JP7722829B2 - Work machine control system and work machine - Google Patents
Work machine control system and work machineInfo
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Description
本発明は、作業機械の制御システム、および、当該作業機械の制御システムを搭載した作業機械に関する。 The present invention relates to a work machine control system and a work machine equipped with such a work machine control system.
自動で掘削対象物を掘削し、所定の積込位置に積み込む作業機械および作業機械の制御システムが提案されている。 A work machine and a work machine control system have been proposed that automatically excavates an object and loads it at a designated loading position.
例えば、特許文献1には、「掘削機対象物を掘削し、掘削物を積み込み対象に積み込む一連の処理を自動的に行う自動掘削機において、掘削機から掘削対象物および積み込み対象までの距離を求めるための計測器と、計測器の出力に基づき掘削対象物の立体的な形状を認識する掘削対象認識手段と、認識した掘削対象物の掘削目標位置を演算する掘削目標位置演算手段と、計測器の出力に基づき掘削機に対する積み込み対象の相対位置および積み込み対象に対する掘削機の相対姿勢を演算し、演算結果に基づき積み込み目標位置を演算する積み込み目標位置演算手段と、演算された掘削目標位置および積み込み目標位置に作業機を自動位置決めする自動位置決め手段と、掘削目標位置で自動掘削する自動掘削制御手段と、積み込み目標位置で掘削物を自動積み込みする自動積み込み制御手段とを具える(要約抜粋)」自動掘削技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an automatic excavation technology that "includes a measuring instrument for determining the distance from the excavator to the excavation object and the loading object, an excavation object recognition means for recognizing the three-dimensional shape of the excavation object based on the output of the measuring instrument, an excavation target position calculation means for calculating the excavation target position of the recognized excavation object, a loading target position calculation means for calculating the relative position of the loading object with respect to the excavator and the relative attitude of the excavator with respect to the loading object based on the output of the measuring instrument, and for calculating the loading target position based on the calculation results, an automatic positioning means for automatically positioning a work machine at the calculated excavation target position and loading target position, an automatic excavation control means for automatically excavating at the excavation target position, and an automatic loading control means for automatically loading the excavated object at the loading target position (abstract excerpt)."
作業領域内で掘削する場合、掘削量に過不足が生じることがある。しかしながら、特許文献1に開示の技術では、このような状況は想定されていない。従って、特許文献1に開示の技術によれば、掘削量に応じて適切に作業機械を制御することができない。 When excavating within a work area, the amount of excavation may be either excessive or insufficient. However, the technology disclosed in Patent Document 1 does not anticipate such situations. Therefore, the technology disclosed in Patent Document 1 does not allow for appropriate control of the work machine according to the amount of excavation.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自動で掘削対象物を掘削し、目標位置まで運搬して積み込むにあたり、掘削量に応じて適切に作業機械を制御する技術を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide technology that appropriately controls a work machine according to the amount of excavation when automatically excavating an object to be excavated, transporting it to a target location, and loading it.
上記の目的を達成するために、代表的な本発明は、作業具を有する作業機械の動作を制御する自動運転制御装置と、前記作業具内の対象物の積載荷重を計測する荷重取得装置と、前記作業機械の現在位置を取得する測位装置と、を有する作業機械の制御システムであって、前記自動運転制御装置は、前記作業機械の移動先である目標位置を設定する行動管理部と、前記測位装置により取得された前記現在位置と前記行動管理部により設定された前記目標位置との間の走行経路である目標経路を生成する経路計画部と、前記経路計画部により生成された前記目標経路に従って前記作業機械を動作させる制御信号を生成する動作生成部と、を備え、前記行動管理部は、前記荷重取得装置により取得された前記積載荷重に応じて前記目標位置を決定し、前記動作生成部は、前記作業機械を前記目標位置へ走行させ、前記作業具内の対象物を積込対象へ積込む制御信号を生成することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, a representative aspect of the present invention is a work machine control system having an automatic driving control device that controls the operation of a work machine having a work implement, a load acquisition device that measures the live load of an object in the work implement, and a positioning device that acquires the current position of the work machine, wherein the automatic driving control device comprises: a behavior management unit that sets a target position to which the work machine is to move; a route planning unit that generates a target route that is a travel route between the current position acquired by the positioning device and the target position set by the behavior management unit; and an operation generation unit that generates a control signal to operate the work machine according to the target route generated by the route planning unit, wherein the behavior management unit determines the target position in accordance with the live load acquired by the load acquisition device, and the operation generation unit generates a control signal to cause the work machine to travel to the target position and load the object in the work implement onto a loading target.
本発明によれば、自動で掘削対象物を掘削し、目標位置まで運搬して積み込むにあたり、掘削量に応じて適切に作業機械を制御できる。なお、前述した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 The present invention allows for the automatic excavation of an object to be excavated, transported to a target location, and loaded, with the work machine appropriately controlled according to the amount of excavation. Issues, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the following embodiments.
以下、本発明に係る作業機械支援システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。 An embodiment of a work machine assistance system according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<<第一実施形態>>
まず、第一実施形態の概要を、図1を用いて説明する。本実施形態では、作業領域300内を自律走行する例えば、ホイールローダ等の作業機械100が、作業指示に従って、掘削対象310を掘削し、掘削した対象物を積込対象320まで運搬することを繰り返す。なお、積込対象320は、ホッパーやダンプトラック等である。
<<First Embodiment>>
First, an overview of the first embodiment will be described using Fig. 1. In this embodiment, a work machine 100 such as a wheel loader that autonomously travels within a work area 300 excavates an excavation target 310 and transports the excavated object to a loading target 320 in accordance with work instructions. The loading target 320 is a hopper, a dump truck, or the like.
以下、これを実現する作業機械100およびその制御システムについて説明する。ここでは、作業機械100としてホイールローダを例にあげて説明する。 The following describes the work machine 100 and its control system that achieves this. Here, we will use a wheel loader as an example of the work machine 100.
図2は、本実施形態のホイールローダ100の外観を模式的に示す図であり、図3は、本実施形態のホイールローダ100の制御システム180を示す図である。 Figure 2 is a diagram showing a schematic view of the exterior of the wheel loader 100 of this embodiment, and Figure 3 is a diagram showing the control system 180 of the wheel loader 100 of this embodiment.
ホイールローダ100は、車体110と車体110の前方に取り付けられた多関節型の作業機120と、を備える。 The wheel loader 100 comprises a vehicle body 110 and an articulated work machine 120 attached to the front of the vehicle body 110.
作業機120は、少なくとも1つのアクチュエータにより駆動される作業装置である。図2に示す作業機120は、バケット121と、リフトアーム122と、ベルクランク123と、バケットリンク124と、リフトシリンダ125と、バケットシリンダ126と、ステアリングシリンダ112と、を備える。 The work implement 120 is a work device driven by at least one actuator. The work implement 120 shown in FIG. 2 includes a bucket 121, a lift arm 122, a bell crank 123, a bucket link 124, a lift cylinder 125, a bucket cylinder 126, and a steering cylinder 112.
バケット121は、車体前方に設けられた作業具である。リフトシリンダ125とバケットシリンダ126とは、バケット121と、リフトアーム122をそれぞれ駆動する油圧アクチュエータ(油圧シリンダ)であり、作業機120と車体110との間に取り付けられる。リフトアーム122とリフトシリンダ125とは、車体110の左右にそれぞれ1つずつ装備される。 The bucket 121 is a work implement mounted at the front of the vehicle body. The lift cylinder 125 and bucket cylinder 126 are hydraulic actuators (hydraulic cylinders) that drive the bucket 121 and lift arm 122, respectively, and are attached between the work implement 120 and the vehicle body 110. One lift arm 122 and one lift cylinder 125 are mounted on each side of the vehicle body 110.
リフトアーム122は、車体110に回動可能に支持され、リフトシリンダ125の伸縮駆動に伴って上下方向に回動(俯仰動)する。また、バケット121は、バケットシリンダ126の伸縮駆動に伴って回動(ダンプ動作またはクラウド動作)する。 The lift arm 122 is rotatably supported on the vehicle body 110 and rotates vertically (moves up and down) in response to the extension and retraction of the lift cylinder 125. The bucket 121 also rotates (dumps or crowds) in response to the extension and retraction of the bucket cylinder 126.
リフトシリンダ125は、一端がリフトアーム122に接続され、他端が車体110に接続される。バケットシリンダ126は、一端がベルクランク123に接続され、他端が車体110に接続される。なお、図2に示すホイールローダ100のバケット121を作動させるリンク機構は、ベルクランク123を用いたZリンク式(ベルクランク式)のものである。 One end of the lift cylinder 125 is connected to the lift arm 122, and the other end is connected to the vehicle body 110. One end of the bucket cylinder 126 is connected to the bell crank 123, and the other end is connected to the vehicle body 110. The link mechanism that operates the bucket 121 of the wheel loader 100 shown in Figure 2 is a Z-link type (bell crank type) that uses the bell crank 123.
車体110には、4つの車輪(前方右タイヤ131FR、前方左タイヤ131FL、後方右タイヤ131RR(図2参照)、後方左タイヤ131RL)が設けられる。以下、特に区別する必要がない場合は、タイヤ131と総称する。各タイヤ131は、エンジン111(図3参照)を動力源とする動力伝達装置によって駆動される。各タイヤ131を介して駆動力が地面に伝えられることで、ホイールローダ100は前進または後退する。 The vehicle body 110 is provided with four wheels (front right tire 131FR, front left tire 131FL, rear right tire 131RR (see Figure 2), and rear left tire 131RL). Hereinafter, unless there is a need to distinguish between them, they will be collectively referred to as tires 131. Each tire 131 is driven by a power transmission device powered by the engine 111 (see Figure 3). Driving force is transmitted to the ground via each tire 131, causing the wheel loader 100 to move forward or backward.
また、ホイールローダ100は、アーティキュレート型の操舵機構を備え、ステアリングシリンダ112の伸縮駆動に伴って車体鉛直方向を軸として車体前方と車体後方とに角度差を生じさせることで旋回する。 The wheel loader 100 also has an articulated steering mechanism, and turns by creating an angle difference between the front and rear of the vehicle body around the vertical axis of the vehicle body as the steering cylinder 112 extends and retracts.
ホイールローダ100は、図3に示すように、エンジン111と、ステアリングシリンダ112と、駆動力伝達装置113と、油圧ポンプ114と、コントロールバルブ115と、センタジョイント132Cと、ブレーキ133Fおよび133Rと、フロント差動装置134Fと、リア差動装置134Rと、測位装置141と、荷重取得装置142と、制御システム180と、ユーザインタフェース190と、を備える。 As shown in FIG. 3, the wheel loader 100 includes an engine 111, a steering cylinder 112, a driving force transmission device 113, a hydraulic pump 114, a control valve 115, a center joint 132C, brakes 133F and 133R, a front differential 134F, a rear differential 134R, a positioning device 141, a load acquisition device 142, a control system 180, and a user interface 190.
