JP2003261958A

JP2003261958A - モータグレーダの障害物自動回避装置

Info

Publication number: JP2003261958A
Application number: JP2002063764A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Sakai; 幸尚坂井
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】オペレータの心労を軽減できる、障害物との
衝突を回避できる、及び、実用上の効率化施工を図るこ
とができる等の少なくとも一つを達成できるモータグレ
ーダの障害物自動回避装置の提供。【解決手段】走行作業中の作業機(1)に衝突する虞の
ある障害物(2)の位置を予め消去自在かつ書き込み自在
に書き込んだディジタルマップ(3a)を備え、別途備えた
ＧＰＳ(4)からの位置情報を基に車体又は作業機(1)の現
在位置(P1)をディジタルマップ(3a)上に書き込むと共
に、現在位置(P1)を障害物(2)の位置(P2)からの第１所
定距離(L1)と比較し、現在位置(P1)が第１所定距離(L1)
内に入ったとき、作業機(1)の障害物(2)との非衝突所定
姿勢まで、所定動作順序で作業機(1)を駆動させる第１
制御信号(S1)を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータグレーダの
障害物自動回避装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータグレーダは、よく知られたもので
ある。大略説明すれば、車体の前後方向中央部に作業機
なるブレードを備える。また、アタッチメント作業機と
して、例えば後部に粗面成形爪等を着脱自在とされ、前
面にスノウプラウ等を着脱自在とされる。ここに、例え
ばブレードは、油圧モータ及び油圧シリンダ等のアクチ
ュエータの駆動によって垂直軸回り及び前後軸回りの旋
回と、昇降と、左右方向の揺動及びスライドとを自在と
されている。これら作業機（以下、ブレードを例とす
る）により、モータグレーダは、走行しつつ、路面及び
広場等の補修・整地・敷きならし、法面の切取り・仕上
げ、溝の掘削・整形並びに除雪等の精密作業等に従事す
る。ところで、これら作業は殆どが公路上で行われるた
めに、オペレータは、上記作業に対する気遣いは当然と
しても、モータグレーダの歩行者及び他車両等との接触
回避並びに交通ルール尊守に対してより多大な気遣いを
払っている。従って、オペレータは、細心の注意を払っ
ていても、路面又は路肩から突出したキャッツアイ、植
え込みブロック等の障害物は元より、デリネータ及び橋
の欄干等の障害物までも見逃してブレードがこれらに衝
突する虞がある。とりわけ、路面融雪用散水ノズル、橋
梁の路面ジョイント及びマンホールの蓋等は僅かに路面
から上方へと突出しているものが多く、作業機がこれら
障害物に衝突する虞がある。

【０００３】そこで、例えば特開平１０−３８５８６号
公報には、「ＤＧＰＳ情報で補正された実車のＧＰＳ位
置から予め記憶した走路上の複数障害物の各位置までの
距離を演算し、最も近い障害物までの距離が当該障害物
について予め定めた警報距離内であるとき、又は、警報
距離外でも最も近い障害物までの距離がそのときの車速
から見て障害物に対する衝突距離であるとき、オペレー
タが解除ボタンを押すまでは警報を自動的に繰り返し発
する作業車両の障害物警報装置」が記載されている。
尚、警報は警音と、障害物名（例えばマンホール）等の
表示とである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術は、ＤＧＰＳ情報とＧＰＳとを用いて自動警報を発す
るものの、走行経路における障害物の数は非常に多い。
従って、仮にオペレータがその存在を予め知っているも
のがあっても、当該障害物への接近時に警報が鳴り出
し、うるさく感ずる不都合がある。そして、警報を停止
させるには、解除ボタンを押す必要があるが、この操作
の増加分だけオペレータにとっては操作アイテムが増え
ることとなるから、実用上の効率化施工に疑問が残る。

【０００５】本発明は、上記従来技術の不都合に鑑み、
オペレータの心労を軽減できる、障害物との衝突を回避
できる、及び、実用上の効率化施工を図ることができる
等の少なくとも一つを達成できるモータグレーダの障害
物自動回避装置の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明のモータグレーダの障害物
自動回避装置は、第１に、走行作業中の作業機に衝突す
る虞のある障害物の位置を予め消去自在かつ書き込み自
在に書き込んだディジタルマップを備え、別途備えたＧ
ＰＳからの位置情報を基に車体又は作業機の現在位置を
ディジタルマップ上に書き込むと共に、現在位置を障害
物の位置からの第１所定距離と比較し、現在位置が第１
所定距離内に入ったとき、作業機の障害物との非衝突所
定姿勢まで、所定動作順序で作業機を駆動させる第１制
御信号を出力することとした。

