれる前記第１部分の状態及び前記第２部分の状態は、前記岩石の粒度分布の情報と、前記地山の形状の情報と、前記地山の色の情報と、前記地山の湿度の情報との少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記岩石の粒度分布の情報は、撮像装置によって撮像された前記第１部分又は前記第２部分の画像から抽出されたエッジの数と、前記エッジを抽出する際に用いる構造要素の大きさを変化させて得られた、前記構造要素の大きさの変化に対する前記エッジの量の変化の割合との少なくとも１つを含み、前記地山の形状の情報は、前記撮像装置と前記地山との距離を含むことが好ましい。

前記第１動作は、オペレーターが前記掘削装置を操作して掘削したときの動作であることが好ましい。

本発明は、掘削用の作業具を備えた掘削装置と、前記掘削装置が掘削する対象の状態を検出する検出装置と、前記掘削装置を動作させる制御装置と、を含む掘削機械と、学習用の掘削装置によって掘削される前の部分である第１部分の状態と、前記第１部分を前記学習用の掘削装置が掘削したときの第１動作とが対応付けられた掘削情報を複数記憶する記憶装置と、前記検出装置によって検出された、前記掘削装置がこれから掘削する予定の部分である第２部分の状態を求め、複数の前記掘削情報の前記第１部分の状態の中から、求められた前記第２部分の状態に対応した前記第１部分の状態を選択し、選択した状態に対応した前記第１動作を、前記掘削装置が前記第２部分を掘削する際の第２動作として決定し、決定された前記第２動作で前記掘削装置を動作させるための情報を前記制御装置に送信する処理装置と、を含む管理装置と、を備える、掘削システムである。

前記処理装置は、前記掘削情報を参照し、求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて前記第１部分の状態を選択することが好ましい。

前記処理装置は、前記掘削情報を参照し、求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて複数の前記第１部分の状態を選択し、それぞれの前記第１部分の状態に対応する複数の前記第１動作を用いて前記第２動作を決定することが好ましい。

前記処理装置は、前記第２動作で前記掘削装置が動作して掘削したときの掘削状態を評価するための評価情報を、前記第２動作に対応した前記第１動作を含む掘削情報と対応付けて前記記憶装置に記憶させることが好ましい。

前記処理装置は、決定された前記第２動作を前記記憶装置に記憶させることが好ましい。

前記掘削装置が掘削する対象は、岩石を含む地山であり、前記掘削情報に含まれる前記第１部分の状態及び前記第２部分の状態は、前記岩石の粒度分布の情報と、前記地山の形状の情報と、前記地山の色の情報と、前記地山の湿度の情報との少なくとも１つを含むことが好ましい。

前記岩石の粒度分布の情報は、撮像装置によって撮像された前記第１部分又は前記第２部分の画像から抽出されたエッジの量と、前記エッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の大きさを変化させて得られた、前記構造要素の大きさの変化に対する前記エッジの量の変化の割合との少なくとも１つを含み、前記地山の形状の情報は、前記撮像装置と前記地山との距離を含むことが好ましい。

前記第１動作は、オペレーターが前記掘削装置を操作して掘削したときの動作であることが好ましい。

本発明は、掘削機械が掘削する部分の状態が時々刻々と変化する場合でも自動で掘削できる掘削機械を提供することができる。

図１は、実施形態に係る掘削機械を示す側面図である。 図２は、実施形態に係る掘削機械の側面の一部を示す図である。 図３は、実施形態に係る掘削機械の一部を示す平面図である。 図４は、実施形態に係る掘削機械が備える制御装置の一例を示すブロック図である。 図５は、掘削情報及び掘削情報を用いて掘削装置が制御される例を説明するための図である。 図６は、掘削情報を作成する方法を説明するための図である。 図７は、掘削情報データベースの一例を示す図である。 図８は、実施形態に係る第１部分状態及び第２部分状態が含む情報を示す図である。 図９は、実施形態に係る第１部分状態及び第２部分状態に含まれる、岩石の粒度分布の情報を示す図である。 図１０は、粒度情報を生成する方法を説明するための図である。 図１１は、画像のエッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の一例を示す図である。 図１２は、画像のエッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の一例を示す図である。 図１３は、画像のエッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の一例を示す図である。 図１４は、構造要素ＦＴＡ及び画像処理が施される画像の一例を示す図である。 図１５−１は、構造要素を用いて画像に膨張演算を施した結果を示す図である。 図１５−２は、構造要素を用いて画像に収縮演算を施した結果を示す図である。 図１５−３は、エッジを抽出する処理の一例を示す図である。 図１５−４は、中間エッジ画像ＰＥＩｘ、ＰＥＩｙの一例を示す図である。 図１５−５は、エッジ画像の一例を示す図である。 図１６は、形状情報を説明するための図である。 図１７は、形状情報を説明するための図である。 図１８は、形状情報を説明するための図である。 図１９は、画像を複数の領域に分割した例を示す図である。 図２０は、実施形態において、第２部分状態に対応した第１部分状態を選択する方法を説明するための図である。 図２１は、実施形態に係る掘削機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図２２−１は、掘削情報データベースを生成する手順の一例を示すフローチャートである。 図２２−２は、エッジを抽出する手順の一例を示す図である。 図２３は、第２動作を決定する手順の一例を示すフローチャートである。 図２４−１は、第１掘削量を含む掘削情報データベースの一例を示す図である。 図２４−２は、第２動作を含む掘削情報データベースの一例を示す図である。 図２５は、掘削量を用いて掘削情報又は掘削情報データベースを更新する処理の一例を示すフローチャートである。 図２６は、地山の画像の色相と画素割合との関係を示す図である。 図２７は、掘削情報を生成する方法の変形例を示す図である。 図２８は、実施形態に係る掘削システムの一例を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜掘削機械の概要＞
図１は、実施形態に係る掘削機械３０を示す側面図である。図１は、掘削機械３０が地山ＲＭの岩石ＭＲを掘削し、掘削した岩石ＭＲを搬送する状態を示している。図２は、実施形態に係る掘削機械３０の側面の一部を示す図である。図３は、実施形態に係る掘削機械３０の一部を示す平面図である。図１から図３に示されるＸ−Ｙ−Ｚ座標系は、掘削機械３０のローカル座標系である。

掘削機械３０は、鉱山で地山ＲＭから岩石ＭＲを掘削したり、建設現場で岩石ＭＲ又は土砂を掘削したりする。実施形態において、掘削機械３０は、鉱山の坑内で鉱石の地山ＲＭを掘削して鉱石を採掘する際に用いられる鉱山機械である。鉱山の鉱石は、岩石ＭＲである。掘削機械３０は、対象を掘削するための作業具を有する掘削装置を備えていればよく、鉱山機械に限定されない。掘削機械３０は、例えば、油圧ショベルであってもよい。実施形態において、掘削機械３０の地面Ｇに設置される側を下方、下方の反対側を上方と称する。

掘削機械３０は、掘削用の作業具であるバケット３３を備えた掘削装置３０ＤＭと、掘削装置３０ＤＭが掘削する対象の状態を検出する検出装置である前方検出装置４０Ｃと、制御装置７５とを含む。掘削機械３０は、鉱山の坑道内で岩石ＭＲの地山ＲＭを掘削し、掘削した岩石ＭＲを運搬機械１０のベッセル１１に積載する。掘削機械３０の車体３０ＢＤには、掘削装置３０ＤＭと、フィーダー３１と、走行装置３４と、貫入部材３５と、岩石ガード３７とが取り付けられる。貫入部材３５が設けられている側が掘削機械３０の前方であり、貫入部材３５が設けられている側とは反対側が掘削機械３０の後方である。なお、掘削機械３０は、少なくとも掘削装置３０ＤＭを備えていればよく、フィーダー３１、走行装置３４、貫入部材３５及び岩石ガード３７を備えていなくてもよい。また、作業具はバケット３３に限定されず、クラムシェル又は油圧クラッシャー等の様々なアタッチメントでもよい。

＜掘削装置３０ＤＭ＞
フィーダー３１に岩石ＭＲを積み込むのは、掘削装置３０ＤＭである。掘削装置３０ＤＭは、フィーダー３１の積込側３１Ｆ、すなわちフィーダー３１の前方で掘削動作して、岩石ＭＲをフィーダー３１に送り込む。

掘削装置３０ＤＭは、支持機構３２とバケット３３とを備える。支持機構３２は、車体３０ＢＤに取り付けられて、第１の軸線Ｙａの周りを回動するブーム３２ａと、第１の軸線Ｙａと平行な軸線Ｙａ’の周りを回動するアーム３２ｂと、ブーム３２ａとアーム３２ｂとを連結する連結部材３２ｃとを有する。ブーム３２ａは、車体３０ＢＤに取り付けられて、第１の軸線Ｙａの周りを回動する。アーム３２ｂは、第１の軸線Ｙａと平行な軸線Ｙａ’の周りを回動する。連結部材３２ｃは、ブーム３２ａとアーム３２ｂとを連結する。

連結部材３２ｃは、ブーム３２ａに取り付けられる。アーム３２ｂは、一端部側が連結部材３２ｃに取り付けられ、他端部側がバケット３３に取り付けられる。実施形態において、アーム３２ｂは１本である。

実施形態において、図３に示されるように、ブーム３２ａは、２本の第１棒状部材３２ＬＢ、３２ＬＢと、２本の第１棒状部材３２ＬＢ、３２ＬＢを連結する梁３２ＪＡとを有する。このように、実施形態のブーム３２ａは門型の形状であるが、ブーム３２ａの形状は門型に限定されるものではない。２本の第１棒状部材３２ＬＢ、３２ＬＢは、車体３０ＢＤの幅方向Ｗの両側に設けられる。ブーム３２ａが有するそれぞれの第１棒状部材３２ＬＢ、３２ＬＢは、図３に示されるように、車体３０ＢＤに、第１の軸線Ｙａと平行なピン３８Ａによりピン結合されている。このため、ブーム３２ａは、第１の軸線Ｙａの周りを回動する。

実施形態において、ブーム３２ａは、第１棒状部材３２ＬＢと車体３０ＢＤとの間に設けられたアクチュエータとしての油圧シリンダ３２Ｃ１が伸縮することによって回動する。実施形態において、ブーム３２ａが有する第１棒状部材３２ＬＢは２本なので、油圧シリンダ３２Ｃ１も２本である。ブーム３２ａを回動させる装置は、油圧シリンダ３２Ｃ１に限定されず、例えば、電動機であってもよい。

連結部材３２ｃとブーム３２ａの梁３２ＪＡとは、第１の軸線Ｙａと平行な軸線Ｙａ’と平行なピンによりピン結合されている。このため、連結部材３２ｃは、ブーム３２ａに対して、第１の軸線Ｙａと平行な軸線Ｙａ’の周りを回動する。連結部材３２ｃが回動することにより、これにピン結合されたアーム３２ｂ及びアーム３２ｂの先端に取り付けられたバケット３３も回動する。アーム３２ｂは、第１の軸線Ｙａと平行な軸線Ｙａ’と、軸線Ｚｂとの両方の周りを回動する。軸線Ｚｂは、第１の軸線Ｙａと直交する第２の軸線と平行な軸線である。実施形態において、連結部材３２ｃは、自身とブーム３２ａとの間に設けられたアクチュエータとしての油圧シリンダ３２Ｃ２が伸縮することによって回動する。連結部材３２ｃを回動させる装置は、油圧シリンダ３２Ｃ２に限定されず、例えば、電動機等であってもよい。

実施形態において、連結部材３２ｃ、アーム３２ｂ及びバケット３３を回動させる油圧シリンダ３２Ｃ２は、ブーム３２ａ及び連結部材３２ｃの下方、すなわち車体３０ＢＤ側に配置されるが、これに限定されない。例えば、油圧シリンダ３２Ｃ２は、ブーム３２ａ及び連結部材３２ｃの上方、すなわちブーム３２ａ及び連結部材３２ｃを基準として、車体３０ＢＤから離れた側に配置されてもよい。また、油圧シリンダ３２Ｃ２の数は限定されず、１本でもよいし２本以上であってもよい。

実施形態において、掘削装置３０ＤＭは、バケット３３を有する。バケット３３は、搬送装置であるフィーダー３１の積込み側で岩石ＭＲをフィーダー３１に送り込む装置である。バケット３３は、前方検出装置４０Ｃが取得した、地山ＲＭの岩石ＭＲの状態に関する情報としての鉱石情報に基づいて、掘削機械３０が備える制御装置７５によって制御される。

バケット３３は、アーム３２ｂの先端、すなわちアーム３２ｂの二つの端部のうち連結部材３２ｃ側とは異なる端部側に取り付けられている。バケット３３は、バケットピン３３ＰＮによってアーム３２ｂに取り付けられる。このような構造により、バケット３３は、バケットピン３３ＰＮを中心として回動する。バケット３３は、バケットピン３３ＰＮとは反対側の端部に複数の刃３３Ｂを有する。刃の先端は、刃先３３Ｔである。

バケット３３とアーム３２ｂとの間には、アクチュエータとしての油圧シリンダ３２Ｃ４が設けられる。油圧シリンダ３２Ｃ４は、伸縮することによって、バケット３３を、バケットピン３３ＰＮを中心として回動させる。油圧シリンダ３２Ｃ４の本数は限定されず、１本であってもよいし２本以上であってもよい。

連結部材３２ｃとアーム３２ｂとは、軸線Ｚｂと平行なピンによりピン結合されている。アーム３２ｂの幅方向Ｗの両側には、それぞれアクチュエータとしての油圧シリンダ３２Ｃ３が設けられている。油圧シリンダ３２Ｃ３は、アーム３２ｂと連結部材３２ｃとの間に設けられている。一方の油圧シリンダ３２Ｃ３が伸び、他方の油圧シリンダ３２Ｃ３が縮むと、アーム３２ｂは縮んだ方の油圧シリンダ３２Ｃ３が取り付けられている側に接近する。このような構造により、アーム３２ｂは、ブーム３２ａ、より具体的にはブーム３２ａに連結されている連結部材３２ｃに対して、軸線Ｚｂの周りを回動する。油圧シリンダ３２Ｃ３は、１本でもよい。

