WO2022097688A1 - 車両管理システム - Google Patents

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WO2022097688A1
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政樹 金井
朋之 濱田
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle management system, and more particularly to a vehicle management system in a field where a loading machine performs loading work on an unmanned vehicle.
  • a vehicle management system equipped with a dump truck that is, an automated guided vehicle that autonomously travels without an operator boarding and a control station that communicates with an automated guided vehicle via a wireless communication line is used.
  • the loading work of loading earth and sand, ore, etc. (hereinafter referred to as "earth and sand, etc.") into an automatic vehicle is performed by a loading machine such as a shovel operated by an operator. Since the operator does not board the automatic guided vehicle, the operator of the loading machine must instruct the unmanned vehicle to call in to the loading position and start after loading, in addition to operating the loading machine itself. More complicated procedures are required. Therefore, in order to realize high productivity in the vehicle management system, it is necessary to have a mechanism that allows the operator of the loading machine to efficiently carry out the work.
  • the operator of the loading machine can efficiently guide the unmanned vehicle by instructing the loading position, but it is possible to efficiently give the start instruction to the unmanned vehicle. Can not. Further, since the switch of the operation lever of the loading machine is assigned a function of sounding an alarm, a function of turning on / off a wireless call, and the like, there is little room to increase the function of instructing an unmanned vehicle. Further, even if the number of switches for the instruction function for the automatic guided vehicle is increased, it may induce an erroneous operation for an inexperienced operator, which in turn causes a decrease in work efficiency. Therefore, there is a problem that it is difficult for the operator of the loading machine to improve the efficiency of the loading work for the automatic guided vehicle.
  • the present invention has been made to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a vehicle management system capable of improving the efficiency of loading work for an automatic guided vehicle by an operator of a loading machine.
  • the vehicle management system includes an unmanned vehicle capable of autonomous traveling, a loading machine to which a bucket is attached by an articulated structure and loading work on the unmanned vehicle, and vehicle allocation management and traffic of the unmanned vehicle.
  • a vehicle management system configured so that a control station that performs control and a control station can communicate with each other, and information on the position, orientation, and loading platform dimensions of the unmanned vehicle is acquired and stored, and these information are transmitted to the control station.
  • a toe position calculation unit that calculates the toe position
  • a machine information management unit that acquires and stores the toe position calculated by the toe position calculation unit, and transmits information on the toe position to the control station, and the above.
  • the loading area of the unmanned vehicle was calculated based on the information on the position, orientation, and platform size of the unmanned vehicle transmitted from the vehicle information management unit, and the calculated loading area and the machine information management unit transmitted the calculated loading area. It is characterized by including an unmanned vehicle instruction unit that gives a call instruction or a start instruction to the unmanned vehicle based on the tip position.
  • the automatic guided vehicle indicator is calculated from the toe position calculated from the information on the position, orientation and angle of each joint of the loading machine, and the position, orientation and loading platform dimensions of the unmanned vehicle. Based on the loading area of the unmanned vehicle, a call instruction or a start instruction is given to the unmanned vehicle. As a result, the workload of the operator of the loading machine can be reduced, so that the operator of the loading machine can improve the efficiency of the loading work on the automatic guided vehicle.
  • the operator of the loading machine can improve the efficiency of loading work for an automatic guided vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a vehicle management system according to the first embodiment.
  • the vehicle management system 1 of the present embodiment is a system used at a work site such as an open pit mine, and has one or more loading machines 10 for excavation work and loading work, and loading. It includes one or more unmanned vehicles 20 (unmanned vehicle 20A, unmanned vehicle 20B) for transporting earth and sand loaded from the machine 10, and a control station 30 for managing the allocation of the unmanned vehicle 20 and controlling traffic.
  • the loading machine 10, the automatic guided vehicle 20, and the control station 30 are configured to be able to communicate with each other by the wireless communication line 40.
  • a plurality of radio base stations 41 are installed in an open pit mine or the like, and the loading machine 10, the automatic guided vehicle 20, and the control station 30 transmit and receive each other via these radio base stations 41. ing.
  • the partial section of the transport route 60 divided by the nodes on the map data indicating the transport route 60 is exclusively permitted to travel based on the position of each automatic guided vehicle 20.
  • the so-called travel permission section control method is used.
  • the travel permit section control method for example, when a travel permit is requested for a front section adjacent to the travel permit section of the own vehicle, the requested front section is set as a travel permit for another vehicle or as no entry. If so, the vehicle is not allowed to travel in the section ahead. Therefore, the vehicle stops at the end of the currently permitted section and waits until the preceding section is permitted to travel.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a vehicle management system according to the first embodiment.
  • one loading machine 10 and one unmanned vehicle 20 are shown, but the same configuration is used when two or more of them are present.
  • the loading machine 10 is a machine to which a bucket is attached by an articulated structure.
  • the loading machine 10 of the present embodiment is, for example, a backhoe such as a hydraulic excavator provided with a work device rotatably provided in the vertical direction with respect to the machine body, and the work device has a boom, an arm, a bucket, and the like. ..
  • the loading machine 10 is not limited to the hydraulic excavator, and may be, for example, a wheel loader or the like.
  • the loading machine 10 includes a loading machine information management device 11, a loading machine position sensor 12, a loading machine orientation sensor 13, a working device angle sensor 14, an instruction input device 15, and a loading machine wireless communication device 16. There is.
  • the loading machine position sensor 12 is, for example, a GPS (Global Positioning System), measures the position of the loading machine 10, and outputs the measured position to the loading machine information management device 11. note that.
  • a device for measuring the position of the loading machine 10 instead of the loading machine position sensor 12, for example, a device that receives positioning radio waves from a plurality of navigation satellites 70 (see FIG. 1) and measures the position of the loading machine 10. May be used.
  • the loading machine orientation sensor 13 measures the orientation of the loading machine 10 and outputs the measured orientation to the loading machine information management device 11.
  • the loading machine directional sensor 13 may be, for example, a dual antenna GPS having two antennas and measuring the directional from the relative position of the antenna position acquired by each, or may be a directional sensor using magnetism.
  • the working device angle sensor 14 measures the relative angle of each joint of the working device such as a boom, an arm, and a bucket. Specifically, the work device angle sensor 14 measures the relative angle between the machine body and the boom, the relative angle between the boom and the arm, and the relative angle between the arm and the bucket, and the measured angles are loaded into the machine information management. Output to device 11.
  • the working device angle sensor 14 is, for example, a potentiometer attached to each joint.
  • the instruction input device 15 is for the operator of the loading machine 10 to input an instruction to the unmanned vehicle 20, and is connected to the loading machine information management device 11.
  • the instruction input device 15 is, for example, a switch arranged in the cockpit 17 so that the operator can easily operate the instruction input device 15.
  • the cockpit 17 arranged in the driver's cab of the loading machine 10 has a pair of operation levers 171 (operation levers 171) that can be grasped by the left and right hands when the operator sits down. 171A and 171B) are attached.
  • the operator can operate the boom, arm, bucket, etc. of the loading machine 10 via the operation lever 171.
  • An instruction input device 15 is arranged above the operation lever 171 as a switch that can be operated quickly at all times by, for example, the right thumb while holding the operation lever 171.
  • the instruction input device 15 is not necessarily a switch arranged above the operation lever 171 but is other than a switch as long as the operator can easily input an instruction to the unmanned vehicle 20 while performing a normal operation such as loading. It may be one. Further, the arrangement position is not limited to the upper part of the operation lever 171.
  • the loading machine wireless communication device 16 is, for example, a wireless device for connecting to a wireless communication line 40.
  • the loading machine wireless communication device 16 transmits / receives information to / from the automatic guided vehicle 20 or the control station 30 via the wireless communication line 40.
  • the loading machine information management device 11 is, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes an operation, a ROM (Read Only Memory) as a secondary storage device that records a program for an operation, and storage or temporary operation progress. It is composed of a microcomputer in combination with a RAM (Random Access Memory) as a temporary storage device for storing control variables, and controls the operation of the loading machine 10 by executing a stored program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the loading machine information management device 11 has a toe position calculation unit 111 and a machine information management unit 112.
  • the toe position calculation unit 111 includes position information output from the loading machine position sensor 12, orientation information output from the loading machine orientation sensor 13, and the angle of each joint output from the working device angle sensor 14.
  • the position of the toe of the bucket is calculated geometrically based on the information in. Further, the toe position calculation unit 111 outputs the calculated toe position to the machine information management unit 112.
  • the machine information management unit 112 acquires and stores the toe position information calculated by the toe position calculation unit 111, and transmits the toe position information to the control station 30 via the loading machine wireless communication device 16. .. Further, when the instruction input device 15 receives an instruction input, the machine information management unit 112 provides operation instruction information to the automatic guided vehicle 20 (hereinafter referred to as "unmanned vehicle operation instruction information") in response to the instruction input. Further generated, and the generated unmanned vehicle operation instruction information is transmitted to the control station 30 together with the information on the tip position.
  • unmanned vehicle operation instruction information an automatic guided vehicle 20
  • the machine information management unit 112 may further acquire and store information on the angle of each joint in addition to the toe position. In this case, the machine information management unit 112 transmits information on the toe position and the angle of each joint to the control station 30 via the loading machine wireless communication device 16.
  • the automatic guided vehicle 20 is, for example, a dump truck capable of autonomously traveling based on an instruction from the control station 30.
  • the automatic guided vehicle 20 includes an automatic guided vehicle control device 21, a traveling drive device 22, an automated guided vehicle position sensor 23, an automated guided vehicle orientation sensor 24, a loading sensor 25, an automated guided vehicle storage device 26, and an automated guided vehicle wireless communication device 27. ..
  • the traveling drive device 22 drives the traveling of the unmanned vehicle 20 based on the control signal of the unmanned vehicle control device 21.
  • the traveling drive device 22 includes, for example, a steering motor for changing the steering angle of the unmanned vehicle 20, a traveling motor for driving the unmanned vehicle 20, a brake, and the like.
  • the unmanned vehicle position sensor 23 is, for example, a GPS device or the like, measures the position of the own vehicle, and outputs the measured position to the unmanned vehicle control device 21.
  • the unmanned vehicle position sensor 23 may be a combination of GPS and an inertial measurement unit (IMU), or may specify a position using radio waves from a base station installed on the ground. good.
  • IMU inertial measurement unit
  • the unmanned vehicle orientation sensor 24 is, for example, a sensor using a GPS device or magnetism, measures the orientation of the unmanned vehicle 20, and outputs the measured orientation to the unmanned vehicle control device 21.
  • the load sensor 25 measures the weight (that is, the load capacity) of the load loaded on the unmanned vehicle 20, and may be a weight sensor provided on the seated portion of the loading platform, and may be a vehicle body and front / rear / left / right wheels. The weight may be estimated based on the pressure of the suspension cylinder interposed between the and. The load sensor 25 outputs the measured load amount to the automatic guided vehicle control device 21.
