JP6285838B2 - 作業車両の移動制御装置及び作業車両 - Google Patents

Description

本発明は、作業車両の移動を制御する作業車両の移動制御装置及び作業車両に関する。

露天掘り鉱山等で掘削された鉱石や土砂を搬送するための作業車両として、オペレータが搭乗することなく自律走行する、所謂無人作業車両が知られている。この無人作業車両を自律走行させるためには、自車位置を算出する必要がある。そこで、自車位置を算出する自車位置算出装置として、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ
Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）からの出力を用いた慣性航法演算処理が提案されている。

このような作業車両の走行制御技術の１つとして、排出場の境界線を示すサーベイラインの各位置を計測するサーベイライン位置計測手段と、排出場のサーベイラインの各計測位置データに基づいて、サーベイラインに対する垂線を求め、この垂線に基づいて、サーベイラインから所定距離離れた位置が、目標排出点となり、目標排出点に進入する方向が、サーベイラインに対して垂直方向となる走行コースのデータを生成する走行コース生成手段と、生成された走行コースに沿って無人車両を目標排出点に向けて誘導走行させるとともに、無人車両が目標排出点に到達すると、無人車両の積み荷を当該目標排出点で排出させるように無人車両を作動させる制御手段とを備えた無人車両の誘導走行制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第７９６６１０６号明細書

上述した特許文献１の従来技術では、放土場の地形上の境界に沿って航測車両を走行させ、この航測車両が取得した位置から作業車両の走行可能な領域が規定された走行規定領域の境界データを生成し、この走行規定領域の内側に作業車両が放土するための目標位置を設定するようにしている。しかしながら、崖等の地形上の境界は作業車両の放土作業を含む鉱山の操業等によって随時変化すること、また安全上、航測車両は崖などの地形上の境界から離れた場所を走行して作業車両の走行規定領域の境界データを生成するので、走行規定領域の外側にある地形上の境界付近を目標位置に設定した場合には、特許文献１の従来技術を用いて作業車両を当該目標位置へ移動させることが困難となる。このような走行規定領域の外側の目標位置への作業車両の移動については、特許文献１には何も考慮されておらず、地形上の境界の変化に対して十分な対応が図れないことが懸念されている。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、作業車両を走行規定領域の外側の目標位置へ適切に移動させることができる作業車両の移動制御装置及び作業車両を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の作業車両の移動制御装置は、運行管理を行う管制サーバに無線通信回線を介して接続され、前記管制サーバからの指示に従って予め規定された走行規定領域を自律走行する作業車両に設けられ、前記作業車両の移動を制御する
作業車両の移動制御装置であって、前記走行規定領域に設定され、前記作業車両が自律走行する走行区間を保持する走行区間保持部と、前記作業車両が到達する前記走行規定領域の外側の目標位置を設定する目標位置設定部と、前記作業車両に設けられた位置取得装置を用いて取得した前記作業車両の位置から前記目標位置設定部によって設定された前記目標位置までの前記作業車両の走行距離を測定する測距部と、前記作業車両が前記走行区間保持部によって保持された前記走行区間の外側へ移動し、前記測距部で測定された前記走行距離を前記目標位置に向かって自律走行するように制御する自律走行制御部とを備えたことを特徴としている。

本発明の作業車両の移動制御装置及び作業車両によれば、作業車両を走行規定領域の外側の目標位置へ適切に移動させることができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態が用いられる鉱山内の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るダンプトラックの構成を示す全体図である。 本発明の第１実施形態に係る管制サーバ及びダンプトラックのハードウェア構成図であり、（ａ）図は管制サーバを示す図、（ｂ）図はダンプトラックを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る管制サーバの主な機能を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る管制サーバに記憶される経路データの一例を示す図であり、（ａ）図は経路データを模式的に示す図、（ｂ）は経路データのデータ構造例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るダンプトラックの放土作業の様子を示す側面図であり、（ａ）図はダンプトラックが車止め（ｂｕｎｄ）に接近した状態を示す図、（ｂ）図はダンプトラックが荷台の積荷を崖下へ放土した状態を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る移動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る目標位置設定部によるダンプトラックの目標位置の設定に関する構成について説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る移動制御装置の制御処理の全体の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る移動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る目標位置設定部によるダンプトラックの目標位置の設定に関する構成について説明する図である。

以下、図面を参照して本発明に係る作業車両の移動制御装置及び作業車両を実施するための形態について説明する。以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施の形態に分割して説明する。以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。なお、以下の実施の形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。

また、以下の実施の形態における各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を
、例えば集積回路その他ハードウェアとして実現してもよい。また、後述する各構成、機能、処理部等は、コンピュータ上で実行されるプログラムとして実現してもよい。すなわち、ソフトウェアとして実現してもよい。各構成、機能、処理部等を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶媒体に格納することができる。

以下、本発明に係る作業車両の移動制御装置及び作業車両の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一又は関連する符号を付し、その繰返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一又は同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

［第１実施形態］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る移動制御装置を備えた作業車両としての鉱山用ダンプトラック（以下、便宜的に「ダンプ」と略記する）が走行する鉱山内の概略構成について説明し、適宜図２を参照して、ダンプの概略構成について説明する。図１は、鉱山内の概略構成を示す図、図２はダンプの構成を示す全体図である。

