JP2016126625A - 無人化施工方法および自律走行用制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アルゴリズムの開発コストの低減化および演算時間の短縮化を図るとともに走行精度も高い。
【解決手段】建設機械１を、機械始点から転圧エリアに移動させる進入工程と、前記建設機械を、前記転圧エリアに設定された転圧路に沿って前後進させる転圧工程と、前記建設機械を、前記転圧路に沿って設けられた他の転圧路に車線変更させる車線変更工程と、を備える無人化施工方法であって、前記転圧工程において、前記建設機械の位置が前記転圧路の基準線からの位置ずれを許容する第１領域の内側にある場合には、前記転圧路の基準線上に設けられた目標点に向かうようにステアリング角度を修正し、前記第１領域の外側にある場合には、前記転圧路の基準線に最短距離で到達するようにステアリング角度を修正する。
【選択図】図９
【解決手段】建設機械１を、機械始点から転圧エリアに移動させる進入工程と、前記建設機械を、前記転圧エリアに設定された転圧路に沿って前後進させる転圧工程と、前記建設機械を、前記転圧路に沿って設けられた他の転圧路に車線変更させる車線変更工程と、を備える無人化施工方法であって、前記転圧工程において、前記建設機械の位置が前記転圧路の基準線からの位置ずれを許容する第１領域の内側にある場合には、前記転圧路の基準線上に設けられた目標点に向かうようにステアリング角度を修正し、前記第１領域の外側にある場合には、前記転圧路の基準線に最短距離で到達するようにステアリング角度を修正する。
【選択図】図９
Description
本発明は、建設機械の自律走行による無人化施工方法および自律走行用制御装置に関する。
災害復旧工事等では、作業員の安全性を確保することを目的として、無人化施工が採用される場合がある。
無人化施工は、現場から送られてくる映像を、複数のモニタ画面で確認しながらオペレータが建設機械を遠隔操作するのが一般的であるが、この方法では、オペレータの技量によって作業の品質が異なる場合がある。また、複数の画像取得のための装置と通信環境が必要となる。
無人化施工は、現場から送られてくる映像を、複数のモニタ画面で確認しながらオペレータが建設機械を遠隔操作するのが一般的であるが、この方法では、オペレータの技量によって作業の品質が異なる場合がある。また、複数の画像取得のための装置と通信環境が必要となる。
そのため、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により施工を行う自律制御式の無人化施工方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
この無人化施工方法では、走行エリアを複数の走行エリアに区分している。そして、建設機械が走行している位置を判定し、区分された走行エリアに基づいて制御を行うことで、現地に応じた自律走行を可能としている。
この無人化施工方法では、走行エリアを複数の走行エリアに区分している。そして、建設機械が走行している位置を判定し、区分された走行エリアに基づいて制御を行うことで、現地に応じた自律走行を可能としている。
特許文献１に係る制御では、区分された走行エリア毎に個別のアルゴリズムを要するので、アルゴリズムの開発コストが嵩むとともに演算時間が長くなってしまう。また、特許文献１に係る制御では、走行エリアへの進入および走行エリアの車線変更を制御することができない。
このような観点から、本発明は、アルゴリズムの開発コストの低減化および演算時間の短縮化を図るとともに、走行精度も高い無人化施工方法および自律走行用制御装置を提案することを課題とする。
本発明の無人化施工方法は、建設機械を、機械始点から転圧エリアに移動させる進入工程と、前記建設機械を、前記転圧エリアに設定された転圧路に沿って前後進させる転圧工程と、前記建設機械を、前記転圧路に沿って設けられた他の転圧路に車線変更させる車線変更工程とを備えるものである。
前記課題を解決するための第一の発明は、前記転圧工程において、前記建設機械の位置が前記転圧路の基準線からの位置ずれを許容する第１領域の内側にある場合には、前記転圧路の基準線上に設けられた目標点に向かうようにステアリング角度を修正し、前記第１領域の外側にある場合には、前記転圧路の基準線に最短距離で到達するようにステアリング角度を修正することを特徴としている。
第一の発明によれば、建設機械の制御が簡易なのでアルゴリズムの開発コストの低減化
および演算時間の短縮化が可能である。また、転圧路の基準線に対するずれが発生した場合にも修正が早いので、転圧工程における走行精度が向上する。
および演算時間の短縮化が可能である。また、転圧路の基準線に対するずれが発生した場合にも修正が早いので、転圧工程における走行精度が向上する。
また、第二の発明は、前記転圧工程において、前記建設機械の位置が前記第１領域よりも前記転圧路の基準線に近い第２領域の内側にある場合には、前記ステアリング角度をゼロにすることを特徴としている。
第二の発明によれば、建設機械が、ステアリング角度を修正して転圧路の基準線上に到達したにも関わらず、ステアリング角度を維持したまま転圧路の基準線から外れてしまう虞がない。つまり、本発明によれば、建設機械の走行精度が向上する。
第二の発明によれば、建設機械が、ステアリング角度を修正して転圧路の基準線上に到達したにも関わらず、ステアリング角度を維持したまま転圧路の基準線から外れてしまう虞がない。つまり、本発明によれば、建設機械の走行精度が向上する。
また、第三の発明は、前記転圧工程において、現在のステアリング角度に対する修正後のステアリング角度の変化が閾値以上である場合にだけ当該修正後のステアリング角度に修正することを特徴としている。
第三の発明によれば、次々と変わる制御指令に追従して建設機械が左右に激しく（細かく）動くことがない。つまり、本発明によれば、建設機械の挙動が安定する。
第三の発明によれば、次々と変わる制御指令に追従して建設機械が左右に激しく（細かく）動くことがない。つまり、本発明によれば、建設機械の挙動が安定する。
また、第四の発明は、前記進入工程において、前記機械始点における前記建設機械の方向線と前記転圧路の基準線とに接する円または楕円を算出するステップと、前記建設機械を前記機械始点から前記方向線と前記円または楕円との接点である第一接点まで前記方向線に沿って走行させるステップと、前記建設機械を前記第一接点から前記円または楕円と前記延長線との接点である第二接点まで前記円または楕円に沿って走行させるステップと、前記建設機械を前記第二接点から前記目標点まで前記基準線に沿って走行させるステップとを行うことを特徴としている。
第四の発明によれば、建設機械の方向線と転圧路の基準線とに内接する円または楕円に沿って建設機械を走行させるだけで、建設機械を転圧路に進入させることができるため、複雑なアルゴリズムを要することがなく、アルゴリズムの開発コストの低減化および演算時間の短縮化を図ることができる。また、転圧路の基準線に沿って建設機械が転圧路に進入するため、転圧工程の初期に建設機械の進行方向を大きく修正する必要がない。つまり、本発明によれば、転圧工程における走行が安定する。
また、第五の発明は、前記車線変更工程において、前記転圧路および前記他の転圧路に接するタンジェント曲線を算出するステップと、前記タンジェント曲線上に複数の通過点を設定するステップと、前記機械始点から前記複数の通過点を通って前記他の転圧路の基準線まで走行させるステップと、を行うことを特徴としている。
第五の発明によれば、タンジェント曲線に沿って建設機械を走行させるだけで、建設機械を車線変更させることができるため、複雑なアルゴリズムを要することがなく、アルゴリズムの開発コストの低減化および演算時間の短縮化を図ることができる。また、転圧路の基準線に沿って建設機械が車線変更するため、車線変更後の転圧工程の初期に建設機械の進行方向を大きく修正する必要がない。つまり、本発明によれば、転圧工程における走行が安定する。
また、本発明の自律走行用制御装置は、転圧路の基準線に沿って自律走行する建設機械のステアリング角度を制御する自律走行用制御装置であって、前記転圧路の基準線に対する前記建設機械のずれ量を演算するずれ量演算手段と、前記ずれ量の是正に必要なステアリング角度の大きさを演算するステアリング角度演算手段と、前記ステアリング角度を修正する制御信号を出力する制御信号作成手段と、を備え、前記制御信号作成手段は、前記建設機械の位置が前記転圧路の基準線から予め決められた領域内にあるか否かの判定結果に基づき、前記領域内にある場合にはステアリング角度をゼロにし、前記領域外にある場
合には前記ステアリング角度演算手段で演算されたステアリング角度の変化が閾値以上であるときに今回演算されたステアリング角度に修正することを特徴としている。
合には前記ステアリング角度演算手段で演算されたステアリング角度の変化が閾値以上であるときに今回演算されたステアリング角度に修正することを特徴としている。
