JP2006522881A - 自動化された地面突固めのためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

地面突固めシステムは、走行及び操舵可能な地面突固め装置（３）及び制御装置（５）を有している。この制御装置（５）は、突き固めようとする面（１）及び所属の面境界線（２）をオペレータによって規定するための面規定装置（６）を有している。更に、地面突固め装置（３）の目下の位置を検出するための位置検出装置（１８）が設けられている。走行センサ（８ａ；８ｂ）は、地面突固め装置（３）が各面境界線（２）を通過せずに、面（１）内で走行を続けるように地面突固め装置（３）の走行運動の目標値を規定することによって、地面突固め装置（３）の走行方向を転換する。補足的に、走行経路（４）を規定するための経路プランニング装置（７）が設けられていてよく、この場合、地面突固め装置（３）が走行経路規定を守ると、突き固めようとする面（１）を少なくとも１回は完全に通過するということが保証されている。このようにして、オペレータによって規定された面（１）内での地面の自動突固めを可能にする。

Description

本発明は、自動化された地面突固めのためのシステム及び方法に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書から、走行方向安定化装置を備えた走行可能な地面突固め装置が公知である。この地面突固め装置は、当該の地面突固め装置の実際の走行運動を検出するための運動検出装置を有している。実際の走行運動は、オペレータによって規定された目標値と比較される。例えばエラーに基づき場合によっては生じる偏差は自動的に走行制御装置によって修正される。これにより、例えば振動プレート又はローラ等の地面突固め装置は安定してオペレータによって規定された走行経路を辿る。

走行方向安定化装置によって、既に著しくオペレータの作業を軽減することが可能である。地面突固め装置（ここでは振動プレート）の、走行の特に一時的な確率論的なエラーは自動的に修正されるので、地面突固め装置が規定されたコースから一時的に外れた場合でも、オペレータは対応策を講じる必要はない。但し、特に比較的大きな面積の突固めは、地面突固め装置を合理的に走行させ且つ当該面積を完全に突き固めることを保証するために、オペレータに依然として高い集中を要求する。地面突固め装置の比較的低速の移動に基づいて、作業はきつく疲れてしまう恐れがある。従って、操作快適性を付加的に改善することが望ましい。

米国特許第６１１３３０９号明細書から公知の、複数のローラバンデージから成るローラ装置は、規定された区間を自動的に辿り、これにより地面を突き固める。突固め区間の規定は、機械的な装置によって、例えば突き固めようとする地面へのマーキング等により行われるか、又は突き固めようとするアスファルトの生産時に予め検出されたＧＰＳデータに基づいて行われる。これらの手段の目的は、一様な突固めを達成するために、ローラ装置をできるだけ正確にアスファルトの側縁部に沿って走行させるという点にある。

本発明の課題は、地面突固め装置の操作性、操作快適性及び経済性を大幅に改善することのできる地面突固めシステム及び所属の方法を提供することである。

この課題は、本発明に基づき請求項１記載の地面突固めシステム並びに請求項２７及び２８記載の自動化された地面突固め法によって解決される。本発明の有利な構成は、従属請求項において規定されている。

本発明では、地面突固めシステムに例えば振動プレート又はローラ等の走行・操舵可能な地面突固め装置及び制御装置が装備されており、しかも、この制御装置は面規定装置、位置検出装置及び走行センサを有している。面規定装置は、突き固めようとする面及び所属の面境界線のオペレータによる規定に役立つ。即ち、オペレータは突き固めようとする面についての情報を地面突固めシステムに入力するか、又は該システムに面境界線を他の方法で知らせる手段を有している。

位置検出装置は、地面突固め装置の目下の位置を検出するために役立ち、面境界線付近の地面突固め装置の位置を、つまり、地面突固め装置が面境界線に接近する度に検出することが少なくとも可能でなくてはならない。

最後に、走行センサによって地面突固め装置の走行方向を変更することが可能である。このためには、地面突固め装置は走行運動に関する目標値を、当該の地面突固め装置が各面境界線を越えて走行するのではなく、面の内側で走行を続けるように、走行センサによって規定される。これにより、地面突固め装置が各面境界線に接近し且つ変更無しで走行を続けて面境界線を越える危険のある場合は、走行センサが走行方向を転換させることによって、面境界線を越えた走行を防ぐために適当な措置を講じることができる。このために走行センサは後で説明する様々な規則に従っていてよい。

本発明の特に有利な構成では、位置検出装置が、少なくとも面境界線に対する地面突固め装置の接近を検出するために形成されており、しかも、位置検出装置が面境界線への接近を検出した場合は、走行方向が走行センサによって変更可能である。

位置検出装置は面境界線に対する地面突固め装置の接近を検出するだけで済み、面全体の内側の地面突固め装置の実際の位置を永続的に検出する必要はないということに基づいて、当該の位置検出装置は比較的簡単に延いては廉価に構成され得る。地面突固め装置が各面境界線に接近したときだけ、例えば１メートルの規定された間隔値を下回った場合にのみ、位置検出装置は信号を送信する必要がある。

この信号は走行センサによって受信され、面境界線の通過を防止するためには、この走行センサが走行方向転換の措置を講じる。

面規定装置は、面境界線の規定を機械的、光学的、磁気的、誘導的又は容量的な手段を用いて可能にする。特に簡単なのは、例えば張設された線材を用いた面境界線のマーキングであり、地面突固め装置はこの線材を通過してはならない。位置検出装置として働くアンテナ又は適当なセンサが、線材に対する地面突固め装置の接近を検出して、所要の接近信号を走行センサに伝達することができる。

これに対して択一的に、面境界線は例えば吹き付けられたカラーマーク又はレーザビームによっても規定され得、この場合、光学的な信号を評価するために、位置検出装置は光学的な手段（光検出器、カメラ等）を有している。