【０００７】上記第１構成によれば、モータグレーダは
走行速度を落とすことなく、かつ作業機が障害物と衝突
することなく作業を実施できるために、オペレータの心
労を軽減でき、従って、作業効率が向上する。

【０００８】第２に、上記第１構成において、現在位置
が第１所定距離内から出たとき、前記第１制御信号の出
力を停止するのがよい。いつまでも自動制御させるので
はなく、現在位置が第１所定距離内から出たとき直ちに
オペレータによるマニュアル制御に戻すことで、操作自
由度の高い作業を行える。

【０００９】第３に、上記第１構成において、現在位置
が第１所定距離内から離脱したとき、前記所定動作順序
とは逆の動作順序で作業機を駆動させる第２制御信号を
出力するのがよい。自動化は作業能率を高めるが、例え
ば橋梁の路面ジョイントではジョイント前後で路面高さ
が異なることがある。かかる場合は、上記第２構成のオ
ペレータによるマニュアル制御に戻す対応が望ましい。
これに対し、マンホールの蓋等では、蓋の前後で路面高
さが異なることは、殆どない。かかる場合に好適に対応
するのがこの第３構成である。

【００１０】第４に、上記第１、２又は３構成におい
て、制御信号出力時、別途備えた警報機に警報を発生さ
せる第３制御信号を出力するのが望ましい。例えば雪下
のマンホール蓋等は、除雪後でなければ、その存在はわ
からない。しかるに、作業機は自動回避動作を行うか
ら、オペレータが驚く場合も多々あろう。従って、例え
ば柔らかな警報を鳴らすことが望ましい。警報としては
例えば「前方何ｍにサイズ何々のマンホール！自動回避
実効！自動回避実効！」等と、音声警報を繰り返す等の
工夫を施すことがより望ましい。

【００１１】第５に、上記第１、２又は３構成におい
て、現在位置を第１所定距離よりも長い障害物の位置か
らの第２所定距離と比較し、現在位置が第２所定距離内
に入ったとき、少なくとも第２所定距離から第１所定距
離までの間、別途備えた警報機に警報を発生させる第３
制御信号を出力するようにしてもよい。このようにする
と、作業機の回避動作前に、オペレータは雪下の障害物
の存在と、作業機の自動回避動作とを予め知り、驚くこ
とがない。即ち、交通安全操作への配慮がし易くなる。

【００１２】第６に、上記第１、２、３、４又は５構成
において、前記ディジタルマップは、現在位置と障害物
の位置と共に表示器上で表示自在とした。このようにす
ると、オペレータはモータグレーダの障害物への接近状
態を表示器上で視認できる。従って、例えば夜間作業及
び障害物が雪下に有る等、障害物の実物を視認できない
ときでも、表示器を見つつ先を予想しての快適作業を行
える。障害物は表示器において、その名称、サイズ、形
状及び作業機回避動作等を表示するのがよい。

【００１３】第７に、上記第１、２、３、４、５又は６
構成において、制御信号を外部から無効化させる無効化
指令入力部を備えることが望ましい。即ち、自動化解除
の割り込み信号を制御装置に与えることが望ましい。こ
のように、オペレータのマニュアル操作に委ねることを
自在とするにより、落石や雪崩等に対する緊急停止及び
緊急加速等の安全作業を達成できる。

【００１４】

【発明の実施の形態及び実施例】本発明に係わるモータ
グレーダの障害物自動回避装置の実施例を、図面を参照
し説明する。

【００１５】図１は、モータグレーダの障害物自動回避
装置のブロック図である。モータグレーダＧ（以下単に
「例機Ｇ」とする）は、作業機なるブレード１を備えて
除雪作業に従事しているものとする。ブレード１は、油
圧モータ（不図示）によって垂直軸回りに旋回自在とさ
れ、左右２本の昇降用油圧シリンダ（右側昇降用油圧シ
リンダは不図示）によって昇降自在、かつ前後軸回りに
旋回自在とされると共に、ドローバＧ１に対する水平揺
動シリンダによって左右方向（紙面垂直方向）へ揺動自
在、かつスライドシリンダ（不図示）によって左右方向
へスライド自在とされている。