アーム３２ｂが軸線Ｚｂの周りを回動することにより、アーム３２ｂ及びこれの先端に取り付けられたバケット３３も、第２の軸線Ｚｂの周りを回動する（図３の矢印ＹＩで示す方向）。このため、バケット３３は、掘削機械３０の幅方向Ｗに移動することができる。結果として掘削機械３０は、バケット３３が掘削できる範囲が大きくなるので、地山ＲＭから岩石ＭＲをより効率よく掘削することができる。また、アーム３２ｂが連結部材３２ｃに対して軸線Ｚｂの周りを回動し、連結部材３２ｃがブーム３２ａに対して第１の軸線と平行な軸線Ｙａ’の周りを回動することにより、バケット３３の可動範囲を大きくすることができる。

実施形態において、アーム３２ｂのバケットピン３３ＰＮ側には、バケット３３の周囲の湿度を計測するための湿度センサ４２が取り付けられている。湿度センサ４２が検出した湿度は、地山ＲＭの水分量を表す情報となる。

＜フィーダー３１＞
フィーダー３１は、地山ＲＭから岩石ＭＲを積み込んで、地山ＲＭから離れる方向に搬送した後、排出する。すなわち、フィーダー３１は、掘削機械３０の前方で積み込まれた岩石ＭＲを後方に向かって搬送し、後方から排出する。フィーダー３１は、例えば、無端の搬送体として搬送ベルト３１Ｂを用い、これを一対のローラー３１Ｒ、３１Ｒに掛け回して回転させることにより、積込側３１Ｆから排出側３１Ｅに岩石ＭＲを搬送する。積込側３１Ｆは、地山ＲＭ側であり、排出側３１Ｅは積込側３１Ｆとは反対側である。

図１に示されるように、フィーダー３１は、幅方向の両側に、一対のガイド３１Ｇが設けられている。一対のガイド３１Ｇは、フィーダー３１が搬送している途中の岩石ＭＲが、フィーダー３１から脱落することを抑制する。幅方向は、掘削機械３０の前後方向と直交する方向である。また、幅方向は、フィーダー３１が岩石ＭＲを搬送する方向Ｆと直交する方向であり、フィーダー３１が備える一対のローラー３１Ｒ、３１Ｒの回転中心軸と平行な方向でもある。フィーダー３１の幅方向は、車体３０ＢＤの幅方向でもある。

フィーダー３１は、排出側３１Ｅに、岩石ＭＲを運搬機械１０のベッセル１１内に導くためのガイド３９を備えている。フィーダー３１は、車体３０ＢＤの前方、すなわちフィーダー３１の積込側３１Ｆにおける幅方向の軸線を中心として回動する。この動作により、フィーダー３１は、地面Ｇに対する角度αを変更することができる。角度αは、フィーダー３１が備える一対のローラー３１Ｒ、３１Ｒの回転中心軸を結ぶ直線ＬＣと、地面Ｇとのなす角度である。

＜車体３０ＢＤ＞
車体３０ＢＤには、これを走行させる走行装置３４が取り付けられている。走行装置３４は、車体３０ＢＤの幅方向両側に設けられた一対の履帯３４Ｃと、車体３０ＢＤの幅方向両側に設けられた一対の駆動輪３４Ｄと、車体３０ＢＤの幅方向両側に設けられた一対の従動輪３４Ｓとを含む。駆動輪３４Ｄと従動輪３４Ｓとに履帯３４Ｃが掛け回されている。それぞれの駆動輪３４Ｄは、別個に独立して駆動される。本実施形態において、掘削機械３０は、それぞれの駆動輪３４Ｄに走行用の電動機を備えている。このような構造により、一対の履帯３４Ｃ、３４Ｃは、別個独立に駆動される。

フィーダー３１の積込側３１Ｆには、貫入部材３５が設けられる。貫入部材３５は、掘削機械３０が地山ＲＭに貫入するときに地山ＲＭに貫入する。貫入部材３５が地山ＲＭに貫入する場合、走行装置３４は、フィーダー３１及び貫入部材３５が取り付けられた車体３０ＢＤを前方に走行させ、かつフィーダー３１を動作させながら貫入部材３５を地山ＲＭに貫入させる。

走行装置３４の履帯３４Ｃの前方には、岩石ガード３７が設けられる。実施形態において、岩石ガード３７は、車体３０ＢＤに取り付けられている。岩石ガード３７は、例えば、掘削中に掘削装置３３ＤＭから飛来する岩石ＭＲから走行装置３４を保護したり、掘削機械３０の走行時において坑道内に存在する岩石等から走行装置３４を保護したりする。岩石ガード３７によって、走行装置３４の耐久性低下が抑制される。

＜切替機構８０＞
本実施形態において、掘削機械３０は、フィーダー３１に岩石ＭＲが積み込まれる部分（積込側３１Ｆ）と、フィーダー３１から岩石ＭＲが排出される部分（排出側３１Ｅ）との間に、岩石ＭＲの排出と排出の停止とを切り替える切替機構８０が設けられる。切替機構８０は、支持体８１と、蓋８２と、蓋８２を開閉するアクチュエータとしての油圧シリンダ８３とを含む。支持体８１は、一端部が車体３０ＢＤの幅方向両側、具体的にはフィーダー３１の幅方向両側に取り付けられる２本の脚部と、２本の脚部の他端部でこれらを連結する連結部とを含む、門型の部材である。２本の脚部と連結部とで囲まれる部分を、岩石ＭＲが通過する。

蓋８２は、板状の部材であり、２本の脚部と連結部とで囲まれる部分に設けられる。蓋８２は、支持体８１の連結部側に存在する所定の軸線周りを回動する。蓋８２と支持体８１の連結部との間には、油圧シリンダ８３が設けられる。油圧シリンダ８３が伸縮することにより、蓋８２は、２本の脚部と連結部とで囲まれる部分を開閉する。蓋８２が開くことによって、２本の脚部と連結部とで囲まれる部分を岩石ＭＲが通過する。蓋８２が閉じることによって、岩石ＭＲは、２本の脚部と連結部とで囲まれる部分を通過しない。このようにすることで、掘削機械３０は、フィーダー３１からの岩石ＭＲの排出量を調整することができる。

＜検出装置＞
掘削機械３０が備える前方検出装置４０Ｃは、図１に示されるように、車体３０ＢＤに取り付けられた支持部材４０Ｓに取り付けられている。前方検出装置４０Ｃは、情報を収集する部分が車体３０ＢＤの積込側３１Ｆ、すなわち前方を向いて取り付けられる。実施形態において、前方検出装置４０Ｃは、掘削装置３０ＤＭが掘削する対象、実施形態では地山ＲＭの状態を検出して、検出結果を図１に示される制御装置７５に出力する。前方検出装置４０Ｃは、掘削装置３０ＤＭが掘削する部分全体を撮像するため、支持部材４０Ｓによって車体３０ＢＤの高い位置に設置される。

前方検出装置４０Ｃは、対象を検出する部分を、検出する対象の方向に向けるために、姿勢を変更する機構を備えていてもよい。この場合、制御装置７５が、前方検出装置４０Ｃの姿勢を変更する機構を制御してもよい。実施形態において、掘削装置３０ＤＭが備えるバケット３３は、掘削機械３０の幅方向Ｗに移動するので、制御装置７５は、バケット３３の幅方向Ｗへ移動したときに、姿勢を変更する機構を動作させて、前方検出装置４０Ｃをバケット３３に向けて移動させる制御を実行してもよい。

前方検出装置４０Ｃは、車体３０ＢＤの高い位置に配置されるが、前方検出装置４０Ｃの位置及び車体３０ＢＤへの取付構造は限定されない。例えば、前方検出装置４０Ｃは、掘削装置３０ＤＭの下方に、掘削装置３０ＤＭの動作によって動かない状態で取り付けられてもよい。

前方検出装置４０Ｃは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサのような撮像素子を含み、物体の光学像を取得して、その物体の外形を検出する。前方検出装置４０Ｃが検出した情報は、制御装置７５が取得する。前方検出装置４０Ｃは、距離画像センサ、カメラ、ステレオカメラ、レーザスキャナー又は３次元距離センサ等である。前方検出装置４０Ｃが対象を検出する部分は、撮像素子へ入射される光が通過するレンズ又は受光部である。実施形態において、前方検出装置４０Ｃとしては、距離画像センサが用いられる。距離画像センサは、対象に光を照射し、対象からの反射光の強度、反射光受光までの時間及び照射したパターンの計測等の方法で距離画像を取得する。実施形態において、前方検出装置４０Ｃは、距離画像センサ、測距離センサ又は普通のカメラ等が用いられる。制御装置７５は、前方検出装置４０によって検出された地山ＲＭの距離画像又はカラー画像を取得し、地山ＲＭの形状、地山ＲＭの表面における岩石ＭＲの粒度分布、地山ＲＭの表面の色及び地山ＲＭの岩石ＭＲの水分含有量のうち少なくとも１つを計測し、その計測結果に基づいて後述する第１部分及び第２部分の状態を求めることができる。

実施形態において、掘削機械３０は、車体３０ＢＤの排出側３１Ｅ、すなわち後方に後方検出装置４１Ｃを備える。より具体的には後方検出装置４１Ｃは、情報を収集する部分が車体３０ＢＤの排出側３１Ｅ、すなわち後方を向いて支持部材４１Ｓに取り付けられる。後方検出装置４１Ｃは、前述した前方検出装置４０Ｃと同様に、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサのような撮像素子を含み、物体の光学像を取得して、その物体の外形を検出して出力する装置である。後方検出装置４１Ｃが検出した情報は、制御装置７５が取得する。後方検出装置４１Ｃは、図１に示される運搬機械１０のベッセル１１に積載された岩石ＭＲの状態に関する情報である積荷情報を取得する。積荷情報は、岩石ＭＲの３次元の空間データである。

実施形態において、後方検出装置４１Ｃとしては、ステレオカメラが用いられる。実施形態において、掘削機械３０は、２個の後方検出装置４１Ｃをフィーダー３１の幅方向両側に備えている。すなわち、複数の後方検出装置４１Ｃは、車体３０ＢＤの幅方向において複数箇所に設置される。このような構造により、掘削機械３０は、１つの後方検出装置４１Ｃが検出する対象が影等に隠れる場合でも、他の後方検出装置４１Ｃによって対象を検出することができる。

制御装置７５は、後方検出装置４１Ｃによって検出された積荷情報から、フィーダー３１が搬送した岩石ＭＲの量、すなわち掘削装置３０ＤＭが掘削した岩石ＭＲの掘削量を推定することができる。例えば、制御装置７５は、後方検出装置４１Ｃによって撮像された岩石ＭＲの画像から岩石ＭＲの体積を推定し、岩石ＭＲの平均密度を岩石ＭＲの体積に乗ずることにより、掘削量を推定することができる。

制御装置７５は、掘削機械３０に設けられており、少なくとも掘削装置３０ＤＭの動作を制御する。この他に、制御装置７５は、フィーダー３１及び走行装置３４の動作を制御する。制御装置７５は、掘削機械３０に設けられた通信装置５２と接続されている。実施形態において、通信装置５２は無線通信装置であり、無線通信用のアンテナ５３を備える。制御装置７５は、通信装置５２を介して、掘削機械３０の外部の管理装置１００及び運搬機械１０の制御装置１２と通信することができる。

掘削機械３０の制御装置７５は、運搬機械１０の制御装置１２に接続された通信装置１４及びアンテナ１４ＡＴを介して、運搬機械１０の制御装置１２と通信する。運搬機械１０の制御装置１２は、ベッセル１１の積載物の積載量を検出する積載量検出装置１３を備えている。前述した積載量は、積載物の質量である。掘削機械３０の制御装置７５は、通信装置５２、アンテナ５３、運搬機械１０のアンテナ１４ＡＴ及び通信装置１４を介して、運搬機械１０の制御装置１２が取得したベッセル１１の積載量を取得する。

掘削機械３０の制御装置７５は、管理施設１０１のアンテナ１００ＡＴを介して、管理装置１００と通信する。制御装置７５は、掘削機械３０の状態に関する情報として、稼働時間、掘削量及び位置等を管理装置１００に送信する。また、制御装置７５は、管理装置１００から、掘削機械３０が掘削する場所に関する情報又は掘削装置３０ＤＭの制御に用いられる情報等を取得する。

＜掘削機械３０の制御装置７５の詳細＞
図４は、実施形態に係る掘削機械３０が備える制御装置７５の一例を示すブロック図である。掘削機械３０が備える制御装置７５は、フィーダー３１、掘削装置３０ＤＭ、走行装置３４及び切替機構８０を制御する。制御装置７５は、処理装置７６と記憶装置７７とを備える。処理装置７６には、前方検出装置４０Ｃ、後方検出装置４１Ｃ、湿度センサ４２、第１ストロークセンサ４３、第２ストロークセンサ４４、第３ストロークセンサ４５及び第４ストロークセンサ４６といったセンサ類、通信装置５２及び駆動制御装置４８とった電子機器が接続されている。処理装置７６には、これらのセンサ類及び電子機器以外の装置が接続されていてもよい。

処理装置７６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むマイクロコンピュータである。処理装置７６は、前方検出装置４０Ｃの検出結果に基づいて、少なくとも掘削装置３０ＤＭの動作を制御する。処理装置７６は、推定部７６Ａと、動作決定部７６Ｂと、掘削制御部７６Ｃとを有する。実施形態において、処理装置７６は、更新処理部７６Ｄをさらに有する。

推定部７６Ａは、第２部分の状態を求める。第２部分は、検出装置である前方検出装置４０Ｃによって検出された部分であって、掘削装置３０ＤＭがこれから掘削する予定の部分である。動作決定部７６Ｂは、複数の掘削情報ＩＤＧの第１部分の状態の中から、推定部７６Ａによって求められた第２部分の状態に対応した第１部分の状態を選択する。実施形態において、第１部分及び第２部分の状態は、岩石ＭＲの粒度分布、地山ＲＭの形状、地山ＲＭの水分量及び地山ＲＭの色のうち少なくとも１つである。