走行センサが、最初の走行方向に対する走行方向転換を、全突固め過程の間に規定された一定の角度で生ぜしめると、特に有利である。つまり、振動プレートは面境界線に到達すると、その都度規定された角度で左右いずれかに向かって曲がり、次いで直進方向で走行を続ける。この場合、曲がる方向は、地面突固め装置が曲がった後で更に近くに位置する面境界線を通過しようとするようには選択されないということが当然保証されていなければならない。従って、転換角度が９０°よりも小さな鋭角であり、これにより、地面突固め装置が鋭角で面境界線から「反射」されると、特に有利であってよい。

これに対して択一的に本発明の別の構成では、「曲がり角度」がその都度変わり且つ偶然の原理に基づいて（又は規定された表から）走行センサによって選択されるということが可能である。

これらの手段は、地面突固め装置が突き固めようとする面を偶然に通過することを保証するために適している。これにより、時間の経過と共にほぼ全面を完全に通過することが可能である。突固めプロセスの終盤で個々の地面範囲をまだ通過しておらず延いては突き固めていない場合は、オペレータが後からマニュアルで介入して、当該の面を所望のように突き固めることが可能である。

本発明の特に有利な別の構成では、規定された面に基づく走行経路（コース）を予め規定するための経路プランニング装置が設けられており、この場合、地面突固め装置が走行経路規定を守ると、突き固めようとする面を少なくとも１回は完全に通過する。

つまり、面規定装置にメモリされた、突き固めようとする面及び所属の面境界線に関する情報に基づいて、突き固めようとする面を通過するために地面突固め装置が辿らねばならない走行経路をプランニングすることができる。走行経路プランニングは、コンピュータに助成されて自動化して実施することができ、この場合、地面突固め装置の幅も考慮される。但し、単純に切られた面においては、走行経路プランニングをオペレータに任せるも可能である。オペレータは、例えば画像スクリーンに示された面に走行経路を書き込むことによって走行経路座標を規定するだけで済む。

有利には、位置検出装置は面境界線内の地面突固め装置の目下の位置を常時検出するために形成されている。つまり、位置検出装置は常に地面突固め装置の正確な位置を（場合によっては走行方向までも）識別している。

この構成において、走行センサは位置検出装置から伝達される地面突固め装置の目下の位置と、経路プランニング装置から供給される走行経路規定との比較に基づき、地面突固め装置の走行運動のための目標値を規定するように形成されている。この目標値は、地面突固め装置が走行経路規定に従うように選択される。

これにより、特に有利なこの構成では、突き固めようとする面の座標を入力した後で、地面突固め装置が自動的に辿る走行経路を規定することが可能である。走行センサは、地面突固め装置の位置が規定された走行経路から外れないということを保証する。むしろ、走行センサは地面突固め装置の駆動装置に影響を及ぼすことによって、特に送り及び操舵に関して、地面突固め装置が規定された経路を辿るということを保証する。

本発明の特に有利な別の構成では、面規定装置が、その時々の滞在位置の絶対的な地理学上の位置座標を規定するための座標検出装置を有している。更に、突き固めようとする面範囲についての地理学上の位置情報を有するメモリが面規定装置と接続されている。

これにより、面規定装置は、突き固めようとする面の位置する地域に関する所要の位置情報を用意し、場合によってはオペレータに提示することが可能になる。例えば、面規定装置はＧＰＳ受信機を用いてその滞在位置を規定し且つ磁気光学式のメモリ媒体（ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＯＭ）から所属の位置データを読み取って、ディスプレイ上でオペレータに表示することができる。この場合、オペレータは簡単に画像スクリーン上で、突き固めようとする面を規定するための所要規定を入力することができる。このためには、面境界線が絶対的な位置座標によって規定可能であると有利である。

絶対的な位置座標による面境界線の規定は、位置検出装置が地面突固め装置の絶対的な位置座標を規定する場合も特に有利である。この場合、その時々の座標が適宜合致され得る。

走行経路規定もやはり、経路プランニング装置によって絶対的又は相対的な地理学上の位置座標の形で規定され得る。相対的な地理学上の位置座標は、走行経路を規定するために、（基準点から出発して）相対情報（角度、方向、方位、走行区間）も十分であるという利点を有している。

経路プランニングを自動化して行おうとする限りは、経路プランニング装置が距離及び／又は時間の最適化された経路プランニングのための数学的なアルゴリズムを有していると有利である。地面突固め装置の走行時には、いずれにしろある程度の誤差が発生するという事実に基づいて、最適なアルゴリズムに課される要求はあまり高くない。つまり、大抵の場合は、当該アルゴリズムが地面突固め装置の往復走行又はメアンダ状若しくは渦巻き状の走行経路をプランニングすれば十分であってよい。

制御装置のコンポーネントの少なくとも一部、特に面規定装置、走行センサ又は経路プランニング装置が、空間的に地面突固め装置から分離されて配置されていると、特に有利である。地面突固め装置は当然のことながら著しく振動負荷されている。前記コンポーネントが地面突固め装置自体にではなく、この地面突固め装置から空間的に分離されて設置可能である限りは、地面突固め装置の励振器付近で使用するとすぐに損傷を被る恐れのある敏感な電子構成部品も使用され得る。

前記コンポーネント間、特に走行センサと地面突固め装置との間で所要データを伝達するためには、有利には無線区間、レーザ区間又は赤外線区間が使用され得る。この区間を介して少なくとも目標値が走行センサから伝達されるのが望ましい。

更に、走行センサによって規定された目標値をマニュアルで変更するための入力装置が設けられていると、特に有利である。これによりオペレータは、例えば危険が迫った場合に地面突固め装置の自動制御をマニュアル式で介入することにより解除する手段を有しており、その結果、地面突固め装置はマニュアル式の命令にしか従わなくなる。

