JP2016223254A - 建設機械の作動動作制御にｓｔｃ法を利用する制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械を用いた施工作業を短期間に効率良く行うことの可能な建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法及び制御装置を提供する。【解決手段】建設機械のブレードの上下動の動作制御を位置数値制御法から動体速度制御法、つまり速度制御による作動軌跡制御法（Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ、略して、ＳＴＣ Ｍｅｔｈｏｄ）に置換することにより、建設機械を用いた施工作業を短期間に効率良く行うことを可能とする。【選択図】図５

Description

本発明は、建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法及び制御装置に関する。

住宅を立てたり駐車場を作ったりするために土地を所望の地形に造成するに際して建設機械の中でブルドーザーがよく用いられる。そして、ブルドーザーを動作させるにあたって数値制御法によりこれを行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−０３９０３６号公報

造成前の土地と造成後の土地の全ての位置を座標で表してブルドーザーの走行経路に沿ってこれらの座標からそのブレードの上下動の動作速度を制御することで土地を理想的な形状に造成することが考えられている。

しかしながら、このような位置制御方式によるブルドーザーのブレードの動作制御を行ったのでは、造成前の土地の座標と造成後の土地の座標の全てを事前に入力して記憶しておかなければならず、記憶情報が膨大となりその事前準備に多大な手間と時間を要してしまう。

本発明の目的は、建設機械を用いた施工作業を短期間に効率良く行うことの可能な建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法及び制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法は、建設機械のブレードの上下動の動作制御を位置数値制御法から作動速度制御法としてのＳＴＣ法に置換することを特徴としている。

好ましくは、上記建設機械の作動制御方法において、前記動体速度制御を実施するにあたって２次元制御、道路平面線形制御、平面制御、飛行経路による側面制御、縦横断勾配地盤掘削による側面制御、上下動制御の少なくとも何れか１つを利用することで建設機械のブレードの上下動の動作制御にＳＴＣ法を利用するのが良い。

また、好ましくは、上記建設機械の作動制御方法において、建設機械のブレードがブルドーザーのブレードであるのが良い。

また、好ましくは、上記建設機械の作動制御方法が、以下の第１乃至第４のステップを順々に有しているのが良い。
（１）第１のステップ（地形情報入手記憶ステップ）
この第１のステップは、本発明に係る作動制御方法によって、建設機械のブルドーザーのブレードによって土地を造成するに際して、造成後の土地の地形情報を入手して記憶する地形情報入手記憶ステップである。より具体的には、この第１のステップにおいては、計画地盤高さ及び前記ブルドーザーの計画通過点列から当該通過点列間の軌跡を表す点列曲線を作成すると共に、前記計画通過点列における計画地盤高さを求め、前記計画通過点列を規定する点列曲線と計画通過点列ごとの計画地盤高さを入手して記憶する。
（２）第２のステップ（高さ計測情報入手記憶ステップ）
この第２のステップにおいては、レーザーによる計測を行うことによって前記ブルドーザーのブレードの基準座標からの高さを計測する。
（３）第３のステップ（自動制御運転情報入手記憶ステップ）
この第３のステップにおいては、前記ブルドーザーの走行に際してＧＰＳによる情報から前記計画通過点列に沿った自動制御運転を行うための情報を提供することに加えて、当該ブルドーザーの走行速度を測定すると共にブレードの上下動速度を測定し、これらの情報を自動制御運転情報として入手して記憶する。
（４）第４のステップ（速度制御ステップ）
この第４ステップにおいては、前記地形情報入手記憶ステップで得られた地形情報及び前記自動制御運転情報入手記憶ステップで得られた情報から当該ブルドーザーの走行経路を前記計画通過点列に合致するように補正すると共に、前記高さ計測情報入手記憶ステップから得られた前記ブレードの計測高さと、前記地形情報入手記憶手段から得られた計画地盤高さと前記から得られた前記ブルドーザーの走行速度と前記ブレードの動作速度から前記ブレードの上下動速度の補正値を求める。

上記建設機械の作動制御方法を実施している間、以上の第１のステップ乃至第４のステップを繰り返し実行することで、当該補正値を前記自動制御運転情報入手記憶ステップにフィードバックして前記ブルドーザーが計画地盤高さ通りに造成できるように前記ブレードを上下動させる速度を正しい速度に変更する。

