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WO2020044837A1 - 積込機械の制御装置および制御方法 - Google Patents

積込機械の制御装置および制御方法 Download PDF

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Publication number
WO2020044837A1
WO2020044837A1 PCT/JP2019/028267 JP2019028267W WO2020044837A1 WO 2020044837 A1 WO2020044837 A1 WO 2020044837A1 JP 2019028267 W JP2019028267 W JP 2019028267W WO 2020044837 A1 WO2020044837 A1 WO 2020044837A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
loading
bucket
revolving
operation signal
unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/028267
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
知樹 根田
一尋 畠
Original Assignee
株式会社小松製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小松製作所 filed Critical 株式会社小松製作所
Priority to DE112019002957.6T priority Critical patent/DE112019002957T5/de
Priority to CN201980047692.6A priority patent/CN112513377B/zh
Priority to US16/973,585 priority patent/US11976438B2/en
Publication of WO2020044837A1 publication Critical patent/WO2020044837A1/ja

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
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    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/439—Automatic repositioning of the implement, e.g. automatic dumping, auto-return
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
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    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
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    • E02F9/2004—Control mechanisms, e.g. control levers
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    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2041—Automatic repositioning of implements, i.e. memorising determined positions of the implement
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices

Definitions

  • the present invention relates to a control device and a control method for a loading machine.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2018-163417, filed on August 31, 2018, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a technique relating to automatic loading control of a loading machine.
  • Automatic loading control means that a control device receives designation of a loading point from an operator of the loading machine or the like, and the control device controls the operations of the loading machine and the working machine to move the bucket to the loading point. Control.
  • the control device stores the time series of the position of the work implement in advance, and operates the work implement in accordance with the time series.
  • An object of the present invention is to provide a control device and a control method of a loading machine capable of reducing a cycle time in automatic loading control.
  • a control device for a loading machine is a control device for a loading machine that includes a revolving unit that pivots around a pivot center, and a work implement that has a bucket and is attached to the revolving unit.
  • An operation signal input unit for receiving an input of a loading instruction signal from an operator, and, when receiving the loading instruction signal, moving the bucket to a loading position above a loading target.
  • An operation signal output unit that outputs an unloading operation signal for discharging the bucket to the azimuth direction.
  • control device of the loading machine can reduce the cycle time in the automatic loading control.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a control device according to the first embodiment. It is a figure showing an example of a course of a bucket concerning a 1st embodiment.
  • 4 is a flowchart illustrating an automatic loading control method according to the first embodiment. 4 is a flowchart illustrating an automatic loading control method according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the loading machine according to the first embodiment.
  • the loading machine 100 is a working machine that loads earth and sand to a loading point such as a transport vehicle.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment is a hydraulic shovel.
  • the loading machine 100 according to another embodiment may be a loading machine other than a hydraulic shovel.
  • the loading machine 100 shown in FIG. 1 is a backhoe shovel, but may be a face shovel or a rope shovel.
  • the loading machine 100 includes a traveling body 110, a revolving body 120 supported by the traveling body 110, and a working machine 130 that is operated by hydraulic pressure and supported by the revolving body 120.
  • the revolving superstructure 120 is supported so as to be pivotable about the pivot center.
  • the work machine 130 includes a boom 131, an arm 132, a bucket 133, a boom cylinder 134, an arm cylinder 135, a bucket cylinder 136, a boom angle sensor 138, an arm angle sensor 139, and a bucket angle sensor 140.
  • the base end of the boom 131 is attached to the swing body 120 via a pin.
  • the arm 132 connects the boom 131 and the bucket 133.
  • the proximal end of the arm 132 is attached to the distal end of the boom 131 via a pin.
  • the bucket 133 includes a blade for excavating earth and sand and the like and a container for transporting the excavated earth and sand.
  • the proximal end of the bucket 133 is attached to the distal end of the arm 132 via a pin.
  • the boom cylinder 134 is a hydraulic cylinder for operating the boom 131.
  • the base end of the boom cylinder 134 is attached to the swing body 120.
  • the tip of the boom cylinder 134 is attached to the boom 131.
  • the arm cylinder 135 is a hydraulic cylinder for driving the arm 132.
  • the base end of the arm cylinder 135 is attached to the boom 131.
  • the tip of the arm cylinder 135 is attached to the arm 132.
  • the bucket cylinder 136 is a hydraulic cylinder for driving the bucket 133.
  • the base end of the bucket cylinder 136 is attached to the arm 132.
  • the tip of the bucket cylinder 136 is attached to a link mechanism for rotating the bucket 133.
  • the boom angle sensor 138 measures the stroke amount of the boom cylinder 134.
  • the stroke amount of the boom cylinder 134 can be converted into an inclination angle of the boom 131 with respect to the rotating body 120.
  • the inclination angle with respect to the rotating body 120 is also referred to as an absolute angle. That is, the stroke amount of the boom cylinder 134 can be converted into the absolute angle of the boom 131.
  • the arm angle sensor 139 measures the stroke amount of the arm cylinder 135.
  • the stroke amount of the arm cylinder 135 can be converted into a tilt angle of the arm 132 with respect to the boom 131.
  • the inclination angle of the arm 132 with respect to the boom 131 is also referred to as a relative angle of the arm 132.
  • the bucket angle sensor 140 measures the stroke amount of the bucket cylinder 136.
  • the stroke amount of the bucket cylinder 136 can be converted into an inclination angle of the bucket 133 with respect to the arm 132.
  • the inclination angle of the bucket 133 with respect to the arm 132 is also referred to as a relative angle of the bucket 133.
  • the loading machine 100 includes an angle sensor that detects an inclination angle with respect to the ground plane or an inclination angle with respect to the revolving unit 120, instead of the boom angle sensor 138, the arm angle sensor 139, and the bucket angle sensor 140. May be provided.
  • An operator cab 121 is provided on the revolving superstructure 120. Inside the cab 121, a driver's seat 122 for an operator to sit down, an operating device 123 for operating the loading machine 100, and a detecting device 124 for detecting a three-dimensional position of an object existing in a detecting direction. Is provided.
  • the operating device 123 responds to the operation of the operator by raising and lowering the boom 131, pushing and pulling the arm 132, dumping and excavating the bucket 133, and turning the swivel body 120. Is generated and output to the control device 128.
  • the operation device 123 generates a loading instruction signal for causing the work implement 130 to start automatic loading control in response to an operation of the operator, and outputs the signal to the control device 128.
  • the operation device 123 includes, for example, a lever, a switch, and a pedal.
  • the loading instruction signal is generated by operating an automatic control switch. For example, when the switch is turned on, a loading instruction signal is output.
  • the operation device 123 is arranged near the driver's seat 122.
  • the operation device 123 is located within an operable range of the operator when the operator sits on the driver's seat 122.
  • Examples of the detection device 124 include a stereo camera, a laser scanner, a UWB (Ultra Wide Band) distance measuring device, and the like.
  • the detection device 124 is provided, for example, so that the detection direction faces the front of the cab 121 of the loading machine 100.
  • the detection device 124 specifies the three-dimensional position of the target object in a coordinate system based on the position of the detection device 124.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment operates according to the operation of the operator sitting in the driver's seat 122, but is not limited to this in other embodiments.
  • the loading machine 100 according to another embodiment may be operated by transmitting an operation signal or a loading instruction signal by a remote operation of an operator operating outside the loading machine 100.
  • the loading machine 100 includes a position and orientation calculator 125, a tilt measuring device 126, a hydraulic device 127, and a control device 128.
  • the position and orientation calculator 125 calculates the position of the revolving superstructure 120 and the direction in which the revolving superstructure 120 faces.
  • the position and orientation calculator 125 includes two receivers that receive positioning signals from artificial satellites that make up the GNSS. The two receivers are installed at different positions on the revolving superstructure 120, respectively.
  • the position and orientation calculator 125 detects the position of the representative point (the origin of the shovel coordinate system) of the revolving unit 120 in the site coordinate system based on the positioning signal received by the receiver.
  • the position / azimuth calculator 125 uses the positioning signals received by the two receivers, calculates the azimuth of the revolving unit 120 as the relationship between the installation position of one receiver and the installation position of the other receiver.
  • the azimuth that the revolving unit 120 faces is the front direction of the revolving unit 120 and is equal to the horizontal component of the straight line extending from the boom 131 of the work implement 130 to the bucket 133.
  • the tilt measuring device 126 measures the acceleration and angular velocity of the revolving unit 120, and detects the attitude (for example, the roll angle and the pitch angle) of the revolving unit 120 based on the measurement result.
