JPH0592816A - 無人車両の荷取作業方法および荷取作業装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】無人車両における荷取作業の作業効率向上を図
る。 【構成】上屋１１に載置された砂１２をホイールローダ
５で荷取る作業を行う場合において複数の荷取経路１、
２、３の中で砂１２前面までの距離Ｌ３が最小となる荷
取経路３が選択され、荷取作業が行なわれる。以下、同
様にして最小の距離に対応する荷取経路が選択され、や
がて砂１２の前面が均一にならされ、荷が崩れやすくな
ることがなくなる。これにより砂１２を荷取るとき砂１
２前面とバケット９の刃先とが平行となり、１回の作業
でバケット９内に入る砂１２の量が最大となり、無人の
ローダ５による荷取作業の作業効率が大幅に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外力に応じて形が変形
する土砂等の荷を荷取りする無人車両の荷取作業方法お
よび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アスファルトプラント、コンクリートプ
ラント等においては、ホイールローダを用いそのバケッ
トで材料（砂等）を荷取りして、これをホッパに供給す
る荷取作業が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この場合、図１に示す
ようにホイールローダ５が同じ経路２のみを繰り返し通
り上屋１１に荷置きされた材料１２を荷取りしようとす
ると、材料１２としては外力に応じて外形が変形する砂
等であることから、その形が破線Ａに示すように湾曲状
に変形してしまう。

【０００４】したがって、この変形によりバケット刃先
と材料１２前面とが平行でなくなってしまい、バケット
によって荷取りされる量が少なくなり、作業効率が損な
われることになる（バケット刃先に対して材料１２前面
が平行のとき最も多くの量が荷取りされ、作業効率がよ
い）。

【０００５】また、上記のごとく材料１２について同じ
場所から繰り返し荷取りがなされると、材料１２の山が
容易に崩れてしまい、砂等が路面にばらまかれてしま
う。このためホイールローダ５のスリップを招き、車体
の姿勢が変化して材料１２前面に対してバケット刃先が
平行とならなくなる事態をさらに悪化させることにな
る。

【０００６】ここで、ホイールローダ５がオペレータの
操縦によって走行している場合には、こうした状況の変
化に応じて柔軟に対応できるであろうが、近年、ホイー
ルローダ５を無人車両にして、荷取作業を自動化する試
みがなされている。この場合には、状況に即した柔軟な
対応が不可能である。したがって、上記問題点をオペレ
ータによる操縦に頼ることなく自動的に解決する方法お
よび装置の開発が望まれる。

【０００７】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、無人車両を用いて、外力に応じて変形自在の
荷を荷取りする場合に、一度に荷を多く取れるようにす
ることができ作業効率を大幅に向上させることができる
無人車両の荷取方法および装置を提供することをその目
的している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
外力に応じて変形自在の荷に向けて荷取経路が用意さ
れ、この荷取経路に沿って進行して荷取作業を行う無人
車両の荷取作業方法において、前記荷に向けて互いに平
行な複数の荷取経路が用意され、これら複数の荷取経路
それぞれに沿って前記無人車両を進行させて荷取作業を
行わせるとともに、前記複数の荷取経路上の基準位置か
ら荷までの距離を各荷取経路について計測する第１の距
離計測行程と、前記複数の荷取経路の各距離計測値の中
で最小の距離に対応する荷取経路を選択する荷取経路選
択行程と、前記選択された荷取経路に沿って前記無人車
両を進行させて荷取作業を行なわせるとともに、前記選
択された荷取経路について前記基準位置から荷までの距
離を計測する第２の距離計測行程とを具え、この第２の
距離計測行程で計測された距離をもって、対応する荷取
経路の距離計測値を更新して前記荷取経路選択行程、前
記第２の距離計測行程を繰り返し実行して順次荷取経路
を選択するようにしている。