  • the unmanned vehicle storage device 26 is a non-volatile storage medium capable of reading and writing information, and stores an OS (Operating System), various control programs, application programs, databases, and the like. Further, the automatic guided vehicle storage device 26 has a map information storage unit 261.
  • the unmanned vehicle wireless communication device 27 is, for example, a wireless device for connecting to a wireless communication line 40.
  • the automatic guided vehicle wireless communication device 27 transmits / receives information to / from the loading machine 10 or the control station 30 via the wireless communication line 40.
  • the unmanned vehicle control device 21 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes an operation, a ROM (Read Only Memory) as a secondary storage device that records a program for the operation, and storage or temporary operation progress. It is composed of a microcomputer in combination with a RAM (Random Access Memory) as a temporary storage device for storing control variables, and controls the operation of the unmanned vehicle 20 by executing a stored program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the unmanned vehicle control device 21 has a vehicle information management unit 211 and an autonomous travel control unit 212.
  • the vehicle information management unit 211 acquires the position information output from the unmanned vehicle position sensor 23, the orientation information output from the unmanned vehicle orientation sensor 24, and the load capacity information output from the loading sensor 25. , And the information is transmitted to the control station 30 via the automatic guided vehicle radio communication device 27. Further, the vehicle information management unit 211 outputs the information on the position, direction, and load capacity to the autonomous travel control unit 212. Further, when the vehicle information management unit 211 receives information on the travel route and the travel permission section for the own vehicle from the control control unit 312 (described later) of the control station 30, the received information is output to the autonomous travel control unit 212. do.
  • the autonomous travel control unit 212 deviates from the travel permission section while following the travel permission route based on the position, direction, load capacity, travel route, and travel permission section information output from the vehicle information management unit 211. Acceleration / deceleration control signals and steering control signals for driving the unmanned vehicle 20 so as not to be generated are generated. Further, the autonomous travel control unit 212 outputs these generated control signals to the travel drive device 22.
  • the control station 30 includes a control control device 31, a control station storage device 32, and a control station radio communication device 33.
  • the control station storage device 32 is a non-volatile storage medium capable of reading and writing information, and stores an OS (Operating System), various control programs, application programs, databases, and the like.
  • the control station storage device 32 has a vehicle allocation management information storage unit 321, a control information storage unit 322, and a map information storage unit 323.
  • the control station wireless communication device 33 is, for example, a wireless device for connecting to a wireless communication line 40, and has an antenna 331 (see FIG. 1).
  • the control station wireless communication device 33 transmits / receives information to / from the loading machine 10 or the unmanned vehicle 20 via the wireless communication line 40.
  • the control control device 31 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that executes an operation, a ROM (Read Only Memory) as a secondary storage device that records a program for the operation, and storage and temporary control of the operation progress. It is composed of a microcomputer in combination with a RAM (Random Access Memory) as a temporary storage device for storing variables, and controls the operation of the control station 30 by executing the stored program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the control control device 31 has a vehicle allocation management unit 311, a control control unit 312, and an automatic guided vehicle instruction unit 313.
  • the vehicle allocation management unit 311 sets a travel route to the destination of the automatic guided vehicle 20. For example, when the automatic guided vehicle 20 is in the loading yard, the vehicle allocation management unit 311 sets a traveling route to the lumber yard. On the other hand, when the automatic guided vehicle 20 is in the lumber yard, the vehicle allocation management unit 311 sets a travel route to the loading yard.
  • the travel route set by the vehicle allocation management unit 311 is stored in the vehicle allocation management information storage unit 321 as vehicle allocation management information, for example, in the form of a table.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of a table of vehicle allocation management information.
  • the travel route set by the vehicle allocation management unit 311 is recorded for each vehicle ID that uniquely identifies the unmanned vehicle.
  • the traveling route is composed of an area exit side route, a transport route, and an area entrance side route.
  • the transport route indicates a route from the loading yard exit point nod_Lout to the lumber yard entrance point node_Din, or from the lumber yard exit point nod_Dout to the loading yard entrance point node_Lin, that is, a route on the transport path.
  • the area entrance side route indicates a route from the loading area entrance point node_Lin to the loading position node_LP, or a route from the lumber yard entrance point node_Din to the release position node_DP, that is, a route from the work area entrance to the work point.
  • the area exit side route indicates a route from the loading position nod_LP to the loading site exit point node_Lout, or a route from the discharge position node_DP to the lumber yard exit point node_Dout, that is, a route from the work point to the work area exit point.
  • Each route is defined as a coordinate point sequence (node sequence) for the automatic guided vehicle 20 to follow as a target track.
  • the area entrance side route and the area exit side route are collectively referred to as an "intra-area route”.
  • the transport route map information that can be set as the transport route is stored in the map information storage unit 323 in advance in a format that matches the shape of the transport route.
  • the map information in the area that can be set as the route in the area is generated by the control control unit 312 when the loading position or the discharge position, which is the work point, is specified, and is generated in the map information storage unit 323. It is remembered. Only one map information in the area may be generated for the same work area, or a plurality of map information may be generated. When a plurality of vehicles are generated, the vehicle allocation management unit 311 may select one of the plurality of map information in the area and set the route in the area when setting the travel route for the automatic guided vehicle 20.
  • the vehicle allocation management unit 311 when setting the travel route for the automatic guided vehicle 20, the vehicle allocation management unit 311 simultaneously sets the transport route and the intra-area route when the generated intra-area route exists for the work area of the destination. do. On the other hand, when the generated intra-area route does not exist for the work area of the destination, the vehicle allocation management unit 311 first sets a transport route to the entrance point of the work area to be the destination, and then sets the transport route to the work point in the area. Is specified, and the route within the area may be set when the map information within the area is generated.
  • control information Based on the traffic control information stored in the control information storage unit 322 (hereinafter, simply referred to as "control information"), the control control unit 312 sets a part of the travel route of the unmanned vehicle 20 only for the unmanned vehicle 20. It is set as a travel permission section to which a travel permission is granted.
  • FIG. 4B is a diagram showing an example of a table of control information stored in the control information storage unit.
  • the node ID and the "travel permit vehicle” indicating an unmanned vehicle that has been granted a travel permit for the section indicated by each node ID (the section to the next node on the route) are associated with each other.
  • the control control unit 312 sets the front section where the travel permission is possible as the travel permission section for the unmanned vehicle 20 according to the position of the unmanned vehicle 20.
  • the automatic guided vehicle 20 travels according to the node of the set section.
  • the travel permit section control method is adopted. Therefore, when the front section of the travel permission section set for the unmanned vehicle 20A is set as the travel permission section for another unmanned vehicle 20B, the control control unit 312 travels in the front section with respect to the unmanned vehicle 20A. not allowed. In this case, the automatic guided vehicle 20A stops so as not to exceed the terminal node of the currently permitted travel permission section, and waits until the front section is permitted to travel.
  • control control unit 312 generates the map information in the area based on the work point designated in the work area, and stores the generated map information in the area in the map information storage unit 323. For example, as shown in FIG. 5, when the loading position node_LP is specified in the loading field 50, the control control unit 312 generates an intra-area route in the loading field 50.
  • sections 60 and 63 indicate a transport route
  • sections 61a and 61b indicate an area entrance side route
  • section 62 indicates an area exit side route.
  • the transport route is set based on the transport route map information set to connect to the loading area 50.
  • the loading position nod_LP is designated by the automatic guided vehicle instruction unit 313 based on the toe position of the loading machine 10.
  • the control control unit 312 determines the map information in the area for the automatic guided vehicle 20 to travel based on the loading area entrance point node_Lin, the loading area exit point node_Lout, and the loading position node_LP. To generate.
  • the route on the area entrance side may include a turning point node_LR for switching forward or backward of the unmanned vehicle 20.
  • a straight line or an arc which is a partial element of the route within the range where the generation of the route is permitted in the work area. It is performed by searching for an appropriate route based on an index such as the shortest path length from the candidates based on the combination of.
  • control control unit 312 also generates map information within the area based on the designated lumber yard.
  • the soil discharge position may be specified by an operator such as a bulldozer working at the lumber yard or an operator who remotely controls the control station.
  • the vehicle allocation management unit 311 is notified that the area map information is newly generated. For example, when the in-area route is generated based on the loading position instructed as described above, the control control unit 312 notifies the vehicle allocation management unit 311 that the in-area route is newly generated. Then, when there is an automatic guided vehicle 20 in which the transport route to the loading site is set as the travel route and the area entrance side route is not set, the vehicle allocation management unit 311 uses the generated map information in the area as the travel route. Based on this, the area entrance side route of the automatic guided vehicle 20 is set.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 calculates the loading area of the unmanned vehicle 20 based on the information on the position, orientation and loading platform size of the unmanned vehicle 20 transmitted from the vehicle information management unit 211 of the unmanned vehicle 20. Further, the unmanned vehicle instruction unit 313 gives a call instruction and a start instruction to the unmanned vehicle 20 based on the calculated loading area and the toe position transmitted from the machine information management unit 112 of the loading machine 10.
  • the loading position is specified for the control control unit 312, map information in the area is generated based on the loading position, and the generated map information is set as a traveling route to the loading position of the automatic guided vehicle 20.
  • the series of processes is referred to as "calling instruction" for the automatic guided vehicle 20.
  • the process of setting a new travel route from the area exit side route while the automatic vehicle 20 is waiting at the loading position until the loading work is completed is called a "start instruction" for the automatic vehicle 20.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 first calculates and calculates the loading area of the unmanned vehicle 20.
  • a call instruction or a start instruction for the automatic guided vehicle 20 was selected (in other words, determined) based on the loaded area and the toe position calculated by the toe position calculation unit 111, and selected via the control control unit 312. Give instructions.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 specifies the loading position to the control control unit 312 and requests the call-in instruction to the unmanned vehicle 20.
  • the control control unit 312 generates map information in the area based on the designated loading position, and further instructs the automatic guided vehicle 20 to travel on the area entrance side route to the loading position in cooperation with the vehicle allocation management unit 311. ..
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 requests the control control unit 312 to instruct the unmanned vehicle 20 to start.
  • the control control unit 312 in cooperation with the vehicle allocation management unit 311, instructs the automatic guided vehicle 20 to travel on the area exit side route to the loading area exit point and the transport route.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing contents of the loading machine information management device
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the calculation of the toe position of the bucket in the loading machine.
  • the machine information management unit 112 receives the instruction input from the instruction input device 15 (step S601). Subsequently, the machine information management unit 112 acquires the toe position at that time from the toe position calculation unit 111 (step S602).
  • the toe position 103 of the bucket is calculated by the toe position calculation unit 111 based on the information of the position 101 of the loading machine 10, the orientation 102, and the angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 of each joint.
  • the position 101 of the loading machine 10 is measured by the loading machine position sensor 12, and the orientation 102 of the loading machine 10 is measured by the loading machine orientation sensor 13.
  • the working device 18 of the loading machine 10 has a boom 18a, an arm 18b, and a bucket 18c.
  • the angle ⁇ 1 is the relative angle between the machine body and the boom 18a
  • the angle ⁇ 2 is the relative angle between the boom 18a and the arm 18b
  • the angle ⁇ 3 is the relative angle between the arm 18b and the bucket 18c.