また、制御システム180は、図3に示すように、自動運転制御装置200と、油圧制御装置160と、エンジン制御装置150と、走行制御装置170と、を備える。 As shown in FIG. 3, the control system 180 also includes an automatic driving control device 200, a hydraulic control device 160, an engine control device 150, and a driving control device 170.
エンジン111は、ホイールローダ100の動力源である。エンジン111は、油圧ポンプ114および駆動力伝達装置113を駆動する。 The engine 111 is the power source for the wheel loader 100. The engine 111 drives the hydraulic pump 114 and the driving force transmission device 113.
駆動力伝達装置113は、センタジョイント132Cとフロント差動装置134Fとを介して前方右タイヤ131FRと前方左タイヤ131FLとに、また、センタジョイント132Cとリア差動装置134Rとを介して、後方右タイヤ131RRと後方左タイヤ131RLに、それぞれエンジン111の駆動力を伝達し、ホイールローダ100を加速走行させる。 The driving force transmission device 113 transmits the driving force of the engine 111 to the front right tire 131FR and front left tire 131FL via the center joint 132C and front differential 134F, and to the rear right tire 131RR and rear left tire 131RL via the center joint 132C and rear differential 134R, allowing the wheel loader 100 to accelerate.
また、油圧ポンプ114は、エンジン111で駆動されることにより作動油をコントロールバルブ115へ供給する。作動油は、コントロールバルブ115で分配されてステアリングシリンダ112、リフトシリンダ125、バケットシリンダ126、および、ブレーキ133F、133Rを駆動する。ステアリングシリンダ112、リフトシリンダ125、バケットシリンダ126が作動油の供給で伸縮することで、それぞれ車体前方と車体後方との角度、車体前方に対するリフトアーム122の角度およびバケット121の角度が変化する。また、ブレーキ133F、133Rが作動油で閉じることでタイヤ131FR、131FL、131RR、131RLの回転が抑制されてホイールローダ100が減速停止する。 The hydraulic pump 114 is driven by the engine 111 and supplies hydraulic oil to the control valve 115. The hydraulic oil is distributed by the control valve 115 to drive the steering cylinder 112, lift cylinder 125, bucket cylinder 126, and brakes 133F and 133R. The steering cylinder 112, lift cylinder 125, and bucket cylinder 126 expand and contract with the supply of hydraulic oil, changing the angle between the front and rear of the vehicle body, the angle of the lift arm 122 relative to the front of the vehicle body, and the angle of the bucket 121. Closing the brakes 133F and 133R with hydraulic oil also suppresses the rotation of the tires 131FR, 131FL, 131RR, and 131RL, causing the wheel loader 100 to decelerate and stop.
測位装置141は、ホイールローダ100の現在の位置情報を取得する。測位装置141は、GNSS(Global Navigation Satellite System)である。しかしながら、測位装置141は、これに限定されない。測位装置141は、カメラやLiDAR(Light Detection and Ranging)を用いて公知のSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)で測位を行ってもよい。 The positioning device 141 acquires current position information for the wheel loader 100. The positioning device 141 is a Global Navigation Satellite System (GNSS). However, the positioning device 141 is not limited to this. The positioning device 141 may also perform positioning using the well-known Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) method, using a camera or Light Detection and Ranging (LiDAR).
荷重取得装置142は、バケット121の積載荷重情報を取得する。荷重取得装置142は、例えば、リフトシリンダ125に取り付けられた圧力センサと演算装置とを備える。圧力センサは、リフトシリンダ125のボトム圧を取得し、演算装置は、ボトム圧からバケット121が掘削した対象物の積載荷重を演算する。演算装置は、例えば、空荷の際のバケット121の重量を予め検出しておき、バケット121と積載物とを含む総重量からバケット121の重量を減算することにより、積載荷重を算出する。演算結果は、荷重情報として自動運転制御装置200に送信される。なお、荷重を取得するセンサは圧力センサに限定されない。例えば、歪みセンサ等であってもよい。 The load acquisition device 142 acquires live load information for the bucket 121. The load acquisition device 142 includes, for example, a pressure sensor attached to the lift cylinder 125 and a calculation device. The pressure sensor acquires the bottom pressure of the lift cylinder 125, and the calculation device calculates the live load of the object excavated by the bucket 121 from the bottom pressure. The calculation device, for example, detects the weight of the bucket 121 when empty in advance, and calculates the live load by subtracting the weight of the bucket 121 from the total weight including the bucket 121 and the load. The calculation result is sent to the automatic driving control device 200 as load information. Note that the sensor used to acquire the load is not limited to a pressure sensor. For example, a strain sensor or the like may be used.
ユーザインタフェース190は、PCやタブレット端末やスマートフォンなどであり、後述する作業指示を入力できるものであれば他のデバイスでも良い。 The user interface 190 may be a PC, tablet terminal, smartphone, or other device that can input work instructions, as described below.
自動運転制御装置200は、ユーザインタフェース190からの作業指示と、測位装置141からの現在位置情報と、荷重取得装置142からの荷重情報と、に応じて、エンジン制御信号、油圧制御信号、および走行制御信号を生成し、それぞれ、エンジン制御装置150、油圧制御装置160、および走行制御装置170へ送信する。 The automatic driving control device 200 generates engine control signals, hydraulic control signals, and driving control signals in response to work instructions from the user interface 190, current location information from the positioning device 141, and load information from the load acquisition device 142, and transmits these signals to the engine control device 150, hydraulic control device 160, and driving control device 170, respectively.
それらの信号に応じて、エンジン制御装置150はエンジン111の回転数を制御し、油圧制御装置160はコントロールバルブ115の開閉度合を制御し、走行制御装置170は、駆動力伝達装置113の変速比と回転方向を制御する。 In response to these signals, the engine control device 150 controls the engine 111 rotation speed, the hydraulic control device 160 controls the opening and closing degree of the control valve 115, and the driving control device 170 controls the gear ratio and rotation direction of the driving force transmission device 113.
制御システム180は、ホイールローダ100の動作に関する各種情報処理を実行するためのコンピュータであり、たとえばマイクロコンピュータ等で実現される。 The control system 180 is a computer that executes various information processing related to the operation of the wheel loader 100, and is realized, for example, by a microcomputer.
図4は、制御システム180のハードウェア構成の一例を示す図である。制御システム180は、CPU(Central Processing Unit)221と、メモリ182と、記憶装置183と、入出力インタフェース(I/F)184と、を備える。なお、さらに、通信インタフェース(I/F)185を備えてもよい。また、CPU181、メモリ182、記憶装置183は、制御システム180内の各部ごとに備えてもよい。複数の構成が兼用してもよい。 Figure 4 shows an example of the hardware configuration of the control system 180. The control system 180 includes a CPU (Central Processing Unit) 221, memory 182, storage device 183, and input/output interface (I/F) 184. It may also include a communication interface (I/F) 185. The CPU 181, memory 182, and storage device 183 may be provided for each section within the control system 180. Multiple components may be shared.
CPU181は、記憶装置183に記憶されるプログラムをメモリ182に展開し、実行する。メモリは、例えば、RAM(Randam Access Memory)であり、ワーク領域として機能する。記憶装置183はROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリ等であり、プログラムやCPU181の処理に用いられるデータ、処理中に生成されるデータ、処理により生成されるデータ等が格納される。 CPU 181 loads programs stored in storage device 183 into memory 182 and executes them. The memory is, for example, RAM (Random Access Memory), which functions as a work area. Storage device 183 is ROM (Read Only Memory), flash memory, etc., and stores programs, data used in CPU 181 processing, data generated during processing, data generated by processing, etc.
本実施形態では、制御システム180の各機能は、例えば、CPU181が、記憶装置183に記憶されるプログラムをメモリ182にロードして実行することにより実現される。 In this embodiment, each function of the control system 180 is realized, for example, by the CPU 181 loading a program stored in the storage device 183 into the memory 182 and executing it.
入出力I/F184は、データの入出力のインタフェースである。本実施形態では、ユーザインタフェース190との間でのデータの入出力を行う。本実施形態では、ホイールローダ100のオペレータがユーザインタフェース190を介して作業指示を入力する。 The input/output I/F 184 is an interface for inputting and outputting data. In this embodiment, it inputs and outputs data to and from the user interface 190. In this embodiment, the operator of the wheel loader 100 inputs work instructions via the user interface 190.
なお、記憶装置183は、半導体メモリであるROMやフラッシュメモリを備えるが、これらの代わりにハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えてもよい。 Note that the storage device 183 includes semiconductor memory such as ROM and flash memory, but may instead include a magnetic storage device such as a hard disk drive.
次に、この自動運転制御装置200について説明する。図5は、本実施形態の自動運転制御装置200の機能ブロック図である。自動運転制御装置200は、行動管理部211、経路計画部212、動作生成部213と、を備える。また、自動運転制御装置200は、マップデータ220を備える。 Next, the automatic driving control device 200 will be described. Figure 5 is a functional block diagram of the automatic driving control device 200 of this embodiment. The automatic driving control device 200 includes a behavior management unit 211, a route planning unit 212, and an action generation unit 213. The automatic driving control device 200 also includes map data 220.
なお、ユーザインタフェース190を介さず、外部から指示を受信する場合は、受信部をさらに備える。 If instructions are received externally without going through the user interface 190, a receiving unit is further provided.
行動管理部211は、目標位置を決定して経路計画部212へ送信する。また、行動管理部211は、作業指示と現在位置と荷重情報と目標経路とを取得し、ホイールローダ100の動作モードを決定する。さらに、本実施形態の行動管理部211は、ホイールローダ100が掘削を行った場合、荷重情報を用いて、掘削量の適否を判別する。そして、判別結果に応じて、目標位置を決定する。このため、本実施形態の行動管理部211は、目標掘削量(目標積載荷重)WBと、その上限(掘削量上限;上限値)WBmaxおよび下限(掘削量下限;下限値)WBminと、を算出する。 The behavior management unit 211 determines a target position and transmits it to the path planning unit 212. The behavior management unit 211 also acquires work instructions, the current position, load information, and the target path, and determines the operating mode of the wheel loader 100. Furthermore, when the wheel loader 100 performs excavation, the behavior management unit 211 of this embodiment uses the load information to determine whether the excavation amount is appropriate. Then, the target position is determined based on the determination result. Therefore, the behavior management unit 211 of this embodiment calculates the target excavation amount (target live load) WB, and its upper limit (excavation amount upper limit; upper limit value) WBmax and lower limit (excavation amount lower limit; lower limit value) WBmin.
動作モード決定にあたり、行動管理部211は、作業指示をユーザインタフェース190から取得する。現在位置を、測位装置141から取得する。また、荷重情報を、荷重取得装置142から取得する。そして、目標経路を、経路計画部212から取得する。また、行動管理部211は、決定した動作モードを動作生成部213へ送信するとともに通知情報としてユーザインタフェース190にも送信する。 When determining the operation mode, the behavior management unit 211 acquires work instructions from the user interface 190. It also acquires the current location from the positioning device 141. It also acquires load information from the load acquisition device 142. It then acquires the target route from the route planning unit 212. The behavior management unit 211 also transmits the determined operation mode to the operation generation unit 213 and also transmits it to the user interface 190 as notification information.