【０００９】

【作用】かかる構成によれば、図１に示すように複数の
荷取経路１〜３の中で、経路２のごとく基準位置ＳＴ１
から荷１２までの距離Ｌ２が最大のものがあれば、この
経路２はつぎに選択すべき経路から除かれ、最小の距離
Ｌ３に対応する経路３がつぎに進行する経路として選択
される。このようにして、基準位置ＳＴ１から荷１２ま
での距離が最も小さくなる経路が順次選択され、荷取作
業が行なわれることで、やがて、荷１２の前面がならさ
れ、経路２における荷１２の前面が車両５のバケット刃
先と平行となる。これにより荷１２をより多く荷取りす
ることが可能となり、作業効率が大幅に向上する。

【００１０】

【実施例】以下図面を参照して本発明に係る無人車両の
荷取作業方法および装置の実施例について説明する。

【００１１】なお、実施例では、適用車両としてホイー
ルローダを想定している。

【００１２】図１に示すようにホイールローダ５（以
下、車両５という）が走行する路面には、誘導ケーブル
ＣＬが敷設されている。この誘導ケーブルＣＬは車両５
が走行すべき予定走行路に沿って敷設されており、この
誘導ケーブルＣＬには所定周波数ｆ１の誘導電流が導通
している。

【００１３】車両５は、いわゆるアーティキュレート型
のローダであり、操舵機構がセンタピボットステアリン
グ式となっている。すなわち、前側車体６と後側車体７
との間にはこれら両車体６、７を連結するとともに、前
側車体６を後側車体７に対して水平方向に回動させるピ
ボットピン１０が配設されている。しかして、ピン１０
を介して前側車体６を操舵させることで、車両５は上記
誘導ケーブルＣＬで示される予定走行路に沿って誘導走
行される。この誘導走行方式は、車両５の車体左右に配
設された１対のピックアップコイルで上記誘導ケーブル
ＣＬから発生する磁界を検出して、これら両コイルの検
出値（誘起電圧）の偏差から上記誘導ケーブルＣＬに対
する横方向のずれを求め、このずれがなくなるよう車両
５を操舵する制御方式である。実施例では車体６、７に
４組の１対のピックアップコイル（図２に２１にて示
す）が配設されており、この中から２組の１対のピック
アップコイルを選択し、選択した各コイルの出力に基づ
き前側車体６を操舵するようにしているが、かかる制御
の態様は本発明の主旨とは直接関係ないので、詳しい説
明は省略する。

【００１４】さて、車両５の前部には、ブーム８、バケ
ット９からなる作業機が配設されており、この作業機を
用いて上屋１１に載置された材料（砂）１２を荷取りし
て、これをホッパ１３に供給する荷取作業を行う。

【００１５】誘導ケーブルＣＬは、原点位置Ｐから材料
１２前面に向かう３つの荷取経路１、２、３と原点位置
Ｐからホッパ１３に向かう荷供給経路４とからなってお
り、車両５としては、上記３つの荷取経路１、２、３の
中から後述するようにして選択された一の荷取経路を通
過し、材料１２前面に達してバケット９による荷取りを
行うことになる。荷取経路１、２、３は、ステーション
ＳＴ１〜ステーションＳＴ２間において互いに平行で、
かつ互いに所定距離だけ離間している。ステーションＳ
Ｔ１は荷取経路１、２、３に直角に配設された誘導ケー
ブルであり、所定周波数ｆ２の誘導電流が導通されてい
る。車両５にはこの周波数ｆ２を検出するピックアップ
コイル（図２に２０で示す）が配設されており、上記周
波数ｆ２を検出したことをもって車両５が上屋１１の前
面基準位置に位置していることを検出する。

【００１６】同様にステーションＳＴ２も荷取経路１、
２、３に直角に配設された誘導ケーブルであり、所定周
波数ｆ３の誘導電流が導通されている。同様に上記ピッ
クアップコイル２０でこの周波数ｆ３を検出したことを
もって車両５が上屋１１の最後部に位置していること
を、つまり荷取りすべき材料１２がないことを検出す
る。

