WO2011090077A1

WO2011090077A1 - 積載案内システム

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Publication number: WO2011090077A1
Application number: PCT/JP2011/050879
Authority: WO
Inventors: 英明鈴木; 義紀古野; 浩三中村; 晋也湯田; 宏樹内山; 英行田中; 克明田中; 俊和美濃島
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2012-07-22
Also published as: EP2527541A1; AU2011208154A1; JPWO2011090077A1; US20120290178A1; JP5419998B2

Abstract

本発明は、積込機械（２０２）が運搬機械（２０１）に対して積載量及び積載位置を案内するものであって、運搬機械の積載量ｐ及び積載位置ｘを検出する積載状態検出手段（５，６）と、運搬機械の積載状態に関する積載基準情報を記憶する積載基準情報記憶手段（７）と、積込機械の積込能力に関する積込性能情報を記憶する積込性能情報記憶手段（１１）と、積載量，積載位置，積載基準情報及び積込性能情報に基づいて、積込機械が次操作で積込する次積載量及び次積載位置を算出する次操作算出手段（１０）と、次積載量及び次積載位置を積込機械の操作者に案内する表示装置（１２）と、を備える。これにより積込機械が運搬機械に対して積載物を作業効率よく積込作業ができる。

Description

積載案内システム

　本発明は、油圧ショベルなどの積込機械がダンプトラックなどの運搬機械に積載物を積込する際に、積込情報を案内する積載案内システム、又は積込機械，運搬機械に関する。

　建設機械には、掘削作業および積込作業を行う油圧ショベルなどの積込機械と、土砂や岩石などの積載物を積載して運搬するダンプトラックなどの運搬機械とが存在する。

　運搬機械は、性能上等の理由から、標準積載量や標準積載位置などが設計仕様として決められており、適切な積載量や適切な積載位置で積載物を積載して運搬する必要がある。

　そのため、ダンプトラックなどの運搬機械には、積載量を知らせる目的で、積載物の重量に応じた状態表示を行うランプが、荷台の左右の両サイドに設けられており、過積載などを油圧ショベルなどの積込機械の操作者に知らせることができるように工夫されている。

　また、ダンプトラックなどの運搬機械には、荷台の左右の側面に標準積載位置を示す目印がつけられており、油圧ショベルなどの積込機械の操作者は、その目印を目安にして、積載物を所定の位置に積載できるように工夫されている例もある。しかし、この例では側面での標準積載位置と実際の積載位置の位置関係の目安が分かるのみであり、前後のバランスや荷台全体におけるバランスとの関係を知ることはできない。

　そして、積載物が標準積載量を超えて積載された場合には、運搬機械のタイヤなどに想定以上の荷重がかかり、タイヤの寿命が著しく短くなる可能性もある。また、積載物が標準積載位置を外れて積載された場合には、積載物の偏りが生じるため、特定のタイヤに想定以上の荷重がかかり、この場合もタイヤの寿命が短くなる可能性がある。

　たとえば、特許文献１には、こうした課題に対して、運搬機械に作用する荷重を計算し、この荷重が制限値を超えた場合に、警告情報を積込機械の操作者に通知し、積込機械の操作者に過積載を知らせる技術が記載されている。

　また、特許文献２には、こうした課題に対して、運搬機械に作用する荷重の偏りを検知し、運搬機械の操作者に通知し、積載物の偏りを直すように支持する技術が記載されている。

特開２００８－２４０４６１号公報特開２００７－２３０４２５号公報

　しかしながら、実際には、積込機械の操作者は、運搬機械における積載状態（積載量と積載位置）を、随時、知ることができないため、過積載の警告情報が通知されるまで、過積載を知ることができない。

　また、実際には、運搬機械の操作者は、運搬機械に作用する荷重の偏りが通知されるまで、積載物の偏りを知ることができない。

　過積載の警告情報が通知された後や荷重の偏りが通知された後では、積み直しなどの余分な作業が発生してしまう。

　また、過積載の警告情報や荷重の偏りが通知されても、具体的に、どの程度の過積載が生じているのか、どの程度の偏りが生じているのか、が不明であり、どの程度の積載物の過積載を直せばよいのか、どの程度の積載物の偏りを直せばよいか、が分からず、やはり、積み直し作業が発生する。

　積み直し作業は、一度、積載物を降ろした後に、再度、積込機械で積み込む作業であり、作業に時間を要する。そのため、過積載の警告情報や荷重の偏りが通知されても、そのまま運搬してしまうことも多い。

　本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、積込機械が、運搬機械に対して、積載物を作業効率よく積込作業ができる積載案内システムを提供するものである。

　また、本発明は、運搬機械に対して積載物を作業効率よく積載作業ができる積込機械や運搬機械を提供するものである。

　本発明の一実施形態である積載案内システムは、たとえば油圧ショベルのような積込機械が、たとえばダンプトラックのような運搬機械に対して積載物を積込する際に、積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を報知するものである。

　そして、このシステムは、運搬機械の積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を検出する積載状態検出手段と、運搬機械の積載状態に関する積載基準情報を記憶する積載基準情報記憶手段と、積込機械の積込能力に関する積込性能情報を記憶する積込性能情報記憶手段と、前記積載状態検出手段による検出量，積載基準情報及び積込性能情報に基づいて積込機械が次積込で前記運搬機械に積込する際の次積載量及び次積載位置のうち少なくとも次積載量を算出する次操作算出手段と、を備えているものである。