  • Each of these angles is measured by the working device angle sensor 14.
  • ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3 are collectively referred to as “working device angle”.
  • the toe position calculation unit 111 uses the information of the position 101, the orientation 102 of the loading machine 10, the working device angles ⁇ 1, ⁇ 2, and ⁇ 3, and the dimensions of the working device to excavate the toe position 103 by the bucket 18c. It is calculated geometrically as the center position of the cutting edge at the time of cutting. Subsequently, the toe position calculation unit 111 outputs the calculated toe position to the machine information management unit 112. As a result, the machine information management unit 112 can acquire the toe position.
  • the machine information management unit 112 transmits the acquired toe position and the automatic guided vehicle operation instruction information to the control station 30 via the loading machine wireless communication device 16 (step S603).
  • FIG. 8 is a flowchart showing the processing contents of the control control device
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a loading area of an automatic guided vehicle
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a situation in which a call instruction is given to an automatic guided vehicle
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a situation in which a start instruction is given to an automatic guided vehicle.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 receives the information transmitted from the machine information management unit 112 via the control station wireless communication device 33 (step S801). Subsequently, the unmanned vehicle instruction unit 313 extracts the unmanned vehicle 20 existing around the loading machine 10 based on the position of the loading machine 10 and the position of the unmanned vehicle 20 (step S802). As an extraction method, the unmanned vehicle 20 existing within a predetermined range may be extracted from the position of the loading machine 10, or a traveling route set to the loading site where the loading machine 10 is present is set. The unmanned vehicle 20 may be extracted. The number of unmanned vehicles to be extracted may be a plurality or a single number.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 calculates the loading area of the extracted unmanned vehicle 20 (step S803).
  • the calculation of the loading area of the automatic guided vehicle 20 will be described in detail with reference to FIG.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 repeatedly receives the reference position 201, the direction 202, and the loading platform dimensions of the automatic guided vehicle 20 transmitted from the vehicle information management unit 211 of the automatic guided vehicle 20 in a predetermined cycle (for example, 0.5 seconds).
  • the reference position 201 of the unmanned vehicle 20 is, for example, the position of the center of the rear wheel axle of the unmanned vehicle 20, and is measured by the unmanned vehicle position sensor 23.
  • the direction 202 of the unmanned vehicle 20 is, for example, a direction indicating the front front of the unmanned vehicle 20, and is measured by the unmanned vehicle direction sensor 24.
  • the loading area 203 is an area where the space surrounding the entire loading platform 28 of the automatic guided vehicle 20 is projected onto the ground surface. However, the loading area 203 does not include the canopy 29 connected to the tip of the loading platform 28.
  • the loading area 203 further includes a loading platform width parameter 204a, a loading platform front length parameter 204b, and a loading platform rear length parameter 204c stored in the vehicle information management unit 211 as the loading platform dimensions of the unmanned vehicle 20. In addition, it is calculated by the automatic guided vehicle instruction unit 313.
  • the loading platform front length parameter 204b and the loading platform rear length parameter 204c are parameters with reference to the reference position 201.
  • the loading platform width parameter 204a is the length from the reference position 201 to the most protruding portion in the width direction of the loading platform.
  • the loading platform front length parameter 204b is the length from the reference position 201 to the loading platform tip
  • the loading platform rear length parameter 204c is the length from the reference position 201 to the loading platform rear end. And these parameters are peculiar to each vehicle ID.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 stacks the toe positions based on the calculated loading area 203 of the plurality of unmanned vehicles 20 and the toe position 103 of the loading machine 10 transmitted from the machine information management unit 112. It is determined whether or not it exists in the embedded region (step S804).
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 calls the automatic guided vehicle 20 via the control control unit 312 with the toe position as the loading position. Give an instruction (step S805). That is, as described above, the automatic guided vehicle instruction unit 313 designates the toe position of the loading machine 10 as the loading position.
  • the control control unit 312 generates map information in the area based on the designated toe position, and further sets a travel route to the loading position for the automatic guided vehicle 20 in cooperation with the vehicle allocation management unit 311.
  • FIG. 10 shows a state in which the area entrance side route in the loading area is not set and the automatic guided vehicle 20 is waiting at the end of the transport route 60.
  • the control control unit 312 generates map information of the section 61 on the area entrance side and the section 62 on the area exit side as map information in the area based on the loading position designated by the automatic guided vehicle instruction unit 313. Further, the control control unit 312 cooperates with the vehicle allocation management unit 311 to set the section 61 of the generated map information in the area as the area entrance side route of the automatic guided vehicle 20. Subsequently, the control control unit 312 transmits the call instruction and the set area entrance side route to the automatic guided vehicle 20 via the control station wireless communication device 33.
  • the automatic guided vehicle control device 21 receives the area entrance side route and the call instruction set via the automatic guided vehicle wireless communication device 27, and travels the automatic guided vehicle 20 via the travel drive device 22. ..
  • the automatic guided vehicle 20 travels following the section 61 (that is, the set area entrance side route) and stops at the loading position set based on the toe position of the loading machine 10.
  • the loading machine 10 can call the automatic guided vehicle 20 to a position where loading work is possible based on the toe position designated by the operator of the loading machine 10.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 determines that the target unmanned vehicle 20 has completed loading from the load capacity of the target unmanned vehicle 20. Further, it is determined whether or not the above is true (step S806). At this time, the automatic guided vehicle instruction unit 313 sets, for example, a threshold value regarding the load capacity in advance, and if the load capacity exceeds the threshold value, it is determined that the loading is completed.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 gives a start instruction to the target unmanned vehicle 20 via the control control unit 312 (step S807).
  • the control control unit 312 cooperates with the vehicle allocation management unit 311 to set at least the area exit side route corresponding to the loading position where the automatic guided vehicle 20 is stopped and the transport route to the next destination as a new travel route. do.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 requests the control control unit 312 to give a start instruction to the target unmanned vehicle 20.
  • the control control unit 312 cooperates with the vehicle allocation management unit 311 to set the section 62, which is a part of the generated map information in the area, as the area exit side route of the travel route of the automatic guided vehicle 20, and the transport route beyond that. Section 63 is set as. Subsequently, the control control unit 312 transmits the call instruction, the set area exit side route, and the transport route to the automatic guided vehicle 20 via the control station wireless communication device 33.
  • the automatic guided vehicle control device 21 receives a call instruction, a set area exit side route and a transport route via the automatic guided vehicle wireless communication device 27, and receives the automatic guided vehicle 20 via the travel drive device 22. Drive. As a result, the automatic guided vehicle 20 starts traveling following the section 62 (that is, the set area exit side route). By doing so, the loading machine 10 can start the unmanned vehicle 20 based on the position of the toes of the loading machine 10 in consideration of the state after the loading is completed.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 of the control station 30 has a toe position calculated from information on the position, orientation and working device angle of the loading machine 10, and a position and orientation of the unmanned vehicle 20. And, based on the loading area of the unmanned vehicle 20 calculated from the loading platform size, a call instruction or a start instruction is given to the unmanned vehicle 20. As a result, the workload of the operator of the loading machine 10 can be reduced, so that the operator of the loading machine 10 can improve the efficiency of the loading work for the unmanned vehicle 20.
  • the operator of the loading machine 10 wants to call the unmanned vehicle 20 to the specified position
  • the operator operates the instruction input device 15 in a state where the toe position of the bucket does not exist in the loading area of the unmanned vehicle 20 at that time.
  • the toe position of the vehicle is designated as the loading position, and a call instruction is given to the automatic guided vehicle 20.
  • the unmanned vehicle 20 can be driven to the designated loading position and stopped, so that the loading work on the unmanned vehicle 20 can be efficiently performed.
  • the working position of the loading machine 10 always changes according to the progress of the excavation work and the loading work, but the toe position of the bucket is designated as the loading position only by the operator operating the instruction input device 15. Since the unmanned vehicle 20 can be driven to a designated loading position and stopped, the workload of the operator can be reduced and the efficiency of the loading work for the unmanned vehicle 20 can be further improved.
  • the start instruction is given to the unmanned vehicle 20 by the operation of the operator to the instruction input device 15 in the state where the toe position of the bucket is in the loading area of the unmanned vehicle 20. ..
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 is an automated guided vehicle based on the toe position and the loading area of the automatic guided vehicle 20. It is possible to give a call instruction or a start instruction to the 20 and improve the efficiency of the loading work.
  • the above-mentioned call-in instruction or start instruction is performed by the same operation from the operator of the loading machine 10, and the operation by the operator's input is easy. It can be prevented from inducing. As a result, the loading work can be carried out more smoothly.
  • the machine information management unit 112 of the loading machine 10 determines the information on the tip position. It is repeatedly transmitted to the control station 30 in a cycle (for example, 0.5 seconds).
  • FIG. 12 is a flowchart showing the processing contents of the control control device in the second embodiment.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 receives the information on the toe position of the loading machine 10 transmitted from the machine information management unit 112 (step S1201).
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 extracts the unmanned vehicle 20 existing around the loading machine 10 (step S1202) in the same manner as in steps S802 to S804 described in the first embodiment, and the extracted unmanned vehicle
  • the loading area is calculated (step S1203), and it is determined whether or not the toe position exists in the loading area (step S1204). Then, when it is determined that the toe position does not exist in the loading area, the process returns to step S1201.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 further determines whether or not the loading operation by the loading machine 10 has been performed more than the required number of loadings (step S1205). .. Then, when it is determined that the loading has been performed more than the required number of times, the unmanned vehicle instruction unit 313 transmits a start instruction to the target unmanned vehicle 20 via the control control unit 312 (step S1206). On the other hand, if it is determined that the loading has not been performed more than the required number of times, the process returns to step S1201.
  • Whether or not the loading operation has been performed more than the required number of loadings is determined, for example, by moving the toe position from the loading machine 10 in the separation direction within a predetermined height range set according to the type of the automatic guided vehicle 20. It is done based on the number of times.
  • the toe position 103 exists in the loading area of the unmanned vehicle 20 within the predetermined height range 205 based on the height of the loading platform of the unmanned vehicle 20.
  • the predetermined height range is set according to the type of the unmanned vehicle 20 based on the altitude information included in the position information of the unmanned vehicle 20.
  • the predetermined height range may be offset in consideration of the load on the loading platform.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 has the toe position movement start point 104, which is the closest point to the loading machine 10 in the horizontal direction, and the toe position movement end point 105, which is the farthest point. The difference between the above and the toe position is calculated as the toe position movement distance 106. Subsequently, the unmanned vehicle instruction unit 313 compares the calculated toe position movement distance 106 with a preset distance threshold value (for example, 3 m, etc.), and when the distance threshold value is exceeded, the toe position moves away from the loading machine 10. Since it has moved to, it is determined that the loading operation has been performed.
  • a preset distance threshold value for example, 3 m, etc.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 causes the loading machine 10 to perform a loading operation on the unmanned vehicle 20. It is determined that the loading work has been completed by carrying out the loading more than the required number of times.