  • the inclination measuring device 126 is installed on the lower surface of the revolving unit 120, for example.
  • an inertial measurement device IMU: Inertial Measurement Unit
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the hydraulic device 127 includes a hydraulic oil tank, a hydraulic pump, and a flow control valve.
  • the hydraulic pump is driven by the power of an engine (not shown), and a traveling hydraulic motor (not shown) for traveling the traveling body 110 via a flow control valve, a swing hydraulic motor (not shown) for rotating the swing body 120, a boom cylinder 134, and an arm cylinder 135. , And the bucket cylinder 136.
  • the flow control valve has a rod-shaped spool, and adjusts the flow rate of hydraulic oil supplied to the traveling hydraulic motor, the swing hydraulic motor, the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 according to the position of the spool.
  • the spool is driven based on a control command received from the control device 128.
  • the amount of hydraulic oil supplied to the traveling hydraulic motor, the turning hydraulic motor, the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 is controlled by the control device 128.
  • the boom cylinder 134, the arm cylinder 135, and the bucket cylinder 136 are driven by hydraulic oil supplied from the common hydraulic device 127.
  • the control device 128 may adjust the rotation speed based on the tilt angle of the swash plate.
  • the control device 128 receives an operation signal from the operation device 123.
  • Control device 128 drives work implement 130, revolving unit 120, or traveling unit 110 based on the received operation signal.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a configuration of the control device according to the first embodiment.
  • the control device 128 is a computer including a processor 1100, a main memory 1200, a storage 1300, and an interface 1400.
  • the storage 1300 stores a program.
  • the processor 1100 reads the program from the storage 1300, expands the program in the main memory 1200, and executes processing according to the program.
  • Examples of the storage 1300 include an HDD, SSD, magnetic disk, magneto-optical disk, CD-ROM, DVD-ROM, and the like.
  • the storage 1300 may be an internal medium directly connected to the common communication line of the control device 128 or an external medium connected to the control device 128 via the interface 1400.
  • the storage 1300 is a non-transitory tangible storage medium.
  • the processor 1100 executes the vehicle information acquisition unit 1101, the detection information acquisition unit 1102, the operation signal input unit 1103, the bucket position identification unit 1104, the loading position identification unit 1105, the avoidance position identification unit 1106, and the movement processing unit 1107 by executing the program. , A discharge start direction calculation unit 1108, an area determination unit 1109, and an operation signal output unit 1110.
  • the vehicle information acquiring unit 1101 acquires the turning speed, the position, and the azimuth of the revolving unit 120, the inclination angles of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, and the posture of the revolving unit 120.
  • vehicle information information on the loading machine 100 acquired by the vehicle information acquisition unit 1101 is referred to as vehicle information.
  • the detection information acquisition unit 1102 acquires three-dimensional position information from the detection device 124, and specifies the position and shape of the loading target 200 (for example, a transport vehicle or a hopper).
  • the operation signal input unit 1103 receives an operation signal input from the operation device 123.
  • the operation signals include a raising operation signal and a lowering operation signal of the boom 131, a pushing operation signal and a pulling operation signal of the arm 132, a dump operation signal and an excavation operation signal of the bucket 133, a turning operation signal of the revolving unit 120, and a traveling of the traveling unit 110.
  • An operation signal and a loading instruction signal of the loading machine 100 are included.
  • the dump operation signal of the bucket 133 is an example of a discharge operation signal.
  • the bucket position identification unit 1104 determines the position P of the tip of the arm 132 in the shovel coordinate system and the height from the tip of the arm 132 to the lowest passing point of the bucket 133.
  • Hb is specified.
  • the lowermost passing point of the bucket 133 refers to a point where the cutting edge is located when the distance between the cutting edge and the ground surface becomes shortest during the dumping operation of the bucket 133. That is, the height Hb from the tip of the arm 132 to the lowest passing point of the bucket 133 matches the length from the pin at the base end of the bucket 133 to the cutting edge.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a path of a bucket according to the first embodiment.
  • the bucket position specifying unit 1104 specifies the position P of the tip of the arm 132 in the following procedure.
  • the bucket position specifying unit 1104 calculates the boom based on the absolute angle of the boom 131 obtained from the stroke amount of the boom cylinder 134 and the known length of the boom 131 (the distance from the pin at the base end to the pin at the tip end).
  • the position of the tip of 131 is determined.
  • the bucket position specifying unit 1104 calculates the absolute angle of the arm 132 based on the absolute angle of the boom 131 and the relative angle of the arm 132 obtained from the stroke amount of the arm cylinder 135.
  • the bucket position specifying unit 1104 determines the position of the distal end of the boom 131, the absolute angle of the arm 132, and the known length of the arm 132 (the distance from the pin at the proximal end to the pin at the distal end). The position P of the tip of the arm 132 is obtained.
  • the loading position specifying unit 1105 determines the loading position P13 based on the position and shape of the loading target 200 specified by the detection information acquisition unit 1102. Identify.
  • the loading position specifying unit 1105 changes the loading point P21 indicated by the position information of the loading target 200 from the on-site coordinate system to the shovel coordinate system based on the position, orientation, and attitude of the revolving unit 120 acquired by the vehicle information acquiring unit 1101. Convert.
  • the loading position specifying unit 1105 specifies the specified loading point P21 as the plane position of the loading position P13. That is, when the tip of the arm 132 is located at the loading position P13, the tip of the arm 132 is located above the loading point P21.
  • the loading point P21 examples include the center point of the vessel when the loading target 200 is a dump truck, and the center point of the opening when the loading target 200 is a hopper.
  • the loading position specifying unit 1105 includes, at the height Ht of the loading target 200, the height Hb from the tip of the arm 132 specified by the bucket position specifying unit 1104 to the lowest point of the bucket 133, and the control margin of the bucket 133.
  • the height of the loading position P13 is specified by adding the height.
  • the loading position specifying unit 1105 may specify the loading position P13 without adding the height of the control margin. That is, the loading position specifying unit 1105 may specify the height of the loading position P13 by adding the height Hb to the height Ht.
  • the height Ht according to the first embodiment is a height from the ground to the upper surface of the vessel.
  • the avoidance position specifying unit 1106 includes the loading position P13 specified by the loading position specifying unit 1105, the position of the loading machine 100 obtained by the vehicle information obtaining unit 1101, and the loading target 200 specified by the detection information obtaining unit 1102.
  • An interference avoiding position P12 which is a point at which the work implement 130 and the loading target 200 do not interfere with each other in plan view from above, is specified based on the position and the shape of the work implement 130.
  • the interference avoiding position P12 has the same height as the loading position P13, and the distance from the turning center of the revolving unit 120 is equal to the distance from the turning center to the loading position P13, and the loading target is located below. 200 is a non-existent position.
  • the avoidance position specifying unit 1106 specifies, for example, a circle centered on the turning center of the revolving unit 120 and having a radius equal to the distance between the turning center and the loading position P13. A position where the outer shape does not interfere with the loading target 200 in plan view from above and is closest to the loading position P13 is specified as an interference avoidance position P12.
  • the avoidance position identification unit 1106 can determine whether or not the loading target 200 and the bucket 133 interfere with each other based on the position and shape of the loading target 200 and the known shape of the bucket 133.
  • “same height” and “distance is equal” are not necessarily limited to those in which the heights or distances are completely identical, and some errors and margins are allowed.
  • the movement processing unit 1107 When the operation signal input unit 1103 receives the input of the loading instruction signal, the movement processing unit 1107 includes the loading position P13 specified by the loading position specifying unit 1105 and the interference avoiding position P12 specified by the avoiding position specifying unit 1106. , A rotation operation signal for moving the bucket 133 to the loading position P13 is generated. That is, the movement processing unit 1107 generates a rotation operation signal so as to reach the loading position P13 from the excavation completion position P10 via the turning start position P11 and the interference avoidance position P12. Further, the movement processing unit 1107 generates a rotation operation signal of the bucket 133 so that the ground angle of the bucket 133 does not change even when the boom 131 and the arm 132 are driven.
  • the operation signal generated by the movement processing unit 1107 is a signal for instructing driving with a drive amount related to the operation signal input to the operation signal input unit 1103 when the lever or pedal of the operation device 123 is operated with the maximum operation amount. It is.
  • the drive amount is, for example, the amount of hydraulic oil or the opening of the spool.
  • the operation signal generated by the movement processing unit 1107 may be a signal instructing driving with a driving amount larger than the driving amount related to the maximum operation amount. This is because, in the loading machine 100 related to manned driving, the maximum operation amount of the operating device 123 is limited due to the ride comfort of the operator, whereas the loading machine 100 related to the remote operation is limited due to the ride comfort of the operator. Because there is no.