かかる自律走行用制御装置によれば、次々と変わる制御指令に追従して建設機械が左右に激しく（細かく）動くことがない。また、ステアリング角度を修正して転圧路の基準線上に到達したにも関わらず、ステアリング角度を維持したまま建設機械が転圧路の基準線から外れてしまう虞もない。つまり、本発明によれば、建設機械の挙動が安定すると共に建設機械の走行精度が向上する。
本発明の無人化施工方法および自律走行用制御装置によれば、アルゴリズムの開発コストの低減化および演算時間の短縮化を図るとともに走行精度も高い。
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
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、参照する図面において、本発明を構成する部材の寸法は、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。
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、参照する図面において、本発明を構成する部材の寸法は、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。
［第１実施形態］
≪第１実施形態に係る無人化施工方法≫
無人化施工方法とは、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により、自律制御式の無人化された施工を行うことを言う。第１実施形態に係る無人化施工方法を用いた無人化施工システムＭを図１（ａ）に示す。
≪第１実施形態に係る無人化施工方法≫
無人化施工方法とは、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により、自律制御式の無人化された施工を行うことを言う。第１実施形態に係る無人化施工方法を用いた無人化施工システムＭを図１（ａ）に示す。
無人化施工システムＭは、建設機械を自律走行させて施工現場の地面を締め固めるものであり、施工現場を走行しながら地面を転圧する建設機械としての振動ローラ１と、施工現場に立設されるトータルステーション２と、施工現場から離れた位置にある操作室内に設置されたホストＰＣ（Personal Computer）３とを備えて構成されている。振動ローラ
１、トータルステーション２およびホストＰＣ３は、無線通信を用いて通信可能である。
１、トータルステーション２およびホストＰＣ３は、無線通信を用いて通信可能である。
＜トータルステーション＞
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。
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ＰＣ＞
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、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。
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、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。
施工条件には、例えば、（１）転圧を行うエリア（以下、「転圧エリア」と呼ぶ）に関する転圧エリア情報、（２）転圧エリア内に設定される転圧路に関する転圧路情報、（３）転圧路を振動ローラ１が転圧する転圧条件に関する転圧条件情報などが含まれる。なお、転圧路は振動ローラ１が走行することで転圧する領域を意味している。その為、転圧路は所定の幅を持つことになる。転圧路の基準線は、転圧路の延在方向（縦断方向）に沿う仮想線であり、振動ローラ１の自律走行の目標となる走行ルートである。基準線は転圧路の任意の位置に設定することが可能である。本実施形態では、基準線として転圧路の中心線を採用することにし、振動ローラ１の基準点（後記するセンターピン）が転圧路の中心線を含む鉛直面を通過するように制御する。
転圧エリア情報には、転圧エリア数および各転圧エリアを特定するための座標（ｘ，ｙ）などが含まれる。図１（ｂ）に示すように、矩形の転圧エリアの場合には、各転圧エリアを特定するための座標として転圧エリアの四隅の座標（ｘ，ｙ）が与えられる。
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。
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。
転圧条件情報には、各転圧路における転圧回数、転圧エリアへの進入点の座標および転圧エリアからの退出点の座標などが含まれる。図１（ｂ）に示すように、矩形の転圧エリアの左側に設定される転圧路から右側に向かって順次転圧する場合には、例えば、転圧エ
リアへの進入点として最左端の転圧路の中心線の一方の端点の座標（ｘ，ｙ）が与えられ、転圧エリアからの退出点として最右端の転圧路の中心線の一方の（ｘ，ｙ）が与えられる。
リアへの進入点として最左端の転圧路の中心線の一方の端点の座標（ｘ，ｙ）が与えられ、転圧エリアからの退出点として最右端の転圧路の中心線の一方の（ｘ，ｙ）が与えられる。
＜振動ローラ＞
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。
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。
車体１０は、振動ローラ１の本体となるものである。車体１０は、内部に図示しない駆動手段を収容する。以下では、「ローラの方位角Ｇ」といった場合には、車体１０の方向を意味する。
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。
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。
アーティキュレート機構１２は、振動ローラ１を旋回させるための機構であり、車体１０の下部に設置される。アーティキュレート機構１２は、前輪１１ａを回転自在に保持する前輪保持部１２ａと、後輪１１ｂを回転自在に保持する後輪保持部１２ｂと、前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂを連結するセンターピン１２ｃと、前輪保持部１２ａと後輪保持部１２ｂとの間に介設されるステアリングシリンダ（図示せず）とを備えている。自律走行用制御装置１５から進行方向を修正する制御指令（ステアリング角度θを制御指令角度とする制御指令）を受信すると、ステアリング角度θに応じてステアリングシリンダが伸縮する。そして、ステアリングシリンダが伸縮すると、センターピン１２ｃを中心に前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが屈折し、それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの方向が変化する。
図３を参照して、アーティキュレート機構１２におけるステアリング角度θと車体１０の方向（ローラの方位角Ｇ）との関係について説明する。図３（ａ）に示すように、直進時（ステアリング角度θが０°の状態）では、前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが進行方向に対して直線状になっているので、前輪１１ａおよび後輪１１ｂの回転軸が平行になる。
一方、図３（ｂ）に示すように、右旋回時（ステアリング角度θが０°でない状態）では、センターピン１２ｃを中心にして前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが進行方向に対して右側に屈折し、それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの右側が共に近接する方向に傾斜する。左旋回時の場合も同様にして、センターピン１２ｃを中心にして前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが進行方向に対して左側に屈折し、それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの左側が共に近接する方向に傾斜する。
一方、図３（ｂ）に示すように、右旋回時（ステアリング角度θが０°でない状態）では、センターピン１２ｃを中心にして前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが進行方向に対して右側に屈折し、それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの右側が共に近接する方向に傾斜する。左旋回時の場合も同様にして、センターピン１２ｃを中心にして前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが進行方向に対して左側に屈折し、それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの左側が共に近接する方向に傾斜する。
