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WO2025115967A1 - 作業機械、制御方法および作業システム - Google Patents

作業機械、制御方法および作業システム Download PDF

Info

Publication number
WO2025115967A1
WO2025115967A1 PCT/JP2024/042180 JP2024042180W WO2025115967A1 WO 2025115967 A1 WO2025115967 A1 WO 2025115967A1 JP 2024042180 W JP2024042180 W JP 2024042180W WO 2025115967 A1 WO2025115967 A1 WO 2025115967A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measurement data
work machine
accuracy
control
bucket
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/042180
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
知樹 根田
悠人 藤井
雄太 綱野
徹 倉金
健太郎 高山
一尋 畠
雄祐 西郷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Publication of WO2025115967A1 publication Critical patent/WO2025115967A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices

Definitions

  • the present disclosure relates to a work machine and a control method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2023-203056, filed on November 30, 2023, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses technology related to automatic soil removal control of a work machine.
  • the automatic soil removal control described in Patent Document 1 automatically controls the work machine to rotate so that it faces the transport vehicle and to position the bucket above the vessel of the transport vehicle, based on measurement data from the Global Navigation Satellite System (GNSS), which indicates the position and direction of the work machine.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the accuracy of GNSS measurements varies depending on the number of artificial satellites that can receive signals.
  • the number of artificial satellites that can receive signals varies depending on the time of day and the surrounding terrain.
  • the measurement error is a few centimeters, but when a fixed solution cannot be obtained and only a float solution can be obtained, the measurement error is several tens of centimeters to several meters. If the error is large, the work machine cannot be controlled correctly, and unintended behavior such as contact between the work machine and the transport vehicle may occur.
  • One example of the objective of this disclosure is to provide a work machine, a control method, and a work system that can prevent unintended behavior during turning control.
  • a work machine includes a main body having a first main body and a second main body that rotates relative to the first main body, an actuator that drives the second main body to rotate relative to the first main body, a GNSS sensor provided on the main body that acquires first measurement data that is positioning data, and a controller that executes rotation control by the actuator based on the first measurement data and determines whether or not to execute the rotation control based on the accuracy of the first measurement data.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a work machine according to a first embodiment.
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of a driver's cab according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of a control device according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are diagrams illustrating an example of the movement of the work machine during a first turn according to the first embodiment.
  • 5A to 5C are diagrams illustrating an example of the movement of the work machine in a second turning according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing a data collection process performed by the control device according to the first embodiment.
  • 4 is a flowchart showing automatic control by the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a work machine according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic block diagram showing the configuration of a control device according to a third embodiment.
  • 13 is a flowchart showing a data collection process performed by a control device according to a third embodiment.
  • 10 is a flowchart showing automatic control by a control device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a work machine 100 according to a first embodiment.
  • the work machine 100 operates at a construction site, excavates a construction object such as soil and sand, and loads the excavated object as cargo onto a loading platform such as a vessel of a loading object T such as a dump truck.
  • Examples of the work machine 100 include a face shovel, a backhoe shovel, and a rope shovel.
  • the work machine 100 may be either electrically driven or hydraulically driven.
  • the work machine 100 according to the first embodiment is a backhoe shovel.
  • the work machine 100 includes a traveling body 110, a rotating body 120, a working implement 130, and a cab 140.
  • Examples of the loading object T include a dump truck and a hopper.
  • the running body 110 supports the work machine 100 so that it can run.
  • the running body 110 includes two endless tracks 111 provided on the left and right, and two travel motors 112 for driving each of the endless tracks 111.
  • the running body 110 is an example of a support portion.
  • the running body 110 is an example of a first main body.
  • the rotating body 120 is supported by the running body 110 so as to be rotatable about a rotation center.
  • the rotating body 120 is an example of a second main body.
  • the running body 110 and the rotating body 120 form the main body of the work machine 100.
  • the work machine 130 is hydraulically driven and supported on the front part of the revolving body 120 so as to be drivable in the vertical direction.
  • the operator's cab 140 is a space where an operator sits and operates the work machine 100.
  • the operator's cab 140 is provided at the left front part of the rotating body 120.
  • the portion of the rotating body 120 to which the work machine 130 is attached is referred to as the front portion.
  • the portion opposite the front portion is referred to as the rear portion, the left portion as the left portion, and the right portion as the right portion.
  • the rotating body 120 is equipped with an engine 121, a hydraulic pump 122, a control valve 123, and a rotating motor 124.
  • the engine 121 is a prime mover that drives the hydraulic pump 122.
  • the engine 121 is an example of a power source.
  • the hydraulic pump 122 is a variable displacement pump driven by the engine 121.
  • the hydraulic pump 122 supplies hydraulic oil via a control valve 123 to each actuator (the boom cylinder 131C, the arm cylinder 132C, the bucket cylinder 133C, the travel motor 112, and the swing motor 124).
  • the control valve 123 controls the flow rate of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 122 .
  • the swing motor 124 is driven by hydraulic oil supplied from a hydraulic pump 122 via a control valve 123 to swing the swing body 120 .
  • the work machine 130 includes a boom 131, an arm 132, a bucket 133 as a work tool, a boom cylinder 131C, an arm cylinder 132C, and a bucket cylinder 133C.
  • Other examples of the work tool include end attachments such as a clam bucket, a tilt bucket, a tilt rotate bucket, a grapple, and a lifting magnet.
  • the base end of the boom 131 is rotatably attached to the rotating body 120 via a boom pin.
  • the boom 131 is provided at the center of the front of the rotating body 120, but this is not limited to the above, and the boom 131 may be attached offset in the left-right direction. In this case, the center of rotation of the rotating body 120 is not located on the operating plane of the work implement 130.
  • the boom 131 may be a bendable two-piece boom or a telescopic offset boom.
  • the arm 132 connects the boom 131 and the bucket 133.
  • a base end of the arm 132 is rotatably attached to a tip end of the boom 131 via an arm pin.
  • the bucket 133 is rotatably attached to the tip of the arm 132 via a pin.
  • Members that support the bucket 133 include the boom 131 and the arm 132.
  • the bucket 133 functions as a container for storing excavated soil and sand.
  • the bucket 133 is attached so that its opening faces the rotating body 120 (rear).
  • the boom cylinder 131C is a hydraulic cylinder for operating the boom 131.
  • a base end of the boom cylinder 131C is attached to the rotating body 120.
  • a tip end of the boom cylinder 131C is attached to the boom 131.
  • the arm cylinder 132C is a hydraulic cylinder for driving the arm 132.
  • a base end of the arm cylinder 132C is attached to the boom 131.
  • a tip end of the arm cylinder 132C is attached to the arm 132.
  • the bucket cylinder 133C is a hydraulic cylinder for driving the bucket 133.
  • a base end of the bucket cylinder 133C is attached to the arm 132.
  • a tip end of the bucket cylinder 133C is attached to a link mechanism that rotates the bucket 133.
  • FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of the operator's cab 140 according to the first embodiment.
  • a driver's seat 141, an operation terminal 142, and an operation device 143 are provided in the driver's cab 140.
  • the operation terminal 142 is provided near the driver's seat 141, and is a user interface with the control device 160 described below.
  • the operation terminal 142 is a display device configured with, for example, a touch panel, and may have an operation unit operated by an operator and an input reception unit that receives operations.
  • the display device also displays measurement data of an engine water temperature gauge, a fuel gauge, and the like.
  • the operation terminal 142 may also be equipped with a display unit such as an LCD.
  • the touch panel is an example of a display unit.
  • the operating device 143 is a device for driving the traveling body 110, the rotating body 120, and the work machine 130 by manual operation by the operator.
  • the operating device 143 includes a left operating lever 143LO, a right operating lever 143RO, a left foot pedal 143LF, a right foot pedal 143RF, a left travel lever 143LT, a right travel lever 143RT, a teaching switch 143TS, and a start switch 143SW.
  • the left operating lever 143LO is provided on the left side of the driver's seat 141.
  • the right operating lever 143RO is provided on the right side of the driver's seat 141.
  • the left operating lever 143LO is an operating mechanism for performing the rotating operation of the rotating body 120 and the excavation/dumping operation of the arm 132. Specifically, when the operator of the work machine 100 tilts the left operating lever 143LO forward, the arm 132 performs a dumping operation. When the operator of the work machine 100 tilts the left operating lever 143LO backward, the arm 132 performs an excavation operation. When the operator of the work machine 100 tilts the left operating lever 143LO to the right, the rotating body 120 rotates to the right. When the operator of the work machine 100 tilts the left operating lever 143LO to the left, the rotating body 120 rotates to the left.
  • the rotating body 120 rotates to the right or left, and when the left operating lever 143LO is tilted in the left/right direction, the arm 132 performs an excavation operation or a dumping operation.
  • the right operating lever 143RO is an operating mechanism for performing the digging/dumping operation of the bucket 133 and the raising/lowering operation of the boom 131. Specifically, when the operator of the work machine 100 tilts the right operating lever 143RO forward, the boom 131 is lowered. When the operator of the work machine 100 tilts the right operating lever 143RO backward, the boom 131 is raised. When the operator of the work machine 100 tilts the right operating lever 143RO to the right, the bucket 133 is dumped. When the operator of the work machine 100 tilts the right operating lever 143RO to the left, the bucket 133 is excavated. Note that in other embodiments, when the right operating lever 143RO is tilted forward/backward, the bucket 133 is dumped or excavated, and when the right operating lever 143RO is tilted left/right, the boom 131 is raised or lowered.
  • the left foot pedal 143LF is located on the left side of the floor in front of the driver's seat 141.
  • the right foot pedal 143RF is located on the right side of the floor in front of the driver's seat 141.
  • the left travel lever 143LT is pivoted to the left foot pedal 143LF and configured so that the tilt of the left travel lever 143LT and the pressing down of the left foot pedal 143LF are linked.
  • the right travel lever 143RT is pivoted to the right foot pedal 143RF and configured so that the tilt of the right travel lever 143RT and the pressing down of the right foot pedal 143RF are linked.
  • the left foot pedal 143LF and the left travel lever 143LT correspond to the rotational drive of the left track of the running body 110. Specifically, when the operator of the work machine 100 pushes the left foot pedal 143LF or the left travel lever 143LT forward, the left track rotates in the forward direction. Conversely, when the operator of the work machine 100 pushes the left foot pedal 143LF or the left travel lever 143LT backward, the left track rotates in the reverse direction.
  • the right foot pedal 143RF and right travel lever 143RT correspond to the rotational drive of the right track of the running body 110. Specifically, when the operator of the work machine 100 pushes the right foot pedal 143RF or the right travel lever 143RT forward, the right track rotates in the forward direction. Conversely, when the operator of the work machine 100 pushes the right foot pedal 143RF or the right travel lever 143RT backward, the right track rotates in the reverse direction.
  • the teaching switch 143TS is provided, for example, on the handle portion of the right operating lever 143RO.
  • the teaching switch 143TS may be positioned so as to be located near the operator seated in the driver's seat 141.
  • the control device 160 stores the posture of the work machine 100 at the time the switch was pressed as the standard for automatic control.
  • the start switch 143SW is provided, for example, on the handle portion of the right operating lever 143RO.
  • the start switch 143SW may be located near the operator seated in the driver's seat 141.
  • an automatic control instruction signal is output to the control device 160.
  • the control device 160 receives the input of the automatic control instruction signal, it starts automatic control.
  • the automatic control is a control in which the work machine 100 autonomously controls the driving of the work implement 130 and the rotating body 120 to realize a predetermined operation.
  • the automatic control in the first embodiment is a control in which the work machine 100 autonomously performs a first rotation, which is a series of operations in which the bucket 133 is positioned to the side of the loading target T by excavation of the excavation target, and the boom 131 is raised while rotating to a direction facing the loading target T, and a second rotation, which is a series of operations in which the bucket 133 is positioned above the loading target T by loading, and the boom 131 is lowered while rotating to a predetermined direction.
  • the side of the loading target T refers to the outside of a loading platform such as a vessel on which a load is loaded.
  • the automatic control in other embodiments may perform only the second rotation.
  • the target orientation of the rotating body 120 and the target attitude of the bucket 133 in the first rotation and the second rotation are respectively predetermined orientations and attitudes.
  • the excavation target is usually located at a position lower than the height of the loading target T. Therefore, during the first rotation and the second rotation, the work machine 100 controls the drive of the work machine 130 so that the loading target T does not come into contact with the work machine 130. Details of the automatic control will be described later.
  • the operation device 143 may include two start switches 143SW, each of which is assigned to the first rotation and the second rotation.
  • the work machine 100 is equipped with a position and orientation calculator 151 , an inclination measuring device 152 , a boom stroke sensor 153 , an arm stroke sensor 154 , and a bucket stroke sensor 155 .
  • the position and orientation calculator 151 calculates the position of the revolving body 120 and the orientation in which the revolving body 120 faces.
  • the position and orientation calculator 151 includes two receivers that receive positioning signals from artificial satellites that constitute the Global Navigation Satellite System (hereinafter referred to as GNSS).
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the two receivers are installed at different positions on the revolving body 120.
  • the mounting positions of the two receivers shown in FIG. 1 are only an example, and the mounting positions of the two receivers may be any positions known to the position and orientation calculator 151.
  • the two receivers may be mounted on a diagonal line of the revolving body 120.
  • the position and orientation calculator 151 detects the position of a representative point of the revolving body 120 (the origin of the excavator coordinate system) in the site coordinate system based on the positioning signals received by the receivers.
