JP7236826B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関する。

油圧ショベルなどの作業機械によって土砂などの素材を掘削して、ダンプトラックなどの運搬車両に積み込む作業がある。運搬車両は、所定の積込位置で素材を積み込まれる。運搬車両は、所定のダンプ位置まで走行して、ダンプ位置で素材をダンプする。そして、運搬車両は積込位置へ戻り、作業機械によって再び素材が運搬車両に積み込まれる。

従来、上記のような作業機械による積込作業を自動制御によって行う技術が知られている。例えば、特許文献１では、掘削位置と排土位置とが作業機械のコントローラに予め教示される。

特開２０００－１９２５１４号公報

ところで、運搬車両に積み込むことのできる素材の最大積載重量と、既に運搬車両に積み込まれた素材の重量とから算出される積込可能重量に基づいて、掘削する素材の目標体積を算出するために、素材の土質（例えば、密度、粘度、硬さなど）を簡便かつ精度良く取得したいという要請がある。

本発明は、素材の土質を簡便かつ精度良く取得できる技術を提供することを目的とする。

第１の態様は、運搬車両に素材を積み込む作業機械である。当該作業機械は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサと、コントローラとを備える。コントローラは、バケットによる掘削経路を取得し、バケットが抱えている素材の重量を計測する。コントローラは、地形センサが計測した地形を示す地形データと掘削経路とに基づいて、バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で計測した素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。

第２の態様は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサと、コントローラとを備える作業機械である。コントローラは、地形センサが計測した地形を示す地形データに基づいて、バケットによる目標掘削経路を決定し、掘削時のバケットの位置に基づいて、実掘削経路を取得する。コントローラは、目標掘削経路と実掘削経路との差に基づいて、素材の粘度及び硬さの少なくとも一方を算出する。

第３の態様は、作業機械を制御するためにコントローラによって実行される方法である。当該方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、作業機械付近の地形を示す地形データを取得することである。第２の処理は、作業機が有するバケットによる掘削経路を取得することである。第３の処理は、掘削経路と地形データとに基づいて、バケットが抱えている素材の体積を算出することである。第４の処理は、バケットが抱えている素材の重量を計測することである。第５の処理は、算出した素材の体積で計測した素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出することである。

第４の態様は、作業機械を制御するためのシステムである。作業機械は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサとを備える。当該システムは、バケットによる掘削経路を取得し、バケットが抱えている素材の重量を計測するコントローラを備える。コントローラは、地形センサが計測した地形を示す地形データと掘削経路とに基づいて、バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で計測した素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。

本発明によれば、素材の土質を簡便かつ精度良く取得できる技術を提供できる。

作業機械が用いられる作業現場の一例を示す平面図である。 作業機械の側面図である。 作業機械の構成を示すブロック図である。 運搬車両の側面図である。 運搬車両の構成を示すブロック図である。 待機モードでの処理を示すフローチャートである。 積込モードでの処理を示すフローチャートである。 積込モードでの処理を示すフローチャートである。 積込モードでの処理を示すフローチャートである。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。 第１カメラ或いは第２カメラによって撮影された画像の一例を示す図である。 第１カメラによって撮影された画像の一例を示す図である。 現在の位置で作業機械が掘削可能な素材の範囲を示す図である。 掘削計画の処理を示すフローチャートである。 現在の地形の断面と掘削経路との一例を示す図である。 図１４のＸ方向から作業機械及び掘削位置を見た側面図である。 第１カメラによって撮影された画像の一例を示す図である。

以下、実施形態に係る作業機械１の制御システムについて、図面を参照しながら説明する。図１は、作業機械１が用いられる作業現場の一例を示す平面図である。作業現場には、作業機械１と運搬車両２とが配置されている。作業機械１は、自動制御により運搬車両２と協働して作業を行う。

本実施形態において、作業機械１は油圧ショベルである。運搬車両２はダンプトラックである。作業機械１は、作業現場内の所定の掘削位置Ｌ１の横に配置されている。運搬車両２は、作業現場内の所定の積込位置Ｌ２と所定のダンプ位置Ｌ３との間を走行して往復する。作業機械１は、自動制御により、掘削位置Ｌ１を掘削して、掘削対象物としての土砂等の素材を、積込位置Ｌ２に停車している運搬車両２に積み込む。素材を積み込まれた運搬車両２は、ダンプ位置Ｌ３まで走行し、ダンプ位置Ｌ３に素材を降ろす。ダンプ位置Ｌ３には、ブルドーザなどの他の作業機械３が配置されており、ダンプ位置Ｌ３に降ろされた素材を敷き広げる。素材を降ろした運搬車両２は積込位置Ｌ２まで走行し、作業機械１は、積込位置Ｌ２に停車した運搬車両２に再び素材を積み込む。このような作業が繰り返されることで、掘削位置Ｌ１の素材がダンプ位置Ｌ３に移送される。

図２は、作業機械１の側面図である。図２に示すように、作業機械１は、車両本体１１と作業機１２とを含む。車両本体１１は、旋回体１３と走行体１４とを含む。旋回体１３は、走行体１４に対して旋回可能に取り付けられている。旋回体１３にはキャブ１５が配置されている。ただし、キャブ１５は省略されてもよい。走行体１４は、履帯１６を含む。後述するエンジン２４の駆動力によって履帯１６が駆動されることで、作業機械１は走行する。

作業機１２は、車両本体１１の前部に取り付けられている。作業機１２は、ブーム１７とアーム１８とバケット１９とを含む。ブーム１７は、旋回体１３に対して上下方向に動作可能に取り付けられている。アーム１８は、ブーム１７に対して動作可能に取り付けられている。バケット１９は、アーム１８に対して動作可能に取り付けられている。作業機１２は、ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、バケットシリンダ２３とを含む。ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、バケットシリンダ２３とは、油圧シリンダであり、後述する油圧ポンプ２５からの作動油によって駆動される。ブームシリンダ２１は、ブーム１７を動作させる。アームシリンダ２２は、アーム１８を動作させる。バケットシリンダ２３は、バケット１９を動作させる。

図３は、作業機械１の制御システムの構成を示すブロック図である。図３に示すように、作業機械１は、エンジン２４と、油圧ポンプ２５と、動力伝達装置２６と、コントローラ２７とを含む。

エンジン２４は、コントローラ２７からの指令信号により制御される。油圧ポンプ２５は、エンジン２４によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２５から吐出された作動油は、ブームシリンダ２１と、アームシリンダ２２と、バケットシリンダ２３とに供給される。