本発明の別の構成では、地面突固め装置が到達した各位置に関するデータをメモリするために、位置検出装置は（場合によっては空間的に地面突固め装置から分離されて設けられた）メモリと接続されている。前記データは、例えば絶対的な地理学上の位置座標であってよい。

メモリされたデータは、例えば評価装置へ伝達され、この評価装置は面規定装置のデータを考慮して、例えばグラフィック形式で突固めの成果を表示する。このためには、評価装置によってディスプレイに規定された面境界線が描かれ且つ地面突固め装置によって各時点に既に突き固められた面が表示され得る。これにより、オペレータは地面突固め装置が規定された面を所望の形式で通過して突き固めたかどうかを極めて簡単に確認することができる。グラフィック表示の場合は勿論、地面突固め装置の幅延いては各突固め跡の幅も考慮される。

本発明の特に有利な構成では、地面突固めシステムは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書から公知のような地面突固め装置を使用する。既に上で述べたように、このような地面突固め装置は走行方向安定化装置を有しており、この走行方向安定化装置は、地面突固め装置がオペレータによって規定された経路を正確に辿るということを可能にする。

このためには、地面突固め装置は例えば推進運動を生ぜしめるための励振器を有する走行駆動装置、地面突固め装置の高さ方向軸線を中心としてヨーイングモーメントを発生させるための操舵装置、並びに走行運動の実際値を検出するための運動検出装置を有している。更に、実際値と、地面突固めシステムの走行装置によって規定された目標値とを供給することができ且つ操舵装置若しくは走行駆動装置を、実際値と目標値との間の差が最小になるように制御する走行制御装置が設けられている。

これにより、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書から公知の地面突固め装置は、本発明によって更に改良される。つまり、前記明細書では、目標値の規定は遠隔制御装置を用いてオペレータによって行われていたのに対して、本願発明では、目標値は地面突固め装置を突き固めようとする面の内側で運動させようとする走行センサによって規定される。前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書に記載された走行方向安定化装置が、走行センサの作業を容易にする。なぜならば、例えば平坦でない地面、石、横方向力等による地面突固め装置の移動時のエラーが、この地面突固め装置自体によって即座に修正されて、地面突固め装置を規定されたコースから逸脱させないからである。

このようにして、本発明による地面突固めシステムは少なくとも２つの制御回路を有している。即ち、外部制御回路は走行センサを有しており、地面突固め装置に規定された経路若しくはコースを辿らせる。この経路は、突き固めようとする面の境界線内で多少なりとも偶然に規定された経路であるか、又は経路プランニング装置によって正確に規定された走行経路であってよい。これに対して、内部制御回路は地面突固め装置と直接に接続されており、地面突固め装置の直進走行又はカーブ走行に際する、外部制御回路によって規定された走行方向からの僅かな偏差を既に認識する。前記の両制御回路を組み合わせることによって、地面突固め装置が突き固めようとする面上を極めて精密に走行することが可能である。

地面突固め装置として適した振動プレートの機械的な構成自体は公知であり、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書で詳しく説明されているので反復しない。いずれにしろ、地面突固め装置が互いに平行な、逆方向で形状接続式に回転可能な２本の軸を備えた励振器を有しており、前記軸がそれぞれ少なくとも１つのアンバランス質量体を支持しており、これらのアンバランス質量体の位相位置が相互に調節可能であると有利である。この位相位置の調節によって、振動プレートの走行運動を前進方向及び後退方向で生ぜしめることが可能である。

励振器の前記軸の少なくとも一方に２つのアンバランス質量体が軸方向でずらされて配置されており、これらのアンバランス質量体が、その位相位置に関して互いに調節可能であると、特に有利である。これにより、アンバランス質量体の位相位置を相互に調節することによって振動プレートの高さ方向軸線を中心としたヨーイングモーメントを形成し、結果的に振動プレートを地面にわたって回動させることを可能にする操舵装置が形成される。

高度に発達した走行制御装置に基づいて、振動プレートは往復走行すること若しくは静止状態で回動することが可能であるばかりではなく、むしろ、推進運動とヨーイングモーメントとの重畳に基づく複数の曲率半径も精密に通走され得る。この特別な利点を本発明による地面突固めシステムは、特に経路プランニング装置とのコンビネーションにおいて最適化された走行経路を、突き固めようとする面において実現するために利用する。

本発明の有利な改良では、振動プレートに複数の励振装置が設けられており、これらの励振装置は、上で説明した２軸原理と同じ原理に従って作動する。この場合、少なくとも１つの励振装置の推進方向が、その他の励振装置の推進方向とは異なっていると有利である。個々の励振装置の所望の個別制御によって、地面に接触する地面接触プレートを地面にわたって回動させる必要無しで、振動プレートを様々な方向で運動させることが可能である。むしろ、地面接触プレートの地面に対する相対位置は、地面接触プレート延いては振動プレート全体が各励振装置の作用に基づいて所望の方向に運動される間、保持され続ける。この場合、推進又は操舵に利用されない各励振装置は、前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書にも記載されているように、専ら地面突固めに利用可能な垂直方向振動だけを発生させるように調節され得る。

この変化態様の特に有利な構成では、励振装置によって負荷される地面接触プレートがほぼ円形の平面図を有している。この平面図は、振動プレートを均一にあらゆる方位で運動させることを特に簡単に可能にする。

既に上で述べたように、本発明による地面突固めシステムは、２つの択一的な自動化された地面突固め法を実現するために利用され得る。

即ち、本発明による第１の方法では、地面突固め装置を自動的に面境界線内で、有利には直進方向で走行させ、この場合、地面突固め装置の面境界線への接近を検出する。面境界線に接近すると、地面突固め装置の走行方向の自動転換が、地面突固め装置が各面境界線を越えて走行するのではなく、面の内側で走行を続けるように行われる。