動作モードは、本実施形態では、例えば、走行モードと、掘削モードと、積込モードと、放土モードと、を備える。走行モードは、ホイールローダ100を走行させるモードである。ここで、走行とは、例えば、車体110を加減速させ、ステアリングシリンダ112を伸縮させることにより、ホイールローダ100が目標経路に沿って走行する動作である。掘削モード、積込モード、放土モードは、それぞれ、ホイールローダ100に掘削、積込、放土をさせるモードである。ここで、掘削とは、例えば、車体110を加減速させることにより、掘削対象にバケット121を突入させ、さらにリフトシリンダ125を伸ばしつつバケットシリンダ126を断続的に伸ばすことにより、リフトアーム122を上昇させながらバケット121をフルクラウド状態になるまで断続的にクラウドさせて、バケット121の内部に掘削対象を掬い取る動作である。積込とは、例えば、車体110を加減速させながら、リフトシリンダ125を伸ばすことにより、積込対象に近づきながらリフトアーム122を上昇させて、積込対象の上部にバケット121を到達させ、さらにバケットシリンダ126を縮めることにより、バケット121をダンプさせて、バケット121内の対象物を積込対象へ落とす動作である。放土とは、例えば、放土位置でバケットシリンダ126を縮めることにより、バケット121をダンプさせて、バケット121内の対象物を放土位置へ落とす動作である。後述する動作生成部213は、行動管理部211からこれらの動作モードの指示を受け付けると、各動作モードに応じて予め定めた制御信号を各部に出力し、ホイールローダ100の動作を制御する。 In this embodiment, the operating modes include, for example, a travel mode, an excavation mode, a loading mode, and a dumping mode. The travel mode is a mode in which the wheel loader 100 travels. Here, "traveling" refers to, for example, accelerating and decelerating the vehicle body 110 and extending and retracting the steering cylinder 112, thereby causing the wheel loader 100 to travel along a target path. The excavation mode, loading mode, and dumping mode are modes in which the wheel loader 100 excavates, loads, and dumps soil, respectively. Here, "excavating" refers to, for example, accelerating and decelerating the vehicle body 110 to plunge the bucket 121 into the excavation target, and then intermittently extending the lift cylinder 125 and the bucket cylinder 126 to raise the lift arm 122 and intermittently crowd the bucket 121 until it reaches a full crowd state, thereby scooping the excavation target into the bucket 121. Loading is an operation in which, for example, while accelerating or decelerating the vehicle body 110, the lift cylinder 125 is extended to approach the loading target, thereby raising the lift arm 122 and bringing the bucket 121 above the loading target, and the bucket cylinder 126 is then retracted to dump the bucket 121 and drop the object in the bucket 121 onto the loading target. Discharging soil is an operation in which, for example, the bucket cylinder 126 is retracted at the soil release position to dump the bucket 121 and drop the object in the bucket 121 to the soil release position. When the operation generation unit 213, described later, receives instructions for these operation modes from the behavior management unit 211, it outputs predetermined control signals to each unit according to each operation mode, thereby controlling the operation of the wheel loader 100.
経路計画部212は、マップデータ220を用いてホイールローダ100の現在位置から目標位置までの走行経路である目標経路を演算し、行動管理部211と動作生成部213とへ送信する。経路計画部212は、目標位置を行動管理部211から受信する。また、現在位置を測位装置141から受信する。 The route planning unit 212 uses the map data 220 to calculate a target route, which is the travel route from the current position of the wheel loader 100 to the target position, and transmits this to the behavior management unit 211 and the action generation unit 213. The route planning unit 212 receives the target position from the behavior management unit 211. It also receives the current position from the positioning device 141.
動作生成部213は、走行モード時、現在位置から目標位置まで、目標経路に沿って、ホイールローダ100を走行させるよう走行動作信号を生成する。動作生成部213は、走行動作信号を走行制御信号として走行制御装置170へ、油圧制御信号として油圧制御装置160へ、それぞれ送信する。また、動作生成部213は、動作モードに応じて掘削、積込、放土を行うよう駆動力伝達装置113および各油圧シリンダの作業動作信号を生成する。 In travel mode, the operation generation unit 213 generates a travel operation signal to cause the wheel loader 100 to travel from the current position to the target position along the target route. The operation generation unit 213 transmits the travel operation signal to the travel control device 170 as a travel control signal and to the hydraulic control device 160 as a hydraulic control signal. The operation generation unit 213 also generates work operation signals for the drive force transmission device 113 and each hydraulic cylinder to perform excavation, loading, or soil dumping depending on the operation mode.
また、動作生成部213は、走行動作と作業動作とから必要なエンジン回転数を演算し、エンジン制御信号としてエンジン制御装置150へ送信する。例えば、従来の手動操作と同様に、走行制御信号はアクセルとブレーキのペダル操作量、ステアリング操作装置の操作量および前後進スイッチの切替信号としても良い。また、油圧制御信号はリフトアーム122とバケット121とのレバー操作量としても良い。 The motion generation unit 213 also calculates the required engine speed from the driving motion and working motion, and transmits this as an engine control signal to the engine control device 150. For example, similar to conventional manual operation, the driving control signal may be the amount of accelerator and brake pedal operation, the amount of steering operation device operation, and a forward/reverse switch switching signal. Furthermore, the hydraulic control signal may be the amount of lever operation for the lift arm 122 and bucket 121.
次に、マップデータ220について説明する。マップデータ220は、予め記憶装置183に記憶される。図6(a)は、本実施形態のマップデータ220を説明するための図であり、図6(b)および図6(c)は、本実施形態のマップデータ220の一例である。 Next, the map data 220 will be described. The map data 220 is stored in advance in the storage device 183. Figure 6(a) is a diagram for explaining the map data 220 of this embodiment, and Figures 6(b) and 6(c) are examples of the map data 220 of this embodiment.
マップデータ220は、作業領域内の複数の点(ノード:Node)と、それらを接続する線分(アーク:Arc)と、を備える。例えば、作業領域が、図4(a)に示す座標系で規定されるとき、マップデータ220は、図6(b)に示すように、各点221の座標222および属性223と、図6(c)に示すように、各線分224の端点225、226の情報と、を備える。なお、図中のQ1とQ2とは掘削対象、R1とR2とは積込対象、O1は障害物である。 Map data 220 includes multiple points (nodes) within the work area and line segments (arcs) connecting them. For example, when the work area is defined by the coordinate system shown in FIG. 4(a), map data 220 includes coordinates 222 and attributes 223 of each point 221, as shown in FIG. 6(b), and information on endpoints 225, 226 of each line segment 224, as shown in FIG. 6(c). Note that Q1 and Q2 in the figure are excavation targets, R1 and R2 are loading targets, and O1 is an obstacle.
次に、作業指示230および目標経路240を説明する。 Next, we will explain the work instructions 230 and target route 240.
図7(a)に、作業指示230の一例を示す。作業指示230は、例えば、作業指示毎に付与される識別子(ID)231と、対象物の種別232と、目標積込量(目標積込荷重)233と、積込位置234と、掘削位置235と、放土位置236と、を備える。行動管理部211は、この作業指示230を、ユーザインタフェース190から受信する毎に、実施する。 Figure 7(a) shows an example of a work instruction 230. The work instruction 230 includes, for example, an identifier (ID) 231 assigned to each work instruction, an object type 232, a target loading amount (target loading load) 233, a loading position 234, an excavation position 235, and a dumping position 236. The behavior management unit 211 carries out this work instruction 230 each time it is received from the user interface 190.
例えば、識別子Ins01の作業指示230は、対象物M1を掘削位置Q1で掘削し、積込位置R1へ積込み、積込量がW1に達したら、完了する指示である。なお、識別子Ins01の作業指示230では、掘削量に過不足があった場合、放土する放土位置236は、掘削位置Q1と同じ位置である。 For example, work instruction 230 with identifier Ins01 instructs to excavate object M1 at excavation position Q1, load it at loading position R1, and complete the work when the loading amount reaches W1. Note that in work instruction 230 with identifier Ins01, if the excavation amount is insufficient or excessive, the soil release position 236 where the soil is released is the same position as excavation position Q1.
行動管理部211は、この識別子Ins01の作業指示230を受信すると、まず、動作モードを走行モードとし、掘削位置Q1(p8)を目標位置に設定し、経路計画部212に送信する。 When the behavior management unit 211 receives this work instruction 230 with identifier Ins01, it first sets the operation mode to traveling mode, sets the excavation position Q1 (p8) as the target position, and transmits it to the path planning unit 212.
経路計画部212は、現在位置から目標位置p8までの目標経路240を生成し、行動管理部211および動作生成部213に送信する。ここで、現在位置がp0の場合、経路計画部212が生成する目標経路240の例を図7(b)に示す。本図に示すように、目標経路240は、現在位置から目標位置までの、これらの位置を含む通過点241と、各点間の走行方向を示すFNR242と、を備える。FNR242は、前進がF、後進がRで表される。 The route planning unit 212 generates a target route 240 from the current position to the target position p8 and transmits it to the behavior management unit 211 and the action generation unit 213. Here, when the current position is p0, an example of the target route 240 generated by the route planning unit 212 is shown in Figure 7(b). As shown in this figure, the target route 240 includes passing points 241 from the current position to the target position, including these positions, and an FNR 242 that indicates the traveling direction between each point. In the FNR 242, forward travel is represented by F and reverse travel is represented by R.
なお、本実施形態の行動管理部211は、この作業指示230を実行するにあたり、掘削後、荷重取得装置142で取得した積載荷重情報に応じて目標位置を決定する。例えば、積載荷重情報で定まる実掘削量が、掘削量上限WBmax未満かつ掘削量下限WBmin以上である場合、積込位置234を目標位置に設定する。それ以外の場合は、放土位置236を目標位置に設定する。 In executing this work instruction 230, the behavior management unit 211 of this embodiment determines the target position after excavation based on the live load information acquired by the load acquisition device 142. For example, if the actual excavation volume determined by the live load information is less than the excavation volume upper limit WBmax and greater than or equal to the excavation volume lower limit WBmin, the loading position 234 is set as the target position. In all other cases, the soil discharge position 236 is set as the target position.
また、作業指示230は、複数、まとめて受信してもよい。この場合、行動管理部211は、複数の作業指示を順次実施する。 In addition, multiple work instructions 230 may be received at once. In this case, the behavior management unit 211 will execute the multiple work instructions sequentially.
次に、本実施形態の行動管理部211による目標掘削量WBと、その上限(掘削量上限)WBmaxおよび下限(掘削量下限)WBminと、の算出手法を説明する。 Next, we will explain how the behavior management unit 211 of this embodiment calculates the target excavation volume WB and its upper limit (excavation volume upper limit) WBmax and lower limit (excavation volume lower limit) WBmin.