なお、旋回時においては、前輪１１ａおよび後輪１１ｂの回転軸が共に車体１０に対して変化するため、車体１０の方向（方位角Ｇ）は振動ローラ１の進行方向を向かない。地面と前輪１１ａおよび後輪１１ｂとの間の摩擦を無視した場合、車体１０の方向（方位角Ｇ）は、ステアリング角度θの「１／２」の方向となる。これにより、前輪１１ａおよび後輪１１ｂが同じ軌跡を通過する。
図２に示す全周プリズム１３は、トータルステーション２の追尾対象となるものである。ここで、図３に示すように、アーティキュレート機構１２のステアリング角度θは、セ
ンターピン１２ｃの位置を基準とするので、振動ローラ１の自立走行制御を行う基準点をセンターピン１２ｃの位置またはセンターピン１２ｃを通る鉛直線上に設けることが好ましい。その為、振動ローラ１のようにアーティキュレート機構１２が採用されている建設機械の場合、全周プリズム１３の位置をセンターピン１２ｃの真上になるように演算により補正を行うのがよい。この補正を行うことにより、トータルステーション２を介して取得する座標が振動ローラ１の基準点（センターピン１２ｃの位置）となるので、角度修正を行う際に誤差が生じない。この補正を行うのは、振動ローラ１、トータルステーション２およびホストＰＣ３の何れであってもよく、何れかの装置で演算により行われる。
ンターピン１２ｃの位置を基準とするので、振動ローラ１の自立走行制御を行う基準点をセンターピン１２ｃの位置またはセンターピン１２ｃを通る鉛直線上に設けることが好ましい。その為、振動ローラ１のようにアーティキュレート機構１２が採用されている建設機械の場合、全周プリズム１３の位置をセンターピン１２ｃの真上になるように演算により補正を行うのがよい。この補正を行うことにより、トータルステーション２を介して取得する座標が振動ローラ１の基準点（センターピン１２ｃの位置）となるので、角度修正を行う際に誤差が生じない。この補正を行うのは、振動ローラ１、トータルステーション２およびホストＰＣ３の何れであってもよく、何れかの装置で演算により行われる。
図２に通信アンテナ１４は、ホストＰＣ３との通信を行うものである。具体的には、振動ローラ１の自律走行用制御装置１５は、通信アンテナ１４を介してホストＰＣ３から施工条件（転圧エリア情報、転圧路情報、転圧条件情報）、位置情報などを受信する。また、自律走行用制御装置１５は、通信アンテナ１４を介してホストＰＣ３に対して振動ローラ１の機体情報を送信する。
図４を参照して、機体情報取得手段Ｓの構成について説明する。図４は、振動ローラ１の自律制御を実現する自律制御システムＭ１の概略図である。機体情報取得手段Ｓは、姿勢検出センサＳ１と、速度検出センサＳ２と、ステア角度検出センサＳ３と、前方探査センサＳ４とで構成されている。
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。
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。
速度検出センサＳ２は、振動ローラ１が前進および後進する速度Ｖ（ｋｍ／ｈ）を検出するものである。速度検出センサＳ２は、例えば、ロータリーエンコーダであって、後輪１１ｂに設置される。速度Ｖ（ｋｍ／ｈ）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。
ステア角度検出センサＳ３は、アーティキュレート機構１２のステアリング角度θ（deg）を検出するものである。ステア角度検出センサＳ３は、例えば、ポテンショメータで
あって、アーティキュレート機構１２のセンターピン１２ｃに設置される。ステアリング角度θ（deg）は、自律走行用制御装置１５に受け渡され、振動ローラ１の走行方向の修
正などに用いられる。なお、ステアリングシリンダのロッドの進退量を検出するセンサをステア角度検出センサＳ３としてもよい。
あって、アーティキュレート機構１２のセンターピン１２ｃに設置される。ステアリング角度θ（deg）は、自律走行用制御装置１５に受け渡され、振動ローラ１の走行方向の修
正などに用いられる。なお、ステアリングシリンダのロッドの進退量を検出するセンサをステア角度検出センサＳ３としてもよい。
前方探査センサＳ４は、振動ローラ１の前方方向の物体情報Ｑ（座標）を検出するものである。前方探査センサＳ４は、例えば、２Ｄスキャナであって、車体１０の前方上部に設置される。前方探査センサＳ４は、自律走行用制御装置１５に受け渡され、障害物の回避制御に用いられる。
図４に示す自律走行用制御装置１５は、機体情報取得手段Ｓが取得した情報やホストＰＣ３から受信した情報を用いて、予め設定された計画線（転圧路の中心線）に沿った自律走行の制御を行うものである。自律走行用制御装置１５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等に
より構成される。以下、自律走行用制御装置１５の自律走行の制御について詳細に説明する。
より構成される。以下、自律走行用制御装置１５の自律走行の制御について詳細に説明する。
自律走行用制御装置１５が制御する走行パターンは、図５に示す「進入工程」、「転圧
工程」、「車線変更工程」の３つである。進入工程は、転圧エリア外に位置する振動ローラ１を転圧エリア内に設定される転圧路に進入させるものである。転圧工程は、振動ローラ１を転圧回数だけ転圧路上を往復動させるものである。車線変更工程は、振動ローラ１を次の転圧路に移動させるものである。
工程」、「車線変更工程」の３つである。進入工程は、転圧エリア外に位置する振動ローラ１を転圧エリア内に設定される転圧路に進入させるものである。転圧工程は、振動ローラ１を転圧回数だけ転圧路上を往復動させるものである。車線変更工程は、振動ローラ１を次の転圧路に移動させるものである。
自律走行用制御装置１５は、「進入工程」、「転圧工程」、「車線変更工程」の３つの走行パターンを実現するため、図６に示すように、進入工程制御手段２０、転圧工程制御手段３０および車線変更工程制御手段４０の機能を有する。進入工程制御手段２０、転圧工程制御手段３０および車線変更工程制御手段４０は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されたプログラムをＲＡＭに展開することにより実現するプログラム実行処理により実現される。なお、図６では、本発明に関連する機能のみ記載しており、本発明に関連していない機能については図示および説明を省略する。
（進入工程）
進入工程制御手段２０は、進入工程を制御するためのものである。振動ローラ１は、転圧路上を前進および後進して転圧を行うので、転圧路に進入した際の振動ローラ１の向き（方向線）と転圧路の中心線（基準線）とが一致または平行になっていることが望ましい。その為、進入工程制御手段２０は、図７に示すように振動ローラ１の現在位置における方向線および転圧路の中心線に内接する円（内接円）を仮想的に設定し、振動ローラ１をその内接円上を通過させるように制御する。この制御を実現するために、図６に示す進入工程制御手段２０は、進入路作成手段２１、ずれ量演算手段２２、ステアリング角度演算手段２３および制御信号作成手段２４を有する。
進入工程制御手段２０は、進入工程を制御するためのものである。振動ローラ１は、転圧路上を前進および後進して転圧を行うので、転圧路に進入した際の振動ローラ１の向き（方向線）と転圧路の中心線（基準線）とが一致または平行になっていることが望ましい。その為、進入工程制御手段２０は、図７に示すように振動ローラ１の現在位置における方向線および転圧路の中心線に内接する円（内接円）を仮想的に設定し、振動ローラ１をその内接円上を通過させるように制御する。この制御を実現するために、図６に示す進入工程制御手段２０は、進入路作成手段２１、ずれ量演算手段２２、ステアリング角度演算手段２３および制御信号作成手段２４を有する。
進入路作成手段２１は、振動ローラ１が走行する進入路（内接円）を演算により求めるものである。進入路作成手段２１について、図８を参照して説明する。図８は進入路作成手段２１による進入路の中心線（基準線）の作成を説明するための図であり、図８（ａ）は進入路の中心線を算出するためのフローチャートの例示であり、図８（ｂ）は進入路の中心線の算出に用いる座標を示したものである。図８（ｂ）に示す座標（x1,y1）は、振
動ローラ１の現在位置を表しており、座標（x3,y3）は、転圧エリアへの進入目標となる
進入点を表している。進入路作成手段２１は、現在位置（x1,y1）および進入点（x3,y3）をホストＰＣ３から受信する。