本発明による第２の方法でもやはり、まず最初に突き固めようとする面の面境界線を規定することが可能であり、この場合、面境界線を示すデータをメモリすることができる。これらのデータに基づいて、地面突固め装置が走行経路規定を守ると、突き固めようとする面を少なくとも１回は完全に通過するということを保証する走行経路規定をプランニングする。最終的に、地面突固め装置は規定された走行経路に自動的に沿って走行される。

ここまで説明した本発明の構成は、主として地面突固め装置の走行経路をジオメトリックに規定するか若しくは走行経路にジオメトリックな影響を及ぼすことを目標としている。本発明の特に有利な改良では、択一的又は補足的に、地面の地面突固め状態を検出して、経路プランニングのための判断基準として利用することが可能である。このことは、特に地面突固め装置が通過する各位置で可能である。つまり、例えば地面突固め装置の地面接触プレートに作用する地面の反力に基づいて、又は地面の緩衝特性に基づいて、突固め状態を逆推定することが公知である。前記特性変化に基づいて、既にどの程度地面が突き固められているのかを認識することも可能である。これに関しては、前記のような突固め状態の確認手段が論じられた、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４６３３６号明細書、国際公開第９８−１７８６５号パンフレット及び国際公開第９５−１０６６４号パンフレットを参照されたい。

このようにして得られた地面の実際の突固め状態に関する情報は、目標値と比較される。この目標値は、オペレータが例えば遠隔制御装置又はコンピュータ（ラップトップ）等の適当な入力媒体を介して入力することができる。実際の突固め状態が目標突固め状態を越えて、延いては地面の当該範囲内の所望の突固め結果が得られたということを認識すると、経路プランニング装置は、当該の地面範囲を再度通過しないように、走行経路規定の変更を行うことができる。これにより、突き固めようとする地面の面規定データと、地面突固め装置の位置データと、検出された突固めデータとの組み合わせに基づいて、地面突固め装置の走行に関する距離又は時間の最適化された経路区間を規定するために、経路プランニング装置によって戦略を規定することが可能である。このことは特に、地面にわたって地面突固め装置が複数回移行する必要がある場合に役立つ。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には概略平面図で突き固めようとする面１が示されており、この面１は（実際には見えない）面境界線２によって包囲若しくは規定されている。

面１は、例えばルーズに撒かれた砂利又は土砂から成る地面であり且つ安定化のために地面突固め装置３によって突き固められる。地面突固め装置３としては、一般に自体公知の振動ローラ又は振動プレートが適している。地面突固め装置３は、少なくとも１つの励振器を有しており、この励振器によってバンデージドラム（ローラの場合）又は地面接触プレート（振動プレートの場合）が、有利には垂直方向の振動によって負荷される。この地面突固め原理は以前から公知であり且つ有利であることが判っているので、更に説明はしない。

図１には、地面突固め装置３が面境界線２内で走行経路４に沿って運動され、これにより、既に面１の一部を突き固めたところが描かれている。図１に示した実施例における走行経路４は、ほぼ渦巻き形に延びている。勿論、面１を例えば蛇行状の経路、地面突固め装置３の往復走行、ジグザグ走行又は全くの偶然の面通過等の別の走行経路を用いて突き固めることも可能である。

地面突固め装置３を制御するためには、遠隔制御装置５を設けることがとりわけ公知であり、この遠隔制御装置５は、地面突固め装置３に対する制御命令をケーブルを介して、又はケーブル無しで無線区間、赤外線区間又はレーザ区間を介して伝達し、これにより、地面突固め装置３の前進運動、後退運動又は操舵運動を制御する。一般に、遠隔制御装置５は１人のオペレータによって使用され、これにより、このオペレータは所望の制御命令を予め与えることができる。

但し、本発明では遠隔制御装置５は従来技術から公知であるよりも著しく多数のコンポーネント及び機能を有している。このことは、図２との関連において明らかになる。

即ち、遠隔制御装置５（制御装置とも呼ぶ）は、とりわけ面規定装置６、経路プランニング装置７、走行センサ８ａ及び付加的な入力装置９を有している。特に、面規定装置６、経路プランニング装置７及び走行センサ８ａは、特に有利にはソフトウェアが例えばラップトップ等の、入力装置１１とディスプレイ１２とを備えたコンピュータ１０にインストール可能である。

送信機１３を介して、遠隔制御装置５は無線区間、赤外線区間又はレーザ区間を中継して地面突固め装置３の受信機１４と接続されており、この受信機１４は、遠隔制御装置５から受け取った制御信号を走行制御装置１５へ送る。

地面突固め装置３の走行制御装置１５は励振器１６を制御するために役立ち、この励振器１６は公知の形式で、地面突固めのための垂直方向振動を地面接触プレート１７に導入する。励振器１６は「２軸励振器」から成っており、この場合、軸２５，２６は互いに形状接続して逆方向で回転可能に結合されており且つそれぞれ少なくとも１つのアンバランス質量体を支持している。地面突固めのための垂直方向振動を発生させる他に、励振器１６は走行方向（前進又は後退）で力作用を発生させ且つ地面突固め装置３の高さ方向軸線を中心としたヨーイングモーメントを形成するためにも役立ち、これにより、操舵運動が形成される。このような励振器１６は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書及びドイツ連邦共和国実用新案第７８１８５４２．９号明細書から公知なので、更に説明はしない。

更に、地面突固め装置３には、この地面突固め装置３の目下の位置を検出するための位置検出装置１８が設けられている。この位置検出装置１８は、例えばＧＰＳ受信機であってよい。これに対して択一的に、位置検出装置１８を空間的に地面突固め装置３から分離して、例えば遠隔制御装置５に設けることが可能であり、この場合は、位置検出装置１８が比較的精密に地面突固め装置のその時々の目下の位置を検出することのできる手段（レーザ、レーダ）が設けられている必要がある。