また、本発明に係る建設機械の作業制御装置は、上記建設機械の作動制御方法を実現するための制御方法を備え、前記建設機械に装着可能なことを特徴としている。

好ましくは、上記建設機械の作動制御装置において、既存の建設機械にすでに搭載された位置数値制御法に基づく制御を行う建設機械の作動制御装置に変えて、当該建設機械の作動制御装置に後付けすることで前記建設機械の作動制御方法にＳＴＣ法を利用するのが良い。

本発明によると、建設機械のブレードの上下動の動作制御を位置数値制御法から動体速度制御法、つまり速度制御による作動軌跡制御法（Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ、略して、ＳＴＣ Ｍｅｔｈｏｄ）に置換することにより、建設機械を用いた施工作業を短期間に効率良く行うことができるようになる。

本発明の特徴点の基本的概念を説明する図であり、具体的には動作軌跡（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）を構成する線分の定義法を示す図である。 図１に続いて、本発明の特徴点の基本的概念を説明する図であり、具体的には道路平面線形図としての軌跡点列曲線を示す図である。 図１及び図２に続いて、本発明の特徴点の基本的概念を説明する図であり、飛行機の着陸態勢時の飛行軌跡ｄｙ／ｄｘ（放物線と仮定）と速度制御（ｖ／ｕ）の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法の動作原理の一部を示す説明図であり、具体的には速度制御法による土地表面掘削整地作業を行うにあたって、ブルドーザーのブレードの高さを測定する方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御装置の構成を示すブロック図であり、具体的にはブルドーザー掘削作業、ＳＴＣ方式による作業速度（ｖ／ｕ）自動制御装置を含んだ作業速度コントローラーを示す図である。 本発明の一実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。

最初に本発明の基本的概念である速度制御による作動軌跡制御法（（Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ，ＳＴＣ Ｍｅｔｈｏｄ：以下省略して「ＳＴＣ法」とする）について説明する。図１は、本発明の特徴点の基本的概念を説明する図であり、具体的には動作軌跡（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）を構成する線分の定義法を示す図である。また、図２は、図１に続いて、本発明の特徴点の基本的概念を説明する図であり、具体的には道路平面線形図としての軌跡点列曲線を示す図である。また、図３は、図１及び図２に続いて、本発明の特徴点の基本的概念を説明する図であり、飛行機の着陸態勢時の飛行軌跡ｄｙ／ｄｘ（放物線と仮定）と速度制御（ｖ／ｕ）の関係を示す図である。

なお、本発明における作動軌跡制御法の適用対象としては、作動速度比ｖ／ｕにより作動軌跡ｄｙ／ｄｘを生成する方法として建設機械操作による掘削作業等としている。

図１は、軌跡曲線内の線分要素の一例及び、各線分要素の線分特性、関数式、表示パラメーター、図形勾配ｄｙ／ｄｘ、速度比と勾配、速度比の変化（制御）を示している。

図１の左側の２点定義された直線についてまず説明する。この場合の２点間は直線で定義されており、線分特性としては、最短距離となっており、エネルギー最少となっており、折れ線接続は曲がり角を作る。

関数式は以下のように定義される。
・ｙ＝（Ｌｙ／Ｌｘ）ｘ＝ａｘ
勾配は以下のように定義される。
・ｄｙ／ｄｘ＝ａ（ｃｏｎｓｔａｎｔ）＝Ｌｙ／Ｌｘ
・ｌｉｎｋ ｏｆｆｓｅｔ Ｌｙ，Ｌｘ
そして、速度比と勾配は以下のように定義される。
・ｕ＝ｄｘ／ｄｔ，ｖ＝ｄｙ／ｄｔ，ｖ／ｕ＝ｄｙ／ｄｘ＝ａ
つまり、この場合、速度比制御は一定である。

次いで、図１の中央の３点定義された放物線について説明する。この場合の３点間は放物線をなしており、二次曲線で、線分特性としては、物体を空中に投射したときの軌跡重力／投射力の釣り合いとなっている。