動ローラ１の現在位置を表しており、座標（x3,y3）は、転圧エリアへの進入目標となる
進入点を表している。進入路作成手段２１は、現在位置（x1,y1）および進入点（x3,y3）をホストＰＣ３から受信する。
進入路作成手段２１は、図８（ａ）に示すように、現在位置（x1,y1）における振動ロ
ーラ１の方向線と進入する転圧路の中心線との交点（x2,y2）を算出する（ステップＳ１
１）。例えば、転圧路の中心線を「ax1+by1+c=0」で表し、振動ローラ１の方向線を「dx2+ey2+f=0」で表して、その交点を算出する。続いて、進入路作成手段２１は、振動ローラ１の方向線と進入する転圧路の中心線とに内接する半径ｒの円の中心点（x0,y0）を算出
する（ステップＳ１２）。内接円の半径ｒは、任意に設定することが可能であるが、振動ローラ１の最小旋回半径（最小回転半径）にするとよい。なお、方向線と転圧路の中心線との内接円を合計で４つ描くことが可能であるが、現在位置から最も距離が近い中心点を算出するようにする。
ーラ１の方向線と進入する転圧路の中心線との交点（x2,y2）を算出する（ステップＳ１
１）。例えば、転圧路の中心線を「ax1+by1+c=0」で表し、振動ローラ１の方向線を「dx2+ey2+f=0」で表して、その交点を算出する。続いて、進入路作成手段２１は、振動ローラ１の方向線と進入する転圧路の中心線とに内接する半径ｒの円の中心点（x0,y0）を算出
する（ステップＳ１２）。内接円の半径ｒは、任意に設定することが可能であるが、振動ローラ１の最小旋回半径（最小回転半径）にするとよい。なお、方向線と転圧路の中心線との内接円を合計で４つ描くことが可能であるが、現在位置から最も距離が近い中心点を算出するようにする。
続いて、進入路作成手段２１は、中心点（x0,y0）から振動ローラ１の方向線に垂直に
交わる点（xM,yM）を算出し（ステップＳ１３）、また、中心点（x0,y0）から転圧路の中心線に垂直に交わる点（xN,yN）を算出する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１３
とステップＳ１４との順番は、逆であってもよい。続いて、進入路作成手段２１は、内接円の円弧に沿った点（xM,yM）から点（xN,yN）までの複数点の座標を算出する（ステップＳ１５）。算出する座標の数は、任意に設定することが可能であるが、座標点数を少なく設定すると振動ローラ１の動きが滑らかにならないので一定数以上の座標を算出するようにする。
交わる点（xM,yM）を算出し（ステップＳ１３）、また、中心点（x0,y0）から転圧路の中心線に垂直に交わる点（xN,yN）を算出する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１３
とステップＳ１４との順番は、逆であってもよい。続いて、進入路作成手段２１は、内接円の円弧に沿った点（xM,yM）から点（xN,yN）までの複数点の座標を算出する（ステップＳ１５）。算出する座標の数は、任意に設定することが可能であるが、座標点数を少なく設定すると振動ローラ１の動きが滑らかにならないので一定数以上の座標を算出するようにする。
以上の計算により、現在位置（x1,y1）を始点とし、円弧に沿った点を通過点（中間目
標点）とし、転圧路上の進入点（x3,y3）を目標点（最終目標点）とする走行ルートが決
定する。そして、進入工程制御手段２０は、進入路作成手段２１により算出した座標を通過するように振動ローラ１を移動させることで、現在位置（始点）から最終目標点までの進入走行を実現する。以下、進入走行の制御について説明する。
標点）とし、転圧路上の進入点（x3,y3）を目標点（最終目標点）とする走行ルートが決
定する。そして、進入工程制御手段２０は、進入路作成手段２１により算出した座標を通過するように振動ローラ１を移動させることで、現在位置（始点）から最終目標点までの進入走行を実現する。以下、進入走行の制御について説明する。
図６に示すずれ量演算手段２２は、所定の時間間隔（例えば、１００ミリｓｅｃ）で現在位置を演算し、ある通過点（第１中間目標点）とその次の通過点（第２中間目標点）とを結ぶ直線（基準線）に対する振動ローラ１のずれ量を算出する。
なお、ずれ量演算手段２２は、ある通過点（第１中間目標点）に到達した際に、ある通過点（第１中間目標点）と次の通過点（第２中間目標点）とを結ぶ新たな直線（基準線）との間でのずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。通過点（中間目標点）に到達したか否かは、例えば、通過点（中間目標点）にある程度近接した場合に到達したと判定してもよいし、通過点（中間目標点）までの距離が減少から増加に転じた時点で通過点に到達したと判定してもよい。
なお、ずれ量演算手段２２は、ある通過点（第１中間目標点）に到達した際に、ある通過点（第１中間目標点）と次の通過点（第２中間目標点）とを結ぶ新たな直線（基準線）との間でのずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。通過点（中間目標点）に到達したか否かは、例えば、通過点（中間目標点）にある程度近接した場合に到達したと判定してもよいし、通過点（中間目標点）までの距離が減少から増加に転じた時点で通過点に到達したと判定してもよい。
ステアリング角度演算手段２３は、ずれ量演算手段２２により算出されたずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。本実施形態では、ずれ量の是正に必要なステアリング角度θを基準値（例えば、０°）に対する値として説明するが、現在値に対する増減分の値（ステアリング角度Δθ）であってもよい。
制御信号作成手段２４は、ステアリング角度演算手段２３により算出されたステアリング角度θを制御指令角度とする制御指令を作成し、この制御指令を周期的（例えば、１００ミリｓｅｃ）にアーティキュレート機構１２に対して送信する。アーティキュレート機構１２は、この制御指令のステアリング角度θに応じた分だけステアリングシリンダを伸縮させ、センターピン１２ｃを中心に前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが屈折させる。それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの方向が変化し、振動ローラ１の進路を修正させる。なお、振動ローラ１の性能を超えたステアリング角度θの修正が発生した場合（例えば、最小旋回半径よりも小さく旋回させようとする場合）には、例えば、振動ローラ１を限界性能で走行させる。
以上のように、進入工程において、振動ローラ１は、現在位置における方向線および転圧路の中心線に内接する円（内接円）上を走行する。これにより、制御が簡易なのでアルゴリズムの開発コストの低減化および演算時間の短縮化が可能である。また、転圧路の中心線（基準線）に対して一致または平行になるように進入することが可能なため、転圧工程の初期に振動ローラ１の進行方向を大きく修正する必要がない。つまり、本実施形態の進入工程によれば、転圧工程における走行が安定する。
なお、本実施形態では、内接円を用いていたが、内接円以外にも転圧路に内接する楕円上を走行するようにしてもよい。
なお、本実施形態では、内接円を用いていたが、内接円以外にも転圧路に内接する楕円上を走行するようにしてもよい。
（転圧工程）
図６に示す転圧工程制御手段３０は、転圧工程を制御するためのものである。ここで、本実施形態では、直線状の転圧路を想定している。その為、転圧路の中心線（基準線）の一方の端点を始点とし、他方の端点を最終目標点とし、振動ローラ１を始点から最終目標点に向かって転圧路の中心線（基準線）上を直線に走行させることが可能である。しかし、この制御では、転圧路の中心線（基準線）に対するずれが発生した際に、ずれの修正が遅くなってしまう。このことは、転圧路の全長が長い場合（始点と最終目標点との距離が長い場合）に特に問題となる。その為、転圧工程制御手段３０は、転圧路の距離が長い場合には、転圧路の中心線（基準線）を複数に分割し、分割点を振動ローラ１が通過するよ
うに制御する。
図６に示す転圧工程制御手段３０は、転圧工程を制御するためのものである。ここで、本実施形態では、直線状の転圧路を想定している。その為、転圧路の中心線（基準線）の一方の端点を始点とし、他方の端点を最終目標点とし、振動ローラ１を始点から最終目標点に向かって転圧路の中心線（基準線）上を直線に走行させることが可能である。しかし、この制御では、転圧路の中心線（基準線）に対するずれが発生した際に、ずれの修正が遅くなってしまう。このことは、転圧路の全長が長い場合（始点と最終目標点との距離が長い場合）に特に問題となる。その為、転圧工程制御手段３０は、転圧路の距離が長い場合には、転圧路の中心線（基準線）を複数に分割し、分割点を振動ローラ１が通過するよ
うに制御する。