【００１６】そして、例機Ｇは、ＧＰＳ受信アンテナ４
を備えると共に、キャビンＧ２内に警報機５、表示器
３、無効化指令入力ボタン６及び制御装置１０を備え、
これらは電気信号的に接続されている。制御装置１０
は、各種コマンド入力部１０ａ及び読み取り・書き込み
装置１０ｂを有する。そして、制御装置１０は、その出
力の入力先の一つとして、上記各アクチュエータ（油圧
モータ、左右昇降用油圧シリンダ、水平揺動シリンダ、
スライドシリンダ）の各駆動指令部７に電気信号的に接
続されている。尚、前記「特許請求の範囲」に記載の
「モータグレーダの障害物自動回避装置」は上記「制御
装置１０」に対応する。詳しくは次の通り。

【００１７】ＧＰＳ(Global Positioning System)はよ
く知られるところであるから、ここでは周知説明は省略
する。本実施例では、ＧＰＳ受信アンテナ４からの位置
確定情報は、制御装置１０において予め記憶した幾何数
式の関係からブレード１の現在位置Ｐ１に変換される。
本発明では、これをＧＰＳによるブレード１の現在位置
Ｐ１の確定としている。尚、説明の便宜上、以下、ＧＰ
Ｓ受信アンテナの符号４をそのままＧＰＳの符号４とす
る。表示器３には、例機Ｇの走行地域地図（いわゆる
「ディジタルマップ３ａ」である）が拡縮自在に表示さ
れる。マップ３ａ上には前記ブレード１の現在位置Ｐ１
と、障害物２の位置Ｐ２とが表示される。障害物２は走
行作業中の作業機１に衝突する虞のあるものとして予め
制御装置１０に入力し記憶し、マップ３ａ上に表示され
るものである。より具体的には、その入力は、コマンド
入力部１０ａから直接入力するか、又は、別途入力済み
のＣＤ−ＲＯＭ等のハードディスク、フロッピデスク、
メモリ素子等の携帯自在の記録媒体１０ｃを読み取り・
書き込み装置１０ｂに挿入され、これら情報を制御装置
１０が読み込んで行われる。尚、前者コマンド入力部１
０ａとはテンキー、英数字キー等の情報入力キーを含む
概念であり、この入力部１０ａからの直接入力は、予め
行うテーチング走行を基に行ってもよい。即ち、予定走
路を例機Ｇで事前走行し、障害物２を発見するごとに、
その位置及び詳細情報を入力する。除雪作業中に新たな
固定的障害物２を発見した場合でも同様である。尚、テ
ーチング走行は、例機Ｇで行われることのみに限定され
ず、他の自動車及びモータバイク等の自走車両のＧＰＳ
を利用し、又は、携帯したＧＰＳ装置等を利用して障害
物２を発見するごとにその位置及び詳細情報を記憶し、
その情報を上記読み取り・書き込み装置１０ｂ等から制
御装置１０に読み込んでも構わない。そして、本実施例
では、例機Ｇの進行方向で例えば２００ｍ以内の障害物
２のみの位置を表示する。尚、画面右側には、コマンド
入力部１０ａによって消去自在に表示ボックス３ｂが表
示され、表示ボックス３ｂ内に、各障害物の名称、サイ
ズ、形状及び回避動作等の詳細が、例えば上から順に、
かつ例機Ｇに対し最近のものから最遠のものの順に文字
表示される。警報機５は、制御装置１０の出力指令を受
けてオペレータに対して警告音を発するものである。制
御装置１０のコマンド入力部１０ａは、上記以外にも各
種ある。これらは追って説明する。制御装置１０の読み
取り・書き込み装置１０ｂは、前述の通りであり、いわ
ゆるスタンドアロンを達成させる。制御装置１０の無効
化指令入力ボタン６は、制御装置１０の出力機能を停止
させるものである。つまり、割り込み信号入力源であ
る。即ち、本願発明は、モータグレーダ（例機Ｇ）の障
害物自動回避装置であり、自動化であるが、この自動化
を無効化指令入力ボタン６はキャンセルして全ての操作
又は所定の操作をオペレータによるマニュアル操作に切
り換える指令入力部である。アクチュエータ駆動指令部
７とは、間単に言えば、例機Ｇの不図示の油圧回路操作
弁である。ここに、この油圧回路操作弁にソレノイドを
設け、通常はオペレータからのマニュアル操作指令に基
づき作動して上記各アクチュエータを作動させるが、制
御装置１０からの指令を受けると、オペレータからのマ
ニュアル操作指令に優先してソレノイドが作動して上記
各アクチュエータを作動させるものである。