  • the unloading start direction calculation unit 1108 is based on the position of the loading object 200, the revolving speed of the revolving unit 120, and the unloading delay time from the output time of the dump operation instruction of the bucket 133 to the time when the sediment starts to be discharged. Then, the earth discharging start direction D0 is calculated.
  • the discharging start direction D0 is a direction in which the earth and sand are discharged to the loading target 200 without spilling when the revolving unit 120 outputs a dump operation instruction when the revolving unit 120 faces the direction during the turning of the revolving unit 120. .
  • the unloading delay time of the bucket 133 is known for each type of the loading machine 100.
  • the discharge start direction calculation unit 1108 calculates the discharge start direction D0 in the following procedure. Based on the distance from the lowest point of the bucket 133 to the loading target 200, the earth discharge start direction calculation unit 1108 calculates the time required for the earth and sand to reach the loading target 200 from the bucket 133. The earth discharging start direction calculation unit 1108 calculates the earth discharging turning angle ⁇ by multiplying the turning speed by the sum of the earth discharging delay time and the earth and sand arrival time.
  • the unloading start direction calculation unit 1108 performs the unloading turn from the direction D1 to which the revolving unit 120 faces when the entire width of the cutting edge of the bucket 133 overlaps with the loading target 200 in a plan view from above, toward the near side in the turning direction.
  • the azimuth rotated by the angle ⁇ is calculated as the unloading start azimuth D0.
  • the area determination unit 1109 determines whether the azimuth of the revolving structure 120 is in the first area R1 in which the unloading operation is not performed or the second area R2 in which the unloading operation is performed.
  • the first region R1 is a region from the azimuth (starting azimuth) to which the revolving superstructure 120 faces when the input of the loading instruction signal is received to the unloading start azimuth D0.
  • the second region R2 is a region from the unloading start direction D0 to the direction (end point direction) to which the revolving superstructure 120 faces when the work implement 130 is located at the loading position P13.
  • the earth discharging start direction D0 is always located on the near side in the turning direction from the end point direction.
  • the operation signal output unit 1110 outputs the operation signal input to the operation signal input unit 1103 or the operation signal generated by the movement processing unit 1107. Specifically, the operation signal output unit 1110 outputs an operation signal related to the automatic control generated by the movement processing unit 1107 when the automatic loading control is being performed, and outputs the operation signal when the automatic loading control is not being performed. An operation signal related to the manual operation of the operator input to the input unit 1103 is output.
  • FIGS. 4 to 5 are flowcharts showing the automatic loading control method according to the first embodiment.
  • the control device 128 executes the automatic loading control shown in FIGS.
  • the vehicle information acquisition unit 1101 acquires the position and orientation of the swing body 120, the inclination angles of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, and the attitude of the swing body 120 (Step S1).
  • the vehicle information acquisition unit 1101 specifies the position of the center of rotation of the revolving unit 120 based on the acquired position and orientation of the revolving unit 120 (step S2).
  • the detection information acquisition unit 1102 acquires the three-dimensional position information of the loading target 200 from the detection device 124, and specifies the position and the shape of the loading target 200 from the three-dimensional position information (Step S3).
  • the bucket position identification unit 1104 determines the position P of the tip of the arm 132 at the time of input of the loading instruction signal and the lowest passage of the bucket 133 from the tip of the arm 132.
  • the height Hb up to the point is specified (step S4).
  • the bucket position specifying unit 1104 specifies the position P as the excavation completion position P10.
  • the loading position specifying unit 1105 converts the position information of the loading target 200 acquired by the detection information acquiring unit 1102 based on the position, the azimuth, and the posture of the revolving unit 120 acquired in step S1 from the site coordinate system to the shovel coordinate system. I do.
  • the loading position specifying unit 1105 specifies the plane position of the loading position P13 based on the position and shape of the loading target 200 specified by the detection information obtaining unit 1102 (Step S5). At this time, the loading position specifying unit 1105 determines the height Ht of the loading target 200, the height Hb from the tip of the arm 132 specified in step S4 to the lowest point of the bucket 133, and the control margin of the bucket 133.
  • the height of the loading position P13 is specified by adding the height of the minute (step S6).
  • the avoidance position specifying unit 1106 specifies a plane distance from the position of the turning center of the revolving unit 120 specified in Step S2 to the plane position of the loading position P13 (Step S7).
  • the avoidance position specifying unit 1106 is a position that is separated by a plane distance specified from the turning center, the outer shape of the bucket 133 does not interfere with the loading target 200 in plan view, and the position closest to the loading position P13 is It is specified as the interference avoidance position P12 (step S8).
  • the movement processing unit 1107 determines whether or not the position P of the tip of the arm 132 has reached the loading position P13 (Step S9). When the position P of the distal end of the arm 132 has not reached the loading position P13 (Step S9: NO), the movement processing unit 1107 determines whether the position P of the distal end of the arm 132 is near the interference avoidance position P12. Is determined (step S10). For example, the movement processing unit 1107 determines that the difference between the height of the tip of the arm 132 and the height of the interference avoidance position P12 is less than a predetermined threshold value, or the plane distance from the center of rotation of the revolving unit 120 to the tip of the arm 132 and the rotation.
  • step S10 It is determined whether or not the difference from the plane distance from the center to the interference avoidance position P12 is less than a predetermined threshold (step S10). If the position P of the distal end of the arm 132 is not near the interference avoidance position P12 (step S10: NO), the movement processing unit 1107 generates an operation signal for raising the boom 131 and the arm 132 to the height of the interference avoidance position P12. (Step S11). At this time, the movement processing unit 1107 generates an operation signal based on the positions and speeds of the boom 131 and the arm 132.
  • the movement processing unit 1107 calculates the sum of the angular velocities of the boom 131 and the arm 132 based on the generated operation signals of the boom 131 and the arm 132, and outputs an operation signal for rotating the bucket 133 at the same speed as the sum of the angular velocities. It is generated (step S12). Thereby, the movement processing unit 1107 can generate an operation signal that holds the ground angle of the bucket 133. In another embodiment, the movement processing unit 1107 determines that the ground angle of the bucket 133 calculated from the detection values of the boom angle sensor 138, the arm angle sensor 139, and the bucket angle sensor 140 is the ground angle at the start of the automatic control. An operation signal for rotating the bucket 133 so as to be equal to may be generated.
  • step S10 If the position P of the tip of the arm 132 is near the interference avoiding position P12 (step S10: YES), the movement processing unit 1107 does not generate operation signals for the boom 131, the arm 132, and the bucket 133. That is, when the position P of the distal end of the arm 132 is near the interference avoiding position P12, the movement processing unit 1107 prohibits the output of the operation signal of the work implement 130 for moving the work implement 130 to the loading point. .
  • the movement processing unit 1107 determines whether the turning speed of the revolving unit 120 is lower than a predetermined speed based on the vehicle information acquired by the vehicle information acquiring unit 1101 (Step S13). That is, the movement processing unit 1107 determines whether or not the revolving unit 120 is turning.
  • the movement processing unit 1107 determines that the height of the bucket 133 ranges from the height of the excavation completion position P10 to the height of the interference avoidance position P12. Is specified (step S14).
  • the movement processing unit 1107 When outputting the turning operation signal from the current time based on the rising time of the bucket 133, the movement processing unit 1107 causes the tip of the arm 132 to pass through the interference avoiding position P12 or a point higher than the interference avoiding position P12. It is determined whether or not (step S15). If the tip of the arm 132 passes through the interference avoiding position P12 or a point higher than the interference avoiding position P12 when the turning operation signal is output from the current time (step S15: YES), the movement processing unit 1107 turns. An operation signal is generated (step S16).
  • step S15 When the turning operation signal is output from the current time and the tip of the arm 132 passes through a point lower than the interference avoidance position P12 (step S15: NO), the movement processing unit 1107 does not generate the turning operation signal. . That is, when the tip of the arm 132 passes through a point lower than the interference avoidance position P12, the movement processing unit 1107 prohibits the output of the turning operation signal.
  • step S13 When the swing speed of the swing body 120 is equal to or higher than the predetermined speed (step S13: NO), the movement processing unit 1107 moves the tip of the arm 132 to the loading position P13 when the output of the swing operation signal is stopped from the current time. It is determined whether or not the arrival has been reached (step S17). After the output of the swing operation signal is stopped, the swing body 120 continues to swing by inertia while decelerating, and then stops. When the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the tip of the arm 132 reaches the loading position P13 (step S17: YES), the movement processing unit 1107 does not generate the turning operation signal.