掘削情報ＩＤＧは、掘削装置３０ＤＭが対象を掘削する際の動作を決定するために用いられる。掘削情報ＩＤＧは、掘削装置３０ＤＭが掘削情報ＩＤＧを作成する際に掘削する部分（この部分を第１部分と称する）の掘削前の状態と、掘削装置３０ＤＭが第１部分を掘削したときの動作（この掘削装置３０ＤＭ動作を第１動作と称する）とが対応付けられた情報である。掘削情報ＩＤＧは、予め作成されて、記憶装置７７に記憶されている。掘削情報ＩＤＧの作成方法については後述する。

動作決定部７６Ｂは、選択した状態に対応した第１動作を、掘削装置３０ＤＭが第２部分を掘削する際の動作である第２動作として決定する。掘削制御部７６Ｃは、動作決定部７６Ｂによって決定された第２動作で、掘削装置３０ＤＭを動作させる。更新処理部７６Ｄは、掘削量又は掘削力その他の掘削に関する情報を用いて、掘削情報ＩＤＧを更新する。

推定部７６Ａ、動作決定部７６Ｂ、掘削制御部７６Ｃ及び更新処理部７６Ｄは、処理装置７６が記憶装置７７に記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。前述したコンピュータプログラムは、推定部７６Ａ、動作決定部７６Ｂ、掘削制御部７６Ｃ及び更新処理部７６Ｄの機能を実現するための命令が記述されたものである。また、推定部７６Ａ、動作決定部７６Ｂ、掘削制御部７６Ｃ及び更新処理部７６Ｄは、システムＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）を用いた処理回路によって実現されてもよい。

記憶装置７７は、情報を記憶する装置である。記憶装置７７は、処理装置７６と接続される。記憶装置７７は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ又はハードディスクドライブが例示される。記憶装置７７は、処理装置７６が掘削装置３０ＤＭを制御するために必要なコンピュータプログラム及び各種の情報を記憶している。各種の情報には、掘削情報ＩＤＧが含まれる。実施形態において、記憶装置７７は、複数の掘削情報ＩＤＧを記憶している。以下において、複数の掘削情報ＩＤＧを、掘削情報データベースＤＢと称する。

通信装置５２は、処理装置７６と接続されている。処理装置７６は、通信装置５２及びアンテナ５３を介して、運搬機械１０に搭載された通信装置１４又は管理装置１００との間でデータ通信する。

駆動制御装置４８は、例えば、マイクロコンピュータである。駆動制御装置４８は、処理装置７６からの指令に基づき、走行装置３４が備える電動機４７Ｌ、４７Ｒ、油圧ポンプ８５を駆動する電動機８６及び電磁制御弁８５Ｖの動作を制御する。電動機４７Ｌは、掘削機械３０が備える一方の履帯３４Ｃを駆動し、電動機４７Ｒは、他方の履帯３４Ｃを駆動する。

油圧ポンプ８５は、掘削装置３０ＤＭのブーム３２ａを回動させる２個の油圧シリンダ３２Ｃ１、３２Ｃ１、連結部材３２ｃを回動させる油圧シリンダ３２Ｃ２、アーム３２ｂを回動させる２個の油圧シリンダ３２Ｃ３、３２Ｃ３、バケット３３を回動させる油圧シリンダ３２Ｃ４、油圧シリンダ８３及び油圧シリンダ８７に作動油を供給する装置である。油圧シリンダ８３は、切替機構８０が備えるアクチュエータである。油圧シリンダ８７は、フィーダー３１の姿勢を変更するアクチュエータである。

電磁制御弁８５Ｖは、油圧ポンプ８５から、掘削装置３０ＤＭの油圧シリンダ３２Ｃ１、３２Ｃ１、３２Ｃ２、３２Ｃ３、３２Ｃ３、３２Ｃ４、切替機構８０の油圧シリンダ８３及びフィーダー３１の油圧シリンダ８７に供給される作動油の流量を制御する装置である。

油圧シリンダ３２Ｃ１、３２Ｃ２、３２Ｃ３、３２Ｃ４、８３、８７の代わりに、電動機又はソレノイドのような電磁アクチュエータが用いられてもよい。走行装置３４が備える電動機４７Ｌ、４７Ｒの代わりに、油圧モータが用いられてもよい。フィーダー３１も、油圧ポンプ８５から吐出される作動油によって駆動する油圧モータによって駆動されてもよい。

第１ストロークセンサ４３は、ブーム３２ａを動作させる２個の油圧シリンダ３２Ｃ１、３２Ｃ１のいずれか一方に設けられる。第２ストロークセンサ４４は、連結部材３２ｃを動作させる油圧シリンダ３２Ｃ２に設けられる。第３ストロークセンサ４５は、アーム３２ｂを幅方向Ｗに回動させる２個の油圧シリンダ３２Ｃ３、３２Ｃ３のいずれか一方に設けられる。第４ストロークセンサ４６は、バケット３３を動作させる油圧シリンダ３２Ｃ４に設けられる。２個の第１ストロークセンサ４３が、油圧シリンダ３２Ｃ１、３２Ｃ２の両方に設けられていてもよい。同様に、２個の第３ストロークセンサ４５が、油圧シリンダ３２Ｃ３、３２Ｃ４の両方に設けられていてもよい。

第１ストロークセンサ４３は、油圧シリンダ３２Ｃ１のストローク長さを検出する。第１ストロークセンサ４３は、油圧シリンダ３２Ｃ１の伸長に対応する変位量を検出して、処理装置７６に出力する。処理装置７６は、第１ストロークセンサ４３の変位量に対応する油圧シリンダ３２Ｃ１のシリンダ長（以下、適宜ブームシリンダ長と称する）を算出する。処理装置７６は、第１ストロークセンサ４３が検出したブームシリンダ長を用いて、掘削機械３０のローカル座標系、具体的には車体３０ＢＤのローカル座標系［Ｘ−Ｙ−Ｚ］におけるＸ−Ｙ平面と直交する方向、すなわちＺ軸方向に対するブーム３２ａの傾斜角度θ１（図２参照）を算出する。

第２ストロークセンサ４４は、油圧シリンダ３２Ｃ２のストローク長さを検出する。第２ストロークセンサ４４は、油圧シリンダ３２Ｃ２の伸長に対応する変位量を検出して、処理装置７６に出力する。処理装置７６は、第２ストロークセンサ４４の変位量に対応する油圧シリンダ３２Ｃ２のシリンダ長（以下、適宜アームシリンダ長と称する）を算出する。処理装置７６は、第２ストロークセンサ４４が検出したアームシリンダ長を用いて、ブーム３２ａに対するアーム３２ｂの傾斜角度θ２（図２参照）を算出する。

第３ストロークセンサ４５は、油圧シリンダ３２Ｃ３のストローク長さを検出する。第３ストロークセンサ４５は、油圧シリンダ３２Ｃ３の伸長に対応する変位量を検出して、処理装置７６に出力する。処理装置７６は、第３ストロークセンサ４５の変位量に対応する油圧シリンダ３２Ｃ３のシリンダ長を算出する。処理装置７６は、第３ストロークセンサ４５が検出した油圧シリンダ３２Ｃ３のシリンダ長を用いて、連結部材３２ｃが延在する方向に対するアーム３２ｂの傾斜角度θ３（図３参照）を算出する。

第４ストロークセンサ４６は、油圧シリンダ３２Ｃ４のストローク長さを検出する。第４ストロークセンサ４６は、油圧シリンダ３２Ｃ４の伸長に対応する変位量を検出して、処理装置７６に出力する。処理装置７６は、第４ストロークセンサ４６の変位量に対応する油圧シリンダ３２Ｃ４のシリンダ長（以下、適宜バケットシリンダ長と称する）を算出する。処理装置７６は、第４ストロークセンサ４６が検出したバケットシリンダ長から、バケット３３が有する刃３３Ｂの刃先３３Ｔのアーム３２ｂに対する傾斜角度θ４（図２参照）を算出する。

ブーム３２ａ、アーム３２ｂ及びバケット３３の傾斜角度θ１、傾斜角度θ２、傾斜角度θ３及び傾斜角度θ４は、第１ストロークセンサ４３等で計測する以外に、ブーム３２ａに取り付けられてブーム３２ａの傾斜角を計測するロータリーエンコーダと、アーム３２ｂに取り付けられてアーム３２ｂの傾斜角を計測するロータリーエンコーダと、バケット３３に取り付けられてバケット３３の傾斜角を計測するロータリーエンコーダとによって取得されてもよい。

ブーム３２ａ、アーム３２ｂ及びバケット３３の傾斜角度θ１、傾斜角度θ２、傾斜角度θ３及び傾斜角度θ４と、ブーム３２ａ、アーム３２ｂ、連結部材３２ｃ及びバケット３３の幾何形状とに基づき、バケット３３の刃先３３Ｔの位置が求められる。掘削装置３０ＤＭの掘削時におけるバケット３３の刃先３３Ｔの位置の時間に対する変化は、掘削時における掘削装置３０ＤＭの動作を表す情報である。

＜掘削装置３０ＤＭによる掘削＞
図５は、掘削情報ＩＤＧ及び掘削情報ＩＤＧを用いて掘削装置３０ＤＭが制御される例を説明するための図である。掘削装置３０ＤＭが掘削する対象は、岩石を含む地山であるとする。実施形態において、掘削情報ＩＤＧを作成するための作業を掘削情報生成作業と称する。掘削情報生成作業に用いられる掘削装置３０ＤＭを学習用の掘削装置３０ＤＭｔと称する。

記憶装置７７に記憶されている掘削情報データベースＤＢは、前述したように、複数の掘削情報ＩＤＧを含んでいる。それぞれの掘削情報ＩＤＧは、第１部分ＲＭｔの状態ＩＭｔと、第１動作ＩＣｔとが対応付けられた情報である。以下において、第１部分ＲＭｔの状態ＩＭｔを、適宜第１部分状態ＩＭｔと称する。

掘削機械３０が、図５に示される第２部分ＲＭｐを掘削する場合、前方検出装置４０Ｃは、掘削装置３０ＤＭが掘削する対象である第２部分ＲＭｐの状態を検出する。実施形態では、前方検出装置４０Ｃは検出した第２部分ＲＭｐを、画像情報ＰＣＩｐとして出力する。以下において、画像情報ＰＣＩｐを、適宜第２部分画像情報ＰＣＩｐと称する。図４に示される処理装置７６の推定部７６Ａは、第２部分画像情報ＰＣＩｐを取得し、第２部分画像情報ＰＣＩｐに対して画像処理を施すことにより、第２部分ＲＭｐの状態を求める。以下において、第２部分ＲＭｐの状態を、適宜第２部分状態ＩＭｐと称する。

図４に示される処理装置７６の動作決定部７６Ｂは、記憶装置７７に記憶されている掘削情報データベースＤＢを参照して、複数の掘削情報ＩＤＧの第１部分状態ＩＭｔの中から、推定部７６Ａによって求められた第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔを検索して選択する。実施形態において、動作決定部７６Ｂは、掘削情報データベースＤＢ中の掘削情報ＩＤＧを参照し、第２部分状態ＩＭｐに類似した第１部分状態ＩＭｔを、第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔとして選択する。すなわち、実施形態において、第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔは、第２部分状態ＩＭｐに類似したものになる。また、第２部分状態ＩＭｐに類似している第１部分状態ＩＭｔが存在しない場合、動作決定部７６Ｂは、最も近い第１部分状態ＩＭｔを、第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔとしてもよい。このように、実施形態において、動作決定部７６Ｂは、第２部分状態ＩＭｐと類似する程度に基づいて選択した第１部分状態ＩＭｔを、第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔとする。

掘削情報ＩＤＧ中で、第１部分状態ＩＭｔと第１動作ＩＣｔとは対応付けられているため、第１部分状態ＩＭｔが選択されると、選択された第１部分状態ＩＭｔに対応した第１動作ＩＣｔが決まる。このため、動作決定部７６Ｂは、選択した状態、すなわち第１部分状態ＩＭｔに対応した第１動作ＩＣｔを、掘削装置３０ＤＭが第２部分ＲＭｐを掘削する際の第２動作ＩＣｐとして決定することができる。

図４に示される処理装置７６の掘削制御部７６Ｃは、動作決定部７６Ｂによって決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭを動作させて、バケット３３により第２部分ＲＭｐを掘削する。制御装置７５は、掘削機械３０の掘削装置３０ＤＭが第２部分ＲＭｐを掘削する毎に、前述した処理を実行して第２動作ＩＣｐを決定する。そして、制御装置７５は、決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭを動作させて第２部分ＲＭｐを掘削していく。

＜掘削情報ＩＤＧ＞
図６は、掘削情報ＩＤＧを作成する方法を説明するための図である。図７は、掘削情報データベースＤＢの一例を示す図である。掘削情報ＩＤＧを予め作成するにあたって第１部分状態ＩＭｔと第１動作ＩＣｔとを求める必要がある。第１部分状態ＩＭｔと第１動作ＩＣｔとを求める方法は問わないが、実施形態では、第１部分ＲＭｔの状態を学習用の前方検出装置４０Ｃｔで検出し、得られた画像情報を画像処理することにより第１部分状態ＩＭｔを求める。また、オペレーターＯＰが学習用の掘削装置３０ＤＭｔを操作して第１部分ＲＭｔを掘削したときにおける学習用の掘削装置３０ＤＭｔの動作を第１動作ＩＣｔとする。

掘削機械３０は、操作装置２０によって操作される。オペレーターＯＰは、操作装置２０を用いて学習用の掘削機械３０ｔ及び学習用の掘削装置３０ＤＭｔを操作する。学習用の掘削装置３０ＤＭｔ及び学習用の掘削機械３０ｔは、掘削情報ＩＤＧの生成に用いられるが、これらは掘削情報ＩＤＧの生成以外、例えば鉱山等における実際の操業に用いられてもよい。学習用の掘削機械３０ｔ及び学習用の掘削装置３０ＤＭｔを用いて生成された掘削情報ＩＤＧは、少なくとも仕様が同一又は類似する掘削装置３０ＤＭを備える掘削機械３０が自動で掘削する際に用いられる。実施形態において、掘削装置３０ＤＭの仕様は、少なくともブーム３２ａ及びアーム３２ｂの長さであり、好ましくはブーム３２ａ、アーム３２ｂ及びバケット３３の長さである。