作業機械１は、旋回モータ２８を含む。旋回モータ２８は、油圧モータであり、油圧ポンプ２５からの作動油によって駆動される。旋回モータ２８は、旋回体１３を旋回させる。なお、図２では、１つの油圧ポンプ２５が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。

油圧ポンプ２５にはポンプ制御装置２９が接続されている。油圧ポンプ２５は可変容量ポンプである。ポンプ制御装置２９は、油圧ポンプ２５の傾転角を制御する。ポンプ制御装置２９は、例えば電磁弁を含み、コントローラ２７からの指令信号により制御される。コントローラ２７は、ポンプ制御装置２９を制御することで、油圧ポンプ２５の容量を制御する。

油圧ポンプ２５とシリンダ２１－２３と旋回モータ２８とは、制御弁３１を介して油圧回路によって接続されている。制御弁３１は、コントローラ２７からの指令信号によって制御される。制御弁３１は、油圧ポンプ２５からシリンダ２１－２３及び旋回モータ２８に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ２７は、制御弁３１を制御することで、作業機１２の動作を制御する。また、コントローラ２７は、制御弁３１を制御することで、旋回体１３の旋回を制御する。

動力伝達装置２６は、エンジン２４の駆動力を走行体１４に伝達する。動力伝達装置２６は、例えば、トルクコンバーター、或いは複数の変速ギアを有するトランスミッションであってもよい。或いは、動力伝達装置２６は、HST（Hydro Static Transmission）、或いはHMT（Hydraulic Mechanical Transmission）などの他の形式のトランスミッションであってもよい。

コントローラ２７は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ２７は、エンジン２４と走行体１４と動力伝達装置２６とを制御することで、作業機械１を走行させる。コントローラ２７は、エンジン２４と油圧ポンプ２５と制御弁３１とを制御することで、作業機１２を動作させる。

コントローラ２７はCPU或いはGPU等のプロセッサ２７１と、記憶装置２７２とを含む。プロセッサ２７１は、作業機械１の自動制御のための処理を行う。記憶装置２７２は、RAM或いはROMなどのメモリ、及び、HDD（Hard Disk Drive）或いはSSD（Solid State Drive）などの補助記憶装置を含む。記憶装置２７２は、作業機械１の自動制御のためのデータ及びプログラムを記憶している。

作業機械１は、負荷センサ３２ａ－３２ｃを含む。負荷センサ３２ａ－３２ｃは、作業機１２にかかる負荷を検出し、負荷を示す負荷データを出力する。本実施形態では、負荷センサ３２ａ－３２ｃは、油圧センサであり、シリンダ２１－２３の油圧をそれぞれ検出する。負荷データは、シリンダ２１－２３の油圧を示す。コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃと有線或いは無線によって通信可能に接続されている。コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃから負荷データを受信する。

作業機械１は、位置センサ３３と、作業機センサ３４ａ－３４ｃと、旋回角度センサ３９とを含む。位置センサ３３は、作業機械１の位置を検出し、作業機械１の位置を示す位置データを出力する。位置センサ３３は、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)レシーバとＩＭＵ（慣性計測装置：Inertial Measurement Unit）とを含む。ＧＮＳＳレシーバは、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）用の受信機である。位置データは、ＧＮＳＳレシーバが出力する作業機械１の位置を示すデータと、ＩＭＵが出力する車両本体１１の姿勢を示すデータとを含む。車両本体１１の姿勢は、例えば、作業機械１の前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）と、作業機械１の横方向の水平に対する角度（ロール角）とを含む。

作業機センサ３４ａ－３４ｃは、作業機１２の姿勢を検出し、作業機１２の姿勢を示す姿勢データを出力する。作業機センサ３４ａ－３４ｃは、例えばシリンダ２１－２３のストローク量を検出するストロークセンサである。作業機１２の姿勢データは、シリンダ２１－２３のストローク量を含む。或いは、作業機センサ３４ａ－３４ｃは、ブーム１７、アーム１８、及びバケット１９のそれぞれの回転角度を検出するセンサなどの他のセンサであってもよい。旋回角度センサ３９は、走行体１４に対する旋回体１３の旋回角度を検出し、旋回角度を示す旋回角度データを出力する。

コントローラ２７は、位置センサ３３、作業機センサ３４ａ－３４ｃ、及び旋回角度センサ３９と有線或いは無線によって通信可能に接続されている。コントローラ２７は、位置センサ３３と作業機センサ３４ａ－３４ｃと旋回角度センサ３９とから、それぞれ作業機械１の位置データと、作業機１２の姿勢データと、旋回角度データとを受信する。コントローラ２７は、位置データと姿勢データと旋回角度データとから、作業機１２のうちバケット１９の刃先位置を算出する。例えば、作業機械１の位置データは、位置センサ３３のグローバル座標を示す。コントローラ２７は、作業機１２の姿勢データと旋回角度データとに基づいて、位置センサ３３のグローバル座標からバケット１９の刃先位置のグローバル座標を算出する。

作業機械１は、地形センサ３５を含む。地形センサ３５は、作業機械１の周囲の地形を計測して、地形センサ３５が計測した地形を示す地形データを出力する。本実施形態では、地形センサ３５は、旋回体１３の側部に取り付けられている。地形センサ３５は、旋回体１３の側方に位置する地形を計測する。地形センサ３５は、例えばライダ（LIDAR：Laser Imaging Detection and Ranging）である。ライダは、レーザーを照射して、その反射光を計測することで、地形上の複数の計測点までの距離を測定する。地形データは、作業機械１に対する各計測点の位置を示す。

作業機械１は、第１カメラ３６と、複数の第２カメラ３７とを含む。第１カメラ３６は、旋回体１３の前方に向けて、旋回体１３に取り付けられている。第１カメラ３６は、旋回体１３の前方を撮影する。第１カメラ３６はステレオカメラである。第１カメラ３６は、撮影した動画を示す第１画像データを出力する。

複数の第２カメラ３７は、それぞれ旋回体１３の左側方と右側方と後方とに向けて、旋回体１３に取り付けられている。第２カメラ３７は、撮影した動画を示す第２画像データを出力する。第２カメラ３７は、単眼カメラであってもよい。或いは、第２カメラ３７は、第１カメラ３６と同様にステレオカメラであってもよい。コントローラ２７は、第１カメラ３６及び第２カメラ３７と有線或いは無線により通信可能に接続されている。コントローラ２７は、第１カメラ３６から第１画像データを受信する。コントローラ２７は、第２カメラ３７から第２画像データを受信する。

作業機械１は、通信装置３８を含む。通信装置３８は、作業機械１の外部の機器とデータ通信を行う。通信装置３８は、作業機械１の外部のリモートコンピュータ機器４と通信を行う。リモートコンピュータ機器４は、作業現場に配置されてもよい。或いは、リモートコンピュータ機器４は、作業現場から離れた管理センタ内に配置されてもよい。リモートコンピュータ機器４は、ディスプレイ４０１と入力装置４０２とを含む。