図１に示すように、鉱山内では、積込場６１（積載地点に相当）及び放土場６２（放土地点に相当）を接続する走行経路６０が設けられる。積込場６１では土砂や鉱石の積込作業を行うショベル１０が掘削作業を行う。そして、ダンプ２０−１、２０−２は、積込場６１においてショベル１０から土砂や鉱石等の積荷１（図２参照）を積込み、走行経路６０に沿って放土場６２に向かって走行する。

ダンプ２０−１、２０−２は管制センタ３０に設置された管制サーバ３１に無線通信回線４０を介して通信接続される。そして、ダンプ２０−１、２０−２は管制サーバ３１からの管制制御に従って走行する。図１の符号３２は、管制サーバ３１に接続される無線アンテナであり、符号４１−１、４１−２、４１−３は無線移動局を示す。以下の説明では、ダンプ２０−１、２０−２を区別しない場合は、ダンプ２０と記載する。

図２に示すように、ダンプ２０は、ショベル１０が掘削した土砂や鉱石等の積荷１を積載する荷台２３と、車両の本体を形成し、荷台を支持するフレーム２４と、このフレーム２４の前部に回転可能に取付けられた前輪２５と、フレーム２４の後部に回転可能に取付けられた後輪２６とを含んでいる。

また、ダンプ２０は、フレーム２４のうち後輪２６の近傍に設けられたヒンジピン２７と、このヒンジピン２７を介して荷台２３を上下方向へ回動させるホイストシリンダ２８と、車両の上面前方に設置され、無線通信回線４０に接続するためのアンテナ（図示せず）と、自車両の移動を制御する移動制御装置２００とを備えている。なお、この移動制御装置２００の機能を示す具体的な構成については後述する。

さらに図１に示すように、ダンプ２０は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の少なくとも３つの航法衛星４２−１、４２−２、４２−３から測位電波を受信して自車両の位置を取得する作業車両位置取得部（図１では図示を省略する）を備える。ＧＮＳＳとして、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＡＬＩＬＥＯを用いてもよい。

管制サーバ３１は、全てのダンプ２０−１、２０−２の走行位置や目標経路、鉱山の操業目標や操業効率などを考慮して、管制サーバ３１から見て、各ダンプ２０−１、２０−
２に走行時に適用させたい目標車速（本実施形態では、スカラー量を示す）である管制要求車速を算出（決定）し、それを各ダンプ２０−１、２０−２に通知することができる。管制要求車速は、走行経路６０の地図情報においてカーブの曲率や勾配、道幅を考慮して定められた走行経路６０上の各区間の制限車速（経路要求車速）に対して、実際の渋滞状態やダンプ２０の稼働台数を含む運行状況により補正した車速である。従って、経路要求車速が各区間の最高車速であり、管制要求車速は経路要求車速以下の車速値である。

また、鉱山には、ショベル１０及びダンプ２０の他、積込場６１及び放土場６２において作業が安全に行われているかどうかの監視や放土された土砂や鉱石の除去等の作業を行う作業車両７０、及び後述の経路データ３２０（図５参照）の元となる軌跡情報を取得して収集（所謂、航測）する航測車両８０が稼働している。

この航測車両８０は、図示されないが、ＧＮＳＳの航法衛星４２−１、４２−２、４２−３から測位電波を受信して自車両の位置（例えば、座標値）を取得する。また、航測車両８０は、例えば、車両の所定の位置に取付けられたＧＰＳを備えており、このＧＰＳが取得した自車両の位置等を含む軌跡情報をレコード情報として保存する。そして、航測車両８０は、保存した軌跡情報を、無線通信回線４０を介して所定の時間間隔毎に管制センタ３０へ送信する。なお、航測車両８０は、ＧＰＳの代わりにＩＭＵを用いてもよい。

次に、図３を参照して、図１の管制サーバ３１及びダンプ２０のハードウェア構成について説明する。図３は、管制サーバ３１及びダンプ２０のハードウェア構成図であり、（ａ）図は管制サーバ３１を示す図、（ｂ）図はダンプ２０を示す図である。

図３（ａ）に示すように、管制サーバ３１は、ＣＰＵ３１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３１２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３１３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）３１４、Ｉ／Ｆ３１５、バス３１８を含む。そして、ＣＰＵ３１１、ＲＡＭ３１２、ＲＯＭ３１３、ＨＤＤ３１４、及びＩ／Ｆ３１５がバス３１８を介して接続されて構成される。さらに、管制サーバ３１は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）３１６及び操作部３１７を備え、これらがＩ／Ｆ３１５に接続される。

ＣＰＵ３１１は演算部であり、管制サーバ３１全体の動作を制御する。ＲＡＭ３１２は、情報の高速な読書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ３１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ３１３は、読出し専用の不揮発性記憶媒体であり、本発明の第１実施形態の特徴をなす自律走行制御プログラムが格納されている。ＨＤＤ３１４は、情報の読書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納されている。

ＬＣＤ３１６は、ユーザが鉱山内のダンプ２０の走行状況を確認するための視覚的利用者インターフェースである。操作部３１７は、キーボードやＬＣＤ３１６に積層されたタッチパネル（図示を省略）等、ユーザが管制サーバ３１に情報を入力するための利用者インターフェースである。管制サーバ３１のＩ／Ｆ３１５には、無線通信回線４０に接続するためのサーバ側通信装置３４０が接続される。