  • step S17 when the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the tip of the arm 132 reaches the loading position P13, the movement processing unit 1107 prohibits the output of the turning operation signal. Thereby, the revolving superstructure 120 starts to decelerate.
  • step S17 when the output of the turning operation signal is stopped from the current time and the tip of the arm 132 stops before the loading position P13 (step S17: NO), the movement processing unit 1107 outputs the turning operation signal. Is generated (step S18).
  • the operation signal output unit 1110 When at least one of the turning operation signal of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133 and the turning operation signal of the revolving unit 120 is generated in the processing from step S9 to step S18, the operation signal output unit 1110 outputs the generated operation. A signal is output to the hydraulic device 127 (Step S19).
  • the unloading start direction calculation unit 1108 calculates the unloading start direction D0 based on the position of the loading object 200, the turning speed of the revolving unit 120, and the unloading delay time (step S20).
  • the area determination unit 1109 determines whether the azimuth of the revolving superstructure 120 is included in the second area R2 from the unloading start azimuth D0 to the end point azimuth (step S21).
  • the operation signal output unit 1110 does not output the dump operation signal of the bucket 133 to the hydraulic device 127.
  • Step S21 when the azimuth of the revolving superstructure 120 is included in the second region R2 (Step S21: YES), the operation signal output unit 1110 outputs a dump operation signal of the bucket 133 to the hydraulic device 127 (Step S22).
  • the height of the tip of the arm 132 is higher than the interference avoidance position P12. This is because in steps S15-S16, the movement processing unit 1107 determines that the height of the tip of the arm 132 is greater than or equal to the interference avoidance position P12 when the tip of the arm 132 is located at the interference avoidance position P12 in plan view from above. This is because a turning operation signal is generated so as to have a height.
  • the azimuth of the revolving body 120 is located closer to the turning direction than the unloading start direction D0.
  • the height of the tip of the arm 132 is not necessarily lower than the height of the interference avoidance position.
  • the time required to raise the height of the arm 132 to the height equal to or higher than the interference avoidance position P12 is determined by turning the revolving unit 120 until the tip of the arm 132 is located at the interference avoidance position P12 in a plan view from above. If the time is shorter than the time required for the rotation, the azimuth of the revolving body 120 may be included in the first region R1 when the height of the tip of the arm 132 rises to a height equal to or higher than the interference avoidance position P12.
  • vehicle information acquiring section 1101 acquires vehicle information (step S23). Thereby, vehicle information acquisition section 1101 can acquire the vehicle information after the operation based on the output operation signal.
  • Control device 128 returns the process to step S9, and repeatedly executes the generation of the operation signal.
  • step S9 YES
  • the control device 128 starts the turning body 120 to turn toward the loading position P13.
  • the tip of the arm 132 has not reached the height of the interference avoidance position P12, the raising of the boom 131 and the arm 132 is continued. While the tip of the arm 132 moves from the turning start position P11 to the interference avoidance position P12, the boom 131, the arm 132, and the bucket 133 are decelerated so that the height of the tip of the arm 132 becomes equal to the interference avoidance position P12.
  • the tip of the arm 132 When the tip of the arm 132 reaches the interference avoiding position P12, the driving of the boom 131 and the arm 132 is stopped. On the other hand, the swing body 120 continues to swing. That is, during the period from the interference avoiding position P12 to the loading position P13, the tip of the arm 132 moves only by turning the revolving unit 120 without driving the boom 131 and the arm 132. While the tip of the arm 132 is moving from the turning start position P11 to the loading position P13, the rotating body 120 is decelerated so that the position P of the tip of the arm 132 becomes equal to the loading position P13.
  • the revolving unit 120 faces the earth discharging start direction D0.
  • the control device 128 starts outputting the dump operation signal to the bucket 133.
  • the revolving superstructure 120 continues to rotate, and when the unloading delay time elapses from the output time of the dump operation signal, the bucket 133 starts rotating in the dumping direction, and sediment starts to be discharged from the bucket 133.
  • the azimuth of the revolving body 120 is closer to the turning direction than the azimuth D1 in which the width of the cutting edge of the bucket 133 overlaps with the loading target 200.
  • the earth and sand discharged from the bucket reaches the height of the loading target 200 after the earth and sand arrival time. Since the loading machine 100 discharges the earth and sand while turning, the earth and sand discharged from the bucket 133 draws a parabola having a tangential horizontal velocity component by inertia corresponding to the rotation speed, and the earth discharging start point It falls further in the turning direction. That is, the dumping start direction D0 is a direction in which the bucket 133 is deviated from immediately above the loading target 200. However, if the output of the dump operation signal is started when the revolving unit 120 faces the dumping start direction D0, the dumping delay will occur.
  • control device 128 can load the loaded object 200 without spilling earth and sand.
  • the loading machine 100 can load the earth and the sand scooped by the bucket 133 into the loading target 200.
  • the operator repeatedly performs excavation by the work implement 130 and automatic loading control by inputting a loading instruction signal so that the loading capacity of the loading target 200 does not exceed the maximum loading capacity.
  • the control device 128 of the loading machine 100 is configured such that, during the automatic loading control, when the revolving unit 120 faces the unloading start direction D0 on the near side in the turning direction from the end point direction, the bucket A dump operation signal 133 is output to the hydraulic device 127. Thereby, the control device 128 can start discharging before the bucket 133 reaches the loading position P13, and can reduce the cycle time of the loading process.
  • the control device 128 according to the first embodiment determines whether to output the dump operation signal based on whether the azimuth of the revolving structure is included in the first region or the second region. Not limited.
  • the control device 128 according to another embodiment may determine whether to output the dump operation signal based on whether or not the azimuth of the revolving superstructure has exceeded the unloading start azimuth D0.
  • the earth discharging start direction D0 is closer to the turning direction than the direction D1 to which the revolving unit 120 faces when the width of the cutting edge of the bucket 133 and the loading target 200 overlap in plan view from above. Side orientation.
  • the control device 128 can advance the output start timing of the dump operation signal and shorten the cycle time.
  • the present invention is not limited to this, and the control device 128 may start outputting the dump operation signal when the width of the cutting edge of the bucket 133 and the loading target 200 overlap in a plan view from above. Good. In this case, the control device 128 can surely prevent spilling of the earth and sand from the loading target 200.
  • the control device 128 calculates the unloading start direction D0 based on the position of the loading object 200 and the turning speed of the revolving unit 120. Thereby, the control device 128 can appropriately determine the output start timing of the dump operation signal according to the swing speed of the swing body 120. Note that, in other embodiments, the present invention is not limited to this, and the control device 128 may start outputting the dump operation signal based on the predetermined discharging start direction D0.
  • the unloading start direction D0 is a position calculated based on the position of the loading target 200, the turning speed of the revolving unit 120, the unloading delay time, and the earth and sand arrival time.
  • the earth discharging start direction D0 may be calculated without taking into account the earth discharging delay time or earth and sand arrival time.
  • the unloading start direction D0 may be the direction closest to the starting direction among the directions in which the tip of the arm 132 interferes with the loading target 200 in plan view from above.
  • the earth unloading start direction D0 may be set to an arbitrary direction on the origin side among the directions in which the tip of the arm 132 interferes with the loading target 200 in plan view from above. Good. Further, in another embodiment, the unloading start direction D0 may be set to an arbitrary direction on the end point direction side among directions in which the tip of the arm 132 does not interfere with the loading target 200 in plan view from above. Good. In another embodiment, the earth discharging start direction D0 may be set to a direction in which the revolving unit faces when the tip of the arm 132 is located at the interference avoiding position P12.
  • the loading machine 100 includes the bucket 133, but is not limited thereto.
  • the loading machine 100 may include a clam bucket having a backall and a clamshell that can be opened and closed.
  • the earth discharging operation signal in this case is an operation signal for rotating the clamshell.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment is a manned vehicle that is operated by an operator on board, but is not limited thereto.
  • the loading machine 100 according to another embodiment is a remotely driven vehicle that is operated by an operation signal obtained by communication from a remote operation device operated by an operator at a remote office while looking at the screen of a monitor. Is also good.
  • some functions of the control device 128 may be provided in the remote control device.
  • the loading machine 100 according to the first embodiment performs the control shown in FIGS. 4 and 5 in the automatic loading control, but is not limited thereto.
  • the control shown in FIGS. 4 and 5 may be performed in the automatic digging and loading control for repeatedly and automatically performing the digging operation and the loading operation.
  • the control device for a loading machine according to the present invention can reduce the cycle time in the automatic loading control.