  • the required number of loadings is set by the unmanned vehicle instruction unit 313 according to the types of the loading machine 10 and the unmanned vehicle 20.
  • the unmanned vehicle instruction unit 313 stores in advance a table in which the vehicle ID indicating the type of the loading machine 10 and the capacity of the bucket, and the vehicle ID indicating the type of the unmanned vehicle 20 and the capacity of the loading platform are associated with each other.
  • the capacity of the bucket and the loading platform is acquired based on the IDs of the target loading machine 10 and the unmanned vehicle 20, and the required number of loadings is set based on these acquired capacities. By doing so, the required number of loadings can be set more accurately.
  • the specific content of the start instruction in step S1206 is the same as that of the first embodiment.
  • the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and further, the following operation and effect can be obtained. That is, even if there is no input to the instruction input device 15 by the operator of the loading machine 10, the automatic guided vehicle instruction unit 313 is based on the toe position of the loading machine 10 and the loading area of the unmanned vehicle 20. It becomes possible to give a start instruction to. As a result, even if the operator of the loading machine 10 does not exclusively operate the unmanned vehicle 20, the start instruction to the unmanned vehicle 20 is automatically given only by performing the normal loading operation. By doing so, the workload of the operator can be further reduced, so that the efficiency of the loading work for the automatic guided vehicle 20 can be further improved.
  • the vehicle management system of the third embodiment has the above-mentioned first aspect in that even if the operator forgets to input to the instruction input device 15 for giving a start instruction after the loading work is completed, the start instruction is surely given. It is different from one embodiment. Since other configurations and processes are the same as those in the first embodiment, duplicate description will be omitted. In the following, only the differences will be described.
  • the machine information management unit 112 of the loading machine 10 acquires and stores information on the working device angle in addition to the toe position, and stores the information on the toe position and the working device angle in the loading machine wireless communication device 16. It is transmitted to the control station 30 via.
  • FIG. 14 is a flowchart showing the processing contents of the control control device according to the third embodiment.
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 receives the information on the toe position and the working device angle transmitted from the machine information management unit 112 (step S1401).
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 determines whether or not the loading machine 10 is in the unloading posture (for example, the posture of opening the bucket) based on the received working device angle (step S1402).
  • the loading machine 10 is a backhoe
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 determines that the vehicle is in the unloading posture when the relative angle ⁇ 3 between the bucket and the arm is equal to or greater than a preset angle threshold value.
  • the angle of the opening of the automatic guided vehicle indicating unit 313 is a predetermined threshold value.
  • step S1402 When it is determined in step S1402 that the loading machine 10 is in the unloading posture, the automatic guided vehicle instruction unit 313 is closest to the toe position of the loading machine 10 in the same manner as in step S802 described in the first embodiment.
  • the unmanned vehicle 20 in the loading completed state is extracted (step S1403).
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the situation after the loading work is completed for the automatic guided vehicle by the loading machine.
  • the loading machine 10 completes the loading operation for the unmanned vehicle 20, and the operator does not operate the instruction input device 15, that is, does not give a start instruction to the unmanned vehicle 20, and the toe position.
  • the situation where 103 is moved to the outside of the loading area 203 of the automatic guided vehicle 20 is shown.
  • the lower part of FIG. 15 is a diagram for explaining the state of the loading machine that gives a start instruction to the automatic guided vehicle.
  • the loading machine 10 is in a posture in which the relative angle ⁇ 3 between the bucket and the arm is set to an angle threshold value or more (for example, 25 degrees or more, which is close to 30 degrees when fully opened).
  • the automatic guided vehicle instruction unit 313 determines that the loading machine 10 is in the unloading posture (step S1402), and extracts the automatic guided vehicle 20 in the loading completed state closest to the toe position 103 (step S1403). Subsequently, the unmanned vehicle instruction unit 313 gives a start instruction to the extracted vehicle (step S1409).
  • step S1402 when it is determined in step S1402 that the loading machine 10 is not in the unloading posture, the automatic guided vehicle instruction unit 313 is an automatic guided vehicle existing around the loading machine 10 as in step S802 described in the first embodiment. Is extracted (step S1404). Steps S1405 to S1409 following step S1404 are subjected to the same processing as steps S803 to S807 described in the first embodiment, respectively.