【００１７】図２は、車両５に搭載される実施例の制御
装置の構成をブロック図で概念的に示したものである。

【００１８】同図に示すように、コントローラ１４の入
力回路１８では、上記位置検出用ピックアップコイル２
０および上記ずれ検出用ピックアップコイル２１の検出
信号がアンプ、フィルタ、整流回路、Ａ／Ｄコンバータ
等を介して所要のディジタル信号に変換されて、ＣＰＵ
１５に加えられる。

【００１９】車両５のブーム８あるいはバケット９を駆
動する油圧シリンダには、その油圧室内の圧力を検出す
ることで作業機にかかる負荷を検出する圧力センサ２２
が配設されており、この圧力センサ２２の検出信号Ｖも
入力回路１８のＡ／Ｄコンバータ等を介してＣＰＵ１５
に加えられる。

【００２０】車両５の車輪には、距離センサ（たとえば
エンコーダが使用される）２３が付設されており、該距
離センサ２３からは車両５の走行距離Ｌに応じたパルス
数のパルス信号が出力される。距離センサ２３のパルス
信号は入力回路１８の波形整形回路等を介してカウンタ
１７に加えられ、このカウンタ１７にて上記パルス信号
をカウントすることにより走行距離Ｌが計測される。カ
ウンタ１７には、ＣＰＵ１５からリセット信号が加えら
れて、後述する所定の時期でカウント値が零にリセット
されるとともに、カウント結果がＣＰＵ１５に取り込ま
れる。

【００２１】メモリ１６にはＣＰＵ１５を動作させるた
めのプログラム等が格納されているとともに、後述する
処理によってカウントされた距離計測値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ
３がそれぞれ所定の領域にストアされる。ＣＰＵ１５で
はメモリ１６に格納されたプログラムに応じて後述する
図３、図４の処理を実行する。

【００２２】ＣＰＵ１５の処理実行によってアクセル、
ブレーキを駆動するための制御信号、トランスミッショ
ンの変速クラッチを選択するための駆動信号、ステアリ
ングを駆動するための駆動信号、ブーム８、バケット９
を駆動するための駆動信号がぞれぞれＤ／Ａコンバー
タ、アンプ等からなる出力回路１９を介してアクセル・
ブレーキ駆動部２４、トランスミッション２５、操舵機
構２６、作業機駆動部２７に加えられ、車両５が誘導ケ
ーブルＣＬに沿って誘導走行されるとともに、ブーム
８、バケット９による荷取りがなされる。

【００２３】以下、ＣＰＵ１５で実行される図３および
図４に示す処理について図１を併せ参照しながら説明す
る。

【００２４】まず、図３のステップ１０１に示すように
荷取経路１、２、３をそれぞれ通過しての荷取作業が、
この１、２、３の順序で１サイクルづつ行われる。

【００２５】１サイクルあたりの荷取作業は図４に示さ
れる手順で行われる。

【００２６】まず、荷取経路１が選択されると、この荷
取経路１を通過する荷取作業が行われる。すなわち、車
両５は前進走行で原点位置Ｐを出発し、選択された荷取
経路１を通るよう前進する。なお、この場合の誘導走行
制御は、前述したようにずれ検出用ピックアップコイル
２１の検出信号（周波数ｆ１）に基づき行われる（ステ
ップ２０１）。一方、位置検出用ピックアップコイル２
０で周波数ｆ２のステーションＳＴ１を検出したか否か
が判断されており（ステップ２０２）、ステーションＳ
Ｔ１を検出した時点でつぎのステップ２０３に移行され
る。

【００２７】ステーションＳＴ１が検出されると、車両
５はこのステーション位置で走行停止されるよう走行制
御される。そしてステーションＳＴ１位置を基準位置零
として走行距離Ｌを計測すべく、カウンタ１７にリセッ
ト信号が出力され、カウント値が零にリセットされる。
これとともに、作業機駆動部２７に対して駆動信号が出
力され、ブーム８、バケット９が材料１２を荷取りする
に好適な荷取姿勢にされる。そして、前進走行が再開さ
れる（ステップ２０３）。