位置検出装置１８が地面突固め装置３に配置されている限り、当該の位置検出装置１８は、それ自体のその時々の滞在位置の絶対的な地理学上の位置座標を規定するために形成されていれば十分である。しかし、位置検出装置１８が地面突固め装置３以外に構成される場合、当該の位置検出装置１８は当然、地面突固め装置３のその時々の滞在位置の位置座標を規定する状態になければならない。

同様に、走行センサ８ａを、遠隔制御装置５の代わりにやはり地面突固め装置３に配置することも可能である（符号８ｂ）。但し、基本的には、励振器１６の激しい振動による損傷を回避するために、あらゆる電子機器はできるだけ地面突固め装置３から遠ざけて配置されるのが望ましいということが考慮される。つまりこの限りにおいて、所要データを遠隔制御装置５において発生させ、次いで励振器１６を制御するためにのみ、受信機１４及び走行制御装置１５を介して地面突固め装置３へ伝達しようとすることが可能である。

次に、本発明による方法を第１実施例に基づいて説明する。コンピュータ１０には、例えばＣＤ−ＲＯＭ等のメモリ（図示せず）が設けられており、このメモリには、突き固めようとする面１の位置する領域に少なくとも該当する地理学上の場所データが蓄積されている。このようなメモリ媒体は、例えば車両ナビゲーションシステム用が入手可能である。

場所メモリから地理学上の場所情報を求めてディスプレイ１２に表示するためには、例えば位置検出装置１８に設けられていてもよいＧＰＳ受信機（図示せず）を介して、面規定装置６が所要情報を受け取る。公知のマウス制御装置又は別のグラフィックな入力手段が所属していてもよい入力装置１１を用いて、オペレータはディスプレイ１２上で、突き固めようとする面１の境界線２を規定する。面規定装置６においてオペレータによるグラフィック入力が絶対的又は相対的な位置座標に変換されて、経路プランニング装置７へ供与される。

例えばＧＰＳ座標等の形の絶対的な位置座標は、比較的大きな面の精密な地面突固めに特に良好に適している。これに対して択一的に、相対的な位置座標を以て作業し且つ基準点から出発して、面規定装置６を用いて例えば長さ、角度、方位等の相対情報を入力することも可能である。

相対的な位置座標の使用は特に、絶対的な位置座標（例えばＧＰＳ座標）の規定が困難であるか又は不正確であるのが明らかな場合に有利であってよい。相対的な位置座標を規定するためには、位置検出装置が例えば突き固めようとする面１の近くに設置された送信機を有しており、この送信機は面１を規定された信号を以て擦過する。有利には、更に第２の送信機が第１の送信機から空間的に分離されて構成されており、この第２の送信機もやはり所定の信号を発信するので、位置検出装置１８に所属する、地面突固め装置３に設けられた受信機が、前記信号を評価することによって（例えば干渉又は位相差を規定することによって）、正確な相対位置及び場合によっては送信機に対する相対運動を求めることができる。第２の送信機はトランスポンダによって形成されてもよく、このトランスポンダには外部から第２の信号は供給されず、第１の送信機の信号を戻すに過ぎないので、第２の送信機への手間のかかるケーブル配線は省かれる。

例えば航海技術及び航空技術又は最近では車両ナビゲーションから公知のように、地面突固め装置３の位置を規定するための別の装置及び方法も勿論可能である。

経路プランニング装置７は、数学的なアルゴリズムに基づいて、面１を完全に突き固めるために振動プレート３が運動しなければならない走行経路を規定する。既に説明したように、この場合、経路プランニングのための設定目標として、渦巻き形の経路、蛇行して又はストリップ状に延びる経路或いは経路のジグザグ運動を規定することが可能である。この場合勿論、オペレータによって選択され得る種々様々な運動概略図が可能である。経路プランニングの目的は、突き固めようとする面１を少なくとも一回は完全に通過することである。但し、十分な地面突固めを達成できるようにするためには、前記面を複数回通過することがしばしば必要とされている。この要求もやはり、経路プランニングに際して考慮されてよい。

地面突固め装置３は、例えば入力装置９を用いてオペレータによってマニュアルで、突き固めようとする面１の近くか該面１上に移動される。

突固め作業を開始するためには、遠隔制御装置５に設けられた走行センサ８ａ若しくは地面突固め装置３に設けられた択一的な走行センサ８ｂが、一方では規定された走行経路４を表すデータを経路プランニング装置７から受け取り且つ他方では走行センサ８ａ，８ｂに地面突固め装置３の目下の位置を知らせる信号を位置検出装置１８から受け取る。次いで、地面突固め装置３を経路プランニング装置７によって規定されたコース上で運動させるためには、走行センサ８ａ，８ｂが走行制御装置１５を介して適当な措置を講じる。地面突固め装置３が規定された経路から逸脱すると、走行センサ８ａ，８ｂが適宜対応制御するので、これにより前記逸脱は補償される。

このようにして、オペレータが介入して走行をマニュアル制御する必要無しで、面１の自動突固めが可能である。

非常時又は特別な障害に際しては、古典的な遠隔制御装置と同様、受信機１４及び走行制御装置１５を介して地面突固め装置３の走行特性に影響を与える入力装置９がオペレータに供与されているに過ぎない。

これに対して択一的に、走行センサ８ａ，８ｂにより規定された目標値を入力装置９によって後から変更し、次いで励振器１６を制御するための走行制御装置１５へ送ることも可能である。

安全性のためには、入力装置９がどんな場合でも地面突固め装置３の自動制御に勝ることができるということが有利である。このようにして、オペレータは地面突固め装置３をいつでも且つオートマチックとは関係無く制御することのできる権限を有している。

