JP2019218817A - 進路変更経路決定システム、自動走行式建設機械、及び進路変更経路決定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち要求条件に応じた進路変更経路を設定する技術を提供することであり、換言すれば設定根拠を説明し得る進路変更経路の設定技術を提供することである。【解決手段】本願発明の進路変更経路決定システムは、曲線関数と評価関数、入力条件（進路変更領域及び優先条件）に基づいて進路変更経路を決定するシステムであって、条件入力手段と曲線係数算出手段、優先係数決定手段、評価指標算出手段、進路変更経路決定手段を備えたものである。このうち進路変更経路決定手段が、曲線関数ごとに求められた評価指標のうち最適の評価指標を与える曲線関数を選出するとともに、選出された曲線関数によって求められる線形を進路変更経路として決定する。【選択図】図２

Description

本願発明は、振動ローラやブルドーザといった建設機械の自動運転に関する技術であり、より具体的には、隣接する走行路に移行するための経路を決定する技術に関するものである。

近年、建設業界の人手不足が深刻化しており、行政が計画している工事の遂行にも少なからず影響を及ぼしている。また、災害現場や事故現場など人が立ち入るには危険な場所で施工する場合、その安全対策には常に苦心を強いられていた。このような背景のもと、無人の建設機械によって土工事などを施工する「無人施工」が望まれていた。そして、情報通信技術（ＩＣＴ：Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）や測位技術（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の飛躍的な進歩もあって、この無人施工が実用化されるようになってきた。

無人施工は、人が建設機械に乗ることなく、施工現場で建設機械のみが稼働することによって目的の施工を行うものであり、例えば盛土工事であればダンプトラックによる盛土材の運搬や、ブルドーザによる盛土材の敷き均し、振動ローラによる締め固めといった作業などで実践される。

この無人施工は、遠隔操作形式と自動運転形式に大別することができる。遠隔操作形式は、人が建設機械から離れた位置に立ち、無線操作送信機を操作することによって建設機械を操る手法であり、通常は遠隔操作形式の建設機械と専用の無線操作送信機がセットで提供されている。一方の自動運転形式は、一連の作業を指令する処理が組み込まれたプログラムを、コンピュータが実行することによって建設機械が自動的に稼働する手法である。通常、自動運転形式の建設機械にはコンピュータが搭載されており、建設機械に搭乗した者、あるいは離れた位置に立つ者の操作によってプログラムが実行されることで、建設機械が自動的に所定の施工を行う。

一般的に建設機械は移動しながら施工するケースが多く、建設機械を直進させるときには問題なく走行できるが、方向変換するなど曲線的な走行ではオペレータによる巧拙が生じやすい。例えば振動ローラの操縦においては、締固めのために同一レーンを往復する場合、すなわち同一レーンを直線走行する場合はオペレータによる巧拙は生じにくいが、隣接するレーンに移行する場合は曲線走行となるためオペレータによる特性が表れやすい。

自動運転形式の建設機械（以下、単に「自動運転式建設機械」という。）で施工する場合、目的の作業を遂行させるために走行経路を設定する必要がある。上記した振動ローラを自動運転させるためには、施工範囲内に複数のレーンを設定するとともに、現行のレーンから隣接するレーンに移行するための走行経路（以下、「進路変更経路」という。）も設定しなければならない。従来、この進路変更経路を設定するにあたっては、経験豊富なオペレータの走行軌跡を再現する手法や、所定の幾何形状に基づいて走行すべき線形を算出する手法などが用いられていた。例えば特許文献１では、円形（円弧形状）を利用して進路変更経路を求める手法を提案している。

特開平１０−２１２７０５号公報

ところで、自動運転式建設機械の進路変更経路を設定するための従来手法は、それぞれ問題を指摘することができる。経験豊富なオペレータの走行軌跡を再現する手法は、その軌跡を計測する手間や再現する軌跡を算出する手間がかかるうえ、適切なオペレータを選定する（あるいは捜し出す）ことは極めて困難を要する作業である。また特許文献１のように措定の幾何線形で設定する手法は、比較的容易に設定することができるものの、その幾何線形が適切な進路変更経路であるとは限らない。