ディスプレイ４０１は、作業機械１に関する画像を表示する。ディスプレイ４０１は、コントローラ２７から通信装置３８を介して受信した信号に応じた画像を表示する。入力装置４０２は、オペレータによって操作される。入力装置４０２は、例えばタッチパネルを含んでもよく、或いは、ハードウェアキーを含んでもよい。リモートコンピュータ機器４は、入力装置４０２によって入力された指令を示す信号を、通信装置３８を介してコントローラ２７に送信する。また、通信装置３８は、運搬車両２とデータ通信を行う。

図４は、運搬車両２の側面図である。図４に示すように、運搬車両２は、車両本体５１と、走行体５２と、荷台５３とを含む。車両本体５１は、走行体５２に支持されている。走行体５２は、履帯５４を含む。後述するエンジン５５の駆動力によって履帯５４が駆動されることで、運搬車両２は走行する。荷台５３は、車両本体５１に支持されている。荷台５３は、ダンプ姿勢と運搬姿勢とに動作可能に設けられている。図４において、実線で示す荷台５３は、運搬姿勢の荷台５３の位置を示している。二点鎖線で示す荷台５３’は、ダンプ姿勢の荷台５３の位置を示している。運搬姿勢では、荷台５３は、概ね水平に配置される。ダンプ姿勢では、荷台５３は、運搬姿勢に対して傾斜した状態となる。

図５は、運搬車両２の制御システムの構成を示すブロック図である。運搬車両２は、エンジン５５と、油圧ポンプ５６と、動力伝達装置５７と、リフトシリンダ５８と、旋回モータ５９と、コントローラ６１と、制御弁６２とを含む。コントローラ６１は、プロセッサ６１１と、揮発性記憶部６１２と、不揮発性記憶部６１３とを含む。

エンジン５５、油圧ポンプ５６、動力伝達装置５７、コントローラ６１、制御弁６２は、それぞれ作業機械１のエンジン２４、油圧ポンプ２５、動力伝達装置２６、コントローラ２７、制御弁３１と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

リフトシリンダ５８は、油圧シリンダである。旋回モータ５９は、油圧モータである。油圧ポンプ５６から吐出された作動油は、リフトシリンダ５８と旋回モータ５９とに供給される。リフトシリンダ５８と旋回モータ５９とは、油圧ポンプ５６からの作動油によって駆動される。リフトシリンダ５８は、荷台５３を昇降する。それにより、荷台５３の姿勢が、運搬姿勢とダンプ姿勢とに切り換えられる。旋回モータ５９は、走行体５２に対して車両本体５１を旋回させる。コントローラ６１は、制御弁６２によってリフトシリンダ５８を制御することで、荷台５３の動作を制御する。また、コントローラ６１は、制御弁６２によって旋回モータ５９を制御することで、車両本体５１の旋回を制御する。

運搬車両２は、位置センサ６３と、荷台センサ６４と、旋回角度センサ６５とを含む。位置センサ６３は、作業機械１の位置センサ３３と同様に、位置データを出力する。位置データは、運搬車両２の位置を示すデータと、車両本体５１の姿勢を示すデータとを含む。

荷台センサ６４は、荷台５３の姿勢を検出し、荷台５３の姿勢を示す荷台データを出力する。荷台センサ６４は、例えばリフトシリンダ５８のストローク量を検出するストロークセンサである。荷台データは、リフトシリンダ５８のストローク量を含む。或いは、荷台センサ６４は、荷台５３の傾斜角度を検出するセンサなどの他のセンサであってもよい。旋回角度センサ６５は、走行体５２に対する車両本体５１の旋回角度を検出し、旋回角度を示す旋回角度データを出力する。

コントローラ６１は、位置センサ６３と、荷台センサ６４と、旋回角度センサ６５と、有線或いは無線によって通信可能に接続されている。コントローラ６１は、位置センサ６３と荷台センサ６４と旋回角度センサ６５から、それぞれ位置データと荷台データと旋回角度データとを受信する。

運搬車両２は、通信装置６６を含む。運搬車両２のコントローラ６１は、通信装置６６を介して、作業機械１のコントローラ２７とデータ通信を行う。運搬車両２のコントローラ６１は、通信装置６６を介して、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データとを送信する。作業機械１のコントローラ２７は、通信装置３８を介して、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データとを受信する。作業機械１のコントローラ２７は、運搬車両２の車両本体５１、及び、荷台５３の配置及び寸法を示す車両寸法データを記憶している。コントローラ２７は、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データと車両寸法データとから、荷台５３の位置を算出する。

次に、作業機械１のコントローラ２７によって実行される自動制御モードの処理について説明する。自動制御モードでは、コントローラ２７は、上述した掘削及び積込の作業を自動で行うように、作業機械１を制御する。図６から図９は、自動制御モードの処理を示すフローチャートである。

自動制御モードは、積込モードと、積込モード以外の他のモードとを含む。本実施形態において他のモードは、待機モードである。待機モードでは、コントローラ２７は、運搬車両２が積込位置Ｌ２に到着して停車するまで、作業機械１を待機させる。なお、他のモードは、待機モード以外に、崩れた素材を集めておくモード、他の領域を掘削して素材を新たに増やす掘削モードなどのモードを含んでもよい。

積込モードでは、コントローラ２７は、運搬車両２が積込位置Ｌ２で停車しているときに、運搬車両２への積込作業を行うように作業機械１を動作させる。図６は、待機モードでの処理を示すフローチャートである。図７から図９は、積込モードでの処理を示すフローチャートである。図１０から図１８は、自動制御モードにおける作業現場の状況を模式的に示す平面図である。

コントローラ２７は、自動制御モードの開始指令を受信すると、作業機械１のエンジン２４を始動すると共に、図６に示す待機モードの処理を実行する。図１０に示すように、自動制御モードの開始指令は、例えばオペレータが上述したリモートコンピュータ機器４の入力装置４０２を操作することで、リモートコンピュータ機器４から出力される。コントローラ２７は、通信装置３８を介して開始指令を受信する。また、運搬車両２も、自動制御モードの開始指令を受信する。運搬車両２は、自動制御モードの開始指令を受信すると、積込位置Ｌ２に向かって移動を開始する。