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Abstract

積込機械の制御装置において、操作信号入力部は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付ける。操作信号出力部は、積込指示信号を受け付けた場合に、バケットを積込点へ移動させるための作業機および旋回体の操作信号を出力する。操作信号出力部は、旋回体が、作業機が積込点に位置するときに旋回体が向く方位である終点方位より旋回方向手前側の排土開始方位を向くときに、バケットに排土させるための排土操作信号を出力する。

Description

積込機械の制御装置および制御方法
　本発明は、積込機械の制御装置および制御方法に関する。
　本願は、２０１８年８月３１日に日本に出願された特願２０１８－１６３４１７号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、積込機械の自動積込制御に関する技術が開示されている。自動積込制御とは、制御装置が積込機械のオペレータ等から積込点の指定を受け付け、制御装置が積込機械および作業機の動作を制御することで、バケットを積込点へ移動させる制御である。特許文献１に記載の技術によれば、制御装置は、予め作業機の位置の時系列を記憶しておき、当該時系列に従って作業機を作動させる。
特開平０９－２５６４０７号公報
　特許文献１に記載の技術によれば、作業機は予め記憶された積込点まで自動的に移動し、積込点において排土がなされる。一方で、自動積込においてサイクルタイムを短縮したいという要望がある。
　本発明の目的は、自動積込制御においてサイクルタイムを短縮することができる積込機械の制御装置および制御方法を提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、積込機械の制御装置は、旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、オペレータから積込指示信号の入力を受け付ける操作信号入力部と、前記積込指示信号を受け付けた場合に、前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための前記作業機および前記旋回体の操作信号を出力し、前記旋回体が、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位である終点方位より旋回方向手前側の排土開始方位を向くときに、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力する操作信号出力部と、を備える。
　上記態様によれば、積込機械の制御装置は、自動積込制御においてサイクルタイムを短縮することができる。
第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。 第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。 第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
〈第１の実施形態〉
《積込機械の構成》
　図１は、第１の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
　積込機械１００は、土砂を運搬車両などの積込点へ積込を行う作業機械である。第１の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械１００は、油圧ショベル以外の積込機械であってもよい。また図１に示す積込機械１００はバックホウショベルであるが、フェイスショベルやロープショベルであってもよい。
　積込機械１００は、走行体１１０と、走行体１１０に支持される旋回体１２０と、油圧により作動し旋回体１２０に支持される作業機１３０とを備える。旋回体１２０は、旋回中心回りに旋回自在に支持される。
　作業機１３０は、ブーム１３１と、アーム１３２と、バケット１３３と、ブームシリンダ１３４と、アームシリンダ１３５と、バケットシリンダ１３６と、ブーム角度センサ１３８と、アーム角度センサ１３９と、バケット角度センサ１４０とを備える。
　ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にピンを介して取り付けられる。
　アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にピンを介して取り付けられる。
　バケット１３３は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を搬送するための容器とを備える。バケット１３３の基端部は、アーム１３２の先端部にピンを介して取り付けられる。
　ブームシリンダ１３４は、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３４の基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３４の先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
　アームシリンダ１３５は、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３５の基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３５の先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
　バケットシリンダ１３６は、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３６の基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３６の先端部は、バケット１３３を回動させるリンク機構に取り付けられる。
　ブーム角度センサ１３８は、ブームシリンダ１３４のストローク量を計測する。ブームシリンダ１３４のストローク量は、旋回体１２０に対するブーム１３１の傾斜角に換算可能である。以下、旋回体１２０に対する傾斜角を、絶対角度ともいう。つまり、ブームシリンダ１３４のストローク量は、ブーム１３１の絶対角度に換算可能である。
　アーム角度センサ１３９は、アームシリンダ１３５のストローク量を計測する。アームシリンダ１３５のストローク量は、ブーム１３１に対するアーム１３２の傾斜角に換算可能である。以下、ブーム１３１に対するアーム１３２の傾斜角を、アーム１３２の相対角度ともいう。
　バケット角度センサ１４０は、バケットシリンダ１３６のストローク量を計測する。バケットシリンダ１３６のストローク量は、アーム１３２に対するバケット１３３の傾斜角に換算可能である。以下、アーム１３２に対するバケット１３３の傾斜角をバケット１３３の相対角度ともいう。
　なお、他の実施形態に係る積込機械１００は、ブーム角度センサ１３８、アーム角度センサ１３９、およびバケット角度センサ１４０に代えて、地平面に対する傾斜角または旋回体１２０に対する傾斜角を検出する角度センサを備えてもよい。
　旋回体１２０には、運転室１２１が設けられる。運転室１２１の内部には、オペレータが着座するための運転席１２２、積込機械１００を操作するための操作装置１２３、検出方向に存在する対象物の３次元位置を検出するための検出装置１２４が設けられる。操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて、ブーム１３１の上げ操作信号および下げ操作信号、アーム１３２の押し操作信号および引き操作信号、バケット１３３のダンプ操作信号および掘削操作信号、旋回体１２０の左右への旋回操作信号を生成し、制御装置１２８に出力する。また操作装置１２３は、オペレータの操作に応じて作業機１３０に自動積込制御を開始させるための積込指示信号を生成し、制御装置１２８に出力する。操作装置１２３は、例えばレバー、スイッチおよびペダルにより構成される。積込指示信号は自動制御用のスイッチの操作により生成される。例えば、スイッチがＯＮになったときに、積込指示信号が出力される。操作装置１２３は、運転席１２２の近傍に配置される。操作装置１２３は、オペレータが運転席１２２に座ったときにオペレータの操作可能な範囲内に位置する。
　検出装置１２４の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナ、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）測距装置などが挙げられる。検出装置１２４は、例えば検出方向が積込機械１００の運転室１２１の前方を向くように設けられる。検出装置１２４は、対象物の３次元位置を、検出装置１２４の位置を基準とした座標系で特定する。
　なお、第１の実施形態に係る積込機械１００は、運転席１２２に着座するオペレータの操作に従って動作するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、積込機械１００の外部で操作するオペレータの遠隔操作によって操作信号や積込指示信号が送信され動作するものであってもよい。
　積込機械１００は、位置方位演算器１２５、傾斜計測器１２６、油圧装置１２７、制御装置１２８を備える。
　位置方位演算器１２５は、旋回体１２０の位置および旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１２５は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１２５は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
　位置方位演算器１２５は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。旋回体１２０が向く方位とは、旋回体１２０の正面方向であって、作業機１３０のブーム１３１からバケット１３３へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。
　傾斜計測器１２６は、旋回体１２０の加速度および角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角およびピッチ角）を検出する。傾斜計測器１２６は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１２６は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。
　油圧装置１２７は、作動油タンク、油圧ポンプ、および流量制御弁を備える。油圧ポンプは、図示しないエンジンの動力で駆動し、流量制御弁を介して走行体１１０を走行させる図示しない走行油圧モータ、旋回体１２０を旋回させる図示しない旋回油圧モータ、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に作動油を供給する。流量制御弁はロッド状のスプールを有し、スプールの位置によって走行油圧モータ、旋回油圧モータ、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給する作動油の流量を調整する。スプールは、制御装置１２８から受信する制御指令に基づいて駆動される。つまり、走行油圧モータ、旋回油圧モータ、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６に供給される作動油の量は、制御装置１２８によって制御される。上記のとおり、ブームシリンダ１３４、アームシリンダ１３５、およびバケットシリンダ１３６は共通の油圧装置１２７から供給される作動油によって駆動する。なお、走行油圧モータまたは旋回油圧モータが斜板式可変容量モータである場合、制御装置１２８は斜板の傾転角により回転速度を調整してもよい。