  • the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained, and further, the following operation and effect can be obtained. That is, even if the operator forgets to input to the instruction input device 15 for giving a start instruction after the loading work is completed, the automatic guided vehicle instruction unit 313 is the loading machine based on the relative angle ⁇ 3 between the bucket and the arm. When it is determined that 10 is in the unloading posture, a start instruction is given to the unmanned vehicle 20. For this reason, the operator does not have to return the toe position to the loading area of the automatic guided vehicle 20, but only takes the unloading posture on the spot, in other words, only performs the minimum operation such as opening the bucket. It is possible to reliably give a start instruction to the unmanned vehicle 20.
  • the vehicle information management unit and the autonomous travel control unit do not necessarily have to be provided in the unmanned vehicle, and may be provided in, for example, an external server device configured to be able to communicate with the unmanned vehicle and the control station, respectively.
  • the toe position calculation unit and the machine information management unit do not necessarily have to be provided in the loading machine, and may be provided in, for example, an external server device configured to be able to communicate with the loading machine and the control station, respectively.
  • Vehicle management system 10 Loading machine 11 Loading machine information management device 12 Loading machine position sensor 13 Loading machine orientation sensor 14 Working device angle sensor 15 Instruction input device 16 Loading machine wireless communication device 20 Unmanned vehicle 21 Unmanned vehicle control Device 22 Driving drive device 23 Unmanned vehicle position sensor 24 Unmanned vehicle orientation sensor 25 Loading sensor 26 Unmanned vehicle storage device 27 Unmanned vehicle wireless communication device 28 Loading platform 29 Canopy 30 Control station 31 Control control device 32 Control station storage device 33 Control station wireless communication Device 40 Wireless communication line 111 Toe position calculation unit 112 Machine information management unit 211 Vehicle information management unit 212 Autonomous driving control unit 261 Map information storage unit 311 Vehicle allocation management unit 312 Control control unit 313 Unmanned vehicle instruction unit 321 Vehicle allocation management information storage unit 322 Control information storage unit 323 Map information storage unit

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Abstract

車両管理システム１は、自律走行可能な無人車両２０と、無人車両２０に対して積込作業を行う積込機械１０と、無人車両２０の配車管理及び交通管制を行う管制局３０とを含む。積込機械１０は、該積込機械の位置、方位及び各関節の角度の情報に基づいてバケットの爪先位置を算出する爪先位置算出部１１１を備える。管制局３０は、無人車両２０の積込領域を算出し、算出した積込領域と積込機械１０の爪先位置とに基づいて、無人車両２０に対する呼込指示又は発進指示を行う無人車両指示部３１３を備える。

Description

車両管理システム
　本発明は、車両管理システムに関し、特に積込機械が無人車両に対して積込作業を行う現場における車両管理システムに関する。
　本願は、２０２０年１１月６日に出願された日本国特願２０２０－１８５８３５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　露天掘り鉱山等において、オペレータが搭乗することなく自律走行するダンプトラック（すなわち、無人車両）と、無線通信回線を介して無人車両と通信する管制局とを備える車両管理システムが用いられている。このような車両管理システムでは、無人車両に土砂や鉱石等（以下、「土砂等」という）を積込む積込作業が、オペレータに操縦されるショベル等の積込機械によって行われている。無人車両にはオペレータが搭乗しないため、積込機械のオペレータは、積込機械自体の操作に加えて無人車両に対する積込位置までの呼込指示及び積込後の発進指示も行う必要があり、より複雑な手順が要求されている。従って、車両管理システムにおいて高い生産性を実現するためには、積込機械のオペレータが効率的に作業を実施できる仕組みが必要である。
　無人車両を積込位置まで効率的に呼込む仕組みとして、例えば下記特許文献１に示すように、無人車両の位置及び方位と、積込地点の位置及び方位とを用いて、これらの位置の差分及び方位の差分に基づき積込位置までの走行経路を誘導する方法が知られている。
米国特許第９８２３０８２号明細書
　上記特許文献１に示す方法によれば、積込機械のオペレータが積込位置を指示することで無人車両を効率的に誘導させることができるが、無人車両に対する発進指示を効率的に行うことができない。また、積込機械の操作レバーのスイッチには、警報を鳴動させる機能や無線通話のＯＮ／ＯＦＦを行う機能等が割当てられているので、無人車両への指示機能を増やす余裕が少ない。また、仮に無人車両への指示機能のスイッチを増やしたとしても、特に不慣れなオペレータに対する誤操作を誘発する可能性があるので、却って作業効率の低下を招いてしまう。このため、積込機械のオペレータが無人車両に対する積込作業の効率を向上し難い問題があった。
　本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、積込機械のオペレータが無人車両に対する積込作業の効率を向上できる車両管理システムを提供することを目的とする。
　本発明に係る車両管理システムは、自律走行可能な無人車両と、バケットが多関節構造により取り付けられるとともに前記無人車両に対して積込作業を行う積込機械と、前記無人車両の配車管理及び交通管制を行う管制局と、が互いに通信可能に構成された車両管理システムであって、前記無人車両の位置、方位及び荷台寸法の情報を取得して記憶するとともにこれらの情報を前記管制局に送信する車両情報管理部と、前記管制局からの指示に基づいて該無人車両の走行を制御する自律走行制御部と、前記積込機械の位置、方位及び各関節の角度の情報に基づいて前記バケットの爪先位置を算出する爪先位置算出部と、前記爪先位置算出部により算出された前記爪先位置を取得して記憶するとともに該爪先位置の情報を前記管制局に送信する機械情報管理部と、前記車両情報管理部から送信された前記無人車両の位置、方位及び荷台寸法の情報に基づいて前記無人車両の積込領域を算出し、算出した前記積込領域と前記機械情報管理部から送信された前記爪先位置とに基づいて、前記無人車両に対する呼込指示又は発進指示を行う無人車両指示部と、を備えることを特徴としている。
　本発明に係る車両管理システムでは、無人車両指示部は、積込機械の位置、方位及び各関節の角度の情報から算出された爪先位置と、無人車両の位置、方位及び荷台寸法から算出された無人車両の積込領域とに基づいて、無人車両に対する呼込指示又は発進指示を行う。これによって、積込機械のオペレータの作業負荷を軽減することができるので、積込機械のオペレータが無人車両に対する積込作業の効率を向上することができる。
　本発明によれば、積込機械のオペレータが無人車両に対する積込作業の効率を向上することができる。
第１実施形態に係る車両管理システムを示す概略構成図である。 第１実施形態に係る車両管理システムを示す機能ブロック図である。 積込機械の操縦席の概観を示す図である。 配車管理情報のテーブル例を示す図である。 管制制御情報のテーブル例を示す図である。 積込場におけるエリア内経路の生成を説明する図である。 積込機械情報管理装置の処理内容を示すフローチャートである。 積込機械におけるバケットの爪先位置算出を説明するための図である。 管制制御装置の処理内容を示すフローチャートである。 無人車両の積込領域を説明するための図である。 無人車両に対して呼込指示を行う状況を説明するための図である。 無人車両に対して発進指示を行う状況を説明するための図である。 第２実施形態における管制制御装置の処理内容を示すフローチャートである。 無人車両に対して発進指示を行う状況を説明するための図である。 第３実施形態における管制制御装置の処理内容を示すフローチャートである。 無人車両に対して発進指示を行う状況を説明するための図である。
　以下、図面を参照して本発明に係る車両管理システムの実施形態について説明する。図面の説明において、同一の機能を有する部材には同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
[第１実施形態]
　図１は第１実施形態に係る車両管理システムを示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態の車両管理システム１は、露天掘り鉱山等の作業現場に用いられるシステムであり、掘削作業及び積込作業を行う１台以上の積込機械１０と、積込機械１０から積み込まれた土砂等を搬送する１台以上の無人車両２０（無人車両２０Ａ、無人車両２０Ｂ）と、無人車両２０の配車管理及び交通管制を行う管制局３０とを含む。積込機械１０、無人車両２０及び管制局３０は、無線通信回線４０によって互いに通信可能に構成されている。具体的には、露天掘り鉱山内等には複数の無線基地局４１が設置されており、積込機械１０、無人車両２０及び管制局３０は、これらの無線基地局４１を介して互いに送受信を行っている。
　本実施形態では、管制局３０の交通管制方式として、搬送経路６０を示す地図データ上でノードにより分割された搬送経路６０の部分区間を、各無人車両２０の位置に基づいて排他的に走行許可する、いわゆる走行許可区間制御方式が用いられている。走行許可区間制御方式では、例えば自車の走行許可区間に隣接する前方区間の走行許可を要求した際に、要求した前方区間が他の車両に対して走行許可されている場合又は進入禁止として設定されている場合、自車に当該前方区間は走行許可されない。従って、自車は、現在許可されている区間の終端で停止し、前方区間が走行許可されるまで待機する。
　図２は第１実施形態に係る車両管理システムを示す機能ブロック図である。図２において、積込機械１０と無人車両２０とがそれぞれ１台ずつ示されているが、２台以上存在する場合についてもそれぞれ同様の構成である。
[積込機械について]
　積込機械１０は、バケットが多関節構造により取り付けられる機械である。本実施形態の積込機械１０は、例えば機械本体に対して上下方向に回動自在に設けられた作業装置を備えた油圧ショベル等のバックホーであり、作業装置はブーム、アーム、バケット等を有する。なお、積込機械１０は、油圧ショベルに限定されず、例えばホイールローダ等であっても良い。
　積込機械１０は、積込機械情報管理装置１１、積込機械位置センサ１２、積込機械方位センサ１３、作業装置角度センサ１４、指示入力装置１５、及び積込機械無線通信装置１６を備えている。
