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JP2024111513A - Automatic control system of work machine and control method of work machine - Google Patents

Automatic control system of work machine and control method of work machine Download PDF

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JP2024111513A
JP2024111513A JP2023016065A JP2023016065A JP2024111513A JP 2024111513 A JP2024111513 A JP 2024111513A JP 2023016065 A JP2023016065 A JP 2023016065A JP 2023016065 A JP2023016065 A JP 2023016065A JP 2024111513 A JP2024111513 A JP 2024111513A
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point
passing point
work machine
rotating body
work
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JP2023016065A
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悠人 藤井
Yuto Fujii
雄太 綱野
Yuta Tsunano
貴大 平間
Takahiro Hirama
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic control system of a work machine and a control method of the work machine capable of suppressing interference between a work tool and an object to be loaded.
SOLUTION: A posture detection sensor 20 detects a posture of a work machine 2. A controller 50 identifies a soil discharge point P2 and a passing point P1A on a passage through which a bucket 8 passes upon rotation of a rotational structure 3 based on a detection result of the posture detection sensor 20, sets a position shifted to an opposite side of the soil discharge point P2 from the passing point P1A as a corrected passing point P1B, and controls the bucket 8 to pass through the corrected passing point P1B upon rotation.
SELECTED DRAWING: Figure 5
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本開示は、作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法に関する。 This disclosure relates to an automatic control system for a work machine and a control method for a work machine.

特開2019-190234号公報(特許文献1)には、自動積込における旋回体の旋回中にバケットが積込対象に干渉しないように目標旋回速度を変更する技術が記載されている。 JP 2019-190234 A (Patent Document 1) describes a technology for changing the target rotation speed during rotation of a rotating body during automatic loading so that the bucket does not interfere with the loading target.

特開2019-190234号公報JP 2019-190234 A

しかしながら特許文献1に記載の技術では、バケットなどの作業具を有する作業機の移動軌跡によっては作業具が積込対象に接触する可能性がある。 However, in the technology described in Patent Document 1, depending on the movement trajectory of a work machine having a tool such as a bucket, there is a possibility that the tool may come into contact with the loading target.

本開示の目的は、作業具と積込対象との干渉を抑制できる作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法を提供することである。 The objective of this disclosure is to provide an automatic control system for a work machine and a control method for a work machine that can reduce interference between a work tool and a loading target.

本開示の作業機械の自動制御システムは、旋回体と、作業機と、姿勢検出センサと、コントローラとを備える。旋回体は旋回する。作業機は、旋回体に取り付けられ、作業具を有する。姿勢検出センサは、作業機の姿勢を検出する。コントローラは、姿勢検出センサの検出結果に基づいて旋回体の旋回時に作業具が通過する経路において排土点と通過点とを特定し、通過点から排土点とは反対側にずらした位置を修正通過点に設定し、旋回時に作業具が修正通過点を通過するように制御する。 The automatic control system for a work machine disclosed herein includes a rotating body, a working implement, a posture detection sensor, and a controller. The rotating body rotates. The working implement is attached to the rotating body and has a working implement. The posture detection sensor detects the posture of the working implement. The controller identifies a dumping point and a passing point on the path that the working implement passes through when the rotating body rotates based on the detection result of the posture detection sensor, sets a position shifted from the passing point to the opposite side of the dumping point as a corrected passing point, and controls the working implement to pass through the corrected passing point when rotating.

本開示の作業機械の制御方法は、旋回する旋回体と、旋回体に取り付けられ、作業具を有する作業機とを備えた作業機械の制御方法であって、以下のステップを備える。 The control method for a work machine disclosed herein is a control method for a work machine that has a rotating body and a work implement that is attached to the rotating body and has a working tool, and includes the following steps.

作業機の姿勢の検出結果に基づいて旋回体の旋回時に作業具が通過する経路において排土点と通過点とが特定される。通過点から排土点とは反対側にずらした位置が修正通過点に設定される。旋回時に作業具が修正通過点を通過するように制御される。 Based on the detection results of the work implement's posture, a dumping point and a passing point are identified on the path that the work implement passes through when the rotating body rotates. A position shifted from the passing point to the opposite side of the dumping point is set as the corrected passing point. The work implement is controlled to pass through the corrected passing point when rotating.

本開示によれば、作業具と積込対象との干渉を抑制できる作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法を実現することができる。 This disclosure makes it possible to realize an automatic control system for a work machine and a control method for a work machine that can reduce interference between a work tool and a loading target.

本開示の一実施形態における作業機械の一例として油圧ショベルの構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a hydraulic excavator as an example of a work machine in an embodiment of the present disclosure. FIG. 油圧ショベルによる掘削積込の動作フローを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an operation flow of excavation and loading by a hydraulic excavator. 油圧ショベルが自動積込を行なう様子を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a hydraulic excavator performs automatic loading. 自動積込制御時におけるバケットの移動軌跡を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a movement trajectory of a bucket during automatic loading control. 図1の油圧ショベルの自動制御システムを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an automatic control system for the hydraulic excavator of FIG. 1 . 本開示の一実施形態における油圧ショベルの制御方法を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing a control method for a hydraulic excavator in one embodiment of the present disclosure.

以下、本開示の実施の形態について、図面に基づいて説明する。 The following describes an embodiment of the present disclosure with reference to the drawings.

明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。 In the specification and drawings, identical or corresponding components are given the same reference numerals and redundant explanations will not be repeated. In addition, in the drawings, configurations may be omitted or simplified for the convenience of explanation.

以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、図1に示す運転室4内の運転席4Sに着座したオペレータを基準とした方向である。 In the following description, "up," "down," "front," "rear," "left," and "right" refer to directions relative to the operator seated in the driver's seat 4S in the driver's cab 4 shown in Figure 1.

<作業機械の構成>
本開示の作業機械の一例として油圧ショベルの構成について図1を用いて説明する。
<Configuration of the work machine>
The configuration of a hydraulic excavator as an example of a work machine according to the present disclosure will be described with reference to FIG. 1 .

図1は、本開示の一実施形態における油圧ショベルの構成を概略的に示す図である。図1に示されるように、本実施形態の油圧ショベル100は、本体1と、油圧により作動する作業機2とを有している。本体1は、旋回体3と、走行体5とを有している。 Figure 1 is a diagram showing a schematic configuration of a hydraulic excavator according to one embodiment of the present disclosure. As shown in Figure 1, the hydraulic excavator 100 of this embodiment has a main body 1 and a hydraulically operated work machine 2. The main body 1 has a rotating body 3 and a traveling body 5.

走行体5は、一対の履帯5Crと、走行モータ5Mとを有している。油圧ショベル100は、履帯5Crの回転により走行可能である。走行モータ5Mは、走行体5の駆動源として設けられている。走行モータ5Mは、油圧により作動する油圧モータである。なお、走行体5は車輪(タイヤ)を有していてもよい。 The running body 5 has a pair of tracks 5Cr and a travel motor 5M. The hydraulic excavator 100 can travel by rotating the tracks 5Cr. The travel motor 5M is provided as a drive source for the running body 5. The travel motor 5M is a hydraulic motor that is operated by hydraulic pressure. The running body 5 may have wheels (tires).

旋回体3は、走行体5の上に配置され、かつ走行体5により支持されている。旋回体3は、旋回モータ(図示せず)により旋回軸RXを中心として走行体5に対して旋回可能である。旋回モータは、油圧により作動する油圧モータである。旋回軸RXは、旋回体3の旋回中心となる仮想の直線である。なお走行モータ5Mあるいは旋回モータは電動モータであってもよい。 The rotating body 3 is placed on the running body 5 and is supported by the running body 5. The rotating body 3 can be rotated relative to the running body 5 around a rotation axis RX by a rotation motor (not shown). The rotation motor is a hydraulic motor that operates by hydraulic pressure. The rotation axis RX is a virtual straight line that is the center of rotation of the rotating body 3. The traveling motor 5M or the rotation motor may be an electric motor.