　制御装置１２８は、操作装置１２３から操作信号を受信する。制御装置１２８は、受信した操作信号に基づいて、作業機１３０、旋回体１２０、または走行体１１０を駆動させる。
《制御装置の構成》
　図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
　制御装置１２８は、プロセッサ１１００、メインメモリ１２００、ストレージ１３００、インタフェース１４００を備えるコンピュータである。ストレージ１３００は、プログラムを記憶する。プロセッサ１１００は、プログラムをストレージ１３００から読み出してメインメモリ１２００に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
　ストレージ１３００の例としては、ＨＤＤ、ＳＳＤ、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等が挙げられる。ストレージ１３００は、制御装置１２８の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース１４００を介して制御装置１２８に接続される外部メディアであってもよい。ストレージ１３００は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　プロセッサ１１００は、プログラムの実行により、車両情報取得部１１０１、検出情報取得部１１０２、操作信号入力部１１０３、バケット位置特定部１１０４、積込位置特定部１１０５、回避位置特定部１１０６、移動処理部１１０７、排土開始方位算出部１１０８、領域判定部１１０９、操作信号出力部１１１０を備える。
　車両情報取得部１１０１は、旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する。以下、車両情報取得部１１０１が取得する積込機械１００に係る情報を車両情報とよぶ。
　検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から３次元位置情報を取得し、積込対象２００（例えば、運搬車両やホッパ）の位置および形状を特定する。
　操作信号入力部１１０３は、操作装置１２３から操作信号の入力を受け付ける。操作信号にはブーム１３１の上げ操作信号および下げ操作信号、アーム１３２の押し操作信号および引き操作信号、バケット１３３のダンプ操作信号および掘削操作信号、旋回体１２０の旋回操作信号、走行体１１０の走行操作信号、ならびに積込機械１００の積込指示信号が含まれる。バケット１３３のダンプ操作信号は、排土操作信号の一例である。
　バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、ショベル座標系におけるアーム１３２の先端部の位置Ｐおよびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下通過点までの高さＨｂを特定する。バケット１３３の最下通過点とは、バケット１３３のダンプ操作の間に刃先と地表面との距離が最も短くなるときに刃先が位置する点をいう。すなわち、アーム１３２の先端からバケット１３３の最下通過点までの高さＨｂは、バケット１３３の基端部のピンから刃先までの長さと一致する。
　また、バケット位置特定部１１０４は、積込指示信号の入力を受け付けたときのアーム１３２の先端部の位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０として特定する。図３は、第１の実施形態に係るバケットの経路の例を示す図である。
　具体的には、バケット位置特定部１１０４は、以下の手順でアーム１３２の先端部の位置Ｐを特定する。バケット位置特定部１１０４は、ブームシリンダ１３４のストローク量から求められるブーム１３１の絶対角度と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の先端部の位置を求める。バケット位置特定部１１０４は、ブーム１３１の絶対角度と、アームシリンダ１３５のストローク量から求められるアーム１３２の相対角度とに基づいて、アーム１３２の絶対角度を求める。バケット位置特定部１１０４は、ブーム１３１の先端部の位置と、アーム１３２の絶対角度と、既知のアーム１３２の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、アーム１３２の先端部の位置Ｐを求める。
　積込位置特定部１１０５は、操作信号入力部１１０３に積込指示信号が入力された場合に、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３を特定する。積込位置特定部１１０５は、車両情報取得部１１０１が取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて積込対象２００の位置情報が示す積込点Ｐ２１を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部１１０５は、特定した積込点Ｐ２１を、積込位置Ｐ１３の平面位置として特定する。つまり、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に位置するとき、アーム１３２の先端は積込点Ｐ２１の上方に位置することとなる。積込点Ｐ２１の例としては、積込対象２００がダンプトラックの場合におけるベッセルの中心点、および積込対象２００がホッパの場合における開口の中心点が挙げられる。積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、バケット位置特定部１１０４が特定したアーム１３２の先端からバケット１３３最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する。なお、他の実施形態においては、積込位置特定部１１０５は、制御余裕分の高さを加算せずに積込位置Ｐ１３を特定してもよい。すなわち、積込位置特定部１１０５は、高さＨｔに高さＨｂを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定してもよい。なお、第１の実施形態に係る高さＨｔは、地面からベッセルの上面までの高さである。
　回避位置特定部１１０６は、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３と、車両情報取得部１１０１が取得した積込機械１００の位置と、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、作業機１３０と積込対象２００とが上方からの平面視において干渉しない点である干渉回避位置Ｐ１２を特定する。干渉回避位置Ｐ１２は、積込位置Ｐ１３と同じ高さを有し、かつ旋回体１２０の旋回中心からの距離が、当該旋回中心から積込位置Ｐ１３までの距離と等しく、かつ下方に積込対象２００が存在しない位置である。回避位置特定部１１０６は、例えば、旋回体１２０の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と積込位置Ｐ１３との距離を半径とする円を特定し、当該円上の位置のうち、バケット１３３の外形が上方からの平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置Ｐ１３に最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２と特定する。回避位置特定部１１０６は、積込対象２００の位置および形状、ならびにバケット１３３の既知の形状に基づいて、積込対象２００とバケット１３３とが干渉するか否かを判定することができる。ここで、「同じ高さ」、「距離が等しい」とは、必ずしも高さまたは距離が完全に一致するものに限られず、多少の誤差やマージンが許容されるものとする。
　移動処理部１１０７は、操作信号入力部１１０３が積込指示信号の入力を受け付けた場合に、積込位置特定部１１０５が特定した積込位置Ｐ１３、回避位置特定部１１０６が特定した干渉回避位置Ｐ１２に基づいて、バケット１３３を積込位置Ｐ１３まで移動させるための回動操作信号を生成する。すなわち、移動処理部１１０７は、掘削完了位置Ｐ１０から、旋回開始位置Ｐ１１および干渉回避位置Ｐ１２を経由して、積込位置Ｐ１３に到達するように、回動操作信号を生成する。また、移動処理部１１０７は、ブーム１３１およびアーム１３２が駆動してもバケット１３３の対地角度が変化しないように、バケット１３３の回動操作信号を生成する。移動処理部１１０７が生成する操作信号は、最大の操作量で操作装置１２３のレバーまたはペダルを操作したときに操作信号入力部１１０３に入力される操作信号に係る駆動量での駆動を指示する信号である。駆動量は、例えば作動油の油量またはスプールの開度である。
　なお、積込機械１００が遠隔操作によって駆動する場合、移動処理部１１０７が生成する操作信号は、最大の操作量に係る駆動量より大きい駆動量での駆動を指示する信号であってよい。これは、有人運転に係る積込機械１００は、オペレータの乗り心地のために操作装置１２３の最大操作量が制限されるところ、遠隔操作に係る積込機械１００は、オペレータの乗り心地による制限がないためである。
　排土開始方位算出部１１０８は、積込対象２００の位置と、旋回体１２０の旋回速度と、バケット１３３のダンプ操作指示の出力時刻から土砂が排出され始める時刻までの排土遅れ時間とに基づいて、排土開始方位Ｄ０を算出する。排土開始方位Ｄ０とは、旋回体１２０の旋回中において旋回体１２０が当該方位を向くときにダンプ操作指示を出力した場合に、土砂がこぼれることなく積込対象２００に排出される方位である。なお、バケット１３３の排土遅れ時間は、積込機械１００の機種ごとに既知である。
　例えば、排土開始方位算出部１１０８は、以下の手順で排土開始方位Ｄ０を算出する。排土開始方位算出部１１０８は、バケット１３３の最下点から積込対象２００までの距離に基づいて、土砂がバケット１３３から積込対象２００に到達するまでの土砂到達時間を算出する。排土開始方位算出部１１０８は、旋回速度に排土遅れ時間と土砂到達時間の和を乗算することで、排土旋回角度θを算出する。排土開始方位算出部１１０８は、上方からの平面視において、バケット１３３の刃先の幅の全体が積込対象２００と重なるときに旋回体１２０が向く方位Ｄ１から、旋回方向手前側へ排土旋回角度θだけ回転した方位を、排土開始方位Ｄ０として算出する。
　領域判定部１１０９は、旋回体１２０の向く方位が、排土操作を実行しない第１領域Ｒ１または排土操作を実行する第２領域Ｒ２のいずれにあるかを判定する。第１領域Ｒ１は、積込指示信号の入力を受け付けたときに旋回体１２０が向く方位（起点方位）から、排土開始方位Ｄ０までの領域である。第２領域Ｒ２は、排土開始方位Ｄ０から作業機１３０が積込位置Ｐ１３に位置するときに旋回体１２０が向く方位（終点方位）までの領域である。なお、排土開始方位Ｄ０は、常に終点方位より旋回方向手前側に位置する。