実施形態において、学習用の掘削機械３０ｔが、実際の作業に用いられる掘削機械３０であってもよい。実際の作業に用いられる掘削機械３０が、学習用の掘削機械３０ｔであってもよい。

掘削情報ＩＤＧを作成するにあたって、まず、前方検出装置４０Ｃｔを用いて第１部分ＲＭｔを検出する。具体的には、前方検出装置４０Ｃｔは、第１部分ＲＭｔを撮像し、画像情報ＰＣＩｔとして制御装置７５の処理装置７６に出力する。処理装置７６は、画像情報ＰＣＩｔに画像処理を施して第１部分状態ＩＭｔを生成した後、第１部分状態ＩＭｔを記憶装置７７に記憶させる。次に、オペレーターＯＰは、操作装置２０を操作して、学習用の掘削装置３０ＤＭｔで第１部分ＲＭｔを掘削する。掘削中における学習用の掘削装置３０ＤＭｔの動作は、第１動作ＩＣｔとして記憶装置７７に記憶される。

第１動作ＩＣｔは、掘削装置３０ＤＭの動作を特定できる情報を含む。このような情報としては、油圧シリンダ３２Ｃ１、３２Ｃ２、３２Ｃ３、３２Ｃ４に与えられる作動油圧力の時間に対する変化の情報、第１ストロークセンサ４３、第２ストロークセンサ４４、第３ストロークセンサ４５、第４ストロークセンサ４６の時間に対する変化の情報、傾斜角度θ１、θ２、θ３、θ４の時間に対する変化の情報及びバケット３３の刃先３３Ｔの位置の時間変化に関する情報等が例示される。第１動作ＩＣｔは、前述した情報の少なくとも１つを含むが、第１動作ＩＣｔに含まれる情報は、掘削装置３０ＤＭの動作を特定できる情報であればよく、例示した情報には限定されない。

第１部分状態ＩＭｔと、この第１部分状態ＩＭｔに対応する第１動作ＩＣｔとが得られたら、処理装置７６は、両者を対応付けた情報を生成し、掘削情報ＩＤＧとする。生成された掘削情報ＩＤＧは、記憶装置７７に記憶される。１つの掘削情報ＩＤＧが得られたら、この掘削情報ＩＤＧに含まれる第１部分状態ＩＭｔとは異なる第１部分ＲＭｔに対して、前述した方法で第１部分状態ＩＭｔ及び第１動作ＩＣｔが生成されて、次の掘削情報ＩＤＧとなる。複数の掘削情報ＩＤＧが得られたら、処理装置７６は、複数の掘削情報ＩＤＧをまとめて、図７に示される掘削情報データベースＤＢを生成する。掘削情報データベースＤＢは、記憶装置７７に記憶される。図７に示される掘削情報データベースＤＢは、ｎ個（ｎは１以上の整数）の掘削情報ＩＤＧを有している。

実施形態では、学習用の掘削機械３０ｔの制御装置７５が掘削情報ＩＤＧ及び掘削情報データベースＤＢを作成したが、これらは制御装置７５が生成しなくてもよい。例えば、図４に示される制御装置７５は、第１部分ＲＭｔの画像情報ＰＣＩｔ及び第１動作ＩＣｔを、通信装置５２を介して図１に示される管理装置１００に送信する。管理装置１００は、学習用の掘削機械３０ｔの通信装置５２から取得した第１部分ＲＭｔの画像情報ＰＣＩｔに画像処理を施して第１部分状態ＩＭｔを生成する。そして、管理装置１００は、第１部分状態ＩＭｔと、これに対応する第１動作ＩＣｔとを対応付けて掘削情報ＩＤＧを生成し、複数の掘削情報ＩＤＧから掘削情報データベースＤＢを作成する。この場合、作成された掘削情報データベースＤＢは、通信又は記憶媒体を介して各掘削機械３０に配布され、制御装置７５の記憶装置７７に記憶させる。

また、学習用の掘削機械３０ｔが備える制御装置７５に端末装置を接続し、この端末装置が掘削情報ＩＤＧ及び掘削情報データベースＤＢを生成してもよい。端末装置が生成した掘削情報ＩＤＧ及び掘削情報データベースＤＢは、制御装置７５の記憶装置７７に記憶される。このように、掘削情報ＩＤＧ及び掘削情報データベースＤＢを生成する装置は限定されるものではない。次に、第１部分状態ＩＭｔについて説明する。次の説明では、便宜上、第２部分状態ＩＭｐについても説明する。

＜第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐ＞
図８は、実施形態に係る第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐが含む情報を示す図である。図９は、実施形態に係る第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐに含まれる、岩石の粒度分布の情報ＥＧを示す図である。第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐは、岩石ＭＲの粒度分布の情報ＥＧと、地山ＲＭの形状の情報ＳＰとの少なくとも一方を含む。以下において、岩石の粒度分布の情報ＥＧを適宜、粒度情報ＥＧと称し、地山ＲＭの形状の情報ＳＰを適宜、形状情報ＳＰと称する。第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐは、粒度情報ＥＧ及び形状情報ＳＰに限定されるものではなく、地山ＲＭの形状、地山ＲＭの色及び地山ＲＭの水分量の少なくとも１つであってもよい。すなわち、実施形態において、第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐは、粒度情報ＥＧ、形状情報ＳＰ、岩石ＭＲの形状、地山ＲＭの色の情報及び地山ＲＭの水分量の情報、すなわち湿度の情報の少なくとも１つであればよい。地山ＲＭの色は岩石ＭＲの色であってもよいし、地山ＲＭの水分量は岩石ＭＲの水分量であってもよい。

粒度情報ＥＧは、撮像装置によって撮像された第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像から抽出されたエッジの量ＥＱと、エッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の大きさを変化させて得られた、構造要素の大きさの変化に対するエッジの量ＥＱの変化の割合ＥＶとの少なくとも一方を含む。以下において、エッジの量ＥＱを適宜、エッジ量ＥＱと称し、エッジの量ＥＱの変化の割合ＥＶを適宜、エッジ変化量ＥＶと称する。実施形態において、粒度情報ＥＧは、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲの大きさを、大と小との２水準で表している。粒度情報ＥＧＡが小であり、粒度情報ＥＧＢが大である。粒度情報ＥＧＡは、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲが相対的に小さいことを示し、粒度情報ＥＧＢは、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲが相対的に大きいこと、すなわち粒度情報ＥＧＡで表される岩石ＭＲよりも大きいことを示す。

第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲの大きさを、大と小との２水準で表すことにより、制御装置７５が処理する情報の量を低減できる。実施形態では、岩石ＭＲの大きさを、大と小との２水準としたが、これに限定されず、３水準、４水準又は５水準以上であってもよい。岩石ＭＲの大きさの水準を多くすることで、第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐを正確に表現することができる。岩石ＭＲの大きさの水準を多くすると、制御装置７５の負荷も大きくなるので、岩石ＭＲの大きさの水準は２以上、かつ制御装置７５の負荷が許容できる範囲とすることが好ましい。

エッジ量ＥＱＡは、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像に含まれるエッジの数が相対的に多いことを示す。エッジ量ＥＱＢは、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像に含まれるエッジの数が相対的に少ないこと、すなわちエッジ量ＥＱＡで表されるエッジの数よりも少ないことを示す。エッジ変化量ＥＶＡは、構造要素の大きさの変化に対するエッジ量ＥＱの変化の割合が相対的に大きいことを示す。エッジ変化量ＥＶＢは、構造要素の大きさの変化に対するエッジ量ＥＱの変化の割合が相対的に小さいこと、すなわちエッジ変化量ＥＶＡよりも小さいことを示す。

粒度情報ＥＧＡは、エッジ量ＥＱＡ及びエッジ変化量ＥＶＡである。粒度情報ＥＧＡは、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲが相対的に小さいことを示す。したがって、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲが相対的に小さい場合、エッジ量ＥＱが相対的に多く、かつエッジ変化量ＥＶが相対的に大きくなる。粒度情報ＥＧＢは、エッジ量ＥＱＢ及びエッジ変化量ＥＶＢである。粒度情報ＥＧＢは、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲが相対的に大きいことを示す。したがって、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲが相対的に大きい場合、エッジ量ＥＱが相対的に少なく、かつエッジ変化量ＥＶが相対的に小さくなる。

実施形態において、粒度情報ＥＧは、エッジ量ＥＱ及びエッジ変化量ＥＶであるとしたが、エッジ量ＥＱ又はエッジ変化量ＥＶのいずれか一方であってもよい。すなわち、粒度情報ＥＧは、エッジ量ＥＱ及びエッジ変化量ＥＶの少なくとも一方であればよい。

形状情報ＳＰは、撮像装置と地山ＲＭとの距離を含む。形状情報ＳＰは、掘削機械３０から地山ＲＭに向かう方向と平行かつ地面Ｇに対して直交する平面で地山ＲＭを切ったときの断面形状の情報である。実施形態において、撮像装置は、図１及び図６に示される前方検出装置４０Ｃである。次に、粒度情報ＥＧについて、より詳細に説明する。

図１０は、粒度情報ＥＧを生成する方法を説明するための図である。図１１から図１３は、画像のエッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の一例を示す図である。次の説明では、図４に示される制御装置７５の処理装置７６が、粒度情報ＥＧを生成する例を説明するが、粒度情報ＥＧは、処理装置７６以外の装置が生成してもよい。

粒度情報ＥＧは、撮像装置である前方検出装置４０Ｃによって検出された第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像から求められる。次の説明においては、便宜上、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像を符号ＰＣＩで表す。符号ＰＣＩの後に付される符号Ａ又は符号Ｂは、撮像された部分が異なることを示す。符号Ａは、相対的に岩石ＭＲが小さい部分を示し、符号Ｂは、相対的に岩石ＭＲが大きい部分、すなわち符号Ａで示される部分の岩石ＭＲよりも大きい部分を示す。画像ＰＣＩＡから得られたものが粒度情報ＥＧＡ、すなわちエッジ量ＥＱＡ及びエッジ変化量ＥＶＡである。画像ＰＣＩＢから得られたものが粒度情報ＥＧＢ、すなわちエッジ量ＥＱＢ及びエッジ変化量ＥＶＢである。画像ＰＣＩＡと画像ＰＣＩＢとを区別しない場合、画像ＰＣＩと称する。

図１４は、構造要素ＦＴＡ及び画像処理が施される画像ＰＣＩの一例を示す図である。図１５−１は、構造要素ＦＴＡを用いて画像ＰＣＩに膨張演算を施した結果を示す図である。図１５−２は、構造要素ＦＴＡを用いて画像ＰＣＩに収縮演算を施した結果を示す図である。オープニング処理は、収縮演算をある回数実行した後、膨張演算を収縮演算と同じ回数だけ実行して、画像を得る処理である。クロージング処理は、膨張演算をある回数実行した後、収縮演算を膨張演算と同じ回数だけ実行して、画像を得る処理である。処理装置７６は、処理対象の画像ＰＣＩにオープニング処理を施した後、クロージング処理を施す。オープニング処理及びクロージング処理は、エッジＥＤＧが抽出される前の処理である。オープニング処理を施した後にクロージング処理が施されるにより、処理対象の画像ＰＣＩから微細パターンが除去される。処理装置７６は、オープニング処理が施された後にクロージング処理が施された処理画像から、エッジＥＤＧを抽出する。

膨張演算において、構造要素ＦＴＡは、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸと構造要素ＦＴＡの中心画素ＣＰＸとを重ね、中心画素ＣＰＸ及び中心画像ＣＰＸの周囲に存在する画像ＰＣＩの９個の画素ＰＸの値のうち最大値を、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸの値として出力する。画像ＰＣＩのすべての画素ＰＸに対して前述した演算が施されることにより、図１５−１に示される膨張演算画像ＰＣＩＯが得られる。正方形５画素の構造要素ＦＴＢを用いて画像ＰＣＩに膨張演算を施す場合、構造要素ＦＴＢは、中心画素ＣＰＸの周囲に存在する画像ＰＣＩに含まれる２４個の画素ＰＸの値のうち最大値を、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸの値として出力する。正方形９画素の構造要素ＦＴＣを用いて画像ＰＣＩに膨張演算を施す場合、構造要素ＦＴＣは、中心画素ＣＰＸの周囲に存在する画像ＰＣＩに含まれる８０個の画素ＰＸの値のうち最大値を、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸの値として出力する。

収縮演算において、構造要素ＦＴＡは、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸと構造要素ＦＴＡの中心画素ＣＰＸとを重ね、中心画素ＣＰＸ及び中心画素ＣＰＸの周囲に存在する画像ＰＣＩに含まれる８個の画素ＰＸの値のうち最小値を、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸの値として出力する。画像ＰＣＩのすべての画素ＰＸに対して前述した演算が施されることにより、図１５−２に示される収縮演算画像ＰＣＩＣが得られる。正方形５画素の構造要素ＦＴＢを用いて画像ＰＣＩに収縮演算を施す場合、構造要素ＦＴＢは、中心画素ＣＰＸの周囲に存在する画像ＰＣＩに含まれる２４個の画素ＰＸの値のうち最小値を、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸの値として出力する。正方形９画素の構造要素ＦＴＣを用いて画像ＰＣＩに収縮演算を施す場合、構造要素ＦＴＣは、中心画素ＣＰＸの周囲に存在する画像ＰＣＩに含まれる８０個の画素ＰＸの値のうち最小値を、画像ＰＣＩの演算対象とする画素ＰＸの値として出力する。

図１４に示されるように、実施形態の画像処理の対象となる画像ＰＣＩは、１０階調のグレースケールで表現されているものとする。グレースケールの階調数は限定されるものではない。また、画像ＰＣＩに二値化処理を施した後の画像に、オープニング処理及びクロージング処理を施し、その後にエッジＥＤＧを抽出してもよい。