位置検出装置１８が、そのデータを制御装置５に伝達できるようにするためには、一方では受信機１４が送信機としても形成されており且つ他方では送信機１３が受信機としても形成されていると有利である。このようにして、制御装置５と地面突固め装置３との間でデータの常時交換が可能であり、この場合、本発明には関連しない例えばエンジン回転数、振動周波数、振動振幅、オイル温度、目下の地面突固め状態を規定するためのデータ等の別の情報も伝達可能であり且つ例えばディスプレイ１２に表示可能である。

制御装置／遠隔制御装置５のコンポーネントの空間的な対応配置は、図２に示したように厳しくはない。つまり、制御装置５の少なくとも個々のコンポーネントを地面突固め装置３に直接に配置することも、これが有利な場合には簡単に可能である。制御装置５を完全に、つまり入力装置１１及びディスプレイ１２を含めて地面突固め装置３に直接に配置することも可能である。このことは特に、面規定を特に簡単に、例えばＧＰＳ座標の補助無しで行おうとする場合に有利であってよい。

位置検出装置１８のデータが付加的に、評価装置と接続されたメモリにメモリされると、特に役立つ。評価装置は、位置検出装置１８のデータをグラフィックに、例えばディスプレイ１２に表示する。このようにして、オペレータは比較的簡単に、地面突固め装置３が既に進んだ走行経路を制御して、例えば予め規定された面１若しくはこの面１の境界線２と比較するための手段を有している。同様に、経路プランニング装置７によって規定された走行経路４をディスプレイ１２に表示することができ、このことは、オペレータ用の制御手段を改良する。これにより、いずれにしろオペレータは振動プレート３が実際に面１を所望の形式で通過したかどうかを認識するための手段を有している。

グラフィック表示に対して択一的に、文書形式で設定目標値と比較可能な実際値プロトコルを作成することもできる。

図３及び図４に基づいて、本発明の第２実施例を説明する。

この変化態様は、上で説明した第１実施例よりも簡単に構成されている。特に、この場合は地面突固め装置３の目下の位置を永続的に検出する必要はない。同様に、経路プランニング装置も不要である。突き固めようとする面１の面規定装置６を用いた規定も、やはり簡略化して行われてよい。

この第２実施例の根底を成す自動地面突固めの思想は、突き固めようとする面を多少なりとも偶然に地面突固め装置３が通過するという点にある。この場合、地面突固め装置３は有利には常に真っ直ぐに、面境界線２に到達するまで走行する。面境界線に到達すると、地面突固め装置３はその走行方向を変えて、新たに面境界線２にぶつかるまで引き続き面１内で別の方向に走行する。このようにして偶然の原理に基づいて、面１は時間がたつにつれて全体を自動的に突き固められる。

図３には、走行経路２０に沿って直進方向で走行する地面突固め装置３の運動が示されている。面境界線２に到達すると、地面突固め装置３はその走行方向を変えて走行し続ける。図３に示した実施例における方向転換は、次の規則下にある。即ち、地面突固め装置３は常に右側に曲がり且つその方向角度を３１５°だけ変化させるので、走行経路２０は４５°の鋭角の曲がり角度αを成す。任意の別の角度位置、別の走行規則も勿論考えられる。

図４には、９０°の曲がり角度の実施例が示されている。但し、鋭角の曲がり角度αは、面１が偶然の原理によっても比較的迅速に突き固められるという利点を有しているのに対して、９０°の角度の場合、特に互いに直角に位置する面境界線２の場合は、振動プレート３が常に同じ走行経路２０を走行するという危険が生じる。

面規定装置は、本発明の第１実施例と比較して極めて簡単に構成されてよい。つまり、例えば面境界線２を緊締された線材を用いて、又は地面に吹き付けられたカラーマークによって特徴付けることが可能である。勿論、機械的、光学的、磁気的、誘導的又は容量的な原理に基づいて働く別の特徴付け手段も考えられる。従って、特に方形の面の場合は、面境界線２をライトバリアを用いて規定することが極めて容易に考えられる。

地面突固め装置３には位置検出装置（図示せず）が設けられており、この位置検出装置もやはり、上で説明した本発明の第１実施例の位置検出装置１８よりも簡単に構成されていてよい。つまり、当該の位置検出装置は、各面境界線２付近の地面突固め装置３の目下の位置、つまり、面境界線２に対する地面突固め装置３の接近を検出すれば十分である。これに対して、位置検出装置が常に地面突固め装置３の目下の位置を検出するということは必要ない。

これに対応して、上で規定した面境界線２を認識するためには、位置検出装置に適当な検出器が設けられていてよい。

面境界線２に到達すると、やはり上で説明した走行センサ８ａ，８ｂとは異なる、より簡単な走行センサ（図示せず）が、規定された規則に対応した走行方向の変化を生ぜしめる。上で説明したように、例えば常に同一方向への曲がり動作又は規定された角度の曲がり動作を規定することが可能である。これに対して択一的に、偶然に選択された角度で走行してもよい。地面突固め装置３が走行方向を転換した後は、面境界線２を越えて走行しようとはしないということが保証されるに過ぎない。このような事態が、例えば面境界線２の規定された位置関係における一定の角度での規定された方向転換においても発生した場合、走行センサは直ちに適当な別の制御手段を講じる、つまり、例えば規定された規則に従って改めて方向転換する。

図４には、面境界線２がそれぞれある程度の許容誤差を可能にする境界範囲２１を有していてよいということが示されており、前記許容誤差内で地面突固め装置３はその走行方向を転換することができる。

既に冒頭で詳しく説明したように、本発明による地面突固めシステムは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書から公知のように、有利には走行方向安定化装置を備えた地面突固め装置を有している。この場合は例えば励振器１６を備えた振動プレート３であって、励振器１６は逆方向で回転する２つの軸２５，２６を有しており、これらの軸２５，２６にはそれぞれ少なくとも１つのアンバランス質量体が配置されている。