目標掘削量WBは、作業指示230の目標積込量(目標積込荷重)WTと、現時点での積込量である既積込量WAと、ホイールローダ100のバケット121の標準掘削量WSとにより定まる。既積込量WAは、現時点までの掘削量(実掘削量)を加算することにより得る。実掘削量は、荷重取得装置142から取得したバケット121の積載荷重情報である。 The target excavation volume WB is determined by the target loading volume (target loading weight) WT of the work instruction 230, the current loading volume WA, and the standard excavation volume WS of the bucket 121 of the wheel loader 100. The current loading volume WA is obtained by adding the excavation volume up to the current time (actual excavation volume). The actual excavation volume is the load weight information of the bucket 121 acquired from the load acquisition device 142.
行動管理部211は、まず、目標積込量WTと、既積込量WAとの差である残積込量WRを算出する。そして、残積込量WRと、標準掘削量WSとを比較し、小さい方の値を目標掘削量WBとする。行動管理部211は、積込が完了する毎に、この手順で目標掘削量WBを算出し、更新する。 The behavior management unit 211 first calculates the remaining loading amount WR, which is the difference between the target loading amount WT and the already loaded amount WA. Then, it compares the remaining loading amount WR with the standard excavation amount WS, and sets the smaller value as the target excavation amount WB. The behavior management unit 211 calculates and updates the target excavation amount WB using this procedure each time loading is completed.
これは、1回の掘削で、できる限り多く掘削し、かつ、標準掘削量を超えないためである。できる限り多く掘削するのは、作業の回数、すなわち、総作業時間を低減するためであり、標準掘削量内に収めるのは、荷こぼれを防止するためである。 This is to excavate as much as possible in one excavation without exceeding the standard excavation volume. Excavating as much as possible is done to reduce the number of operations, i.e., the total work time, and keeping the excavation volume within the standard excavation volume is done to prevent spillage of the load.
例えば目標積込量WTが10ton、バケット121の標準掘削量WSが4tonである場合、1回目の目標掘削量WBは、既に積込が完了した分は0であるため、残積込量WRは10tnである。このため、目標掘削量WBは、残積込量WR(10ton)と標準掘削量WS(4ton)との小さい方として4tonと算出される。また、2回目の目標掘削量WBは、残積込量WR(10tonー4ton=6ton)と標準掘削量WS(4ton)との小さい方として4tonと算出される。そして、3回目の目標掘削量WBは、残積込量WR(6tonー4ton=2ton)と標準掘削量WS(4ton)との小さい方として2tonと算出される。 For example, if the target loading volume WT is 10 tons and the standard excavation volume WS of the bucket 121 is 4 tons, the first target excavation volume WB is 0 because the amount already loaded is 0, and the remaining loading volume WR is 10 tons. Therefore, the target excavation volume WB is calculated as 4 tons, which is the smaller of the remaining loading volume WR (10 tons) and the standard excavation volume WS (4 tons). The second target excavation volume WB is calculated as 4 tons, which is the smaller of the remaining loading volume WR (10 tons - 4 tons = 6 tons) and the standard excavation volume WS (4 tons). The third target excavation volume WB is calculated as 2 tons, which is the smaller of the remaining loading volume WR (6 tons - 4 tons = 2 tons) and the standard excavation volume WS (4 tons).
また、行動管理部211は、目標掘削量WBが定まると、掘削量上限WBmaxおよび掘削量下限WBminを特定する。掘削量下限WBminは、目標経路の距離(経路距離)L1により定まる。目標掘削量WBと、掘削量上限WBmaxおよび掘削量下限WBminと、経路距離L1との関係の一例を、図8(a)に示す。本データは、掘削量上下限データ510として予め記憶装置183等に格納される。 Furthermore, once the target excavation volume WB is determined, the behavior management unit 211 identifies the upper excavation volume limit WBmax and the lower excavation volume limit WBmin. The lower excavation volume limit WBmin is determined by the target route distance (route distance) L1. An example of the relationship between the target excavation volume WB, the upper excavation volume limit WBmax, the lower excavation volume limit WBmin, and the route distance L1 is shown in Figure 8(a). This data is stored in advance in the storage device 183, etc., as upper and lower excavation volume limit data 510.
本図に示すように、掘削量上限WBmaxは、目標掘削量WBに、予め定めた一定のマージン(上限マージン)を付加した値である。上限マージンは、例えば、目標掘削量WBに対するパーセンテージ等で指定される。上限マージンは、例えば、積載される側(ダンプトラック)の要求に応じて変更されてもよい。この場合は、10tonトラックで、上限マージンが1tonの場合、例えば、10%と指定される。 As shown in this diagram, the excavation volume upper limit WBmax is a value obtained by adding a predetermined fixed margin (upper limit margin) to the target excavation volume WB. The upper limit margin is specified, for example, as a percentage of the target excavation volume WB. The upper limit margin may be changed, for example, according to the requirements of the loading party (dump truck). In this case, for a 10-ton truck with an upper limit margin of 1 ton, the upper limit margin is specified as 10%, for example.
掘削量下限WBminは、目標掘削量WBから経路距離L1に応じて変化するマージン(下限マージン)を減算した値である。下限マージンは、例えば、目標掘削量WBに対するパーセンテージで指定される。さらに、本図に示すように、下限マージンは、例えば、経路距離L1が短いほど、大きな値が設定される。すなわち、経路距離L1が短いほど、掘削量下限WBminは小さな値となる。 The excavation volume lower limit WBmin is the target excavation volume WB minus a margin (lower limit margin) that varies depending on the path distance L1. The lower limit margin is specified, for example, as a percentage of the target excavation volume WB. Furthermore, as shown in this figure, the lower limit margin is set to a larger value, for example, the shorter the path distance L1. In other words, the shorter the path distance L1, the smaller the value of the excavation volume lower limit WBmin.
本実施形態では、ホイールローダ100は、掘削位置で掘削後、積込位置まで移動し、積込を行う。したがって、経路距離L1は、掘削位置から積込位置までの距離である。このような環境では、経路距離L1が短ければ、掘削量が不足していたとしても、放土して再掘削を行うよりも、そのまま積込位置まで走行し、次回の掘削を行う方が、時間当たりに積み込める量は大きくなり、効率的であるためである。 In this embodiment, the wheel loader 100 excavates at the excavation position, then moves to the loading position and performs loading. Therefore, the path distance L1 is the distance from the excavation position to the loading position. In such an environment, if the path distance L1 is short, even if the amount of excavation is insufficient, it is more efficient to continue traveling to the loading position and perform the next excavation rather than dumping the soil and excavating again, as this will allow for a larger amount of loading per hour.
行動管理部211は、目標掘削量WBが更新される毎に、掘削量上下限データ510を用いて掘削量上限WBmaxおよび掘削量下限WBminを算出する。なお、掘削量上下限データ510の代わりに、上限マージン、下限マージンが記憶装置183に記憶されてもよい。 The behavior management unit 211 calculates the excavation volume upper limit WBmax and the excavation volume lower limit WBmin using the excavation volume upper and lower limit data 510 each time the target excavation volume WB is updated. Note that instead of the excavation volume upper and lower limit data 510, an upper limit margin and a lower limit margin may be stored in the storage device 183.
なお、行動管理部211が、目標掘削量WBを算出する際、既積込量WAおよび残積込量WRを算出する。このとき用いる目標積込量WTにも所定量のマージン(積込量マージン)を設定してもよい。目標積込量WTに設ける積込量マージンと経路距離L1との関係の一例を、図8(b)に示す。本データは、積込量下限データ520として、予め記憶装置183等に格納される。 When calculating the target excavation volume WB, the behavior management unit 211 also calculates the already loaded volume WA and the remaining loaded volume WR. A predetermined margin (loading volume margin) may also be set for the target loading volume WT used at this time. Figure 8(b) shows an example of the relationship between the loading volume margin set for the target loading volume WT and the route distance L1. This data is stored in advance in the storage device 183, etc. as loading volume lower limit data 520.
本図に示すように、目標積込量WTに対して、積込量マージンを設け、積込量下限WTminとする。積込量マージンは、予め記憶装置183等に格納される。行動管理部211は、残積込量WRを算出する際、既積込量WAが目標積込量WT未満であっても、積込量下限WTmin以上である場合、残積込量WRを0とする。これにより、既積込量WAが積込量下限WTmin以上である場合、目標掘削量は0となり、作業が完了したものと判断される。 As shown in this diagram, a loading amount margin is set for the target loading amount WT, and this is set as the loading amount lower limit WTmin. The loading amount margin is stored in advance in the storage device 183, etc. When calculating the remaining loading amount WR, the behavior management unit 211 sets the remaining loading amount WR to 0 if the already loaded amount WA is less than the target loading amount WT but is equal to or greater than the loading amount lower limit WTmin. As a result, if the already loaded amount WA is equal to or greater than the loading amount lower limit WTmin, the target excavation amount becomes 0 and the work is determined to be complete.
次に、作業指示230を取得した際の自動運転制御装置200の、主として行動管理部211による行動管理処理の流れを説明する。図9は、本実施形態の行動管理処理の処理フローである。なお、現在位置は、所定の時間間隔で、測位装置141から取得する。そして、以下の処理において、自動運転制御装置200は、現在位置は、その時点で取得した最新のものを用いる。 Next, we will explain the flow of behavior management processing, mainly by the behavior management unit 211, of the autonomous driving control device 200 when a work instruction 230 is acquired. Figure 9 shows the processing flow of the behavior management processing in this embodiment. The current position is acquired from the positioning device 141 at predetermined time intervals. In the following processing, the autonomous driving control device 200 uses the most recent current position acquired at that time.
まず、作業指示230を取得すると、行動管理部211は、まず、初期の目標掘削量WB、積込量下限WTminを設定する(ステップS1100)。ここでは、作業指示230内の目標積込量233を初期の残積込量WRとし、標準掘削量WSと比較し、上記手法で目標掘削量WBを決定する。また、目標積込量233をWTとし、積込量マージンを用いて、積込量下限WTminを算出する。 First, upon receiving a work instruction 230, the behavior management unit 211 first sets the initial target excavation volume WB and loading volume lower limit WTmin (step S1100). Here, the target loading volume 233 in the work instruction 230 is set as the initial remaining loading volume WR, and this is compared with the standard excavation volume WS, and the target excavation volume WB is determined using the above method. Furthermore, the target loading volume 233 is set as WT, and the loading volume lower limit WTmin is calculated using the loading volume margin.
次に、行動管理部211は、目標位置に掘削位置を設定する(ステップS1101)。ここでは、掘削位置は、作業指示230(掘削位置235)から取得する。 Next, the behavior management unit 211 sets the excavation position to the target position (step S1101). Here, the excavation position is obtained from the work instruction 230 (excavation position 235).
そして、行動管理部211は、目標経路を取得する(ステップS1102)。ここでは、行動管理部211は、目標位置を、経路計画部212に送信する。経路計画部212は、マップデータ220を用いて現在位置と目標位置とを用いて、目標経路を生成する。 The behavior management unit 211 then acquires the target route (step S1102). Here, the behavior management unit 211 transmits the target position to the route planning unit 212. The route planning unit 212 uses the map data 220 to generate the target route using the current position and the target position.