【００１８】以下、制御装置１０による自動制御動作を
説明する。尚、この動作は、制御プログラムとして制御
装置１０に記憶される。もっとも、前記記録媒体１０ｃ
に動作プログラムを記憶させておき、制御装置１０は読
み取り・書き込み装置１０ｂを介してこれを読み込むよ
うにしてもよい。

【００１９】（ステップ１）ＧＰＳ４からの位置情報を
基にブレード１の現在位置Ｐ１を算出する。（ステップ２）ブレード１の現在位置Ｐ１をディジタル
マップ３ａ上に書き込む。（ステップ３）ブレード１の現在位置Ｐ１を障害物２の
位置Ｐ２からの第１所定距離Ｌ１と比較する。（ステップ４）現在位置Ｐ１が第１所定距離Ｌ１内に入
ったとき、オペレータの操作に係わらず、作業機１の障
害物２との非衝突所定姿勢まで、ブレード１を引き上げ
る第１制御信号Ｓ１を出力する。（ステップ５）ブレード１の現在位置Ｐ１を障害物２の
位置Ｐ２からの第１所定距離Ｌ１と比較する。（ステップ６）ブレード１の現在位置Ｐ１が第１所定距
離Ｌ１内から出たとき、第１制御信号Ｓ１の出力を停止
する。即ち、オペレータの自在操作に委ねられる。

【００２０】上記動作プログラム（ステップ１〜６）に
よれば、ブレード１が障害物２上を衝突することなく通
過するために、障害物２が損傷する不都合がない。また
何よりも、車速が減速しないために、除雪能率を高く維
持できる。また、ブレード１が障害物２上を自動的に通
過するため、オペレータの心労を軽減できる。尚、自動
化は、作業能率上、極めてよいが、例えば橋梁の路面ジ
ョイントではジョイント前後で路面高さが異なることが
ある。かかる場合でも、上記ステップ３で、ブレード１
の現在位置Ｐ１が第１所定距離Ｌ１内から出たとき、第
１制御信号Ｓ１の出力を停止してオペレータによるマニ
ュアル操作に委ねえられるから、ブレード１が路面を削
る等といった不都合も生じない。

【００２１】他の実施例を例示列挙する。

【００２２】（１）上記ＧＰＳ４による位置情報を、Ｄ
ＧＰＳ（Differential Global Positioning System、デ
ィファレンシャルＧＰＳ、補正測位方式）による補正情
報で補正し、これにより位置検出の高精度化（つまり
「自動制御の高精度化」である）を図ってもよい。ＤＧ
ＰＳについては、前記従来技術（特開平１０−３８５８
６号公報）に分かり易く解説してあるが、この従来技術
に記載のＦＭ音声多重式及び中波ビーコン式等の擬似距
離補正方式だけでなく、測位位置補正方式のＤＧＰＳで
もよい。また、厳密にはＤＧＰＳに含めることに異論は
あるが、ＫＧＰＳ（キネマティックＧＰＳ）、ＰＴＫＧ
ＰＳ（リアルタイムキネマティックＧＰＳ）、ストップ
アンドゴー、リオキュペーション等の多くの搬送波位相
測位方式のＤＧＰＳでもよい。また、ロシアが打ち上げ
た衛星によるＧＰＳと、アメリカが打ち上げ衛星による
ＧＰＳとの２つの位置情報で補正し合うだけで高精度
（数センチ単位）の位置検出を極めて安価に行うものも
ある。尚、かかる高精度位置検出を行う場合は、上記実
施例のように単にブレード１の昇降だけで障害物２を回
避するのではなく、各アクチュエータに作動検出センサ
（油圧モータには例えばエンコーダ、油圧シリンダには
例えばストロークセンサ等）を装着し、ブレード１の現
在姿勢を演算し、例えばブレード１の右端に障害物２が
衝突する虞のあるときは左昇降シリンダを少し上げ、か
つ右昇降シリンダをより多く上げる、ブレード１を旋回
させる、ドローバＧ２を作動させる、及び、ブレード１
をスライドさせる等の制御プログラムに基づく回避姿勢
の動作を制御装置１０によってサーボ制御させ、これに
より、障害物２との衝突を微妙に回避させると共に、障
害物２回りの除雪残しを極力少なくすることが望まし
い。