図６に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ２７は、作業機械１を排土待姿勢で待機させる。すなわち、待機モードでは、コントローラ２７は、排土待姿勢で、作業機１２と旋回体１３と走行体１４とを停止状態に維持する。図１０に示すように、排土待姿勢では、作業機１２が積込位置Ｌ２を向くように配置される。すなわち、排土待姿勢では、旋回体１３の前方が積込位置Ｌ２を向いている。また、排土待姿勢では、バケット１９が、運搬車両２の荷台５３の高さよりも上方の位置に配置される。

ステップＳ１０２では、コントローラ２７は、作業機械１の位置を取得する。ここでは、コントローラ２７は、位置センサ３３と、作業機センサ３４ａ－３４ｃと、旋回角度センサ３９とから、それぞれ作業機械１の位置データと、作業機１２の姿勢データと、旋回角度データとを取得する。コントローラ２７は、位置データと姿勢データと旋回角度データとから、作業機１２のうちバケット１９の刃先位置を算出する。

ステップＳ１０３では、コントローラ２７は、画像データを取得する。ここでは、コントローラ２７は、旋回体１３の前方の動画を示す第１画像データを第１カメラ３６から取得する。コントローラ２７は、旋回体１３の両側方及び後方の動画を示す第２画像データを第２カメラ３７から取得する。なお、第１カメラ３６と第２カメラ３７とは、少なくとも自動制御モードの実行中には、常時、撮影を行って、第１画像データと第２画像データとを生成する。コントローラ２７は、少なくとも自動制御モードの実行中には、第１カメラ３６と第２カメラ３７とから、リアルタイムに第１画像データと第２画像データとを取得する。

ステップＳ１０４では、コントローラ２７は、画像処理１を実行する。画像処理１は、第１画像データと第２画像データとに基づいて、画像認識技術により、作業機械１の周囲における人の存在を検出する。従って、第１カメラ３６と第２カメラ３７とは、作業機械１の周囲の領域における人の存在を検出する人検出装置に相当する。

コントローラ２７は、例えばAI（Artificial Intelligence）を用いた画像認識技術により、第１画像データと第２画像データとが示す画像中の人の存在を検出する。図１９は、第１カメラ３６或いは第２カメラ３７によって撮影された画像の一例を示す図である。図１９に示すように、第１画像データ又は第２画像データが示す画像に人が含まれるときには、コントローラ２７は、画像中の人を認識して検出する。ステップＳ１０５では、コントローラ２７は、作業機械１の周囲における人の存在が検出されたかを判定する。人の存在が検出されないときには、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、コントローラ２７は、画像処理２を実行する。画像処理２では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて、画像認識技術により、運搬車両２の存在を検出する。従って、第１カメラ３６は、作業機械１への運搬車両２の接近を検出する車両検出装置に相当する。画像認識技術については、ステップＳ１０４と同様である。図１１に示すように、第１カメラ３６の撮影範囲内に運搬車両２が到達したときに、コントローラ２７は、運搬車両２の存在を検出する。

図２０は、第１カメラの撮影範囲内に運搬車両２が到達したときに、第１カメラ３６によって撮影された画像の一例を示す図である。図２０に示すように、第１画像データが示す画像に運搬車両２が含まれるときには、コントローラ２７は、画像中の運搬車両２を認識して検出する。

ステップＳ１０７では、コントローラ２７は、運搬車両２と通信を行う。ここでは、コントローラ２７は、通信装置３８を介して、運搬車両２から、運搬車両２の位置データを受信する。また、コントローラ２７は、通信装置３８を介して、運搬車両２から荷台データと旋回角度データとを受信する。

ステップＳ１０８では、コントローラ２７は、運搬車両２の接近が検出されたかを判定する。コントローラ２７は、作業機械１から運搬車両２までの距離が所定の閾値以下であるときに、運搬車両２の接近が検出されたと判定する。コントローラ２７は、第１画像データを解析することで、作業機械１から運搬車両２までの距離を算出する。或いは、コントローラ２７は、作業機械１の位置データと運搬車両２の位置データとから、作業機械１から運搬車両２までの距離を算出してもよい。運搬車両２の接近が検出されたときには、処理は図７に示すステップＳ２０１に進む。すなわち、コントローラ２７は、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させる。

ステップＳ１０５において人を検出していないこと、及び、ステップＳ１０８において運搬車両２の接近を検出したことは、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させるための遷移条件である。コントローラ２７は、遷移条件が満たされているときに、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させる。コントローラ２７は、遷移条件が満たされていないときには、自動制御モードを待機モードから積込モードに遷移させずに、待機モードに維持する。なお、遷移条件は、他の条件をさらに含んでもよい。

ステップＳ１０８において、コントローラ２７が運搬車両２の接近を検出しなかったときには、処理はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、コントローラ２７は、終了信号を受信したかを判定する。終了信号は、リモートコンピュータ機器４から送信される。終了信号は、オペレータが入力装置４０２を操作することで、リモートコンピュータ機器４からコントローラ２７に送信される。終了信号を受信すると、コントローラ２７は、自動制御モードを終了する。自動制御モードが終了すると、コントローラ２７は、作業機械１のエンジン２４を停止させる。また、運搬車両２のコントローラ６１は、終了信号を受信すると、運搬車両２を停止させる。

図１２に示すように、作業機械１の周囲に人１００が侵入すると、ステップＳ１０５において、コントローラ２７が人１００の存在を検出する。コントローラ２７が人１００の存在を検出したときには、処理はステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、コントローラ２７は、出力装置に警報を出力させるように警報信号を出力する。本実施形態では、出力装置は、リモートコンピュータ機器４である。リモートコンピュータ機器４は、警報信号を受信すると、警報を示すメッセージ、或いは、画像をディスプレイ４０１に表示する。リモートコンピュータ機器４は、警報信号を受信すると、警報を示す音声を出力してもよい。

なお、出力装置は、リモートコンピュータ機器４に限らず他の装置であってもよい。例えば、出力装置は、作業機械１に取り付けられた、或いは作業機械の１の外部に配置された警告灯、或いはスピーカーであってもよい。コントローラ２７は、人の存在を検出したときには、警告灯を点灯、或いは、スピーカーから警告音を発するように、指令信号を出力してもよい。

コントローラ２７は、ステップＳ１１０において出力装置に警報を出力させた後、ステップＳ１０９において、終了信号を受信したかを判定する。終了信号を受信したときには、コントローラ２７は、自動制御モードを停止させる。終了信号を受信しないときには、コントローラ２７は、自動制御モードを待機モードに維持する。

待機モードにおいて、作業機械１の周囲に人の存在を検出したときには、コントローラ２７は、運搬車両２の接近を検出しても、自動制御モードを積込モードに遷移させずに、待機モードに維持する。なお、後述する積込モード中に、人の存在を検出したときには、コントローラ２７は、作業機１２及び旋回体１３の動作を停止させる。なお、コントローラ２７は、人の存在を検出したときには、待機モードと積込モードとのいずれにおいても、運搬車両２を停止させる指令信号を運搬車両２のコントローラ６１に送信してもよい。