有利には、地面突固め装置には、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書に対応した走行方向安定化装置が装備されている。但し、このことは必ずしも必要ではない。勿論、地面突固めシステム用にコンベンショナルな地面突固め装置、特に前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書に記載の走行方向安定化装置を有していない汎用の振動プレートを使用することも可能である。この場合、走行経路を維持するためには走行センサが働き、時々発生する規定されたコースからの偏差は許容される。

前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書に関連して、例えば図５に示したように、１つ以上の励振器を備えた地面突固め装置が使用されてもよい。

図５ａに概略平面図で示した振動プレートは地面接触プレート１７を備えており、この地面接触プレート１７には２つの励振器２７，２８がずらされて配置されている。これらの励振器２７，２８の間で高さ方向軸線２９が規定されている。励振器２７，２８は異なる水平方向の力作用において所定のヨーイングモーメントを高さ方向軸線２９を中心として発生させられるということが認識可能である。

図５ｂの変化態様では、地面突固め装置のベースプレート１７に励振器２７，２８と、付加的に別の励振器３０が配置されている。３つの励振器全てが垂直方向振動を発生させるという事実に基づいてだけでも、このような振動プレートが効果的な地面突固めに著しく適しているということが判る。異なって配置された励振器の作用方向（真ん中の励振器３０はその他の２つの励振器２７，２８に対して９０°回動されている）に基づいて、振動プレートの操舵性が改善される。

最後に図５ｃに示した振動プレートは円形の地面接触プレート３１を有しており、この地面接触プレート３１には２つの励振器２７，２８が重なり合って互いに９０°だけずらされて配置されている。このような振動プレートは、前進走行又は後退走行という意味での優先方向を有しているのではなく、自在にあらゆる方向に調整可能である。個々の励振器２７，２８のアンバランス体の位相位置を制御することにより、振動プレートのほぼあらゆる任意の運動方向が実現され得る。このことは特に、本発明による地面突固めシステムとのコンビネーションにおいて極めて有利である。なぜならば、地面接触プレート３１を突き固めようとする地面に対して回動させる必要無しで、振動プレートが方向転換可能だからである。

前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５３４４６号明細書には、特に有利な形式で本発明による地面突固めシステムに使用される地面突固め装置の外観の別の可能性が記載されている。

本発明の第１実施例を説明するための、突き固めようとする面の概略平面図である。 本発明による地面突き固めシステムの第１実施例の概略図である。 本発明の第２実施例を説明するための、突き固めようとする面の概略平面図である。 本発明の第２実施例における走行制御を説明するための概略図である。 本発明による地面突き固めシステム用の地面突き固め装置の様々なバリエーションを示した図である。

Claims (30)