オープニング処理及びクロージング処理には、図１１から図１３に示される構造要素ＦＴＡ、ＦＴＢ、ＦＴＣが用いられる。構造要素ＦＴＡは正方形３画素、構造要素ＦＴＢは正方形５画素、構造要素ＦＴＣは正方形９画素である。構造要素ＦＴＡ、ＦＴＢ、ＦＴＣを区別しない場合、適宜、構造要素ＦＴと称する。実施形態において、画像ＰＣＩからエッジＥＤＧを抽出するために用いられる構造要素ＦＴは、大きさが異なる複数の構造要素ＦＴであればよく、実施形態の大きさ及び形状に限定されない。例えば、構造要素ＦＴＢは正方形１０画素、構造要素ＦＴＣは正方形２０画素であってもよい。構造要素ＦＴの大きさ又は形状を変化させたときのエッジ変化量に注目しているので、大きさの異なる構造要素ＦＴは、少なくとも２個あればよい。

前方検出装置４０Ｃによって検出された第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像ＰＣＩは、複数の画素によって構成されている。実施形態において、処理装置７６は、画像ＰＣＩにオープニング処理及びクロージング処理を施した後に、処理後の画像からエッジを抽出する。次の説明では、エッジが抽出された画像を符号ＰＥＩで表す。エッジが抽出された画像ＰＥＩを、適宜エッジ画像ＰＥＩと称する。符号ＰＥＩの後に付される符号Ａは画像ＰＣＩＡに対応し、符号Ｂは画像ＰＣＩＢに対応する。符号Ａ及びＢの後に付される数字１から３は、オープニング処理及びクロージング処理に用いられる構造要素の大きさを示す。符号Ａ及びＢの後に付される数字が大きくなるにしたがって、構造要素が大きくなる。エッジＥＤＧは、エッジ画像ＰＥＩの白い部分である。

図１５−３は、エッジＥＤＧを抽出する処理の一例を示す図である。図１５−４は、中間エッジ画像ＰＥＩｘ、ＰＥＩｙの一例を示す図である。図１５−５は、エッジ画像ＰＥＩの一例を示す図である。オープニング処理を施した後にクロージング処理が施された処理画像を中間画像ＰＣＩｉと称する。処理装置７６は、図１５−３に示される中間画像ＰＣＩｉからエッジＥＤＧを抽出する。実施の形態において、処理装置７６は、図１５−３に示されるエッジ抽出フィルタＦＴＰｘ、ＦＴＰｙを用いて、中間画像ＰＣＩｉからエッジＥＤＧを抽出する。実施形態において、エッジ抽出フィルタＦＴＰｘ、ＦＴＰｙは、３×３のフィルタであり、中間画像ＰＣＩｉに含まれる画素ＰＸの輝度変化の大きな部分をエッジＥＤＧとして抽出する。

処理装置７６は、中間画像ＰＣＩｉの演算対象とする画素ＰＸとエッジ抽出フィルタＦＴＰの中心画素ＣＰＸａとを重ねた状態で、エッジ抽出フィルタＦＴＰｘ、ＦＴＰｙの各数値と、エッジ抽出フィルタＦＴＰｘ、ＦＴＰｙと重なる中間画像ＰＣＩｉの各画素ＰＸの数値とを乗算する。そして、処理装置７６は、乗算した結果の和を、中間画像ＰＣＩｉの演算対象とする画素ＰＸ、すなわちエッジ抽出フィルタＦＴＰｘ、ＦＴＰｙの中心画素ＣＰＸａと重なっている画素ＰＸの値として出力する。

中間画像ＰＣＩｉのすべての画素ＰＸに対してエッジ抽出フィルタＦＴＰによる演算が終了すると、図１５−４に示される２個の中間エッジ画像ＰＥＩｘ、ＰＥＩｙが得られる。処理装置７６は、２個の中間エッジ画像ＰＥＩｘ、ＰＥＩｙの対応する画素ＰＸ同士の数値の平均値を求め、図１５−５に示されるエッジ画像ＰＥＩの画素ＰＸの値として出力する。２個の中間エッジ画像ＰＥＩｘ、ＰＥＩｙのすべての画素ＰＸの平均値が求められると、図１５−５に示されるエッジ画像ＰＥＩが得られる。

処理装置７６は、エッジ画像ＰＥＩの各画素ＰＸの値と、エッジＥＤＧを抽出するための閾値とに基づいて、エッジＥＤＧとなる画素ＰＸを特定する。このようにして、画像ＰＣＩからエッジＥＤＧが抽出される。実施形態において、処理装置７６は、さらにエッジＥＤＧに膨張処理を施す。エッジＥＤＧに膨張処理が施されることは必須ではない。

処理装置７６は、複数の構造要素ＦＴＡ、ＦＴＢ、ＦＴＣそれぞれを用いてオープニング処理及びクロージング処理を施して複数の中間画像ＰＣＩｉを求め、エッジ抽出フィルタＦＴＰを用いてそれぞれの中間画像ＰＣＩｉからエッジ画像ＰＥＩを求める。実施形態では、構造要素ＦＴＡ及びエッジ抽出フィルタＦＴＰによりエッジ画像ＰＥＩＡ１及びエッジ画像ＰＥＩＢ１が求められ、構造要素ＦＴＢ及びエッジ抽出フィルタＦＴＰによりエッジ画像ＰＥＩＡ２及びエッジ画像ＰＥＩＢ２が求められ、構造要素ＦＴＣ及びエッジ抽出フィルタＦＴＰによりエッジ画像ＰＥＩＡ３及びエッジ画像ＰＥＩＢ３が求められる。実施形態ではエッジ抽出フィルタＦＴＰにｐｒｅｗｉｔｔフィルタが用いられているが、エッジ抽出フィルタＦＴＰはこれに限定されず、ｃａｎｎｙフィルタ又はｓｏｂｅｌフィルタが用いられてもよい。このように、エッジ抽出フィルタＦＴＰ及びエッジ画像ＰＥＩを求める方法は、前述した方法に限定されない。

画像ＰＣＩＡからエッジ画像ＰＥＩＡ１、ＰＥＩＡ２、ＰＥＩＡ３が求められ、画像ＰＣＩＢからエッジ画像ＰＥＩＢ１、ＰＥＩＢ２、ＰＥＩＢ３が求められたら、処理装置７６は、それぞれのエッジ画像からエッジ量ＥＱ及びエッジ変化量ＥＶを求めて、粒度情報ＥＧを生成する。以下において、エッジ画像ＰＥＩＡ１、ＰＥＩＡ２、ＰＥＩＡ３、ＰＥＩＢ１、ＰＥＩＢ２、ＰＥＩＢ３を区別する必要がない場合、エッジ画像ＰＥＩと称する。

処理装置７６は、各エッジ画像ＰＥＩのエッジ量ＥＱ及びエッジ変化量ＥＶを求める。エッジ量ＥＱは、エッジ画像ＰＥＩの全画素数に対する、エッジＥＤＧとして抽出された画素の数の割合である。処理装置７６は、エッジ変化量ＥＶを求めるにあたり、構造要素ＦＴＢにより得られたエッジ画像ＰＥＩのエッジ量ＥＱから、構造要素ＦＴＡにより得られたエッジ画像ＰＥＩのエッジ量ＥＱを減算した第１差分値ΔＥＱ１を求める。また、処理装置７６は、構造要素ＦＴＣにより得られたエッジ画像ＰＥＩのエッジ量ＥＱから、構造要素ＦＴＢにより得られたエッジ画像ＰＥＩのエッジ量ＥＱを減算した第２差分値ΔＥＱ２を求める。処理装置７６は、第１差分値ΔＥＱ１と第２差分値ΔＥＱ２とのうち大きい方を、画像ＰＣＩのエッジ変化量ＥＶとする。この他にも、処理装置７６は、第１差分値ΔＥＱ１と第２差分値ΔＥＱ２とのうち小さい方を、画像ＰＣＩのエッジ変化量ＥＶとしてもよいし、第１差分値ΔＥＱ１と第２差分値ΔＥＱ２と平均値を、画像ＰＣＩのエッジ変化量ＥＶとしてもよいし、第１差分値ΔＥＱ１及び第２差分値ΔＥＱ２の両方を用いてもよい。エッジ変化量ＥＶの候補となる、異なる構造要素ＦＴにより得られたエッジ画像ＰＥＩの差分は、前述したものに限定されない。

実施形態において、エッジ変化量ＥＶは、構造要素ＦＴを用いて画像ＰＣＩからエッジＥＤＧを抽出し、かつエッジＥＤＧに用いられる構造要素ＦＴを大きくすることにより求められる。エッジ変化量ＥＶは、微細パターンを除去する処理の強度を変化させることで求められる。このため、微細パターンを除去できれば、その方法は問わない。例えば、ぼかし処理によって微細パターンを除去してもよい。

実施形態において、前述したように、粒度情報ＥＧは、粒度情報ＥＧＡと粒度情報ＥＧＢとの２水準に分類される。このため、処理装置７６は、得られたエッジ量ＥＱ及びエッジ変化量ＥＶを、エッジ量閾値ＥＱｃ及びエッジ変化量閾値ＥＶｃを用いて２水準に分類する。得られたエッジ量ＥＱがエッジ量閾値ＥＱｃ以上である場合、処理装置７６は、得られたエッジ量ＥＱをエッジ量ＥＱＡに分類する。得られたエッジ量ＥＱがエッジ量閾値ＥＱｃ未満である場合、処理装置７６は、得られたエッジ量ＥＱをエッジ量ＥＱＢに分類する。得られたエッジ変化量ＥＶがエッジ変化量閾値ＥＶｃ以上である場合、処理装置７６は、得られたエッジ変化量ＥＶをエッジ変化量ＥＶＡに分類する。得られたエッジ変化量ＥＶがエッジ変化量閾値ＥＶｃ未満である場合、処理装置７６は、得られたエッジ変化量ＥＶをエッジ変化量ＥＶＢに分類する。

図１０に示されるように、岩石ＭＲの粒径が相対的に小さいと、画像ＰＣＩから抽出されたエッジＥＤＧのエッジ量ＥＱは多くなる。また、図１０に示されるように、岩石ＭＲの粒径が相対的に小さいと、構造要素ＦＴがＦＴＡ、ＦＴＢ、ＦＴＣの順に大きくなるにしたがって、画像ＰＣＩから抽出されたエッジＥＤＧのエッジ変化量ＥＶは多くなる。つまり、岩石ＭＲの粒径が相対的に小さいと、エッジ変化量ＥＶは大きくなる。実施形態では、エッジ量ＥＱ及びエッジ変化量ＥＶを用いて、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの粒度情報ＥＧを分類する。

第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐのエッジ量ＥＱがエッジ量ＥＱＡ、かつエッジ変化量ＥＶがエッジ変化量ＥＶＡである場合、粒度情報ＥＧは粒度情報ＥＧＡとなる。この場合、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲは粒径が比較的小さいものとなる。第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐのエッジ量ＥＱがエッジ量ＥＱＢ、かつエッジ変化量ＥＶがエッジ変化量ＥＶＢである場合、粒度情報ＥＧは粒度情報ＥＧＢとなる。この場合、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの岩石ＭＲは粒径が比較的大きいものとなる。このようにして、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの粒度情報ＥＧは、粒度情報ＥＧＡ又は粒度情報ＥＧＢに分類される。次に、形状情報ＳＰについて説明する。

図１６から図１８は、形状情報を説明するための図である。前方検出装置４０Ｃが検出した第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像ＰＣＩは、各画素に輝度の情報が含まれている。この場合、画像ＰＣＩは距離画像である。各画素の輝度は、前方検出装置４０Ｃからの距離に対応している。したがって、画像ＰＣＩの各画素の輝度を求めることにより、前方検出装置４０Ｃから各画素までの距離を求めることができる。

実施形態において、処理装置７６は、図１６から図１８に示される地山ＲＭＡ、ＲＭＢ、ＲＭＣの上部Ｕと、中央部Ｍと、下部Ｄとの３箇所において、前方検出装置４０Ｃからの距離を求める。前方検出装置４０Ｃから上部Ｕまでの距離をＬＵ、前方検出装置４０Ｃから中央部Ｍまでの距離をＬＭ、前方検出装置４０Ｃから下部Ｄまでの距離をＬＤとする。

形状情報ＳＰは、距離ＬＵと距離ＬＭと距離ＬＤとを含む。地山ＲＭＢは、地山ＲＭＡと比較して、中央部Ｍの距離ＬＭが大きい。このため、地山ＲＭＢは、中央部Ｍが窪んでいる形状であると判断できる。地山ＲＭＣは、地山ＲＭＡと比較して、中央部Ｍの距離ＬＭ及び下部Ｄの距離ＬＤが小さい。このため、地山ＲＭＣは、中央部Ｍ及び下部Ｄが盛り上がっている形状であると判断できる。このように、距離ＬＵと距離ＬＭと距離ＬＤとにより、地山ＲＭＡ、ＲＭＢ、ＲＭＣの形状、具体的には前述した断面形状を表すことができるので、形状情報ＳＰは、地山ＲＭ、すなわち第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐを区別するための情報として用いることができる。

図１９は、画像ＰＣＩを複数の領域に分割した例を示す図である。実施形態において、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像ＰＣＩは、複数の領域に分割され、分割された領域毎に粒度情報ＥＧと形状情報ＳＰとが求められる。実施形態において、画像ＰＣＩは、９個の領域ＣＬ１からＣＬ９に分割されている。また、画像ＰＣＩの上下方向ＵＤは、上部領域ＲＧＵと中央領域ＲＧＭと下部領域ＲＧＤとに分割されている。実施形態において、画像ＰＣＩの上下方向ＵＤは、掘削機械３０の上下方向に対応している。領域ＣＬ１から領域ＣＬ３は上部領域ＲＧＵに対応し、領域ＣＬ４から領域ＣＬ６は中央領域ＲＧＭに対応し、領域ＣＬ７から領域ＣＬ９は下部領域ＲＧＤに対応する。以下において、領域ＣＬ１からＣＬ９を適宜セルＣＬ１からＣＬ９と称する。

処理装置７６は、各セルＣＬ１からＣＬ９毎に粒度情報ＥＧを求め、上部領域ＲＧＵ、中央領域ＲＧＭ及び下部領域ＲＧＤ毎に形状情報ＳＰを求める。実施形態において、形状情報ＳＰに含まれる距離ＬＵは、前方検出装置４０Ｃから上部領域ＲＧＵに含まれるそれぞれの画素までの距離の平均値である。形状情報ＳＰに含まれる距離ＬＭは、前方検出装置４０Ｃから中央領域ＲＧＭに含まれるそれぞれの画素までの距離の平均値である。形状情報ＳＰに含まれる距離ＬＤは、前方検出装置４０Ｃから下部領域ＲＧＤに含まれるそれぞれの画素までの距離の平均値である。