  • the position and orientation calculator 151 uses the positioning signals received by the two receivers to calculate the orientation of the rotating body 120 as the relationship between the installation position of one receiver and the installation position of the other receiver.
  • the orientation of the rotating body 120 is a direction perpendicular to the front of the rotating body 120.
  • the position and orientation calculator 151 is an example of a first sensor that acquires positioning data.
  • the inclination measuring device 152 measures the acceleration and angular velocity of the rotating body 120, and detects the attitude (roll angle, pitch angle) and rotation speed of the rotating body 120 based on the measurement results.
  • the inclination measuring device 152 is installed, for example, on the underside of the rotating body 120.
  • the inclination measuring device 152 can be, for example, an inertial measurement unit (IMU).
  • IMU inertial measurement unit
  • the boom stroke sensor 153 is attached to the boom cylinder 131C and detects the cylinder length of the boom cylinder 131C.
  • the cylinder length of the boom cylinder 131C can be converted into a relative angle of the boom 131 with respect to the rotating body 120.
  • the arm stroke sensor 154 is attached to the arm cylinder 132C and detects the cylinder length of the arm cylinder 132C.
  • the cylinder length of the arm cylinder 132C can be converted into a relative angle of the arm 132 with respect to the boom 131.
  • the bucket stroke sensor 155 is attached to the bucket cylinder 133C and detects the cylinder length of the bucket cylinder 133C.
  • the cylinder length of the bucket cylinder 133C can be converted into a relative angle of the bucket 133 with respect to the arm 132.
  • the work machine 100 identifies the angle of each link component of the work implement 130 using the boom stroke sensor 153, the arm stroke sensor 154, and the bucket stroke sensor 155, but other embodiments are not limited to this.
  • a potentiometer that detects the relative rotation angle of the link components may be provided, or an inclination sensor that detects the ground angle of each link component may be provided.
  • the automatic operation signal is made up of an operation signal that drives the revolving body 120 and the work machine 130, and does not include an operation signal that drives the traveling body 110.
  • the control device 160 may stop the automatic control.
  • the control device 160 is a computer that includes a processor 610, a main memory 630, a storage 650, and an interface 670.
  • the storage 650 stores a program.
  • the processor 610 reads the program from the storage 650, expands it in the main memory 630, and executes processing according to the program.
  • Examples of storage 650 include semiconductor memory, magnetic disks, magneto-optical disks, optical disks, etc. Storage 650 may be internal media directly connected to the common communication line of control device 160, or may be external media connected to control device 160 via interface 670. Main memory 630 and storage 650 are non-transitory tangible storage media.
  • the processor 610 has a measurement data acquisition unit 611, a direction accuracy determination unit 612, an alternative direction calculation unit 613, an operation signal input unit 614, a work machine position identification unit 615, a reference identification unit 616, an angle identification unit 617, a movement control unit 618, and an operation signal output unit 619.
  • the measurement data acquisition unit 611 acquires measurement data from the measurement system of the work machine 100. Specifically, the measurement data acquisition unit 611 acquires measurement data from the position and orientation calculator 151, the tilt measuring instrument 152, the boom stroke sensor 153, the arm stroke sensor 154, and the bucket stroke sensor 155.
  • the alternative orientation calculation unit 613 calculates alternative orientation data indicating the orientation in which the rotating body 120 faces at the current time based on the GNSS measurement data when the fix solution was last obtained and the measurement data of the inclinometer 152 acquired from the time when the fix solution was last obtained to the current time.
  • the alternative orientation data is orientation data to be used in place of the GNSS measurement data when the accuracy of the orientation represented by the latest GNSS measurement data is not sufficient for automatic control (when it is not a fix solution).
  • the alternative orientation calculation unit 613 can obtain the turning angle from the time when the fix solution was last obtained to the current time by integrating the yaw angular velocity represented by the measurement data of the inclinometer 152 acquired from the time when the fix solution was last obtained to the current time.
  • the alternative orientation calculation unit 613 can calculate the alternative orientation data indicating the orientation in which the rotating body 120 faces at the current time by adding the turning angle to the GNSS measurement data when the fix solution was last obtained.
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines whether the accuracy of the GNSS measurement data is sufficient for automatic control based on the GNSS measurement data acquired by the measurement data acquisition unit 611. If the calculation result of the horizontal position and height indicated by the GNSS measurement data acquired from the position and orientation calculator 151 is a fixed solution, the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the GNSS measurement data is sufficient for automatic control. On the other hand, if the calculation result of the horizontal position or height indicated by the GNSS measurement data acquired from the position and orientation calculator 151 is not a fixed solution (if it is a float solution), the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the GNSS measurement data is insufficient for automatic control.
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines whether the accuracy of the alternative orientation data calculated by the alternative orientation calculation unit 613 is sufficient for automatic control.
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the alternative orientation data is insufficient when a predetermined time has elapsed since a fix solution could not be obtained.
  • the predetermined time is set, for example, to a time such that the accumulated error of the inclinometer 152 does not exceed the margin considered for the reference point of automatic control.
  • the operation signal input unit 614 accepts input of operation signals manually operated by the operator from the operation device 143.
  • the operation signals include a drive signal for raising or lowering the boom 131, a drive signal for raising or lowering the arm 132, a drive signal for dumping or digging the bucket 133, a drive signal for turning the rotating body 120 to the right or left, a drive signal for operating the traveling body 110 to travel, and an automatic control instruction signal for the work machine 100.
  • the work machine position identification unit 615 identifies the position of the tip P of the arm 132 (FIG. 4) and the position of the lowest point Q of the bucket 133 (FIG. 4) in the vehicle body coordinate system based on the rotating body 120, based on the measurement data acquired by the measurement data acquisition unit 611.
  • the lowest point Q of the bucket 133 refers to the point on the outer shape of the bucket 133 that is the shortest distance from the ground surface.
  • the work machine position identification unit 615 determines the vertical and horizontal components of the length of the boom 131 based on the inclination angle of the boom 131 and the known length of the boom 131 (the distance from the pin at the base end to the pin at the tip end). Similarly, the work machine position identification unit 615 determines the vertical and horizontal components of the length of the arm 132. The work machine position identification unit 615 identifies as the position of the tip P of the arm 132 a position that is away from the position of the work machine 100 in a direction identified from the orientation and posture of the work machine 100 by the sum of the vertical components and the sum of the horizontal components of the lengths of the boom 131 and the arm 132.
  • the work machine position identification unit 615 also identifies the position of the lowest point Q of the bucket 133 based on the inclination angle of the bucket 133 and the known shape of the bucket 133. For example, the work machine position identification unit 615 calculates the positions of multiple points on the outer shell of the bucket 133 based on the inclination angle of the bucket 133, and identifies the point with the lowest height among the multiple points as the lowest point Q. Also, for example, the work machine position identification unit 615 may determine the lowest point Q as a point obtained by offsetting the distance between the point of the bucket 133 that is farthest from the bucket pin and the bucket pin downward in the height direction from the bucket pin.
  • the work machine position identification unit 615 may determine the lowest point Q as a point obtained by offsetting the maximum bucket movable range downward in the height direction from the bucket pin. Also, the work machine position identification unit 615 may determine the lowest point Q as a point obtained by offsetting a height with a margin from the height identified above, taking into account control errors and GNSS measurement errors.
  • the reference specifying unit 616 Before executing automatic control, the reference specifying unit 616 receives teaching of an excavation preparation position, an interference avoidance position, and a loading position of the bucket 133 from the operator as reference points for automatic control.
  • the teaching is performed, for example, in the following procedure.
  • the reference specifying unit 616 displays an instruction to move the bucket 133 to the excavation preparation position on the operation terminal 142.
  • the operator operates the operation device 143 to move the bucket 133 to the excavation preparation position and presses the teaching switch 143TS.
  • the reference specifying unit 616 sets the attitude of the work machine 130 specified by the work machine position specifying unit 615 when the teaching switch 143TS is pressed as the target attitude for the second rotation, sets the position of the tip P of the arm 132 as the target position for the second rotation, and records in the storage 650 the direction in which the rotating body 120 faces as the target direction for the second rotation.
  • the reference specification unit 616 displays on the operation terminal 142 an instruction to move the blade tip of the bucket 133 to an interference avoidance position that has the height of the upper end of the vessel wall of the loading target T and is a position where the work machine 130 and the loading target T do not overlap in a plan view from above.
  • the vessel wall used for teaching may be any of the side wall, the front wall, and the rear wall of the vessel.
  • the operator operates the operation device 143 to move the blade tip of the bucket 133 to the interference avoidance position and presses the teaching switch 143TS.
  • the interference avoidance positions are input for both the right end and the left end of the loading target T. This allows the reference specification unit 616 to specify the range of the loading platform of the loading target T.
  • the height of the interference avoidance position may be offset upward by a height with a margin taking into account control errors and measurement errors.
  • the reference identification unit 616 sets the height of the lowest point Q of the bucket 133 identified by the work machine position identification unit 615 when the teaching switch 143TS is pressed as the wall height Ht of the loading target T, and records the orientation of the rotating body 120 as the interference avoidance orientation in the storage 650.
  • the wall height Ht is an example of the height of the loading target T.
  • the reference specification unit 616 displays on the operation terminal 142 an instruction to move the bucket 133 to a loading position above the loading target T. The operator operates the operation device 143 to move the bucket 133 to the loading position and presses the teaching switch 143TS.
  • the reference specification unit 616 records in the storage 650 the posture of the working machine 130 when the teaching switch 143TS is pressed as the target posture of the first rotation, the position of the tip P of the arm 132 as the target position of the first rotation, and the direction in which the rotating body 120 faces as specified by the working machine position specification unit 615 as the target direction of the first rotation.
  • the height of the lowest point Q of the bucket 133 specified at the loading position may be the wall height Ht.
  • the height of the loading target T does not necessarily have to be the wall height Ht, which is the height of the side wall of the loading platform, and may be the height of the highest point of the entire loading target T.
  • the angle identification unit 617 identifies, as a target rotation angle, the angle between the initial orientation in which the rotating body 120 faces when an automatic control instruction signal is input to the operation signal input unit 614 and the target orientation recorded in storage 650.
  • the angle identification unit 617 identifies, as an interference avoidance angle, the angle between the initial orientation in which the rotating body 120 faces when an automatic control instruction signal is input to the operation signal input unit 614 and the interference avoidance orientation recorded in storage 650.
  • the interference avoidance angle is the rotation angle when the work machine 130 and the loading target T do not overlap in a planar view from above.
  • the movement control unit 618 When the operation signal input unit 614 receives an automatic control instruction signal, the movement control unit 618 generates an automatic operation signal that realizes automatic control. When the automatic control instruction signal is input, the movement control unit 618 executes automatic control that realizes a first rotation that moves the bucket 133 to a loading position, or automatic control that realizes a second rotation that moves the bucket 133 to an excavation preparation position. The movement control unit 618 determines whether to execute the first rotation or the second rotation in the automatic control depending on whether the bucket 133 is within the range of the loading target T in a plan view from above when the automatic control instruction signal is input.
  • the movement control unit 618 executes the first rotation, and if the bucket 133 is within the range of the loading target T's loading platform, the movement control unit 618 executes the second rotation. At this time, the movement control unit 618 controls the rotating body 120 and the working machine 130 so that the loading target T and the working machine 130 do not come into contact with each other, based on the wall height Ht and the interference avoidance angle stored in the storage 650.
  • the movement control unit 618 realizes the combined operation of the rotating body 120 and the working machine 130 in the first rotation before the first interference avoidance angle ⁇ 1 ( FIG. 4 ) is reached.
  • the first rotation if the height of the bucket 133 does not reach the height of the loading position before the rotation angle of the rotating body 120 reaches the first interference avoidance angle ⁇ 1 ( FIG. 4 ), the movement control unit 618 does not generate a rotation operation signal for the rotating body 120, and generates only an operation signal for the working machine 130.
  • the movement control unit 618 generates a rotation operation signal for the rotating body 120 and an operation signal for the working machine 130, thereby realizing the combined operation of the rotating body 120 and the working machine 130.
  • the movement control unit 618 rotates the rotating body 120 without moving the working machine 130.
  • the movement control unit 618 controls so that the lowest point of the bucket 133 does not drop until the rotation angle of the rotating body 120 reaches the second interference avoidance angle ⁇ 2 ( FIG. 5 ).
  • the control to prevent the lowest point from dropping may be control to rotate the rotating body 120 without moving the work machine 130 and maintain the height of the lowest point, or control to set the lowest point higher than the lowest point before the control to provide a gap between the loading target T and the bucket 133.
  • the movement control unit 618 After the rotation angle reaches the second interference avoidance angle ⁇ 2, the movement control unit 618 generates a rotation operation signal for the rotating body 120 and an operation signal for the work machine 130, thereby realizing a combined operation of the rotating body 120 and the work machine 130.
  • the movement control unit 618 receives input of an automatic control instruction signal during the second rotation, if the height of the lowest point of the bucket 133 is lower than the wall height Ht of the loading object T, the movement control unit 618 moves the bucket 133 upward before rotating the rotating body 120.
  • the operation signal output unit 619 outputs the manual operation signal input to the operation signal input unit 614 or the automatic operation signal generated by the movement control unit 618 to the control valve 123.
  • Fig. 4 is a diagram showing an example of the movement of the work machine 100 during a first turn according to the first embodiment.
  • Fig. 5 is a diagram showing an example of the movement of the work machine 100 during a second turn according to the first embodiment.
  • the control device 160 When automatic control for the first rotation is started, as shown in FIG. 4, the control device 160 first starts driving the work machine 130 (boom 131, arm 132, and bucket 133), and moves the bucket 133 upward by raising the boom 131.