一方、ダンプ２０は、図３（ｂ）に示すように、自律走行する自車両の移動を制御する移動制御装置２００と、この移動制御装置２００からの制御指示に従ってダンプ２０を走行駆動するための走行駆動装置２１０と、ダンプ２０の自車両の位置を取得するための位置取得装置２２０と、ダンプ２０の周辺環境を認識する外界センサ２３１と、車体情報の認識に用いるための車体センサ２３２と、無線通信回線４０に接続するためのダンプ側通
信装置２４０とを備える。

走行駆動装置２１０は、ダンプ２０に対して制動をかける制動装置２１１、ダンプ２０の操舵角を変更するための操舵モータ２１２、及びダンプ２０を走行させるための走行モータ２１３を含む。位置取得装置２２０は、例えば、航法衛星４２−１，４２−２，４２−３からの測位電波を受信して自車両の位置を取得するＧＰＳ、又はＩＭＵである。

外界センサ２３１は、例えば、車両の走行方向（進行方向）前方の対象物を検出するためのミリ波レーダ、ライダ、及び超音波等のセンサから成り、外界センサ２３１から所定の波長の電磁波や超音波を対象物へ向けて送信し、対象物に当たって反射した反射波を受信することにより、対象物の状態（形状を含む）や位置等を検出する。車体センサ２３２は、例えば、車体の傾斜や荷台２３の積載量等を計測したり、前輪２５又は後輪２６の回転数を検出するセンサから成っている。なお、外界センサ２３１は、上述したセンサの代わりに、対象物を撮影するカメラを用い、カメラによって撮影された画像に対して画像処理を施すことにより、対象物の状態や位置等を検出してもよい。

移動制御装置２００は、ＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、ＨＤＤ２０４、Ｉ／Ｆ２０５、及びバス２０８を含む。そして、ＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、ＨＤＤ２０４、及びＩ／Ｆ２０５がバス２０８を介して接続される。さらに、走行駆動装置２１０、位置取得装置２２０、外界センサ２３１、車体センサ２３２、及びダンプ側通信装置２４０が、Ｉ／Ｆ２０５に接続される。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ２０３、３１３やＨＤＤ２０４、３１４若しくは図示しない光学ディスク等の記録媒体に格納された自律走行制御プログラムがＲＡＭ２０２、３１２に読出され、ＣＰＵ２０１、３１１の制御に従って動作することにより、自律走行制御プログラム（ソフトウェア）とハードウェアとが協働して、管制サーバ３１及び移動制御装置２００の機能を実現する機能ブロックが構成される。なお、本発明の第１実施形態では、管制サーバ３１及び移動制御装置２００の構成をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより説明したが、特にダンプ２０は、ダンプ側で実行される自律走行制御プログラムの機能を実現する論理回路を用いて構成してもよい。

次に、図４、図５を参照して、管制サーバ３１の機能構成について説明する。図４は、管制サーバ３１の主な機能を示す機能ブロック図である。図５は、管制サーバ３１に記憶される前述の経路データ３２０の一例を示す図であり、（ａ）図は経路データ３２０を模式的に示す図、（ｂ）図は経路データ３２０のデータ構造例を示す図である。

図４に示すように、管制サーバ３１は、走行許可区間設定部３１１Ａ、管制要求車速決定部３１１Ｂ、サーバ側通信制御部３１１Ｃ、経路データ記憶部３１４Ａ、及び運行管理情報データベース（以下データベースを「ＤＢ」と略記する）３１４Ｂを備える。走行許可区間設定部３１１Ａ、管制要求車速決定部３１１Ｂ、及びサーバ側通信制御部３１１Ｃは、管制サーバ３１で実行される自律走行制御プログラムにより構成される。

経路データ記憶部３１４Ａは、固定的に記憶するＨＤＤ３１４等の記憶装置を用いて構成される。図５（ａ）に示すように、経路データ記憶部３１４Ａに記憶された経路データ３２０は、走行経路６０上の各地点（以下、「ノード」という）２２Ａ，２２Ｂ，・・・の位置情報と、各ノードを連結するリンク２１，２１Ａ，２１Ｂ，・・・とにより定義される。なお、以下の説明では、ノードを区別しない場合は、ノード２２と記載し、リンクを区別しない場合は、リンク２２と記載する。

また、鉱山の地形情報や、各ノード２２の絶対座標（測位電波を基に算出される３次元
実座標）を含んでもよい。各ノード２２には、そのノードを固有に識別する識別情報（以下「ノードＩＤ」という）が付与される。各リンク２１は進行方向（図５（ａ）における矢印Ａ方向）を持ち、先端ノードと後端ノードとが定義されている。

図５（ｂ）に示すように、経路データ３２０は、各リンク２１を固有に識別するリンクＩＤ（例えば、２１Ａ）と、そのリンクの先端ノードＩＤの座標値（ｘ２２Ａ，ｙ２２Ａ）及び後端ノードＩＤの座標値（ｘ２２Ｂ，ｙ２２Ｂ）、そのリンクを走行する際の経路要求車速Ｖ２１Ａと、道幅Ｗ２１Ａ、勾配Ｓ２１Ａ、曲率Ｃ２１Ａのデータとを関連付けている。

このように構成される経路データ３２０は、鉱山内においてダンプ２０が走行すべき領域の全域に渡って設定されており、ダンプ２０が自律走行する開始地点から終端地点までのノード２２及びリンク２１で連携された領域をダンプ２０の走行区間３２１と定義する。そして、経路データ３２０は、サーバ側通信制御装置３４０によって無線通信回線４０を介してダンプ２０へ送信される。