　また、本発明の一実施形態である積込機械は、運搬機械に対して積載物を積込する際に、積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を案内するものであって、運搬機械に積載されている積載物の積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量と、運搬機械の積載状態に関する積載基準情報と、積込機械の積込能力に関する積込性能情報と、に基づいて、次積込で前記運搬機械に積込する際の次積載量及び次積載位置のうち少なくとも次積載量を算出し、当該算出されたものを、操作者に報知する報知手段を備えるものである。

　ここで報知手段としては、表示装置の画面に表示してもよく、音声発生装置を介して音声を用いてガイダンスしてもよい。

　また、積込機械は、積載物を運搬機械に積込する積込手段を有する。

　また、積込機械は、積込手段の位置を検出する検出手段を有する。積込手段の位置と次積載位置とが一致することを、積込機械の操作者に案内する報知手段を有することが好ましい。

　ここで報知手段としては、表示装置の画面に表示してもよく、音声発生装置を介して音声を用いてガイダンスしてもよい、また、積込手段が、運搬機械に対して、適正な位置で自動的に止まるように設定してもよい。

　そして、積込機械は、積載量，積載位置及び積載基準情報を運搬機械から受信する積載情報受信手段を有する。

　そして、積込機械は、積込機械の積込能力に関する積込性能情報を記憶する積込性能情報記憶手段と、積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量，積載基準情報並びに積込性能情報に基づいて、積込機械が次積込で運搬機械に積込する積込情報、つまり、次積載量及び次積載位置のうち少なくとも次積載量を算出する次操作算出手段と、を備えている。

　また、本発明の一実施形態である運搬機械は、積込機械が積載物を積込する際に、積込機械に対して、積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を案内するものであって、積載されている積載物の積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量と積載状態に関する積載基準情報とを、積込機械に通知する積載情報通知手段を備えるものである。

　そして、運搬機械は、運搬機械の積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を算出する積載状態検出手段と、運搬機械の積載状態に関する積載基準情報を記憶する積載基準情報記憶手段と、を備えている。

　本発明によれば、積込機械が標準積載量、標準積載位置に合った適切な積み込みを行うことにより、運搬機械の過積載や積載量の偏りが低減され、運搬機械のタイヤに想定以上の荷重がかかることを防ぎ、運搬機械のタイヤが所定の寿命を満足することができる。

本実施例に示すダンプトラックと油圧ショベルとの概略図。本実施例に示すナビゲーションシステムの構成図。本実施例に示す表示装置に表示される表示状態図。本実施例に示す積載物情報ナビゲーションシステムの第１の処理フロー図。本実施例に示すダンプトラックの圧力センサ配置の概略図。本実施例に示す圧力センサの変化を表す図。本実施例に示す積載物情報ナビゲーションシステムの第２の処理フロー図。本実施例に示す位置センサの概略図。本実施例に示す表示装置に表示される表示状態図。

　以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。

　図１は、本実施例に示すダンプトラックと油圧ショベルとの概略図である。

　図１に示すように、ダンプトラック（運搬機械）２０１には、積載状態通知装置２が搭載され、油圧ショベル（積込機械）２０２には、次操作案内装置３が搭載される。

　また、ダンプトラック２０１に設置される圧力センサ４は、ダンプトラック２０１の４つのタイヤ２１２の付近に設置される。４箇所に設置された圧力センサ４を用いて、積載物を積載するベッセル２１１から４つのタイヤ２１２にかかる重量を、圧力として計測する。圧力センサの具体的な構成例を図５に示す。この図に示す例では、４つのタイヤ２１２に連結されたサスペンション５１，５２を介して、シリンダ５１１，５１２，５２１，５２２それぞれに圧力センサ４が配置されている。圧力センサ４は、シリンダ５１１，５１２，５２１，５２２それぞれにかかる重量に応じた圧力を計測できるようになっており、その計測した圧力（（圧力信号））を積載状態通知装置２に出力している。なお、圧力センサとしては、上記のものに代えて、各タイヤ２１２内の空気圧を計測するもの等を使用しても良い。

　油圧ショベル２０２に設置される表示装置１２は、次操作案内装置３において演算される次積載量及び次積載位置を油圧ショベル２０２の操作者に表示するディスプレイである。

　油圧ショベル２０２は、積載物をダンプトラック２０１に積込する積込手段としてバケット２１３を有し、バケット２１３を用いて、掘削作業および積込作業を行う。

　また、ダンプトラック２０１のベッセル２１１および油圧ショベル２０２のバケット２１３には、油圧ショベル２０２がダンプトラック２０１に対して積載物を積込する際に、ベッセル２１１におけるバケット２１３の位置を検出するための検出手段（位置センサ）として送受信機２１４，２１５が設置されている。ベッセル２１１には送信機２１４が、バケット２１３には受信機２１５が設置されている。