例えば、作業指示230のIns01の作業を行う場合であって、この作業指示を受け付けた際のホイールローダ100の位置がp0であるとする。この場合、現在位置はマップデータ220のp0である。また、掘削位置Q1は、マップデータ220のp8である。この場合作成される目標経路240は、図7(b)に示すとおりである。すなわち、経路計画部212は、p0からp8まで、各点間を順に前進する経路を作成する。 For example, suppose that work Ins01 in the work instruction 230 is being performed, and the position of the wheel loader 100 when this work instruction is received is p0. In this case, the current position is p0 in the map data 220. Furthermore, the excavation position Q1 is p8 in the map data 220. The target route 240 created in this case is as shown in Figure 7(b). In other words, the route planning unit 212 creates a route that advances sequentially between each point from p0 to p8.
その後、行動管理部211は、ホイールローダ100を掘削位置まで移動させるよう制御する(ステップS1103)。行動管理部211は、ホイールローダ100の動作モードを走行モードとして、動作生成部213に送信する。また、経路計画部212に、生成した目標経路を動作生成部213に送信させる。動作生成部213は、目標経路に沿って目標位置まで走行するよう各種の制御信号を生成し、出力する。 The behavior management unit 211 then controls the wheel loader 100 to move to the excavation position (step S1103). The behavior management unit 211 sets the operation mode of the wheel loader 100 to traveling mode and transmits this to the behavior generation unit 213. The behavior management unit 211 also causes the path planning unit 212 to transmit the generated target path to the behavior generation unit 213. The behavior generation unit 213 generates and outputs various control signals to travel along the target path to the target position.
掘削位置まで移動すると、行動管理部211は、ホイールローダ100に掘削をさせる(ステップS1104)。走行モード時、行動管理部211は、測位装置141から現在位置を取得する毎に目標位置と比較する。そして、現在位置が目標位置に合致した場合、掘削位置に到着したと判断する。そして、動作モードを掘削モードとして、動作生成部213に送信する。動作生成部213は、それを受け、掘削を行うよう、各種の制御信号を生成し、出力する。 Once the wheel loader 100 has reached the excavation position, the behavior management unit 211 causes the wheel loader 100 to perform excavation (step S1104). In traveling mode, the behavior management unit 211 compares the current position with the target position each time it obtains it from the positioning device 141. If the current position matches the target position, it determines that the excavation position has been reached. The behavior management unit 211 then sets the operation mode to excavation mode and transmits this to the action generation unit 213. In response, the action generation unit 213 generates and outputs various control signals to perform excavation.
掘削を終えると、行動管理部211は、実掘削量を取得する(ステップS1105)ここでは、荷重取得装置142から、バケット121の積載荷重情報を取得し、それを、実掘削量とする。 Once excavation is complete, the behavior management unit 211 acquires the actual excavation volume (step S1105). Here, the load information of the bucket 121 is acquired from the load acquisition device 142, and this is used as the actual excavation volume.
次に、行動管理部211は、積込処理に移る。具体的には、まず、目標位置に積込位置を設定する(ステップS1106)。積込位置は、作業指示230(積込位置234)から取得する。 Next, the behavior management unit 211 proceeds to the loading process. Specifically, first, the loading position is set to the target position (step S1106). The loading position is obtained from the work instruction 230 (loading position 234).
そして、行動管理部211は、目標経路を取得する(ステップS1107)。ここでは、行動管理部211は、目標位置を、経路計画部212に送信する。経路計画部212は、マップデータ220を用いて現在位置と目標位置とを用いて、目標経路を生成する。 The behavior management unit 211 then acquires the target route (step S1107). Here, the behavior management unit 211 transmits the target position to the route planning unit 212. The route planning unit 212 uses the map data 220 to generate the target route using the current position and the target position.
例えば、作業指示230のIns01の作業を行う場合、現在位置はマップデータ220のp8である。また、積込位置R1は、マップデータ220のp6である。この場合作成される目標経路240aは、図7(c)に示すとおりである。この場合、経路計画部212は、点p8から点p7を経て点p9まで後退し、その後、前進して点p7を経て点p6へ向かう経路を作成する。 For example, when performing work Ins01 of work instruction 230, the current position is p8 in map data 220. Furthermore, loading position R1 is p6 in map data 220. In this case, the target route 240a created is as shown in Figure 7(c). In this case, the route planning unit 212 creates a route that moves backward from point p8 via point p7 to point p9, and then moves forward via point p7 to point p6.
また、作業指示230のIns02の作業を行う場合、掘削位置Q2から積込位置R2へ移動する。この場合、現在位置はマップデータ220のp1であり、目標位置はマップデータのp2である。この場合作成される目標経路240bは、図7(d)に示すとおりである。この場合、経路計画部212は、点p1から点p4を経て点p5まで後退し、その後、前進してp4およびp3を経てp2へ向かう経路を作成する。 Furthermore, when performing work Ins02 of work instruction 230, movement is made from digging position Q2 to loading position R2. In this case, the current position is p1 in map data 220, and the target position is p2 in the map data. The target route 240b created in this case is as shown in Figure 7(d). In this case, the route planning unit 212 creates a route that moves backward from point p1 via point p4 to point p5, and then moves forward via p4 and p3 to p2.
次に、行動管理部211は、掘削量上限WBmaxおよび掘削量下限WBminを算出し、設定する(ステップS1108)。行動管理部211は、目標掘削量WBに応じて、掘削量上下限データ510に基づき、掘削量上限WBmaxを算出する。また、行動管理部211は、目標経路とマップデータ220とを用いて経路距離L1を算出する。そして、目標掘削量WBおよび経路距離L1に応じて、掘削量上下限データ510に基づき、掘削量下限WBminを算出する。 Next, the behavior management unit 211 calculates and sets the excavation volume upper limit WBmax and the excavation volume lower limit WBmin (step S1108). The behavior management unit 211 calculates the excavation volume upper limit WBmax based on the excavation volume upper and lower limit data 510 in accordance with the target excavation volume WB. The behavior management unit 211 also calculates the route distance L1 using the target route and map data 220. Then, the behavior management unit 211 calculates the excavation volume lower limit WBmin based on the excavation volume upper and lower limit data 510 in accordance with the target excavation volume WB and the route distance L1.
なお、掘削量上限WBmaxおよび掘削量下限WBminの算出は、このタイミングに限定されない。例えば、目標掘削量WBの設定から後述する掘削量の適否の判別までの間に算出されていればよい。 Note that the calculation of the upper excavation volume limit WBmax and the lower excavation volume limit WBmin is not limited to this timing. For example, they may be calculated between the setting of the target excavation volume WB and the determination of the adequacy of the excavation volume, as described below.
その後、行動管理部211は、実掘削量が、掘削量の許容範囲内であるか否かを判別する(ステップS1109)。掘削量許容範囲内は、掘削量上限WBmaxと掘削量下限WBminとの間(掘削量上限未満かつ掘削量下限以上)である。 The behavior management unit 211 then determines whether the actual excavation amount is within the allowable excavation amount range (step S1109). The allowable excavation amount range is between the upper excavation amount limit WBmax and the lower excavation amount limit WBmin (less than the upper excavation amount limit and greater than or equal to the lower excavation amount limit).
許容範囲内であれば(S1109;Yes)、行動管理部211は、ホイールローダ100を積込位置まで移動させるよう制御する(ステップS1121)。ここでは、行動管理部211は、ホイールローダ100の動作モードを走行モードとして、動作生成部213に送信する。また、経路計画部212に、生成した目標経路を動作生成部213に送信させる。動作生成部213は、目標経路に沿って目標位置まで走行するよう各種の制御信号を生成し、出力する。 If it is within the allowable range (S1109; Yes), the behavior management unit 211 controls the wheel loader 100 to move to the loading position (step S1121). Here, the behavior management unit 211 sets the operation mode of the wheel loader 100 to a traveling mode and transmits this to the behavior generation unit 213. The behavior management unit 211 also causes the path planning unit 212 to transmit the generated target path to the behavior generation unit 213. The behavior generation unit 213 generates and outputs various control signals to travel along the target path to the target position.
積込位置まで移動すると、行動管理部211は、ホイールローダ100に積込をさせる(ステップS1122)。行動管理部211は、測位装置141から現在位置を取得する毎に目標位置と比較し、現在位置が目標位置に合致した場合、積込位置に到着したと判断する。そして、動作モードを積込モードとして、動作生成部213に送信する。動作生成部213は、それを受け、積込を行うよう、各種の制御信号を生成し、出力する。 Once the wheel loader 100 has reached the loading position, the behavior management unit 211 causes the wheel loader 100 to begin loading (step S1122). Each time the behavior management unit 211 acquires the current position from the positioning device 141, it compares it with the target position, and if the current position matches the target position, it determines that the wheel loader 100 has arrived at the loading position. The behavior management unit 211 then sets the operation mode to loading mode and transmits this to the operation generation unit 213. In response, the operation generation unit 213 generates and outputs various control signals to perform loading.
積込を終えると、行動管理部211は、目標掘削量WBを更新する(ステップS1123)。ここでは、行動管理部211は、既積込量WAにステップS1106で取得した実掘削量を加算し、既積込量WAを更新する。そして、残積込量WRを算出し、上記手法で、標準掘削量WSと比較し、新たな目標掘削量WBを算出する。 Once loading is complete, the behavior management unit 211 updates the target excavation volume WB (step S1123). Here, the behavior management unit 211 adds the actual excavation volume acquired in step S1106 to the already loaded volume WA, updating the already loaded volume WA. Then, the remaining loading volume WR is calculated, and this is compared with the standard excavation volume WS using the method described above to calculate a new target excavation volume WB.
その後、行動管理部211は、新たな目標掘削量WBが0であるか否かを判別する(ステップS1124)。 Then, the behavior management unit 211 determines whether the new target excavation volume WB is 0 (step S1124).
目標掘削量WBが0でない場合(ステップS1124;No)、まだ、掘削して積み込む必要があるため、ステップS1101へ移行する。 If the target excavation volume WB is not 0 (step S1124; No), further excavation and loading is required, so proceed to step S1101.
一方、目標掘削量WBが0である場合(ステップS1124;Yes)、積込完了と判断し、処理を終了する。 On the other hand, if the target excavation volume WB is 0 (step S1124; Yes), loading is determined to be complete and processing ends.
次に、ステップS1109において、掘削量が掘削量許容範囲外である場合(S1109;No)、行動管理部211は、放土処理に移る。 Next, in step S1109, if the excavation amount is outside the allowable excavation amount range (S1109; No), the behavior management unit 211 proceeds to the soil release process.
具体的には、行動管理部211は、まず、掘削量が不足しているか否かを判別する(ステップS1131)。ここでは、実掘削量が掘削量下限WBmin未満であるか否かを判別する。 Specifically, the behavior management unit 211 first determines whether the excavation volume is insufficient (step S1131). Here, it determines whether the actual excavation volume is less than the excavation volume lower limit WBmin.