旋回体3は、運転室4(キャブ)を有している。運転室4内には、オペレータが着座する運転席4Sが設けられている。オペレータ(乗員)は、運転室4に搭乗して、作業機2の操作、走行体5に対する旋回体3の旋回操作、および走行体5による油圧ショベル100の走行操作が可能である。旋回体3は、外装カバー9を有している。外装カバー9は、機械室を覆っている。油圧ショベル100は、遠隔操作されるものでもよい。 The rotating body 3 has a cab 4. A driver's seat 4S is provided in the cab 4 where an operator sits. The operator (crew) sits in the cab 4 and can operate the work equipment 2, rotate the rotating body 3 relative to the travelling body 5, and operate the hydraulic excavator 100 using the travelling body 5. The rotating body 3 has an exterior cover 9. The exterior cover 9 covers the machine room. The hydraulic excavator 100 may be remotely operated.

作業機2は、旋回体3に支持されている。作業機2は、ブーム6と、アーム7と、バケット8とを有している。作業機2は、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12とをさらに有している。 The work machine 2 is supported by the rotating body 3. The work machine 2 has a boom 6, an arm 7, and a bucket 8. The work machine 2 further has a boom cylinder 10, an arm cylinder 11, and a bucket cylinder 12.

ブーム6は、本体1に回動可能に接続されている。具体的にはブーム6の基端部は、ブームフートピン13を支点として旋回体3に回動可能に接続されている。アーム7は、ブーム6に回動可能に接続されている。具体的にはアーム7の基端部は、ブームトップピン14を支点としてブーム6の先端部に回動可能に接続されている。バケット8は、アーム7に回転可能に接続されている。具体的にはバケット8の基端部は、アームトップピン15を支点としてアーム7の先端部に回動可能に接続されている。バケット8は、グラップルのような他の作業具であってもよい。グラップルは爪の開閉状態によって全長が異なるため、グラップルの状態または姿勢の変化で積込対象200に干渉するおそれがある。このように状態または姿勢によって水平方向の長さが異なる作業具あるいは積込対象200との相対位置関係が変化する作業機であれば本開示を適用することができる。 The boom 6 is rotatably connected to the main body 1. Specifically, the base end of the boom 6 is rotatably connected to the rotating body 3 with the boom foot pin 13 as a fulcrum. The arm 7 is rotatably connected to the boom 6. Specifically, the base end of the arm 7 is rotatably connected to the tip of the boom 6 with the boom top pin 14 as a fulcrum. The bucket 8 is rotatably connected to the arm 7. Specifically, the base end of the bucket 8 is rotatably connected to the tip of the arm 7 with the arm top pin 15 as a fulcrum. The bucket 8 may be another working tool such as a grapple. Since the total length of the grapple varies depending on whether the claws are open or closed, there is a risk that the grapple may interfere with the loading target 200 due to a change in the state or posture of the grapple. The present disclosure can be applied to any working tool whose horizontal length varies depending on the state or posture, or any working machine whose relative positional relationship with the loading target 200 changes.

ブームシリンダ10の一端は旋回体3に接続され、他端はブーム6に接続されている。ブーム6は、ブームシリンダ10により本体1に対して駆動可能である。この駆動により、ブーム6は、ブームフートピン13を支点として旋回体3に対して上下方向に回動可能である。 One end of the boom cylinder 10 is connected to the rotating body 3, and the other end is connected to the boom 6. The boom 6 can be driven relative to the main body 1 by the boom cylinder 10. This drive allows the boom 6 to rotate vertically relative to the rotating body 3, with the boom foot pin 13 as a fulcrum.

アームシリンダ11の一端はブーム6に接続され、他端はアーム7に接続されている。アーム7は、アームシリンダ11によりブーム6に対して駆動可能である。この駆動により、アーム7は、ブームトップピン14を支点としてブーム6に対して上下方向または前後方向に回動可能である。 One end of the arm cylinder 11 is connected to the boom 6, and the other end is connected to the arm 7. The arm 7 can be driven relative to the boom 6 by the arm cylinder 11. This drive allows the arm 7 to rotate up and down or back and forth relative to the boom 6, with the boom top pin 14 as a fulcrum.

バケットシリンダ12の一端はアーム7に接続され、他端はバケットリンク17に接続されている。バケット8は、バケットシリンダ12によりアーム7に対して駆動可能である。この駆動により、バケット8は、アームトップピン15を支点としてアーム7に対して上下または前後方向に回動可能である。 One end of the bucket cylinder 12 is connected to the arm 7, and the other end is connected to the bucket link 17. The bucket 8 can be driven relative to the arm 7 by the bucket cylinder 12. This drive allows the bucket 8 to rotate up and down or forward and backward relative to the arm 7, with the arm top pin 15 as a fulcrum.

ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12の各々は、油圧により駆動する油圧シリンダであるが、電動シリンダなどの他のアクチュエータであってもよい。 Each of the boom cylinder 10, arm cylinder 11 and bucket cylinder 12 is a hydraulic cylinder driven by hydraulic pressure, but may also be other actuators such as electric cylinders.

油圧ショベル100は、作業機姿勢センサ20(図5)と、位置方位センサ21と、傾斜センサ22(図5)と、検出センサ23とをさらに有している。作業機姿勢センサ20は、作業機2の姿勢を検出し、作業機2の姿勢を示す姿勢信号を出力する。作業機姿勢センサ20は、ブーム6、アーム7、バケット8の各々の姿勢を検出することができる。作業機姿勢センサ20は、ブーム6、アーム7、バケット8の各々に配置されたセンサを含む。作業機姿勢センサ20は、IMU(Inertial Measurement Unit)、ストロークセンサ、ポテンショメータ、撮像装置などのいずれか、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。 The hydraulic excavator 100 further includes a work machine attitude sensor 20 (FIG. 5), a position and orientation sensor 21, an inclination sensor 22 (FIG. 5), and a detection sensor 23. The work machine attitude sensor 20 detects the attitude of the work machine 2 and outputs an attitude signal indicating the attitude of the work machine 2. The work machine attitude sensor 20 can detect the attitude of each of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8. The work machine attitude sensor 20 includes sensors disposed on each of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8. The work machine attitude sensor 20 may be any one of an IMU (Inertial Measurement Unit), a stroke sensor, a potentiometer, an imaging device, and the like, or any combination of these.

位置方位センサ21は、たとえばGNSS(Global Navigation Satellite Systems:全地球航法衛星システム)受信機である。位置方位センサ21は、2つのGNSS受信機21a、21bを含む。2つのGNSS受信機21a、21bの各々は、旋回体3の異なる位置に設置される。GNSS受信機21a、21bの各々は、グローバル座標系における旋回体3の位置を示す衛星測位信号を衛星から受信する。位置方位センサ21は、受信したグローバル座標系における旋回体3の位置を示す衛星測位信号を出力する。コントローラ50は、この衛星測位信号から、グローバル座標系における旋回体3の位置と、旋回体3の向く方位とを演算する。 The position and orientation sensor 21 is, for example, a GNSS (Global Navigation Satellite Systems) receiver. The position and orientation sensor 21 includes two GNSS receivers 21a, 21b. Each of the two GNSS receivers 21a, 21b is installed at a different position on the rotating unit 3. Each of the GNSS receivers 21a, 21b receives a satellite positioning signal from a satellite indicating the position of the rotating unit 3 in the global coordinate system. The position and orientation sensor 21 outputs the received satellite positioning signal indicating the position of the rotating unit 3 in the global coordinate system. The controller 50 calculates the position of the rotating unit 3 in the global coordinate system and the direction in which the rotating unit 3 is facing from this satellite positioning signal.