　ベッセル２１１に設置される送信機２１４は、ベッセル２１１の少なくとも３箇所以上に設置される必要がある。たとえば、３箇所の場合はベッセル２１１の前方中心に１箇所およびベッセル２１１の後方端部に２箇所，４箇所の場合はベッセル２１１の前方端部およびベッセル２１１の後方端部にそれぞれ２箇所ずつ設置することが好ましい。図８に、ベッセル２１１の４箇所に送受信機２１４を配置した場合の例を示す。

　図８に示す位置センサ（送受信機２１４，２１５）では、ベッセル２１１に設置されている複数の送信機２１４が、バケット２１３に設置されている受信機２１５に対して、同期的に（同時に）信号を送信する。

　複数の送信機２１４から送信される信号が受信機２１５に受信されるそれぞれの時間の差、つまり信号の到達時間（遅延時間）の差を演算することにより、ベッセル２１１におけるバケット２１３の位置を検出することができる。検出されたバケット２１３の位置情報は次操作案内装置３に入力される。

　図２は、本実施例に示すナビゲーションシステムの構成図である。

　図２に示す積載物情報ナビゲーションシステム（積載案内システム）１は、積込機械、たとえば油圧ショベルが、運搬機械、たとえばダンプトラックに対して、積載物を積込する際に、積載量及び積載位置を案内するものである。

　積載物情報ナビゲーションシステム１は、積載状態通知装置２と次操作案内装置３とを有する。なお、積載状態通知装置２は運搬機械に、次操作案内装置３は積込機械に、搭載されることが好ましいが、必ずしもこれら全ての機能が、それぞれの運搬機械や積込機械に搭載される必要はない。たとえば、運搬機械に搭載される機能の一部が積込機械に搭載されてもよく、積込機械に搭載される機能の一部が運搬機械に搭載されてもよい。また、圧力センサ４からの圧力信号を受信可能であり、さらに、次操作案内装置３で算出される次積載量及び次積載位置を表示装置１２に送信可能な場所であれば、積載状態通知装置２及び次操作案内装置３は運搬機械及び積込機械から離れた場所に設置しても良い。

　また、運搬機械（ダンプトラック）２０１や積込機械（油圧ショベル）２０２の操作が自動化されているようなシステムにおいては、次操作の案内を表示するという観点からは、積込機械に表示装置１２を設置する必要がない。そのため、次操作案内装置３の出力（次操作案内装置３で演算される次積載量及び次積載位置）は、表示装置１２ではなく、積込機械（油圧ショベル）２０２の動作制御を行う制御コントローラ２３０（図１参照）に入力することが好ましい。このように次積載量及び次積載位置を制御コントローラ２３０に入力すると、当該次積載量及び次積載位置を次積載時における目標値として油圧ショベル２０２を動作させることができる。

　本実施形態では、運搬機械には、積載状態通知装置２が設置される。

　そして、積載状態通知装置２は、運搬機械の積載量及び積載位置を検出する積載状態検出手段としての積載量算出手段５および積載位置算出手段６と、運搬機械の積載状態（積載量と積載位置）に関する積載基準情報（標準積載量と標準積載位置）を記憶する積載基準情報記憶手段７と、積載量，積載位置及び積載基準情報を、積込機械に通知する積載情報通知手段８と、を備えている。

　本実施形態では、積込機械には、次操作案内装置３が設置される。

　そして、次操作案内装置３は、積載情報通知手段８から通知される積載量，積載位置及び積載基準情報を受信する積載情報受信手段９と、積込機械の積込能力（１つのバケットが積込することができる量）に関する積込性能情報（標準積込重量）を記憶する積込性能情報記憶手段１１と、積載量，積載位置，積載基準情報及び積込性能情報に基づいて、積込機械が次操作で積込する次積載量及び次積載位置を算出する次操作算出手段１０と、を備えている。

　なお、積載物情報ナビゲーションシステム１を形成する積載状態通知装置２と次操作案内装置３は、それぞれ、ＣＰＵ（中央処理装置）等で構成される演算制御装置（図示せず）と、当該演算制御装置で実行されるプログラム、当該プログラムによって算出されるデータ及び外部端末から入力されるデータ等が記憶される記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭであり、本実施例では「メモリ」と称することがある）と、入力装置（マウス、キーボード等）及び出力装置（表示装置１２等）が接続される入出力インターフェース（図示せず）と、外部端末との通信を行うための通信装置（本実施例では「送受信機」と称することがある）を備えている。

　積載状態通知装置２における、積載量算出手段５および積載位置算出手段６は、運搬機械の積載量及び積載位置を検出する積載状態検出手段であり、後述する計算（式１及び式２参照）を行うプログラムで形成される。

　また、運搬機械の積載状態に関する積載基準情報を記憶する積載基準情報記憶手段７はメモリであり、積載量，積載位置及び積載基準情報を、積込機械に通知する積載情報通知手段８は無線通信の送受信機である。なお、このメモリには、運搬機械を特定するためのＩＤ番号等も記憶されている。

　次操作案内装置３における、積載量，積載位置，積載基準情報及び積込性能情報に基づいて、積込機械が次操作で積込する次積載量及び次積載位置を算出する次操作算出手段１０は、後述する計算（式３～式７参照）を行うプログラムで形成される。