また、本実施形態では、一つの転圧路を予め決められた回数分だけ振動ローラ１を前進および後進させることを想定しているので、施工ムラを無くすためには、振動ローラ１の基準点が常に転圧路の中心線（基準線）に近接または一致するように制御するのが望ましい。その為、図６に示す転圧工程制御手段３０は、転圧路の中心線（基準線）と振動ローラ１の基準点とが近い場合には分割点（中間目標点）に車体の方向を向けて走行させ、一方、転圧路の中心線（基準線）と振動ローラ１の基準点とが遠く離れてしまった場合には転圧路上に最短距離で戻すように制御する。
転圧工程におけるこれらの制御を実現するために、転圧工程制御手段３０は、転圧路作成手段３１、ずれ量演算手段３２、ステアリング角度演算手段３３および制御信号作成手段３４を有する。
転圧工程におけるこれらの制御を実現するために、転圧工程制御手段３０は、転圧路作成手段３１、ずれ量演算手段３２、ステアリング角度演算手段３３および制御信号作成手段３４を有する。
図６に示す転圧路作成手段３１は、振動ローラ１が走行する転圧路の中心線（基準線）を演算により求めるものである。転圧路作成手段３１は、転圧路の距離が長い場合には、転圧路の中心線（基準線）を複数に分割し、分割した分割点（中間目標点）の座標を算出する。分割点の間隔は、例えば、１０ｍ程度にすればよく、間隔を適切に設定することで振動ローラ１の動きを滑らかにすることが可能である。これにより、図９に示す転圧路の中心線の一端を始点とし、分割点（中間目標点）を通過点とし、転圧路の中心線の他端を目標点（最終目標点）とする走行ルートが決定する。なお、ホストＰＣ３で分割点（中間目標点）を算出し、転圧路作成手段３１は、算出した分割点（中間目標点）をホストＰＣ３から受信するようにしてもよい。そして、転圧工程制御手段３０は、転圧路作成手段３１により算出した座標を通過するように振動ローラ１を移動させることで、現在位置（始点）から最終目標点までの転圧走行を実現する。以下、転圧走行の制御について説明する。
図６に示すずれ量演算手段３２は、進入工程で説明したずれ量演算手段２２に対応するものである。ずれ量演算手段３２は、所定の時間間隔（例えば、１００ミリｓｅｃ）で現在位置を演算し、ある分割点（第１中間目標点）とその次の分割点（第２中間目標点）とを結ぶ直線（基準線）に対する振動ローラ１のずれ量を算出する。
なお、ずれ量演算手段３２は、ある分割点（第１中間目標点）に到達した際に、ある分割点（第１中間目標点）と次の分割点（第２中間目標点）とを結ぶ新たな直線（基準線）との間でのずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。分割点（中間目標点）に到達したか否かは、例えば、分割点（中間目標点）にある程度近接した場合に到達したと判定してもよいし、分割点（中間目標点）までの距離が減少から増加に転じた時点で分割点に到達したと判定してもよい。
なお、ずれ量演算手段３２は、ある分割点（第１中間目標点）に到達した際に、ある分割点（第１中間目標点）と次の分割点（第２中間目標点）とを結ぶ新たな直線（基準線）との間でのずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。分割点（中間目標点）に到達したか否かは、例えば、分割点（中間目標点）にある程度近接した場合に到達したと判定してもよいし、分割点（中間目標点）までの距離が減少から増加に転じた時点で分割点に到達したと判定してもよい。
ステアリング角度演算手段３３は、進入工程で説明したステアリング角度演算手段２３に対応するものである。ステアリング角度演算手段３３は、ずれ量演算手段３２により算出されたずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。本実施形態では、ずれ量の是正に必要なステアリング角度θを基準値（例えば、０°）に対する値として説明するが、現在値に対する増減分の値（ステアリング角度Δθ）であってもよい。
制御信号作成手段３４は、転圧路の中心線（基準線）と振動ローラ１の基準点とが近いか否かを、ずれ量演算手段３２により算出されたずれ量が転圧路の中心線（基準線）からの位置ずれを許容する範囲（第１領域）に含まれるか否かにより判定する。本実施形態では、転圧路の中心線（基準線）から左右の両側に均等に広がる帯状の領域を位置ずれの許容範囲（第１領域）として設定している。この位置ずれの許容範囲（第１領域）の幅（Ｘｃｍ）は、例えば、２００ｃｍ程度（転圧路の中心線から±１００ｃｍ程度）にするのがよい。
制御信号作成手段３４は、ずれ量が位置ずれの許容範囲（第１領域）に含まれる（位置ずれが小さい）場合には、ステアリング角度演算手段３３により算出したステアリング角度θを制御指令角度とする制御指令を作成し、一方、ずれ量が位置ずれの許容範囲（第１領域）に含まれない（位置ずれが大きい）場合には、次の分割点（中間目標点）よりも手前で転圧路の中心線に到達するように、進行方向を大きく曲げるのに必要なステアリング角度θ（例えば、最小旋回半径のステアリング角度）を制御指令角度とする制御指令を作成する。そして、制御信号作成手段３４は、この制御指令を周期的（例えば、１００ミリｓｅｃ）にアーティキュレート機構１２に対して送信する。アーティキュレート機構１２は、この制御指令のステアリング角度θに応じた分だけステアリングシリンダを伸縮させ、センターピン１２ｃを中心に前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが屈折させる。それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの方向が変化し、振動ローラ１の進路を修正させる。
この制御により、振動ローラ１は、位置ずれの許容範囲（第１領域）の内側を走行している間は分割点（中間目標点）に向かって走行し、第１領域から外れた場合には分割点（中間目標点）よりも手前で転圧路の中心線に到達するように進行方向を大きく曲げる。その後、振動ローラ１は、第１領域に戻った時点で再び分割点（中間目標点）に向かって走行し始める。
以上のように、転圧工程において、転圧路の距離が長い場合には、転圧路の中心線（基準線）を複数に分割する分割点（中間目標点）を設定し、振動ローラ１はこの分割点（中間目標点）を通過するように走行する。また、転圧路の中心線（基準線）と振動ローラ１の基準点とが遠く離れてしまった場合（振動ローラ１が第１領域の外側にある場合）には、転圧路の中心線（基準線）上に最短距離で戻るように走行する。これにより、制御が簡易なのでアルゴリズムの開発コストの低減化および演算時間の短縮化が可能である。また、転圧路の中心線（基準線）に対するずれが発生した場合にも修正が早いので、転圧工程における走行精度が向上する。
（車線変更工程）
図６に示す車線変更工程制御手段４０は、車線変更工程を制御するためのものである。ここで、施工条件によって転圧路の中心線同士の離間距離は変化するので、車線変更幅Ｗを自在に変化することが可能なアルゴリズムを構築することが望ましい。その為、車線変更工程制御手段４０は、図１０（ａ）に示すように車線変更前の転圧路の中心線と車線変更後の転圧路の中心線とを結ぶタンジェント曲線を用いた車線変更の経路（車線変更路）の中心線上を通過させるようにする。このタンジェント曲線は、−９０°〜＋９０°の範囲を車線変更幅にすることで、車線変更前の転圧路の中心線および車線変更後の転圧路の中心線に接するようにすることが望ましい。この制御を実現するために、図６に示す車線変更工程制御手段４０は、車線変更路作成手段４１、ずれ量演算手段４２、ステアリング角度演算手段４３および制御信号作成手段４４により構成されている。
図６に示す車線変更工程制御手段４０は、車線変更工程を制御するためのものである。ここで、施工条件によって転圧路の中心線同士の離間距離は変化するので、車線変更幅Ｗを自在に変化することが可能なアルゴリズムを構築することが望ましい。その為、車線変更工程制御手段４０は、図１０（ａ）に示すように車線変更前の転圧路の中心線と車線変更後の転圧路の中心線とを結ぶタンジェント曲線を用いた車線変更の経路（車線変更路）の中心線上を通過させるようにする。このタンジェント曲線は、−９０°〜＋９０°の範囲を車線変更幅にすることで、車線変更前の転圧路の中心線および車線変更後の転圧路の中心線に接するようにすることが望ましい。この制御を実現するために、図６に示す車線変更工程制御手段４０は、車線変更路作成手段４１、ずれ量演算手段４２、ステアリング角度演算手段４３および制御信号作成手段４４により構成されている。
図１０（ａ）を参照して、車線変更路作成手段４１のアルゴリズムを説明する。
任意に決定された車線変更幅Ｗに対応する車線変更路の中心線を構成する通過点（目標点）の座標（Xn,Yn）を算出するための数式を以下に示す（ｎは通過点（目標点）の識別