次に、積込モードでの処理について説明する。コントローラ２７は、積込モードにおいて、所定の掘削位置Ｌ１で作業機１２による掘削を行い、掘削位置Ｌ１から積込位置Ｌ２に向けて旋回体１３と旋回させ、積込位置Ｌ２で作業機１２から排土することで、積込作業を行う。

図７に示すように、積込モードでは、ステップＳ２０１において、コントローラ２７は、地形を計測する。ここでは、図１３に示すように、地形センサ３５が、作業機械１の側方に位置する掘削位置Ｌ１の地形を計測する。コントローラ２７は、地形センサ３５が計測した掘削位置Ｌ１の地形を示す地形データを取得する。なお、コントローラ２７は、旋回体１３が停止しているのか、或いは動作しているのかを判定し、旋回体１３が停止していると判定したときに、地形センサ３５による地形の計測を行ってもよい。

ステップＳ２０２では、コントローラ２７は、掘削量を確保可能かを判定する。ここでは、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置で作業機１２及び旋回体１３を動作させたときに、所定量以上の素材を掘削により取得できるかを判定する。例えば、図２１に示すように、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置で作業機１２及び旋回体１３を動作させたときの作業機１２の軌跡と、地形データが示す掘削位置Ｌ１の地形とから、現在の位置で掘削可能な素材の量を算出する。図２１においては、作業機１２を動作させたときに掘削可能な範囲にハッチングが付されている。そして、コントローラ２７は、掘削可能な素材の量が所定量以上であるときに、掘削量を確保可能と判定する。コントローラ２７が掘削量を確保不可能と判定したときには、処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、コントローラ２７は、作業機械１の位置を調整する。例えば、コントローラ２７は、作業機械１を所定距離、前後に移動させる。そして、ステップＳ２０１において、コントローラ２７は再び地形を計測し、ステップＳ２０２において、掘削量を確保可能かを判定する。

ステップＳ２０２において、コントローラ２７が掘削量を確保可能と判定したときには、処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、コントローラ２７は、これから運搬車両２に積み込むことのできる素材の重量（以下、「積込可能重量」と呼ぶ）を計算する。コントローラ２７は、運搬車両２に積み込み可能な素材の最大積載重量を記憶している。コントローラ２７は、最大積載重量と既に運搬車両２に積み込まれた素材の重量（以下、「積込量」と呼ぶ）とに基づいて、積込可能重量を算出する。

後述のように、コントローラ２７は、掘削によって抱え込まれたバケット１９内の素材の重量を算出可能であり、コントローラ２７は、運搬車両２への排土ごとにバケット１９内の素材の重量を積算することで、運搬車両２への積込量を把握することができる。なお、初回掘削時は、運搬車両２への積み込み量はゼロとなる。

ステップＳ２０５では、コントローラ２７は、掘削計画を立てる。図２２は、コントローラ２７における掘削計画の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ５０１において、コントローラ２７は、バケット１９で一回に掘削可能な素材の重量（以下、「掘削重量」と呼ぶ）よりも積込可能重量が大きいかを判定する。コントローラ２７は、バケット１９で一回に搬送可能な素材の体積（以下、「掘削体積」と呼ぶ）を記憶している。コントローラ２７は、後述するように素材の密度（土質の一例）を算出し、素材の密度に掘削体積を乗算することによって、掘削重量を算出する。なお、１回目の掘削の実行時には、密度は所定の初期値であってもよい。

ステップＳ５０１において、掘削重量よりも積込可能重量が大きいとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ５０２に進む。ステップＳ５０２では、コントローラ２７は、掘削体積を目標体積に決定する。目標体積とは、作業機１２によって運搬する素材の体積である。

ステップＳ５０１において、掘削重量よりも積込可能重量が大きくないとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ５０３に進む。ステップＳ５０３では、コントローラ２７は、積込可能重量を素材の密度で除した値を目標体積に決定する。

ステップＳ５０４において、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置と地形データと目標体積とから、掘削経路ＰＡ１を決定する。掘削経路ＰＡ１は、作業機１２の刃先の目標掘削軌跡である。コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置と地形データとから、作業機１２によって掘削される素材の量が目標体積と一致するように、掘削経路ＰＡ１を決定する。

図２３は、現在の地形Ｔ１の断面と掘削経路ＰＡ１との一例を示す図である。コントローラ２７は、作業対象である現在の地形Ｔ１の目標地形Ｗ１を示す目標地形データを記憶している。現在の地形Ｔ１は、地形センサ３５によって取得することができる。また、目標地形Ｗ１として、現在の地形Ｔ１の頂部を通り、水平面に対して所定の角度（例えば安息角）を有する直線を用いてもよい。

コントローラ２７は、目標地形Ｗ１と現在の地形Ｔ１とに基づいて、掘削開始位置Ｓ１を決定する。例えば、コントローラ２７は、目標地形Ｗ１に垂直な方向において、現在の地形Ｔ１のうち目標地形Ｗ１から最も離れた位置を掘削開始位置Ｓ１に設定する。次に、コントローラ２７は、掘削開始位置Ｓ１を中心とする半径Ｘ１の円弧ＣＡ１と現在の地形Ｔ１との交点を掘削終了位置Ｅ１に設定する。次に、半径Ｘ１に所定比率を乗算することによって、長さＸ１に対応する深さＹ１を求める。そして、半径Ｘ１と深さＹ１とで規定される円弧であって、かつ、現在の地形Ｔ１の表面と当該円弧との間の体積（図２３においてハッチングを付した部分）が目標体積に一致する円弧を、掘削経路ＰＡ１に決定する。深さＹ１を求めるための所定比率は、シミュレーション結果から掘削効率が最大となる値に予め設定することができる。掘削経路ＰＡ１は、掘削開始位置Ｓ１と掘削終了位置Ｅ１とを含む。掘削開始位置Ｓ１と掘削終了位置Ｅ１とは、地形Ｔ１の表面と掘削経路ＰＡ１との交点である。