　また、積込機械の積込能力に関する積込性能情報を記憶する積込性能情報記憶手段１１はメモリ（記憶装置）であり、積載情報通知手段８から通知される積載量，積載位置及び積載基準情報を受信する積載情報受信手段９は無線通信の送受信機（通信装置）である。

　次に、積載物情報ナビゲーションシステム１の動作について説明する。

　ダンプトラック２０１の４つのタイヤ２１２の付近に設置される圧力センサ４は、それぞれ、ベッセル２１１に積載される積載物の積載量を圧力として計測する。つまり、圧力センサ４は、４箇所の位置で、ベッセル２１１から４つのタイヤ２１２へとかかる重量を、圧力として計測することができる。

　ダンプトラック２０１に設置される積載状態通知装置２は、４箇所に設置された圧力センサ４からの圧力信号を積載量算出手段５および積載位置算出手段６に入力する。

　これにより、圧力センサ４で計測された圧力の計測値（圧力信号）に基づいて、積載量算出手段５において積載物の積載量が、積載位置算出手段６において積載物の積載位置（重心位置）が算出される。

　　ｐ＝ａ（ｐ₁＋ｐ₂＋ｐ₃＋ｐ₄）　　　　　　　　　　　　　…（式１）
　積載量算出手段５では、上記（式１）に従い、積載物の積載量ｐが演算される。

　すなわち、圧力センサ４で計測された圧力の計測値をｐ₁（ｋＰａ）からｐ₄（ｋＰａ）とすると、ｐ₁からｐ₄を加え、係数ａを掛けることにより、積載物の積載量ｐ（ton）を算出することができる。ここで係数ａ（ton／ｋＰａ）は、圧力が重量に比例するとの知見に基づき、圧力を重量に変換する定数である。

　　ｘ＝ａ（ｐ₁ｘ₁＋ｐ₂ｘ₂＋ｐ₃ｘ₃＋ｐ₄ｘ₄）／ｐ　　　　　…（式２）
　積載位置算出手段６では、（式２）に従い、積載物の重心位置ｘが演算される。

　すなわち、圧力センサ４の位置をｘ₁からｘ₄とすると、圧力の計測値ｐ₁からｐ₄および係数ａを用いて、積載物の重心位置ｘを算出することができる。ここで、位置ｘ₁からｘ₄や重心位置ｘは、所定の位置（たとえばベッセル２１１の中心）を起点とした位置ベクトル量である。なお、ここで算出される位置はベッセルを上方から俯瞰した場合の２次元配置における位置であるので、位置ｘ₁からｘ₄や重心位置ｘは、２次元ベクトルとして表現されていればよい。

　積載基準情報記憶手段７は、各ダンプトラックの積載状態に関する積載基準情報として、各ダンプトラック２０１に固有の値である標準積載量ｍおよび標準積載位置ｃを記憶している。標準積載位置ｃは位置ｘ₁からｘ₄や重心位置ｘと同じ所定の位置(例えば、ベッセル２１１の中心)を起点とした位置ベクトル量である。

　標準積載量ｍとは、各ダンプトラックにおいて、積載可能な積載量を示すものであり、標準積載位置ｃとは、各ダンプトラックにおける固有の重心位置（積載物の重心と合わせてほしい点）を示すものである。すなわち、標準積載量ｍ及び標準積載位置ｃは、運搬機械（ダンプトラック）の動力性能、タイヤの荷重分担比率、タイヤの許容荷重等と照らし合わせて、最も経済的に運搬可能な積載物の重量とその位置とを示すものである。

　これらの積載量ｐ，重心位置ｘ，標準積載量ｍ、および標準積載位置ｃは、積載情報通知手段８を介して、油圧ショベル２０２に設置される次操作案内装置３に通知（入力）される。

　油圧ショベル２０２に設置される次操作案内装置３は、積載状態通知装置２から通知された積載量ｐ，重心位置ｘ，標準積載量ｍ、および標準積載位置ｃを、積載情報受信手段９を介して受信する。

　積込性能情報記憶手段１１は、油圧ショベル２０２の積込性能情報として、油圧ショベル２０２に固有の値である標準積込重量ｂを記憶している。なお、標準積込重量ｂとは、積込機械の車体性能及びアタッチメント（バケット等）の種類等によって決定される積込可能な積載物の重量であり、本実施例では油圧ショベル２０２のバケット２１３が積込むことができる積載物の最大重量を示すものである。

　次操作算出手段１０は、積載状態通知装置２から、積載情報受信手段９を介して、通知された積載量ｐ，重心位置ｘ，標準積載量ｍ、および標準積載位置ｃ、ならびに、積込性能情報記憶手段１１に記憶された標準積込重量ｂを用いて、（式３）から（式７）に基づいて、油圧ショベル２０２による次積込でダンプトラック２０１に積込すべき積載物の重量（次積載量）ｑと位置（次積載位置）ｙとを算出する。なお、本実施例では、次積載位置ｙとして、次積込で積込すべき積載物の重心位置（次重心位置）を算出するものとする。

