JP6751588B2 - 自律走行用制御装置および自律走行方法 - Google Patents
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Description
この問題点について、図7を参照して説明する。例えば、図7(a)に示すように、振動ローラが一つ目の第1分割点に向かって走行していたとする。そして、振動ローラが第1分割点を通過した時点で、第1分割点からその次に近い二つ目の第2分割点に振動ローラの目標を変更し、ステアリングの修正を行う(図7(b)参照)。この際、走行しながらステアリングの修正動作を行うために遅れが発生し、計画線に戻れずに蛇行してしまう(図7(c)参照)。これにより、図7(d)に示すように、振動ローラは蛇行走行を繰り返すことになる。
なお、一定量蛇行してしまうことは、走行精度の観点からある程度は生じるものであるが、走行精度を維持しながらも人間が操作したように走行が滑らかな制御が望まれている。
本発明の発明者は、このようなアーティキュレート機構の特性上、運転中の操縦者(搭乗による操縦および遠隔操作による操縦を含む)の意識は前輪にあり、前輪を基準にして操縦することで蛇行の少ない走行を実現していることに着目した。具体的には、前輪の位置の目標としているものは、隣の車線との間にできる轍であり、操縦者は、この轍と前輪の走行ラインとが所定のラップ長を確保しながら隣の車線と平行になるようにハンドル操作を行う。本発明は、人間の操縦による建設機械の走行を自律走行で実現させるものである。
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きである。
この自律走行用制御装置は、走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する制御信号を出力する。
また、自律走行用制御装置は、前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にするための制御信号を出力する。
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きである。
この自律走行方法では、走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する。
また、前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にする。
各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、参照する図面における部材の寸法は、説明を明確にするために誇張して表現されている場合がある。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
自律走行方法とは、建設機械にセンサ類を搭載させて、予め設定された計画線に沿って建設機械を走行させることを言う。本実施形態では、建設機械の自律走行に伴い無人化された施工も同時行うので「無人化施工」と呼ぶ場合もある。本実施形態に係る自律走行方法を用いた無人化施工システムMを図1(a)に示す。
トータルステーション2は、走行する振動ローラ1を自動追尾して、振動ローラ1の位置情報を周期的(例えば、300ミリ秒)にホストPC3に対して送信する。トータルステーション2は、例えば、振動ローラ1の走行を妨害しない場所であると共に、振動ローラ1の自動追尾が常に可能な位置に設置されている。
ホストPC3は、施工管理者により操作されるものである。施工管理者は、ホストPC3に施工条件を予め登録し、その後に施工開始の指示を入力する。これらの情報は、振動ローラ1に送信される。そして、送信が完了されると振動ローラ1による無人化施工が開始される。
また、無人化施工が行われている期間、ホストPC3は、トータルステーション2から受信した振動ローラ1の位置情報を振動ローラ1に対して送信する。
一方、ホストPC3は、振動ローラ1の機体情報を振動ローラ1から周期的に受信し、この機体情報を表示画面に表示する。機体情報は、振動ローラ1の状態が確認できるものであればよく、例えば、振動ローラ1の進行方向、速度、ステアリング角度等であってよい。施工管理者は、ホストPC3に表示される振動ローラ1の機体情報を確認することで、施工の進行状況を把握することが可能である。なお、施工管理者は、施工開始の指示を行った後は、原則として振動ローラ1に対して指示を行わない。
転圧路情報には、転圧路数、各転圧路を特定するための座標(x,y)および車線変更幅などが含まれる。図1(b)に示すように、上下方向に直線状に転圧する場合には、各転圧路を特定するための座標として各転圧路の中心線の両端の座標(x,y)が与えられ、また、車線変更幅として隣り合う転圧路の中心線同士の離間距離が与えられる。