ステップＳ５０５において、コントローラ２７は、地形データに基づいて、排土待姿勢における作業機１２の刃先の位置（以下、「現在位置Ｓ２」と呼ぶ）から掘削開始位置Ｓ１までを結ぶ旋回経路ＰＢ１を決定する。旋回経路ＰＢ１は、作業機１２の刃先の目標旋回軌跡である。図２４は、図１４に示すＸ方向から作業機械１及び掘削位置Ｌ１を見た側面図である。コントローラ２７は、作業機１２の刃先が現在の地形Ｔ１に接触しないように旋回経路ＰＢ１を決定する。旋回経路ＰＢ１は、掘削開始位置Ｓ１と、途中点ＭＰと、現在位置Ｓ２とを含む。途中点ＭＰは、例えば、掘削開始位置Ｓ１と現在位置Ｓ２との間の区間において、地形Ｔ１よりも一定高さ上方の点として設定される。途中点ＭＰは、地形Ｔ１の形状に応じて、複数設定されることもある。

コントローラ２７は、現在位置Ｓ２と掘削開始位置Ｓ１とに基づいて、作業機１２の刃先を現在位置Ｓ２から掘削開始位置Ｓ１まで移動させるために必要となる旋回体１３の旋回角度（以下、「目標旋回角度」と呼ぶ）ＴＡ１を決定する。

以上のステップＳ５０１－Ｓ５０５によって掘削計画の処理（ステップＳ２０５）は完了して、処理はステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、コントローラ２７は、自動ダウン旋回を実行する。ここでは、図１４に示すように、コントローラ２７は、掘削計画において決定した旋回経路ＰＢ１に従って作業機１２の刃先が移動するように、作業機１２及び旋回体１３を制御する。具体的には、コントローラ２７は、旋回体１３を目標旋回角度ＴＡ１だけ旋回させつつ、作業機１２を動作させながら、現在位置Ｓ２から掘削開始位置Ｓ１に向かって作業機１２の刃先を移動させる。

ステップＳ２０７では、コントローラ２７は、自動掘削を実行する。ここでは、コントローラ２７は、掘削計画において決定した掘削経路ＰＡ１に従って作業機１２の刃先が移動するように、作業機１２を制御する。

ステップＳ２０８では、コントローラ２７は、作業機械１の位置データを補正する。ここでは、コントローラ２７は、位置センサ３３と作業機センサ３４ａ－３４ｃと旋回角度センサ３９とから作業機械１の位置データと作業機１２の姿勢データと旋回角度データとを再度取得して、ステップＳ１０２で取得した作業機械１の位置を補正する。

ステップＳ２０９では、コントローラ２７は、排土計画を立てる。ここでは、コントローラ２７は、現在の作業機械１の位置と運搬車両２の荷台位置とから、目標旋回角度ＴＡ２と排土位置Ｐ１とを決定する。排土位置Ｐ１は、排土待姿勢での作業機１２の刃先の位置を示す。運搬車両２の荷台位置は、運搬車両２が積込位置Ｌ２に位置している状態での荷台５３の位置を示す。コントローラ２７は、予め決定された荷台位置を記憶していてもよい。或いは、コントローラ２７は、積込位置Ｌ２と運搬車両２の車両寸法データとから、荷台位置を算出してもよい。コントローラ２７は、荷台５３に向かって作業機１２が正対し、且つ、刃先が荷台５３よりも所定距離上方に位置するように、排土位置Ｐ１を決定する。

ステップＳ２１０では、コントローラ２７は、自動ホイスト旋回を実行する。ここでは、図１５に示すように、コントローラ２７は、排土位置Ｐ１に向けて、目標旋回角度ＴＡ２分、旋回体１３を旋回させると共に、作業機１２の刃先を排土位置Ｐ１に向けて上昇させる。

ステップＳ２１１では、コントローラ２７は、作業機１２が掘削してバケット１９が抱えている素材の重量を計測する。ここでは、コントローラ２７は、作業機１２にかかる負荷を示す負荷データを、負荷センサ３２ａ－３２ｃから取得する。コントローラ２７は、負荷データに基づいて、バケット１９が抱えている素材の重量を取得することができる。或いは、コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃのうちブームシリンダ２１にかかる負荷を検出する負荷センサ３２ａから受信する負荷データのみに基づいて、バケット１９が抱えている素材の重量を取得してもよい。

また、コントローラ２７は、掘削前の地形データと、掘削経路ＰＡ１と、バケット１９が抱えている素材の重量とから、素材の密度を算出する。従って、コントローラ２７は、掘削前の地形データと掘削経路ＰＡ１とに基づいて、作業機１２が掘削した素材の体積を算出することができる。コントローラ２７は、算出した素材の体積で素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。

図８に示すステップＳ３０１では、コントローラ２７は、作業機械１の状態を判定する。ここでは、コントローラ２７は、作業機械１が動作中であるのか、停止しているのかを判定する。コントローラ２７は、走行体１４、旋回体１３、及び作業機１２の少なくとも１つが動作しているときには、作業機械１が動作中であると判定する。コントローラ２７は、作業機１２の刃先が排土位置Ｐ１に到達しており、走行体１４、旋回体１３、及び作業機１２の全て停止しているときに、作業機械１が停止していると判定する。或いは、コントローラ２７は、旋回体１３と走行体１４とが停止しているときに、作業機械１が停止していると判定してもよい。

作業機械１が停止しているときには、コントローラ２７は、ステップＳ３０２において画像処理３を実行する。画像処理３では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて画像認識技術により運搬車両２を検出する。また、コントローラ２７は、ステップＳ３０３において、運搬車両２と通信を行う。ここでは、ステップＳ１０７と同様に、コントローラ２７は、運搬車両２の位置データと荷台データと旋回角度データとを、通信装置３８を介して受信する。

そして、ステップＳ３０４において、コントローラ２７は、運搬車両２の状態を判定する。ここでは、コントローラ２７は、運搬車両２が動作中であるのか、積込位置Ｌ２で停止しているのかを判定する。コントローラ２７は、運搬車両２が走行しているか、或いは、荷台５３が旋回しているときには運搬車両２が動作中であると判定する。コントローラ２７は、図１６に示すように運搬車両２が積込位置Ｌ２に停車しており、且つ、荷台５３が旋回せず停止しているときに、運搬車両２が停止していると判定する。

ステップＳ３０１において、作業機械１が停止しているときには、ステップＳ３０４において、コントローラ２７は、画像処理３と、運搬車両２の位置データとに基づいて、運搬車両２の状態を判定する。従って、第１カメラ３６と位置センサ６３とは、運搬車両２の動作を検出する検出装置に相当する。コントローラ２７は、第１画像データによって運搬車両２が停止しているかを判定する。また、コントローラ２７は、運搬車両２の位置データによって運搬車両２が停止しているかを判定する。すなわち、第１画像データと運搬車両２の位置データとは、運搬車両２の動作を示す動作データに相当する。