経路要求車速は、その経路の勾配、曲率、道幅等の道路仕様等から決定される。この経路要求車速は、ダンプ２０が実際に走行する際の目標車速の候補となる。運行管理情報ＤＢ３１４Ｂは、走行経路６０を走行している各ダンプ２０の位置を示す運行管理情報を格納する。走行許可区間設定部３１１Ａは、各ダンプ２０から送信される走行許可要求情報に応じて、当該ダンプ２０に対して次の走行許可区間を設定する。

具体的には、運行管理情報ＤＢ３１４Ｂの運行管理情報を参照して当該ダンプ２０の前方を走行している他のダンプの位置を取得する。次に、経路データ記憶部３１４Ａの経路データ３２０を参照し、走行経路６０上におけるダンプ２０の前方を走行する他のダンプの現在の位置から、少なくとも制動をかけて停止するために必要な距離（停止可能距離）後方の地点に、新たに設定する走行許可区間の前方境界地点を設ける。さらに、当該ダンプ２０の現在の位置よりも停止可能距離分離れた位置に後方境界地点を設定する。そして、前方境界地点及び後方境界地点の間を、走行許可要求を出したダンプ２０に対して付与する新たな走行許可区間として設定する。

管制要求車速決定部３１１Ｂは、管制要求車速を決定する。具体的には、管制要求車速決定部３１１Ｂは、経路データ記憶部３１４Ａから経路データ３２０を読出して、運行管理情報ＤＢ３１４Ｂに記憶された運行情報を参照し、ダンプ２０に対して設定された新たな走行許可区間に含まれるリンクに対応付けられている経路要求車速と、ダンプ２０の前方車両との距離、交通混雑の状態とを考慮して、管制要求車速を決定する。通常、最大管制要求車速は、経路データ３２０においてリンクに対応づけられている車速であり、交通渋滞の場合はそれよりも遅い車速が管制要求車速として決定される。管制要求車速は、目標車速として走行許可区間設定部３１１Ａに出力される。

走行許可区間設定部３１１Ａは、設定した新たな走行許可区間の前方境界点、後方境界点、及び目標車速を示す走行許可応答情報を生成し、サーバ側通信制御部３１１Ｃに出力する。サーバ側通信制御部３１１Ｃは、各ダンプ２０の走行許可要求情報を受信し、その要求に応じて生成された走行許可応答情報を送信する制御を行う。

このように構成された管制サーバ３１から走行許可応答情報をダンプ２０が受信すると、走行許可応答情報に基づいて、ダンプ２０が鉱山内を自律走行する。そして、ダンプ２０が放土場６２の放土位置に到達すると、放土場６２の地形上の境界に位置する崖下へ積荷１を放土する。

次に、図６を参照してダンプ２０の放土作業の様子を詳細に説明する。図６（ａ）はダンプ２０が車止めに接近した状態を示す図、図６（ｂ）はダンプ２０が荷台２３の積荷１を崖下へ放土した状態を示す図である。

図６（ａ）に示すように、ダンプ２０は、ホイストシリンダ２８を伸長させることにより、ヒンジピン２７を回動支点として荷台２３が徐々に倒立しながら積荷１を後方へ放土することができるが、この積荷１を崖下へ放土する際には放土位置へ向かって後退し、荷台２３の縁が崖の上方へ届くように、崖ぎりぎりまで接近する必要がある。一般に、鉱山の放土場６２では、崖際に車両の落下を防止するための車止め６２Ａが設置されており、その車止め６２Ａにダンプ２０の後輪２６が接触する程度までダンプ２０を接近させる必要がある。

一方、図６（ｂ）に示すように、ダンプ２０による崖下への積荷１の放土が複数回繰返されると、崖下に放土された積荷１が積み重なることにより、ダンプ２０が車止め６２Ａに接近しても、積荷１を崖下へ十分に放土できなくなることがある。この場合、放土場６２におけるブルドーザ等の作業車両７０が崖際の車止め６２Ａを新たに再構築する作業を行う。また、ダンプ２０は積荷１を崖下へ放土しようとしても、必ずしも全ての積荷１が崖下へ放土されず、積荷１の一部が放土場６２側に残ることがある。この場合、ブルドーザ等の作業車両７０が放土場６２側に残った積荷１を崖下へ押出す作業を行う。これらの作業が行われた後では、放土場６２の地形上の境界に沿って形成された車止め６２Ａの位置が変化する。

このように、放土場６２の崖際の車止め６２Ａの位置は、ダンプ２０の放土作業を含む鉱山の操業に応じて随時変化していくことが想定される。従って、ダンプ２０を車止め６２Ａまで誘導するために、航測車両８０等で航測や測量を行って経路データ３２０をその都度設定し直す作業を行った場合には、その作業が何度も発生することになるので、鉱山の操業効率の低下に繋がる可能性がある。

そこで、本発明の第１実施形態では、放土場６２の崖際から離れた場所を航測車両８０が予め走行して軌跡情報を収集することにより、ダンプ２０が管制サーバ３１の指示に従って自律走行することができる領域を示す走行規定領域６３（図８の破線Ｂよりも内側の領域）を規定し、移動制御装置２００が、管制サーバ３１からの指示に従ってダンプ２０を走行規定領域６３において自律走行させると共に、この走行規定領域６３の外側に位置する目標位置５０（図８参照）へダンプ２０を移動させるようにしている。