位置方位センサ21は、旋回角度センサを有していてもよい。旋回角度センサは、たとえば旋回体3に固定されている。旋回角度センサは、走行体5に対する旋回体3の旋回角度を検出し、旋回体3の旋回角度を示す旋回角度信号を出力する。旋回角度センサにより機械座標系(ローカル座標系)における旋回角度を検出することができる。旋回角度センサは、IMU、ポテンショメータ、撮像装置などのいずれか、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。機械座標系とは、旋回体3の旋回中心を原点とし、前後方向に伸びる軸、左右方向に伸びる軸、上下方向に伸びる軸(旋回軸RX)で表される直交座標系である。 The position and orientation sensor 21 may have a rotation angle sensor. The rotation angle sensor is fixed to the rotating body 3, for example. The rotation angle sensor detects the rotation angle of the rotating body 3 relative to the running body 5, and outputs a rotation angle signal indicating the rotation angle of the rotating body 3. The rotation angle sensor can detect the rotation angle in the machine coordinate system (local coordinate system). The rotation angle sensor may be an IMU, a potentiometer, an imaging device, or any combination of these. The machine coordinate system is an orthogonal coordinate system whose origin is the center of rotation of the rotating body 3 and is represented by an axis extending in the front-rear direction, an axis extending in the left-right direction, and an axis extending in the up-down direction (rotation axis RX).

傾斜センサ22は、旋回体3の加速度および角速度(旋回速度)を計測し、計測結果に基づいて旋回体3の姿勢(たとえばロール角、ピッチ角、ヨー角)を検出する。傾斜センサ22は、たとえば旋回体3の下面に設置される。傾斜センサ22は、たとえばIMUである。傾斜センサ22は、計測により得た傾斜信号を出力する。 The tilt sensor 22 measures the acceleration and angular velocity (rotation speed) of the rotating body 3, and detects the attitude of the rotating body 3 (e.g., roll angle, pitch angle, yaw angle) based on the measurement results. The tilt sensor 22 is installed, for example, on the underside of the rotating body 3. The tilt sensor 22 is, for example, an IMU. The tilt sensor 22 outputs a tilt signal obtained by the measurement.

検出センサ23は、油圧ショベル100の作業現場周囲の地形または物体を検出する。検出センサ23は、たとえば運転室4に取り付けられてもよく、外装カバー9に取り付けられてもよく、またこれら以外に取り付けられてもよい。検出センサ23は、検出した検出信号を出力する。 The detection sensor 23 detects the terrain or objects around the work site of the hydraulic excavator 100. The detection sensor 23 may be attached to, for example, the operator's cab 4, the exterior cover 9, or a location other than these. The detection sensor 23 outputs a detection signal based on the detected information.

検出センサ23は、たとえばレーザ光を射出して対象物の情報を取得するLiDAR(Light Detection and Ranging)である。検出センサ23は、電波を射出することにより対象物の情報を取得するRadar(Radio Detection and Ranging)であってもよい。Radarは、たとえば送信アンテナから発したミリ波帯の電波が物体の表面で反射して戻ってくる様子を受信アンテナで検出するミリ波レーダであってもよい。検出センサ23は、カメラを含む視覚センサであってもよい。なお検出センサ23が、作業機姿勢センサ20と同様に、作業機2の姿勢を検出する機能を備えていてもよい。 The detection sensor 23 is, for example, a LiDAR (Light Detection and Ranging) that emits laser light to acquire information about the target. The detection sensor 23 may also be a Radar (Radio Detection and Ranging) that acquires information about the target by emitting radio waves. The radar may be, for example, a millimeter wave radar that uses a receiving antenna to detect how millimeter wave band radio waves emitted from a transmitting antenna are reflected off the surface of an object and returned. The detection sensor 23 may also be a visual sensor including a camera. The detection sensor 23 may also have a function of detecting the attitude of the work machine 2, similar to the work machine attitude sensor 20.

油圧ショベル100は、指示部24(図5)と、操作部25(図5)とをさらに有している。指示部24および操作部25の各々は、運転室4内に配置されている。指示部24および操作部25は、運転室4内に搭乗したオペレータにより手動操作され、手動運転による動作指令を出力する。指示部24は、自動積込制御においてバケット8が通過すべき点を指示するための部分である。操作部25は、ブーム6、アーム7およびバケット8の動作と、旋回と、走行との各々を操作するための部分である。 The hydraulic excavator 100 further has a command unit 24 (Fig. 5) and an operation unit 25 (Fig. 5). The command unit 24 and the operation unit 25 are each disposed in the cab 4. The command unit 24 and the operation unit 25 are manually operated by an operator in the cab 4, and output operation commands for manual operation. The command unit 24 is a section for indicating the point through which the bucket 8 should pass in automatic loading control. The operation unit 25 is a section for controlling the movement, rotation, and traveling of the boom 6, arm 7, and bucket 8.

<掘削積込の動作フローおよび自動積込制御>
次に、作業機械の掘削積込の動作フローおよび自動積込制御について図2~図4を用いて説明する。
<Excavation and loading operation flow and automatic loading control>
Next, the operation flow of excavation and loading by the work machine and the automatic loading control will be described with reference to Figs.

図2は、油圧ショベルによる掘削積込の動作フローを示す図である。図3は、油圧ショベルが自動積込を行なう様子を示す斜視図である。図4は、自動積込制御時におけるバケットの移動軌跡を示す図である。 Figure 2 shows the operational flow of excavation and loading by a hydraulic excavator. Figure 3 is a perspective view showing how the hydraulic excavator performs automatic loading. Figure 4 shows the movement trajectory of the bucket during automatic loading control.

図2および図3に示されるように、油圧ショベル100による掘削積込においては、まず掘削が行なわれる(ステップSA)。この掘削により土砂などの荷がバケット8内に積み込まれる。掘削後に、バケット8内に荷を積み込んだ状態で旋回体3は旋回する(ステップSB)。この旋回はいわゆる積込旋回である。この積込旋回時にバケット8は積込対象200に干渉しないように動作制御される。積込対象200は、たとえばダンプトラックである。ダンプトラック200は、バケット8内の荷を積み込むためのベッセル200Aを有している。 As shown in Figures 2 and 3, in excavation and loading by the hydraulic excavator 100, excavation is first performed (step SA). This excavation loads a load such as soil into the bucket 8. After excavation, the rotating body 3 rotates with the load loaded into the bucket 8 (step SB). This rotation is the so-called loading rotation. During this loading rotation, the bucket 8 is controlled so as not to interfere with the object 200 to be loaded. The object 200 to be loaded is, for example, a dump truck. The dump truck 200 has a vessel 200A for loading the load in the bucket 8.

積込旋回によりバケット8内の荷をベッセル200Aに排土する点にバケット8が達すると旋回体3の旋回は停止する。この後、バケット8内の荷がダンプトラック200のベッセル200Aに排出(排土)される(ステップSC)。排土後に、再度掘削するために旋回体3は戻り旋回をする(ステップSD)。 When the bucket 8 reaches the point where the load in the bucket 8 is dumped into the vessel 200A by the loading rotation, the rotation of the rotating body 3 stops. After this, the load in the bucket 8 is discharged (discharged) into the vessel 200A of the dump truck 200 (step SC). After the discharge, the rotating body 3 rotates back to excavate again (step SD).

図3に示されるように、上記積込作業を自動化するために、積込動作時にバケット8が通過する点を特定する必要がある。自動化においては、作業具であるバケット8がベッセル200Aに干渉しないように作業機2の動作を制御する必要がある。積込動作時にバケット8が通過すべき点として、たとえば通過点(干渉回避点)P1Aと、排土点P2と、戻り点(掘削点)P3とが少なくとも特定される。 As shown in FIG. 3, in order to automate the above loading operation, it is necessary to identify the points through which the bucket 8 passes during the loading operation. In automation, it is necessary to control the operation of the work machine 2 so that the bucket 8, which is a work tool, does not interfere with the vessel 200A. At least a passing point (interference avoidance point) P1A, a discharge point P2, and a return point (digging point) P3 are identified as points through which the bucket 8 must pass during the loading operation.