関数式は以下のように定義される。
・ｙ＝４ｆｘ（Ｌ−ｘ）／Ｌ２
勾配は以下のように定義される。
・ｄｙ／ｄｘ＝４ｆ（Ｌ−２ｘ）／Ｌ２
・パラメーターＬ、ｆ
そして、速度比と勾配は以下のように定義される。
・ｖ／ｕ＝４ｆ（Ｌ−２ｘ）／Ｌ２
・ｘ＝０：ｄｙ／ｄｘ＝４ｆ／Ｌ
・ｘ＝Ｌ／２：ｄｙ／ｄｘ＝０
・ｘ＝Ｌ：ｄｙ／ｄｘ＝−４ｆ／Ｌ
つまり、この場合、速度比制御は直線変化する。

次いで、図１の右側の多点補間定義された連続点列曲線について説明する。この場合の連続点列曲線は直線、二次曲線，クロソイド曲線の集合であり、線分特性としては、ｖ／ｕは遠心力を生み、横断勾配を規定クロソイド曲線：ハンドル速度／車速度が一定のときの走行軌跡（螺旋曲線）となっている。

関数式は以下のように定義される。
・ｙ＝Σｆ（ｘ）＝ｆ１＋ｆ２＋・・・＋ｆｎ
勾配は以下のように定義される。
・ｄｙ／ｄｘ＝Σｆ（ｘ）／ｄｘ
そして、速度比と勾配は以下のように定義される。
・ｖ／ｕ＝ｄｙ／ｄｘ＝ｆ１（ｘ）／ｄｘ＋ｆ２（ｘ）／ｄｘ＋・・・＋ｆｎ（ｘ）／ｄｘ
つまり、連続点列曲線の集合となっている。そして、この場合、速度比制御曲率はｄｙ／ｄｘに応じて変化する。

続いて、作動軌跡（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ）の作り方について説明する。図２は、道路平面線形図としての軌跡点列曲線を示すもので、この図の道路平面線形は直線、曲線（円弧、緩和曲線）により構成される。点列間は線分要素ｓｐｌｉｎｅにより滑らかに結ばれる。

図２において、軌跡上の４つの黒丸は例えば２０メートルごとにプロットされた軌跡点を示している。そして、図中左側から第１番目の黒丸から第２番目の黒丸までの軌跡曲線は、第１のクロソイドパラメーターを有する第１のクロソイド曲線として定義され、図中左側から第２番目の黒丸から第３番目の黒丸までの軌跡曲線は、第２クロソイドパラメーターを有する第２のクロソイド曲線として定義され、図中左側から第３番目の黒丸から第４番目の黒丸までの軌跡曲線は、一定の半径を有するサークル曲線として定義される。このようにして所定の距離ごとの隣接する軌跡点間の軌跡を２次曲線、３次曲線と、クロソイド曲線や、単なる直線として定義し、この連続体を関数表示することにより作動軌跡全体を定義することができる。

続いて、一例として飛行機の着陸態勢時の飛行軌跡ｄｙ／ｄｘを放物線と仮定とした時の速度制御ｖ／ｕとの関係について説明する。図３においては、飛行機が現在地点Ｐ１を飛行している際、着陸地点Ｐ４から水平方向に５０ｋｍ、高さ方向に５０００ｍの位置を飛行しており、この際の飛行速度は５００ｋｍ／ｈであるので、飛行軌跡が放物線と仮定すると、飛行軌跡ｄｙ／ｄｘと速度制御（ｖ／ｕ）との関係から、垂直方向の降下速度は１００ｋｍ／ｈと通算出される。同様に、飛行機が現在地点Ｐ２を飛行している際、着陸地点Ｐ４から水平方向に２５ｋｍ、高さ方向に１２５０ｍの位置を飛行しており、この際の飛行速度は５００ｋｍ／ｈであるので、飛行軌跡ｄｙ／ｄｘと速度制御（ｖ／ｕ）との関係から、垂直方向の降下速度は５０ｋｍ／ｈと通算出される。同様に、飛行機が現在地点Ｐ３を飛行している際、着陸地点Ｐ４から水平方向に２ｋｍ、高さ方向に１６ｍの位置を飛行しており、この際の飛行速度は２５０ｋｍ／ｈであるので、飛行軌跡ｄｙ／ｄｘと速度制御（ｖ／ｕ）との関係から、垂直方向の降下速度は２ｋｍ／ｈと算出される。