処理装置７６は、画像ＰＣＩの画素毎に粒度情報ＥＧ及び形状情報ＳＰを求めてもよいが、前述したように、セルＣＬ１からＣＬ９毎に粒度情報ＥＧを求め、上部領域ＲＧＵ、中央領域ＲＧＭ及び下部領域ＲＧＤ毎に形状情報ＳＰを求めることで、情報量を低減できる。その結果、処理装置７６の演算の負荷を低減でき、記憶装置７７の使用領域の増加を抑制できる。このように、画像ＰＣＩを複数の領域に分割して、領域毎に粒度情報ＥＧ及び形状情報ＳＰを求めることで、ハードウェア資源の負担を軽減できる。

実施形態において、セルＣＬ１からＣＬ９は９個としたが、セルの数は９個に限定されない。画像ＰＣＩの上下方向ＵＤの分割数も３個には限定されない。

図８に示される第１部分状態ＩＭｔ又は第２部分状態ＩＭｐは、セルＣＬ１からＣＬ９毎に求められた粒度情報ＥＧと、上部領域ＲＧＵ、中央領域ＲＧＭ及び下部領域ＲＧＤ毎に求められた形状情報ＳＰとを含む。図８に示される例において、セルＣＬ１からＣＬ９の粒度情報ＥＧを、それぞれ粒度情報ＥＧ１からＥＧ９とし、上部領域ＲＧＵの距離をＬＵ、中央領域ＲＧＭの距離をＬＭ、下部領域ＲＧＤの距離をＬＤとする。図８に示される第１部分状態ＩＭｔ又は第２部分状態ＩＭｐは、セルＣＬ１からセルＣＬ９の粒度情報ＥＧと、上部領域ＲＧＵ、中央領域ＲＧＭ及び下部領域ＲＧＤの形状情報ＳＰとにより規定され、特定される。

例えば、第１部分状態ＩＭｔと第２部分状態ＩＭｐとの間で、セルＣＬ１からセルＣＬ９の粒度情報ＥＧと、上部領域ＲＧＵ、中央領域ＲＧＭ及び下部領域ＲＧＤの形状情報ＳＰとが同一であれば、第１部分状態ＩＭｔに対応する第１部分ＲＭｔと、第２部分状態ＩＭｐに対応する第２部分ＲＭｐとは同一の粒度分布及び形状であると判定できる。また、第１部分状態ＩＭｔと第２部分状態ＩＭｐとの間でセルＣＬ１からセルＣＬ９の粒度情報ＥＧと、上部領域ＲＧＵ、中央領域ＲＧＭ及び下部領域ＲＧＤの形状情報ＳＰとが同一でなくても、例えば一致率が予め定められた閾値を超えていれば、両者は類似していると判定することもできる。

図２０は、実施形態において、第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔを選択する方法を説明するための図である。図４に示される動作決定部７６Ｂは、複数の掘削情報ＩＤＧの第１部分状態ＩＭｔの中から、推定部７６Ａによって求められた第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔを選択する。このとき、動作決定部７６Ｂは、掘削情報ＩＤＧ、より具体的には掘削情報データベースＤＢを参照し、推定部７６Ａによって求められた第２部分状態ＩＭｐに類似した第１部分状態ＩＭｔを選択する。

実施形態において、動作決定部７６Ｂは、例えば、Ｋ−ＮＮ法（K Nearest Neighbor Algorithm：Ｋ最近傍法）を利用して、複数の第１部分状態ＩＭｔの中から第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔを選択する。Ｋ−ＮＮ法は、特徴空間における近傍のデータを選択するアルゴリズムである。

図２０は、縦軸が粒度情報ＥＧ、横軸が形状情報ＳＰであり、複数の第１部分状態ＩＭｔ１、ＩＭｔｎ−２、ＩＭｔｎ−１、ＩＭｔｎ、ＩＭｔｎ＋１、ＩＭｔｎ＋２等が第２部分状態ＩＭｐの周囲に存在する。ｎは１以上の整数である。この場合、動作決定部７６Ｂは、第２部分状態ＩＭｐとの類似度に基づき、第２部分状態ＩＭｐに対応する第１部分状態ＩＭｔ、実施形態では最も類似する第１部分状態ＩＭｔを選択する。実施形態において、第２部分状態ＩＭｐに最も類似するものは、第２部分状態ＩＭｐと第１部分状態ＩＭｔとの距離Ｄに基づいて選択される。このように、実施形態では、第２部分状態ＩＭｐと第１部分状態ＩＭｔとの類似の程度を示す類似度として、第２部分状態ＩＭｐと第１部分状態ＩＭｔとの距離Ｄが用いられる。

距離Ｄは、式（１）で表される。図２０中の距離Ｄに付される１、ｎ−２、ｎ−１、ｎ、ｎ＋１及びｎ＋２は、第１部分状態ＩＭｔを識別するための符号である。第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐは、それぞれ粒度情報ＥＧ及び形状情報ＳＰを含む。第１部分状態ＩＭｔに付されたｋは、１以上の整数であり、距離Ｄを計算する際の第１部分状態ＩＭｔがｋ番目であることを示す。
Ｄ＝√（ＩＭｐ−ＩＭｔｋ）^２・・・（１）

動作決定部７６Ｂは、第２部分状態ＩＭｐと第１部分状態ＩＭｔとの距離Ｄが最小の距離Ｄｎとなる第１部分状態ＩＭｔｎを、第２部分状態ＩＭｐに最も類似する、第１部分状態ＩＭｔとして選択したが、第１部分状態ＩＭｔを選択する方法は、これに限定されるものではない。動作決定部７６Ｂは、第２部分状態ＩＭｐに類似した複数の第１部分状態ＩＭｔを選択してもよい。この場合、動作決定部７６Ｂは、第２部分状態ＩＭｐとの類似が高い順から、すなわち、距離Ｄが小さい順から複数の第１部分状態ＩＭｔを選択してもよい。

動作決定部７６Ｂが第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔを選択したら、動作決定部７６Ｂは、選択した第１部分状態ＩＭｔに対応した第１動作ＩＣｔを、掘削装置３０ＤＭが第２部分ＲＭｐを掘削する際の第２動作ＩＣｐとして決定する。掘削制御部７６Ｃは、動作決定部７６Ｂによって決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭを自動で動作させる。動作決定部７６Ｂが複数の第１部分状態ＩＭｔを選択した場合、複数の第１動作ＩＣｔを用いて第２動作ＩＣｐが決定される。この場合、動作決定部７６Ｂは、複数の第１動作ＩＣｔを平均した動作を第２動作ＩＣｐとして決定してもよい。このようにすることで、地山ＲＭの状態が多少変化しても、掘削装置３０ＤＭの動作の大きな変化が抑制されるので、掘削機械３０は、安定して掘削装置３０ＤＭを動作させることができる。また、動作決定部７６Ｂが、生産性の高い複数の第１動作ＩＣｔ、例えば掘削量が大きい複数の第１動作ＩＣｔから第２動作ＩＣｐを決定することで、生産性が高い第２動作ＩＣｐが得られやすくなる。さらに、動作決定部７６Ｂは、現在の地山ＲＭの状態（地山ＲＭの形状及び粒度分布を含む）に応じた学習データはないが、地山ＲＭ全体を平行移動すれば、ある学習データの地山ＲＭの状態とよく重なるといった場合に、第２動作ＩＣｐの掘削開始位置を補正してもよい。このようにすることで、掘削機械３０は、掘削情報データベースＤＢに蓄積されている掘削情報ＩＤＧの量が少なくても、生産性が高い掘削を実現しやすくなる。

掘削機械３０は、これから掘削しようとする第２部分ＲＭｐの第２部分状態ＩＭｐに最も近い第１部分状態ＩＭｔを掘削したときの第１動作ＩＣｔ、すなわち第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭが動作して第２部分ＲＭｐを掘削する。このように、掘削機械３０は、これから掘削しようとしている部分の状態に最も近い状態の部分を掘削したときの動作が適用されるので、適切かつ確実に自動掘削を実行できる。また、掘削装置３０ＤＭは、第２部分ＲＭｐの掘削に適した第２動作ＩＣｐを用いて第２部分ＲＭｐを自動で掘削できるので、掘削効率が向上する。さらに、掘削装置３０ＤＭは、オペレーターの操作により得られた第１動作ＩＣｔから決定された第２動作ＩＣｐで動作する。このため、熟練したオペレーターＯＰの操作により第１動作ＩＣｔを設定することで、掘削機械３０の制御装置７５は、掘削装置３０ＤＭの動作に熟練したオペレーターＯＰの操作を反映させることができる。その結果、掘削機械３０は、効率のよい掘削が実現できる。

＜制御例＞
図２１は、実施形態に係る掘削機械の制御方法の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、掘削情報データベースＤＢが作成される。掘削情報データベースＤＢは、複数の掘削情報ＩＤＧを含むが、掘削情報ＩＤＧの作成については前述した通りである。ステップＳ２に進み、作成された掘削情報データベースＤＢは、図４に示される制御装置７５の記憶装置７７に記憶される。

ステップＳ３において、処理装置７６は、掘削装置３０ＤＭによる掘削時の動作、すなわち第２動作ＩＣｐを決定する。第２動作ＩＣｐの決定にあたっては、推定部７６Ａが、前方検出装置４０Ｃによって検出された第２部分ＲＭｐの第２部分状態ＩＭｐを求める。そして、動作決定部７６Ｂが、掘削情報データベースＤＢを参照し、第２部分状態ＩＭｐに対応する第１部分状態ＩＭｔを選択し、選択した第１部分状態ＩＭｔに対応する第１動作ＩＣｔを、第２動作ＩＣｐとして決定する。

次に、ステップＳ４において、掘削制御部７６Ｃは、決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭを動作させて、第２部分ＲＭｐを掘削する。ステップＳ５において、作業が終了した場合（ステップＳ５、Ｙｅｓ）、処理装置７６は掘削機械３０の制御を終了する。作業が終了していない場合（ステップＳ５、Ｎｏ）、処理装置７６はステップＳ３に戻り、以後の処理を実行する。

図２２−１は、掘削情報データベースＤＢを生成する手順の一例を示すフローチャートである。図２２−２は、エッジＥＤＧを抽出する手順の一例を示す図である。掘削情報データベースＤＢを作成するにあたり、ステップＳ１１において、前方検出装置４０Ｃｔが第１部分ＲＭｔを撮像する。ステップＳ１２において、処理装置７６は、第１部分ＲＭｔの画像ＰＣＩに含まれるそれぞれのセルについて粒度情報ＥＧを求める。ステップＳ１３において、画像ＰＣＩのすべてのセルについて粒度情報ＥＧが求められていない場合（ステップＳ１３、Ｎｏ）、処理装置７６は、ステップＳ１２に戻って粒度情報ＥＧを求める。

粒度情報ＥＧを求めるにあたり、処理装置７６は、処理対象の画像ＰＣＩに、構造要素ＦＴＡ、ＦＴＢ、ＦＴＣそれぞれを用いてオープニング処理を施した後、クロージング処理を施して、３個の中間画像ＰＣＩｉａ、ＰＣＩｉｂ、ＰＣＩｉｃを得る。次に、処理装置７６は、エッジ抽出フィルタＦＴＰを用いて、それぞれの中間画像ＰＣＩｉａ、ＰＣＩｉｂ、ＰＣＩｉｃからエッジＥＤＧを抽出して、３個のエッジ画像ＰＥＩａ、ＰＥＩｂ、ＰＥＩｃを得る。処理装置７６は、それぞれのエッジ画像ＰＥＩａ、ＰＥＩｂ、ＰＥＩｃから、エッジ量ＥＱ及びエッジ変化量ＥＶを求めて粒度情報ＥＧを生成する。

すべてのセルについて粒度情報ＥＧが求められたら（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、処理装置７６は、ステップＳ１４において、第１部分ＲＭｔの形状情報ＳＰを生成する。ステップＳ１５に進み、画像ＰＣＩのすべての領域について形状情報ＳＰが生成されていない場合（ステップＳ１５、Ｎｏ）、処理装置７６は、ステップＳ１４に戻り、形状情報ＳＰを生成する。画像ＰＣＩのすべての領域について形状情報ＳＰが生成されたら（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）、処理装置７６は、ステップＳ１６に処理を進める。

ステップＳ１６において、処理装置７６は、粒度情報ＥＧ及び形状情報ＳＰを用いて、第１部分状態ＩＭｔを生成する。次に、ステップＳ１７において、オペレーターＯＰが学習用の掘削装置３０ＤＭｔを操作することにより地山ＲＭ、具体的には第１部分ＲＭｔを掘削する。このときの学習用の掘削装置３０ＤＭｔの動作は、第１動作ＩＣｔである。次に、ステップＳ１８に進み、処理装置７６は、第１部分状態ＩＭｔと第１動作ＩＣｔとから、掘削情報ＩＤＧを生成する。処理装置７６は、前述したステップＳ１１からステップＳ１８を繰り返して複数の掘削情報ＩＤＧを生成し、ステップＳ１９において、複数の掘削情報ＩＤＧから掘削情報データベースＤＢを作成する。掘削情報データベースＤＢを生成するにあたり、ステップＳ１２及びステップＳ１３と、ステップＳ１４及びステップＳ１５との順序が入れ替えられてもよい。

図２３は、第２動作を決定する手順の一例を示すフローチャートである。第２動作ＩＣｐを決定するにあたり、ステップＳ３１において、前方検出装置４０Ｃが第２部分ＲＭｐを撮像する。ステップＳ３２において、処理装置７６の推定部７６Ａは、第２部分ＲＭｐの画像ＰＣＩに含まれるそれぞれのセルについて粒度情報ＥＧを求める。ステップＳ３３において、画像ＰＣＩのすべてのセルについて粒度情報ＥＧが求められていない場合（ステップＳ３３、Ｎｏ）、推定部７６Ａは、ステップＳ３２に戻って粒度情報ＥＧを求める。