実掘削量が掘削量下限WBmin未満である場合(S1131;Yes;掘削量不足)、行動管理部211は、再掘削をユーザに通知する(ステップS1132)。ここでは、再掘削を行うことを意味するメッセージを生成し、ユーザインタフェース190に通知情報として送信する。 If the actual excavation volume is less than the excavation volume lower limit WBmin (S1131; Yes; insufficient excavation volume), the behavior management unit 211 notifies the user to excavate again (step S1132). Here, a message indicating that excavation will be performed again is generated and sent to the user interface 190 as notification information.
その後、行動管理部211は、ホイールローダ100に放土処理を行わせ(ステップS1134)、ステップS1101へ移行する。放土処理時は、行動管理部211は、動作モードを放土モードとし、動作生成部213に送信する。動作生成部213は、それを受け、放土を行うよう、各種の制御信号を生成し、出力する。 The behavior management unit 211 then causes the wheel loader 100 to perform the soil discharge process (step S1134) and proceeds to step S1101. During the soil discharge process, the behavior management unit 211 sets the operation mode to soil discharge mode and sends this to the action generation unit 213. In response, the action generation unit 213 generates and outputs various control signals to perform soil discharge.
なお、ホイールローダ100は、バケット121のつめ先を上げながら掘削するため、再掘削時はバケット121を下げる必要がある。このとき、掘削対象物にあたらないようにバケット121を下げるために、一旦後退する。このため、再掘削時は、再掘削が可能な位置まで戻る(移動させる)ため、ステップS1101へ移行し、再度、目標位置に掘削位置を設定する処理から繰り返す。 The wheel loader 100 excavates with the tip of the bucket 121 raised, so when re-excavating, the bucket 121 must be lowered. At this time, the bucket 121 is temporarily moved backward to lower it so that it does not hit the object to be excavated. Therefore, when re-excavating, the process returns (moves) to a position where re-excavation is possible, and the process proceeds to step S1101, where the process of setting the excavation position to the target position is repeated again.
一方、実掘削量が掘削量下限WBmin未満でない場合(S1131;No)、すなわち、掘削量上限WBmax以上(掘削量過剰)である場合は、ステップS1132の処理を行わず、ステップS1133へ移行する。これは、掘削量不足時は、掘削対象自体が不足している可能性がある一方、掘削量過剰時は、このような心配がないためである。このため、掘削量不足時のみ、ユーザに注意喚起を行う。ただし、掘削量過剰の場合も、ユーザに再掘削を通知してもよい。 On the other hand, if the actual excavation volume is not less than the excavation volume lower limit WBmin (S1131; No), that is, if it is equal to or greater than the excavation volume upper limit WBmax (excavation volume is excessive), the process of step S1132 is not performed and the process proceeds to step S1133. This is because when the excavation volume is insufficient, there is a possibility that the excavation target itself is insufficient, whereas when the excavation volume is excessive, there is no need to worry about this. For this reason, the user is only warned when the excavation volume is insufficient. However, the user may also be notified to excavate again when the excavation volume is excessive.
以上説明したように、本実施形態のホイールローダ100の制御システム180は、作業具であるバケット121を有するホイールローダ100の動作を制御する自動運転制御装置200と、バケット121内の対象物の積載荷重を計測する荷重取得装置142と、を有し、自動運転制御装置200は、ホイールローダ100の移動先である目標位置を設定する行動管理部211を備え、行動管理部211は、荷重取得装置142により取得された積載荷重に応じて目標位置を決定する。 As explained above, the control system 180 for the wheel loader 100 in this embodiment has an automatic driving control device 200 that controls the operation of the wheel loader 100, which has a bucket 121 as a work implement, and a load acquisition device 142 that measures the load of an object in the bucket 121. The automatic driving control device 200 has a behavior management unit 211 that sets a target position to which the wheel loader 100 will move, and the behavior management unit 211 determines the target position according to the load load acquired by the load acquisition device 142.
このため、本実施形態によれば、自動で掘削対象物を掘削し、目標位置まで運搬して積み込むにあたり、バケット121内の積載荷重(掘削量)に応じて適切な行動を行うようホイールローダ100を制御できる。 As a result, according to this embodiment, when automatically excavating an excavation target, transporting it to the target position, and loading it, the wheel loader 100 can be controlled to take appropriate action depending on the load (excavation volume) in the bucket 121.
例えば、積載荷重が、予め定めた掘削許容範囲内であれば、目標位置を積込位置とし、許容範囲外である場合は、目標位置を放土位置とする。これにより、掘削量に過不足がある場合、放土して再掘削を行うことができる。 For example, if the load is within a predetermined excavation tolerance range, the target position is set as the loading position, and if it is outside the tolerance range, the target position is set as the soil dumping position. This allows soil to be dumped and excavation to be carried out again if the amount of excavation is too much or too little.
また、本実施形態では、掘削許容範囲を定める掘削量下限WBminの値を、掘削位置と積込位置との距離である経路距離L1に応じて変化させる。具体的には、経路距離L1が短いほど、掘削量下限WBminの値を小さくする。これにより、本実施形態によれば、ホイールローダ100に、走行距離に応じて最適な動作をさせるよう制御できる。 In addition, in this embodiment, the value of the excavation volume lower limit WBmin, which determines the allowable excavation range, is changed according to the path distance L1, which is the distance between the excavation position and the loading position. Specifically, the shorter the path distance L1, the smaller the value of the excavation volume lower limit WBmin. As a result, according to this embodiment, the wheel loader 100 can be controlled to perform optimal operation according to the traveling distance.
<変形例1>
なお、上記実施形態では、行動管理部211は、実掘削量が掘削量下限WBmin未満である場合であっても、放土を行い、作業指示230で指定された掘削位置で再度掘削を行うよう制御しているが、これに限定されない。
<Modification 1>
In the above embodiment, the behavior management unit 211 controls the work so that soil is released and excavation is performed again at the excavation position specified in the work instruction 230 even if the actual excavation volume is less than the excavation volume lower limit WBmin, but this is not limited to this.
例えば、行動管理部211は、実掘削量が掘削量下限WBmin未満である場合、ユーザに通知する。ユーザは、この通知を受け、必要に応じて、掘削位置を変更してもよい。例えば、掘削位置に十分な掘削対象物がない場合などである。この場合、ステップS1101において、新たにユーザが設定した掘削位置が、目標位置に設定される。 For example, if the actual excavation volume is less than the excavation volume lower limit WBmin, the behavior management unit 211 notifies the user. The user may receive this notification and change the excavation position as necessary. For example, this may occur if there are not enough excavation targets at the excavation position. In this case, in step S1101, the new excavation position set by the user is set as the target position.
<<第二実施形態>>
次に、本発明の第二実施形態を説明する。本実施形態では、掘削量の不足による掘削の繰り返し回数に応じて、掘削量下限WBminを変化させる。以下、本実施形態について、第一実施形態と異なる構成に主眼をおいて説明する。
<<Second Embodiment>>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the excavation amount lower limit WBmin is changed depending on the number of times excavation is repeated due to an insufficient excavation amount. The following description of this embodiment will focus on the configuration that is different from the first embodiment.
本実施形態のホイールローダ100の構成、その制御システム180の構成、自動運転制御装置200のハードウェア構成および同機能ブロックは、第一実施形態と同じである。ただし、行動管理部211の処理が異なる。 The configuration of the wheel loader 100, the configuration of its control system 180, and the hardware configuration and functional blocks of the automatic driving control device 200 of this embodiment are the same as those of the first embodiment. However, the processing of the behavior management unit 211 is different.
本実施形態の行動管理部211は、掘削量が不足して再掘削する回数(再掘削回数)をカウントする。また、再掘削回数が多いほど、掘削量下限WBminを小さくする。これは、掘削量不足で再掘削回数が繰り返される理由として掘削できる対象物自体が少なくなっている場合が考えられるためである。このように、掘削量下限WBminを修正することにより、掘削対象が減少し、掘削量が確保しにくくなった場合であっても、無駄に掘削を繰り返すことを回避できる。 In this embodiment, the behavior management unit 211 counts the number of times re-excavation is required due to an insufficient excavation amount (number of re-excavations). Furthermore, the greater the number of re-excavations, the smaller the excavation amount lower limit WBmin is set. This is because repeated re-excavations due to an insufficient excavation amount may be due to a decrease in the number of objects that can be excavated. In this way, by correcting the excavation amount lower limit WBmin, it is possible to avoid repeated, unnecessary excavation even when the number of excavation objects decreases and it becomes difficult to ensure the required excavation amount.
具体的には、行動管理部211は、掘削量下限を算出する際、まず、第一実施形態同様、経路距離L1に従って、掘削量下限WBminを下限候補として決定する。その後、予め定めた規則に従って、その下限候補に、再掘削回数が多いほど小さな値になるよう処理を施し、補正後の掘削量下限WBmin1を算出する。例えば、再掘削回数に応じた係数をその下限候補に乗算し、補正後の掘削量下限WBmin1とする。係数は、再掘削回数が多いほど、補正後の掘削量下限WBmin1が小さくなるよう決定される。 Specifically, when calculating the excavation volume lower limit, the behavior management unit 211 first determines the excavation volume lower limit WBmin as a candidate lower limit according to the path distance L1, as in the first embodiment. Then, according to predetermined rules, the candidate lower limit is processed so that the greater the number of re-excavations, the smaller the value becomes, and a corrected excavation volume lower limit WBmin1 is calculated. For example, the candidate lower limit is multiplied by a coefficient corresponding to the number of re-excavations to determine the corrected excavation volume lower limit WBmin1. The coefficient is determined so that the greater the number of re-excavations, the smaller the corrected excavation volume lower limit WBmin1 becomes.
再掘削回数と補正後の掘削量下限WBmin1との関係の一例を、図10に示す。本データは、下限補正データ511として予め記憶装置183等に記憶される。 Figure 10 shows an example of the relationship between the number of re-excavations and the corrected excavation volume lower limit WBmin1. This data is stored in advance in the storage device 183, etc., as lower limit correction data 511.
本実施形態の、自動運転制御装置200による行動管理処理の流れを説明する。図11は、本実施形態の行動管理処理の処理フローである。なお、現在位置は、所定の時間間隔で、測位装置141から取得しているものとする。以下の処理において、自動運転制御装置200は、現在位置は、その時点で取得した最新のものを用いる。以下、第一実施形態の行動管理処理の流れと異なる点に主眼をおいて説明する。 The flow of behavior management processing by the autonomous driving control device 200 in this embodiment will be described. Figure 11 shows the processing flow of behavior management processing in this embodiment. It is assumed that the current position is acquired from the positioning device 141 at predetermined time intervals. In the following processing, the autonomous driving control device 200 uses the most recent current position acquired at that time. The following explanation will focus on the differences from the flow of behavior management processing in the first embodiment.