以上のような原理を利用して本発明に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法について説明する。

具体的には、本実施形態では、土地造成用のブルドーザーを用いて造成前の土地を削るブレードの作動動作にＳＴＣ法を利用するようにしたものである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法の作動原理の一部を示す説明図であり、具体的には速度制御法による土地表面掘削整地作業を行うにあたって、ブルドーザーのブレードの高さを測定する方法を示す図である。また、図５は、本発明の一実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御装置の構成を示すブロック図であり、具体的にはブルドーザー掘削作業、ＳＴＣ方式による作業速度（ｖ／ｕ）自動制御装置を含んだ作業速度コントローラーを示す図である。なお、図４及び図５において、ｖ＝ｄｘ／ｄｔはブルドーザーの移動速度を表し、ｕ＝ｄｙ／ｄｔはブルドーザーに備わったブレードの動作速度を表している。

本発明の一実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法（以下、適宜、単に「建設機械の作動制御方法」とする）は、ブルドーザーによる高低差のある傾斜勾配掘削等の土地掘削一般工事や、雨水、集水、排水計画施工を考慮しなければならない大規模駐車場工事や、入排水を考慮した水田整等の農地の整地、汚染された地表面の掘削除去などに適用される。

建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御装置は、建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御装置１（図５参照）を利用して実施される。この制御装置１は、図５に示すように、高さ計測情報入手記憶手段１１と、地形情報（ｄｙ／ｄｘ）入手記憶手段１２と、自動運転情報（ｖ／ｕ）入手記憶手段１３と、速度制御手段１４を備えている。

高さ計測情報入手記憶手段１１は、レーザーによる精密計測を行うことでブレードの位置情報を計測して逐次記憶する。具体的には、図４に示すように、造成すべき土地の基準高さに設置したレーザー発光器と、ブルドーザーの本体車両の一部に特定の高さを保った状態で設けられたレーザー受光器の組み合わせを用いて、ベンチマーク設定、基準座標（ｘ、ｙ、ｚ）、ＧＬ−０を入力したり、ブルドーザーのブレードの現在の高さＺｂを計測したりする。

また、地形情報（ｄｙ／ｄｘ）入手記憶手段１２は、地盤作業計画や補正を行う。具体的には、計画地盤高さ、計画通過点列（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の設定や、補間曲線（ｓｐｌｉｎｅ曲線）、パラメーターの設定や、点列曲線（ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ曲線）の計画作成情報からなる造成後の地形情報を入手して記憶する。

また、自動運転情報（ｖ／ｕ）入手記憶手段１３は、ＧＰＳ位置検出記憶や作業速度制御を行う。具体的には、作業車の位置測定Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に関するＧＰＳ位置情報を入手して記憶すると共に、ブルドーザーの速度ｕの測定、ブレードの上下動速度ｖの測定及び動作速度制御を行う。

また、速度制御手段１４は、掘削地盤高の補正を行う。具体的には、地形情報ｄｙ／ｄｘ補正、即ち、計画値の補正、走行運転情報ｖ／ｕの補正、補正値ｖ／ｕのオンラインフィードバックを行う。

そして、高さ計測情報入手記憶手段１１から速度制御手段１４にはブレードの高さＺｂの情報が伝達されると共に、地形情報（ｄｙ／ｄｘ）入手記憶手段１２から速度制御手段１４には、地形情報（ｄｙ／ｄｘ）入手記憶手段１２で得られた上述した情報が伝達され、自動運転情報（ｖ／ｕ）入手記憶手段１３から速度制御手段１４には速度運転情報ｖ／ｕが伝達され、速度制御手段１４から自動運転情報（ｖ／ｕ）入手記憶制御手段１３にはブレードの上下動速度の補正値がクローズドループ方式によりフィードバックされる。

これによって、ブルドーザーが予め定められた点列曲線に沿って走行中に現在地盤高に合わせたその時点での最適のｖ／ｕの値を、ブレードを上下動させるためのアクチュエータ駆動用ハード制御装置（図５では具体的に図示せず）に伝達する。

ここで、制御装置１においては、ブルドーザーのブレードの作動制御において数値制御を行わずに速度制御を行うこと、即ち、動体の二次元（Ｘ，Ｙ）の作動速度比ｖ／ｕは形状曲線勾配ｄｙ／ｄｘに比例することを利用する。