以下、このようなダンプ２０の移動制御装置２００の機能を示す具体的な構成について、図７を参照しながら詳細に説明する。図７は移動制御装置２００の構成を示す機能ブロック図である。

図７に示すように、移動制御装置２００は、走行区間保持部２５０、目標位置設定部２５１、測距部２５２、及び自律走行制御部２５３を備えている。

走行区間保持部２５０は、管制サーバ３１からダンプ側通信装置２４０を介して経路データ３２０を受信して保持し、経路データ３２０を目標位置設定部２５１へ送信する。また、走行区間保持部２５０は、受信した経路データ３２０と位置取得装置２２０で取得したダンプ２０の位置とを照合し、ダンプ２０が現在走行中の走行許可区間の前方境界点に近づくと、次に走行する新たな走行許可区間の設定を要求する走行許可要求情報を送信する。そして、走行区間保持部２５０は、管制サーバ３１からダンプ側通信装置２４０を介して走行許可応答情報を受信して保持し、走行許可応答情報を自律走行制御部２５３へ送信する。

目標位置設定部２５１は、ダンプ２０が到達する走行規定領域６３の外側の目標位置５０を設定する。具体的には、目標位置設定部２５１は、ダンプ２０を停止させる目標となる目標停止対象物を検知する目標停止対象物検知部２５１Ａと、複数のノード２２のうち、ダンプ２０が走行区分３２１の外側へ移動する際に通過する第１のノード２２ａ（図８参照）を設定するノード設定部２５１Ｂとを含んでいる。目標停止対象物検知部２５１Ａは、例えば、ダンプ２０を停止させるための車止め６２Ａを検知する車止め検知部２５１ａから成っている。

この車止め検知部２５１ａは、外界センサ２３１によって検出された対象物の状態に基づいて、対象物が放土場６２の車止め６２Ａに一致するかどうかを判断する。具体例として、車止め検知部２５１ａは、予め記憶された車止め６２Ａの基準形状と、外界センサ２３１によって検出された対象物の形状とを比較することにより、車止め６２Ａの基準形状における高さ又は深さと、対象物の高さ又は深さとの差が所定値以内であり、かつ車止め６２Ａの基準形状における地面からの傾斜角（立ち上がり角）と、対象物の地面からの傾斜角との差が所定値以内である場合に、対象物が車止め６２Ａに一致すると判断する。そして、車止め検知部２５１ａは、対象物が放土場６２の車止め６２Ａに一致すると判断した場合に、当該対象物を車止め６２Ａとして検知する。

図８は目標位置設定部２５１によるダンプ２０の目標位置５０の設定に関する構成について説明する図である。

図８に示すように、ノード設定部２５１Ｂは、走行区間保持部２５０から経路データ３２０を受信し、経路データ３２０に伴う走行区間３２１における複数のノード２２のうち、管制サーバ３１に従ってダンプ２０が目標位置５０へ自律走行できる最終地点を示す終端ノードを第１のノード２２ａに設定する。

また、図７、図８に示すように、目標位置設定部２５１は、走行区間保持部２５０から経路データ３２０を受信し、経路データ３２０に伴う走行区間３２１における複数のノード２２のうち、ノード設定部２５１Ｂによって設定された第１のノード２２ａ以外の第２のノード２２ｂと第１のノート２２ａで結ばれる直線５１と、車止め検知部２５１ａによって検知された車止め６２Ａとの交点５０を目標位置として設定する交点設定部２５１Ｃを含んでいる。

本発明の第１実施形態では、第２のノード２２ｂは、経路データ３２０に伴う走行区間３２１における複数のノード２２のうち、ノード設定部２５１Ｂによって設定された第１のノード２２ａに隣接するノードから成っている。

図７において、測距部２５２は、位置取得装置２２０を用いて取得したダンプ２０の位置から目標位置設定部２５１によって設定された目標位置５０までのダンプ２０の走行距離を測定する。具体的には、測距部２５２は、位置取得装置２２０を用いて取得したダンプ２０の位置、及び外界センサ２３１によって検出された対象物の位置に基づいて、当該走行距離を求める。

自律走行制御部２５３は、自律走行するダンプ２０の進行方向を演算する方向演算部２５３Ａと、ダンプ２０が目標車速で走行区間３２１内の目標経路に沿って移動するために必要な駆動、制動、及び操舵の制御量を決定する目標経路追従部２５３Ｂとを含んでいる。

この目標経路追従部２５３Ｂは、走行区間保持部２５０から走行許可応答情報を受信し
、この走行許可応答情報に含まれる目標車速に従って、目標経路に沿ってダンプ２０を走行させるための制御を行うもので、目標車速を実現するための走行モータトルク指令を生成する目標トルク生成部２５３Ｂ１と、目標経路を実現するように操舵角指令を生成する目標操舵角生成部２５３Ｂ２とを有している。

目標トルク生成部２５３Ｂ１は、目標車速と、ダンプ２０の現在の速度との差をフィードバックし、その差を小さくするような走行モータトルク指令を生成し、生成した走行モータトルク指令を走行駆動装置２１０へ送信する。目標操舵角生成部２５３Ｂ２は、位置取得装置２２０で取得したダンプ２０の位置と目標経路との位置ずれをフィードバックし、その差を小さくするような操舵角指令を生成し、生成した操舵角指令を走行駆動装置２１０へ送信する。