  • the target position of the bucket 133 for the first rotation is a loading position above the loading target T.
  • the control device 160 After a delay, the control device 160 starts rotating the rotating body 120.
  • the control device 160 adjusts the rotation start timing in the following procedure.
  • the control device 160 calculates the remaining amount of operation of the work machine 130 based on the target posture of the work machine 130 and the posture of the work machine 130 at the current time.
  • the control device 160 adjusts the amount of rotation operation based on the remaining amount of operation of the work machine 130, thereby controlling the rotation so that the work machine 130 is in the target posture by the time the rotation angle of the rotating body 120 reaches the first interference avoidance angle ⁇ 1.
  • the posture of the work machine 130 becomes the target posture for the first rotation before the rotation angle of the rotating body 120 matches the first interference avoidance angle ⁇ 1, that is, if the height of the lowest point Q of the bucket 133 is higher than the wall height Ht of the loading target T, the work machine 130 will not come into contact with the loading target T due to the rotation of the rotating body 120.
  • the control device 160 may start driving and rotating the work machine 130 simultaneously. After that, when the bucket 133 reaches the loading position, the automatic control ends.
  • the operator performs a dump operation by manually rotating the bucket 133 in the dump direction.
  • a manual dump operation the operator may load the load at a low position to reduce the impact on the loading object T.
  • the operator may also operate the work machine 100 to level the load loaded on a bed such as a vessel. At this time, the lowest point Q of the bucket 133 may be lower than the wall of the loading object T. Therefore, if the control device 160 continues to rotate the work machine 100 in this state, the bucket 133 will come into contact with the inner wall of the loading object T.
  • the control device 160 determines whether the lowest point of the bucket 133 is higher than the wall of the loading target T. As shown in FIG. 5, if the lowest point Q of the bucket 133 is lower than the wall height Ht, the boom 131 is raised. When the lowest point Q of the bucket 133 becomes higher than the wall height Ht, the control device 160 starts rotating the rotating body 120. The control device 160 rotates the rotating body 120 without moving the work implement 130 until the rotation angle of the rotating body 120 exceeds the second interference avoidance angle ⁇ 2, thereby maintaining the height of the lowest point of the bucket 133.
  • the control device 160 when the lowest point Q of the bucket 133 is lower than the wall height Ht, the control device 160 raises only the work implement 130 and does not rotate the rotating body 120, but this is not limited to the other embodiments.
  • the control device 160 may raise the work machine 130 while rotating the rotating body 120 at a speed such that the bucket 133 does not come into contact with the wall of the loading target T.
  • the control device 160 drives the boom 131, the arm 132, and the bucket 133. At this time, the control device 160 may drive all of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, or may drive part of the boom 131, the arm 132, and the bucket 133, depending on the relationship between the posture at the start of the rotation and the target posture.
  • the control device 160 ends the drive of the revolving body 120. Also, when the posture of the working machine 130 becomes the target posture at the start of excavation, the control device 160 ends the drive of the working machine 130.
  • the control device 160 rotates the revolving body 120 without moving the working machine 130 until the rotation angle of the revolving body 120 exceeds the second interference avoidance angle ⁇ 2 in the second rotation, but is not limited to this.
  • the control device 160 may rotate the rotating body 120 while moving the work machine 130 so as not to change the height of the lowest point of the bucket 133.
  • the control device 160 when the bucket 133 is higher than the wall height Ht, the control device 160 according to the embodiment may rotate the rotating body 120 while lowering the work machine 130 to such an extent that the height of the lowest point of the bucket 133 does not fall below the wall height Ht.
  • the positional relationship between the excavation position and the loading target T is about 90 degrees around the rotating body 120, but this is not limited to this in other embodiments.
  • the positional relationship between the excavation position and the loading target T may be another rotation angle position, such as about 180 degrees around the rotating body 120.
  • Operation of the control device 160 6 is a flowchart showing the data collection process by the control device 160 according to the first embodiment.
  • the control device 160 collects data used to control the work machine 100 at each predetermined collection cycle.
  • the measurement data acquisition unit 611 of the control device 160 acquires various measurement data from the measurement system (step S1).
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines whether the analysis results of the horizontal position and height indicated by the GNSS measurement data acquired in step S1 are fix solutions (step S2). If both the analysis results of the horizontal position and height are fix solutions (step S2: YES), the orientation accuracy determination unit 612 determines whether the two antennas provided in the position and orientation calculator 151 receive signals from a predetermined number or more of common satellites (step S3).
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the GNSS measurement data is sufficient for automatic control, and decides to use the GNSS measurement data as orientation data for the rotating body 120 (step S4).
  • the orientation accuracy determination unit 612 resets a timer that measures the elapsed time from the time when the accuracy of the orientation indicated by the GNSS measurement data became insufficient (step S5).
  • step S6 the orientation accuracy determination unit 612 counts up a timer that measures the elapsed time from the time when the orientation accuracy indicated by the GNSS measurement data became insufficient (step S6).
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines whether the time elapsed since the time when the orientation accuracy indicated by the GNSS measurement data became insufficient exceeds a predetermined time (step S7). If the time elapsed does not exceed the predetermined time (step S7: NO), the alternative orientation calculation unit 613 calculates alternative orientation data based on the GNSS measurement data when the GNSS accuracy was last determined to be sufficient and the yaw angular velocity measurement data from the time when the GNSS accuracy was last determined to be sufficient to the current time (step S8). The alternative orientation calculation unit 613 may calculate the alternative orientation data by adding a turning angle calculated from the yaw angular velocity measurement data obtained in step S1 to the previous orientation data (GNSS measurement data or alternative orientation data).
  • the alternative orientation calculation unit 613 may also calculate the alternative orientation data by adding a turning angle calculated from the yaw angular velocity from the start time of automatic control to the current time to the GNSS measurement data that is determined to have sufficient accuracy at the time the start switch 143SW is pressed, i.e., at the start of automatic control.
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the alternative orientation data is sufficient for automatic control, and decides to use the alternative orientation data as the orientation data for the rotating body 120 (step S9).
  • step S7 if the time elapsed since the last time the GNSS accuracy was determined to be sufficient exceeds a predetermined time (step S7: YES), the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the alternative orientation data is insufficient for automatic control (step S10).
  • FIG. 7 is a flowchart showing the automatic control by the control device 160 according to the first embodiment.
  • the operation signal input unit 614 of the control device 160 accepts input of an automatic control instruction signal.
  • the control device 160 determines whether to perform a first rotation or a second rotation based on whether the bucket 133 is within a range above the bed of the loading target T in a plan view from above.
  • the control device 160 performs automatic control based on the first interference avoidance angle ⁇ 1 and the target rotation angle ⁇ 0.
  • the control device 160 performs automatic control based on the second interference avoidance angle ⁇ 2 and the target rotation angle ⁇ 0.
  • the control device 160 executes the data collection process shown in FIG. 6 (step S51).
  • the control device 160 determines whether the accuracy of the orientation data is insufficient for automatic control (step S52). If it is determined in step S10 of the data collection process that the accuracy of the orientation data is insufficient for automatic control (step S52: YES), the control device 160 ends the process without starting automatic control. At this time, the control device 160 may cause the operation terminal 142 to display a message that automatic control is not possible due to low accuracy of GNSS positioning. For example, the control device 160 may cause the operation terminal 142 to display "GNSS positioning initializing.”
  • step S52 If the accuracy of the orientation data is sufficient (step S52: NO), the angle identification unit 617 identifies the target turning angle and interference avoidance angle based on the orientation data (GNSS measurement data or alternative orientation data) and the target orientation and interference avoidance orientation recorded in storage 650 (step S53). The angle identification unit 617 records the orientation data determined in step S51 as the initial orientation.
  • the movement control unit 618 generates an automatic operation signal to move the bucket 133 to above the loading target T. Specifically, the movement control unit 618 generates the automatic operation signal in the following procedure.
  • the work machine position identification unit 615 identifies the position of the tip P of the arm 132, the position of the lowest point Q of the bucket 133, and the attitude of the bucket 133 based on the measurement data (step S54).
  • the movement control unit 618 determines whether the position of the tip of the arm 132 is close to the target position (loading position or excavation position) related to teaching (step S55). That is, the movement control unit 618 determines whether the attitude of the work machine 130 is close to the target attitude and whether the rotation angle of the rotating body 120 is close to the target rotation angle.
  • the movement control unit 618 determines that the attitude of the work machine 130 is close to the target attitude when the difference between the position of the tip of the arm 132 in the target attitude and the current position of the tip of the arm 132 is equal to or less than a predetermined value.
  • the movement control unit 618 according to the first embodiment identifies the rotation angle based on the difference between the orientation indicated by the GNSS measurement data or alternative orientation data and the initial orientation.
  • step S55 If the tip of the arm 132 is not close to the target position (step S55: NO), the movement control unit 618 generates an automatic operation signal (step S56). The movement control unit 618 outputs the automatic operation signal to the control valve 123 (step S57).
  • step S58 the control device 160 executes the data collection process shown in FIG. 6 (step S58).
  • the control device 160 judges whether the accuracy of the orientation data is insufficient for automatic control (step S59). If it is judged in step S7 of the data collection process that the accuracy of the GNSS measurement data or the alternative orientation data is sufficient for automatic control (step S59: NO), the control device 160 returns the process to step S54 and continues the automatic control. On the other hand, if it is judged in step S7 of the data collection process that the accuracy of the orientation data is insufficient for automatic control (step S59: YES), the control device 160 stops the automatic control and ends the process. At this time, the control device 160 may display on the operation terminal 142 that automatic control is not possible due to low accuracy of the GNSS positioning. For example, the control device 160 may display on the operation terminal 142 "GNSS positioning initialization in progress".
  • step S55 if the position of the tip of the arm 132 is close to the target position related to teaching (step S55: YES), the control device 160 ends the rotation process.
  • the work machine 100 has the following configuration.
  • the work machine 100 includes a main body including a running body 110 and a revolving body 120 that revolves relative to the running body 110.
  • the work machine 100 includes a swing motor 124 that drives the revolving body 120 to revolve relative to the running body 110.
  • the work machine 100 includes a position and orientation calculator 151 that is provided in the main body and acquires first measurement data that is GNSS measurement data.
  • the work machine 100 includes a control device 160 that executes swing control by the swing motor 124 based on the first measurement data.
  • the control device 160 determines whether or not to start swing control based on the accuracy of the first measurement data. As a result, the work machine 100 decides not to start swing control when the accuracy of the GNSS measurement data becomes insufficient for swing control. Therefore, the work machine 100 can prevent unintended behavior caused by the accuracy of the GNSS measurement data.
  • the control device 160 also determines whether or not to continue the turning control based on the first measurement data acquired during the turning control. In other words, the work machine 100 stops the turning control if the accuracy of the GNSS measurement data becomes insufficient during the turning control. Therefore, the work machine 100 can prevent unintended behavior caused by the accuracy of the GNSS measurement data.
  • control device 160 stops turning control when a predetermined time has elapsed since the accuracy of the first measurement data no longer satisfies the conditions related to turning control. This allows the control device 160 to prevent frequent stopping of turning control due to a short-term decrease in accuracy of the first measurement data.
  • the work machine 100 according to the first embodiment is also equipped with an inclination measuring device 152 that acquires second measurement data, which is measurement data relating to the rotation angle of the running body 110 and the rotating body 120.
  • the yaw angular velocity measured by the inclination measuring device 152 can be integrated to obtain the rotation angle.
  • the control device 160 according to the first embodiment executes rotation control based on the second measurement data until a predetermined time has elapsed from the point in time when the accuracy of the first measurement data no longer satisfies the conditions related to rotation control. This allows the control device 160 to prevent rotation control from becoming impossible when the accuracy of the first measurement data decreases.
  • the alternative orientation calculation unit 613 has a Kalman filter that calculates the position, orientation, and tilt angle of the work machine 100.
  • the alternative orientation calculation unit 613 estimates the current position, orientation, and tilt angle of the work machine 100 based on the previous estimation result and the current measurement data.
  • the alternative orientation calculation unit 613 estimates the position, orientation, and inclination angle at time t using the estimated results of the position, orientation, and inclination angle at time t-1 as the "state (posterior belief)", the angular velocity of the work machine 100 at time t indicated by the measurement data of the inclination measuring instrument 152 as the "control value”, and the position and orientation at time t indicated by the measurement data of the position/orientation calculator 151 and the inclination angle at time t indicated by the measurement data of the inclination measuring instrument 152 as the "observation value”.
  • the alternative orientation calculation unit 613 may estimate the position, orientation, and inclination angle using a Kalman gain based on a variance-covariance matrix that indicates the uncertainty of the estimation result.
  • control device 160 can calculate alternative orientation data with high accuracy by using a Kalman filter.
  • the control device 160 determines that the accuracy of the alternative orientation data is insufficient and halts automatic control after a predetermined time has elapsed since the accuracy of the GNSS measurement data becomes insufficient for automatic control during automatic control, but is not limited to this. For example, in other embodiments, if the accuracy of the orientation estimation by the alternative orientation calculation unit 613 is sufficiently high, the control device 160 may continue automatic control based on the alternative orientation data without halting automatic control.
  • the work machine 100 according to the first and second embodiments sets a reference point for automatic control by teaching.
  • the work machine 100 according to the third embodiment sets a reference point for automatic control without teaching.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a work machine 100 according to a third embodiment.
  • the work machine 100 according to the third embodiment further includes a rotary encoder 156 as a measurement system.