【００２３】（２）上記実施例のステップ６の「ブレー
ド１の現在位置Ｐ１が第１所定距離Ｌ１内から出たと
き」に「前記所定動作順序とは逆の動作順序でブレード
１を駆動させる第２制御信号Ｓ２を出力する」としても
よい。説明するまでも無く、ブレード１は障害物２との
衝突回避後、自動的に回避前の姿勢に戻り、オペレータ
の負担を軽減する。このようにすると、障害物２が例え
ば前後で路面高さが異なる橋梁の路面ジョイントでな
く、前後で路面高さが異なることの少ないマンホールの
蓋等では、ブレード１が自動的に回避前の姿勢に戻って
も路面を傷つけることがないために、極めて好適だから
である。尚、上記ステップ６の動作プログラム部と、本
代替動作プログラム部とを切り換えるコマンドボタン
（不図示）をオペレータ席の近傍位置に設けておくこと
が望ましい。

【００２４】（３）上記各実施例における制御信号出力
時に、警報機５に警報を発生させる第３制御信号Ｓ３を
出力してもよい。雪下のマンホール蓋等は除雪後でなけ
ればその存在が分からない。しかるに、例機Ｇのブレー
ド１が自動上昇するから、オペレータが驚く場合もあ
る。従って、警報を鳴らすことが望ましい。尚、制御装
置１０に第１所定距離Ｌ１よりも長い障害物２の位置Ｐ
２からの第２所定距離Ｌ２を予め記憶させておき、制御
装置１０で現在位置Ｐ１を第２所定距離Ｌ２と比較し、
現在位置Ｐ１が第２所定距離Ｌ２内に入ったとき、前記
第３制御信号Ｓ３を、少なくとも第２所定距離Ｌ２から
第１所定距離Ｌ１までの間、前記警報機５に警報を発生
させる第３制御信号Ｓ３として出力するようにしてもよ
い。このようにすると、ブレード１が自動上昇する前
に、オペレータは雪下の障害物の存在と、ブレード１の
自動上昇とを予め知り驚くことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例装置のブロック図である。

【図２】制御装置が司る動作プログラム例のフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１：作業機、２：障害物、３：表示器、３ａ：ディジタ
ルマップ、４：ＧＰＳ、５：警報機、６：無効化指令入
力部、Ｌ１：第１所定距離、Ｌ２：第２所定距離、Ｐ
１：車体又は作業機の現在位置、Ｐ２：障害物の位置、
Ｓ１：第１制御信号、Ｓ２：第２制御信号、Ｓ３：第３
制御信号。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行作業中の作業機(1)に衝突する虞の
ある障害物(2)の位置を予め消去自在かつ書き込み自在
に書き込んだディジタルマップ(3a)を備え、別途備えた
ＧＰＳ(4)からの位置情報を基に車体又は作業機(1)の現
在位置(P1)をディジタルマップ(3a)上に書き込むと共
に、現在位置(P1)を障害物(2)の位置(P2)からの第１所
定距離(L1)と比較し、現在位置(P1)が第１所定距離(L1)
内に入ったとき、作業機(1)の障害物(2)との非衝突所定
姿勢まで、所定動作順序で作業機(1)を駆動させる第１
制御信号(S1)を出力することを特徴とするモータグレー
ダの障害物自動回避装置。
【請求項２】現在位置(P1)が第１所定距離(L1)内から
出たとき、前記第１制御信号(S1)の出力を停止すること
を特徴とする請求項１記載のモータグレーダの障害物自
動回避装置。
【請求項３】現在位置(P1)が第１所定距離(L1)内から
離脱したとき、前記所定動作順序とは逆の動作順序で作
業機(1)を駆動させる第２制御信号(S2)を出力すること
を特徴とする請求項１記載のモータグレーダの障害物自
動回避装置。
【請求項４】制御信号出力時、別途備えた警報機(5)
に警報を発生させる第３制御信号(S3)を出力することを
特徴とする請求項１、２又は３記載のモータグレーダの
障害物自動回避装置。
【請求項５】現在位置(P1)を第１所定距離(L1)よりも
長い障害物(2)の位置(P2)からの第２所定距離(L2)と比
較し、現在位置(P1)が第２所定距離(L2)内に入ったと
き、少なくとも第２所定距離(L2)から第１所定距離(L1)
までの間、別途備えた警報機(5)に警報を発生させる第
３制御信号(S3)を出力することを特徴とする請求項１、
２又は３記載のモータグレーダの障害物自動回避装置。
【請求項６】前記ディジタルマップ(3a)は、現在位置
(P1)と障害物(2)の位置(P2)と共に表示器(3)上で表示自
在とされていることを特徴とする請求項１、２、３、４
又は５記載のモータグレーダの障害物自動回避装置。
【請求項７】制御信号を外部から無効化させる無効化
指令入力部(6)を備えることを特徴とする請求項１、
２、３、４、５又は６記載のモータグレーダの障害物自
動回避装置。