すべてのセルについて粒度情報ＥＧが求められたら（ステップＳ３３、Ｙｅｓ）、推定部７６Ａは、ステップＳ３４において、第２部分ＲＭｐの形状情報ＳＰを生成する。ステップＳ３５に進み、画像ＰＣＩのすべての領域について形状情報ＳＰが生成されていない場合（ステップＳ３５、Ｎｏ）、推定部７６Ａは、ステップＳ３４に戻り、形状情報ＳＰを生成する。画像ＰＣＩのすべての領域について形状情報ＳＰが生成されたら（ステップＳ３５、Ｙｅｓ）、処理装置７６は、ステップＳ３６に処理を進める。

ステップＳ３６において、推定部７６Ａは、粒度情報ＥＧ及び形状情報ＳＰを用いて、第２部分状態ＩＭｐを生成する。次に、ステップＳ３７において、動作決定部７６Ｂは、掘削情報データベースＤＢを参照して、第２部分状態ＩＭｐと対応する第１部分状態ＩＭｔを選択する。ステップＳ３８において、動作決定部７６Ｂは、ステップＳ３７で選択された第１部分状態ＩＭｔに対応する第１動作ＩＣｔを求め、得られた第１動作ＩＣｔを第２動作ＩＣｐとして決定する。第２動作ＩＣｐを決定するにあたり、ステップＳ３２及びステップＳ３３と、ステップＳ３４及びステップＳ３５との順序が入れ替えられてもよい。次に、掘削情報データベースＤＢを更新する処理について説明する。

＜掘削情報の更新＞
図２４−１は、実掘削量ＩＱｐを含む掘削情報データベースＤＢａの一例を示す図である。図２４−２は、第２動作を含む掘削情報データベースＤＢｂの一例を示す図である。掘削情報データベースＤＢａは、第１部分状態ＩＭｔと、第１動作ＩＣｔと、決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭが掘削したときの実掘削量ＩＱｐとが対応付けられた掘削情報ＩＤＧａを複数含む。

処理装置７６は、動作決定部７６Ｂによって決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭが動作して掘削したときの掘削状態を評価するための評価情報を、掘削情報データベースＤＢａに追加する。実施形態において、評価情報は、決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭが掘削したときの実掘削量ＩＱｐであるが、これには限定されない。例えば、評価情報は、掘削に要したエネルギ、油圧系統の圧力、油圧系統の流量、原動機の負荷、バケット３３の位置又は姿勢の指令値と実際の軌跡との差分の合計値等であってもよい。掘削情報データベースＤＢａは、初期状態において、実掘削量ＩＱｐは記述されておらず、実掘削量ＩＱｐが発生して、初めて追加される。

処理装置７６は、動作決定部７６Ｂによって決定された第２動作ＩＣｐで掘削装置３０ＤＭが動作して掘削したときの実掘削量ＩＱｐを求める。そして、実掘削量ＩＱｐが得られた第２動作ＩＣｐに対応した第１動作ＩＣｔを含む掘削情報ＩＤＧａと対応付けて、記憶装置７７に記憶させる。すなわち、掘削情報データベースＤＢａに、新たに得られた実掘削量ＩＱｐを追加する。掘削装置３０ＤＭが第２動作ＩＣｐで掘削した岩石ＭＲの量、すなわち実掘削量ＩＱｐは、例えば、図１に示される運搬機械１０が備える積載量検出装置１３によって検出される。積載量検出装置１３によって検出された実掘削量ＩＱｐは、通信装置１４によって掘削機械３０の制御装置７５に送信される。

掘削装置３０ＤＭが第２動作ＩＣｐで第２部分ＲＭｐを掘削する度に、掘削情報データベースＤＢａに実掘削量ＩＱｐが蓄積される。処理装置７６は、実掘削量ＩＱｐに基づき、生産性の高い掘削に貢献しない掘削情報ＩＤＧａを発見し、警告を出すことができる。このようにすることで、処理装置７６は、生産性の高い掘削を実現できる掘削情報ＩＤＧａを管理者等に知らせることができる。

掘削情報データベースＤＢｂは、複数の第１部分状態ＩＭｔに対応する複数の第１動作ＩＣｔを用いて決定された第２動作ＩＣｇが、新動作ＩＣｔａｄとして追加される。掘削情報データベースＤＢｂにｎ個（ｎは１以上の整数）の掘削情報ＩＤＧｂ１、ＩＤＧｂ２、ＩＤＧｂ３、・・・ＩＤＧｂｎが記述されている場合に、新たな第２動作ＩＣｇｎ＋１が得られたとする。この場合、処理装置７６は、複数の第１動作ＩＣｔから決定された新たな第２動作ＩＣｇｎ＋１、第２動作ＩＣｇｎ＋１で掘削される前の第２部分ＲＭｐの状態ＩＭｇｎ＋１及び第２動作ＩＣｇｎ＋１で掘削されたときの実掘削量ＩＱｐｎ＋１を含む掘削情報ＩＤＧｂｎ＋１を、掘削情報データベースＤＢｂのｎ＋１番目の掘削情報ＩＤＧｂとして追加する。

このように、掘削情報データベースＤＢｂには新動作ＩＣｔａｄが追加されるので、生産性の高い掘削を実現できる掘削情報ＩＤＧｂの選択肢が増加するという利点がある。次に、掘削情報データベースＤＢａ又は掘削情報データベースＤＢｂが更新される際の処理例を説明する。

図２５は、掘削情報データベースＤＢａ、ＤＢｂが更新される際に実行される処理の一例を示すフローチャートである。掘削機械３０が第２部分ＲＭｐを掘削する場合、ステップＳ１０１において、図４に示される制御装置７５の処理装置７６は、掘削時の動作、すなわち第２動作ＩＣｐを決定する。ステップＳ１０２において、掘削装置３０ＤＭは、第２動作ＩＣｐで第２部分ＲＭｐを掘削する。掘削された岩石ＭＲは、図１に示されるフィーダー３１によって搬送され、運搬機械１０のベッセル１１に積載される。ステップＳ１０３において、運搬機械１０の積載量検出装置１３は、ベッセル１１に積載された岩石ＭＲの積載量、すなわち実掘削量ＩＱｐを計測し、制御装置１２に送信する。

制御装置１２は、実掘削量ＩＱｐを掘削機械３０の制御装置７５に送信する。実掘削量ＩＱｐを取得した制御装置７５の処理装置７６は、記憶装置７７に実掘削量ＩＱｐを記憶させる。次に、ステップＳ１０４において、処理装置７６の更新処理部７６Ｄは、掘削情報データベースＤＢａを更新する。具体的には、更新処理部７６Ｄは、実掘削量ＩＱｐが得られた第２動作ＩＣｐに対応する第１動作ＩＣｔを含む掘削情報ＩＤＧａに、実掘削量ＩＱｐを追加する。掘削情報データベースＤＢｂが更新される場合、処理装置７６の更新処理部７６Ｄは、新たな第２動作ＩＣｇｎ＋１、掘削前の第２部分ＲＭｐの状態ＩＭｇｎ＋１及び実掘削量ＩＱｐｎ＋１を含む掘削情報ＩＤＧｂｎ＋１を、掘削情報データベースＤＢｂのｎ＋１番目の掘削情報ＩＤＧｂを記述ｎ＋１として追加する。

次に、ステップＳ１０５において、処理装置７６は、作業が終了したか否かを判定する。作業が終了していない場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、処理装置７６は、ステップＳ１０１に戻り、以降の処理を実行する。作業が終了した場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、制御は終了する。

図４に示される処理装置７６の動作決定部７６Ｂは、掘削情報データベースＤＢａ又は掘削情報データベースＤＢｂを用いて、第２部分状態ＩＭｐとの類似度及び実掘削量ＩＱｐに基づき、第２部分状態ＩＭｐに対応する第１部分状態ＩＭｔを選択する。この場合に用いられる第２部分状態ＩＭｐと第１部分状態ＩＭｔとの距離Ｄは、例えば式（２）によって表される。
Ｄ＝ｆｋ×√（ＩＭｐ−ＩＭｔｋ）^２・・・（２）

ｆは、掘削状態を評価するための評価情報による補正係数計算関数である。評価情報が実掘削量ＩＱｐである場合、ｆは、例えば式（３）で表される。式（３）中のλは係数である。補正係数計算関数ｆ及び実掘削量ＩＱｐに付される符号ｋは、１以上の整数であり、掘削情報データベースＤＢａ又は掘削情報データベースＤＢｂのｋ番目の要素（学習データ）と第２部分状態ＩＭｐとの距離を計算していることを示す。動作決定部７６Ｂは、式（２）及び式（３）を用いて距離Ｄを求め、第２部分状態ＩＭｐに対応する第１部分状態ＩＭｔを選択することにより、生産性の高い掘削を実現できる掘削情報ＩＤＧａ又は掘削情報ＩＤＧｂを選択できる。
ｆｋ＝λ／ＩＱｐｋ・・・（３）

実掘削量ＩＱｐは、運搬機械１０の積載量検出装置１３が検出したが、実掘削量ＩＱｐを検出するのは積載量検出装置１３に限定されるものではない。例えば、掘削機械３０のフィーダー３１にロードセルを設けて実掘削量ＩＱｐを検出してもよいし、スキャナによりフィーダー３１を通過する岩石ＭＲの体積を検出して実掘削量ＩＱｐとしてもよい。

＜第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐが地山ＲＭの色を含む場合＞
図２６は、地山ＲＭの画像の色相Ｈと画素割合ＰＸＲとの関係を示す図である。前述した例では、第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐに粒度情報ＥＧ及び形状情報ＳＰを用いたが、ここでは、地山ＲＭの色を用いた例を説明する。第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐに地山ＲＭの色を用いる場合、まず、前方検出装置４０Ｃから地山ＲＭ、すなわち第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの画像ＰＣＩをカラー画像で取得する。実施形態では、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐのカラー画像はＨＳＶで表現されるが、地山ＲＭのカラー画像はＲＧＢその他で表現されていてもよい。

図２６の画素割合ＰＸＲは、各セルＣＬ１からＣＬ９のうちいずれか１つの全画素に対する色相Ｈの画素の割合である。すなわち、図２６は、各セルＣＬ１からＣＬ９のうちいずれか１つの色相ヒストグラムを示している。図４に示される処理装置７６は、図１９に示される各セルＣＬ１からＣＬ９毎に色相のヒストグラムピークＰＸＲｐ又は重心ＰＨＲｇを求める。図２６に示される例では、色相１がヒストグラムピークＰＸＲｐであり、色相２が重心ＰＨＲｇである。処理装置７６は、ヒストグラムピークＰＸＲｐ及び重心ＰＨＲｇの少なくとも一方を、各セルＣＬ１からＣＬ９の色とする。

各セルＣＬ１からＣＬ９の色が得られると、第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの色の分布が得られる。第１部分ＲＭｔ又は第２部分ＲＭｐの色の分布が第１部分状態ＩＭｔ及び第２部分状態ＩＭｐとなる。

＜掘削情報を生成する方法の変形例＞
図２７は、掘削情報を生成する方法の変形例を示す図である。本変形例では、第１部分のモデルＲＭｔａ、ＲＭｔｂ、ＲＭｔｃ、掘削機械のモデル３０ｍ及び掘削装置のモデル３０ＤＭｍを用いて、例えば、コンピュータで数値シミュレーションを実行することにより、第１動作ＩＣｔを求める。数値シミュレーションは、例えば、有限要素法又は境界要素法等を用いることができる。掘削装置のモデル３０ＤＭｍは、学習用の掘削装置の一例である。

第１部分のモデルＲＭｔａ、ＲＭｔｂ、ＲＭｔｃは、地面Ｇに対する傾斜角度θａ、θｂ、θｃがそれぞれ設定されている。この他に、第１部分ＲＭｔのモデルＲＭｔａ、ＲＭｔｂ、ＲＭｔｃは、前述した粒度情報ＥＧが設定されている。形状情報ＳＰは、図２６中に二点鎖線で示される、第１部分のモデルＲＭｔａ、ＲＭｔｂ、ＲＭｔｃの外縁と前方検出装置４０Ｃとの距離を用いて設定される。第１部分のモデルＲＭｔａ、ＲＭｔｂ、ＲＭｔｃには、粒度分布に応じた岩石のモデルが設定されている。

掘削機械のモデル３０ｍ及び掘削装置のモデル３０ＤＭｍは、図１に示される掘削機械３０及び掘削装置３０ＤＭの仕様がモデル化されており、コンピュータ上で動作させることができる。数値シミュレーションを実行する場合、それぞれの第１部分のモデルＲＭｔａ、ＲＭｔｂ、ＲＭｔｃに対して、バケットのモデル３３ｍの刃先３３Ｔの軌跡ＩＣａ、ＩＣｂ、ＩＣｃが設定される。この軌跡は、図２６では実線で示されている。

バケットのモデル３３ｍの刃先３３Ｔを軌跡ＩＣａに沿って動かして第１部分ＲＭｔのモデルＲＭｔａを掘削したとき、掘削装置のモデル３０ＤＭｍが停止せずに動作するか、そのときの掘削量及びフィーダーのモデル３１ｍまで岩石を移動させられるか等を評価基準として、軌跡ＩＣａを変更しながらシミュレーションを繰り返す。その結果、適切な軌跡ＩＣａが得られたときの動作を第１動作とし、そのときの第１部分のモデルＲＭｔａの状態と対応付けて掘削情報とする。第１部分のモデルＲＭｔｂ、ＲＭｔｃについても、軌跡ＩＣｂ、ＩＣｃを変更しながら、第１部分のモデルＲＭｔａと同様に掘削情報を生成する。

この方法は、実際に掘削する必要がないので、掘削情報を生成する際に実際に掘削することができない場合に好ましい。また、前述したように、実際の作業で得られた第２掘削量ＩＱｐ及び第２掘削量ＩＱｐが得られたときにおける実際の掘削装置３０ＤＭの動作を用いて、掘削情報又は掘削情報データベースを更新することにより、掘削情報をより有用なものに改善することができる。