  • the rotary encoder 156 is provided at the center of rotation of the traveling body 110 and the rotating body 120, and outputs measurement data indicating the rotation angle of the rotating body 120 relative to the traveling body 110.
  • FIG. 9 is a schematic block diagram showing the configuration of a control device 160 according to the third embodiment.
  • the control device 160 according to the third embodiment further includes a position receiving unit 620 in addition to the configuration of the first embodiment.
  • the position receiving unit 620 receives GNSS measurement data of the loading object T through communication. That is, the loading object T according to the third embodiment includes a GNSS positioning device and a communication device, and is configured to be able to transmit GNSS measurement data.
  • the position receiving unit 620 may receive the measurement data directly from the loading object T, or may receive the measurement data from a control system that remotely controls the loading object T.
  • the positioning device included in the loading object T is an example of a positioning sensor provided on the loading object T.
  • the reference identification unit 616 identifies the interference avoidance position and the loading position based on the GNSS measurement data of the loading target T. For example, when an automatic control instruction signal is input, the reference identification unit 616 identifies the loading position based on the position and orientation of the loading target T indicated by the GNSS measurement data of the loading target T received by the position receiving unit 620, and the known shape of the loading target T. The reference identification unit 616 identifies the planar position of the vessel of the loading target T based on the position and orientation of the loading target T. The reference identification unit 616 identifies, as the loading position, a position of information that is a predetermined distance from the planar position above the height of the loading target T identified from the known shape of the loading target T.
  • the reference identification unit 616 Based on the position and orientation of the loading target T and the known shape of the loading target T, the reference identification unit 616 identifies, as the interference avoidance position, the position on a circle whose center is the rotation center of the rotating body 120 and whose radius is the distance between the rotation center and the unloading position, where the outer shape of the bucket 133 does not interfere with the loading target T in a plan view and is closest to the loading position.
  • Operation of the control device 160 10 is a flowchart showing data collection processing by the control device 160 according to the third embodiment.
  • the control device 160 collects data used to control the work machine 100 at each predetermined collection cycle.
  • the measurement data acquisition unit 611 of the control device 160 acquires various measurement data from the measurement system (step S101).
  • the position receiving unit 620 receives GNSS measurement data from the loading object T (step S102).
  • the azimuth accuracy determination unit 612 determines whether the analysis results of the horizontal position and height of the work machine 100 indicated by the GNSS measurement data acquired in step S101 are fixed solutions (step S103). If both of the analysis results of the horizontal position and height of the work machine 100 are fixed solutions (step S103: YES), the azimuth accuracy determination unit 612 determines whether the two antennas provided in the position and orientation calculator 151 are receiving signals from a predetermined number or more of common satellites (step S104).
  • step S104 determines whether the two antennas are receiving signals from a predetermined number or more of common satellites (step S104: YES), that is, if the accuracy of the GNSS measurement data of the work machine 100 is sufficient.
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines whether the analysis results of the horizontal position and height of the loading object T indicated by the GNSS measurement data of the loading object T received in step S102 are fixed solutions (step S105). If the analysis results of the horizontal position and height of the work machine 100 are both fixed solutions (step S105: YES), the orientation accuracy determination unit 612 determines whether the two antennas equipped on the loading object T are receiving signals from a predetermined number or more of common satellites (step S106).
  • step S106 If the two antennas of the loading object T are receiving signals from a predetermined number of common satellites (step S106: YES), that is, if the accuracy of the GNSS measurement data of both the work machine 100 and the loading object T is sufficient, the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the GNSS measurement data is sufficient for automatic control (step S107).
  • step S108 determines that the accuracy of the alternative orientation data is insufficient for automatic control (step S108).
  • the orientation accuracy determination unit 612 determines that the accuracy of the alternative orientation data is insufficient for automatic control.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the automatic control by the control device 160 according to the third embodiment.
  • the control device 160 executes the data collection process shown in FIG. 10 (step S151).
  • the control device 160 judges whether the accuracy of the orientation data is insufficient for automatic control (step S152). If it is judged in step S108 of the data collection process that the accuracy of the orientation data is insufficient for automatic control (step S152: YES), the control device 160 ends the process without starting automatic control.
  • the control device 160 may display on the operation terminal 142 that automatic control is not possible due to low accuracy of GNSS positioning. For example, the control device 160 may display on the operation terminal 142 "GNSS positioning initialization in progress".
  • the reference identification unit 616 identifies the reference positions for automatic control (loading position, interference avoidance position, excavation position) based on the GNSS measurement data of the loading object T (step S153).
  • the angle identification unit 617 identifies the target turning angle and interference avoidance angle based on the reference position for automatic control and the GNSS measurement data acquired by the position and orientation calculator 151 (step S154).
  • the movement control unit 618 generates an automatic operation signal to move the bucket 133 to above the loading target T. Specifically, the movement control unit 618 generates the automatic operation signal in the following procedure.
  • the work machine position identification unit 615 identifies the position of the tip P of the arm 132, the position of the lowest point Q of the bucket 133, and the attitude of the bucket 133 based on the measurement data (step S155).
  • the movement control unit 618 determines whether the position of the tip of the arm 132 is close to the target position related to teaching (step S156). That is, the movement control unit 618 determines whether the attitude of the work machine 130 is close to the target attitude, and whether the rotation angle of the rotating body 120 is close to the target rotation angle.
  • the movement control unit 618 determines that the attitude of the work machine 130 is close to the target attitude when the difference between the position of the tip of the arm 132 in the target attitude and the current position of the tip of the arm 132 is equal to or less than a predetermined value.
  • the movement control unit 618 according to the third embodiment identifies the rotation angle based on the measurement data of the rotary encoder 156.
  • step S156 If the tip of the arm 132 is not close to the target position (step S156: NO), the movement control unit 618 generates an automatic operation signal (step S157). The movement control unit 618 outputs the automatic operation signal to the control valve 123 (step S158).
  • the measurement data acquisition unit 611 acquires measurement data from the measurement system (step S159).
  • the control device 160 determines the turning angle based on the measurement data of the rotary encoder 156, and therefore, unlike the inclinometer 152, no error accumulates in the turning angle.