例えば、コントローラ２７は、画像処理３及び運搬車両２の位置データとの両方によって運搬車両２の停止が検出されたときに、運搬車両２が停止していると判定してもよい。コントローラ２７は、画像処理３及び運搬車両２の位置データとの少なくとも一方によって、運搬車両２の動作が検出されたときに、運搬車両２が動作中であると判定してもよい。

一方、ステップＳ３０１において、作業機械１が動作中であるときには、コントローラ２７は、ステップＳ３０５において運搬車両２の位置データを取得し、ステップ３０４において、運搬車両２の位置データのみによって運搬車両２の状態を判定する。

ステップ３０４において運搬車両２が動作中であるときには、処理はステップＳ３０１に戻る。ステップ３０４において運搬車両２が停止しているときには、処理はステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、コントローラ２７は、画像処理４を実行する。画像処理４では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて画像認識技術により運搬車両２の荷台位置を検出する。

図２５は、運搬車両２が積込位置Ｌ２に停車したときに、第１カメラ３６によって撮影された画像の一例を示す図である。図２５に示すように、第１画像データが示す画像は、運搬車両２の荷台５３を含む。第１画像データが示す画像に荷台５３が含まれるときには、コントローラ２７は、画像中の荷台５３を認識して荷台位置を検出する。

ステップＳ３０７では、コントローラ２７は、荷台位置の誤差を判定する。コントローラ２７は、コントローラ２７が記憶している荷台位置と、ステップＳ３０６で検出した荷台位置との偏差を算出する。コントローラ２７は、偏差が所定の閾値以上であるときに、誤差が大きいと判定する。荷台位置の誤差が大きいときには、処理はステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８では、コントローラ２７は、排土位置Ｐ１を修正する。ここでは、コントローラ２７は、ステップＳ２０９において決定した排土位置Ｐ１を、ステップＳ３０７で算出した偏差に基づいて修正する。ステップＳ３０７において荷台位置の誤差が小さいときには、排土位置Ｐ１の修正を行わずに、処理はステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９では、コントローラ２７は、自動排土を実行する。ここでは、コントローラ２７は、バケット１９が抱えている素材を荷台５３上に排出するように、作業機１２を動作させる。ステップＳ３１０では、コントローラ２７は、荷台位置を更新する。コントローラ２７は、記憶している荷台位置を、ステップＳ３０６で検出した荷台位置に更新する。

図９に示すステップＳ４０１では、コントローラ２７は、積込が終了したかを判定する。コントローラ２７は、荷台５３への素材の積込量が最大積載重量に達したときに、積込が終了したと判定する。コントローラ２７は、負荷データから積込量を算出する。詳細には、コントローラ２７は、負荷データから掘削した素材の重量を算出する。コントローラ２７は、荷台５３に積み込まれた素材の重量の合計値を積込量として算出する。

ステップＳ４０１において、積込が終了していないとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ２０１に戻る。そして、ステップＳ２０１からステップＳ２１１の処理、及び、ステップＳ３０１からステップＳ３１０の処理が繰り返される。それにより、素材の掘削と運搬車両２への積込とが繰り返される。

なお、２回目以降の掘削が行われるときも、コントローラ２７は、ステップＳ２０１における地形の計測を改めて行い、地形センサ３５が取得した新たな地形データによって、地形データを更新する。また、コントローラ２７は、ステップＳ２１１における素材の重量の計測を再度行い、新たに計測した素材の重量と体積とから、素材の密度を算出して更新する。

ステップＳ４０１において、積込が終了したとコントローラ２７が判定したときには、処理はステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では、図１７に示すように、コントローラ２７は、運搬車両２に積込位置Ｌ２からの離脱指令を送信する。運搬車両２は、離脱指令を受信すると、積込位置Ｌ２からダンプ位置Ｌ３に向かって移動を開始する。

ステップＳ４０３では、コントローラ２７は、画像処理２を実行する。ステップＳ１０６と同様に、画像処理２では、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて、画像認識技術により、旋回体１３の前方における運搬車両２の存在を検出する。また、ステップＳ４０４において、コントローラ２７は、運搬車両２と通信を行い、運搬車両２の位置データを取得する。ここでは、ステップＳ３０３及びステップＳ３０５と同様に、コントローラ２７は、運搬車両２の位置データを通信装置３８を介して受信する。

次にステップＳ４０５では、コントローラ２７は、離脱が完了したかを判定する。コントローラ２７は、画像処理２と運搬車両２の位置データとに基づいて、離脱が完了したかを判定する。図１８に示すように、コントローラ２７は、運搬車両２が作業機械１から所定距離以上、離れたことを検出したときに、離脱が完了したと判定する。

例えば、コントローラ２７は、第１画像データに基づいて、作業機械１と運搬車両２との間の距離を算出する。コントローラ２７は、位置データに基づいて、作業機械１と運搬車両２との間の距離を算出する。コントローラ２７は、第１画像データから算出した距離と、位置データから算出した距離との両方が所定の閾値以上であるときに、運搬車両２が積込位置Ｌ２から離脱したと判定してもよい。或いは、コントローラ２７は、第１画像データから算出した距離と、位置データから算出した距離との少なくとも一方が所定の閾値以上であるときに、運搬車両２が積込位置Ｌ２から離脱したと判定してもよい。

ステップＳ４０５において、コントローラ２７が、離脱が完了していないと判定したときには、処理はステップＳ４０３に戻る。ステップＳ４０５において、コントローラ２７が、離脱が完了したと判定したときには、処理はステップＳ１０９に戻る。すなわち、コントローラ２７が、離脱が完了したと判定したときには、コントローラ２７は、積込モードを終了して、自動制御モードを待機モードに遷移させる。

以上説明した本実施形態に係る作業機械１のコントローラ２７は、地形データと掘削経路ＰＡ１とに基づいて、バケット１９が抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。従って、地形データと掘削経路ＰＡ１とから容易に素材の体積を算出できるため、素材の密度を簡便かつ精度良く取得することができる。

コントローラは、運搬車両２に積み込むことのできる素材の積込可能重量と素材の密度とに基づいて作業機１２によって運搬する素材の目標体積を算出し、算出した目標体積と地形データとに基づいて次の掘削経路ＰＡ１を決定する。従って、精度よく、且つ、効率よく掘削を行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

作業機械１は、油圧ショベルに限らず、ホイールローダ、或いはモータグレーダ等の他の機械であってもよい。作業機械１の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。作業機械１は、電動モータで駆動される車両であってもよい。例えば、走行体１４及び／又は旋回体１３は、電動モータで駆動されてもよい。作業機１２の構成が変更されてもよい。例えば、作業機１２は、バケット１９に限らず、グラップル、フォーク、リフティングマグネットなどの他の積込用アタッチメントを含んでもよい。