通過点P1Aは、積込対象200の側端縁SE(たとえばベッセル200Aの側端縁)の真上にアームトップピン15の左右方向の中心が位置する点である。排土点P2は、積込対象200(たとえばベッセル200A)の真上にアームトップピン15の左右方向の中心が位置する点である。戻り点P3は、掘削を行なう箇所の真上にアームトップピン15の左右方向の中心が位置する点である。ここでは、通過点P1A、排土点P2、戻り点P3を特定するために、アームトップピン15の左右方向の中心が位置する点として説明するが、他の点を用いて特定してもよい。たとえば、バケット8の刃先8Tの点を用いて通過点P1A、排土点P2、戻り点P3を特定してもよい。また、たとえば、外界センサなどで積込対象200の位置を検知し、指示部24が操作された時に、作業機2と積込対象200との相対距離が最も近い作業機2上の点を用いて通過点P1A、排土点P2、戻り点P3を特定してもよい。 Passing point P1A is a point where the center of the arm top pin 15 in the left-right direction is located directly above the side edge SE of the loading object 200 (for example, the side edge of the vessel 200A). Discharge point P2 is a point where the center of the arm top pin 15 in the left-right direction is located directly above the loading object 200 (for example, the vessel 200A). Return point P3 is a point where the center of the arm top pin 15 in the left-right direction is located directly above the location where excavation is performed. Here, in order to identify passing point P1A, discharge point P2, and return point P3, the point where the center of the arm top pin 15 in the left-right direction is located is described, but other points may be used to identify them. For example, passing point P1A, discharge point P2, and return point P3 may be identified using a point on the blade tip 8T of the bucket 8. In addition, for example, the position of the loading target 200 may be detected by an external sensor, and when the indicator 24 is operated, the passing point P1A, the unloading point P2, and the return point P3 may be identified using the point on the working machine 2 that is closest relative to the loading target 200.

通過点P1A、排土点P2および戻り点P3の各々は、旋回体3の旋回中にたとえばオペレータが指示部24を操作することにより特定される。具体的にはオペレータは旋回体3の旋回において積込対象200の側端縁SE(たとえばベッセル200Aの側端縁)の真上にアームトップピン15の左右方向の中心が位置したと目視で判定したときに指示部24を操作する。またオペレータは旋回体3の旋回においてバケット8内の荷を排土すべき点の真上にアームトップピン15の左右方向の中心が位置したと目視で判定したときに指示部24を操作する。またオペレータは旋回体3の旋回において掘削すべき点の真上にアームトップピン15の左右方向の中心が位置したと目視で判定したときに指示部24を操作する。 The passing point P1A, the unloading point P2, and the return point P3 are each identified by, for example, the operator operating the indicator 24 while the rotating body 3 is rotating. Specifically, the operator operates the indicator 24 when he visually determines that the center of the arm top pin 15 in the left-right direction is located directly above the side edge SE of the loading target 200 (for example, the side edge of the vessel 200A) during the rotation of the rotating body 3. The operator also operates the indicator 24 when he visually determines that the center of the arm top pin 15 in the left-right direction is located directly above the point where the load in the bucket 8 should be unloaded during the rotation of the rotating body 3. The operator also operates the indicator 24 when he visually determines that the center of the arm top pin 15 in the left-right direction is located directly above the point where excavation should be performed during the rotation of the rotating body 3.

オペレータが指示部24を操作したタイミングにおける作業機2の姿勢と旋回体3の旋回角度とに基づいて各点P1A、P2、P3の機械座標系における座標が演算される。これにより各点P1A、P2、P3が特定される。各点P1A、P2、P3の特定は、たとえば排土後の戻り旋回時に行なわれる。自動積込制御においては、アームトップピン15の左右方向の中心が戻り点P3から通過点P1Aを通過して排土点P2へ到達するように作業機2の動作および旋回体3の旋回が制御される。 The coordinates of each of points P1A, P2, and P3 in the machine coordinate system are calculated based on the posture of the work machine 2 and the rotation angle of the rotating body 3 at the time the operator operates the instruction unit 24. This identifies each of points P1A, P2, and P3. Points P1A, P2, and P3 are identified, for example, during return rotation after unloading. In automatic loading control, the operation of the work machine 2 and the rotation of the rotating body 3 are controlled so that the left-right center of the arm top pin 15 passes through the passing point P1A from the return point P3 to the unloading point P2.

上記通過点P1Aは、バケット8が積込対象200と干渉しないように特定される。しかしながらバケット8の移動軌跡によってはバケット8が積込対象200と干渉するおそれがある。具体的には図4に示されるように、自動積込制御においては、上記のとおりアームトップピン15の左右方向の中心が、戻り点P3から通過点P1Aを通過して排土点P2へ到達するように移動する。この際、戻り点P3から通過点P1Aまでの移動軌跡は特定されていない。もしくは戻り点P3から通過点P1Aまでの移動軌跡が特定されている場合であっても、制御上のばらつきが発生する場合がある。このため戻り点P3から移動軌跡R1で通過点P1Aに達する場合もあれば、戻り点P3から移動軌跡R2で通過点P1Aに達する場合もある。たとえばバケット8に積み込まれた荷の重量が大きい場合には、移動軌跡R1よりも移動軌跡R2となる傾向が高い。このように移動軌跡R2でバケット8が移動した場合、バケット8は積込対象200(ベッセル200A)に干渉するおそれがある。 The passing point P1A is specified so that the bucket 8 does not interfere with the loading target 200. However, depending on the movement trajectory of the bucket 8, the bucket 8 may interfere with the loading target 200. Specifically, as shown in FIG. 4, in the automatic loading control, the center of the arm top pin 15 in the left-right direction moves from the return point P3 to the passing point P1A and reaches the unloading point P2 as described above. At this time, the movement trajectory from the return point P3 to the passing point P1A is not specified. Or, even if the movement trajectory from the return point P3 to the passing point P1A is specified, there may be a variation in control. For this reason, there are cases where the passing point P1A is reached from the return point P3 via the movement trajectory R1, and cases where the passing point P1A is reached from the return point P3 via the movement trajectory R2. For example, when the weight of the load loaded into the bucket 8 is large, there is a high tendency for the movement trajectory R2 to be more likely than the movement trajectory R1. If the bucket 8 moves along the movement trajectory R2 in this manner, there is a risk that the bucket 8 will interfere with the loading target 200 (vessel 200A).

そこで本開示においては、自動積込制御時において戻り点P3から通過点までの移動軌跡によらずにバケット8が積込対象200に干渉しないよう通過点P1Aが修正通過点P1Bに較正される。通過点P1Aを修正通過点P1Bに較正する作業機械の自動制御システムおよび作業機械の制御方法を以下に説明する。 Therefore, in this disclosure, during automatic loading control, the passing point P1A is calibrated to a corrected passing point P1B so that the bucket 8 does not interfere with the loading target 200 regardless of the movement trajectory from the return point P3 to the passing point. An automatic control system for a work machine and a control method for a work machine that calibrates the passing point P1A to the corrected passing point P1B are described below.

<作業機械の自動制御システム>
まず本実施形態における自動制御システムの構成について図5を用いて説明する。
<Automatic control system for work machines>
First, the configuration of the automatic control system in this embodiment will be described with reference to FIG.