  • the control device 160 may also determine the turning angle by integrating the yaw angular velocity from the time the start switch 143SW is pressed to the current time. In this case, too, the error in the turning angle is reset when automatic control begins, so the error that accumulates in the turning angle is small. Therefore, the control device 160 according to the third embodiment does not need to stop automatic control even if the accuracy of the GNSS measurement data decreases during automatic control.
  • step S156 if the position of the tip of the arm 132 is close to the target position (step S156: YES), the control device 160 ends the rotation process.
  • control device 160 may be configured by a single computer, or the configuration of the control device 160 may be divided and arranged among multiple computers, and the multiple computers may function as the control device 160 by cooperating with each other.
  • some of the computers that constitute the control device 160 may be mounted inside the work machine 100, and other computers may be provided outside the work machine 100.
  • the work machine 100 may be operated by remote control, in which case the computers that constitute the control device 160 may be provided separately for the work machine 100, a remote control device, and a control server.
  • the work machine 100 calculates alternative orientation data based on measurement data from the inclinometer 152, and the work machine 100 according to the third embodiment determines the turning angle based on measurement data from the rotary encoder 156, but is not limited to this.
  • the control device 160 may calculate the orientation or turning angle based on processing of image data captured by an imaging device provided on the work machine 100 (e.g., SLAM processing using point cloud data from a LIDAR) or measurement data from a geomagnetic sensor.
  • the work machine 100 according to the embodiment described above is a hydraulic excavator, and the rotating body 120 rotates relative to the traveling body 110, but is not limited to this.
  • the work machine 100 according to another embodiment may be a work vehicle such as a wheel loader or dump truck having an articulation mechanism.
  • the main body of a work vehicle having an articulation mechanism is divided into a front part and a rear part, and the front part is driven to rotate relative to the rear part.
  • the work machine 100 according to another embodiment may be fixed to the ground and not travel.
  • the control device 160 may determine whether or not the rotation of the work implement 130 can be controlled.
  • the rotatable work implement 130 is an example of a second main body
  • the vehicle body to which the work implement 130 is attached is an example of a first main body.
  • the control device 160 continues automatic control using alternative orientation data calculated from other measurement data when the accuracy of the GNSS measurement data becomes insufficient during automatic control, but is not limited to this.
  • the control device 160 may estimate the turning angle based on the turning speed calculated from the change in orientation until the accuracy of the GNSS measurement data becomes insufficient, and continue automatic control.
  • the control device 160 stops and ends automatic control when the accuracy of the GNSS measurement data and alternative orientation data becomes insufficient during automatic control, but is not limited to this.
  • the control device 160 may interrupt automatic control when the accuracy of the GNSS measurement data and alternative orientation data becomes insufficient during automatic control, and automatically resume automatic control when the accuracy of the GNSS measurement data becomes sufficient for automatic control again.

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Abstract

作業機械の本体は、第一本体と、第一本体に対して旋回動作する第二本体とを備える。アクチュエータは、第二本体を第一本体に対して旋回駆動させる。第一センサは、本体に設けられ、測位データである第一計測データを取得する。コントローラは、第一計測データに基づいてアクチュエータによる旋回制御を実行する。コントローラは、第一計測データの精度に基づいて旋回制御の実行の可否を判定する。

Description

作業機械、制御方法および作業システム
　本開示は、作業機械および制御方法に関する。
　本願は、２０２３年１１月３０日に、日本に出願された特願２０２３-２０３０５６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、作業機械の自動排土制御に関する技術が開示されている。特許文献１に係る自動排土制御は、作業機械の位置および方位を示すＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の計測データに基づいて、作業機が運搬車両へ向くように旋回し、かつバケットが運搬車両のベッセルの上に位置するよう自動的に制御するものである。
特開２０１９－０６５６６１号公報
　ＧＮＳＳによる計測の精度は、信号を受信可能な人工衛星の数によって変化する。信号を受信可能な人工衛星の数は、時刻や周囲の地形によって変化する。ＧＮＳＳの計測において、Ｆｉｘ解が得られる場合、計測誤差は数ｃｍである一方で、Ｆｉｘ解が得られずにＦｌｏａｔ解までしか得られない場合、計測誤差は数１０ｃｍから数ｍとなる。誤差が大きいと、作業機械を正しく制御できず、作業機と運搬車両とが接触するなどの意図しない挙動が発生する可能性がある。
　本開示の目的の一例は、旋回制御において意図しない挙動を防ぐことができる作業機械、制御方法および作業システムを提供することにある。
　本開示の一態様によれば、作業機械は、第一本体と、前記第一本体に対して旋回動作する第二本体とを備える本体と、前記第二本体を前記第一本体に対して旋回駆動させるアクチュエータと、前記本体に設けられた、測位データである第一計測データを取得するＧＮＳＳセンサと、前記第一計測データに基づいて前記アクチュエータによる旋回制御を実行するコントローラであって、前記第一計測データの精度に基づいて前記旋回制御の実行の可否を判定するコントローラと、を備える。
　上記態様によれば、一例として、計測データの精度に起因する意図しない挙動を防ぐことができる。
第一実施形態に係る作業機械の構成を示す概略図である。 第一実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。 第一実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第一実施形態に係る第一旋回における作業機械の動きの例を示す図である。 第一実施形態に係る第二旋回における作業機械の動きの例を示す図である。 第一実施形態に係る制御装置によるデータ収集処理を示すフローチャートである。 第一実施形態に係る制御装置による自動制御を示すフローチャートである。 第三実施形態に係る作業機械の構成を示す概略図である。 第三実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 第三実施形態に係る制御装置によるデータ収集処理を示すフローチャートである。 第三実施形態に係る制御装置による自動制御を示すフローチャートである。
〈第一実施形態〉
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
《作業機械１００の構成》
　図１は、第一実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。
　作業機械１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を掘削し、荷としてダンプトラックなどの積込対象Ｔのベッセルなど荷台に積み込む。作業機械１００の例としては、フェイスショベル、バックホウショベル、ロープショベルなどが挙げられる。また作業機械１００は電動駆動するものであってもよいし、油圧駆動するものであってもよい。第一実施形態に係る作業機械１００は、バックホウショベルである。作業機械１００は、走行体１１０、旋回体１２０、作業機１３０及び運転室１４０を備える。積込対象Ｔの例としては、ダンプトラック、ホッパなどが挙げられる。
　走行体１１０は、作業機械１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、左右に設けられた２つの無限軌道１１１と、各無限軌道１１１を駆動するための２つの走行モータ１１２を備える。走行体１１０は、支持部の一例である。走行体１１０は、第一本体の一例である。
　旋回体１２０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。旋回体１２０は、第二本体の一例である。走行体１１０および旋回体１２０は、作業機械１００の本体をなす。
　作業機１３０は、油圧により駆動する。作業機１３０は、旋回体１２０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。
　運転室１４０は、オペレータが搭乗し、作業機械１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、旋回体１２０の左前部に設けられる。
　ここで、旋回体１２０のうち作業機１３０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１２０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。
《旋回体１２０の構成》
　旋回体１２０は、エンジン１２１、油圧ポンプ１２２、コントロールバルブ１２３、旋回モータ１２４を備える。
　エンジン１２１は、油圧ポンプ１２２を駆動する原動機である。エンジン１２１は、動力源の一例である。
　油圧ポンプ１２２は、エンジン１２１により駆動される可変容量ポンプである。油圧ポンプ１２２は、コントロールバルブ１２３を介して各アクチュエータ（ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、バケットシリンダ１３３Ｃ、走行モータ１１２、及び旋回モータ１２４）に作動油を供給する。
　コントロールバルブ１２３は、油圧ポンプ１２２から供給される作動油の流量を制御する。
　旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３を介して油圧ポンプ１２２から供給される作動油によって駆動し、旋回体１２０を旋回させる。
《作業機１３０の構成》
　作業機１３０は、ブーム１３１、アーム１３２、作業具としてのバケット１３３、ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、及びバケットシリンダ１３３Ｃを備える。作業具の他の例として、クラムバケット、チルトバケット、チルトローテートバケット、グラップル、リフティングマグネットなどの先端アタッチメントが挙げられる。
　ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にブームピンを介して回転可能に取り付けられる。なお、図１に示す作業機械１００においては、ブーム１３１が旋回体１２０の正面中央部分に設けられるが、これに限られず、ブーム１３１は左右方向にオフセットして取り付けられたものであってもよい。この場合、旋回体１２０の旋回中心は作業機１３０の動作平面上に位置しない。ブーム１３１は、屈曲可能な２ピースブームや、伸縮可能なオフセットブームであってもよい。
　アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にアームピンを介して回転可能に取り付けられる。
　バケット１３３は、アーム１３２の先端部にピンを介して回転可能に取り付けられる。バケット１３３を支持する部材として、ブーム１３１、アーム１３２がある。バケット１３３は、掘削した土砂を収容するための容器として機能する。バケット１３３は、開口が旋回体１２０側（後方）を向くように取り付けられる。
　ブームシリンダ１３１Ｃは、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３１Ｃの基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３１Ｃの先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
　アームシリンダ１３２Ｃは、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３２Ｃの基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３２Ｃの先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
　バケットシリンダ１３３Ｃは、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３３Ｃの基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３３Ｃの先端部は、バケット１３３を回動させるリンク機構に取り付けられる。
《運転室１４０の構成》
　図２は、第一実施形態に係る運転室１４０の内部の構成を示す図である。
　運転室１４０内には、運転席１４１、操作端末１４２及び操作装置１４３が設けられる。操作端末１４２は、運転席１４１の近傍に設けられ、後述する制御装置１６０とのユーザインタフェースである。操作端末１４２は、例えばタッチパネルで構成された表示装置であり、オペレータが操作する操作部と、操作を受け付ける入力受付部があってもよい。また、表示装置には、エンジン水温計、燃料計の計測データなどが表示されている。また、操作端末１４２は、ＬＣＤなどの表示部を備えるものであってよい。前記タッチパネルは表示部の一例である。
　操作装置１４３は、オペレータの手動操作によって走行体１１０、旋回体１２０及び作業機１３０を駆動させるための装置である。操作装置１４３は、左操作レバー１４３ＬＯ、右操作レバー１４３ＲＯ、左フットペダル１４３ＬＦ、右フットペダル１４３ＲＦ、左走行レバー１４３ＬＴ、右走行レバー１４３ＲＴ、ティーチングスイッチ１４３ＴＳ、開始スイッチ１４３ＳＷを備える。
　左操作レバー１４３ＬＯは、運転席１４１の左側に設けられる。右操作レバー１４３ＲＯは、運転席１４１の右側に設けられる。