　　ｙ＝（ｍｃ－ｐｘ）／ｑ　　　　　　　　　　　　　　　　…（式３）

　　ｍ－ｐ＜ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（式４）

　　ｑ＝ｍ－ｐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（式５）

　　ｍ－ｐ≧ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（式６）

　　ｑ＝ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（式７）

　つまり、（式３）により、標準積載量ｍと標準積載位置ｃを乗じた値から積載量ｐと重心位置ｘを乗じた値を減じ、当該減じて得た値を次積込重量（次積載量）ｑで除することにより、次重心位置（次積載位置）ｙが算出される。

　そして、（式４）の条件が成立する場合、つまり、標準積載量ｍから積載量ｐを引いた値が標準積込重量ｂより小さい場合には、次積込重量（次積載量）ｑは、（式５）に基づき、標準積載量ｍから積載量ｐを引いた値と等しくなる。

　一方、（式６）の条件が成立する場合、つまり、標準積載量ｍから積載量ｐを引いた値が標準積込重量ｂより大きいまたは等しい場合には、次積込重量（次積載量）ｑは、（式７）に基づき、標準積込重量ｂと等しくなる。

　このように、累積の積込重量（積載量）が、標準積載量ｍに等しくなるように、標準積込重量ｂを超えない範囲で、次積込重量（次積載量）ｑを決定し、決定された次積込重量（次積載量）ｑに従って、次重心位置（次積載位置）ｙを決定することになる。

　次操作案内装置３は、上記のように算出された次積込重量（次積載量）ｑと次重心位置（次積載位置）ｙを、油圧ショベル２０２に設置された報知手段（本実施例では表示装置１２）を利用して次積載量及び次積載位置を油圧ショベル２０２のオペレータ（操作者）に報知する。なお、次積載量及び次積載位置を報知する手段としては、当該次積載量及び次積載位置を画面に表示する表示装置１２の他に、音声を用いてガイダンスする音声発生装置等を利用してもよい。

　図３は、本実施例に示す表示装置１２に表示される表示状態図である。

　図３は、ダンプトラック２０１のベッセル２１１を上方から俯瞰した模式図であり、油圧ショベル２０２の表示装置１２に示される表示状態を示し、表示装置１２に対する表示状態１２ａおよび表示状態１２ｂを示している。

　次操作案内装置３で算出された次積込重量ｑおよび次重心位置ｙは、表示装置１２に出力され、図３に示すように、表示装置１２に表示される。

　ここで示される実施例は、標準積載量ｍが１８０ｔ、標準積込重量ｂが４５ｔである場合を示したものである。また、図中、左側がダンプトラック２０１の前方、右側がダンプトラック２０１の後方である。

　表示状態１２ａは、重心位置３０１ａと次重心位置３０２ａとを表示しており、重量３０３ａと次積込重量３０４ａとを数値で表示している。

　ここで重心位置３０１ａは、現在の積載物の積載位置を模式的に示したものであり、この楕円のほぼ中心（楕円の長直径と楕円の短直径との交点）が、算出された重心位置ｘと設定される。そして、この楕円の大きさが累積の積込重量（積載量ｐ）を示している。

　なお、この楕円の大きさと積載量ｐとの関係は、予め、表等を用いて管理・記憶する必要があり、積載量ｐが多い場合にはこの楕円の大きさも大きくなる。

　また、重量３０３ａに累積の積込重量（積載量ｐ）が数値データとして表示されている。表示状態１２ａでは４５ｔである。

　そして、表示状態１２ａでは、標準積載量ｍ（１８０ｔ）－積載量ｐ（４５ｔ）が、標準積込重量ｂ（４５ｔ）より大きく（式６）の条件が成立するため、次積込重量（次積載量）ｑは、（式７）に基づいて算出されて標準積込重量ｂ（４５ｔ）となり、このことが次積込重量３０４ａ（４５ｔ）に表示される。

　従って、次積込に際して、油圧ショベル２０２のオペレータは、標準積込重量ｂで積込することが認識可能となる。

　また、次重心位置３０２ａは、算出された次重心位置（次積載位置）ｙを表示したものであり、表示状態１２ａでは、油圧ショベル２０２のオペレータに対して、次積込における積込位置を示唆したものである。

　なお、次重心位置３０２ａの楕円の大きさは、重心位置３０１ａの楕円の大きさ同様に次積込重量ｑに比例して大きく表示されるものとし、当該表示をする際には予め管理・記憶された表等を用いるものとする。また、本実施例では次重心位置３０２ａを楕円で表現したが、当該楕円の中心（長直径と短直径の交点）に相当する位置に図形等を表示することで次重心位置３０２ａを表現しても良い（後述する次重心位置３０２ｂ等についても同様とする）。

　従って、次積込に際して、油圧ショベル２０２のオペレータは、好ましい積込位置を把握することが可能となる。

　表示状態１２ｂは、重心位置３０１ｂと次重心位置３０２ｂとを表示しており、重量３０３ｂと次積込重量３０４ｂとを数値で表示している。

　ここで重心位置３０１ｂは、現在の積載物の積載位置を模式的に示したものであり、この楕円のほぼ中心（楕円の長直径と楕円の短直径との交点）が、算出された重心位置ｘと設定される。そして、この楕円の大きさが累積の積込重量（積載量ｐ）を示している。