【００２８】前進走行の際、位置検出用ピックアップコ
イル２０で周波数ｆ３のステーションＳＴ２を検出した
か否かが判断されており（ステップ２０４）、また、圧
力センサ２２の検出値Ｖが所定のしきい値Ｖｐ以上にな
ったか否かが判断されている（ステップ２０５）。ここ
でしきい値Ｖｐはバケット９が材料１２の前面に当接し
たときの負荷の大きさに設定されている。よって、圧力
センサ２２の検出値ＶがＶｐになった時点のカウンタ１
７のカウント値は、荷取経路１におけるステーションＳ
Ｔ１から材料１２前面までの距離Ｌ１を示すことにな
る。

【００２９】このため、ステーションＳＴ２が検出され
ることなく、圧力センサ２２の検出値Ｖがしきい値Ｖｐ
に達すると（ステップ２０５の判断ＹＥＳ）、カウンタ
１７による距離計測を終了してその時点のカウント値Ｌ
１を荷取経路１におけるステーションＳＴ１から材料１
２前面までの距離であるとしてメモリ１６の荷取経路１
を示すアドレスに対応する記憶領域に格納する（ステッ
プ２０６）。

【００３０】一方、圧力センサ２２の検出値Ｖがしきい
値Ｖｐに達することなく、ステーションＳＴ２を検出す
ると（ステップ２０４の判断ＹＥＳ）、荷取りすべき材
料１２がない場合なので、車両５を停止させ（ステップ
２０８）、荷取りをあきらめ、後進走行で同じ荷取経路
１を戻り原点位置Ｐに復帰する（ステップ２０９）。上
記ステップ２０５で検出値Ｖがしきい値Ｖｐ以上になっ
た時点で、バケット９内に材料１２を積み込むよう作業
機駆動部２７に対して駆動信号に出力されている。積み
込み動作が終了すると、積み込まれた材料１２がこぼれ
おちないようにバケット９を上げた状態で、同じ荷取経
路１を後進走行して、原点位置Ｐに復帰する（ステップ
２０７）。そして、今度はバケット９内の材料１２をホ
ッパ１３に供給すべく、経路が荷供給経路４に切り換え
られて、前進走行でホッパ１３まで誘導走行される。つ
ぎに、作業機が駆動され、バケット９内の材料１２がホ
ッパ１３に供給される。そして、つぎに後進走行で同じ
荷供給経路４を戻り原点位置Ｐに復帰する（ステップ２
１０）。

【００３１】以下、上記ステップ２０１〜２１０の荷取
作業が荷取経路２、３についても順次同様にして行わ
れ、荷取経路２におけるステーションＳＴ１から材料１
２前面までの距離Ｌ２が計測されるとともに、荷取経路
３におけるステーションＳＴ１から材料１２前面までの
距離Ｌ３が計測される。そして、これら距離Ｌ２、Ｌ３
が荷取経路２、３を示すアドレスに対応する記憶領域に
それぞれ格納される。なお、荷取りすべき材料１２がな
く、ステーションＳＴ２を検出してしまう場合には、上
記メモリ１６に記憶すべき距離は、ステーションＳＴ１
からステーションＳＴ２までの距離とすればよい（ステ
ップ１０１）。

【００３２】つぎに、メモリ１６に記憶された距離Ｌ
１、Ｌ２、Ｌ３を比較して最小の距離を探索する処理が
なされる（ステップ１０２、１０３）。ここで、距離が
最小であるということは、その荷取経路についてのこれ
までの荷取量は他の荷取経路に較べて少なく、そのため
に材料１２の前面が不均一となっているということを意
味する。したがって、この距離が最小、つまり荷取量最
小の荷取経路について他の荷取経路に優先して材料１２
を荷取りしていけば、他の荷取経路の荷取量とつりあい
がとれ、やがて材料１２の前面が均一、つまりバケット
刃先が材料１２前面に対して平行となる。