　左操作レバー１４３ＬＯは、旋回体１２０の旋回動作、及び、アーム１３２の掘削／ダンプ動作を行うための操作機構である。具体的には、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを前方に倒すと、アーム１３２がダンプ動作する。また、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを後方に倒すと、アーム１３２が掘削動作する。また、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを右方向に倒すと、旋回体１２０が右旋回する。また、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを左方向に倒すと、旋回体１２０が左旋回する。なお、他の実施形態においては、左操作レバー１４３ＬＯを前後方向に倒した場合に旋回体１２０が右旋回又は左旋回し、左操作レバー１４３ＬＯが左右方向に倒した場合にアーム１３２が掘削動作又はダンプ動作してもよい。
　右操作レバー１４３ＲＯは、バケット１３３の掘削／ダンプ動作、及び、ブーム１３１の上げ／下げ動作を行うための操作機構である。具体的には、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを前方に倒すと、ブーム１３１の下げ動作が実行される。また、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを後方に倒すと、ブーム１３１の上げ動作が実行される。また、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを右方向に倒すと、バケット１３３のダンプ動作が行われる。また、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを左方向に倒すと、バケット１３３の掘削動作が行われる。なお、他の実施形態においては、右操作レバー１４３ＲＯを前後方向に倒した場合に、バケット１３３がダンプ動作又は掘削動作し、右操作レバー１４３ＲＯを左右方向に倒した場合にブーム１３１が上げ動作又は下げ動作してもよい。
　左フットペダル１４３ＬＦは、運転席１４１の前方の床面の左側に配置される。右フットペダル１４３ＲＦは、運転席１４１の前方の床面の右側に配置される。左走行レバー１４３ＬＴは、左フットペダル１４３ＬＦに軸支され、左走行レバー１４３ＬＴの傾斜と左フットペダル１４３ＬＦの押し下げが連動するように構成される。右走行レバー１４３ＲＴは、右フットペダル１４３ＲＦに軸支され、右走行レバー１４３ＲＴの傾斜と右フットペダル１４３ＲＦの押し下げが連動するように構成される。
　左フットペダル１４３ＬＦ及び左走行レバー１４３ＬＴは、走行体１１０の左側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、作業機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを前方に倒すと、左側履帯は前進方向に回転する。また、作業機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを後方に倒すと、左側履帯は後進方向に回転する。
　右フットペダル１４３ＲＦ及び右走行レバー１４３ＲＴは、走行体１１０の右側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、作業機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを前方に倒すと、右側履帯は前進方向に回転する。また、作業機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを後方に倒すと、右側履帯は後進方向に回転する。
　ティーチングスイッチ１４３ＴＳは、例えば右操作レバー１４３ＲＯのハンドル部分に設けられる。なお、ティーチングスイッチ１４３ＴＳは、運転席１４１に着座したオペレータの近傍に位置するように配置されればよい。ティーチングスイッチ１４３ＴＳが押下されると、制御装置１６０は、押下されたときの作業機械１００の姿勢を自動制御の基準として記憶する。
　開始スイッチ１４３ＳＷは、例えば右操作レバー１４３ＲＯのハンドル部分に設けられる。なお、開始スイッチ１４３ＳＷは、運転席１４１に着座したオペレータの近傍に位置するように配置されればよい。開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０に自動制御指示信号が出力される。制御装置１６０は、自動制御指示信号の入力を受け付けると、自動制御を開始する。
　自動制御は、所定の動作を実現するために作業機械１００が自律的に作業機１３０および旋回体１２０の駆動を制御することである。第一実施形態における自動制御は、掘削対象の掘削によって積込対象Ｔの側方にバケット１３３が位置する状態から、ブーム１３１を上げながら積込対象Ｔを向く方位まで旋回する一連の動作である第一旋回と、積込によって積込対象Ｔの上にバケット１３３が位置する状態から、ブーム１３１を下げながら所定の方位まで旋回する一連の動作である第二旋回とを、作業機械１００が自律的に行う制御である。積込対象Ｔの側方とは、ベッセルなど荷を積み込む荷台の外側をいう。なお、他の実施形態に係る自動制御は、第二旋回のみを行うものであってもよい。第一実施形態においては、第一旋回および第二旋回における旋回体１２０の目標方位およびバケット１３３の目標姿勢は、それぞれ予め指定された方位および姿勢とする。なお、通常、掘削対象は積込対象Ｔの高さより低い位置となる。そのため、作業機械１００は、第一旋回および第二旋回において、積込対象Ｔと作業機１３０とが接触しないように作業機１３０の駆動を制御する。自動制御の詳細は後述する。
　開始スイッチ１４３ＳＷの押下の度に実行される自動制御が第一旋回と第二旋回とで切り替わる。また、他の実施形態においては、操作装置１４３が２つの開始スイッチ１４３ＳＷを備え、それぞれに第一旋回と第二旋回とが割り当てられてもよい。
《計測系の構成》
　図１に示すように、作業機械１００は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、バケットストロークセンサ１５５を備える。
　位置方位演算器１５１は、旋回体１２０の位置及び旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１５１は、Global Navigation Satellite System（以下ＧＮＳＳ）を構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。なお、図１に示す２つの受信器の取付位置は一例であり、２つの受信器の取付位置は、位置方位演算器１５１にとって既知であれば任意の位置であってよい。例えば２つの受信器は旋回体１２０の対角線上に取り付けられていてもよい。位置方位演算器１５１は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
　位置方位演算器１５１は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。旋回体１２０が向く方位とは、旋回体１２０の正面に直交する方向である。
　位置方位演算器１５１は、測位データを取得する第一センサの一例である。
　傾斜計測器１５２は、旋回体１２０の加速度及び角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（ロール角、ピッチ角）および旋回速度を検出する。傾斜計測器１５２は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１５２は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。
　ブームストロークセンサ１５３は、ブームシリンダ１３１Ｃに取り付けられ、ブームシリンダ１３１Ｃのシリンダ長を検出する。ブームシリンダ１３１Ｃのシリンダ長は、旋回体１２０に対するブーム１３１の相対角度に換算可能である。
　アームストロークセンサ１５４は、アームシリンダ１３２Ｃに取り付けられ、アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長を検出する。アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長は、ブーム１３１に対するアーム１３２の相対角度に換算可能である。
　バケットストロークセンサ１５５は、バケットシリンダ１３３Ｃに取り付けられ、バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長を検出する。バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長は、アーム１３２に対するバケット１３３の相対角度に換算可能である。
　第一実施形態に係る作業機械１００は、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、及びバケットストロークセンサ１５５を用いて作業機１３０の各リンク部品の角度を特定するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、ストロークセンサに代えて、リンク部品の相対回転角を検出するポテンショメータを備えてもよいし、各リンク部品の対地角を検出する傾斜センサを備えてもよい。
《制御装置１６０の構成》
　図３は、第一実施形態に係る制御装置１６０の構成を示す概略ブロック図である。
　作業機械１００は、制御装置１６０を備える。制御装置１６０は、操作端末１４２に実装されるものであってもよいし、操作端末１４２と別個に設けられ、操作端末１４２からの入出力を受け付けるものであってもよい。制御装置１６０は、操作装置１４３から操作信号を受信する。制御装置１６０は、受信した操作信号又は自動制御のために生成された操作信号をコントロールバルブ１２３に出力することで、作業機１３０、旋回体１２０及び走行体１１０を駆動させる。以下、操作装置１４３から受信した操作信号を手動操作信号ともよび、自動制御のために生成された操作信号を自動操作信号ともよぶ。なお、自動操作信号は、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させる操作信号からなり、走行体１１０を駆動させる操作信号を含まない。自動制御中に、オペレータによる手動操作信号を受信した場合、制御装置１６０は自動制御を停止してもよい。
　制御装置１６０は、プロセッサ６１０、メインメモリ６３０、ストレージ６５０、インタフェース６７０を備えるコンピュータである。ストレージ６５０は、プログラムを記憶する。プロセッサ６１０は、プログラムをストレージ６５０から読み出してメインメモリ６３０に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
　ストレージ６５０の例としては、半導体メモリ、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク等が挙げられる。ストレージ６５０は、制御装置１６０の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース６７０を介して制御装置１６０に接続される外部メディアであってもよい。メインメモリ６３０及びストレージ６５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　プロセッサ６１０は、プログラムの実行により、計測データ取得部６１１、方位精度判定部６１２、代替方位算出部６１３、操作信号入力部６１４、作業機位置特定部６１５、基準特定部６１６、角度特定部６１７、移動制御部６１８、操作信号出力部６１９を備える。
　計測データ取得部６１１は、作業機械１００の計測系による計測データを取得する。具体的には、計測データ取得部６１１は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４およびバケットストロークセンサ１５５から計測データを取得する。
　代替方位算出部６１３は、最後にＦｉｘ解が得られたときのＧＮＳＳの計測データと、最後にＦｉｘ解が得られた時点から現在時刻までに取得された傾斜計測器１５２の計測データとに基づいて、現在時刻における旋回体１２０が向く方位を示す代替方位データを算出する。代替方位データとは、最新のＧＮＳＳの計測データが表す方位の精度が、自動制御に十分でない場合（Ｆｉｘ解でない場合）に、ＧＮＳＳの計測データに代えて用いるための方位データである。代替方位算出部６１３は、最後にＦｉｘ解が得られた時点から現在時刻までに取得された傾斜計測器１５２の計測データが表すヨー角速度を積分することで、最後にＦｉｘ解が得られた時点から現在時刻までの旋回角度を得ることができる。最後にＦｉｘ解が得られたときのＧＮＳＳの計測データに、当該旋回角度を加算することで、現在時刻における旋回体１２０が向く方位を示す代替方位データを算出することができる。
　方位精度判定部６１２は、計測データ取得部６１１が取得したＧＮＳＳの計測データに基づいて、ＧＮＳＳの計測データの精度が自動制御に十分であるか否かを判定する。方位精度判定部６１２は、位置方位演算器１５１から取得したＧＮＳＳの計測データが示す水平位置および高さの演算結果がＦｉｘ解である場合、ＧＮＳＳの計測データの精度が自動制御に十分であると判定する。他方、方位精度判定部６１２は、位置方位演算器１５１から取得したＧＮＳＳの計測データが示す水平位置または高さの演算結果がＦｉｘ解でない場合（Ｆｌｏａｔ解である場合）、ＧＮＳＳの計測データの精度が自動制御に不十分であると判定する。また、方位精度判定部６１２は、代替方位算出部６１３が算出する代替方位データの精度が自動制御に十分であるか否かを判定する。方位精度判定部６１２は、Ｆｉｘ解を得られなくなってから所定時間が経過したときに、代替方位データの精度が不十分であると判定する。所定時間は、例えば傾斜計測器１５２の累積誤差が、自動制御の基準点に考慮された余裕分を超えない程度の時間に設定される。
　操作信号入力部６１４は、操作装置１４３からオペレータが手動で操作された操作信号の入力を受け付ける。操作信号には、ブーム１３１の上げ操作や下げ操作をする駆動信号、アーム１３２の上げ操作や下げ操作をする駆動信号、バケット１３３のダンプ操作や掘削操作をする駆動信号、旋回体１２０の右旋回操作や左旋回操作をする駆動信号、走行体１１０の走行操作をする駆動信号、ならびに作業機械１００の自動制御指示信号が含まれる。
　作業機位置特定部６１５は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、旋回体１２０を基準とする車体座標系におけるアーム１３２の先端Ｐの位置（図４）およびバケット１３３の最下点Ｑの位置（図４）を特定する。バケット１３３の最下点Ｑとは、バケット１３３の外形のうち地表面からの距離が最も短い点をいう。
　作業機位置特定部６１５は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。同様に、作業機位置特定部６１５は、アーム１３２の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。作業機位置特定部６１５は、作業機械１００の位置から、作業機械１００の方位及び姿勢から特定される方向に、ブーム１３１及びアーム１３２の長さの垂直方向成分の和及び水平方向成分の和だけ離れた位置を、アーム１３２の先端Ｐの位置として特定する。また、作業機位置特定部６１５は、バケット１３３の傾斜角と既知のバケット１３３の形状とに基づいて、バケット１３３の最下点Ｑの位置を特定する。例えば、作業機位置特定部６１５は、バケット１３３の傾斜角に基づいてバケット１３３の外殻の複数の点それぞれの位置を算出し、当該複数の点のうち最も高さが低い点を、最下点Ｑとして特定する。また、例えば、作業機位置特定部６１５は、バケット１３３のうちバケットピンから最も離れた点とバケットピンとの距離を、バケットピンから高さ方向下方にオフセットさせた点を最下点Ｑとしてもよい。また、例えば、作業機位置特定部６１５は、最大のバケット可動範囲の量を、バケットピンから高さ方向下方にオフセットさせた点を最下点Ｑとしてもよい。また作業機位置特定部６１５は、制御誤差やＧＮＳＳの計測誤差を加味して、上記で特定した高さより余裕を持たせた高さをオフセットさせた点を、最下点Ｑとしてもよい。
　基準特定部６１６は、自動制御を実行する前に、自動制御の基準点として、オペレータからバケット１３３の掘削準備位置、干渉回避位置、および積込位置のティーチングを受け付ける。ティーチングは、例えば以下の手順で行われる。
　基準特定部６１６は、操作端末１４２にバケット１３３を掘削準備位置へ移動させる指示を表示させる。オペレータは、操作装置１４３を操作してバケット１３３を掘削準備位置へ移動させ、ティーチングスイッチ１４３ＴＳを押下する。基準特定部６１６は、ティーチングスイッチ１４３ＴＳが押下されたときに作業機位置特定部６１５によって特定された作業機１３０の姿勢を第二旋回の目標姿勢とし、アーム１３２の先端Ｐの位置を第二旋回の目標位置とし、旋回体１２０が向く方位を第二旋回の目標方位としてストレージ６５０に記録する。
　次に、基準特定部６１６は、操作端末１４２にバケット１３３の刃先を、積込対象Ｔのベッセルの壁の上端の高さを有し、かつ作業機１３０と積込対象Ｔとが上方からの平面視において重ならない位置である干渉回避位置に移動させる指示を表示させる。なお、ティーチングに用いるベッセルの壁は、ベッセルの側面の壁、前方の壁、後方の壁の何れでもよい。オペレータは、操作装置１４３を操作してバケット１３３の刃先を干渉回避位置へ移動させ、ティーチングスイッチ１４３ＴＳを押下する。干渉回避位置は、積込対象Ｔの右端および左端の両方について入力される。これにより、基準特定部６１６は、積込対象Ｔの荷台の範囲を特定することができる。なお、干渉回避位置の高さは、制御誤差や計測誤差を加味して、余裕を持たせた高さを上方向にオフセットさせたものであってもよい。
　基準特定部６１６は、ティーチングスイッチ１４３ＴＳが押下されたときに作業機位置特定部６１５によって特定されたバケット１３３の最下点Ｑの高さを積込対象Ｔの壁高さＨｔとし、旋回体１２０が向く方位を干渉回避方位として、ストレージ６５０に記録する。壁高さＨｔは、積込対象Ｔの高さの一例である。
　次に、基準特定部６１６は、操作端末１４２にバケット１３３を積込対象Ｔの上方の積込位置に移動させる指示を表示させる。オペレータは、操作装置１４３を操作してバケット１３３を積込位置へ移動させ、ティーチングスイッチ１４３ＴＳを押下する。基準特定部６１６は、ティーチングスイッチ１４３ＴＳが押下されたときの作業機１３０の姿勢を第一旋回の目標姿勢とし、アーム１３２の先端Ｐの位置を第一旋回の目標位置とし、作業機位置特定部６１５によって特定された旋回体１２０が向く方位を第一旋回の目標方位として、ストレージ６５０に記録する。また、積込位置で特定されたバケット１３３の最下点Ｑの高さを壁高さＨｔとしてもよい。また、他の実施形態においては積込対象Ｔの高さは必ずしも荷台の側壁の高さである壁高さＨｔでなくてよく、積込対象Ｔ全体のうち最も高い点の高さであってもよい。
　角度特定部６１７は、操作信号入力部６１４に自動制御指示信号が入力されたときに旋回体１２０が向く初期方位と、ストレージ６５０に記録された目標方位との間の角度を目標旋回角度として特定する。角度特定部６１７は、操作信号入力部６１４に自動制御指示信号が入力されたときに旋回体１２０が向く初期方位と、ストレージ６５０に記録された干渉回避方位の間の角度を干渉回避角度として特定する。干渉回避角度とは、作業機１３０と積込対象Ｔとが上方からの平面視において重ならないときの旋回角度である。