　また、重量３０３ｂに累積の積込重量（積載量ｐ）が数値データとして表示されている。表示状態１２ｂでは１４５ｔである。

　そして、表示状態１２ｂでは、標準積載量ｍ（１８０ｔ）－積載量ｐ（１４５ｔ）が、標準積込重量ｂ（４５ｔ）より小さく式（４）の条件が成立するため、次積込重量（次積載量）ｑは、（式５）に基づいて算出されて標準積載量ｍ（１８０ｔ）－積載量ｐ（１４５ｔ）＝３５ｔとなり、このことが次積込重量３０４ｂ（３５ｔ）に表示される。

　従って、次積込に際して、油圧ショベル２０２のオペレータは、標準積込重量ｂでは積込することができないと認識し、標準積込重量ｂよりも少ない量になるように積込しようと考える。

　また、次重心位置３０２ｂは、算出された次重心位置（次積載位置）ｙを表示したものであり、表示状態１２ｂでは、油圧ショベル２０２のオペレータに対して、次積込における積込位置を示唆したものである。

　なお、楕円の大きさは、予め管理・記憶された表等を用いて表示する。

　さらに、本実施例の次操作算出手段１０は、油圧ショベル２０２のオペレータの積込作業をサポートするために、ベッセル２１１におけるバケット２１３の位置が送受信機２１４，２１５（位置センサ（バケット２１３の位置の検出手段））によって検出されている場合、バケット２１３の位置と次重心位置（次積載位置）ｙとが一致したことを、油圧ショベル２０２のオペレータに表示装置（報知手段）１２に表示するプログラムを実行している。

　図９にその表示例を示す。この図に示す表示状態９０１ａでは、次重心位置９０２ａ（次重心位置は、正確には楕円９０２ａの中心に相当するが、ここでは便宜上、楕円９０２ａ自体を次重心位置と称することにする）に対して、バケット２１３の位置（ここでは円で表示する）９０３は一致していない。そこで、オペレータは表示装置１２の表示を参照しながら、両者の位置が一致するように油圧ショベル２０２の操作を行う。本実施例では、次重心位置９０２ａとバケット位置９０３が一致したことをオペレータに明確に報知する観点から、次操作算出手段１０において、バケット位置９０３を示す図形（円）の中に次重心位置９０２ａが含まれたことにより両者の位置が一致したと判定されたときに、楕円９０２ａの表示を表示状態９０１ｂにおける楕円９０２ｂのように変更するプログラムを実行している。

　なお、本実施例では、次重心位置９０２とバケット位置９０３が一致した場合に次重心位置の表示を９０２ｂのように変更したが、バケット位置９０３の表示を変更することで両者が一致したことを示しても良い。また、本実施例では、次重心位置とバケット位置が一致したことを表示装置１２を介して油圧ショベル２０２のオペレータ（操作者）に報知したが、音声発生装置による音声や警告灯等の他の報知手段を利用して報知しても良い。

　図４は、本実施例に示す積載物情報ナビゲーションシステムの第１の処理フロー図である。図４中の左側の処理フロー図は積載状態通知装置２（ダンプトラック２０１）で行われる処理フローを示しており、図４中の右側の処理フロー図は次操作案内装置３（油圧ショベル２０２）で行われる処理フローを示している。図７は、本実施例に示す積載物情報ナビゲーションシステムの第２の処理フロー図であり、図７中の左側の処理フロー図は積載状態通知装置２で行われる処理フローを示しており、図７中の右側の処理フロー図は次操作案内装置３で行われる処理フローを示している。

　図４及び図７を用いて、積載物情報ナビゲーションシステム１の処理フローについて説明する。

　まず、図７に示すように、積込機械（油圧ショベル）２０２に搭載される次操作案内装置３は、接近する運搬機械（ダンプトラック）２０１が付近に存在するか否かを探索するための探索信号を発信する（ステップｓ７０１）。

　一方、ダンプトラック２０１に搭載される積載状態通知装置２は、油圧ショベル２０２からステップｓ７０１の探索信号が発信されていないかを確認する（ステップｓ７１１）。ステップｓ７１１で探索信号を受信した場合には、積載状態通知装置２は、ダンプトラック２０１のＩＤ番号（自己のＩＤ番号）を積載基準情報記憶手段７から読み出し（ステップｓ７１２）、油圧ショベル２０２への応答信号（第１応答信号）に当該ＩＤ番号を付して油圧ショベル２０２へ発信する（ステップｓ７１３）。ステップｓ７１３で応答信号を発信したら、図４のステップｓ４０１に進む。

　ステップｓ７０１において探索信号を発信した次操作案内装置３は、積載状態通知装置２からの応答信号（第１応答信号）を受信するまで探索信号の発信（ステップｓ７０１）を繰り返しながら待機し（ステップｓ７０２）、応答信号を受信したらステップｓ７０３に進む。ステップｓ７０３では応答信号に付されたＩＤ番号を利用して応答信号を発信したダンプトラック２０１を次に積込作業する対象として算出する。このとき、複数のダンプトラック２０１が油圧ショベル２０２の付近に存在しており、複数のダンプトラック２０１からの応答信号を次操作案内装置３が受信した場合には、その受信した応答信号の強度などから最近傍のダンプトラック２０１を次に積込作業する対象として算出すれば良い。また、ダンプトラック２０１が１台しか付近に存在しない場合には、それを次に積込作業する対象として算出する。ステップｓ７０３において積込作業する対象を算出したら、次操作案内装置３は、対象として算出したダンプトラック２０１に対して積込開始信号を発信し（ステップｓ７０４）、図４のステップｓ４１１へ進む。