図5は、本開示における油圧ショベルの自動制御システムを示すブロック図である。図5に示されるように、自動制御システムはコントローラ50を有している。コントローラ50は、プロセッサと、メインメモリと、記憶部53とを含む。プロセッサはたとえばCPU(Central Processing Unit)などである。メインメモリは、たとえばROM(Read Only Memory)のような不揮発性メモリおよびRAM(Random Access Memory)のような揮発性メモリを含む。コントローラ50は、記憶部53に記憶されているプログラムを読み出してメインメモリに展開し、プログラムに従って所定の処理を実行する。 FIG. 5 is a block diagram showing an automatic control system for a hydraulic excavator according to the present disclosure. As shown in FIG. 5, the automatic control system has a controller 50. The controller 50 includes a processor, a main memory, and a storage unit 53. The processor is, for example, a CPU (Central Processing Unit). The main memory includes, for example, a non-volatile memory such as a ROM (Read Only Memory) and a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory). The controller 50 reads out a program stored in the storage unit 53, expands it in the main memory, and executes a predetermined process according to the program.

コントローラ50は、指示点特定部51と、修正通過点算出部52と、記憶部53と、EPC弁制御部54とを有している。 The controller 50 has an indication point identification unit 51, a corrected passing point calculation unit 52, a memory unit 53, and an EPC valve control unit 54.

指示点特定部51は、作業機姿勢センサ20から出力された姿勢信号を取得する。指示点特定部51は、位置方位センサ21から出力された衛星測位信号と旋回角度信号とを取得する。指示点特定部51は、傾斜センサ22から出力された傾斜信号を取得する。指示点特定部51は、検出センサ23から出力された検出信号を取得する。指示点特定部51は、指示部24から出力された指示信号を取得する。 The indication point identification unit 51 acquires the attitude signal output from the work machine attitude sensor 20. The indication point identification unit 51 acquires the satellite positioning signal and the turning angle signal output from the position and orientation sensor 21. The indication point identification unit 51 acquires the tilt signal output from the tilt sensor 22. The indication point identification unit 51 acquires the detection signal output from the detection sensor 23. The indication point identification unit 51 acquires the indication signal output from the indication unit 24.

指示点特定部51は、自動積込制御においてバケットが通過すべき点の座標を特定する。具体的には指示点特定部51は、指示部24から指示信号を取得したタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標を算出する。 The indication point identification unit 51 identifies the coordinates of the point through which the bucket should pass during automatic loading control. Specifically, the indication point identification unit 51 calculates the coordinates of the center position in the left-right direction of the arm top pin 15 at the time when the indication signal is received from the indication unit 24.

オペレータが通過点P1Aの取得を目的として指示部24を操作した場合、指示部24が操作されたタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標が通過点P1Aの座標として通過点特定部51Aにより算出される。またオペレータが排土点P2の取得を目的として指示部24を操作した場合、指示部24が操作されたタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標が排土点P2の座標として排土点特定部51Bにより算出される。またオペレータが戻り点P3の取得を目的として指示部24を操作した場合、指示部24が操作されたタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標が戻り点P3の座標として戻り点特定部51Cにより算出される。 When the operator operates the instruction unit 24 to obtain the passing point P1A, the coordinates of the center position in the left-right direction of the arm top pin 15 at the time when the instruction unit 24 is operated are calculated by the passing point identification unit 51A as the coordinates of the passing point P1A. Also, when the operator operates the instruction unit 24 to obtain the earth discharge point P2, the coordinates of the center position in the left-right direction of the arm top pin 15 at the time when the instruction unit 24 is operated are calculated by the earth discharge point identification unit 51B as the coordinates of the earth discharge point P2. Also, when the operator operates the instruction unit 24 to obtain the return point P3, the coordinates of the center position in the left-right direction of the arm top pin 15 at the time when the instruction unit 24 is operated are calculated by the return point identification unit 51C as the coordinates of the return point P3.

各点P1A、P2、P3の座標の算出は、作業機姿勢センサ20、位置方位センサ21および傾斜センサ22の各々から取得した信号に基づいて実行される。この際、指示点特定部51は、記憶部53に記憶された作業機2の各構成部品の寸法などを参照してもよい。指示点特定部51は、特定した通過点P1A、排土点P2および戻り点P3の各々の座標信号を修正通過点算出部52へ出力する。 The coordinates of each of points P1A, P2, and P3 are calculated based on signals acquired from each of the work machine attitude sensor 20, the position and orientation sensor 21, and the tilt sensor 22. At this time, the indication point identification unit 51 may refer to the dimensions of each component of the work machine 2 stored in the memory unit 53. The indication point identification unit 51 outputs the coordinate signals of the identified passing point P1A, earth discharge point P2, and return point P3 to the corrected passing point calculation unit 52.

なお図において通過点特定部51A、排土点特定部51Bおよび戻り点特定部51Cが分けて示されているが、通過点特定部51A、排土点特定部51Bおよび戻り点特定部51Cは分かれておらず、同じ部分であってもよい。つまり各点P1A、P2、P3は、指示点特定部51の同じ部分により特定されてもよい。また指示点特定部51は、特定した排土点P2および戻り点P3の各々の座標信号を修正通過点算出部52ではなくEPC弁制御部54へ直接出力してもよい。 In the figure, the passing point identification unit 51A, the earth discharge point identification unit 51B, and the return point identification unit 51C are shown separately, but the passing point identification unit 51A, the earth discharge point identification unit 51B, and the return point identification unit 51C may not be separate and may be the same part. In other words, each point P1A, P2, and P3 may be identified by the same part of the indication point identification unit 51. Furthermore, the indication point identification unit 51 may output the coordinate signals of the identified earth discharge point P2 and return point P3 directly to the EPC valve control unit 54, rather than to the corrected passing point calculation unit 52.

修正通過点算出部52は、通過点P1Aの座標信号を通過点特定部51Aから取得する。修正通過点算出部52は、取得した通過点P1Aの座標を修正通過点P1Bに較正する。 The modified pass point calculation unit 52 acquires the coordinate signal of the pass point P1A from the pass point identification unit 51A. The modified pass point calculation unit 52 calibrates the acquired coordinate of the pass point P1A to the modified pass point P1B.

図4に示されるように、通過点P1Aの座標の較正は、通過点P1Aに対して排土点P2とは反対側に距離Lだけずらした位置を修正通過点P1Bに設定し、その修正通過点P1Bの座標を算出することにより行なわれる。 As shown in FIG. 4, the coordinates of the passing point P1A are calibrated by setting a position shifted by a distance L from the passing point P1A on the opposite side of the unloading point P2 as a corrected passing point P1B, and calculating the coordinates of the corrected passing point P1B.

位置をずらす距離Lは、たとえばバケット8の左右方向の幅W(図1)の半分の寸法(W/2)以上である。これによりバケット8が積込対象200に干渉することがさらに抑制される。 The distance L by which the position is shifted is, for example, equal to or greater than half (W/2) of the width W (FIG. 1) of the bucket 8 in the left-right direction. This further prevents the bucket 8 from interfering with the loading target 200.

また修正通過点P1Bは、油圧ショベル100を基準とする機械座標系(ローカル座標系)における水平方向に通過点P1Aからずらした位置に設定される。具体的にはグローバル座標系における水平面に油圧ショベル100が配置されている場合には、グローバル座標系における水平方向と機械座標系における水平方向とは一致する。このため、この場合には修正通過点P1Bは、グローバル座標系の水平方向と同じ機械座標系の水平方向に通過点P1Aからずらした位置に設定される。 Moreover, the corrected passing point P1B is set at a position shifted from the passing point P1A in the horizontal direction in a machine coordinate system (local coordinate system) based on the hydraulic excavator 100. Specifically, when the hydraulic excavator 100 is placed on a horizontal plane in the global coordinate system, the horizontal direction in the global coordinate system and the horizontal direction in the machine coordinate system coincide. Therefore, in this case, the corrected passing point P1B is set at a position shifted from the passing point P1A in the horizontal direction of the machine coordinate system, which is the same as the horizontal direction of the global coordinate system.