施工現場では、目的とする完成品に対して様々な仕様が求められることが多く、自動運転式建設機械による施工に対しても所定の条件が要求されることがある。具体的には、自動運転式建設機械がレーン間を移行する（進路変更する）場合、走行の効率化を重視するか、自動運転式建設機械への負担軽減を重視するか、あるいは地盤への影響軽減を重視するかといった条件を要求されることがある。この場合、その要求される条件に応じて進路変更経路を設定することが本来望ましい。しかしながら、自動運転式建設機械の進路変更経路を設定するための従来手法は、その施工現場に求められる条件を考慮したうえで進路変更経路を設定するものではなかった。そのため、他者からその進路変更経路を設定した根拠を求められたとしても適切に説明することはできなかった。

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち要求条件に応じた進路変更経路を設定する技術を提供することであり、換言すれば設定根拠を説明し得る進路変更経路の設定技術を提供することである。

本願発明は、あらかじめ用意した複数の曲線関数を用いて種々の進路変更経路を設定し、要求条件を考慮した指標関数に基づいて最適な進路変更経路を決定する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。

本願発明の進路変更経路決定システムは、曲線関数と評価関数、入力条件（進路変更領域及び優先条件）に基づいて進路変更経路（建設機械が第１の走行路から第２の走行路に移行するための経路）を決定するシステムであって、条件入力手段と曲線係数算出手段、優先係数決定手段、評価指標算出手段、進路変更経路決定手段を備えたものである。ここで、「進路変更領域」は、進路変更経路を設定する領域であり、「優先条件」は、走行の効率化、建設機械への負担軽減、地盤への影響軽減を含む複数の個別条件の中から選択される条件である。また「評価関数」は、走行の効率化を数値化した走行指標を算出する走行指標関数、建設機械への負担軽減を数値化した慣性力指標を算出する慣性力指標関数、地盤への影響軽減を数値化したステアリング指標を算出するステアリング指標関数を含む複数の個別評価関数の中から選択される２以上の個別評価関数と、選択された個別評価関数に乗じる優先係数を含んで構成される。本願発明の進路変更経路決定システムを構成する条件入力手段は、オペレータが進路変更領域及び優先条件を入力する手段であり、曲線係数算出手段は、記憶手段にあらかじめ記憶された２種類以上の曲線関数を読み出すとともに進路変更領域に基づいて曲線関数に対してそれぞれ曲線係数を求める手段である。優先係数決定手段は、優先条件に基づいて評価関数を構成する２以上の個別評価関数に係る優先係数を個別指標関数ごとに決定する手段であり、評価指標算出手段は、２種類以上の曲線関数と評価関数に基づいて曲線関数ごとに評価指標を求める手段である。そして進路変更経路決定手段が、曲線関数ごとに求められた評価指標のうち最適の評価指標を与える曲線関数を選出するとともに、選出された曲線関数によって求められる線形を進路変更経路として決定する。

本願発明の進路変更経路決定システムは、走行指標を曲線関数に基づいて求められる進路変更経路の距離とし、慣性力指標を曲線関数の曲率に基づいて求められる指標とし、ステアリング指標を曲線関数による進路変更経路を走行したときの建設機械のステアリング角度に基づいて求められる指標としたシステムとすることもできる。

本願発明の進路変更経路決定システムは、進路変更領域に基づいて曲線係数が定まらないときは評価指標を最適にする曲線係数を曲線係数算出手段が求めるシステムとすることもできる。

本願発明の自動走行式建設機械は、測位手段を含む計測手段を具備する自動走行可能な建設機械であり、本願発明の進路変更経路決定システムによって決定された進路変更経路にしたがって、第１の走行路から第２の走行路に移行するものである。

本願発明の進路変更経路決定プログラムは、曲線関数と評価関数、入力条件（進路変更領域及び優先条件）に基づいて進路変更経路を決定する機能をコンピュータに実行させるプログラムであって、曲線係数算出処理と優先係数決定処理、評価指標算出処理、進路変更経路決定処理をコンピュータに実行させる機能を備えたものである。このうち曲線係数算出処理は、進路変更領域に基づいてあらかじめ用意された２種類以上の曲線関数に対してそれぞれ曲線係数を求める処理であり、優先係数決定処理は、優先条件に基づいて評価関数を構成する２以上の個別評価関数に係る優先係数を個別評価関数ごとに決定する処理であり、また評価指標算出処理は、２種類以上の曲線関数と評価関数に基づいて曲線関数ごとに評価指標を求める処理である。そして進路変更経路決定処理が、曲線関数ごとに求められた評価指標のうち最適の評価指標を与える曲線関数を選出するとともに、選出された曲線関数によって求められる線形を進路変更経路として決定する。