これにより、走行駆動装置２１０が、目標トルク生成部２５３Ｂ１及び目標操舵角生成部２５３Ｂ２から受信した走行モータトルク指令及び操舵角指令に応じて、制動装置２１１、操舵モータ２１２、及び走行モータ２１３を駆動することにより、ダンプ２０が走行区間３２１に沿って終端地点まで自律走行しながら積荷１を運搬することができる。

そして、自律走行制御部２５３は、ダンプ２０が走行区間保持部２５０によって保持された走行区間３２１の外側へ移動し、測距部２５２で測定された走行距離を目標位置５０に向かって自律走行するように制御する。

具体的には、自律走行制御部２５３は、図８に示すように、ノード設定部２５１Ｂによって設定された第１のノード２２ａと第２のノード２２ｂとを結ぶ直線５１を目標経路として設定し、測距部２５２で測定された走行距離だけ目標経路５１に沿ってダンプ２０を自律走行させる。これにより、ダンプ２０が走行区間３２１における第１のノード２２ａを超えて走行規定領域６３の外側の目標位置５０へ移動する。このとき、自律走行制御部２５３は、第１のノード２２ａからダンプ２０を後退させながら目標位置５０に到達させる。

次に、本発明の第１実施形態に係る移動制御装置２００の制御処理について、図９を参照しながら詳細に説明する。

図９は移動制御装置２００の制御処理の全体の流れを示すフローチャートである。

図９に示すように、まず移動制御装置２００の自律走行制御部２５３は、管制サーバ３１からの指示に従って、走行駆動装置２１０の制動装置２１１、操舵モータ２１２、及び走行モータ２１３を駆動することにより、ダンプ２０を走行区間保持部２５０によって保持された走行区間３２１に沿って自律走行させる（ステップ（以下、Ｓと記す）１）。

次に、移動制御装置２００は、位置取得装置２２０を用いて取得したダンプ２０の位置を参照し、ダンプ２０が走行区間３２１の終端地点である第１のノード２２ａに到達したかどうかを判断する（Ｓ２）。このとき、自律走行制御部２５３は、ダンプ２０が第１のノード２２ａに到達していないと判断すると（Ｓ２／ＮＯ）、Ｓ１からの制御処理が繰返される。

一方、Ｓ２において、移動制御装置２００は、ダンプ２０が第１のノード２２ａに到達したと判断すると（Ｓ２／ＹＥＳ）、移動制御装置２００の目標位置設定部２５１は、走行規定領域６３の外側にダンプ２０が到達する目標位置５０を設定する（Ｓ３）。また、移動制御装置２００の測距部２５２は、位置取得装置２２０を用いて取得したダンプ２０の位置から目標位置設定部２５１によって設定された目標位置５０までのダンプ２０の走
行距離を測定する（Ｓ４）。

次に、自律走行制御部２５３は、走行駆動装置２１０の制動装置２１１、操舵モータ２１２、及び走行モータ２１３を駆動することにより、測距部２５２で測定された走行距離だけダンプ２０を第１のノード２２ａから目標位置５０に向かって自律走行させる（Ｓ５）。その後、自律走行制御部２５３は、位置取得装置２２０を用いて取得したダンプ２０の位置を参照し、ダンプ２０が測距部２５２で測定された走行距離を走行したかどうかを判断する（Ｓ６）。

このとき、自律走行制御部２５３は、ダンプ２０が測距部２５２で測定された走行距離を走行していないと判断すると（Ｓ６／ＮＯ）、Ｓ５からの制御処理が繰返される。一方、自律走行制御部２５３は、ダンプ２０が測距部２５２で測定された走行距離を走行したと判断すると（Ｓ６／ＹＥＳ）、走行駆動装置２１０の制動装置２１１を駆動することにより、ダンプ２０を目標位置５０の車止め６２Ａで停止させ（Ｓ７）、本発明の第１実施形態に係る移動制御装置２００の制御処理を終了する。

このように構成した本発明の第１実施形態に係る移動制御装置２００及びダンプ２０によれば、ダンプ２０の放土作業を含む鉱山の操業等による放土場６２の車止め６２Ａの変化を考慮して、ダンプ２０の走行規定領域６３の外側に目標位置５０を設定しても、自律走行制御部２５３によってダンプ２０が目標経路５１に沿って第１のノード２２ａから走行規定領域６３の外側の目標位置５０へ移動することができる。そして、ダンプ２０が測距部２５２で測定された走行距離を走行することにより、目標位置５０に相当する車止め６２Ａで的確に停止するので、荷台２３の積荷１を崖下へ放土することができる。

このように、本発明の第１実施形態は、ダンプ２０を走行規定領域６３の外側の目標位置５０へ適切に移動させることができるので、鉱山の操業による放土場６２の車止め６２Ａの変化に対して十分な対応を図ることができる。これにより、鉱山の操業効率を高めることができる。

また、本発明の第１実施形態では、交点設定部２５１Ｃは、ノード設定部２５１Ｂによって設定された第１のノード２２ａと第２のノード２２ｂとを結ぶ直線５１と、車止め検知部２５１ａによって検知された車止め６２Ａとの交点５０を目標位置として設定することにより、自律走行制御部２５３が、これらの各ノード２２ａ，２２ｂ及び目標位置５０を通る直線５１を、ダンプ２０が走行規定領域６３の外側を自律走行できる目標経路として容易に設定することができる。