　操作信号出力部１１１０は、操作信号入力部１１０３に入力された操作信号、または移動処理部１１０７が生成した操作信号を出力する。具体的には、操作信号出力部１１１０は、自動積込制御中である場合に、移動処理部１１０７が生成した自動制御に係る操作信号を出力し、自動積込制御中でない場合に、操作信号入力部１１０３に入力されたオペレータの手動操作に係る操作信号を出力する。
《動作》
　積込機械１００のオペレータは、積込機械１００と積込対象２００とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置１２３の自動制御用のスイッチをＯＮにする。これにより、操作装置１２３は、積込指示信号を生成し出力する。
　図４－図５は、第１の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。制御装置１２８は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付けると、図４－図５に示す自動積込制御を実行する。
　車両情報取得部１１０１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、ならびに旋回体１２０の姿勢を取得する（ステップＳ１）。車両情報取得部１１０１は、取得した旋回体１２０の位置および方位に基づいて、旋回体１２０の旋回中心の位置を特定する（ステップＳ２）。また検出情報取得部１１０２は、検出装置１２４から、積込対象２００の３次元位置情報を取得し、３次元位置情報から積込対象２００の位置および形状を特定する（ステップＳ３）。
　バケット位置特定部１１０４は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、積込指示信号の入力時のアーム１３２の先端部の位置Ｐ、およびアーム１３２の先端からバケット１３３の最下通過点までの高さＨｂを特定する（ステップＳ４）。バケット位置特定部１１０４は、当該位置Ｐを掘削完了位置Ｐ１０と特定する。
　積込位置特定部１１０５は、ステップＳ１で取得した旋回体１２０の位置、方位および姿勢に基づいて検出情報取得部１１０２が取得した積込対象２００の位置情報を現場座標系からショベル座標系に変換する。積込位置特定部１１０５は、検出情報取得部１１０２が特定した積込対象２００の位置および形状に基づいて、積込位置Ｐ１３の平面位置を特定する（ステップＳ５）。このとき、積込位置特定部１１０５は、積込対象２００の高さＨｔに、ステップＳ４で特定したアーム１３２の先端部からバケット１３３の最下点までの高さＨｂと、バケット１３３の制御余裕分の高さとを加算することで、積込位置Ｐ１３の高さを特定する（ステップＳ６）。
　回避位置特定部１１０６は、ステップＳ２で特定した旋回体１２０の旋回中心の位置から積込位置Ｐ１３の平面位置までの平面距離を特定する（ステップＳ７）。回避位置特定部１１０６は、旋回中心から特定した平面距離だけ離れた位置であって、バケット１３３の外形が平面視で積込対象２００と干渉せず、かつ積込位置Ｐ１３から最も近い位置を、干渉回避位置Ｐ１２として特定する（ステップＳ８）。
　移動処理部１１０７は、アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ１３に至ったか否かを判定する（ステップＳ９）。アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ１３に至っていない場合（ステップＳ９：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ１２の近傍にあるか否かを判定する（ステップＳ１０）。例えば、移動処理部１１０７は、アーム１３２の先端の高さと干渉回避位置Ｐ１２の高さとの差が所定の閾値未満であり、または旋回体１２０の旋回中心からアーム１３２の先端までの平面距離と旋回中心から干渉回避位置Ｐ１２までの平面距離との差が所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ１２の近傍にない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、ブーム１３１およびアーム１３２を干渉回避位置Ｐ１２の高さまで上昇させる操作信号を生成する（ステップＳ１１）。このとき、移動処理部１１０７は、ブーム１３１およびアーム１３２の位置および速度に基づいて、操作信号を生成する。
　また移動処理部１１０７は、生成したブーム１３１およびアーム１３２の操作信号に基づいてブーム１３１およびアーム１３２の角速度の和を算出し、当該角速度の和と同じ速度でバケット１３３を回動させる操作信号を生成する（ステップＳ１２）。これにより、移動処理部１１０７は、バケット１３３の対地角を保持する操作信号を生成することができる。なお、他の実施形態においては、移動処理部１１０７は、ブーム角度センサ１３８、アーム角度センサ１３９およびバケット角度センサ１４０の検出値より算出されるバケット１３３の対地角度が、自動制御開始時の対地角度と等しくなるようにバケット１３３を回動させる操作信号を生成してもよい。
　アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ１２の近傍にある場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の操作信号を生成しない。つまり、アーム１３２の先端部の位置Ｐが干渉回避位置Ｐ１２の近傍にある場合、移動処理部１１０７は、作業機１３０を積込点へ移動させるための作業機１３０の操作信号の出力を禁止する。
　移動処理部１１０７は、車両情報取得部１１０１が取得した車両情報に基づいて、旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。すなわち、移動処理部１１０７は、旋回体１２０が旋回中であるか否かを判定する。
　旋回体１２０の旋回速度が所定速度未満である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、バケット１３３の高さが掘削完了位置Ｐ１０の高さから干渉回避位置Ｐ１２の高さに至るまでの時間である上昇時間を特定する（ステップＳ１４）。移動処理部１１０７は、バケット１３３の上昇時間に基づいて、現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２または干渉回避位置Ｐ１２より高い点を通過することになるか否かを判定する（ステップＳ１５）。現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２または干渉回避位置Ｐ１２より高い点を通過することになる場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ１６）。
　現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２より低い点を通過することになる場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成しない。つまり、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２より低い点を通過することになる場合、移動処理部１１０７は、旋回操作信号の出力を禁止する。
　旋回体１２０の旋回速度が所定速度以上である場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達するか否かを判定する（ステップＳ１７）。なお、旋回体１２０は、旋回操作信号の出力の停止後、減速しながらも慣性により旋回し続け、その後停止する。現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達する場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成しない。つまり、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達する場合、移動処理部１１０７は、旋回操作信号の出力を禁止する。これにより、旋回体１２０は減速を始める。
　他方、現在時刻から旋回操作信号の出力を停止した場合に、アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３より手前で停止することになる場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、移動処理部１１０７は、旋回操作信号を生成する（ステップＳ１８）。
　ステップＳ９からステップＳ１８の処理でブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の回動操作信号、並びに旋回体１２０の旋回操作信号の少なくともいずれか１つを生成すると、操作信号出力部１１１０は、生成した操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ１９）。
　次に、排土開始方位算出部１１０８は、積込対象２００の位置と旋回体１２０の旋回速度と排土遅れ時間とに基づいて、排土開始方位Ｄ０を算出する（ステップＳ２０）。領域判定部１１０９は、旋回体１２０が向く方位が、排土開始方位Ｄ０から終点方位までの第２領域Ｒ２に含まれるか否かを判定する（ステップＳ２１）。旋回体１２０が向く方位が第１領域Ｒ１に含まれる場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、操作信号出力部１１１０は、バケット１３３のダンプ操作信号を油圧装置１２７に出力しない。他方、旋回体１２０が向く方位が第２領域Ｒ２に含まれる場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、操作信号出力部１１１０は、バケット１３３のダンプ操作信号を油圧装置１２７に出力する（ステップＳ２２）。
　なお、旋回体１２０が向く方位が第２領域Ｒ２に含まれる場合、アーム１３２の先端の高さは、干渉回避位置Ｐ１２以上の高さとなっている。これは、ステップＳ１５－Ｓ１６において、移動処理部１１０７が、アーム１３２の先端が上方向からの平面視において干渉回避位置Ｐ１２に位置するときにアーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２以上の高さとなるように旋回操作信号を生成するためである。アーム１３２の先端が上方向からの平面視において干渉回避位置Ｐ１２に位置するときに旋回体１２０が向く方位は、排土開始方位Ｄ０より旋回方向手前側に位置する。
　また、旋回体１２０が向く方位が第１領域Ｒ１に含まれる場合であっても、アーム１３２の先端の高さは、必ずしも干渉回避位置未満の高さであるとは限らない。例えば、アーム１３２の高さを干渉回避位置Ｐ１２以上の高さまで上昇させるために必要な時間が、アーム１３２の先端が上方向からの平面視において干渉回避位置Ｐ１２に位置するまで旋回体１２０を旋回させるために必要な時間より短い場合、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２以上の高さまで上昇したときに、旋回体１２０が向く方位が第１領域Ｒ１に含まれる可能性がある。
　そして、車両情報取得部１１０１は、車両情報を取得する（ステップＳ２３）。これにより、車両情報取得部１１０１は、出力した操作信号によって作動した後の車両情報を取得することができる。制御装置１２８は、処理をステップＳ９に戻し、操作信号の生成を繰り返し実行する。