まず、作業指示を取得すると、行動管理部211は、まず、初期の目標掘削量WB、および積込量下限WTminを設定するとともに、再掘削回数をカウントするカウンタn(nは1以上の整数)を初期化する(ステップS2100)。なお、ここでは、カウンタnを1とする。 First, upon receiving a work instruction, the behavior management unit 211 sets the initial target excavation volume WB and the loading volume lower limit WTmin, and initializes a counter n (n is an integer greater than or equal to 1) that counts the number of re-excavations (step S2100). Note that here, counter n is set to 1.
次に、行動管理部211は、目標位置に掘削位置を設定する(ステップS1101)。そして、行動管理部211は、目標経路を取得する(ステップS1102)。 Next, the behavior management unit 211 sets the excavation position as the target position (step S1101). Then, the behavior management unit 211 acquires the target route (step S1102).
その後、行動管理部211は、ホイールローダ100を掘削位置まで移動させるよう制御する(ステップS1103)。掘削位置まで移動すると、行動管理部211は、ホイールローダ100に掘削をさせる(ステップS1104)。掘削を終えると、行動管理部211は、実掘削量を取得する(ステップS1105)。 The behavior management unit 211 then controls the wheel loader 100 to move to the excavation position (step S1103). Once moved to the excavation position, the behavior management unit 211 causes the wheel loader 100 to excavate (step S1104). Once excavation is complete, the behavior management unit 211 acquires the actual excavation volume (step S1105).
次に、行動管理部211は、積込処理に移る。具体的には、まず、目標位置に積込位置を設定する(ステップS1106)。そして、行動管理部211は、目標経路を取得する(ステップS1107)。そして、行動管理部211は、掘削量上限WBmaxおよび掘削量下限WBminを算出し、設定する(ステップS1108)。 Next, the behavior management unit 211 proceeds to loading processing. Specifically, first, the loading position is set to the target position (step S1106). Then, the behavior management unit 211 acquires the target route (step S1107). Then, the behavior management unit 211 calculates and sets the upper excavation volume limit WBmax and the lower excavation volume limit WBmin (step S1108).
次に、本実施形態では、行動管理部211は、掘削量下限WBminを、再掘削回数に応じて補正する(ステップS2103)。ここでは、再掘削回数が大きいほど、掘削量下限WBminの値が小さくなるよう定められた、回数下限対応データにしたがって、補正する。そして、補正後の掘削量下限WBmin1を得る。その後、行動管理部211は、実掘削量が、掘削量の許容範囲内であるか否かを判別する(ステップS1109)。掘削量許容範囲内は、掘削量上限WBmaxと補正後の掘削量下限WBmin1との間である。 Next, in this embodiment, the behavior management unit 211 corrects the excavation volume lower limit WBmin according to the number of re-excavations (step S2103). Here, the correction is made in accordance with the count lower limit correspondence data, which defines that the greater the number of re-excavations, the smaller the value of the excavation volume lower limit WBmin. Then, the corrected excavation volume lower limit WBmin1 is obtained. The behavior management unit 211 then determines whether the actual excavation volume is within the allowable range of excavation volumes (step S1109). The allowable range of excavation volumes is between the excavation volume upper limit WBmax and the corrected excavation volume lower limit WBmin1.
許容範囲内であれば(S1109;Yes)、行動管理部211は、ホイールローダ100を積込位置まで移動させるよう制御する(ステップS1121)。積込位置まで移動すると、行動管理部211は、ホイールローダ100に積込をさせる(ステップS1122)。積込を終えると、行動管理部211は、目標掘削量を更新する(ステップS1123)。その後、行動管理部211は、目標掘削量が0であるか否かを判別する(ステップS1124)。 If it is within the allowable range (S1109; Yes), the behavior management unit 211 controls the wheel loader 100 to move to the loading position (step S1121). Once it has moved to the loading position, the behavior management unit 211 causes the wheel loader 100 to load (step S1122). Once loading is complete, the behavior management unit 211 updates the target excavation volume (step S1123). Thereafter, the behavior management unit 211 determines whether the target excavation volume is 0 (step S1124).
目標掘削量が0でない場合(ステップS1124;No)、まだ掘削して積み込む必要があるため、ステップS1101へ移行する。一方、目標掘削量が0である場合(ステップS1124;Yes)、積込完了と判断し、処理を終了する。 If the target excavation volume is not 0 (step S1124; No), further excavation and loading is required, so proceed to step S1101. On the other hand, if the target excavation volume is 0 (step S1124; Yes), loading is determined to be complete, and processing ends.
次に、ステップS1109において、掘削量が掘削量許容範囲外である場合(S1109;No)、行動管理部211は、放土処理に移る。 Next, in step S1109, if the excavation amount is outside the allowable excavation amount range (S1109; No), the behavior management unit 211 proceeds to the soil release process.
具体的には、行動管理部211は、まず、掘削量が不足しているか否かを判別する(ステップS1131)。実掘削量が、補正後の掘削量下限WBmin1未満である場合(S1131;Yes;掘削量不足)、行動管理部211は、まず、再掘削回数を加算する。具体的にはカウンタに1加算する(ステップS2131)。その後、行動管理部211は、再掘削をユーザに通知する(ステップS1132)。その後、行動管理部211は、ホイールローダ100に放土処理を行わせ(ステップS1133)、ステップS1101へ移行する。 Specifically, the behavior management unit 211 first determines whether the excavation amount is insufficient (step S1131). If the actual excavation amount is less than the corrected excavation amount lower limit WBmin1 (S1131; Yes; excavation amount is insufficient), the behavior management unit 211 first increments the number of re-excavations. Specifically, it increments the counter by 1 (step S2131). The behavior management unit 211 then notifies the user of the re-excavation (step S1132). The behavior management unit 211 then causes the wheel loader 100 to perform soil discharge processing (step S1133) and proceeds to step S1101.
一方、実掘削量が、補正後の掘削量下限WBmin1未満でない場合(S1131;No)、すなわち、掘削量上限WBmax以上(掘削量過剰)である場合は、ステップS2131およびS1132の処理を行わず、ステップS1133へ移行する。 On the other hand, if the actual excavation volume is not less than the corrected excavation volume lower limit WBmin1 (S1131; No), that is, if it is greater than or equal to the excavation volume upper limit WBmax (excessive excavation volume), steps S2131 and S1132 are not performed, and the process proceeds to step S1133.
これは、掘削量不足時は、掘削対象自体が不足している可能性もあるため、ユーザに注意喚起するため、通知を行う。一方、掘削量過剰時は、このような心配がないためである。ただし、掘削量過剰の場合も、ユーザに再掘削を通知してもよい。 This is because when the excavation volume is insufficient, there is a possibility that the excavation target itself is insufficient, so a notification is sent to alert the user. On the other hand, when the excavation volume is excessive, there is no need to worry about this. However, even when the excavation volume is excessive, the user may be notified to excavate again.
以上説明したように、本実施形態の作業機械の制御システム180では、さらに、行動管理部211は、積載荷重(掘削量)が、掘削量下限WBmin未満である場合、掘削した対象物を放土させ、再掘削するよう当該作業機械を制御することを繰り返し、繰り返しの回数が多いほど掘削量下限の値を小さい値とする。 As explained above, in the construction machine control system 180 of this embodiment, if the live load (excavation volume) is less than the excavation volume lower limit WBmin, the behavior management unit 211 repeatedly controls the construction machine to release the excavated object and excavate again, and the more times this is repeated, the smaller the value of the excavation volume lower limit is set.
このため、本実施形態によれば、掘削対象物自体が少なくなり、掘削量不足が発生している可能性が高い場合であっても、ホイールローダ100が適切な行動を行うよう制御できる。 For this reason, according to this embodiment, even when the number of excavation objects themselves is low and there is a high possibility that the excavation volume is insufficient, the wheel loader 100 can be controlled to take appropriate action.
<変形例2>
本実施形態においても、第一実施形態同様、掘削量不足で再掘削となった場合、ユーザが掘削位置を変更可能なように構成してもよい。
<Modification 2>
In this embodiment, as in the first embodiment, when re-excavation is required due to an insufficient excavation amount, the user may be configured to be able to change the excavation position.
<変形例3>
なお、本実施形態では、第一の実施形態同様、経路距離L1が短いほど掘削量下限WBminが小さく設定され、かつ、再掘削回数が大きいほど掘削量下限WBminは大きく設定されているが、これに限定されない。例えば、掘削量下限WBminは、経路距離L1にはよらず、再掘削回数のみで変化してもよい。
<Modification 3>
In this embodiment, as in the first embodiment, the shorter the path distance L1, the smaller the excavation amount lower limit WBmin is set, and the greater the number of re-excavations, the larger the excavation amount lower limit WBmin is set, but this is not limiting. For example, the excavation amount lower limit WBmin may change depending only on the number of re-excavations, regardless of the path distance L1.
<その他の変形例>
また、上記各実施形態では、予め、経路距離L1に応じて下限マージンが連続的に単調に減少するものとして説明したが、下限マージンの変化態様はこれに限定されない。例えば、所定距離ごとに、段階的に減少してもよい。再掘削回数に応じての変化態様も同様に、段階的であってもよい。
<Other Modifications>
In addition, in the above-described embodiments, the lower limit margin is described as decreasing continuously and monotonically according to the path distance L1, but the change in the lower limit margin is not limited to this. For example, the lower limit margin may decrease stepwise every predetermined distance. The change in the lower limit margin according to the number of re-excavation attempts may also be stepwise.
また、上限マージンおよび下限マージンは目標掘削量WBに対する割合で定められているが、これに限定されない。絶対量で定められてもよい。 Furthermore, although the upper and lower limit margins are defined as percentages of the target excavation volume WB, they are not limited to this. They may also be defined as absolute amounts.
また、上記各実施形態では、掘削直後に取得した実掘削量をそのまま積込量に加算しているが、これに限定されない。例えば、積み込み直前に、再度、荷重取得装置142から積載荷重情報を取得し、その値を加算し、既積込量WAを算出してもよい。 Furthermore, in each of the above embodiments, the actual excavation amount obtained immediately after excavation is added directly to the loading amount, but this is not limited to this. For example, immediately before loading, live load information may be obtained again from the load acquisition device 142, and this value may be added to calculate the already loaded amount WA.
また、上記各実施形態では、放土位置を掘削位置と同じ位置に設定した場合を例にあげて説明したが、これに限定されない。放土位置は、掘削位置と異なる位置に設定されてもよい。この場合、掘削量に過不足があって放土を行う場合、放土位置を目標位置に設定し、放土位置まで走行後、放土を行う。そして、放土後、再度、掘削位置を目標位置に設定し、掘削位置まで戻る。 In addition, in the above embodiments, the case where the soil release position is set to the same position as the excavation position has been described as an example, but this is not limited to this. The soil release position may be set to a position different from the excavation position. In this case, if the excavation volume is too much or too little and soil needs to be released, the soil release position is set to the target position, and the robot travels to the release position and releases the soil. Then, after releasing the soil, the excavation position is set to the target position again and the robot returns to the excavation position.