　次に、図４において、積載状態通知装置２は、図７のステップｓ７１３で第１応答信号を発信したら、ステップｓ７０４で次操作案内装置３（油圧ショベル２０２）から発信された積込開始信号（通信信号）を受信するともに、当該通信信号を受信した旨を応答する信号（第２応答信号）を次操作案内装置３に発信する（ステップｓ４０１）。通常のサイトでは、様々なメーカのダンプトラックが運搬機械として利用されるため、ダンプトラックごとに標準積載量ｍと標準積載位置ｃが変化することが多い。しかし、上記のような処理を行えば、油圧ショベル２０２が積載物を積込するダンプトラック２０１を特定することができる。

　積載状態通知装置２は、ステップｓ４０１で次操作案内装置３からの積込開始信号を受信すると、積載基準情報（標準積載量ｍと標準積載位置ｃ）を積載基準情報記憶手段７から読出する（ステップｓ４０２）。

　次に、積載状態通知装置２は、積載基準情報記憶手段７から読出された積載基準情報を、積載情報通知手段８を介して、次操作案内装置３に通知する（ステップｓ４０３）。

　その後、積載状態通知装置２は、圧力センサ４からの圧力信号を受信する（ステップｓ４０４）。なお、圧力センサ４からの圧力信号の受信タイミングは、１回の積込作業、つまり、バケット２１３によるベッセル２１１に対する積載物の積込動作が完了するごとに設定すればよい。本実施例では、１回の積込作業は、圧力センサ４によって計測した圧力値に一定値以上の変化（差異）が発生した時点（図６では、t0，t1，t2）に完了したものとみなしており、その一定値以上の圧力変化が発生したタイミングで圧力センサ４の値を収集するものとしている。図６は本実施例における４箇所の圧力センサ４による圧力値の時間変化の一例を示しており、各圧力センサ４の圧力値をそれぞれ異なる種類の線で示している。この図に示す例では、３つの変化点t0，t1，t2において一定値以上の圧力変化が生じている。本実施例では、圧力センサ４に変化点検出の機能が具備されており、各変化点t0，t1，t2のタイミングで圧力センサ４から積載状態通知装置２に圧力信号が送信されるようになっている。この他の方法としては、各圧力センサ４の値を連続して受信しておき、変化点の検出を積載状態通知２で算出する方法がある。

　積載状態通知装置２は、上記のように圧力センサ４からの圧力信号を受信すると、積載量ｐを算出するとともに（ステップｓ４０５）、積載位置（重心位置ｘ）を算出する（ステップｓ４０６）。

　積載状態通知装置２は、算出された積載量と積載位置（重心位置ｘ）とからなる積載状態を積載情報として、積載情報通知手段８を介して、次操作案内装置３に通知する。（ステップｓ４０７）。

　ステップｓ４０７が完了したら、積載状態通知装置２は、後述するステップｓ４１９において次操作案内装置３から送信される積込終了信号を受信したか否かを確認する（ステップｓ４０８）。

　ステップｓ４０８において積込終了信号の受信が確認できれば、一連の処理を終了する。

　反対に、ステップｓ４０８において積込終了信号の受信が確認できなければ、ステップｓ４０４に戻り、ステップｓ４０４からステップｓ４０８のステップを繰り返す。

　ところで、次操作案内装置３（油圧ショベル２０２）は、図９のステップｓ７０４で積込開始信号を発信したら、ステップｓ４０１で積載状態通知装置２からの発信された第２応答信号（通信信号）を受信する（ステップｓ４１１）。

　ステップｓ４１１において第２応答信号を受信した次操作案内装置３は、積載情報受信手段９を介して、ステップｓ４０３で積載状態通知装置２から通知された積載基準情報（標準積載量ｍと標準積載位置ｃ）を受信する（ステップｓ４１２）。

　その後、次操作案内装置３は、積込性能情報（標準積込重量ｂ）を積込性能情報記憶手段１１から読出する（ステップｓ４１３）。

　ステップｓ４１３が完了したら、次操作案内装置３は、ステップｓ４０７で積載状態通知装置２から通知された積載情報（積載量ｐと積載位置（重心位置ｘ）とからなる積載状態）を受信する（ステップｓ４１４）。

　その後、次操作案内装置３は、積載状態通知装置２から通知された積載情報と積込性能情報記憶手段１１から読出された積込性能情報とに基づいて、次積込重量（次積載量）ｑを算出するとともに（ステップｓ４１５）、次重心位置（次積載位置）ｙを算出する（ステップｓ４１６）。

　そして、次操作案内装置３は、算出された次積込重量（次積載量）ｐおよび次重心位置（次積載位置）ｙからなる積載情報を、先述の図３に示した例のように表示装置１２に表示する（ステップｓ４１７）。