図2を参照して、振動ローラ1(省略して「ローラ」と呼ぶ場合がある)の構成について説明する。振動ローラ1は、車体10と、車体10の前後に取り付けられた二つの鉄輪11,11と、車体10の下部に配置されたアーティキュレート機構12と、車体10の上部に設置された全周プリズム13および通信アンテナ14と、自律走行用制御装置15と、機体情報取得手段S(図4参照)とで構成されている。振動ローラ1は、鉄輪11,11の回転方向を変更することで、前進および後進が可能である。
鉄輪11は、図示しない振動を発生する装置を備え、振動しながら回転することで地面を転圧する。以下では、前側の鉄輪11を前輪11aと呼び、後側の鉄輪11を後輪11bと呼ぶ場合がある。前輪11aは前進時における自律走行の制御の基準になり、また、後輪は後進時における自律走行の制御の基準になる。詳細は後記する。
姿勢検出センサS1は、振動ローラ1の方位角G(deg)を検出するものである。姿勢検出センサS1は、例えば、MEMS型ジャイロであって、車体10の内部に設置される。方位角G(deg)は、自律走行用制御装置15に受け渡され、慣性航法(INS)を用いた現在位置の算出などに用いられる。なお、トータルステーション2により取得された振動ローラ1の位置情報は、姿勢検出センサS1のドリフトの補正に用いられる。
なお、ここでの「平行」とは、厳密な意味での平行でなくてもよく、所定の誤差(例えば、±5°)があっても平行に含まれることにする。平行における誤差は、始点から目標点までの距離や位置ずれの許容範囲の幅などによって予め決められてもよいし、転圧路の目標点において振動ローラ1の位置ずれ量が許容範囲を維持できる程度の角度であってもよい。
・レーン数:15レーン(階段状10m〜44m)
・走行速度:時速1km
・ラップ長:20cm
・施工回数:無振動1往復、有振動1往復
・施工範囲:832m2
図6を参照すると、従来技術の制御に比べて本発明の制御を用いた方が、転圧路の中心線(基準線)からの位置ずれ量(m)が全体的に小さいことが分かる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。実施形態の変形例を以下に示す。
しかしながら、これら二つの判定を別々の閾値を用いて行ってもよい。例えば、第1閾値を用いて振動ローラ1を転圧路の中心線に戻す判定を行い、第2閾値を用いて振動ローラ1の向きを転圧路の中心線と平行にする判定を行ってもよい。このようにすることで、振動ローラ1の走行位置の制御をより詳細に行うことができる。
例えば、建設機械は、アーティキュレート機構を備えたダンプトラックでもよく、その場合の走行路は、トンネル工事を行っているトンネル坑内や採石場における搬送用道路であってよい。前者であれば、例えば、ダンプトラックは発破作業による生じたズリをトンネル坑外に搬送し、後者であれば、例えば、ダンプトラックは採石現場で採掘された岩石を採石場の場外に搬送する。
なお、走行路は直線のみならず、曲線が含まれていてもよい。曲線が含まれている場合、例えば、当該部分の走行は、複数の直線の走行路の組合せとして制御を行うようにする。
2 トータルステーション
3 ホストPC
10 車体
11a 前輪(鉄輪)
11b 後輪(鉄輪)
12 アーティキュレート機構(操向装置)
12c センターピン
13 全周プリズム
14 通信アンテナ
15 自律走行用制御装置
S1 姿勢制御センサ
S2 速度検出センサ
S3 ステア角度検出センサ
S4 前方探査センサ
Claims (2)
- 自律走行する建設機械を制御する自律走行用制御装置であって、
前記建設機械は、前輪および後輪を有するアーティキュレート機構を備え、
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、
前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きであり、
走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する制御信号を出力し、
前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、前記走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にするための制御信号を出力する、
ことを特徴とする自律走行用制御装置。 - 建設機械を自律走行させる自律走行方法であって、
前記建設機械は、前輪および後輪を有するアーティキュレート機構を備え、
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、
前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きであり、
走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正し、
前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、前記走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にする、
ことを特徴とする自律走行方法。
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