また、上記各実施形態において、作業指示230は、ユーザがユーザインタフェース190を介して入力するものとして説明したが、この指示の取得は、これに限定されない。例えば、自動運転制御装置200が、受信部を備え、受信部を介して、直接受信してもよい。受信部は、通信I/F185により実現される。この場合、管理センタ等に設けられたコンピュータ(管理装置)で作業指示を作成し、自動運転制御装置200に送信する。 In addition, in each of the above embodiments, the work instructions 230 are described as being input by the user via the user interface 190, but the acquisition of these instructions is not limited to this. For example, the automatic driving control device 200 may be provided with a receiving unit, and the instructions may be received directly via the receiving unit. The receiving unit is realized by the communication I/F 185. In this case, the work instructions are created by a computer (management device) installed in a management center or the like, and transmitted to the automatic driving control device 200.
以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は、ホイールローダに本発明を適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限らず、油圧ショベルなどホイールローダ以外の作業機械にも適用可能である。また、上記した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and includes various modifications. For example, while the above-described embodiments apply the present invention to a wheel loader, the application of the present invention is not limited to this and can also be applied to work machines other than wheel loaders, such as hydraulic excavators. Furthermore, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to those that include all of the configurations described.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. All technical matters included in the technical concept set forth in the claims are within the scope of the present invention. The above-described embodiment shows a preferred example, but a person skilled in the art will be able to realize various alternatives, modifications, variations, or improvements based on the contents disclosed in this specification, and these will fall within the technical scope set forth in the accompanying claims.
100:作業機械(ホイールローダ)、110:車体、111:エンジン、112:ステアリングシリンダ、113:駆動力伝達装置、114:油圧ポンプ、115:コントロールバルブ、120:作業機、121:バケット、122:リフトアーム、123:ベルクランク、124:バケットリンク、125:リフトシリンダ、126:バケットシリンダ、131:タイヤ、131FL:前方左タイヤ、131FR:前方右タイヤ、131RL:後方左タイヤ、131RR:後方右タイヤ、132C:センタジョイント、133F:ブレーキ、133R:ブレーキ、134F:フロント差動装置、134R:リア差動装置、141:測位装置、142:荷重取得装置、150:エンジン制御装置、160:油圧制御装置、170:走行制御装置、180:制御システム、181:CPU、182:メモリ、183:記憶装置、184:入出力I/F、185:通信I/F、190:ユーザインタフェース、
200:自動運転制御装置、211:行動管理部、212:経路計画部、213:動作生成部、220:マップデータ、221:点、222:座標、223:属性、224:線分、225:端点、226:端点、230:作業指示、231:ID、232:種別、233:目標積込量、234:積込位置、235:掘削位置、236:放土位置、240:目標経路、240a:目標経路、240b:目標経路、241:通過点、242:FNR、
300:作業領域、310:掘削対象、320:積込対象、
510:掘削量上下限データ、511:下限補正データ、520:積込量下限データ、
WA:既積込量、WB:目標掘削量、WBmax:掘削量上限、WBmin:掘削量下限、WBmin1:補正後の掘削量下限、WR:残積込量、WS:標準掘削量、WT:目標積込量、WTmin:積込量下限
100: Work machine (wheel loader), 110: Body, 111: Engine, 112: Steering cylinder, 113: Driving force transmission device, 114: Hydraulic pump, 115: Control valve, 120: Work machine, 121: Bucket, 122: Lift arm, 123: Bell crank, 124: Bucket link, 125: Lift cylinder, 126: Bucket cylinder, 131: Tire, 131FL: Front left tire, 131FR: Front right tire, 131RL: Rear left Tire, 131RR: rear right tire, 132C: center joint, 133F: brake, 133R: brake, 134F: front differential, 134R: rear differential, 141: positioning device, 142: load acquisition device, 150: engine control device, 160: hydraulic control device, 170: driving control device, 180: control system, 181: CPU, 182: memory, 183: storage device, 184: input/output I/F, 185: communication I/F, 190: user interface,
200: Automatic driving control device, 211: Behavior management unit, 212: Route planning unit, 213: Action generation unit, 220: Map data, 221: Point, 222: Coordinates, 223: Attribute, 224: Line segment, 225: End point, 226: End point, 230: Work instruction, 231: ID, 232: Type, 233: Target loading amount, 234: Loading position, 235: Excavation position, 236: Discharge position, 240: Target route, 240a: Target route, 240b: Target route, 241: Passing point, 242: FNR,
300: working area, 310: excavation target, 320: loading target,
510: upper and lower limit data of excavation volume, 511: lower limit correction data, 520: lower limit data of loading volume,
WA: Amount already loaded, WB: Target excavation amount, WBmax: Upper limit of excavation amount, WBmin: Lower limit of excavation amount, WBmin1: Lower limit of excavation amount after correction, WR: Remaining loading amount, WS: Standard excavation amount, WT: Target loading amount, WTmin: Lower limit of loading amount
Claims (10)
前記作業具内の対象物の積載荷重を計測する荷重取得装置と、
前記作業機械の現在位置を取得する測位装置と、を有する作業機械の制御システムであって、
前記自動運転制御装置は、
前記作業機械の移動先である目標位置を設定する行動管理部と、
前記測位装置により取得された前記現在位置と前記行動管理部により設定された前記目標位置との間の走行経路である目標経路を生成する経路計画部と、
前記経路計画部により生成された前記目標経路に従って前記作業機械を動作させる制御信号を生成する動作生成部と、
を備え、
前記行動管理部は、前記荷重取得装置により取得された前記積載荷重に応じて前記目標位置を決定し、
前記動作生成部は、前記作業機械を前記目標位置へ走行させ、前記作業具内の対象物を積込対象へ積込む制御信号を生成すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 an automatic driving control device that controls the operation of a work machine having a work implement;
a load acquisition device that measures the load of an object in the work tool;
a positioning device that acquires the current position of the work machine,
The automatic driving control device includes:
a behavior management unit that sets a target position to which the work machine is to be moved;
a route planning unit that generates a target route, which is a travel route between the current position acquired by the positioning device and the target position set by the behavior management unit;
a movement generating unit that generates a control signal for operating the work machine in accordance with the target path generated by the path planning unit;
Equipped with
the behavior management unit determines the target position in accordance with the live load acquired by the load acquisition device;
a control system for a work machine, wherein the operation generating unit generates a control signal for causing the work machine to travel to the target position and loading an object in the work implement onto a loading target;
前記行動管理部は、予め定められた積込対象への目標積込荷重と前記作業具内の容量とに基づいて目標積載荷重を演算し、前記積載荷重が、前記目標積載荷重として予め定められた上限値未満かつ下限値以上である場合、前記積込対象がある積込位置を前記目標位置に設定すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 2. A work machine control system according to claim 1,
The behavior management unit calculates a target live load based on a predetermined target live load for a loading object and the capacity of the work tool, and if the live load is less than an upper limit value and equal to or greater than a lower limit value predetermined for the target live load, sets the loading position where the loading object is located as the target position.
前記行動管理部は、予め定められた積込対象への目標積込荷重と前記作業具内の容量とに基づいて目標積載荷重を演算し、前記積載荷重が、前記目標積載荷重として予め定められた上限値以上である場合、予め定められた放土位置を前記目標位置に設定し、
前記動作生成部は、前記作業機械を前記目標位置へ走行させ、前記作業具内の対象物を前記目標位置で放土する制御信号を生成すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 2. A work machine control system according to claim 1,
The behavior management unit calculates a target live load based on a predetermined target live load for a loading object and a capacity of the work tool, and when the live load is equal to or greater than a predetermined upper limit value for the target live load, sets a predetermined soil release position as the target position;
a control system for a work machine, wherein the operation generating unit generates a control signal for causing the work machine to travel to the target position and releasing an object in the work tool at the target position.
前記行動管理部は、予め定められた積込対象への目標積込荷重と前記作業具内の容量とに基づいて目標積載荷重を演算し、前記積載荷重が、前記目標積載荷重として予め定められた下限値未満である場合、予め定められた放土位置を前記目標位置に設定し、
前記動作生成部は、前記作業機械を前記目標位置へ走行させ、前記作業具内の対象物を前記目標位置で放土する制御信号を生成すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 2. A work machine control system according to claim 1,
The behavior management unit calculates a target live load based on a predetermined target live load for a loading object and a capacity of the work tool, and when the live load is less than a predetermined lower limit value as the target live load, sets a predetermined soil release position as the target position;
a control system for a work machine, wherein the operation generating unit generates a control signal for causing the work machine to travel to the target position and releasing an object in the work tool at the target position.
前記行動管理部は、予め定められた第1掘削位置で掘削された前記作業具内の対象物の積載荷重が、前記下限値未満であり、前記作業具内の対象物を前記目標位置で放土する動作が実行された場合、前記第1掘削位置と異なる第2掘削位置を前記目標位置に設定すること
を特徴とする作業機械の制御システム。 5. A work machine control system according to claim 4,
a behavior management unit that, when the load of an object in the work tool excavated at a predetermined first excavation position is less than the lower limit value and an operation of releasing the object in the work tool at the target position is executed, sets a second excavation position different from the first excavation position as the target position.
前記動作生成部は、予め定められた掘削位置で前記作業具内に対象物を積載する走行制御信号および油圧制御信号を生成し、
前記行動管理部は、前記掘削位置から前記積込対象がある積込位置までの距離である経路距離に応じて前記下限値を定めること
を特徴とする作業機械の制御システム。 5. A work machine control system according to claim 4,
the operation generating unit generates a travel control signal and a hydraulic control signal for loading an object into the work tool at a predetermined excavation position;
The behavior management unit determines the lower limit value in accordance with a route distance that is a distance from the excavation position to a loading position where the loading object is located.
前記行動管理部は、前記経路距離が短いほど前記下限値を小さい値とすること
を特徴とする作業機械の制御システム。 7. A work machine control system according to claim 6,
The behavior management unit sets the lower limit value to a smaller value as the path distance becomes shorter.
前記行動管理部は、前記積載荷重が、前記下限値未満である場合、掘削した前記対象物を放土させ、再掘削するよう前記作業機械を制御することを繰り返し、繰り返しの回数が多いほど前記下限値を小さい値とすること
を特徴とする作業機械の制御システム。 A work machine control system according to claim 4 or 6,
The behavior management unit repeatedly controls the work machine to release the excavated object and excavate it again when the live load is less than the lower limit, and sets the lower limit to a smaller value as the number of repetitions increases.
前記行動管理部は、前記目標積込荷重から前記積込対象に積込を終えた荷重を減算した値と、前記作業具内の容量と、の小さい方の値を、前記目標積載荷重とすること
を特徴とする作業機械の制御システム。 A control system for a work machine according to any one of claims 2 to 8,
The behavior management unit sets the target live load to the smaller of the target live load minus the load after loading onto the loading target from the target live load and the capacity of the work tool.
A work machine equipped with the work machine control system according to any one of claims 1 to 9.
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