一方、グローバル座標系における水平面に対して傾斜した斜面に油圧ショベル100が配置されている場合には、グローバル座標系における水平方向と機械座標系における水平方向とは一致しない。このため、この場合には修正通過点P1Bは、グローバル座標系の水平方向とは異なる機械座標系の水平方向に通過点P1Aからたとえば排土点P2とは反対側に距離Lだけずらした位置に設定される。 On the other hand, when the hydraulic excavator 100 is placed on a slope that is inclined with respect to the horizontal plane in the global coordinate system, the horizontal direction in the global coordinate system does not coincide with the horizontal direction in the machine coordinate system. For this reason, in this case, the corrected passing point P1B is set at a position shifted by a distance L from the passing point P1A, for example, on the opposite side of the earth discharge point P2, in the horizontal direction of the machine coordinate system, which is different from the horizontal direction of the global coordinate system.

図5に示されるように、修正通過点算出部52は、修正通過点P1Bを算出するに際し、記憶部53に記憶されたバケット8の形状データなどを参照する。記憶部53には、作業機2の各構成部品の寸法などが記憶されている。 As shown in FIG. 5, when calculating the corrected passing point P1B, the corrected passing point calculation unit 52 refers to shape data of the bucket 8 stored in the memory unit 53. The memory unit 53 stores dimensions of each component of the work machine 2, etc.

記憶部53には、入力装置26から各種の情報が入力される。入力装置26は、タッチパネル、キーボードなどであってもよい。入力装置26は、油圧ショベル100に搭載されていてもよく、また油圧ショベル100とは離れた位置にありコントローラ50と有線または無線で接続されるものであってもよい。また記憶部53には予めバケット8(作業具)の形状データなどが記憶されていてもよく、入力装置26により外部から記憶部53へ無線で送信されてもよい。 Various information is input to the memory unit 53 from the input device 26. The input device 26 may be a touch panel, a keyboard, or the like. The input device 26 may be mounted on the hydraulic excavator 100, or may be located away from the hydraulic excavator 100 and connected to the controller 50 by wire or wirelessly. The memory unit 53 may also store shape data of the bucket 8 (work tool) and the like in advance, and this data may be transmitted wirelessly from the outside to the memory unit 53 by the input device 26.

修正通過点算出部52は、算出した修正通過点P1Bと、排土点P2と、戻り点P3との各座標を示す信号をEPC弁制御部54へ出力する。EPC弁制御部54は、取得した修正通過点P1B、排土点P2および戻り点P3の各々の座標を示す信号に基づいてEPC弁28を制御する。 The corrected passing point calculation unit 52 outputs signals indicating the coordinates of the calculated corrected passing point P1B, the discharge point P2, and the return point P3 to the EPC valve control unit 54. The EPC valve control unit 54 controls the EPC valve 28 based on the signals indicating the coordinates of the acquired corrected passing point P1B, the discharge point P2, and the return point P3.

EPC弁28は、コントローラ50のEPC弁制御部54からの指令電流に基づいて油圧バルブ30を制御する。これによりEPC弁28は、油圧ポンプ27により油タンク(図示せず)から汲み上げられた油のアクチュエータ29への供給を制御する。アクチュエータ29は、たとえば油圧アクチュエータであり、ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12、旋回モータなどである。 The EPC valve 28 controls the hydraulic valve 30 based on a command current from the EPC valve control section 54 of the controller 50. In this way, the EPC valve 28 controls the supply of oil pumped up from an oil tank (not shown) by the hydraulic pump 27 to the actuator 29. The actuator 29 is, for example, a hydraulic actuator, such as the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, the bucket cylinder 12, or a swing motor.

EPC弁制御部54によりEPC弁28が制御されることにより、自動積込制御においてアームトップピン15の左右方向の中心が戻り点P3から修正通過点P1Bを通過して排土点P2に達するように各油圧アクチュエータが制御される。これによりバケット8と積込対象200との干渉が抑制された自動積込制御が可能となる。 By controlling the EPC valve 28 by the EPC valve control unit 54, each hydraulic actuator is controlled so that the center of the arm top pin 15 in the left-right direction passes from the return point P3 through the corrected passing point P1B and reaches the unloading point P2 during automatic loading control. This enables automatic loading control in which interference between the bucket 8 and the loading target 200 is suppressed.

なおEPC弁制御部54は、操作部25からの操作信号を取得する。EPC弁制御部54は、操作部25から出力された手動運転の動作指令に基づいてEPC弁28を制御してもよい。これによりオペレータによる手動運転により作業機2の動作、旋回体3の旋回を操作することが可能となる。これによりオペレータが通過点P1A、排土点P2および戻り点P3の各点となる位置へ作業機を移動させることができる。 The EPC valve control unit 54 acquires an operation signal from the operation unit 25. The EPC valve control unit 54 may control the EPC valve 28 based on a manual operation command output from the operation unit 25. This allows the operator to manually operate the operation of the work machine 2 and the rotation of the rotating body 3. This allows the operator to move the work machine to the positions that serve as the passing point P1A, the earth discharge point P2, and the return point P3.

また検出センサ23の検出信号に基づいて図2に示す一連の掘削積込動作が完全自動化されてもよい。検出センサ23が油圧ショベル100の周囲の状況および物体を検出することにより、油圧ショベル100と掘削点または積込対象200との相対的な位置関係を検出することが可能となる。このため自動での戻り旋回SD(図2)時に通過点P1A、排土点P2および戻り点P3の各点を自動で特定することも可能となる。また検出センサ23が油圧ショベル100の周囲の地形などを検出することにより、掘削SA(図2)も自動で行うことが可能となる。これにより自動積込制御との組合わせで掘削積込の一連の作業を完全自動化することが可能となる。 The series of excavation and loading operations shown in FIG. 2 may also be fully automated based on the detection signal from the detection sensor 23. The detection sensor 23 detects the situation and objects around the hydraulic excavator 100, making it possible to detect the relative positional relationship between the hydraulic excavator 100 and the excavation point or loading target 200. This makes it possible to automatically identify the passing point P1A, the earth discharge point P2, and the return point P3 during automatic return swing SD (FIG. 2). Furthermore, the detection sensor 23 detects the topography and other factors around the hydraulic excavator 100, making it possible to automatically perform excavation SA (FIG. 2). This makes it possible to fully automate the series of excavation and loading operations in combination with automatic loading control.

コントローラ50、指示部24、操作部25および入力装置26の各々は、油圧ショベル100に搭載されていてもよく、油圧ショベル100の外部に離れて配置されていてもよい。コントローラ50、指示部24、操作部25および入力装置26の各々が油圧ショベル100の外部に離れて配置されている場合、コントローラ50、指示部24、操作部25および入力装置26の各々は、各種センサ20~23、EPC弁28などと無線により接続されていてもよい。コントローラ50は、油圧ショベル100から離れたサーバに格納されていてもよい。また操作部25が油圧ショベル100から離れていることにより、オペレータは油圧ショベル100の運転席4内に搭乗せずに、遠隔で油圧ショベル100を操作してもよい。 The controller 50, the instruction unit 24, the operation unit 25, and the input device 26 may each be mounted on the hydraulic excavator 100, or may be disposed remotely outside the hydraulic excavator 100. When the controller 50, the instruction unit 24, the operation unit 25, and the input device 26 are disposed remotely outside the hydraulic excavator 100, the controller 50, the instruction unit 24, the operation unit 25, and the input device 26 may each be wirelessly connected to the various sensors 20 to 23, the EPC valve 28, and the like. The controller 50 may be stored in a server separate from the hydraulic excavator 100. In addition, since the operation unit 25 is separate from the hydraulic excavator 100, the operator may operate the hydraulic excavator 100 remotely without being seated in the driver's seat 4 of the hydraulic excavator 100.

<作業機械の制御方法>
次に、本実施形態における作業機械の制御方法について図5および図6を用いて説明する。
<Method of controlling a work machine>
Next, a control method for the work machine in this embodiment will be described with reference to FIGS.