番号）。ここでは、７つ（ｎ＝１〜７）の通過点（目標点）の座標を算出する場合を想定しているが、ここで示す通過点（目標点）の数や数式はあくまでも一例である。この数式を用いることで、図１０（ａ）に示すように、第１の通過点（X1,Y1）として車線変更前
の転圧路の中心線の一点が算出され、第７の通過点（X7,Y7）として車線変更後の転圧路
の中心線の一点が算出され、第１の通過点（X1,Y1）と第７の通過点（X7,Y7）とを結ぶタンジェント曲線上に第２の通過点（X2,Y2）〜第６の通過点（X6,Y6）が算出される。
なお、以下に示す数式により算出される通過点の座標（Xn,Yn）は、振動ローラ１の現
在位置（転圧路の中心点上のある一点）を原点（0,0）とし、その原点（0,0）からの相対的な位置を示すものである。その為、算出した座標を用いて振動ローラ１を制御する場合には、算出した座標を転圧エリアの全体的な位置（全体座標系）に変換する必要がある。
任意に決定された車線変更幅Ｗに対応する車線変更路の中心線を構成する通過点（目標点）の座標（Xn,Yn）を算出するための数式を以下に示す（ｎは通過点（目標点）の識別
番号）。ここでは、７つ（ｎ＝１〜７）の通過点（目標点）の座標を算出する場合を想定しているが、ここで示す通過点（目標点）の数や数式はあくまでも一例である。この数式を用いることで、図１０（ａ）に示すように、第１の通過点（X1,Y1）として車線変更前
の転圧路の中心線の一点が算出され、第７の通過点（X7,Y7）として車線変更後の転圧路
の中心線の一点が算出され、第１の通過点（X1,Y1）と第７の通過点（X7,Y7）とを結ぶタンジェント曲線上に第２の通過点（X2,Y2）〜第６の通過点（X6,Y6）が算出される。
なお、以下に示す数式により算出される通過点の座標（Xn,Yn）は、振動ローラ１の現
在位置（転圧路の中心点上のある一点）を原点（0,0）とし、その原点（0,0）からの相対的な位置を示すものである。その為、算出した座標を用いて振動ローラ１を制御する場合には、算出した座標を転圧エリアの全体的な位置（全体座標系）に変換する必要がある。
車線変更路の緩やかさは、上記式の「α（曲線長決定係数）」および「β（曲率決定係数）」により決まる。「α（曲線長決定係数）」および「β（曲率決定係数）」は、振動ローラ１の仕様に適したものを走行試験により算出したものである。図１０（ｂ）を参照して、走行試験について説明する。図１０（ｂ）に示す４種類の走行軌跡は、車線変更幅Ｗが４００ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍの場合に、振動ローラ１を手動操作して得たものである。この走行軌跡から上記式を算出した。これに対して、黒丸は、車線変更幅Ｗが１０００ｍｍの場合において、上記式を用いて算出した通過点（中間目標点）を示したものである。図１０（ｂ）を参照すると、算出した通過点（中間目標点）と走行試験で得た走行軌跡とが近似しているのが分かる。その為、手動操作に近い感じの走行を実現できる。
車線変更路作成手段４１は、上記数式を用いてタンジェント曲線に沿った複数点の座標を算出する。算出する座標の数は、任意に設定することが可能であるが、座標点数を少なく設定すると振動ローラ１の動きが滑らかにならないので一定数以上の座標を算出するようにする。これにより、車線変更前の転圧路の中心線上の一点を始点として、算出したタンジェント曲線上の点を通過点（中間目標点）とし、車線変更後の転圧路上の一点を目標点（最終目標点）とする走行ルートが決定する。そして、車線変更工程制御手段４０は、車線変更路作成手段４１により算出した座標を通過するように振動ローラ１を移動させることで、現在位置（始点）から最終目標点までの車線変更走行を実現する。以下、車線変更走行の制御について説明する。
図６に示すずれ量演算手段４２は、進入工程で説明したずれ量演算手段２２に対応するものである。ずれ量演算手段４２は、所定の時間間隔（例えば、１００ミリｓｅｃ）で現在位置を演算し、ある通過点（第１中間目標点）とその次の通過点（第２中間目標点）と
を結ぶ直線（基準線）に対する振動ローラ１のずれ量を算出する。
なお、ずれ量演算手段４２は、ある通過点（第１中間目標点）に到達した際に、ある通過点（第１中間目標点）と次の通過点（第２中間目標点）とを結ぶ新たな直線（基準線）との間でのずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。通過点（中間目標点）に到達したか否かは、例えば、通過点（中間目標点）にある程度近接した場合に到達したと判定してもよいし、通過点（中間目標点）までの距離が減少から増加に転じた時点で通過点に到達したと判定してもよい。
を結ぶ直線（基準線）に対する振動ローラ１のずれ量を算出する。
なお、ずれ量演算手段４２は、ある通過点（第１中間目標点）に到達した際に、ある通過点（第１中間目標点）と次の通過点（第２中間目標点）とを結ぶ新たな直線（基準線）との間でのずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。通過点（中間目標点）に到達したか否かは、例えば、通過点（中間目標点）にある程度近接した場合に到達したと判定してもよいし、通過点（中間目標点）までの距離が減少から増加に転じた時点で通過点に到達したと判定してもよい。
ステアリング角度演算手段４３は、進入工程で説明したステアリング角度演算手段２３に対応するものである。ステアリング角度演算手段４３は、ずれ量演算手段４２により算出されたずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する。本実施形態では、ずれ量の是正に必要なステアリング角度θを基準値（例えば、０°）に対する値として説明するが、現在値に対する増減分の値（ステアリング角度Δθ）であってもよい。
制御信号作成手段４４は、進入工程で説明した制御信号作成手段２４に対応するものである。制御信号作成手段４４は、ステアリング角度演算手段４３により算出されたステアリング角度θを制御指令角度とする制御指令を作成し、この制御指令を周期的（例えば、１００ミリｓｅｃ）にアーティキュレート機構１２に対して送信する。アーティキュレート機構１２は、この制御指令に基づいて、この制御指令のステアリング角度θに応じた分だけステアリングシリンダを伸縮させ、センターピン１２ｃを中心に前輪保持部１２ａおよび後輪保持部１２ｂが屈折させる。それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの方向が変化し、振動ローラ１の進路を修正させる。
以上のように、車線変更工程において、振動ローラ１は、車線変更前の転圧路と車線変更後の転圧路とを結ぶタンジェント曲線を用いた車線変更の経路（車線変更路）上を走行する。これにより、転圧路の中心線に沿って振動ローラ１が車線変更するため、車線変更後の転圧工程の初期に振動ローラ１の進行方向を大きく修正する必要がない。つまり、本実施形態の車線変更工程によれば、転圧工程における走行が安定する。
［第２実施形態］
≪第２実施形態に係る無人化施工方法≫
第１実施形態に係る無人化施工方法では、制御指令の計算周期（Δｔ）を短く設定した場合に、次々と変わる制御指令に追従して振動ローラ１が左右に激しく動く虞がある。
例えば、次のような場合である。ある時点（時刻ｔ）において中間目標点に対して実際の車体の方向が右側を向いていたとし、左側を向くように制御指令角度を「−２°」とする制御指令がなされたとする。この制御により目標点に対して実際の車体の方向が左側を向いてしまった場合には、次の時点（時刻ｔ＋Δｔ）において、右側を向くように制御指令角度を「+２°」とする制御指令がなされるとする。このような制御になると、次々と
変わる制御指令に追従して振動ローラ１が左右に激しく（細かく）動くことになる。この振動ローラ１が左右に激しく動いた場合における、制御指令角度の変化の一例を図１１（ａ）に示す。
≪第２実施形態に係る無人化施工方法≫
第１実施形態に係る無人化施工方法では、制御指令の計算周期（Δｔ）を短く設定した場合に、次々と変わる制御指令に追従して振動ローラ１が左右に激しく動く虞がある。
例えば、次のような場合である。ある時点（時刻ｔ）において中間目標点に対して実際の車体の方向が右側を向いていたとし、左側を向くように制御指令角度を「−２°」とする制御指令がなされたとする。この制御により目標点に対して実際の車体の方向が左側を向いてしまった場合には、次の時点（時刻ｔ＋Δｔ）において、右側を向くように制御指令角度を「+２°」とする制御指令がなされるとする。このような制御になると、次々と
変わる制御指令に追従して振動ローラ１が左右に激しく（細かく）動くことになる。この振動ローラ１が左右に激しく動いた場合における、制御指令角度の変化の一例を図１１（ａ）に示す。
第２実施形態に係る無人化施工方法では、振動ローラ１の挙動を安定させるために、今回の制御指令角度が前回制御を行った制御指令角度から一定角度以上変化した場合のみ制御指令を行うように閾値（例えば、「３°」程度）を設ける。