　積込機械位置センサ１２は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）であり、積込機械１０の位置を計測し、計測した位置を積込機械情報管理装置１１に出力する。なお。積込機械１０の位置を計測する装置として、積込機械位置センサ１２に代えて、例えば複数の航法衛星７０（図１参照）から測位電波を受信して積込機械１０の位置を計測する装置を用いても良い。
　積込機械方位センサ１３は、積込機械１０の方位を計測し、計測した方位を積込機械情報管理装置１１に出力する。積込機械方位センサ１３は、例えばアンテナを２つ備えてそれぞれが取得したアンテナ位置の相対位置から方位を計測するデュアルアンテナＧＰＳであっても良く、磁気を用いた方位センサであっても良い。
　作業装置角度センサ１４は、ブーム、アーム、バケットなどの作業装置の各関節の相対角度を計測する。具体的には、作業装置角度センサ１４は、機械本体とブームとの相対角度、ブームとアームとの相対角度、アームとバケットとの相対角度をそれぞれ計測し、計測した角度を積込機械情報管理装置１１に出力する。作業装置角度センサ１４は、例えば各関節に取り付けられたポテンショメータである。
　指示入力装置１５は、積込機械１０のオペレータが無人車両２０に対する指示を入力するためのものであり、積込機械情報管理装置１１と接続されている。この指示入力装置１５は、オペレータが容易に操作できるように、例えば操縦席１７に配置されたスイッチ等である。具体的には、図３に示すように、積込機械１０の運転室に配置された操縦席１７には、オペレータが座った時に左右の手で握ることができる一対の操作レバー１７１（操作レバー１７１Ａ及び１７１Ｂ）が取り付けられている。オペレータは、操作レバー１７１を介して積込機械１０のブーム、アーム、バケット等を操作することができる。そして、操作レバー１７１の上部には、操作レバー１７１を把持している間、例えば右手親指によって常時素早い操作が可能なスイッチとして指示入力装置１５が配置されている。
　なお、指示入力装置１５は、必ずしも操作レバー１７１の上部に配置されるスイッチではなく、オペレータが積込等の通常操作を行いながら無人車両２０に対する指示を容易に入力できるものであれば、スイッチ以外のものであっても良い。また、その配置位置は、操作レバー１７１の上部に限らない。
　積込機械無線通信装置１６は、例えば無線通信回線４０に接続するための無線機である。この積込機械無線通信装置１６は、無線通信回線４０を介して無人車両２０又は管制局３０との間で情報の送受信を行う。
　積込機械情報管理装置１１は、例えば演算を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって積込機械１０の動作を制御する。
　積込機械情報管理装置１１は、爪先位置算出部１１１と、機械情報管理部１１２とを有する。爪先位置算出部１１１は、積込機械位置センサ１２から出力された位置の情報と、積込機械方位センサ１３から出力された方位の情報と、作業装置角度センサ１４から出力された各関節の角度の情報とに基づき、バケットの爪先位置を幾何学的に算出する。更に、爪先位置算出部１１１は、算出した爪先位置を機械情報管理部１１２に出力する。
　機械情報管理部１１２は、爪先位置算出部１１１により算出された爪先位置の情報を取得し、記憶するとともに、該爪先位置の情報を積込機械無線通信装置１６を介して管制局３０に送信する。また、この機械情報管理部１１２は、指示入力装置１５に指示入力があった場合に、該指示入力に応じて無人車両２０への動作指示情報（以下、「無人車両動作指示情報」という）を更に生成し、生成した無人車両動作指示情報を爪先位置の情報とともに管制局３０に送信する。
　更に、この機械情報管理部１１２は、爪先位置のほか、各関節の角度の情報を更に取得し、記憶しても良い。この場合、機械情報管理部１１２は、爪先位置及び各関節の角度の情報を積込機械無線通信装置１６を介して管制局３０に送信する。
[無人車両について]
　無人車両２０は、例えば管制局３０の指示に基づいて自律走行可能なダンプトラックである。この無人車両２０は、無人車両制御装置２１、走行駆動装置２２、無人車両位置センサ２３、無人車両方位センサ２４、積載センサ２５、無人車両記憶装置２６、及び無人車両無線通信装置２７を備えている。
　走行駆動装置２２は、無人車両制御装置２１の制御信号に基づいて無人車両２０の走行を駆動する。走行駆動装置２２は、例えば無人車両２０の操舵角を変更するための操舵モータ、無人車両２０を走行させるための走行モータ、及びブレーキ等を含む。
　無人車両位置センサ２３は、例えばＧＰＳ装置等であり、自車の位置を計測し、計測した位置を無人車両制御装置２１に出力する。なお、無人車両位置センサ２３は、ＧＰＳと慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）とを組み合わせたもの、あるいは地上に設置された基地局からの電波を用いて位置を特定するものであっても良い。
　無人車両方位センサ２４は、例えばＧＰＳ装置や磁気を用いたセンサであり、無人車両２０の方位を計測し、計測した方位を無人車両制御装置２１に出力する。
　積載センサ２５は、無人車両２０に積載された積荷の重量（すなわち、積載量）を計測するものであり、荷台の着座部分に備えられた重量センサであっても良く、車体と前後左右の車輪との間に介在するサスペンションシリンダの圧力に基づいて重量を推定するものであっても良い。この積載センサ２５は、計測した積載量を無人車両制御装置２１に出力する。
　無人車両記憶装置２６は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム、データベース等が格納されている。また、無人車両記憶装置２６は、地図情報記憶部２６１を有する。
　無人車両無線通信装置２７は、例えば無線通信回線４０に接続するための無線機である。この無人車両無線通信装置２７は、無線通信回線４０を介して積込機械１０又は管制局３０との間で情報の送受信を行う。
　無人車両制御装置２１は、例えば演算を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって無人車両２０の動作を制御する。
　無人車両制御装置２１は、車両情報管理部２１１と、自律走行制御部２１２とを有する。車両情報管理部２１１は、無人車両位置センサ２３から出力された位置の情報と、無人車両方位センサ２４から出力された方位の情報と、積載センサ２５から出力された積載量の情報とを取得し、記憶するとともに、これらの情報を無人車両無線通信装置２７を介して管制局３０に送信する。また、車両情報管理部２１１は、上記位置、方位及び積載量の情報を自律走行制御部２１２に出力する。更に、この車両情報管理部２１１は、管制局３０の管制制御部３１２（後述する）から自車に対する走行経路及び走行許可区間の情報を受信した場合、受信した情報を自律走行制御部２１２に出力する。
　自律走行制御部２１２は、車両情報管理部２１１から出力された位置、方位、積載量、走行経路及び走行許可区間の情報に基づき、走行許可されている経路に追従しつつ、走行許可区間から逸脱しないように無人車両２０を走行させるための加減速制御信号や操舵制御信号を生成する。更に、自律走行制御部２１２は、生成したこれらの制御信号を走行駆動装置２２に出力する。
[管制局３０について]
　管制局３０は、管制制御装置３１、管制局記憶装置３２、及び管制局無線通信装置３３を備えている。管制局記憶装置３２は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム、データベース等が格納されている。そして、管制局記憶装置３２は、配車管理情報記憶部３２１と、管制情報記憶部３２２と、地図情報記憶部３２３とを有する。
　管制局無線通信装置３３は、例えば無線通信回線４０に接続するための無線機であり、アンテナ３３１（図１参照）を有する。この管制局無線通信装置３３は、無線通信回線４０を介して積込機械１０又は無人車両２０との間で情報の送受信を行う。
　管制制御装置３１は、例えば演算を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって管制局３０の動作を制御する。
　管制制御装置３１は、配車管理部３１１と、管制制御部３１２と、無人車両指示部３１３とを有する。配車管理部３１１は、無人車両２０の目的地までの走行経路を設定する。例えば無人車両２０が積込場にいる場合、配車管理部３１１は、放土場までの走行経路を設定する。一方、無人車両２０が放土場にいる場合、配車管理部３１１は、積込場までの走行経路を設定する。そして、配車管理部３１１によって設定された走行経路は、配車管理情報として、例えばテーブルの形式で配車管理情報記憶部３２１に記憶されている。
　図４Ａは配車管理情報のテーブル例を示す図である。図４Ａに示すように、配車管理情報では、無人車両を固有に識別する車両ＩＤ毎に、配車管理部３１１によって設定された走行経路がそれぞれ記録されている。走行経路は、エリア出口側経路と、搬送経路と、エリア入口側経路とで構成されている。搬送経路は、積込場出口点ｎｏｄｅ＿Ｌｏｕｔから放土場入口点ｎｏｄｅ＿Ｄｉｎまで、あるいは放土場出口点ｎｏｄｅ＿Ｄｏｕｔから積込場入口点ｎｏｄｅ＿Ｌｉｎまでの経路、すなわち搬送路上の経路を示す。
　エリア入口側経路は、積込場入口点ｎｏｄｅ＿Ｌｉｎから積込位置ｎｏｄｅ＿ＬＰまで、あるいは放土場入口点ｎｏｄｅ＿Ｄｉｎから放土位置ｎｏｄｅ＿ＤＰまでの経路、すなわち作業エリア入口から作業地点までの経路を示す。エリア出口側経路は、積込位置ｎｏｄｅ＿ＬＰから積込場出口点ｎｏｄｅ＿Ｌｏｕｔまで、あるいは放土位置ｎｏｄｅ＿ＤＰから放土場出口点ｎｏｄｅ＿Ｄｏｕｔまでの経路、すなわち作業地点から作業エリア出口点までの経路を示す。いずれの経路も、無人車両２０が目標軌道として追従するための座標点列（ノード列）として定義されている。本実施形態では、エリア入口側経路及びエリア出口側経路をまとめて「エリア内経路」と呼称する。
　そして、走行経路のうち、搬送経路として設定することが可能な搬送路地図情報については、予め搬送路の形状に合わせた形式で地図情報記憶部３２３に記憶されている。一方、エリア内経路として設定することが可能なエリア内地図情報については、作業地点である積込位置又は放土位置が指定されると、管制制御部３１２によって生成され、地図情報記憶部３２３に記憶されている。エリア内地図情報は、同一の作業エリアに対して１つのみ生成されても良く、複数生成されても良い。複数生成された場合、配車管理部３１１は、無人車両２０に対して走行経路を設定する際に、複数のエリア内地図情報のうちの一つを選択してエリア内経路を設定すれば良い。
　また、配車管理部３１１は、無人車両２０に対して走行経路を設定する際に、目的地の作業エリアに対して生成済みのエリア内経路が存在した場合、搬送経路とエリア内経路を同時に設定する。一方、目的地の作業エリアに対して生成済みのエリア内経路が存在しない場合、配車管理部３１１は、まず目的地となる作業エリアの入口点までの搬送経路を設定し、当該エリアにおける作業地点が指定され、エリア内地図情報が生成された時点でエリア内経路を設定すれば良い。
　管制制御部３１２は、管制情報記憶部３２２に記憶された交通管制の情報（以下では、単に「管制情報」という）に基づいて、無人車両２０の走行経路の一部区間を当該無人車両２０のみに走行許可を付与した走行許可区間として設定する。図４Ｂは管制情報記憶部に記憶された管制情報のテーブル例を示す図である。管制情報では、ノードＩＤと、各ノードＩＤで示される区間（経路上の次のノードまでの区間）に対して走行許可を付与した無人車両を示す「走行許可車両」とが関連付けられている。管制制御部３１２は、無人車両２０の位置に応じて、走行許可可能な前方区間を当該無人車両２０に対する走行許可区間として設定する。無人車両２０は、その設定された区間のノードに従って走行する。
　上述したように、本実施形態では、走行許可区間制御方式が採用されている。従って、ある無人車両２０Ａに設定済みの走行許可区間の前方区間が別の無人車両２０Ｂに対する走行許可区間として設定されている場合、管制制御部３１２は、無人車両２０Ａに対して当該前方区間は走行許可しない。この場合、無人車両２０Ａは現在許可されている走行許可区間の終端ノードを超えないように停止し、前方区間が走行許可されるまで待機する。
　また、管制制御部３１２は、作業エリアにおいて指定された作業地点に基づいて、エリア内地図情報を生成し、生成したエリア内地図情報を地図情報記憶部３２３に記憶させる。例えば図５に示すように、積込場５０において積込位置ｎｏｄｅ＿ＬＰが指定された場合、管制制御部３１２は、該積込場５０におけるエリア内経路を生成する。図５において、区間６０、６３は搬送経路、区間６１ａ、６１ｂはエリア入口側経路、区間６２はエリア出口側経路を示す。搬送経路は、積込場５０に接続するように設定された搬送路地図情報に基づいて設定されている。
　詳細は後述するが、積込位置ｎｏｄｅ＿ＬＰは、積込機械１０の爪先位置に基づいて無人車両指示部３１３によって指定される。積込位置ｎｏｄｅ＿ＬＰが指定されると、管制制御部３１２は、積込場入口点ｎｏｄｅ＿Ｌｉｎ、積込場出口点ｎｏｄｅ＿Ｌｏｕｔ、及び積込位置ｎｏｄｅ＿ＬＰに基づき、無人車両２０が走行するためのエリア内地図情報を生成する。
　管制制御部３１２によって生成されたエリア内地図情報のうち、特にエリア入口側経路には、無人車両２０の前進又は後進を切り替える切り返し点ｎｏｄｅ＿ＬＲが含まれても良い。エリア内地図情報の生成方法については、例えば特開２０１９－２００４６２号公報に記載されるように、作業エリアのうち、経路の生成が許容された範囲内で、経路の部分要素である直線や円弧の組み合わせによる候補の中から、経路長最短などの指標に基づき適切な経路を探索することにより行われる。