より具体的には、動体の二次元（Ｘ，Ｙ）の作動速度に関して以下のように規定される。
（１）ｕ＝ｄｘ／ｄｔ，ｖ＝ｄｙ／ｄｔ ｔ：時間
（２）ｖ／ｕ＝（ｄｙ／ｄｔ）／（ｄｘ／ｄｔ）＝ｄｙ／ｄｘ
１．静的制御ある一定時間内に移動する距離（ｘ、ｙ）は速度比に比例する。
２．動的制御実際は、動体は一定の速度運行はしない（運転トラブル、停止、減速、加速、休止）。以上から、それにあわせた、ｕ／ｖの動的制御が必要である。

そして、その制御原理としては、予め、ブルドーザーの走行する経路及びこの経路に沿って造成すべき土地の高さをブレードが通過すべき複数の経過点を所定の間隔ごとに記憶しておく。そして、道路工事の掘削、整地作業で、作業車の走行速度（ｕ）と掘削ブレード（上下動する刃）自体の動作速度（ｖ）の速度比ｕ／ｖを制御することにより、隣接する経過点、掘削勾配横断勾配（直線、放物線）、縦断勾配（直線、円曲線）等の路面形状に合わせたブレードの作業軌跡が得られるようにこのブレードの上下動の速度制御を行う。

以下に、上記内容に関する建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法の具体的一例を、動作ステップごとに説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法の手順の一例を示すフローチャートである。なお、この手順を示す図６は、本発明を実施するためにあくまで一例を示したものに過ぎず、本発明の作用を発揮する範囲内であれば他の手順を適用可能であることは言うまでもない。

建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法のルーチンを開始する（ステップＳ１０）。このルーチンにおいて、最初に、地形情報入手記憶ステップ（ステップＳ１１）を行う。この地形情報入手記憶ステップＳ１０は、建設機械のブルドーザーのブレードによって土地を造成するにあたって、造成後の土地の地形情報を入手して記憶する地形情報入手記憶ステップである。そして、このステップＳ１０においては、計画地盤高さ及びブルドーザーの計画通過点列から通過点列間の軌跡を表す点列曲線を作成すると共に、計画通過点列における計画地盤高さを求め、計画通過点列を規定する点列曲線と計画通過点列ごとの計画地盤高さを入手して記憶する。この際、計画通過点列を規定する点列曲線は、上述した図１乃至図３及びこれらの説明内容に記載された本発明を実現するための基本的概念（原理）を利用する。なお、計画通過点列における計画地盤高さは、あらかじめ決められた計画地盤高さの情報を利用する。

より具体的には、地形情報入手記憶ステップＳ１０においては、計画地盤高さの情報を利用して、ブルドーザーの計画通過点列（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の設定、補間曲線ｓｐｌｉｎｅ，パラメーターの設定を行なうことで、点列曲線ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙの計画作成を行う。

次いで、ブルドーザーのブレードの基準座標からの高さを計測する高さ計測情報入手記憶ステップを行う（ステップＳ１２）。この高さ計測情報入手記憶ステップを行うにあたって、図４に示すレーザー発光器を造成すべき土地の基準高さを有する基準位置に設置し、これに対応してブルドーザーのブレードの正確な高さを計測するためのレーザー受光器をブルドーザーに設置する。

より具体的には、高さ計測情報入手記憶ステップＳ１２においては、ベンチマーク設定として基準座標（ｘ，ｙ，ｚ），ＧＬ−０、及びブレードの高さ、Ｚｂ計測を、レーザーによる精密計測によって行う。そして、ブレードの現在高さＺｂの情報を速度制御ステップに伝える。

次いで、自動制御運転情報入手記憶ステップ（ステップＳ１３）と、速度制御ステップ（ステップＳ１４）を行う。ここで、自動制御運転情報入手記憶ステップＳ１３とは、ブルドーザーの走行に際してＧＰＳによる情報から、例えば図２に示す計画通過点列に沿った自動制御運転を行うための情報を提供することに加えて、ブルドーザーの走行速度を測定すると共にブレードの上下動速度を測定し、これらの情報を自動制御運転情報として入手して記憶するステップである。また、速度制御ステップＳ１４は、地形情報入手記憶ステップＳ１１で得られた地形情報及びブルドーザーの走行経路の補正を計画通過点列に合致するように補正すると共に、高さ計測情報入手記憶ステップＳ１２から得られたブレードの計測高さと、地形情報入手記憶ステップＳ１１から得られた計画地盤高さと、自動制御運転情報入手記憶ステップＳ１３から得られたブルドーザーの走行速度とブレードの動作速度からブレードの上下動速度の補正値を求め、補正値を自動制御運転情報入手記憶ステップＳ１３にフィードバックしてブルドーザーが計画地盤高さ通りに造成できるようにブレードを上下動させる速度を正しい速度に変更する。