図6は、本開示の一実施形態における油圧ショベルの制御方法を示すフロー図である。図5および図6に示されるように、コントローラ50の指示点特定部51は、作業機姿勢センサ20から出力された姿勢信号(作業機姿勢情報)を取得する(ステップS1:図6)。コントローラ50の指示点特定部51は、位置方位センサ21から出力された衛星測位信号と旋回角度信号(旋回角度情報)とを取得する(ステップS2:図6)。コントローラ50の指示点特定部51は、傾斜センサ22から出力された傾斜信号を取得する。コントローラ50の指示点特定部51は、検出センサ23から出力された検出信号を取得する。コントローラ50の指示点特定部51は、指示部24から出力された指示信号を取得する。 Figure 6 is a flow diagram showing a control method for a hydraulic excavator in one embodiment of the present disclosure. As shown in Figures 5 and 6, the indication point identification unit 51 of the controller 50 acquires the attitude signal (working machine attitude information) output from the working machine attitude sensor 20 (step S1: Figure 6). The indication point identification unit 51 of the controller 50 acquires the satellite positioning signal and the turning angle signal (turning angle information) output from the position and orientation sensor 21 (step S2: Figure 6). The indication point identification unit 51 of the controller 50 acquires the tilt signal output from the tilt sensor 22. The indication point identification unit 51 of the controller 50 acquires the detection signal output from the detection sensor 23. The indication point identification unit 51 of the controller 50 acquires the indication signal output from the indication unit 24.

コントローラ50の指示点特定部51は、自動積込制御においてバケット8が通過すべき点の座標を特定する。具体的には指示点特定部51は、指示部24から指示信号を取得したタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標を算出する。 The indication point identification unit 51 of the controller 50 identifies the coordinates of the point through which the bucket 8 should pass during automatic loading control. Specifically, the indication point identification unit 51 calculates the coordinates of the center position in the left-right direction of the arm top pin 15 at the time when the indication signal is received from the indication unit 24.

アームトップピン15の左右方向の中心が積込対象200の側端縁の真上に位置したとオペレータが判断して指示部24を操作した場合または検出センサ23が判断した場合、そのタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標が通過点P1Aの座標として通過点特定部51Aにより算出される。これにより通過点P1Aが特定される(ステップS3:図6)。 When the operator determines that the left-right center of the arm top pin 15 is located directly above the side edge of the loading target 200 and operates the indicator 24, or when the detection sensor 23 determines this, the coordinates of the left-right center position of the arm top pin 15 at that timing are calculated by the pass point identification unit 51A as the coordinates of pass point P1A. This identifies pass point P1A (step S3: Figure 6).

またアームトップピン15の左右方向の中心が荷を排土すべき点の真上に位置したとオペレータが判断して指示部24を操作した場合または検出センサ23が判断した場合、そのタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標が排土点P2の座標として排土点特定部51Bにより算出される。これにより排土点P2が特定される。 In addition, when the operator determines that the left-right center of the arm top pin 15 is located directly above the point where the load is to be discharged and operates the instruction unit 24, or when the detection sensor 23 determines this, the coordinates of the left-right center position of the arm top pin 15 at that timing are calculated by the discharge point identification unit 51B as the coordinates of the discharge point P2. This identifies the discharge point P2.

またアームトップピン15の左右方向の中心が掘削すべき点の真上に位置したとオペレータが判断して指示部24を操作した場合または検出センサ23が判断した場合、そのタイミングにおけるアームトップピン15の左右方向の中心位置の座標が戻り点P3の座標として戻り点特定部51Cにより算出される。これにより戻り点P3が特定される。 In addition, when the operator determines that the left-right center of the arm top pin 15 is located directly above the point to be excavated and operates the indicator 24, or when the detection sensor 23 determines this, the coordinates of the left-right center position of the arm top pin 15 at that timing are calculated by the return point identification unit 51C as the coordinates of the return point P3. This identifies the return point P3.

指示点特定部51は、特定した通過点P1A、排土点P2および戻り点P3の各々の座標信号を修正通過点算出部52へ出力する。なお指示点特定部51は、特定した排土点P2および戻り点P3の各々の座標信号を修正通過点算出部52ではなくEPC弁制御部54へ直接出力してもよい。 The instruction point identification unit 51 outputs the coordinate signals of the identified passing point P1A, earth discharge point P2, and return point P3 to the modified passing point calculation unit 52. Note that the instruction point identification unit 51 may output the coordinate signals of the identified earth discharge point P2 and return point P3 directly to the EPC valve control unit 54, instead of to the modified passing point calculation unit 52.

修正通過点算出部52は、通過点P1Aの座標信号を通過点特定部51Aから取得すると、取得した通過点P1Aの座標を修正通過点P1Bに較正する。つまりコントローラ50の修正通過点算出部52は、通過点P1Aを修正した修正通過点P1Bを算出する(ステップS4:図6)。 When the modified pass point calculation unit 52 acquires the coordinate signal of the pass point P1A from the pass point identification unit 51A, it calibrates the acquired coordinate of the pass point P1A to the modified pass point P1B. That is, the modified pass point calculation unit 52 of the controller 50 calculates the modified pass point P1B by modifying the pass point P1A (step S4: FIG. 6).

通過点P1Aの座標の較正は、図4を用いて説明したように、通過点P1Aに対して排土点P2とは反対側に距離Lだけずらした位置を修正通過点P1Bに設定し、その修正通過点P1Bの座標を算出することにより行なわれる。 As explained with reference to FIG. 4, the coordinates of the passing point P1A are calibrated by setting a position shifted by a distance L from the passing point P1A on the opposite side of the unloading point P2 as the corrected passing point P1B, and then calculating the coordinates of the corrected passing point P1B.

修正通過点算出部52は、算出した修正通過点P1Bと、排土点P2と、戻り点P3との各座標を示す信号をEPC弁制御部54へ出力する。EPC弁制御部54は、取得した修正通過点P1B、排土点P2および戻り点P3の各座標を示す信号に基づいてEPC弁28を制御する。 The corrected passing point calculation unit 52 outputs signals indicating the coordinates of the calculated corrected passing point P1B, the discharge point P2, and the return point P3 to the EPC valve control unit 54. The EPC valve control unit 54 controls the EPC valve 28 based on the signals indicating the coordinates of the acquired corrected passing point P1B, the discharge point P2, and the return point P3.

EPC弁制御部54によりEPC弁28が制御されることにより、自動積込制御においてアームトップピン15の左右方向の中心が戻り点P3から修正通過点P1Bを通過して排土点P2に達するように各油圧アクチュエータが制御される(ステップS5:図6)。これによりバケット8と積込対象200との干渉が抑制された自動積込制御が可能となる。 By controlling the EPC valve 28 by the EPC valve control unit 54, each hydraulic actuator is controlled so that the center of the arm top pin 15 in the left-right direction passes from the return point P3 through the corrected passing point P1B and reaches the unloading point P2 during automatic loading control (step S5: Figure 6). This enables automatic loading control in which interference between the bucket 8 and the loading target 200 is suppressed.

<効果>
次に、本実施形態の効果について説明する。
<Effects>
Next, the effects of this embodiment will be described.

本実施形態においては図4に示されるように、通過点P1Aから排土点P2とは反対側にずらした位置を修正通過点P1Bとして、修正通過点P1Bの座標が算出される。そして旋回時に修正通過点P1Bを通過するように作業機2の動作が制御される。これにより自動積込制御時においてバケット8と積込対象200との干渉を抑制することが可能となる。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, a position shifted from the passing point P1A to the opposite side of the unloading point P2 is set as the corrected passing point P1B, and the coordinates of the corrected passing point P1B are calculated. The operation of the work machine 2 is then controlled so that it passes through the corrected passing point P1B when turning. This makes it possible to suppress interference between the bucket 8 and the loading target 200 during automatic loading control.