本願発明の進路変更経路決定システム、自動走行式建設機械、及び進路変更経路決定プログラムには、次のような効果がある。
（１）従来技術に比して手間をかけることなく、適切な進路変更経路を決定することができる。
（２）他者の求めに応じて、進路変更経路を設定した根拠を明確に説明することができる。
（３）所望の条件に応じた進路変更経路を決定することができる。例えば施工の効率化を重視する場合は、建設機械が最短移動距離で移行する（進路変更する）ことができ、すなわち走行時間が低減することから効率的な施工を行うことができる。また自動運転式建設機械への負担軽減を重視する場合は、慣性力を考慮した走行によって建設機械への負担を軽減することができ、地盤への影響軽減を重視する場合は、適切な旋回半径での走行（つまり急ハンドルを避けた走行）によって路盤に及ぼす影響を軽減することができる。

第１の走行路の締固めを行った振動ローラが、隣接する第２の走行路に移行する状況を示す平面図。 進路変更経路と進路変更領域を説明する平面図。 本願発明の進路変更経路決定システムの主な構成を示すブロック図。 本願発明の進路変更経路決定システムの主な処理の流れを示すフロー図。 三次関数を含む曲線関数を例示する数式図。 円弧関数を含む曲線関数を例示する数式図。 評価関数を説明する数式図。 走行指標関数の例と慣性力指標関数の例、ステアリング指標関数の例を示す数式図。 特有曲線係数を有する曲線関数が含まれる場合における、進路変更経路決定システムの処理の流れの一部を示すフロー図。 本願発明の自動走行式建設機械である本願振動ローラを示す斜視図。 本願発明の進路変更経路決定プログラムの主な処理の流れを示すフロー図。

本願発明の進路変更経路決定システム、自動走行式建設機械、及び進路変更経路決定プログラムの実施形態の例を図に基づいて説明する。なお本願発明は、種々の建設機械を対象としてその進路変更経路を決定することができるが、便宜上ここでは、建設機械が振動ローラの場合で説明することとする。

１．全体概要
本願発明は、建設機械が現在の走行路（以下、「第１の走行路」という。）から後続の走行路（以下、「第２の走行路」という。）に移行する（いわば進路変更する）ための進路変更経路の決定に関する発明である。図１では、本願発明の自動走行式建設機械である振動ローラ（以下、単に「本願振動ローラ２００」という）が、レーンＬｎ０１〜レーンＬｎ０４の締固め施工を行っており、第１の走行路であるレーンＬｎ０１に対して規定回数だけ往復して締固めを行った後、隣接する第２の走行路（レーンＬｎ０２）に移行しようとしている。本願振動ローラ２００が第１の走行路から第２の走行路に移行する場合、図２に示すようにその進路変更経路（つまり軌跡）は曲線となるが、その線形は様々な定め方があり、当然ながら適切な線形の進路変更経路で移行することが望ましい。ところが、「適切な」進路変更経路は施工現場ごとにその評価が異なるはずであり、その施工現場が重視する条件や仕様に応じた進路変更経路を設定することが望まれる。本願発明は、施工現場が要求する条件に応じた「適切な」進路変更経路を定量的に決定することができる発明である。

本願発明は、あらかじめ用意した複数の曲線関数（曲線線形を定める関数）に対してそれぞれ評価指標を算出し、そのうち最も適切な評価指標を示す曲線関数を選定するとともに、その曲線関数に基づいて算出された線形を進路変更経路として決定する。曲線関数に対して評価指標を算出するに当たっては評価関数を利用することとし、そしてこの評価関数は２種類以上の個別評価関数とその評価関数に乗ずる係数（以下、「優先係数」という。）によって構成される。なお個別評価関数は、走行の効率化や建設機械への負担軽減、地盤への影響軽減といった「個別条件」を指標化する関数であり、一方の優先係数は、施工現場が重視する条件（以下、「優先条件」という。）に応じて決定されるいわば重みづけのための係数である。

通常、曲線関数の一般式には未知の係数（以下、「曲線係数」という。）が含まれる。本願発明では、この曲線係数を確定するために図２に示す「進路変更領域」を設定することとしている。この進路変更領域は、進路変更経路を設定する領域であり、例えば図２に示すように進路変更延長Ｌと進路変更幅Ｗで規定することができる。曲線係数を確定するということは、換言すれば曲線関数で設定される線形（以下、「曲線線形」という。）を確定することであり、そしてこの曲線線形は、進路変更領域に収まるように、しかも起点側の接線方向が第１の走行路の方向と一致するとともに終点側の接線方向が第２の走行路の方向と一致するように設定される。