より具体的には、自動制御運転情報入手記憶ステップＳ１３においては、ＧＰＳによるブルドーザーの位置測定を行うと共に、ブルドーザーの走行度ｕの測定、ブルドーザーの上下動速度ｖを測定し、速度制御ステップにおけるフィードバックを介して当該ブレードの動作速度を制御する。即ち、ＧＰＳを利用したブルドーザーの位置検出とブレードの作業速度制御を同時に行う。また、速度制御ステップＳ１４においては、地形情報ｄｙ／ｄｘ補正、即ち、ブルドーザーの現在の走行位置を予め定めた計画値に補正すると共に、ブルドーザーの走行速度ｕとブレードの作動速度ｖの関係の補正、即ち、走行運転情報ｖ／ｕの補正を行うことで補正値ｖ／ｕのオンラインフィードバックを自動制御運転情報ステップＳ１３に伝えるクローズドループ制御を実施する。そこれによって、掘削地盤高さを補正して、現在地盤高に合わせたｖ／ｕをハード制御装置（コントローラー）に伝える。これによって、地盤作業計画合致するようにｖ／ｕを補正することができる。

掘削作業を継続している限りにおいて以上のようなステップを実施し（ステップＳ１５）、掘削作業を終えた場合に上記ステップで構成される作業ルーチンを終了する（ステップＳ１６）。

続いて、以上説明した本実施形態に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御装置を備えたブルドーザーを用いた土地の造成作業や掘削作業を行う利点に関して、本発明の特徴的部分であるＳＴＣ方式による作業速度（ｖ／ｕ）自動制御装置が作業速度コントローラーとして機能する観点から説明する。

従来の数値制御法を速度制御法に置換したメリット、適用条件については以下の通りとなる。なお、前提として現地計測によるＧＰＳを利用したオンライン作業となる。
（１）作動原理：ブルドーザーによる掘削（切土）、整地（盛土、平坦化）作業は、作業車走行とブレードの連携動作によってなされる。作業車の運行速度ｕとブレードの掘削整地高さを決める上下動速度ｖの相対速度比ｕ／ｖを掘削整地勾配ｄｙ／ｄｘに等しくすることにより、任意の形状の掘削整地作業が可能となる。
（２）運動軌跡制御：本制御では起点から終点間の軌跡（線分単位）は任意曲線となる（図２参照）。
（３）速度制御方式の利点：速度制御方式では、始点終点の基準点列（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とその間の軌跡曲線（直線、円、放物線等とそのパラメーター）を指示すれば良い。従って、インプットする制御情報は著しく減少する（図１参照）。
（４）誤差補正と現場対応：計画している線分の点列は現場の状況により変化する。現地地盤をレーザー発光器とレーザー受光器からなるセンサーで計測することにより、計画値の誤差補正を行い施工に反映することが容易になる。これによって、現場状況に即応した対応が可能となる。
（５）生産性向上：通常、整地作業は所定の表面形状を得るために、表面凹凸を計測しつつ、何度も整地しているが、本発明により、整地作業繰り返し回数が減少（半減可能）し生産性向上に寄与する。
（６）適用条件：平坦度精度保障施工条件任意曲線は通常軌跡数値（座標点列）によって制御される。
（Ａ）平坦地運行（傾斜地制限、数％以内）：作業車運行は平坦地運行が原則である。滑らかな路面、ｍｍ単位の精密施工が可能となる。なお、舗装路面は雨水流水を考慮するので、緩曲線横断勾配（片勾配、放物線）が要求される。急勾配では作業車が傾き掘削整地精度は荒くなるので、平坦地での作業が望ましい。
（Ｂ）運行速度制限：作業車運行速度ｖは可変であるが、それに比例してブレードの動きｕも変わる。作業車の急激な停車，減速、加速は行わず、一定速度の連続作業でスムースな曲線軌跡が保証される。