【００３３】なお、最小の距離が探索できず、各荷取経
路１〜３について距離Ｌ１〜Ｌ３が同一であれば、どの
荷取経路を通って材料１２を荷取りしてもよいので（ス
テップ１０３の判断ＮＯ）、再度、上記ステップ１０１
の処理が実行され、荷取経路１、２、３の順序で荷取作
業が行われ、新たな計測値Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３でメモリ１
６の記憶内容が更新される。

【００３４】これに対して、図１に示すようにＬ２＞Ｌ
１＞Ｌ３という関係があれば（ステップ１０３の判断Ｙ
ＥＳ）、最小の距離Ｌ３に対応する荷取経路３がつぎに
車両５が通過すべき荷取経路として選択される。そして
この選択された荷取経路３を通過する荷取作業（ステッ
プ２０１〜２１０）が実行される。すると、ステップ２
０６では、新たな距離計測値Ｌ３をもってメモリ１６の
荷取経路３のアドレスに対応する記憶内容が更新され
る。

【００３５】この結果、再び、ステップ１０２でメモリ
１６に記憶された距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を比較したと
き、Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ１という関係になれば、今度は最小
の距離Ｌ１に対応する荷取経路１を選択しての荷取作業
が同様に行われ、距離計測値Ｌ１が更新されることにな
る（ステップ１０３、１０４）。以下、同様にして最小
の距離に対応する荷取経路を通るよう荷取作業がなされ
るので、やがて、図１に示すような荷取量最大の荷取経
路２と他の荷取経路１、３との間で荷取量のつりあいが
とれ、Ａに示す湾曲形状が解消され、バケット９に材料
１２を積み込むとき材料１２前面とバケット９刃先とが
平行となり、１回の作業でバケット９内に入る材料１２
の量が最大となる。したがって、荷取作業の作業効率が
大幅に向上することとなる。

【００３６】なお、実施例では、圧力センサ２２の検出
値がしきい値以上を示したことをもって材料１２の前面
を検出するようにしているが、車両５の車速を検出する
センサ（たとえば距離センサ２３を利用することができ
る）を設け、このセンサの検出車速が所定値（零に近い
値）以下になったことをもって材料１２の前面を検出す
る実施も可能である。

【００３７】また、実施例では、材料１２の前面までの
距離を車両５の走行距離を基に計測するようにしている
が、これに限定されることなく、車両５の前部に光を材
料１２前面に向けて投光して非接触で材料１２前面まで
の距離を計測するセンサを配設し、このセンサの検出値
から上記距離を走行することなく計測するようにしても
よい。

【００３８】なお、実施例では、誘導方式として、誘導
ケーブルからの磁界を媒体として予定走行路に対するず
れを検出する場合を例にとり説明したが、本発明として
はこれに限定されることなく、光を検出媒体としてずれ
を検出する実施も可能である。たとえば、予定走行路に
沿って白線を敷設し、光源でこの白線を照射しつつ走行
し、ラインセンサによって白線の反射光を検出すること
で白線で示される予定走行路に対するずれを検出するこ
とができる。さらに、本発明としては、誘導線を配設す
ることなく、いわゆる推測航法によって自立走行する車
両に適用する実施も可能である。いずれにせよ、無人で
車両を走行させる無人走行システムに本発明を適用する
ことが可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
力に応じて変形自在の荷を荷取る作業を行う場合におい
て複数の荷取経路の中で荷までの距離が最小となる荷取
経路を選択して、順次荷取作業を行うようにしたので、
荷の前面が均一にならされ、荷が崩れやすくなることが
なくなる。このため、作業機で荷取ることができる量を
常に最大のものにすることができ、無人車両による荷取
作業の作業効率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る無人車両の荷取作業装置お
よび方法の実施例を示す上面図である。