運搬車両２は、ダンプトラック以外の車両であってもよい。運搬車両２の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、運搬車両２は、電動モータで駆動される車両であってもよい。例えば、走行体１４及び／又は荷台５３は、電動モータで駆動されてもよい。運搬車両２の荷台５３は旋回不能であってもよい。運搬車両２の走行体５２は、履帯ではなく、タイヤを備えてもよい。運搬車両２は自動制御ではなく、オペレータによって手動で運転されてもよい。

作業機械１及び運搬車両２に備えられる各種のセンサの構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、地形センサ３５は、旋回体１３の側部以外の部分に配置されてもよい。地形センサ３５は、ライダに限らず、レーダーなどの他のセンシング装置であってもよい。或いは、地形センサ３５はカメラであり、コントローラ２７は、カメラが撮影した画像を解析することで、地形を認識してもよい。

第１カメラ３６は、旋回体１３の前部以外の部分に配置されてもよい。第２カメラ３７は、旋回体１３の両側部及び後部以外の部分に配置されてもよい。第２カメラの数は３つに限らず、３つより少ない、或いは３つより多くてもよい。

コントローラ２７は、一体に限らず、複数のコントローラ２７に分かれていてもよい。コントローラ２７によって実行される処理は、複数のコントローラ２７に分散して実行されてもよい。その場合、複数のコントローラ２７の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。

作業機械１のコントローラ２７と運搬車両２のコントローラ６１とは、互いに直接的に通信するのではなく、他のコントローラを介して通信してもよい。コントローラ２７によって実行される自動制御モードの処理は、上述した実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、待機モードでの処理が変更されてもよい。積込モードでの処理が変更されてもよい。

上記の実施形態では、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとの両方を用いて、運搬車両２の接近及び離脱を判定している。しかし、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとのいずれか一方のみを用いて、運搬車両２の接近、及び／又は、離脱を判定してもよい。

上記の実施形態では、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとの両方を用いて、荷台５３の位置を検出している。しかし、コントローラ２７は、第１画像データと運搬車両２の位置データとのいずれか一方のみを用いて、荷台５３の位置を検出してもよい。

上記の実施形態では、コントローラ２７は、負荷センサ３２ａ－３２ｃが検出した負荷データによって積込可能重量を算出している。しかし、コントローラ２７は、第１画像データが示す荷台５３の画像に基づいて、積込可能重量を算出してもよい。コントローラ２７は、第１画像データが示す荷台５３の画像から、荷台５３に積み込まれた素材の量を検出して、積み込まれた素材の量から積込可能重量を算出してもよい。

上記の実施形態では、コントローラ２７は、作業機１２の現在位置Ｓ２から掘削開始位置Ｓ１までを結ぶように旋回経路ＰＢ１を決定している。しかし、コントローラ２７は、掘削開始位置Ｓ１の上方に移動目標位置を設定し、現在位置Ｓ２から移動目標位置までを結ぶように旋回経路ＰＢ１を決定してもよい。鉛直方向における掘削開始位置Ｓ１と移動目標位置との間隔は、所定値（例えば、２０ｃｍ程度）に予め設定しておくことができる。このように、旋回経路ＰＢ１の帰着点を、掘削開始位置Ｓ１から鉛直方向上方にオフセットした移動目標位置に設定することによって、岩などの障害物に作業機１２が当たることを抑制できる。

上記の実施形態では、目標掘削軌跡としての掘削経路ＰＡ１を用いてバケット１９内の素材の体積を求めたが、これに限定されない。例えば、実際に掘削したときのバケット１９（具体的には、刃先）の位置から実掘削経路を算出し、実掘削経路を用いてバケット１９内の素材の体積を算出してもよい。この場合、コントローラ２７は、地形データと実掘削経路とに基づいて、バケット１９が抱えている素材の体積を算出し、算出した素材の体積で素材の重量を除すことによって、素材の密度を算出する。

上記の実施形態では、コントローラ２７は、素材の目標体積を決定するために、素材の土質の一例として、素材の密度を算出することとしたが、これに限られない。コントローラ２７は、素材の密度に代えて、素材の粘度及び硬さの少なくとも一方を算出してもよい。素材の粘度及び硬さは、それぞれ、目標掘削軌跡としての掘削経路ＰＡ１と、実際に掘削したときの実掘削経路との差に基づいて算出することができる。コントローラ２７は、掘削時のバケット１９の位置に基づいて、実掘削経路を取得することができる。

本発明によれば、作業機械による積込作業を自動制御によって行うと共に、作業効率を向上させることができる。

１ 作業機械
２ 運搬車両
１２ 作業機
１３ 旋回体
２７ コントローラ
３３ 位置センサ
３５ 地形センサ
３６ 第１カメラ

Claims (6)

1. 運搬車両に素材を積み込む作業機械であって、
   バケットを有する作業機と、
   地形を計測する地形センサと、
   前記バケットによる掘削経路を取得し、前記バケットが抱えている素材の重量を計測するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、前記地形センサが計測した前記地形を示す地形データと前記掘削経路とに基づいて、前記バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した前記素材の体積で計測した前記素材の重量を除すことによって、前記素材の密度を算出する、
   作業機械。
2. 前記コントローラは、前記運搬車両へ積み込むことのできる素材の重量と前記素材の密度とに基づいて前記作業機によって運搬する素材の目標体積を算出し、算出した前記目標体積と前記地形データとに基づいて前記掘削経路を取得する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記コントローラは、掘削時の前記バケットの位置に基づいて、前記掘削経路を取得する、
   請求項１に記載の作業機械。
4. 前記コントローラは、前記掘削経路に従って前記バケットが移動するように、前記作業機を制御する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の作業機械。
5. 作業機械を制御するためにコントローラによって実行される方法であって、
   前記作業機械付近の地形を示す地形データを取得することと、
   作業機が有するバケットによる掘削経路を取得することと、
   前記掘削経路と前記地形データとに基づいて、前記バケットが抱えている素材の体積を算出することと、
   前記バケットが抱えている素材の重量を計測することと、
   算出した前記素材の体積で計測した前記素材の重量を除すことによって、前記素材の密度を算出することと、
   を備える方法。
6. 作業機械を制御するためのシステムであって、
   前記作業機械は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサとを備え、
   前記システムは、前記バケットによる掘削経路を取得し、前記バケットが抱えている素材の重量を計測するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記地形センサが計測した前記地形を示す地形データと前記掘削経路とに基づいて、前記バケットが抱えている素材の体積を算出し、算出した前記素材の体積で計測した前記素材の重量を除すことによって、前記素材の密度を算出する、
   システム。

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