　移動制御部６１８は、操作信号入力部６１４が自動制御指示信号の入力を受け付けた場合に、自動制御を実現する自動操作信号を生成する。自動制御指示信号が入力されたときに、バケット１３３を積込位置まで移動させる第一旋回を実現する自動制御、またはバケット１３３を掘削準備位置まで移動させる第二旋回を実現する自動制御を実行する。移動制御部６１８は、自動制御において第一旋回を実行するか第二旋回を実行するかを、自動制御指示信号の入力時にバケット１３３が上方からの平面視において積込対象Ｔの範囲内にあるか否かによって決定する。バケット１３３が積込対象Ｔの荷台の範囲内にない場合、移動制御部６１８は第一旋回を実行し、バケット１３３が積込対象Ｔの荷台の範囲内にある場合、移動制御部６１８は第二旋回を実行する。このとき、移動制御部６１８は、ストレージ６５０が記憶する壁高さＨｔと干渉回避角度とに基づいて、積込対象Ｔと作業機１３０とが接触しないよう旋回体１２０および作業機１３０を制御する。
　具体的には、移動制御部６１８は、第一旋回において、第一干渉回避角度θ１（図４）に到達するまでに旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現させる。第一旋回において、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ１（図４）に到達するまでにバケット１３３の高さが積込位置の高さに至らない場合、旋回体１２０の旋回操作信号を生成せず、作業機１３０の操作信号のみを生成する。他方、移動制御部６１８は、旋回による旋回角度が第一干渉回避角度θ１に到達するまでにバケット１３３の高さが積込位置の高さに到達する場合、旋回体１２０の旋回操作信号及び作業機１３０の操作信号を生成し、旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現する。バケット１３３の高さが、第一干渉回避角度θ１（図４）で積込位置の高さに到達した後は、移動制御部６１８は、作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させる。
　また、移動制御部６１８は、第一旋回と反対に旋回する第二旋回において、旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２（図５）に到達するまで、バケット１３３の最下点が下がらないよう制御する。最下点が下がらない制御は、作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させ、最下点の高さを維持する制御であってもよいし、最下点を制御前の最下点より高くすることで積込対象Ｔとバケット１３３との間に隙間を設ける制御であってもよい。旋回角度が第二干渉回避角度θ２に到達した後、移動制御部６１８は、旋回体１２０の旋回操作信号及び作業機１３０の操作信号を生成し、旋回体１２０と作業機１３０との複合動作を実現する。ただし、移動制御部６１８は、第二旋回において自動制御指示信号の入力を受け付けたときに、バケット１３３の最下点の高さが積込対象Ｔの壁高さＨｔより低い場合に、旋回体１２０を旋回させる前に、バケット１３３を上方に移動させる。
　操作信号出力部６１９は、操作信号入力部６１４に入力された手動操作信号、又は移動制御部６１８が生成した自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する。
《自動制御時の動作》
　ここで、図面を参照しながら、第一実施形態に係る自動制御時の作業機械１００の動きについて説明する。
　図４は、第一実施形態に係る第一旋回における作業機械１００の動きの例を示す図である。図５は、第一実施形態に係る第二旋回における作業機械１００の動きの例を示す図である。
　第一旋回に係る自動制御が開始されると、図４に示すように制御装置１６０は、まず作業機１３０（ブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３）の駆動を開始し、ブーム１３１の上げ動作でバケット１３３を上方へ移動させる。第一旋回に係るバケット１３３の目標位置は、積込対象Ｔの上方の積込位置である。遅れて、制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回を開始させる。制御装置１６０は、以下の手順で旋回開始タイミングを調整する。制御装置１６０は、作業機１３０の目標姿勢と、現時刻における作業機１３０の姿勢とに基づいて、作業機１３０の残り動作量を算出する。制御装置１６０は、作業機１３０の残り動作量に基づいて、旋回操作量を調整することで、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ１に達するまでに作業機１３０が目標姿勢となるように旋回制御する。なお、旋回体１２０の旋回角度が第一干渉回避角度θ１と一致するまでに作業機１３０の姿勢が第一旋回における目標姿勢となっている場合、つまりバケット１３３の最下点Ｑの高さが積込対象Ｔの壁高さＨｔより高い場合、旋回体１２０の旋回によって作業機１３０が積込対象Ｔに接触することがない。なお、旋回と同時に作業機１３０を駆動させて、旋回角度が第一干渉回避角度θ１と一致するまでに作業機１３０の姿勢が第一旋回における目標姿勢となる場合には、制御装置１６０は、作業機１３０の駆動と旋回とを同時に開始してもよい。その後、バケット１３３が積込位置に到達すると、自動制御を終了する。
　その後、オペレータは、手動操作によってバケット１３３をダンプ方向に回動させるダンプ操作を行う。オペレータは、手動のダンプ操作において、積込対象Ｔに加わる衝撃を抑えるために荷を低い位置で積み込むことがある。また、オペレータは、作業機械１００を操作して、ベッセルなどの荷台に積み込まれた荷を均す作業をすることがある。このとき、バケット１３３の最下点Ｑは積込対象Ｔの壁より低くなることがある。したがって、制御装置１６０がこのまま作業機械１００を旋回させると、バケット１３３が積込対象Ｔの内壁に接触してしまう。
　第二旋回に係る自動制御が開始されると、制御装置１６０はバケット１３３の最下点が積込対象Ｔの壁より高いか否かを判定する。図５に示すようにバケット１３３の最下点Ｑが壁高さＨｔより低い場合、ブーム１３１を上昇させる。バケット１３３の最下点Ｑが壁高さＨｔより高くなると、制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回を開始する。制御装置１６０は、旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２を超えるまで、作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させ、バケット１３３の最下点の高さを維持する。なお、第一実施形態においては、バケット１３３の最下点Ｑが壁高さＨｔより低い場合に、制御装置１６０は作業機１３０のみを上昇させ、旋回体１２０を旋回させないが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、バケット１３３の最下点Ｑが壁高さＨｔより低い場合に、制御装置１６０は作業機１３０を上昇させながら、バケット１３３が積込対象Ｔの壁に接しない程度の速度で旋回体１２０を旋回させてもよい。
　旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２を超えると、制御装置１６０はブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３を駆動させる。このとき、制御装置１６０は、旋回開始時の姿勢と目標姿勢との関係から、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３をすべて駆動させることもあれば、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の一部を駆動させることもある。旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度θ０に至ると、制御装置１６０は旋回体１２０の駆動を終了する。また作業機１３０の姿勢が掘削開始時の目標姿勢となると、制御装置１６０は作業機１３０の駆動を終了する。第一実施形態に係る制御装置１６０は、第二旋回において、旋回体１２０の旋回角度が第二干渉回避角度θ２を超えるまで作業機１３０を動かさずに旋回体１２０を旋回させるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３の最下点の高さが変わらないように作業機１３０を動かしながら旋回体１２０を旋回させてもよい。また実施形態に係る制御装置１６０は、バケット１３３が壁高さＨｔより高い場合に、バケット１３３の最下点の高さが壁高さＨｔを下回らない程度に、作業機１３０を下げながら旋回体１２０を旋回させてもよい。
　なお、図４および図５は、掘削位置と積込対象Ｔとの位置関係が、旋回体１２０を中心として約９０度である例を示すが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、掘削位置と積込対象Ｔとの位置関係が、旋回体１２０を中心として約１８０度であるなど、他の旋回角度位置であってもよい。
《制御装置１６０の動作》
　図６は、第一実施形態に係る制御装置１６０によるデータ収集処理を示すフローチャートである。制御装置１６０は、所定の収集周期ごとに作業機械１００の制御に用いるデータを収集する。まず制御装置１６０の計測データ取得部６１１は、計測系から各種計測データを取得する（ステップＳ１）。方位精度判定部６１２は、ステップＳ１で取得したＧＮＳＳの計測データが示す水平位置および高さの解析結果がＦｉｘ解であるか否かを判定する（ステップＳ２）。水平位置および高さの解析結果がいずれもＦｉｘ解である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、方位精度判定部６１２は、位置方位演算器１５１が備える２つのアンテナが、所定数以上の共通の衛星から信号を受信しているか否かを判定する（ステップＳ３）。２つのアンテナが、所定数以上の共通の衛星から信号を受信している場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、方位精度判定部６１２はＧＮＳＳの計測データの精度が自動制御に十分であると判定し、旋回体１２０の方位データとしてＧＮＳＳの計測データを用いることを決定する（ステップＳ４）。方位精度判定部６１２は、ＧＮＳＳの計測データが示す方位の精度が不十分になった時刻からの経過時間を計測するタイマーをリセットする（ステップＳ５）。
　他方、水平位置および高さのいずれかの解析結果がＦｉｘ解でない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、または位置方位演算器１５１の２つのアンテナで信号を受信する共通の衛星の数が所定数未満である場合（ステップＳ３：ＮＯ）、方位精度判定部６１２は、ＧＮＳＳの計測データが示す方位の精度が不十分になった時刻からの経過時間を計測するタイマーをカウントアップする（ステップＳ６）。
　方位精度判定部６１２は、ＧＮＳＳの計測データが示す方位の精度が不十分になった時刻からの経過時間が、所定時間を超えるか否かを判定する（ステップＳ７）。経過時間が所定時間を超えない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、代替方位算出部６１３は、最後にＧＮＳＳの精度が十分と判定されたＧＮＳＳの計測データと、最後にＧＮＳＳの精度が十分と判定された時刻から現在時刻までのヨー角速度の計測データとに基づいて、代替方位データを算出する（ステップＳ８）。なお、代替方位算出部６１３は、前回の方位データ（ＧＮＳＳの計測データまたは代替方位データ）に、ステップＳ１で取得したヨー角速度の計測データから計算される旋回角を加算することで、代替方位データを算出してもよい。また、代替方位算出部６１３は、開始スイッチ１４３ＳＷを押下した時点、すなわち自動制御の開始時における精度が十分と判定されたＧＮＳＳの計測データに、自動制御の開始時刻から現在時刻までのヨー角速度から計算される旋回角を加算することで、代替方位データを算出してもよい。方位精度判定部６１２は、代替方位データの精度が自動制御に十分であると判定し、旋回体１２０の方位データとして代替方位データを用いることを決定する（ステップＳ９）。
　他方、最後にＧＮＳＳの精度が十分と判定された時刻からの経過時間が所定時間を超える場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、方位精度判定部６１２は、代替方位データの精度が自動制御に不十分であると判定する（ステップＳ１０）。
　図７は、第一実施形態に係る制御装置１６０による自動制御を示すフローチャートである。
　オペレータによって開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０の操作信号入力部６１４は自動制御指示信号の入力を受け付ける。制御装置１６０は、自動積込指示信号が入力されると、バケット１３３が上方からの平面視において積込対象Ｔの荷台上の範囲内にあるか否かに基づいて、第一旋回を実行するか第二旋回を実行するかを決定する。第一旋回を実行する場合、制御装置１６０は第一干渉回避角度θ１および目標旋回角度θ０に基づいて自動制御を実行する。第二旋回を実行する場合、制御装置１６０は第二干渉回避角度θ２および目標旋回角度θ０に基づいて自動制御を実行する。
　制御装置１６０は、図６に示すデータ収集処理を実行する（ステップＳ５１）。制御装置１６０は、方位データの精度が自動制御に不十分か否かを判定する（ステップＳ５２）。データ収集処理のステップＳ１０で方位データの精度が自動制御に不十分であると判定された場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、制御装置１６０は自動制御を開始せずに処理を終了する。このとき、制御装置１６０は操作端末１４２に、ＧＮＳＳ測位の精度が低いために自動制御ができない旨を表示させてもよい。例えば、制御装置１６０は操作端末１４２に「ＧＮＳＳ測位の初期化中」と表示させてもよい。
　方位データの精度が不十分でない場合（ステップＳ５２：ＮＯ）、角度特定部６１７は、方位データ（ＧＮＳＳの計測データまたは代替方位データ）およびストレージ６５０に記録された目標方位および干渉回避方位に基づいて、目標旋回角度および干渉回避角度を特定する（ステップＳ５３）。角度特定部６１７は、初期方位として、ステップＳ５１で決定された方位データを記録する。
　以降、移動制御部６１８は、バケット１３３を積込対象Ｔの上方まで移動させるための自動操作信号を生成する。具体的には、移動制御部６１８は、以下の手順で自動操作信号を生成する。
　まず、作業機位置特定部６１５は計測データに基づいて、アーム１３２の先端Ｐの位置、バケット１３３の最下点Ｑの位置およびバケット１３３の姿勢を特定する（ステップＳ５４）。移動制御部６１８は、アーム１３２の先端の位置がティーチングに係る目標位置（積込位置または掘削位置）に近似するか否かを判定する（ステップＳ５５）。すなわち、移動制御部６１８は、作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似するか否か、および旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度に近似するか否かを判定する。例えば、移動制御部６１８は、目標姿勢におけるアーム１３２の先端の位置と、現在のアーム１３２の先端の位置との差が所定値以下である場合に、作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していると判定する。第一実施形態に係る移動制御部６１８は、ＧＮＳＳの計測データまたは代替方位データが示す方位と初期方位との差に基づいて旋回角度を特定する。
　アーム１３２の先端が目標位置と近似していない場合（ステップＳ５５：ＮＯ）、移動制御部６１８は、自動操作信号を生成する（ステップＳ５６）。移動制御部６１８は自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ５７）。
　次に、制御装置１６０は、図６に示すデータ収集処理を実行する（ステップＳ５８）。制御装置１６０は、方位データの精度が自動制御に不十分か否かを判定する（ステップＳ５９）。データ収集処理のステップＳ７でＧＮＳＳの計測データまたは代替方位データの精度が自動制御に十分であると判定された場合（ステップＳ５９：ＮＯ）、制御装置１６０は処理をステップＳ５４に戻し、自動制御を継続する。他方、データ収集処理のステップＳ７で方位データの精度が自動制御に不十分であると判定された場合（ステップＳ５９：ＹＥＳ）、制御装置１６０は自動制御を中止し、処理を終了する。このとき、制御装置１６０は操作端末１４２に、ＧＮＳＳ測位の精度が低いために自動制御ができない旨を表示させてもよい。例えば、制御装置１６０は操作端末１４２に「ＧＮＳＳ測位の初期化中」と表示させてもよい。
　他方、ステップＳ５５において、アーム１３２の先端の位置がティーチングに係る目標位置に近似する場合（ステップＳ５５：ＹＥＳ）、制御装置１６０は旋回処理を終了する。
《作用・効果》
　このように、第一実施形態に係る作業機械１００は、以下の構成を有する。作業機械１００は、走行体１１０と、走行体１１０に対して旋回動作する旋回体１２０とを備える本体を備える。作業機械１００は、旋回体１２０を走行体１１０に対して旋回駆動する旋回モータ１２４を備える。作業機械１００は、本体に設けられた、ＧＮＳＳの計測データである第一計測データを取得する位置方位演算器１５１を備える。作業機械１００は、第一計測データに基づいて旋回モータ１２４による旋回制御を実行する制御装置１６０を備える。制御装置１６０は、第一計測データの精度に基づいて旋回制御の開始の可否を判定する。これにより、作業機械１００は、ＧＮＳＳの計測データの精度が旋回制御に不十分となった場合に、旋回制御を開始しないことを決定する。したがって、作業機械１００は、ＧＮＳＳの計測データの精度に起因する意図しない挙動を防ぐことができる。
　また、第一実施形態に係る制御装置１６０は、旋回制御中に取得された第一計測データに基づいて旋回制御の継続の可否を判定する。つまり、作業機械１００は、旋回制御中にＧＮＳＳの計測データの精度が不十分となった場合に、旋回制御を中止する。したがって、作業機械１００は、ＧＮＳＳの計測データの精度に起因する意図しない挙動を防ぐことができる。
　また、第一実施形態に係る制御装置１６０は、第一計測データの精度が旋回制御に係る条件を満たさなくなった時点から所定時間が経過したときに、旋回制御を中止する。これにより、制御装置１６０は、第一計測データの短時間の精度低下によって旋回制御の中止が頻発することを防ぐことができる。
　また、第一実施形態に係る作業機械１００は、走行体１１０と旋回体１２０の旋回角度に係る計測データである第二計測データを取得する傾斜計測器１５２を備える。傾斜計測器１５２が計測するヨー角速度は、積分することで旋回角度を得ることができる。第一実施形態に係る制御装置１６０は、第一計測データの精度が旋回制御に係る条件を満たさなくなった時点から所定時間が経過するまで、第二計測データに基づいて旋回制御を実行する。これにより、制御装置１６０は、第一計測データの精度が低下したときに、旋回制御ができなくなることを防ぐことができる。