２．進路変更経路決定システム
本願発明の実施形態の例を図に基づいて説明する。なお、本願発明の自動走行式建設機械は、本願発明の進路変更経路決定システムで決定された進路変更経路にしたがって自動走行するものであり、本願発明の進路変更経路決定プログラムは、本願発明の進路変更経路決定システムが進路変更経路を決定する処理をコンピュータに実行させるものである。したがって、まずは本願発明の進路変更経路決定システムについて説明し、その後に本願発明の自動走行式建設機械と進路変更経路決定プログラムについて説明することとする。

図３は、本願発明の進路変更経路決定システム１００の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明の進路変更経路決定システム１００は、条件入力手段１０１と優先係数決定手段１０３、曲線係数算出手段１０２、評価指標算出手段１０４、進路変更経路決定手段１０５を含んで構成され、さらに曲線関数記憶手段１０６や個別評価関数記憶手段１０７、評価関数設定手段１０８、ディスプレイやプリンタといった出力手段１０９を含んで構成することもできる。

進路変更経路決定システム１００は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や、ｉＰａｄ（登録商標）といったタブレット型ＰＣ、スマートフォンを含む携帯端末、あるいはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などによって構成することができる。コンピュータ装置は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリを具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むものもある。また、曲線関数記憶手段１０６と個別評価関数記憶手段１０７は、例えばデータベースサーバに構築することができ、ローカルなネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に置くこともできるし、インターネット経由（つまり無線通信）で保存するクラウドサーバとすることもできる。

以下、主に図４を参照しながら進路変更経路決定システム１００の主な処理について詳しく説明する。図４は、本願発明の進路変更経路決定システム１００の主な処理の流れを示すフロー図である。

はじめに、条件入力手段１０１を用いて、オペレータが進路変更領域と優先条件を含む所定の情報を入力する（Ｓｔｅｐ１１０）。これら入力情報のうち進路変更領域は、既述したとおり進路変更経路を設定する領域であり、例えば図２に示すように進路変更延長Ｌと進路変更幅Ｗで規定することができる。つまりこの場合、進路変更延長Ｌと進路変更幅Ｗを入力することによって、進路変更領域の情報が入力される。もちろん進路変更領域を特定することができる情報であれば、進路変更延長Ｌと進路変更幅Ｗのほか、各主要点の座標値や、各種寸法（辺長等）と角度などを入力値とすることもできる。

また優先条件は、その施工現場が重視する条件であり、２以上の個別条件の中から選択される条件である。この個別条件としては、建設機械の走行の効率化や、建設機械への負担軽減、地盤への影響軽減などを例示することができる。そのほか、騒音や排ガスなどによる周辺環境への影響軽減や、走行基盤である地盤性状（地質構造や地盤強度など）やダム堤体等のコンクリート性状を考慮したうえでの地盤影響軽減などを個別条件としてもよい。進路変更経路決定システム１００では、あらかじめ２以上の個別条件が用意される。そして、用意された２以上の個別条件の中から最も優先する個別条件を「優先条件」として選択し、条件入力手段１０１を用いて入力する。このとき、最も優先する個別条件のみを選択して入力する仕様としてもよいし、２以上の個別条件のすべて（あるいは一部）に対して優先順位を入力する仕様としてもよい。

進路変更領域や優先条件などの情報が入力されると、この進路変更領域に応じて曲線係数算出手段１０２が曲線係数を決定し（Ｓｔｅｐ１２０）、優先条件に応じて優先係数決定手段１０３が優先係数を決定する（Ｓｔｅｐ１３０）。以下、それぞれの処理について説明する。

曲線係数を決定するに当たっては、曲線係数算出手段１０２が曲線関数記憶手段１０６から曲線関数を読み出し、その曲線関数と進路変更領域によって曲線係数を決定する。具体的には、読み出された曲線関数によって設定される曲線線形が、進路変更領域に収まるように、しかも起点側の接線方向が第１の走行路の方向と一致し、且つ終点側の接線方向が第２の走行路の方向と一致するように、曲線係数が決定される。