　ステップｓ４１７が完了したら、次操作案内装置３は、積載量ｐが標準積載量ｍに達しているか否かを確認する（ステップｓ４１８）。

　ステップｓ４１８において、積載量ｐが標準積載量ｍに達していることが確認できれば、積載状態通知装置２に積込終了信号を送信する（ステップｓ４１９）。そして、その後、一連の処理を終了する。

　反対に、ステップｓ４１８において積載量ｐが標準積載量ｍに達していることが確認できなければ、ステップｓ４１４に戻り、ステップｓ４１４からステップｓ４１８のステップを繰り返す。

　このように、本実施例によれば、ダンプトラック２０１から通知された積載物の積載状態（積載量と積載位置）を、油圧ショベル２０２のオペレータに通知することにより、次操作でどの位置にどれだけの積載物を積み込むことが適切であるかを案内することができる。

　本実施例の積載物情報ナビゲーションシステムは、油圧ショベル２０２のオペレータが、逐次、ダンプトラック２０１への積み込み状況を確認しながら、次操作でどのような積込作業を行えば良いかを知ることができるため、標準積載量ｍ、標準積載位置ｃに合った最適な積込が可能になる。過積載や積載物の偏りがなくなるので、タイヤ２１２に想定以上の荷重がかかることが無くなり、タイヤ２１２が所定の寿命を満足することが期待できる。

　なお、上記の実施例では、積載状態通知装置２及び次操作案内装置３を利用して次積載量及び次積載位置を算出し、当該算出した次積載量及び次積載位置の双方を表示装置１２に表示することで油圧ショベル２０２のオペレータに報知したが、次積載量のみを算出して表示装置１２等の報知手段で報知しても良い。

　本発明は、油圧ショベルやホイールローダーなどの積込機械がダンプトラックなどの運搬機械に積載物を積込する際に、積込情報を案内するものであり、建設機械に広く利用可能である。

１　積載物情報ナビゲーションシステム
２　積載状態通知装置
３　次操作案内装置
４　圧力センサ
５　積載量算出手段
６　積載位置算出手段
７　積載基準情報記憶手段
８　積載情報通知手段
９　積載情報受信手段
１０　次操作算出手段
１１　積込性能情報記憶手段
１２　表示装置

Claims

　積込機械が、運搬機械に対して積載物を積込する際に、積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を案内する積載案内システムであって、
　前記運搬機械の積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を検出する積載状態検出手段と、
　前記運搬機械の積載状態に関する積載基準情報を記憶する積載基準情報記憶手段と、
　前記積込機械の積込能力に関する積込性能情報を記憶する積込性能情報記憶手段と、
　前記積載状態検出手段による検出量、前記積載基準情報及び前記積込性能情報に基づいて、前記積込機械が次積込で前記運搬機械に積込する際の次積載量及び次積載位置のうち少なくとも次積載量を算出する次操作算出手段と、
を備えることを特徴とする積載案内システム。
　運搬機械に対して積載物を積込する際に、積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を案内する積込機械であって、
　前記運搬機械に積載されている積載物の積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量と、前記運搬機械の積載状態に関する積載基準情報と、前記積込機械の積込能力に関する積込性能情報と、に基づいて、次積込で前記運搬機械に積込する際の次積載量及び次積載位置のうち少なくとも次積載量を算出し、当該算出されたものを、操作者に報知する報知手段を備えることを特徴とする積込機械。
　請求項２において、
　前記積載物を前記運搬機械に積込する積込手段を有することを特徴とする積込機械。
　請求項３において、
　前記積込手段の位置を検出する検出手段をさらに有することを特徴とする積込機械。
　請求項４において、
　前記報知手段は、前記積込手段の位置と前記次積載位置とが一致することを、前記操作者に報知することを特徴とする積込機械。
　請求項２において、
　前記積載量、前記積載位置及び前記積載基準情報を前記運搬機械から受信する積載情報受信手段をさらに有することを特徴とする積込機械。
　積込機械によって積載物が積込される際に、積載量及び積載位置のうち少なくとも積載量を前記積込機械に案内する運搬機械であって、
　前記積載量及び前記積載位置を算出する積載状態検出手段と、
　前記運搬機械の積載状態に関する積載基準情報を記憶する積載基準情報記憶手段と、
　前記運搬機械に積載されている積載物の積載量及び積載位置並びに前記積載状態に関する積載基準情報を前記積込機械に通知する積載情報通知手段と、
を備えることを特徴とする運搬機械。
　請求項１において、
　前記積載基準情報は、前記運搬機械の標準積載量及び標準積載位置であり、
　前記積込性能情報は、前記積込機械の標準積込重量であり、
　前記次操作算出手段は、
　ａ）前記標準積載量から前記積載量を減じた値が前記標準積込重量以上のときには、前記標準積込重量を前記次積込重量として算出し、
　ｂ）前記標準積載量から前記積載量を減じた値が前記標準積込重量未満のときには、前記標準積載量から前記積載量を減じた値を前記次積込重量として算出することを特徴とする積載案内システム。
　請求項８において、
　前記次操作算出手段は、
　前記標準積載量と前記標準積載位置を乗じた値から前記積載量と前記積載位置を乗じた値を減じ、当該減じて得た値を前記次積込重量で除し、当該除して得た値を前記次積載位置として算出することを特徴とする積載案内システム。