1. 走行及び操舵可能な地面突固め装置（３）と、制御装置（５）とが設けられた地面突固めシステムにおいて、制御装置（５）が、
   ‐突き固めようとする面（１）及び所属の面境界線（２）をオペレータにより規定するための面規定装置（６）、
   ‐少なくとも面境界線（２）付近で地面突固め装置（３）の目下の位置を検出するための位置検出装置（１８）、
   ‐地面突固め装置（３）が各面境界線（２）を通過せずに面（１）内で走行を続けるように、地面突固め装置（３）の走行運動の目標値を規定することによって走行方向を転換するための走行センサ（８ａ；８ｂ）を有していることを特徴とする、地面突固めシステム。
2. 位置検出装置（１８）が、少なくとも地面突固め装置（３）の面境界線（２）への接近を検出するために形成されており、当該の位置検出装置（１８）が面境界線（２）への接近を検出した場合、走行方向が走行センサ（８ａ；８ｂ）によって変更可能である、請求項１記載の地面突固めシステム。
3. 面規定装置（１８）が、機械的、光学的、磁気的、誘導的又は容量的な面境界線（２）のマーキングを有している、請求項２記載の地面突固めシステム。
4. 機械的にマーキングするための装置が、面境界線（２）に沿って張設可能な帯材又は線材を有している、請求項３記載の地面突固めシステム。
5. 光学的にマーキングするための装置が、面境界線に沿って地面に付与可能な着色剤を有している、請求項３記載の地面突固めシステム。
6. 光学的にマーキングするための装置がライトバリヤを有している、請求項３記載の地面突固めシステム。
7. 走行センサ（８ａ；８ｂ）が、最初の走行方向に対する走行方向転換を、全突固め過程の間に規定された一定の角度（α）で生ぜしめるか、又は突固め過程の間に偶然の原理に基づいて選択された、変化する角度で生ぜしめる、請求項１から６までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
8. 制御装置が、地面突固め装置（３）が走行経路規定を守ると、突き固めようとする面（１）を少なくとも１回は完全に通過するように、規定された面（１）に基づいて走行経路（４）を規定するための経路プランニング装置（７）を有しており、位置検出装置（１８）が、面境界線（２）内の地面突固め装置（３）の目下の位置を検出するために形成されており、走行センサ（８ａ；８ｂ）が、地面突固め装置（３）が走行経路規定に従うように、該走行経路規定と目下の位置との比較に基づいて地面突固め装置（３）の走行運動の目標値を規定するために形成されている、請求項１記載の地面突固めシステム。
9. 面規定装置（６）及び／又は位置検出装置（１８）が、その時々の滞在位置の絶対的な地理学上の位置座標を規定するための座標検出装置を有している、請求項８記載の地面突固めシステム。
10. 面規定装置（６）が、突き固めようとする面（１）の範囲についての地理学上の位置情報を有するメモリを備えている、請求項８又は９記載の地面突固めシステム。
11. 面境界線（２）が絶対的な位置座標によって規定可能である、請求項８から１０までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
12. 走行経路規定が、経路プランニング装置（７）によって絶対的又は相対的な地理学上の位置座標の形で規定可能である、請求項８から１１までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
13. 経路プランニング装置（７）が、距離及び／又は時間の最適化された経路プランニングのための数学的なアルゴリズムを有している、請求項８から１２までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
14. 制御装置（５）の複数のコンポーネントの内の少なくとも一部、特に面規定装置（６）、走行センサ（８ａ）及び／又は経路プランニング装置（７）が、地面突固め装置（３）から空間的に分離されて配置されている、請求項８から１３までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
15. 面規定装置（６）が、地面突固め装置（３）から空間的に分離されて配置されており、データが当該の面規定装置（６）と地面突固め装置（３）との間でワイヤレスで、特に無線、赤外線又はレーザを介して伝達可能である、請求項８から１４までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
16. 地面突固め装置（３）から空間的に分離され且つ該地面突固め装置と無線区間、レーザ区間又は赤外線区間を介して接続されて、入力装置（９）が、走行センサ（８ａ；８ｂ）によって規定された目標値をマニュアルで変更するために設けられている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
17. 位置検出装置（１８）が、地面突固め装置（３）がその都度到達した位置に関するデータを蓄積するためのメモリと接続されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
18. 評価装置が設けられており、該評価装置が、面規定装置（６）と位置検出装置（１８）とに接続されており且つ規定された面境界線（２）及び地面突固め装置（３）によって各時点において既に突き固められた面をグラフィック表示するためのディスプレイ（１２）を有している、請求項１から１７までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
19. 突き固められた地面の実際の突固め状態を検出するための突固め結果検出装置が設けられており、該突固め結果検出装置が、実際の突固め状態に関する情報を伝達するために経路プランニング装置（７）と接続されており、該経路プランニング装置（７）が、実際の突固め状態を考慮して走行経路（４）を規定するために形成されている、請求項８から１８までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
20. 経路プランニング装置（７）において実際の突固め状態が規定された目標突固め状態と比較可能であり、実際の突固め状態が目標突固め状態を上回っており延いては既に十分に突き固められた地面を、最早地面突固め装置（３）が通過しないように、走行経路（４）が経路プランニング装置（７）によって規定可能である、請求項１９記載の地面突固めシステム。
21. 地面突固め装置（３）が、推進運動を発生させるための走行駆動装置（１６）、当該の地面突固め装置（３）の高さ方向軸線（２９）を中心としてヨーイングモーメントを発生させるための操舵装置（１６）、走行運動の実際値を検出するための運動検出装置、及び実際値と目標値との間の差によって形成される偏差が最小であるように、操舵装置及び／又は走行駆動装置を制御するための、実際値と、走行センサによって規定された目標値とを供給可能な走行制御装置（１５）を有している、請求項１から２０までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
22. 走行駆動装置が、互いに平行な、逆方向で回転可能な、それぞれ少なくとも１つのアンバランス質量体を支持する２本の軸（２５，２６）を備えた少なくとも１つの励振装置（１６）を有しており、前記軸の位相位置が互いに調節可能である、請求項２１記載の地面突固めシステム。
23. 励振装置（１６）の少なくとも１本の軸（２５，２６）に２つのアンバランス質量体が軸方向でずらされて配置されており、操舵装置（１６）が、両アンバランス質量体の位相位置を調節するために形成されている、請求項２１又は２２記載の地面突固めシステム。
24. 走行駆動装置及び操舵装置が、互いに定置で支持された複数の励振装置（２７，２８；３０）を配置することによって形成されており、これらの励振装置（２７，２８；３０）が、互いに平行で逆方向に回転可能な、それぞれ少なくとも１つのアンバランス体を支持する各２本の軸を有しており、これらの軸の位相位置が調節可能であり、前記励振装置（２７，２８；３０）の内の１つによって、その都度１推進方向で推進運動を発生させることができる、請求項２１から２３までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
25. 前記の複数の励振装置の内の少なくとも１つの励振装置（３０）の推進方向が、他の励振装置（２７，２８）の推進方向とは異なっている、請求項２１から２４までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
26. １つ又は複数の励振装置によって負荷される地面接触プレート（３１）が、ほぼ円形の平面図を有している、請求項２１から２５までのいずれか１項記載の地面突固めシステム。
27. ‐突き固めようとする面（１）の面境界線（２）を面規定装置（６）により規定し、
    ‐面境界線（２）内で地面突固め装置（３）を主として直進方向で自動走行させ、
    ‐地面突固め装置（３）の面境界線（２）への接近を検出し、
    ‐地面突固め装置（３）が各境界線（２）を通過せずに、面（１）内で走行を続けるように、地面突固め装置（３）の走行方向を自動的に転換することを特徴とする、自動化された地面突固めのための方法。
28. ‐突き固めようとする面（１）の面境界線を規定し且つ該面境界線（２）を表すデータを面規定装置（６）に蓄積し、
    ‐地面突固め装置（３）が走行経路規定を守ると、突き固めようとする面（１）を少なくとも１回は完全に通過するように走行経路（４）の規定をプランニングし、
    ‐走行経路規定に沿って地面突固め装置（３）を自動走行させることを特徴とする、自動化された地面突固めのための方法。
29. 前記自動走行が以下のステップ、即ち：
    ‐地面突固め装置（３）のその時々の目下の位置を検出し、
    ‐この目下の位置と走行経路規定とを比較し、
    ‐地面突固め装置（３）が走行経路規定に従うように、地面突固め装置（３）を自動的に走行及び操舵させるステップを有している、請求項２８記載の方法。
30. 突き固められた地面の実際の突固め状態を連続的に検出し、この実際の突固め状態と目標突固め状態とを比較し、実際の突固め状態が目標突固め状態を上回る地面範囲が最早地面突固め装置（３）によって通過されないように、走行経路規定を適合させる、請求項２９記載の方法。

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