〈第二実施形態〉
　第一実施形態に係る代替方位算出部６１３は、最後にＧＮＳＳの精度が十分と判定されたＧＮＳＳの計測データと、最後にＧＮＳＳの精度が十分と判定された時刻から現在時刻までのヨー角速度の計測データとに基づいて、代替方位データを算出する。一方で、ヨー角速度の計測データを積分することで、ヨー角速度の計測データに含まれる誤差が増幅されるため、代替方位データの精度は徐々に低下していく。
　これに対し、第二実施形態に係る代替方位算出部６１３は、カルマンフィルタを用いることで、誤差の影響を抑えた代替方位データを算出することができる。
　第二実施形態に係る代替方位算出部６１３は、作業機械１００の位置、方位および傾斜角を計算するカルマンフィルタを有する。代替方位算出部６１３は、前回の推定結果と、現在の計測データとに基づいて、作業機械１００の現在の位置、方位および傾斜角を推定する。
　第二実施形態に係る代替方位算出部６１３は、時刻ｔ－１の位置、方位および傾斜角の推定結果を「状態（事後信念）」、傾斜計測器１５２の計測データが示す時刻ｔの作業機械１００の角速度を「制御値」、位置方位演算器１５１の計測データが示す時刻ｔの位置および方位並びに傾斜計測器１５２の計測データが示す時刻ｔの傾斜角を「観測値」として、時刻ｔにおける位置、方位および傾斜角を推定する。なお、代替方位算出部６１３は、推定結果の不確かさを示す分散共分散行列に基づくカルマンゲインを用いて、位置、方位および傾斜角を推定してもよい。
　このように、第二実施形態に係る制御装置１６０は、カルマンフィルタを用いることで、精度よく代替方位データを算出することができる。
　なお、第二実施形態に係る制御装置１６０は、第一実施形態と同様に自動制御中にＧＮＳＳの計測データの精度が自動制御に不十分となってから所定時間の経過後に、代替方位データの精度が不十分であると判定し、自動制御を中止するが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、代替方位算出部６１３による方位の推定精度が十分に高い場合、制御装置１６０は自動制御を中止せずに代替方位データに基づいて自動制御を継続してもよい。
〈第三実施形態〉
　第一実施形態および第二実施形態に係る作業機械１００は、ティーチングによって自動制御に係る基準点を設定する。これに対し、第三実施形態に係る作業機械１００は、ティーチングなしに自動制御に係る基準点を設定する。
　図８は、第三実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。
　第三実施形態に係る作業機械１００は、計測系としてさらにロータリエンコーダ１５６を備える。ロータリエンコーダ１５６は、走行体１１０と旋回体１２０との旋回中心に設けられ、走行体１１０に対する旋回体１２０の旋回角を示す計測データを出力する。
　図９は、第三実施形態に係る制御装置１６０の構成を示す概略ブロック図である。
　第三実施形態に係る制御装置１６０は、第一実施形態の構成に加え、さらに位置受信部６２０を備える。位置受信部６２０は、通信によって、積込対象ＴのＧＮＳＳの計測データを受信する。すなわち、第三実施形態に係る積込対象Ｔは、ＧＮＳＳの測位装置と通信装置とを備え、ＧＮＳＳの計測データを送信可能に構成される。位置受信部６２０は、積込対象Ｔから直接計測データを受信してもよいし、積込対象Ｔを遠隔制御する管制システムから計測データを受信してもよい。なお、積込対象Ｔが備える測位装置は、積込対象Ｔに設けられた測位センサの一例である。
　第三実施形態に係る基準特定部６１６は、積込対象ＴのＧＮＳＳの計測データに基づいて、干渉回避位置および積込位置を特定する。例えば、基準特定部６１６は、自動制御指示信号が入力されたときに、位置受信部６２０が受信した積込対象ＴのＧＮＳＳの計測データが示す積込対象Ｔの位置および方位、並びに積込対象Ｔの既知の形状に基づいて、積込位置を特定する。基準特定部６１６は、積込対象Ｔの位置および方位に基づいて積込対象Ｔのベッセルの平面位置を特定する。基準特定部６１６は、当該平面位置より、積込対象Ｔの既知の形状から特定される積込対象Ｔの高さより所定距離だけ情報の位置を、積込位置として特定する。
　基準特定部６１６は、積込対象Ｔの位置および方位、並びに積込対象Ｔの既知の形状に基づいて、旋回体１２０の旋回中心を中心とし、当該旋回中心と排土位置との距離を半径とする円上の位置のうち、バケット１３３の外形が平面視で積込対象Ｔと干渉せず、かつ積込位置に最も近い位置を、干渉回避位置と特定する。
《制御装置１６０の動作》
　図１０は、第三実施形態に係る制御装置１６０によるデータ収集処理を示すフローチャートである。制御装置１６０は、所定の収集周期ごとに作業機械１００の制御に用いるデータを収集する。まず制御装置１６０の計測データ取得部６１１は、計測系から各種計測データを取得する（ステップＳ１０１）。また位置受信部６２０は、積込対象ＴからＧＮＳＳの計測データを受信する（ステップＳ１０２）。
　方位精度判定部６１２は、ステップＳ１０１で取得したＧＮＳＳの計測データが示す作業機械１００の水平位置および高さの解析結果がＦｉｘ解であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。作業機械１００の水平位置および高さの解析結果がいずれもＦｉｘ解である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、方位精度判定部６１２は、位置方位演算器１５１が備える２つのアンテナが、所定数以上の共通の衛星から信号を受信しているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
　２つのアンテナが、所定数以上の共通の衛星から信号を受信している場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、つまり、作業機械１００のＧＮＳＳの計測データの精度が十分である場合、方位精度判定部６１２は、ステップＳ１０２で受信した積込対象ＴのＧＮＳＳの計測データが示す積込対象Ｔの水平位置および高さの解析結果がＦｉｘ解であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。作業機械１００の水平位置および高さの解析結果がいずれもＦｉｘ解である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、方位精度判定部６１２は、積込対象Ｔが備える２つのアンテナが、所定数以上の共通の衛星から信号を受信しているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。積込対象Ｔの２つのアンテナが、所定数以上の共通の衛星から信号を受信している場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、つまり、作業機械１００および積込対象ＴのＧＮＳＳの計測データの精度がいずれも十分である場合、方位精度判定部６１２はＧＮＳＳの計測データの精度が自動制御に十分であると判定する（ステップＳ１０７）。
　他方、作業機械１００または積込対象Ｔの水平位置および高さのいずれかの解析結果がＦｉｘ解でない場合（ステップＳ１０３　ｏｒ　Ｓ１０５：ＮＯ）、位置方位演算器１５１または積込対象Ｔの２つのアンテナで信号を受信する共通の衛星の数が所定数未満である場合（ステップＳ１０４　ｏｒ　Ｓ１０６：ＮＯ）、方位精度判定部６１２は、方位精度判定部６１２は、代替方位データの精度が自動制御に不十分であると判定する（ステップＳ１０８）。より具体的には、位置方位演算器１５１の第一アンテナに係る計測データの水平位置の解析結果、第一アンテナに係る計測データの高さの解析結果、第二アンテナに係る計測データの水平位置の解析結果、および第二アンテナに係る計測データの高さの解析結果のいずれかがＦｉｘ解でなければ、方位精度判定部６１２は代替方位データの精度が自動制御に不十分であると判定する。
　図１１は、第三実施形態に係る制御装置１６０による自動制御を示すフローチャートである。
　オペレータによって開始スイッチ１４３ＳＷが押下されると、制御装置１６０の操作信号入力部６１４は自動制御指示信号の入力を受け付ける。まず、制御装置１６０は、図１０に示すデータ収集処理を実行する（ステップＳ１５１）。制御装置１６０は、方位データの精度が自動制御に不十分か否かを判定する（ステップＳ１５２）。データ収集処理のステップＳ１０８で方位データの精度が自動制御に不十分であると判定された場合（ステップＳ１５２：ＹＥＳ）、制御装置１６０は自動制御を開始せずに処理を終了する。このとき、制御装置１６０は操作端末１４２に、ＧＮＳＳ測位の精度が低いために自動制御ができない旨を表示させてもよい。例えば、制御装置１６０は操作端末１４２に「ＧＮＳＳ測位の初期化中」と表示させてもよい。
　方位データの精度が不十分でない場合（ステップＳ１５２：ＮＯ）、基準特定部６１６は、積込対象ＴのＧＮＳＳの計測データに基づいて自動制御の基準位置（積込位置、干渉回避位置、掘削位置）を特定する（ステップＳ１５３）。次に、角度特定部６１７は、自動制御の基準位置と、位置方位演算器１５１が取得したＧＮＳＳの計測データとに基づいて、目標旋回角度および干渉回避角度を特定する（ステップＳ１５４）。
　以降、移動制御部６１８は、バケット１３３を積込対象Ｔの上方まで移動させるための自動操作信号を生成する。具体的には、移動制御部６１８は、以下の手順で自動操作信号を生成する。
　まず、作業機位置特定部６１５は計測データに基づいて、アーム１３２の先端Ｐの位置、バケット１３３の最下点Ｑの位置およびバケット１３３の姿勢を特定する（ステップＳ１５５）。移動制御部６１８は、アーム１３２の先端の位置がティーチングに係る目標位置に近似するか否かを判定する（ステップＳ１５６）。すなわち、移動制御部６１８は、作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似するか否か、および旋回体１２０の旋回角度が目標旋回角度に近似するか否かを判定する。例えば、移動制御部６１８は、目標姿勢におけるアーム１３２の先端の位置と、現在のアーム１３２の先端の位置との差が所定値以下である場合に、作業機１３０の姿勢が目標姿勢と近似していると判定する。第三実施形態に係る移動制御部６１８は、ロータリエンコーダ１５６の計測データに基づいて旋回角度を特定する。
　アーム１３２の先端が目標位置と近似していない場合（ステップＳ１５６：ＮＯ）、移動制御部６１８は、自動操作信号を生成する（ステップＳ１５７）。移動制御部６１８は自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ１５８）。
　次に、計測データ取得部６１１は、計測系から計測データを取得する（ステップＳ１５９）。なお、第三実施形態に係る制御装置１６０は、ロータリエンコーダ１５６の計測データに基づいて旋回角度を特定するため、傾斜計測器１５２と異なり旋回角に誤差が蓄積しない。また、制御装置１６０は、開始スイッチ１４３ＳＷを押下した時点から現在時刻までのヨー角速度の積分によって旋回角度を特定してもよい。この場合も、自動制御の開始時に旋回角度の誤差がリセットされるため、旋回角度に蓄積する誤差が小さい。したがって第三実施形態に係る制御装置１６０は、自動制御中にＧＮＳＳの計測データの精度が低下しても自動制御を中止しなくてよい。
　ステップＳ１５６において、アーム１３２の先端の位置が目標位置に近似する場合（ステップＳ１５６：ＹＥＳ）、制御装置１６０は旋回処理を終了する。
〈他の実施形態〉
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
　上述した実施形態に係る制御装置１６０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置１６０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置１６０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６０を構成する一部のコンピュータが作業機械１００の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械１００の外部に設けられてもよい。例えば、作業機械１００は、遠隔操作によって稼働するものであってもよく、この場合に制御装置１６０を構成するコンピュータが、作業機械１００と、遠隔操作装置と、管制サーバとに分かれて設けられてもよい。
　第一実施形態および第二実施形態に係る作業機械１００は、傾斜計測器１５２の計測データに基づいて代替方位データを算出し、第三実施形態に係る作業機械１００は、ロータリエンコーダ１５６の計測データに基づいて旋回角を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、作業機械１００に設けられた撮像装置による撮像データの処理（例えば、LIDARの点群データを用いたSLAM処理）や、地磁気センサの計測データに基づいて方位または旋回角を計算してもよい。
　また、上述した実施形態に係る作業機械１００は、油圧ショベルであり、走行体１１０に対して旋回体１２０が旋回するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機械１００は、アーティキュレート機構を有するホイールローダやダンプトラックなどの作業車両であってもよい。アーティキュレート機構を有する作業車両の本体は、前部と後部とに分かれ、前部が後部に対して旋回駆動する。また、他の実施形態に係る作業機械１００は地上に固設され、走行しないものであってもよい。また、他の実施形態に係る作業機械１００の作業機１３０がオフセットブームやチルトローテータなどの旋回可能な構成を有する場合に、制御装置１６０は、作業機１３０の旋回制御の可否を判定してもよい。この場合、旋回可能な作業機１３０は第二本体の一例であり、作業機１３０が取り付けられる車体は第一本体の一例である。
　第一の実施形態および第二の実施形態に係る制御装置１６０は、自動制御中にＧＮＳＳの計測データの精度が不十分になった場合に他の計測データから計算された代替方位データを用いて自動制御を継続するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、ＧＮＳＳの計測データの精度が不十分になるまでの方位の変化から計算される旋回速度に基づいて旋回角を推定し、自動制御を継続してもよい。
　第一の実施形態および第二の実施形態に係る制御装置１６０は、自動制御中にＧＮＳＳの計測データおよび代替方位データの精度が不十分になった場合に、自動制御を中止して終了するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、自動制御中にＧＮＳＳの計測データおよび代替方位データの精度が不十分になったときに、自動制御を中断し、再びＧＮＳＳの計測データの精度が自動制御に十分になったときに、自動制御を自動的に再開してもよい。
　本開示によれば、一例として、計測データの精度に起因する意図しない挙動を防ぐことができる。
　１００…作業機械　１１０…走行体　１１１…無限軌道　１１２…走行モータ　１２０…旋回体　１２１…エンジン　１２２…油圧ポンプ　１２３…コントロールバルブ　１２４…旋回モータ　１３０…作業機　１３１…ブーム　１３１Ｃ…ブームシリンダ　１３２…アーム　１３２Ｃ…アームシリンダ　１３３…バケット　１３３Ｃ…バケットシリンダ　１４０…運転室　１４１…運転席　１４２…操作端末　１４３…操作装置　１５１…位置方位演算器　１５２…傾斜計測器　１５３…ブームストロークセンサ　１５４…アームストロークセンサ　１５５…バケットストロークセンサ　１５６…ロータリエンコーダ　１６０…制御装置　６１０…プロセッサ　６１１…計測データ取得部　６１２…方位精度判定部　６１３…代替方位算出部　６１４…操作信号入力部　６１５…作業機位置特定部　６１６…基準特定部　６１７…角度特定部　６１８…移動制御部　６１９…操作信号出力部　６２０…位置受信部　６３０…メインメモリ　６５０…ストレージ　６７０…インタフェース　Ｔ…積込対象　

Claims (9)

  1. 　第一本体と、前記第一本体に対して旋回動作する第二本体とを備える本体と、
    　前記第二本体を前記第一本体に対して旋回駆動させるアクチュエータと、
    　前記本体に設けられた、測位データである第一計測データを取得する第一センサと、
    　前記第一計測データに基づいて前記アクチュエータによる旋回制御を実行するコントローラであって、前記第一計測データの精度に基づいて前記旋回制御の実行の可否を判定するコントローラと、
    　を備える作業機械。
  2. 　前記コントローラは、前記旋回制御中に取得された前記第一計測データに基づいて前記旋回制御の継続の可否を判定する
    　請求項１に記載の作業機械。
  3. 　前記コントローラは、前記第一計測データの前記精度が前記旋回制御に係る条件を満たさなくなった時点から所定時間が経過したときに、前記旋回制御を中止する
    　請求項２に記載の作業機械。
  4. 　前記第一本体と前記第二本体の旋回角度に係る計測データである第二計測データを取得する第二センサを備え、
    　前記コントローラは、前記第一計測データの前記精度が前記旋回制御に係る前記条件を満たさなくなった前記時点から前記所定時間が経過するまで、前記第二計測データに基づいて前記旋回制御を実行する
    　請求項３に記載の作業機械。
  5. 　前記第一計測データは、衛星に対する前記第一センサの位置を示すデータを含む
    　請求項１に記載の作業機械。
  6. 　前記コントローラは、前記第一計測データが示す位置がＦｉｘ解である場合に、前記旋回制御の開始を許可する
    　請求項５に記載の作業機械。
  7. 　積込対象に設けられた測位センサの計測データである第三計測データを取得する取得部と、
    　前記コントローラは、前記第一計測データおよび前記第三計測データに基づいて前記旋回制御の目標旋回角を決定し、前記第一計測データの精度および前記第三計測データの精度に基づいて前記旋回制御の開始の可否を判定する
    　請求項１に記載の作業機械。
  8. 　第一本体と、前記第一本体に対して旋回動作する第二本体とを備える本体と、
    　前記第二本体を前記第一本体に対して旋回駆動させるアクチュエータと、
    　前記本体に設けられた、測位データである第一計測データを取得する第一センサと、
    　コントローラと、
    　を備える作業機の制御方法であって、
    　前記コントローラが、前記第一計測データの精度に基づいて前記アクチュエータによる旋回制御の実行の可否を判定するステップと、
    　前記コントローラが、前記旋回制御の開始が許可された場合に、前記第一計測データに基づいて前記旋回制御を実行するステップと、
    　を有する制御方法。
  9. 　第一本体と、前記第一本体に対して旋回動作する第二本体とを備える本体と、
    　前記第二本体を前記第一本体に対して旋回駆動させるアクチュエータと、
    　前記本体に設けられた、測位データである第一計測データを取得する第一センサと、
    　前記第一計測データに基づいて前記アクチュエータによる旋回制御を実行するコントローラであって、前記第一計測データの精度に基づいて前記旋回制御の実行の可否を判定するコントローラと、
    　を備える作業システム。
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