以上説明したように、本発明に係る建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する制御方法を実施することで、建設機械の情報化施工技術の課題を解決すると共に、社会的ニーズを満たすことができる。

具体的には、第１の効果として、建設機械を利用した土地の造成等において人手不足とその解消を図ることができると共に、機械化と自動化を充実させ、少人数による施工性の向上を図ることが可能となる。

また、情報化施工技術：ＩＣＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を導入することで、従来経験者の技量、即ち、経験者のスキル（暗黙知）を形式化、標準化することができ、建設機械の作動に慣れていない経験の浅い作業者であっても確実な作業が行えるようになる。

また、情報化施工：ＩＣＴ技術を導入することで、高精度施工、即ち、ｍｍ単位の施工管理や品質管理を実現できる。

また、本発明を実施することによって、施工工期の短縮を図り、生産性の向上を実現し、かつ原価の低減に貢献する。

なお、以上説明した本発明の適用例としては、ブルドーザーに基づいて説明した。即ち、ブルドーザーのクローラー車前面にブレードをとりつけ、ブレードの上下、傾きの操作を行う。即ち、ブレードの操作を自動制御の適用対象とした。

しかしながら、上述した建設機械の代わりに路面除雪車としてのモターグレーダーに本発明を適用しても良い。具体的には、モターグレーダーは、前輪と後輪の中央にブレードを配置し路面の凹凸による上下動平均化を図っている。なお、ブレードはフローテイング構造となっている。そして、後輪駆動車からブレードの上下、左右、傾きの操作を行う。ブレードの操作が本発明における自動制御の適用対象となる。

また、上述したブルドーザーの代わりに、路面舗装車としてのアスファルトフィニシャーに用いても良い。路面を舗装する場合、アスファルト舗装合材をマット状にスクレードで敷き均す。この際合材供給量、舗装厚調整、平坦性と滑らかな仕上がり施工が技術的な自動制御の課題となる。舗装表面は二分割したブレード（通称アイロン）で整地するが、この整地作業の際に本願発明を適用することで、舗装表面を所望の状態に施工することができる。

なお、上述において説明した制御装置を新規のブルドーザーに搭載することなく、古いモデルである既存のブルドーザーに備わった制御装置の代わりにこの制御装置を新たに装着しても良い。これによって、コストを最小限に抑えつつ既存のブルドーザーにおいて行っていたブレードの作動動作制御を位置数値制御法から本発明に係る動体速度制御法に置換することが可能となる。

以上説明した実施の形態は、本発明を特定する一例を示したものに過ぎず、本発明の作用を発揮する範囲内であればこれを変形したものも本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

１ （建設機械の作動動作制御にＳＴＣ法を利用する）制御装置
１１ 高さ計測情報入手記憶手段
１２ 地形情報（ｄｙ／ｄｘ）入手記憶手段
１３ 自動運転情報（ｖ／ｕ）入手記憶手段
１４ 速度制御手段

Claims (5)

1. 建設機械のブレードの上下動の動作制御を位置数値制御法から作動速度制御法としてのＳＴＣ法に置換することを特徴とする建設機械の作動制御方法。
2. 前記動体速度制御を実施するにあたって２次元制御、道路平面線形制御、平面制御、飛行経路による側面制御、縦横断勾配地盤掘削による側面制御、上下動制御の少なくとも何れか１つを利用することで建設機械のブレードの上下動の動作制御にＳＴＣ法を利用することを特徴とする請求項１に記載の建設機械の作動制御方法。
3. 前記建設機械のブレードがブルドーザーのブレードであることを特徴とする請求項２に記載の建設機械のブレードの上下動の動作制御にＳＴＣ法を利用する建設機械の作動制御方法。
4. 前記請求項１ないし請求項３のいずれかの建設機械の作動制御方法を実現するための制御方法を備え、前記建設機械に装着可能なことを特徴とする建設機械の作業制御装置。
5. 既存の建設機械にすでに搭載された位置数値制御法に基づく制御を行う建設機械の作動制御装置に変えて、当該建設機械の作動制御装置に後付けすることで前記建設機械の作動制御方法にＳＴＣ法を利用することを特徴とする請求項４に記載の建設機械の作動制御装置。
   

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