また、制御指令角度に閾値を設定する制御を転圧工程に用いた場合に、進行方向を修正することにより振動ローラ１の基準点が転圧路の中心線（基準線）上に到達した場合に、進行方向を修正することなく振動ローラ１が転圧路の中心線から外れてしまう虞がある（図１２参照）。これは、閾値が適切に設定されていない場合に起こりやすい。その場合には、振動ローラ１の基準点が転圧路の中心線から一定の範囲内にある場合には、ステアリ
ング角度θを「０°」にするように制御するとよい（図１３参照）。本実施形態では、転圧路の中心線（基準線）から左右の両側に均等に広がる帯状の領域をステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）として設定している。このステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）の幅は、位置ずれの許容範囲（第１領域）よりも狭い範囲であることが好ましく、例えば、１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度に設定する。
また、制御指令角度に閾値を設定する制御を転圧工程に用いた場合に、進行方向を修正することにより振動ローラ１の基準点が転圧路の中心線（基準線）上に到達した場合に、進行方向を修正することなく振動ローラ１が転圧路の中心線から外れてしまう虞がある（図１２参照）。これは、閾値が適切に設定されていない場合に起こりやすい。その場合には、振動ローラ１の基準点が転圧路の中心線から一定の範囲内にある場合には、ステアリ
ング角度θを「０°」にするように制御するとよい（図１３参照）。本実施形態では、転圧路の中心線（基準線）から左右の両側に均等に広がる帯状の領域をステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）として設定している。このステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）の幅は、位置ずれの許容範囲（第１領域）よりも狭い範囲であることが好ましく、例えば、１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度に設定する。
これらの挙動安定制御を実現するために、自律走行用制御装置１５が有する機能を図１４に示す。図１４に示すように、進入工程制御手段２０は、さらに閾値角度制御手段２５を有する。また、転圧工程制御手段３０は、さらに閾値角度制御手段３５および０°区間制御手段３６を有する。また、車線変更工程制御手段４０は、さらに閾値角度制御手段４５を有する。閾値角度制御手段２５，３５，４５は、同様の制御となるため、以下では、転圧工程制御手段３０について説明し、進入工程制御手段２０および車線変更工程制御手段４０については説明を省略する。
転圧路作成手段３１（図１４参照）により、転圧路の中心線の一端を始点とし、分割点（中間目標点）を通過点とし、転圧路の中心線の他端を目標点（最終目標点）とする走行ルートが決定する。そして、転圧工程制御手段３０は、転圧路作成手段３１により算出した座標を通過するように振動ローラ１を移動させることで、現在位置（始点）から最終目標点までの転圧走行を実現する。以下、図１５を参照して、転圧走行の制御について説明する。
０°区間制御手段３６は、振動ローラ１が転圧路の中心線（基準線）上に乗っているか否かを判定する（ステップＳ２１）。この判定は、例えば、ずれ量演算手段３２が転圧路の中心線（基準線）に対する振動ローラ１のずれ量を算出し、算出したずれ量がステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）に含まれるか否かで判定する。
振動ローラ１が転圧路の中心線（基準線）上に乗っている（ずれ量がステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）に含まれる）場合（ステップＳ２１で“Ｙｅｓ”）に、制御信号作成手段３４は、制御指令角度に「０°」を設定した制御指令をアーティキュレート機構１２に対して送信する（ステップＳ２２）。一方、振動ローラ１が転圧路の中心線（基準線）上に乗っていない（ずれ量がステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）に含まれない）場合（ステップＳ２１で“Ｎｏ”）に、処理をステップＳ２３に進める。
振動ローラ１が転圧路の中心線（基準線）上に乗っている（ずれ量がステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）に含まれる）場合（ステップＳ２１で“Ｙｅｓ”）に、制御信号作成手段３４は、制御指令角度に「０°」を設定した制御指令をアーティキュレート機構１２に対して送信する（ステップＳ２２）。一方、振動ローラ１が転圧路の中心線（基準線）上に乗っていない（ずれ量がステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）に含まれない）場合（ステップＳ２１で“Ｎｏ”）に、処理をステップＳ２３に進める。
振動ローラ１が転圧路の中心線（基準線）上に乗っていない場合（ステップＳ２１で“Ｎｏ”）に、ステアリング角度演算手段３３は、ずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する（ステップＳ２３）。続いて、制御信号作成手段３４は、算出したステアリング角度θを制御指令角度とする制御指令を作成する（ステップＳ２４）。
続いて、閾値角度制御手段３５は、前回に制御指令を行った制御指令角度と今回に算出した制御指令角度との変化が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。前回と今回とで制御指令角度の変化が閾値以上であった場合（ステップＳ２５で“Ｙｅｓ”）に処理をステップＳ２６に進めて、制御信号作成手段３４は、ステップＳ２４で作成した制御指令をアーティキュレート機構１２に対して送信する（制御指令あり）。一方、前回と今回とで制御指令角度の変化が閾値よりも小さかった場合（ステップＳ２５で“Ｎｏ”）に処理をステップＳ２７に進めて、ステップＳ２４で作成した制御指令をアーティキュレート機構１２に対して送信しない（制御指令なし）。
以上で、ある時点（座標）でのステアリング角度θの制御が終了するが、次の周期でまたずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する（ステップＳ２１）。
以上で、ある時点（座標）でのステアリング角度θの制御が終了するが、次の周期でまたずれ量の是正に必要なステアリング角度θの大きさを算出する（ステップＳ２１）。
この制御により、振動ローラ１は、位置ずれの許容範囲（第１領域）の内側を走行している間は分割点（中間目標点）に向かって走行し、第１領域から外れた場合には分割点（
中間目標点）よりも手前で転圧路の中心線に到達するように進行方向を大きく曲げる。その後、振動ローラ１は、第１領域に戻った時点で再び分割点（中間目標点）に向かって走行し始める。続いて、振動ローラ１は、ステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）に入った時点でステアリング角度θを「０°」にして直進する。振動ローラ１が直進する方向は、転圧路の中心線に対して平行ではなく一定の角度がつけられているが、緩やかな角度である。振動ローラ１は、ある程度直進すると転圧路の中心線を跨ぎ、なお直進を続ける。そして、第２領域から外れた時点（第１領域に戻った時点）で再び分割点（中間目標点）に向かって走行し始める。なお、これらの第１領域および第２領域を用いた制御においては、閾値制御が行われる。
中間目標点）よりも手前で転圧路の中心線に到達するように進行方向を大きく曲げる。その後、振動ローラ１は、第１領域に戻った時点で再び分割点（中間目標点）に向かって走行し始める。続いて、振動ローラ１は、ステアリング角度θ「０°」区間（第２領域）に入った時点でステアリング角度θを「０°」にして直進する。振動ローラ１が直進する方向は、転圧路の中心線に対して平行ではなく一定の角度がつけられているが、緩やかな角度である。振動ローラ１は、ある程度直進すると転圧路の中心線を跨ぎ、なお直進を続ける。そして、第２領域から外れた時点（第１領域に戻った時点）で再び分割点（中間目標点）に向かって走行し始める。なお、これらの第１領域および第２領域を用いた制御においては、閾値制御が行われる。