特に、交点設定部２５１Ｃにおいて第１のノード２２ａと直線５１で結ばれる第２のノード２２ｂは、第１のノード２２ａに隣接したノードであることから、ダンプ２０は走行区間３２１の終端地点まで走行してから走行区間３２１の外側へそのまま直進すればよいので、ダンプ２０を目標位置５０へ的確に移動させることができる。これにより、ダンプ２０の自律走行に対する安定性を高めることができる。

また、本発明の第１実施形態では、ダンプ２０は、走行区間３２１の終端地点に相当する第１のノード２２ａから走行規定領域６３の外側の目標位置５０へ移動する際に、自律走行制御部２５３によって後退しながら目標位置５０に到達できるので、後輪２６を放土場６２の車止め６２Ａの位置で適切に停止させることができる。これにより、ダンプ２０が荷台２３の積荷１を崖下へ十分に放土できるので、放土場６２における積荷１の残存量が減少することにより、作業車両７０による積荷１の押出し作業の負担を軽減することができる。これにより、ダンプ２０の放土作業に対する能率を向上させることができる。

［第２実施形態］
図１０は本発明の第２実施形態に係る移動制御装置２００の構成を示す機能ブロック図、図１１は本発明の第２実施形態に係る目標位置設定部２５１によるダンプ２０の目標位置５０Ａの設定に関する構成について説明する図である。

本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態に係る目標位置設定部２５１は、図７に示すように、ノード設定部２５１Ｂによって設定された第１のノード２２ａと第２のノード２２ｂとで結ばれる直線５１と、車止め検知部２５１ａによって検知された車止め６２Ａとの交点５０を目標位置として設定する交点設定部２５１Ｃを含むのに対して、第２実施形態に係る目標位置設定部２５１は、図１０、図１１に示すように、車止め検知部２５１ａによって検知された車止め６２Ａの特定の点５０Ａを目標位置として設定する特定点設定部２５１Ｄを含むことである。

この場合、自律走行制御部２５３は、例えば、車止め検知部２５１ａによって検知された車止め６２Ａにおけるダンプ２０の後輪２６の車軸２６Ａに対する傾きθを演算する傾き演算部２５３Ｃを含んでいる。また、自律走行制御部２５３は、ダンプ２０が走行区間保持部２５０によって保持された走行区間３２１の外側へ移動して目標位置５０Ａに到達したとき、傾き演算部２５３Ｃによって演算された傾きθが小さくなるようにダンプ２０を自律走行させる。

具体的には、特定点設定部２５１Ｄによって設定される車止め６２Ａの特定の点５０Ａは、例えば、管制センタ３０内のオペレータにより管制サーバ３１の操作部３１７を用いて予め指定される。また、傾き演算部２５３Ｃは、例えば、車止め６２Ａにおいてダンプ２０の車幅と同等の間隔を有し、特定点設定部２５１Ｄによって設定された目標位置５０Ａを挟む２点５２Ａ，５２Ｂを外界センサ２３１で検出し、この２点５２Ａ，５２Ｂを通る直線５３とダンプ２０の後輪２６の車軸２６Ａとのなす角θを演算する。

そして、自律走行制御部２５３は、例えば、ダンプ２０がノード設定部２５１Ｂによって設定された第１のノード２２ａから特定点設定部２５１Ｄによって設定された目標位置５０Ａに接近するに従って、傾き演算部２５３Ｃによって演算された傾きθが小さくなる目標経路５１Ａを設定し、測距部２５２で測定された走行距離だけ目標経路５１Ａに沿ってダンプ２０を自律走行させる。これにより、ダンプ２０が走行区間３２１における第１のノード２２ａを超えて走行規定領域６３の外側の目標位置５０Ａへ後退しながら移動することができる。その他の第２実施形態の構成は、上述した第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一の又は対応する部分に対して同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

このように構成した本発明の第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、ダンプ２０が走行区間３２１の終端地点である第１のノード２２ａから走行区間３２１の外側の目標位置５０Ａへ移動すると、自律走行制御部２５３は、放土場６２の崖に沿って形成された車止め６２Ａの形状に合わせて、ダンプ２０の向きを変更しながらダンプ２０を後退させることにより、ダンプ２０の左右の後輪２６を車止め６２Ａに揃えて停止させることができる。これにより、ダンプ２０が荷台２３の積荷１を崖下へ放土し易くなるので、ダンプ２０の放土作業を効率良く実施することができる。

なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

また、本発明の第１実施形態では、自律走行制御部２５３は、図８に示すように、ノード設定部２５１Ｂによって設定された第１のノード２２ａと第２のノード２２ｂとを結ぶ直線５１を目標経路として設定した場合について説明したが、この場合に限らず、第１のノード２２ａと目標位置５０とを繋ぐ線が形成されていれば、直線５１の代わりに曲線を目標経路として設定してもよい。