【図２】図２は図１に示す車両に搭載される制御装置の
構成を示すブロック図である。

【図３】図３は図２に示すＣＰＵで実行される処理手順
を示すフローチャートである。

【図４】図４は図２に示すＣＰＵで実行される処理手順
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 荷取経路 ２ 荷取経路 ３ 荷取経路 ５ 車両（ホイールローダ） ８ ブーム ９ バケット １１ 上屋 １２ 材料（荷） １５ ＣＰＵ １６ メモリ １７ カウンタ ２０ 位置検出用ピックアップコイル ２２ 圧力センサ ２３ 距離センサ ＳＴ１ ステーション

フロントページの続き (72)発明者 上川 勝洋 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外力に応じて変形自在の荷に向けて
   荷取経路が用意され、この荷取経路に沿って進行して荷
   取作業を行う無人車両の荷取作業方法において、 前記荷に向けて互いに平行な複数の荷取経路が用意さ
   れ、これら複数の荷取経路のそれぞれに沿って前記無人
   車両を進行させて荷取作業を行なわせるとともに、前記
   複数の荷取経路上の基準位置から荷までの距離を各荷取
   経路についてそれぞれ計測する第１の距離計測行程と、 前記複数の荷取経路の各距離計測値の中で最小の距離に
   対応する荷取経路を選択する荷取経路選択行程と、 前記選択された荷取経路に沿って前記無人車両を進行さ
   せて荷取作業を行なわせるとともに、前記選択された荷
   取経路について前記基準位置から荷までの距離を計測す
   る第２の距離計測行程とを具え、この第２の距離計測行
   程で計測された距離をもって、対応する荷取経路の距離
   計測値を更新して前記荷取経路選択行程、前記第２の距
   離計測行程を繰り返し実行して順次荷取経路を選択する
   ようにした無人車両の荷取作業方法。
2. 【請求項２】 外力に応じて変形自在の荷に向けて
   荷取経路が用意され、この荷取経路に沿って進行して荷
   取作業を行う無人車両の荷取作業装置において、 前記荷に向けて互いに平行な複数の荷取経路が用意され
   るとともに、 前記複数の荷取経路上の基準位置から荷までの距離を計
   測する距離計測手段と、 前記複数の荷取経路にそれぞれに沿って前記無人車両を
   進行させて荷取作業を行なわせるとともに、前記距離計
   測手段を用いて各荷取経路について前記基準位置から荷
   までの距離を計測して、各荷取経路の距離計測値の中で
   最小の距離に対応する荷取経路を選択する荷取経路選択
   手段と、 前記荷取経路選択手段によって選択された荷取経路に沿
   って前記無人車両を進行させて荷取作業を行なわせると
   ともに、前記距離計測手段を用いて前記選択された荷取
   経路について前記基準位置から荷までの距離を計測し
   て、この結果計測された距離をもって、対応する荷取経
   路の距離計測値を更新する更新手段とを前記無人車両に
   具え、前記更新された距離を用いて前記荷取経路選択手
   段による選択、前記更新手段による更新を繰り返し行い
   順次荷取経路を選択するようにした無人車両の荷取作業
   装置。
3. 【請求項３】 前記無人車両には、荷取用の作業機
   の負荷を検出する負荷検出手段が設けられ、前記距離計
   測手段は、前記基準位置から前記負荷検出手段によって
   所定値以上の負荷が検出された地点までの距離を計測す
   るものである請求項２記載の無人車両の荷取作業装置。
4. 【請求項４】 前記無人車両には、車速を検出する
   車速検出手段が設けられ、前記距離検出手段は、前記基
   準位置から前記車速検出手段によって所定値以下の車速
   になった地点までの距離を計測するものである請求項２
   記載の無人車両の荷取作業装置。
5. 【請求項５】 前記無人車両は、複数の荷取経路に
   対して直角に敷設された誘導ケーブルで発生する所定周
   波数の交流磁界を検出することにより前記基準位置を検
   出するものであり、該検出した位置から前記距離計測手
   段による距離計測を開始するものである請求項２記載の
   無人車両の荷取作業装置。