　また、放土場においても、管制制御部３１２は、指定された放土位置に基づいて同様にエリア内地図情報を生成する。その場合、放土位置は、放土場で作業するブルドーザなどのオペレータ、あるいは管制局で遠隔操作を行うオペレータによって指定されても良い。
　更に、管制制御部３１２は、エリア内地図情報を生成した際に、エリア内地図情報を新規に生成したことを配車管理部３１１に通知する。例えば、上記のように指示された積込位置に基づいてエリア内経路を生成した際に、管制制御部３１２は、エリア内経路を新規に生成したことを配車管理部３１１に通知する。そして、走行経路として積込場までの搬送経路が設定されており、且つエリア入口側経路が未設定である無人車両２０が存在する場合、配車管理部３１１は、生成されたエリア内地図情報に基づいて該無人車両２０のエリア入口側経路を設定する。
　無人車両指示部３１３は、無人車両２０の車両情報管理部２１１から送信された無人車両２０の位置、方位及び荷台寸法の情報に基づいて該無人車両２０の積込領域を算出する。更に、この無人車両指示部３１３は、算出した積込領域と積込機械１０の機械情報管理部１１２から送信された爪先位置とに基づいて、無人車両２０に対する呼込指示と発進指示を行う。
　本実施形態では、管制制御部３１２に対して積込位置が指定され、それに基づきエリア内地図情報が生成され、生成された地図情報が無人車両２０の積込位置までの走行経路として設定される一連の処理を、無人車両２０に対する「呼込指示」と呼称する。無人車両２０が積込位置で積込作業完了まで待機している状態で、新しくエリア出口側経路から先の走行経路を設定する処理を無人車両２０に対する「発進指示」と呼称する。
　具体的には、管制局３０が積込機械１０の機械情報管理部１１２から無人車両動作指示情報を受信した場合、無人車両指示部３１３は、まず無人車両２０の積込領域を算出し、算出した積込領域と爪先位置算出部１１１により算出された爪先位置とに基づいて、無人車両２０に対する呼込指示又は発進指示を選択し（言い換えれば判定する）、管制制御部３１２を介して選択した指示を行う。
　そして、呼込指示を行う場合、無人車両指示部３１３は、管制制御部３１２に対して積込位置を指定するとともに、無人車両２０への呼込指示を要求する。管制制御部３１２は、指定された積込位置に基づいてエリア内地図情報を生成し、更に配車管理部３１１と連携して無人車両２０に対する積込位置までのエリア入口側経路の走行を指示する。一方、発進指示を行う場合、無人車両指示部３１３は、管制制御部３１２に対して無人車両２０への発進指示を要求する。管制制御部３１２は、配車管理部３１１と連携して無人車両２０に対する積込場出口点までのエリア出口側経路、及び搬送経路の走行を指示する。
　次に、図６及び図７を用いて、積込機械１０の積込機械情報管理装置１１の処理内容について説明する。図６は積込機械情報管理装置の処理内容を示すフローチャートであり、図７は積込機械におけるバケットの爪先位置算出を説明するための図である。
　図６に示すように、積込機械１０のオペレータが指示入力装置１５を操作すると、機械情報管理部１１２は、指示入力装置１５からの指示入力を受信する（ステップＳ６０１）。続いて、機械情報管理部１１２は、その時点での爪先位置を爪先位置算出部１１１から取得する（ステップＳ６０２）。
　図７に示すように、バケットの爪先位置１０３は、積込機械１０の位置１０１、方位１０２、及び各関節の角度α１、α２、α３の情報に基づき、爪先位置算出部１１１によって算出される。積込機械１０の位置１０１は積込機械位置センサ１２によって計測され、積込機械１０の方位１０２は積込機械方位センサ１３によって計測される。また、積込機械１０の作業装置１８は、ブーム１８ａ、アーム１８ｂ、及びバケット１８ｃを有する。角度α１は機械本体とブーム１８ａとの相対角度、角度α２はブーム１８ａとアーム１８ｂとの相対角度、角度α３はアーム１８ｂとバケット１８ｃとの相対角度である。これらの角度は、それぞれ作業装置角度センサ１４によって計測される。ここで、α１、α２、α３をまとめて「作業装置角度」という。
　爪先位置算出部１１１は、積込機械１０の位置１０１、方位１０２、及び作業装置角度α１、α２、α３の情報と、作業装置の寸法とを用いて、爪先位置１０３をバケット１８ｃが土砂を掘削する際の刃先の中央位置として幾何学的に算出する。続いて、爪先位置算出部１１１は、算出した爪先位置を機械情報管理部１１２に出力する。これによって、機械情報管理部１１２は、爪先位置を取得できる。
　続いて、機械情報管理部１１２は、取得した爪先位置と無人車両動作指示情報とを、積込機械無線通信装置１６を介して管制局３０に送信する（ステップＳ６０３）。
　次に、図８～図１１を用いて、管制局３０の管制制御装置３１の処理内容について説明する。図８は管制制御装置の処理内容を示すフローチャートであり、図９は無人車両の積込領域を説明するための図である。図１０は無人車両に対して呼込指示を行う状況を説明するための図であり、図１１は無人車両に対して発進指示を行う状況を説明するための図である。
　図８に示すように、まず、無人車両指示部３１３は、管制局無線通信装置３３を介して、機械情報管理部１１２から送信された情報を受信する（ステップＳ８０１）。続いて、無人車両指示部３１３は、積込機械１０の周囲に存在する無人車両２０を、積込機械１０の位置及び無人車両２０の位置に基づいて抽出する（ステップＳ８０２）。抽出方法としては、積込機械１０の位置から所定範囲内に存在する無人車両２０を抽出しても良く、あるいは積込機械１０が存在する積込場を目的地とした走行経路が設定されている無人車両２０を抽出しても良い。なお、抽出する無人車両は複数であっても良く、単数であっても良い。
　続いて、無人車両指示部３１３は、抽出した無人車両２０の積込領域をそれぞれ算出する（ステップＳ８０３）。ここで、図９を用いて無人車両２０の積込領域の算出を詳細に説明する。無人車両指示部３１３は、無人車両２０の車両情報管理部２１１から送信された無人車両２０の基準位置２０１、方位２０２及び荷台寸法を所定の周期（例えば０．５秒）で繰り返し受信する。
　無人車両２０の基準位置２０１は、例えば無人車両２０の後輪車軸中心の位置であり、無人車両位置センサ２３によって計測される。無人車両２０の方位２０２は、例えば無人車両２０の正面前方を示す方位であり、無人車両方位センサ２４によって計測される。積込領域２０３は、図９の破線で示すように、無人車両２０の荷台２８全域を取り囲む空間を地表面上に投影した領域である。ただし積込領域２０３は、荷台２８の先端部に接続されたキャノピ２９を含まない。この積込領域２０３は、基準位置２０１及び方位２０２のほか、無人車両２０の荷台寸法として車両情報管理部２１１に記憶された荷台幅パラメータ２０４ａ、荷台前方長パラメータ２０４ｂ、荷台後方長パラメータ２０４ｃを更に加えて、無人車両指示部３１３によって算出される。荷台前方長パラメータ２０４ｂ及び荷台後方長パラメータ２０４ｃは、基準位置２０１を基準とするパラメータである。荷台幅パラメータ２０４ａは基準位置２０１を中心に荷台の幅方向に最も突出した部位までの長さである。また、荷台前方長パラメータ２０４ｂは基準位置２０１より荷台先端までの長さであり、荷台後方長パラメータ２０４ｃは基準位置２０１より荷台後端までの長さである。そして、これらのパラメータは車両ＩＤ毎に固有のものである。
　続いて、無人車両指示部３１３は、算出した複数の無人車両２０の積込領域２０３と、機械情報管理部１１２から送信された積込機械１０の爪先位置１０３とに基づいて、爪先位置が積込領域内に存在するか否かを判定する（ステップＳ８０４）。
　爪先位置がいずれの無人車両２０の積込領域内に存在しないと判定した場合、無人車両指示部３１３は、該爪先位置を積込位置として、管制制御部３１２を介して無人車両２０に対する呼込指示を行う（ステップＳ８０５）。すなわち、上述したように、無人車両指示部３１３は積込機械１０の爪先位置を積込位置として指定する。管制制御部３１２は、指定された爪先位置に基づいてエリア内地図情報を生成し、更に配車管理部３１１と連携して無人車両２０に対して積込位置までの走行経路を設定する。
　ここで、図１０を用いて無人車両に対する呼込指示を行う状況について説明する。図１０において、積込場におけるエリア入口側経路が設定されておらず、無人車両２０が搬送経路６０の終端で待機している状態を示す。
　管制制御部３１２は、無人車両指示部３１３に指定された積込位置に基づき、エリア内地図情報としてエリア入口側の区間６１とエリア出口側の区間６２の地図情報を生成する。更に、管制制御部３１２は、配車管理部３１１と連携し、生成したエリア内地図情報のうち、区間６１を無人車両２０のエリア入口側経路として設定する。続いて、管制制御部３１２は、呼込指示及び設定したエリア入口側経路を管制局無線通信装置３３を介して無人車両２０に送信する。
　無人車両２０では、無人車両制御装置２１は、無人車両無線通信装置２７を介して設定されたエリア入口側経路及び呼込指示を受信し、走行駆動装置２２を介して無人車両２０の走行を行う。その結果、無人車両２０は、区間６１（すなわち、設定されエリア入口側経路）に追従して走行し、積込機械１０の爪先位置に基づいて設定された積込位置で停止する。このようにすることで、積込機械１０は、積込機械１０のオペレータが指定した爪先位置に基づき、積込作業可能な位置に無人車両２０を呼び込むことが可能になる。
　一方、ステップＳ８０４において爪先位置がいずれかの積込領域内に存在すると判定した場合、無人車両指示部３１３は、対象の無人車両２０の積載量から、該対象の無人車両２０が積込完了状態であるか否かを更に判定する（ステップＳ８０６）。このとき、無人車両指示部３１３は、例えば積載量に関する閾値を予め設けて、積載量が該閾値を上回っている場合は積込完了状態であると判定する。
　そして、対象の無人車両２０が積込完了状態でないと判定した場合、一連の処理は終了する。一方、対象の無人車両２０が積込完了状態であると判定した場合、無人車両指示部３１３は、管制制御部３１２を介して対象の無人車両２０に発進指示を行う（ステップＳ８０７）。このとき、管制制御部３１２は、配車管理部３１１と連携し、新しい走行経路として少なくとも無人車両２０が停止中の積込位置に対応したエリア出口側経路及び次の目的地までの搬送経路を設定する。
　ここで、図１１を用いて無人車両に対して発進指示を行う状況を詳細に説明する。図１１において、積込機械１０は無人車両２０に対する積込作業完了後の状態であり、無人車両２０は積込完了状態であるとする。
　積込作業完了と同時にオペレータが指示入力装置１５を操作した場合、爪先位置１０３は、無人車両２０の積込領域内に存在する状態となっている。このため、無人車両指示部３１３は、対象の無人車両２０に対する発進指示を管制制御部３１２に要求する。管制制御部３１２は、配車管理部３１１と連携し、生成済みのエリア内地図情報の一部である区間６２を無人車両２０の走行経路のエリア出口側経路として設定するとともに、その先の搬送経路として区間６３を設定する。続いて、管制制御部３１２は、呼込指示、設定したエリア出口側経路及び搬送経路を、管制局無線通信装置３３を介して無人車両２０に送信する。
　無人車両２０では、無人車両制御装置２１は、無人車両無線通信装置２７を介して呼込指示、設定されたエリア出口側経路及び搬送経路を受信し、走行駆動装置２２を介して無人車両２０の走行を行う。その結果、無人車両２０は、区間６２（すなわち、設定されたエリア出口側経路）に追従して走行を開始する。このようにすることで、積込機械１０は、積込機械１０の爪先位置に基づき、積込完了後の状態であることを考慮して無人車両２０を発進させることができる。
　本実施形態の車両管理システム１では、管制局３０の無人車両指示部３１３は、積込機械１０の位置、方位及び作業装置角度の情報から算出された爪先位置と、無人車両２０の位置、方位及び荷台寸法から算出された無人車両２０の積込領域とに基づいて、無人車両２０に対する呼込指示又は発進指示を行う。これによって、積込機械１０のオペレータの作業負荷を軽減することができるので、積込機械１０のオペレータが無人車両２０に対する積込作業の効率を向上することができる。
　積込機械１０のオペレータが無人車両２０を指定した位置まで呼び込みたいとき、バケットの爪先位置が無人車両２０の積込領域内に存在しない状態でオペレータによる指示入力装置１５への操作で、その時点の爪先位置が積込位置として指定され、無人車両２０に対する呼込み指示が行われる。これによって、無人車両２０を指定された積込位置まで走行させて停止させることが可能であるので、無人車両２０に対する積込作業を効率的に行うことができる。また、積込機械１０の作業位置は、掘削作業や積込作業の進捗に応じて常に変化するが、オペレータが指示入力装置１５を操作するだけで、バケットの爪先位置が積込位置として指定され、無人車両２０を指定された積込位置まで走行させて停止させることができるので、オペレータの作業負荷を軽減できるとともに、無人車両２０に対する積込作業の効率を更に高めることができる。
　また、積込作業を完了した時点で、バケットの爪先位置が無人車両２０の積込領域内に存在する状態で、オペレータによる指示入力装置１５への操作で、無人車両２０に対する発進指示が行われる。これによって、積込作業完了後の無人車両２０に対する発進を効率的に指示することができる。従って、積込機械１０のオペレータからの同一の操作（指示入力装置１５への操作）であっても、無人車両指示部３１３は、爪先位置と無人車両２０の積込領域とに基づいて無人車両２０に対する呼込指示又は発進指示を行うことが可能となり、積込作業の効率を向上することができる。