１…積荷、２０，２０−１，２０−２…ダンプ、２１…リンク、２２…ノード、２２ａ…第１のノード、２２ｂ…第２のノード、２３…荷台、２４…フレーム、２５…前輪、２６…後輪、２６Ａ…車軸、２７…ヒンジピン、２８…ホイストシリンダ、３０…管制センタ、３１…管制サーバ、３２…無線アンテナ、４０…無線通信回線、５０，５０Ａ…目標位置、５１，５１Ａ…目標経路、５２Ａ，５２Ｂ…点、５３…直線、６０…走行経路、６１…積込場、６２…放土場、６２Ａ…車止め、６３…走行規定領域、７０…作業車両、８０…航測車両、２００…移動制御装置、２１０…走行駆動装置、２１１…制動装置、２１２…操舵モータ、２１３…走行モータ、２２０…位置取得装置、２３１…外界センサ、２３２…車体センサ、２４０…ダンプ側通信装置、２５０…走行区間保持部、２５１…目標位置設定部、２５１Ａ…目標停止対象物検知部、２５１ａ…車止め検知部、２５１Ｂ…ノード設定部、２５１Ｃ…交点設定部、２５１Ｄ…特定点設定部、２５２…測距部、２５３…自律走行制御部、２５３Ａ…方向演算部、２５３Ｂ…目標経路追従部、２５３Ｂ１…目標トルク生成部、２５３Ｂ２…目標操舵角生成部、２５３Ｃ…傾き演算部、３１１Ａ…走行許可区間設定部、３１１Ｂ…管制要求車速決定部、３１１Ｃ…サーバ側通信制御部、３１４Ａ…経路データ記憶部、３１４Ｂ…運行管理情報データベース、３２０…経路データ、３２１…走行区間、３４０…サーバ側通信装置

Claims (6)

1. 運行管理を行う管制サーバに無線通信回線を介して接続され、前記管制サーバからの指
   示に従って予め規定された走行規定領域を自律走行する作業車両に設けられ、前記作業車
   両の移動を制御する作業車両の移動制御装置であって、
   前記走行規定領域に設定され、前記作業車両が自律走行する走行区間を保持する走行区
   間保持部と、
   前記作業車両が到達する前記走行規定領域の外側の目標位置を設定する目標位置設定部
   と、
   前記作業車両に設けられた位置取得装置を用いて取得した前記作業車両の位置から前記
   目標位置設定部によって設定された前記目標位置までの前記作業車両の走行距離を測定す
   る測距部と、
   前記作業車両が前記走行区間保持部によって保持された前記走行区間の外側へ移動し、
   前記測距部で測定された前記走行距離を前記目標位置に向かって自律走行するように制御
   する自律走行制御部とを備えたことを特徴とする作業車両の移動制御装置。
2. 請求項１に記載の作業車両の移動制御装置において、
   前記走行区間は、前記作業車両の走行経路の各地点を示す複数のノード、及び前記各ノ
   ードを連結するリンクを用いて構成され、
   前記目標位置設定部は、
   前記作業車両を停止させる目標となる目標停止対象物を検知する目標停止対象物検知部
   と、
   前記複数のノードのうち、前記作業車両が前記走行区間の外側へ移動する際に通過する
   第１のノードを設定するノード設定部と、
   前記複数のノードのうち、前記ノード設定部によって設定された前記第１のノード以外
   の第２のノードと前記第１のノードで結ばれる線と、前記目標停止対象物検知部によって
   検知された前記目標停止対象物との交点を前記目標位置として設定する交点設定部とを含
   むことを特徴とする作業車両の移動制御装置。
3. 請求項１に記載の作業車両の移動制御装置において、
   前記目標位置設定部は、
   前記作業車両を停止させる目標となる目標停止対象物を検知する目標停止対象物検知部
   と、
   前記目標停止対象物検知部によって検知された前記目標停止対象物上の特定の点を前記
   目標位置として設定する特定点設定部とを含み、
   前記自律走行制御部は、
   前記目標停止対象物検知部によって検知された前記目標停止対象物における前記作業車
   両の車軸に対する傾きを演算する傾き演算部を含み、
   前記作業車両が前記走行区間保持部によって保持された前記走行区間の外側へ移動して
   前記目標位置に到達したとき、前記傾き演算部によって演算された前記傾きが小さくなる
   ように前記作業車両を自律走行させることを特徴とする作業車両の移動制御装置。
4. 請求項２に記載の作業車両の移動制御装置において、
   前記第２のノードは、
   前記複数のノードのうち、前記ノード設定部によって設定された前記第１のノードに隣
   接するノードから成ることを特徴とする作業車両の移動制御装置。
5. 請求項２に記載の作業車両の移動制御装置において、
   前記自律走行制御部は、
   前記作業車両が前記走行区間保持部によって保持された前記走行区間の外側へ移動する
   とき、前記第１のノードから前記作業車両を後退させながら前記交点に到達させることを
   特徴とする作業車両の移動制御装置。
6. 運行管理を行う管制サーバに無線通信回線を介して接続され、前記管制サーバからの指
   示に従って予め規定された走行規定領域を自律走行する作業車両であって、
   自車両の位置を取得する位置取得装置と、
   前記走行規定領域に設定され、前記作業車両が自律走行する走行区間を保持する走行区
   間保持部と、
   前記作業車両が到達する前記走行規定領域の外側の目標位置を設定する目標位置設定部
   と、
   前記位置取得装置によって取得された前記作業車両の位置から前記目標位置設定部によ
   って設定された前記目標位置までの前記作業車両の走行距離を測定する測距部と、
   前記作業車両が前記走行区間保持部によって保持された前記走行区間の外側へ移動し、
   前記測距部で測定された前記走行距離を前記目標位置に向かって自律走行するように制御
   する自律走行制御部とを備えたことを特徴とする作業車両。