　他方、ステップＳ９にて、アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ１３に至った場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、制御装置１２８は、自動積込制御を終了する。
　ここで、図３を用いて、自動積込制御時の積込機械１００の動作について説明する。
　自動積込制御が開始されると、ブーム１３１およびアーム１３２は、掘削完了位置Ｐ１０から旋回開始位置Ｐ１１へ向けて上昇する。このとき、バケット１３３は、掘削終了時の対地角度を維持するように駆動する。
　制御装置１２８は、アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１に到達すると、旋回体１２０は積込位置Ｐ１３へ向けて旋回を開始する。このとき、アーム１３２の先端は干渉回避位置Ｐ１２の高さに至っていないため、ブーム１３１およびアーム１３２の上昇は継続される。アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から干渉回避位置Ｐ１２へ移動する途中で、アーム１３２の先端の高さが干渉回避位置Ｐ１２と等しくなるように、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３は減速する。
　アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２に達すると、ブーム１３１およびアーム１３２の駆動は停止する。一方、旋回体１２０は旋回を継続する。すなわち、干渉回避位置Ｐ１２から積込位置Ｐ１３までの間、アーム１３２の先端は、ブーム１３１およびアーム１３２の駆動によらず、旋回体１２０の旋回のみにより移動する。アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から積込位置Ｐ１３へ移動する途中で、アーム１３２の先端部の位置Ｐが積込位置Ｐ１３と等しくなるように、旋回体１２０は減速する。
　アーム１３２の先端が旋回開始位置Ｐ１１から積込位置Ｐ１３へ移動する途中で、旋回体１２０が排土開始方位Ｄ０を向く。このとき、制御装置１２８は、バケット１３３にダンプ操作信号の出力を開始する。旋回体１２０は旋回を継続し、ダンプ操作信号の出力時刻から排土遅れ時間が経過したときに、バケット１３３がダンプ方向に回動し始め、バケット１３３から土砂が排出され始める。土砂が排出され始めたとき、旋回体１２０が向く方位は、バケット１３３の刃先の幅が積込対象２００と重なる方位Ｄ１より旋回方向手前側である。バケットから排出された土砂は、土砂到達時間後に積込対象２００の高さに到達する。積込機械１００は、旋回しながら土砂を排出するため、バケット１３３から排出された土砂は、旋回速度に応じた慣性により、接線方向の水平速度成分をもった放物線を描いて、排土開始点より旋回方向奥側へ落下する。つまり、排土開始方位Ｄ０はバケット１３３が積込対象２００の直上から外れた方位であるが、旋回体１２０が排土開始方位Ｄ０を向くときにダンプ操作信号の出力を開始すると、排土遅れ時間および土砂の水平速度成分のために、土砂は積込対象２００内に収まる。したがって、制御装置１２８は、旋回体１２０が排土開始方位Ｄ０を向くときにバケット１３３にダンプ操作信号の出力を開始することで、土砂をこぼすことなく積込対象２００に積み込むことができる。
　アーム１３２の先端が積込位置Ｐ１３に到達して、かつ、バケット１３３のダンプ操作が完了すると、作業機１３０および旋回体１２０の駆動は停止する。
　上述の自動積込制御により、積込機械１００は、バケット１３３がすくった土砂を積込対象２００に積込むことができる。オペレータは、作業機１３０による掘削と、積込指示信号の入力による自動積込制御とを、積込対象２００の積載量が最大積載量を超えない程度に繰り返し実行する。
《作用・効果》
　このように、第１の実施形態に係る積込機械１００の制御装置１２８は、自動積込制御中、旋回体１２０が終点方位より旋回方向手前側の排土開始方位Ｄ０を向くときに、バケット１３３のダンプ操作信号を油圧装置１２７に出力する。これにより、制御装置１２８は、バケット１３３が積込位置Ｐ１３に達する前から排土を開始することができ、積込処理のサイクルタイムを短縮することができる。なお、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、旋回体の方位が第１領域に含まれるか第２領域に含まれるかに基づいてダンプ操作信号の出力の可否を決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１２８は、旋回体の方位が排土開始方位Ｄ０を超えたか否かに基づいてダンプ操作信号の出力の可否を決定してもよい。
　また、第１の実施形態に係る排土開始方位Ｄ０は、バケット１３３の刃先の幅と積込対象２００とが上方からの平面視において重なるときに旋回体１２０が向く方位Ｄ１より、旋回方向手前側の方位である。これにより、制御装置１２８は、ダンプ操作信号の出力開始タイミングを早め、サイクルタイムを短縮することができる。他方、他の実施形態においてはこれに限られず、制御装置１２８は、バケット１３３の刃先の幅と積込対象２００とが上方からの平面視において重なるときにダンプ操作信号の出力を開始してもよい。この場合、制御装置１２８は、土砂が積込対象２００からこぼれることを確実に防ぐことができる。
　また、第１の実施形態に係る制御装置１２８は、積込対象２００の位置と旋回体１２０の旋回速度とに基づいて排土開始方位Ｄ０を算出する。これにより、制御装置１２８は、旋回体１２０の旋回速度に応じて、ダンプ操作信号の出力開始タイミングを適切に決定することができる。なお、他の実施形態においてはこれに限られず、制御装置１２８は、あらかじめ定められた排土開始方位Ｄ０に基づいてダンプ操作信号の出力を開始してもよい。
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
　例えば、第１の実施形態においては、排土開始方位Ｄ０を、積込対象２００の位置と旋回体１２０の旋回速度と排土遅れ時間と土砂到達時間とに基づいて算出した位置としたが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、排土開始方位Ｄ０は、排土遅れ時間または土砂到達時間を加味せずに算出したものであってもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位Ｄ０は、上方からの平面視においてアーム１３２の先端が積込対象２００に干渉する方位のうち、最も起点方位に近い方位であってもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位Ｄ０は、上方からの平面視においてアーム１３２の先端が積込対象２００に干渉する方位のうち、起点方位側の任意の方位に設定されてもよい。また、他の実施形態においては、排土開始方位Ｄ０は、上方からの平面視においてアーム１３２の先端が積込対象２００に干渉しない方位のうち、終点方位側の任意の方位に設定されてもよい。また他の実施形態においては、排土開始方位Ｄ０は、アーム１３２の先端が干渉回避位置Ｐ１２に位置するときに旋回体が向く方位に設定されてもよい。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００はバケット１３３を備えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、バックオールとクラムシェルとを開閉可能に備えるクラムバケットを備えるものであってもよい。この場合における排土操作信号は、クラムシェルを回動させる操作信号である。
　また、第１の実施形態に係る積込機械１００は、オペレータが搭乗して操作する有人運転車両であるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、遠隔の事務所にいるオペレータがモニタの画面を見ながら操作する遠隔操作装置から、通信により取得する操作信号によって作動する遠隔運転車両であってもよい。この場合、制御装置１２８の一部の機能が遠隔操作装置に設けられてもよい。また、第１の実施形態に係る積込機械１００は、自動積込制御において、図４および図５に示す制御を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械１００は、掘削作業と積込作業を繰り返し自動で行う自動掘削積込制御に図４および図５に示す制御がなされてもよい。
　本発明に係る積込機械の制御装置は、自動積込制御においてサイクルタイムを短縮することができる。
１００…積込機械　１１０…走行体　１２０…旋回体　１３０…作業機　１３１…ブーム　１３２…アーム　１３３…バケット　１３４…ブームシリンダ　１３５…アームシリンダ　１３６…バケットシリンダ　１２８…制御装置　１１０１…車両情報取得部　１１０２…検出情報取得部　１１０３…操作信号入力部　１１０４…バケット位置特定部　１１０５…積込位置特定部　１１０６…回避位置特定部　１１０７…移動処理部　１１０８…排土開始方位算出部　１１０９…領域判定部　１１１０…操作信号出力部　２００…積込対象　Ｐ１０…掘削完了位置　Ｐ１１…旋回開始位置　Ｐ１２…干渉回避位置　Ｐ１３…積込位置　Ｒ１…第１領域　Ｒ２…第２領域　Ｄ０…排土開始方位　θ…排土旋回角度

Claims (4)

  1. 　旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御装置であって、
    　オペレータから積込指示信号の入力を受け付ける操作信号入力部と、
    　前記積込指示信号を受け付けた場合に、前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための前記作業機および前記旋回体の操作信号を出力し、
    　前記旋回体が、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位である終点方位より旋回方向手前側の排土開始方位を向くときに、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力する
    　操作信号出力部と、
    　を備える積込機械の制御装置。
  2. 　前記排土開始方位は、前記バケットの全体と前記積込対象とが上方からの平面視において重なるときに前記旋回体が向く方位より旋回方向手前側の方位である
    　請求項１に記載の積込機械の制御装置。
  3. 　前記積込対象の位置と前記旋回体の旋回速度とに基づいて前記排土開始方位を算出する排土開始方位算出部を備える
    　請求項１または請求項２に記載の積込機械の制御装置。
  4. 　旋回中心回りに旋回する旋回体と、バケットを有し前記旋回体に取り付けられた作業機とを備える積込機械の制御方法であって、
    　オペレータから積込指示信号の入力を受け付けるステップと、
    　前記積込指示信号を受け付けた場合に、前記バケットを積込対象の上方の積込位置へ移動させるための前記作業機および前記旋回体の操作信号を出力するステップと、
    　前記旋回体が、前記作業機が前記積込位置に位置するときに前記旋回体が向く方位である終点方位より旋回方向手前側の排土開始方位を向くときに、前記バケットに排土させるための排土操作信号を出力するステップと、
    　を備える積込機械の制御方法。
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