＜掘削システム＞
図２８は、実施形態に係る掘削システム１２０の一例を示す図である。掘削システム１２０は、少なくとも１台の掘削機械３０ａと、管理装置１００ａとを含む。掘削機械３０ａは、図１から図３に示される掘削機械３０と同様であるが、制御装置７５ａが異なる。掘削機械３０ａが備える制御装置７５ａは、図４に示される制御装置７５の処理装置７６の掘削制御部７６Ｃのみを備え、推定部７６Ａ、動作決定部７６Ｂ及び更新処理部７６Ｄは備えていない。また、掘削機械３０ａが備える制御装置７５ａは、図４に示される制御装置７５の記憶装置７７が記憶している掘削情報データベースＤＢを記憶していない。

管理装置１００ａは、管理側の処理装置１００Ｐと、管理側の記憶装置１００Ｍと、管理側の通信装置１００Ｃとを備える。管理側の処理装置１００Ｐは、例えばＣＰＵであり、図４に示される制御装置７５の処理装置７６の推定部７６Ａ、動作決定部７６Ｂ及び更新処理部７６Ｄを備えている。管理側の記憶装置１００Ｍは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ又はハードディスクドライブであり、図４に示される制御装置７５の記憶装置７７が記憶している掘削情報データベースＤＢを記憶している。管理側の通信装置１００Ｃは、アンテナ１００ＡＴを備えており、掘削機械３０ａのアンテナ５３及び通信装置５２を介して制御装置７５ａと通信する。管理側の記憶装置１００Ｍは、評価情報、実施形態においては実掘削量ＩＱｐを蓄積する掘削情報データベースＤＢａ又は新動作ＩＣｔａｄを蓄積する掘削情報データベースＤＢｂを記憶してもよい。

管理側の処理装置１００Ｐは、掘削機械３０ａの前方検出装置４０Ｃが検出し、通信装置５２から送信された第２部分画像情報ＰＣＩｐを、管理側の通信装置１００Ｃを介して取得する。そして、処理装置１００Ｐは、取得した第２部分画像情報ＰＣＩｐから、第２部分状態ＩＭｐを求める。管理側の処理装置１００Ｐは、管理側の記憶装置１００Ｍが記憶している掘削情報データベースＤＢの第１部分状態ＩＭｔの中から、求められた第２部分状態ＩＭｐに対応した第１部分状態ＩＭｔを選択し、選択した状態に対応した第１動作ＩＣｔを第２動作ＩＣｐとして決定する。管理側の処理装置１００Ｐは、決定された第２動作ＩＣｐで掘削機械３０ａの掘削装置３０ＤＭを動作させるための情報を、管理側の通信装置１００Ｃを介して掘削機械３０ａの制御装置７５ａに送信する。

掘削機械３０ａの制御装置７５ａは、管理装置１００ａから送信された情報を用いて、掘削装置３０ＤＭを第２動作ＩＣｐで動作させる。また、掘削機械３０ａの制御装置７５ａは、第２部分画像情報ＰＣＩｐの他に、評価情報、実施形態においては実掘削量ＩＱｐを管理装置１００ａに送信する。

管理側の処理装置１００Ｐは、掘削機械３０ａの制御装置７５ａから送信された実掘削量ＩＱｐを取得し、管理側の記憶装置１００Ｍに記憶されている掘削情報データベースＤＢａを更新する。管理側の処理装置１００Ｐは、複数の第１部分状態ＩＭｔに対応する複数の第１動作ＩＣｔを用いて第２動作ＩＣｇを決定した場合、新たな第２動作ＩＣｇを掘削情報データベースＤＢｂに追加する。このように、管理側の処理装置１００Ｐは、図４に示される制御装置７５の処理装置７６の推定部７６Ａ、動作決定部７６Ｂ及び更新処理部７６Ｄの機能を実現する。

図４に示される推定部７６Ａの機能は、掘削機械３０ａの制御装置７５ａが実現してもよい。この場合、掘削機械３０ａの制御装置７５ａは、前方検出装置４０Ｃが検出した第２部分画像情報ＰＣＩｐから第２部分状態ＩＭｐを求めて、管理装置１００ａに送信する。このようにすることで、管理側の処理装置１００Ｐの負荷が低減される。

掘削システム１２０は、管理装置１００ａが掘削情報データベースＤＢ、ＤＢａ、ＤＢｂを一括で管理するので、掘削情報データベースＤＢ、ＤＢａ、ＤＢｂの更新を容易に実現できる。また、掘削システム１２０は、複数の掘削機械３０ａから取得した評価情報を掘削情報データベースＤＢａ、ＤＢｂに追加したり、複数の掘削機械３０ａから取得した新たな第２動作ＩＣｇを掘削情報データベースＤＢｂに追加したりすることができる。このため、管理システム１２０は、生産性の高い生産性の高い掘削を実現できる掘削情報ＩＤＧａ、ＩＤＧｂの選択肢が増加するという利点がある。

前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１０ 運搬機械
２０ 操作装置
３０ 掘削機械
３０ｔ 学習用の掘削機械
３０ＤＭ 掘削装置
３０ＤＭｔ 学習用の掘削装置
３０ＢＤ車体
３１ フィーダー
３２ 支持機構
３２ａ ブーム
３２ｂ アーム
３２ｃ 連結部材
３２Ｃ１、３２Ｃ２、３２Ｃ３、３２Ｃ４ 油圧シリンダ
３３ バケット
３３Ｂ 刃
３３Ｔ 刃先
３４ 走行装置
４０Ｃ 前方検出装置
４０Ｃｔ 学習用の前方検出装置
４８ 駆動制御装置
７５、７５ａ 制御装置
７６ 処理装置
７６Ａ 推定部
７６Ｂ 動作決定部
７６Ｃ 掘削制御部
７６Ｄ 更新処理部
７７ 記憶装置
８５ 油圧ポンプ
８５Ｖ 電磁制御弁
１００、１００ａ 管理装置
ＤＢ、ＤＢａ、ＤＢｂ 掘削情報データベース
ＥＤＧ エッジ
ＥＧ、ＥＧＡ、ＥＧＢ 粒度情報
ＥＱ、ＥＱＡ、ＥＱＢ エッジ数
ＥＶ、ＥＶＡ、ＥＶＢ エッジ変化量
ＦＴ、ＦＴＡ、ＦＴＢ、ＦＴＣ 構造要素
ＩＣｔ 第１動作
ＩＣｐ 第２動作
ＩＤＧ、ＩＤＧａ、ＩＤＧｂ 掘削情報
ＩＭｔ 第１部分状態
ＩＭｐ 第２部分状態
ＩＱｔ 第１掘削量
ＩＱｐ 第２掘削量
ＭＲ 岩石
ＯＰ オペレーター
ＰＣＩ 画像
ＰＥＩ、ＰＥＩＡ１、ＰＥＩＡ２、ＰＥＩＡ３、ＰＥＩＢ１、ＰＥＩＢ２、ＰＥＩＢ３ エッジ画像
ＲＭ、ＲＭＡ、ＲＭＢ、ＲＭＣ 地山
ＲＭｔ 第１部分
ＲＭｐ 第２部分
ＳＰ 形状情報

Claims (20)

1. 掘削用の作業具を備えた掘削装置と、
   前記掘削装置が掘削する対象の状態を検出する検出装置と、
   学習用の掘削装置によって掘削される前の部分である第１部分の状態と、前記第１部分を前記学習用の掘削装置が掘削したときの第１動作とが対応付けられた掘削情報を複数記憶する記憶装置と、
   前記検出装置によって検出された、前記掘削装置がこれから掘削する予定の部分である第２部分の状態を求める推定部、
   複数の前記掘削情報の前記第１部分の状態の中から、前記推定部によって求められた前記第２部分の状態に対応した前記第１部分の状態を選択し、選択した状態に対応した前記第１動作を、前記掘削装置が前記第２部分を掘削する際の第２動作として決定する動作決定部
   及び前記動作決定部によって決定された前記第２動作で前記掘削装置を動作させる掘削制御部を有する処理装置と、
   を含む、掘削機械。
2. 前記動作決定部は、
   前記掘削情報を参照し、前記推定部によって求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて前記第１部分の状態を選択する、請求項１に記載の掘削機械。
3. 前記動作決定部は、
   前記掘削情報を参照し、前記推定部によって求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて複数の前記第１部分の状態を選択し、それぞれの前記第１部分の状態に対応する複数の前記第１動作を用いて前記第２動作を決定する、請求項１に記載の掘削機械。
4. 前記処理装置は、
   前記動作決定部によって決定された前記第２動作で前記掘削装置が動作して掘削したときの掘削状態を評価するための評価情報を、前記第２動作に対応した前記第１動作を含む掘削情報と対応付けて前記記憶装置に記憶させる、請求項１に記載の掘削機械。
5. 前記処理装置は、
   決定された前記第２動作を前記第２部分と合わせて前記記憶部に記憶させる、請求項３に記載の掘削機械。
6. 前記掘削装置が掘削する対象は、岩石を含む地山であり、
   前記掘削情報に含まれる前記第１部分の状態及び前記第２部分の状態は、前記岩石の粒度分布の情報と、前記地山の形状の情報と、前記地山の色の情報と、前記地山の湿度の情報との少なくとも１つを含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の掘削機械。
7. 前記岩石の粒度分布の情報は、
   撮像装置によって撮像された前記第１部分又は前記第２部分の画像から抽出されたエッジの量と、前記エッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の大きさを変化させて得られた、前記構造要素の大きさの変化に対する前記エッジの量の変化の割合との少なくとも１つを含み、
   前記地山の形状の情報は、
   前記撮像装置と前記地山との距離を含む、
   請求項６に記載の掘削機械。
8. 前記第１動作は、
   オペレーターが前記掘削装置を操作して掘削したときの動作である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の掘削機械。
9. 掘削装置と、前記掘削装置が掘削する対象の状態を検出する検出装置とを含む掘削機械を制御するにあたり、
   学習用の掘削装置によって掘削される前の部分である第１部分の状態と、前記第１部分を前記学習用の掘削装置が掘削したときの第１動作とが対応付けられた掘削情報を複数生成することと、
   前記掘削装置がこれから掘削する予定の部分である第２部分の状態を求めることと、
   複数の前記掘削情報の前記第１部分の状態の中から、前記第２部分の状態との類似度に基づいて前記第１部分の状態を選択し、選択した状態に対応した前記第１動作を、前記掘削装置が前記第２部分を掘削する際の第２動作として決定することと、
   決定された前記第２動作で前記掘削装置を動作させることと、
   を含む、掘削機械の制御方法。
10. 前記掘削装置が掘削する対象は、岩石を含む地山であり、
    前記掘削情報に含まれる前記第１部分の状態及び前記第２部分の状態は、前記岩石の粒度分布の情報と、前記地山の形状の情報と、前記地山の色の情報と、前記地山の湿度の情報との少なくとも１つを含む、請求項９に記載の掘削機械の制御方法。
11. 前記岩石の粒度分布の情報は、
    撮像装置によって撮像された前記第１部分又は前記第２部分の画像から抽出されたエッジの量と、前記エッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の大きさを変化させて得られた、前記構造要素の大きさの変化に対する前記エッジの量の変化の割合との少なくとも１つを含み、
    前記地山の形状の情報は、
    前記撮像装置と前記地山との距離を含む、
    請求項１０に記載の掘削機械の制御方法。
12. 前記第１動作は、
    オペレーターが前記掘削装置を操作して掘削したときの動作である、請求項１０から請求項１１のいずれか１項に記載の掘削機械の制御方法。
13. 掘削用の作業具を備えた掘削装置と、
    前記掘削装置が掘削する対象の状態を検出する検出装置と、
    前記掘削装置を動作させる制御装置と、
    を含む掘削機械と、
    学習用の掘削装置によって掘削される前の部分である第１部分の状態と、前記第１部分を前記学習用の掘削装置が掘削したときの第１動作とが対応付けられた掘削情報を複数記憶する記憶装置と、
    前記検出装置によって検出された、前記掘削装置がこれから掘削する予定の部分である第２部分の状態を求め、
    複数の前記掘削情報の前記第１部分の状態の中から、求められた前記第２部分の状態に対応した前記第１部分の状態を選択し、選択した状態に対応した前記第１動作を、前記掘削装置が前記第２部分を掘削する際の第２動作として決定し、
    決定された前記第２動作で前記掘削装置を動作させるための情報を前記制御装置に送信する
    処理装置と、
    を含む管理装置と、
    を備える、掘削システム。
14. 前記処理装置は、
    前記掘削情報を参照し、求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて前記第１部分の状態を選択する、請求項１３に記載の掘削システム。
15. 前記処理装置は、
    前記掘削情報を参照し、求められた前記第２部分の状態との類似度に基づいて複数の前記第１部分の状態を選択し、それぞれの前記第１部分の状態に対応する複数の前記第１動作を用いて前記第２動作を決定する、請求項１３に記載の掘削システム。
16. 前記処理装置は、
    前記第２動作で前記掘削装置が動作して掘削したときの掘削状態を評価するための評価情報を、前記第２動作に対応した前記第１動作を含む掘削情報と対応付けて前記記憶装置に記憶させる、請求項１３に記載の掘削システム。
17. 前記処理装置は、
    決定された前記第２動作を前記記憶装置に記憶させる、請求項１５に記載の掘削システム。
18. 前記掘削装置が掘削する対象は、岩石を含む地山であり、
    前記掘削情報に含まれる前記第１部分の状態及び前記第２部分の状態は、前記岩石の粒度分布の情報と、前記地山の形状の情報と、前記地山の色の情報と、前記地山の湿度の情報との少なくとも１つを含む、請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載の掘削システム。
19. 前記岩石の粒度分布の情報は、
    撮像装置によって撮像された前記第１部分又は前記第２部分の画像から抽出されたエッジの量と、前記エッジを抽出する前の処理に用いる構造要素の大きさを変化させて得られた、前記構造要素の大きさの変化に対する前記エッジの量の変化の割合との少なくとも１つを含み、
    前記地山の形状の情報は、
    前記撮像装置と前記地山との距離を含む、
    請求項１８に記載の掘削システム。
20. 前記第１動作は、
    オペレーターが前記掘削装置を操作して掘削したときの動作である、請求項１３から請求項１９のいずれか１項に記載の掘削システム。