　更に、積込機械１０のオペレータからの同一の操作によって、上述の呼込指示又は発進指示が行われており、オペレータの入力による操作が簡単であるので、従来のように不慣れなオペレータに対する誤操作を誘発することを防止できる。その結果、積込作業をより円滑に実施することができる。
[第２実施形態]
　次に、図１２及び図１３を参照して車両管理システムの第２実施形態を説明する。第２実施形態の車両管理システムは、オペレータによる指示入力装置１５への入力がない場合でも、爪先位置及び無人車両２０の積込領域に基づいて無人車両２０に対する発進指示が行われる点において、上述した第１実施形態と相違している。その他の構成や処理は第１実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。以下では、その相違点のみを説明する。
　本実施形態では、オペレータによる指示入力装置１５への入力（言い換えれば、指示入力装置１５への操作）がなくても、積込機械１０の機械情報管理部１１２は、爪先位置の情報を所定の周期（例えば０．５秒）で管制局３０に繰り返し送信する。
　図１２は第２実施形態における管制制御装置の処理内容を示すフローチャートである。図１２に示すように、まず、無人車両指示部３１３は、機械情報管理部１１２から送信された積込機械１０の爪先位置の情報を受信する（ステップＳ１２０１）。続いて、無人車両指示部３１３は、第１実施形態で述べたステップＳ８０２～Ｓ８０４と同様に、積込機械１０の周囲に存在する無人車両２０を抽出し（ステップＳ１２０２）、抽出した無人車両の積込領域を算出し（ステップＳ１２０３）、爪先位置が積込領域内に存在するか否かを判定する（ステップＳ１２０４）。そして、爪先位置が積込領域内に存在しないと判定された場合、処理はステップＳ１２０１に戻る。
　一方、爪先位置が積込領域内に存在すると判定した場合、無人車両指示部３１３は、積込機械１０による積込動作を必要積込回数以上実施したか否かを更に判定する（ステップＳ１２０５）。そして、必要積込回数以上実施したと判定した場合、無人車両指示部３１３は、管制制御部３１２を介して対象の無人車両２０に発進指示を送信する（ステップＳ１２０６）。一方、必要積込回数以上実施していないと判定された場合、処理はステップＳ１２０１に戻る。
　積込動作を必要積込回数以上実施したか否かの判定は、例えば爪先位置が無人車両２０の種別に応じて設定された所定高さ範囲内において、積込機械１０から離反方向への移動回数に基づいて行われる。以下、図１３を基に詳細に説明する。
　図１３に示す状態では、爪先位置１０３の高さが無人車両２０の荷台の高さを基準とした所定高さ範囲２０５内において、爪先位置１０３が無人車両２０の積込領域内に存在する。所定高さ範囲は、無人車両２０の位置情報に含まれる高度情報に基づき、無人車両２０の種別に応じて設定される。なお、所定高さ範囲は、荷台の積載物を考慮してオフセットしたものであっても良い。
　無人車両指示部３１３は、まず、これまで取得し蓄積した爪先位置の履歴から、水平方向において積込機械１０に最も近い点である爪先位置移動始点１０４と最も遠い点である爪先位置移動終点１０５との差分を、爪先位置移動距離１０６として算出する。続いて、無人車両指示部３１３は、算出した爪先位置移動距離１０６を予め設定された距離閾値（例えば３ｍなど）と比較し、距離閾値を超えた場合、爪先位置が積込機械１０から離反方向に移動したので、積込動作を行ったと判定する。
　そして、このような積込機械１０から離反方向への移動回数が所定回数（例えば４回）以上に達した場合、無人車両指示部３１３は、積込機械１０が無人車両２０に対する積込動作を必要積込回数以上実施し、積込作業を完了したと判定する。
　ここで、必要積込回数は、積込機械１０及び無人車両２０の種別に応じて無人車両指示部３１３によって設定される。例えば、無人車両指示部３１３は、積込機械１０の種別を示す車両ＩＤとバケットの容量、及び無人車両２０の種別を示す車両ＩＤと荷台の容量をそれぞれ対応付けたテーブルを予め記憶しておき、対象の積込機械１０と無人車両２０のＩＤに基づいてバケット及び荷台の容量を取得し、取得したこれらの容量に基づいて必要積込回数を設定する。このようにすることで、必要積込回数をより正確に設定することができる。
　なお、ステップＳ１２０６における発進指示の具体的な内容は、第１実施形態と同様である。
　本実施形態の車両管理システムによれば、第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、更に以下の作用効果を得られる。すなわち、積込機械１０のオペレータによる指示入力装置１５への入力がなくても、無人車両指示部３１３は、積込機械１０の爪先位置と無人車両２０の積込領域に基づいて、無人車両２０に対する発進指示を行うことが可能になる。これによって、積込機械１０のオペレータが専ら無人車両２０に対する操作を行わなくても、通常の積込作業を行うだけで、無人車両２０に対する発進指示が自動的に行われる。このようにすることで、オペレータの作業負荷を更に軽減できるので、無人車両２０に対する積込作業の効率を一層に高めることができる。
[第３実施形態]
　次に、図１４及び図１５を参照して車両管理システムの第３実施形態を説明する。第３実施形態の車両管理システムは、仮にオペレータが積込作業完了後に発進指示を行うための指示入力装置１５への入力を忘れた場合でも、発進指示が確実に行われる点において、上述した第１実施形態と相違している。その他の構成や処理は第１実施形態と同様であるため、重複説明を省略する。以下では、その相違点のみを説明する。
　本実施形態では、積込機械１０の機械情報管理部１１２は、爪先位置に加えて作業装置角度の情報も取得して記憶し、爪先位置及び作業装置角度の情報を積込機械無線通信装置１６を介して管制局３０に送信する。
　図１４は、第３実施形態における管制制御装置の処理内容を示すフローチャートである。図１４に示すように、まず、無人車両指示部３１３は、機械情報管理部１１２から送信された爪先位置及び作業装置角度の情報を受信する（ステップＳ１４０１）。
　続いて、無人車両指示部３１３は、受信した作業装置角度に基づき、積込機械１０が荷下ろし姿勢（例えば、バケットを開く姿勢）であるか否かを判定する（ステップＳ１４０２）。ここで、積込機械１０がバックホーの場合、無人車両指示部３１３は、バケットとアームとの相対角度α３が予め設定された角度閾値以上であるとき、荷下ろし姿勢であると判定する。なお、積込機械１０がフロントショベルの場合、バケットの下部に開口部が設けられており、開口部が開くことで荷下ろしをするため、無人車両指示部３１３は、開口部の角度が所定閾値以上であるとき、荷下ろし姿勢であると判定する。
　ステップＳ１４０２において、積込機械１０が荷下ろし姿勢であると判定した場合、無人車両指示部３１３は、第１実施形態で述べたステップＳ８０２と同じ方法で、積込機械１０の爪先位置に最も近い積込完了状態の無人車両２０を抽出する（ステップＳ１４０３）。
　ここで、図１５を用いてステップＳ１４０２及びＳ１４０３の処理を更に説明する。図１５の上段は積込機械が無人車両に対して積込作業完了後の状況を説明するための図である。図１５の上段では、積込機械１０は無人車両２０に対して積込作業を完了し、オペレータが指示入力装置１５を操作せずに、すなわち無人車両２０に対する発進指示を行わずに、爪先位置１０３を無人車両２０の積込領域２０３の外側に移動した状況を示す。
　図１５の下段は無人車両に対して発進指示を行う積込機械の状態を説明するための図である。図１５の下段に示すように、積込機械１０はバケットとアームとの相対角度α３を角度閾値以上（例えば全開の３０度に近い２５度以上）とする姿勢をとった状態である。このとき、無人車両指示部３１３は、積込機械１０が荷下ろし姿勢であると判定し（ステップＳ１４０２）、爪先位置１０３に最も近い積込完了状態の無人車両２０を抽出する（ステップＳ１４０３）。続いて、無人車両指示部３１３は、抽出した車両に対して発進指示を行う（ステップＳ１４０９）。
　一方、ステップＳ１４０２において積込機械１０が荷下ろし姿勢でないと判定した場合、無人車両指示部３１３は、第１実施形態で述べたステップＳ８０２と同様に、積込機械１０の周囲に存在する無人車両を抽出する（ステップＳ１４０４）。ステップＳ１４０４に続くステップＳ１４０５～Ｓ１４０９は、第１実施形態で述べたステップＳ８０３～Ｓ８０７とそれぞれ同じ処理が行われる。
　本実施形態の車両管理システムによれば、第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、更に以下の作用効果を得られる。すなわち、オペレータが積込作業完了後に発進指示を行うための指示入力装置１５への入力を忘れた場合においても、無人車両指示部３１３は、バケットとアームとの相対角度α３に基づいて積込機械１０が荷下ろし姿勢であると判定したときに、無人車両２０に対する発進指示を行う。このため、オペレータが爪先位置を無人車両２０の積込領域内まで戻す操作をせずに、その場で荷下ろし姿勢を取るのみ、言い換えればバケットを開くような最小限の操作を行うのみで、無人車両２０に対する発進指示を確実に行うことができる。
　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば車両情報管理部及び自律走行制御部は、必ずしも無人車両に設けられる必要はなく、例えば無人車両及び管制局とそれぞれ通信可能に構成された外部サーバ装置等に設けられても良い。また、爪先位置算出部及び機械情報管理部は、必ずしも積込機械に設けられる必要はなく、例えば積込機械及び管制局とそれぞれ通信可能に構成された外部サーバ装置等に設けられても良い。
１　　車両管理システム
１０　　積込機械
１１　　積込機械情報管理装置
１２　　積込機械位置センサ
１３　　積込機械方位センサ
１４　　作業装置角度センサ
１５　　指示入力装置
１６　　積込機械無線通信装置
２０　　無人車両
２１　　無人車両制御装置
２２　　走行駆動装置
２３　　無人車両位置センサ
２４　　無人車両方位センサ
２５　　積載センサ
２６　　無人車両記憶装置
２７　　無人車両無線通信装置
２８　　荷台
２９　　キャノピ
３０　　管制局
３１　　管制制御装置
３２　　管制局記憶装置
３３　　管制局無線通信装置
４０　　無線通信回線
１１１　　爪先位置算出部
１１２　　機械情報管理部
２１１　　車両情報管理部
２１２　　自律走行制御部
２６１　　地図情報記憶部
３１１　　配車管理部
３１２　　管制制御部
３１３　　無人車両指示部
３２１　　配車管理情報記憶部
３２２　　管制情報記憶部
３２３　　地図情報記憶部

Claims (7)

  1. 　自律走行可能な無人車両と、バケットが多関節構造により取り付けられるとともに前記無人車両に対して積込作業を行う積込機械と、前記無人車両の配車管理及び交通管制を行う管制局と、が互いに通信可能に構成された車両管理システムであって、
    　前記無人車両の位置、方位及び荷台寸法の情報を取得して記憶するとともにこれらの情報を前記管制局に送信する車両情報管理部と、
    　前記管制局からの指示に基づいて該無人車両の走行を制御する自律走行制御部と、
    　前記積込機械の位置、方位及び各関節の角度の情報に基づいて前記バケットの爪先位置を算出する爪先位置算出部と、
    　前記爪先位置算出部により算出された前記爪先位置を取得して記憶するとともに該爪先位置の情報を前記管制局に送信する機械情報管理部と、
    　前記車両情報管理部から送信された前記無人車両の位置、方位及び荷台寸法の情報に基づいて前記無人車両の積込領域を算出し、算出した前記積込領域と前記機械情報管理部から送信された前記爪先位置とに基づいて、前記無人車両に対する呼込指示又は発進指示を行う無人車両指示部と、
    を備えることを特徴とする車両管理システム。
  2. 　前記無人車両指示部は、前記爪先位置が前記無人車両の積込領域内に存在しない場合に前記無人車両に対する呼込指示を行う請求項１に記載の車両管理システム。
  3. 　前記無人車両指示部は、前記爪先位置が前記無人車両の積込領域内に存在し、且つ前記無人車両の積載量に基づいて該無人車両が積込完了状態であると判定した場合に、前記無人車両に対する発進指示を行う請求項２に記載の車両管理システム。
  4. 　前記積込機械は、オペレータが前記無人車両に対する指示を入力する指示入力装置を更に備え、
    　前記機械情報管理部は、前記指示入力装置に指示入力があった場合に、該指示入力に応じて前記無人車両への動作指示情報を更に生成し、生成した動作指示情報を前記爪先位置の情報とともに前記管制局に送信する請求項１～３のいずれか一項に記載の車両管理システム。
  5. 　前記無人車両指示部は、前記爪先位置が前記無人車両の積込領域内に存在し、且つ前記爪先位置が前記積込機械から離反方向への移動回数に基づいて前記積込機械の積込動作を必要積込回数以上実施したと判定した場合に、前記無人車両に対する発進指示を行う請求項１に記載の車両管理システム。
  6. 　前記無人車両指示部は、前記積込機械の前記バケットの容量及び前記無人車両の荷台の容量に基づいて、必要積込回数を設定する請求項５に記載の車両管理システム。
  7. 　前記機械情報管理部は、前記各関節の角度の情報を更に取得して記憶するとともに該各関節の角度の情報を管制局に送信し、
    　前記無人車両指示部は、前記各関節の角度の情報に基づいて前記積込機械が荷下ろし姿勢であると判定した場合に、前記爪先位置に最も近い無人車両に対して発進指示を行う請求項１～３のいずれか一項に記載の車両管理システム。
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