以上のように、第２実施形態に係る無人化施工方法では、今回の制御指令角度が前回制御を行った制御指令角度から一定角度以上変化した場合のみ制御指令を行うように閾値を設けていた。これにより、次々と変わる制御指令に追従して振動ローラ１が左右に激しく（細かく）動くことがない。閾値を設けた場合における、制御指令角度の変化の一例を図１１（ｂ）に示す。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、振動ローラ１をそれぞれ異なる走行ルートを走行させたものなので対応しているものではないが、図１１（ａ）に比べて図１１（ｂ）では制御指令角度の変化が激しくない（ステアリング角度θの修正が頻繁に行われていない）のが分かる。その為、振動ローラ１の挙動が安定する。
また、第２実施形態に係る無人化施工方法では、振動ローラ１の基準点が転圧路の中心線（基準線）から一定の領域（第２領域）内にある場合には、ステアリング角度を「０°」にするように制御していた。これにより、振動ローラ１が、ステアリング角度を修正して転圧路の中心線（基準線）上に到達したにも関わらず、ステアリング角度を維持したまま転圧路の中心線から外れてしまう虞がない。その為、走行精度がより向上する。なお、この制御は、前記説明した閾値を用いた制御を行う場合に特に有効である。
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
第１実施形態および第２実施形態では、図２に示すように、無人化走行を行う建設機械として振動ローラ１を想定していた。しかしながら、無人化走行させる建設機械は、振動ローラ１に限定されるものではなく、例えば、ブルドーザ、バックホウ、ダンプトラックなどであってよい。
また、第１実施形態および第２実施形態では、図２に示すように、アーティキュレート機構１２を備える建設機械（振動ローラ１）を想定していた。しかしながら、建設機械を旋回させるための機構は、これに限定されず、進行方向がステアリング角度θに対して一定であれば、種々の機構を用いることが可能である。
また、第１実施形態および第２実施形態では、図１（ａ）に示すように、トータルステーション２を用いて振動ローラ１を自動追尾することで、振動ローラ１の位置情報を取得していた。しかしながら、振動ローラ１の位置情報を取得する方法は、これに限定されるものではなく、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いてもよい。
また、第１実施形態および第２実施形態では、図４に示すように、機体情報取得手段Ｓを姿勢検出センサＳ１と、速度検出センサＳ２と、ステア角度検出センサＳ３と、前方探査センサＳ４とで構成していた。しかしながら、機体情報取得手段Ｓの構成は、これに限定されるものではなく、例えば、振動ローラ１に全周プリズムを複数設置して、位置検出のみならず姿勢検出を行ってもよい。
１ 振動ローラ（建設機械）
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
２０ 進入工程制御手段
２１ 進入路作成手段
３０ 転圧工程制御手段
３１ 転圧路作成手段
４０ 車線変更工程制御手段
４１ 車線変更路作成手段
２２，３２，４２ ずれ量演算手段
２３，３３，４３ ステアリング角度演算手段
２４，３４，４４ 制御信号作成手段
２５，３５，４５ 閾値角度制御手段
３６ ０°区間制御手段
Ｓ１ 姿勢検出センサ（機体情報取得手段）
Ｓ２ 速度検出センサ（機体情報取得手段）
Ｓ３ ステア角度検出センサ（機体情報取得手段）
Ｓ４ 前方探査センサ（機体情報取得手段）
Ｍ 無人化施工システム
Ｍ１ 自律制御システム
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
２０ 進入工程制御手段
２１ 進入路作成手段
３０ 転圧工程制御手段
３１ 転圧路作成手段
４０ 車線変更工程制御手段
４１ 車線変更路作成手段
２２，３２，４２ ずれ量演算手段
２３，３３，４３ ステアリング角度演算手段
２４，３４，４４ 制御信号作成手段
２５，３５，４５ 閾値角度制御手段
３６ ０°区間制御手段
Ｓ１ 姿勢検出センサ（機体情報取得手段）
Ｓ２ 速度検出センサ（機体情報取得手段）
Ｓ３ ステア角度検出センサ（機体情報取得手段）
Ｓ４ 前方探査センサ（機体情報取得手段）
Ｍ 無人化施工システム
Ｍ１ 自律制御システム
Claims (6)
- 建設機械を、機械始点から転圧エリアに移動させる進入工程と、
前記建設機械を、前記転圧エリアに設定された転圧路に沿って前後進させる転圧工程と、
前記建設機械を、前記転圧路に沿って設けられた他の転圧路に車線変更させる車線変更工程と、を備える無人化施工方法であって、
前記転圧工程において、前記建設機械の位置が前記転圧路の基準線からの位置ずれを許容する第１領域の内側にある場合には、前記転圧路の基準線上に設けられた目標点に向かうようにステアリング角度を修正し、前記第１領域の外側にある場合には、前記転圧路の基準線に最短距離で到達するようにステアリング角度を修正することを特徴とする、無人化施工方法。 - 前記転圧工程において、前記建設機械の位置が前記第１領域よりも前記転圧路の基準線に近い第２領域の内側にある場合には、前記ステアリング角度をゼロにすることを特徴とする、請求項１に記載の無人化施工方法。
- 前記転圧工程において、現在のステアリング角度に対する修正後のステアリング角度の変化が閾値以上である場合にだけ当該修正後のステアリング角度に修正することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の無人化施工方法。
- 建設機械を、機械始点から転圧エリアに設定された目標点に移動させる進入工程と、
前記建設機械を、前記転圧エリアに設定された転圧路に沿って前後進させる転圧工程と、
前記建設機械を、前記転圧路に沿って設けられた他の転圧路に車線変更させる車線変更工程と、を備える無人化施工方法であって、
前記進入工程では、前記機械始点における前記建設機械の方向線と、前記転圧路の基準線とに接する円または楕円を算出するステップと、
前記建設機械を前記機械始点から前記方向線と前記円または楕円との接点である第一接点まで前記方向線に沿って走行させるステップと、
前記建設機械を前記第一接点から前記円または楕円と前記延長線との接点である第二接点まで前記円または楕円に沿って走行させるステップと、
前記建設機械を前記第二接点から前記目標点まで前記基準線に沿って走行させるステップと、を行うことを特徴とする、無人化施工方法。 - 建設機械を、機械始点から転圧エリアに移動させる進入工程と、
前記建設機械を、前記転圧エリアに設定された転圧路に沿って前後進させる転圧工程と、
前記建設機械を、前記転圧路に沿って設けられた他の転圧路に車線変更させる車線変更工程と、を備える無人化施工方法であって、
前記車線変更工程では、前記転圧路および前記他の転圧路に接するタンジェント曲線を算出するステップと、
前記タンジェント曲線上に複数の通過点を設定するステップと、
前記機械始点から前記複数の通過点を通って前記他の転圧路の基準線まで走行させるステップと、を行うことを特徴とする、無人化施工方法。 - 転圧路の基準線に沿って自律走行する建設機械のステアリング角度を制御する自律走行用制御装置であって、
前記転圧路の基準線に対する前記建設機械のずれ量を演算するずれ量演算手段と、
前記ずれ量の是正に必要なステアリング角度の大きさを演算するステアリング角度演算
手段と、
前記ステアリング角度を修正する制御信号を出力する制御信号作成手段と、を備え、
前記制御信号作成手段は、前記建設機械の位置が前記転圧路の基準線から予め決められた領域内にあるか否かの判定結果に基づき、前記領域内にある場合にはステアリング角度をゼロにし、前記領域外にある場合には前記ステアリング角度演算手段で演算されたステアリング角度の変化が閾値以上であるときに今回演算されたステアリング角度に修正することを特徴とする、自律走行用制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015001121A JP2016126625A (ja) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 無人化施工方法および自律走行用制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015001121A JP2016126625A (ja) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 無人化施工方法および自律走行用制御装置 |
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|---|---|
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| JP2015001121A Pending JP2016126625A (ja) | 2015-01-06 | 2015-01-06 | 無人化施工方法および自律走行用制御装置 |
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