JP2024030581A - Work machine, system including work machine, and work machine control method - Google Patents
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Abstract
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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