また本実施形態においては図4に示されるように、通過点P1Aから排土点P2とは反対側にバケット8の左右方向の幅W(図1)の半分の寸法(W/2)だけずらした位置が修正通過点P1Bに設定される。これにより自動積込制御時においてバケット8と積込対象200との干渉をさらに抑制することが可能となる。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, a position shifted from the passing point P1A on the opposite side of the earth unloading point P2 by half the dimension (W/2) of the width W (FIG. 1) in the left-right direction of the bucket 8 is set as the corrected passing point P1B. This makes it possible to further suppress interference between the bucket 8 and the loading target 200 during automatic loading control.

また本実施形態においては、油圧ショベル100を基準とする機械座標系における水平方向に通過点P1Aからずらした位置が修正通過点P1Bに設定される。これにより油圧ショベル100がグローバル座標系における水平面に対して傾斜した斜面に配置されている場合においても、自動積込制御時においてバケット8と積込対象200との干渉を抑制することが可能となる。 In addition, in this embodiment, a position shifted from the passing point P1A in the horizontal direction in a machine coordinate system based on the hydraulic excavator 100 is set as the corrected passing point P1B. This makes it possible to suppress interference between the bucket 8 and the loading target 200 during automatic loading control, even if the hydraulic excavator 100 is placed on a slope that is inclined with respect to the horizontal plane in the global coordinate system.

また本実施形態においては図5に示されるように、自動制御システムは、アクチュエータ29を駆動させるための手動運転の動作指令を出力する操作部25と、動作指令を出力して作業機2を動作させた際に通過点P1Aを指示する指示部24とを有している。これによりオペレータが手動運転で作業機2および旋回体3を動作させて、通過点P1Aを特定することができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 5, the automatic control system has an operation unit 25 that outputs a manual operation command to drive the actuator 29, and an instruction unit 24 that indicates the passing point P1A when the operation command is output to operate the work machine 2. This allows the operator to manually operate the work machine 2 and the rotating body 3 to identify the passing point P1A.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 本体、2 作業機、3 旋回体、4 運転室、4S 運転席、5 走行体、5Cr 履帯、5M 走行モータ、6 ブーム、7 アーム、8 バケット、9 外装カバー、10 ブームシリンダ、11 アームシリンダ、12 バケットシリンダ、13 ブームフートピン、14 ブームトップピン、15 アームトップピン、17 バケットリンク、20 作業機姿勢センサ、21 位置方位センサ、21a 受信機、22 傾斜センサ、23 検出センサ、24 指示部、25 操作部、26 入力装置、27 油圧ポンプ、28 EPC弁、29 アクチュエータ、50 コントローラ、51 指示点特定部、51A 通過点特定部、51B 排土点特定部、51C 戻り点特定部、52 修正通過点算出部、53 記憶部、54 EPC弁制御部、100 油圧ショベル、200 積込対象、200A ベッセル、P1A 通過点、P1B 修正通過点、P2 排土点、P3 戻り点、R1,R2 移動軌跡、RX 旋回軸、SE 側端縁。 1 Main body, 2 Work machine, 3 Swivel body, 4 Cab, 4S Cab, 5 Traveling body, 5Cr Track, 5M Traveling motor, 6 Boom, 7 Arm, 8 Bucket, 9 Exterior cover, 10 Boom cylinder, 11 Arm cylinder, 12 Bucket cylinder, 13 Boom foot pin, 14 Boom top pin, 15 Arm top pin, 17 Bucket link, 20 Work machine attitude sensor, 21 Position and direction sensor, 21a Receiver, 22 Tilt sensor, 23 Detection sensor, 24 Indication unit, 25 Operation unit, 26 Input device, 27 Hydraulic pump, 28 EPC valve, 29 Actuator, 50 Controller, 51 Indication point identification unit, 51A Passing point identification unit, 51B Earth discharge point identification unit, 51C Return point identification unit, 52 Corrected passing point calculation unit, 53 Memory unit, 54 EPC valve control unit, 100 Hydraulic excavator, 200 loading target, 200A vessel, P1A passing point, P1B corrected passing point, P2 unloading point, P3 return point, R1, R2 movement trajectory, RX rotation axis, SE side edge.

Claims (7)

旋回する旋回体と、
前記旋回体に取り付けられ、作業具を有する作業機と、
前記作業機の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
前記姿勢検出センサの検出結果に基づいて前記旋回体の旋回時に前記作業具が通過する経路において排土点と通過点とを特定し、前記通過点から前記排土点とは反対側にずらした位置を修正通過点に設定し、旋回時に前記作業具が前記修正通過点を通過するように制御するコントローラと、を備えた、作業機械の自動制御システム。
A rotating body that rotates;
A work machine attached to the rotating body and having a work tool;
a posture detection sensor for detecting a posture of the work machine;
a controller that identifies a discharge point and a passing point on a path that the work implement passes through when the rotating body rotates based on the detection results of the attitude detection sensor, sets a position shifted from the passing point to the opposite side of the discharge point as a corrected passing point, and controls the work implement to pass through the corrected passing point when rotating.
前記コントローラは、前記通過点から前記排土点とは反対側に前記作業具の幅の半分の寸法だけずらした位置を前記修正通過点に設定する、請求項1に記載の作業機械の自動制御システム。 The automatic control system for a work machine according to claim 1, wherein the controller sets the corrected passing point to a position shifted from the passing point by half the width of the implement on the opposite side of the earth removal point. 前記コントローラは、前記作業機械を基準とする機械座標系における水平方向に前記通過点からずらした位置を前記修正通過点に設定する、請求項1に記載の作業機械の自動制御システム。 The automatic control system for a work machine according to claim 1, wherein the controller sets the corrected passing point to a position horizontally shifted from the passing point in a machine coordinate system based on the work machine. 前記旋回体の旋回時に前記作業具が通過する経路において、積込対象の側端縁の上部に位置する点を前記通過点と特定する、請求項1に記載の作業機械の自動制御システム。 The automatic control system for a work machine according to claim 1, which identifies the passing point as a point located above the side edge of the loading target on the path through which the work implement passes when the rotating body rotates. 前記作業機を駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動させるための手動運転の動作指令を出力する操作部と、
前記動作指令を出力して前記作業機を動作させた際に前記通過点を指示する指示部と、をさらに備えた、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の作業機械の自動制御システム。
An actuator that drives the working machine;
an operation unit that outputs a manual operation command for driving the actuator;
5. The automatic control system for a work machine according to claim 1, further comprising: an instruction unit that indicates the passing point when the operation command is output to operate the work machine.
旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられ、作業具を有する作業機と、を備えた作業機械の制御方法であって、
前記作業機の姿勢の検出結果に基づいて前記旋回体の旋回時に前記作業具が通過する経路において排土点と通過点とを特定するステップと、
上面視において前記通過点から前記排土点とは反対側にずらした位置を修正通過点に設定するステップと、
旋回時に前記作業具が前記修正通過点を通過するように制御するステップと、を備えた、作業機械の制御方法。
A control method for a work machine including a rotating body and a work implement having a working tool attached to the rotating body, comprising:
A step of identifying an earth unloading point and a passing point on a path through which the work implement passes when the rotating body rotates based on a detection result of the attitude of the work implement;
setting a position shifted from the passing point to an opposite side to the earth unloading point in a top view as a corrected passing point;
and controlling the work implement so that it passes through the corrected passing point during a turn.
前記通過点を特定するステップにおいては、手動操作に基づく操作信号の入力時における前記作業機の姿勢の検出結果に基づいて前記通過点を特定する、請求項6に記載の作業機械の制御方法。
7. The control method for a work machine according to claim 6, wherein in the step of identifying the passing point, the passing point is identified based on a detection result of an attitude of the work machine at the time an operation signal based on manual operation is input.
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