曲線関数記憶手段１０６には２種類以上の曲線関数が記憶されており、曲線係数算出手段１０２はこれら２種類以上の曲線関数を読み出し、それぞれの曲線関数に対して曲線係数を決定する。例えば図３の例では、曲線関数記憶手段１０６にＮ（Ｎ＞３）種類の曲線関数が記憶されており、曲線係数算出手段１０２はこれらＮ種類の曲線関数を読み出し、そしてＮ種類の曲線関数に対してそれぞれ曲線係数を決定している。

曲線関数は曲線線形を与える関数であり、図５に示すような三次関数や正接関数、双曲線正接関数、正弦関数、あるいは図６に示すような円弧関数やクロソイド関数などを例示することができる。もちろん本願発明の進路変更経路決定システム１００では、曲線線形を与えるものであれば従来知られているあらゆる曲線関数を利用することができる。

優先係数は、既述したとおり個別評価関数（個別条件を指標化する関数）に乗ずるいわば重みづけのための係数であり、優先係数決定手段１０３によって、あらかじめ設定された２以上の個別条件と優先条件に応じて決定される。

例えば、個別条件として「建設機械の走行の効率化」と「建設機械への負担軽減」、「地盤への影響軽減」の３条件が設定されたケースで説明する。この場合、個別評価関数記憶手段１０７には、「建設機械の走行の効率化」を数値化した指標（以下、「走行指標」という。）を算出する個別評価関数（以下、「走行指標関数」という。）と、「建設機械への負担軽減」を数値化した指標（以下、「慣性力指標」という。）を算出する個別評価関数（以下、「慣性力指標関数」という。）、「地盤への影響軽減」を数値化した指標（以下、「ステアリング指標」という。）を算出する個別評価関数（以下、「ステアリング指標関数」という。）が記憶されている。そして、条件入力手段１０１によって「建設機械の走行の効率化」が優先条件として入力されると、走行指標関数に係る優先係数（重みづけ）は２とされ、慣性力指標関数に係る優先係数が１、ステアリング指標関数に係る優先係数が１とされる。あるいは、それぞれの走行指標関数に係る優先係数にあらかじめ優劣をつけておき、「建設機械の走行の効率化」が優先条件として入力されたときに、走行指標関数に係る優先係数を０．７とし、慣性力指標関数に係る優先係数を０．１、ステアリング指標関数に係る優先係数を０．２とすることもできる。「建設機械への負担軽減」と「地盤への影響軽減」は等しく優先条件とされていないが、ステアリング指標関数に係る優先係数よりも慣性力指標関数に係る優先係数の方があらかじめ小さくするよう設定されているため、ステアリング指標関数に係る優先係数が０．２、慣性力指標関数に係る優先係数が０．１とされるわけである。

このほか、条件入力手段１０１によって２以上の個別条件のすべて（あるいは一部）に対して優先順位を入力する仕様とした場合、優先係数決定手段１０３はその優先順位に応じて優先係数を決定する。例えば上記のケースで、「建設機械の走行の効率化」が第１優先、「建設機械への負担軽減」が第３優先、「地盤への影響軽減」」が第２優先として入力されると、走行指標関数に係る優先係数を０．５とし、慣性力指標関数に係る優先係数を０．２、ステアリング指標関数に係る優先係数を０．３とすることもできる。

優先係数はあらかじめ設定しておくこととし、例えば個別評価関数と優先条件とを対応させたテーブル（対応表）を用意しておくとよい。条件入力手段１０１によって優先条件が入力されると、その優先条件をもって当該対応表を参照（照会）し、この対応表から該当する個別評価関数ごとの優先係数を取得するわけである。

あらかじめ設定された個別条件の数（図３、４ではＫ個）だけ優先係数が決定されると、評価関数設定手段１０８が評価関数を設定する（Ｓｔｅｐ１４０）。この評価関数は、２以上の個別評価関数と優先係数によって構成され、具体的には図７に示すように「個別評価関数と優先係数の積」の和によって構成される。また個別評価関数は、個別条件を指標化する関数であり、曲線係数算出手段１０２によって曲線係数が決定された曲線関数に基づく関数である。例えば図８では、走行指標を求める走行指標関数の例と、慣性力指標を求める慣性力指標関数の例、ステアリング指標を求めるステアリング指標関数の例を示しており、ここで記載されたＸ−Ｙは曲線関数の変数であって、つまりｄｙ／ｄｘなどは曲線関数の微分を意味している。同様に、「曲率κ」や「任意点における法線ベクトルｎ」は曲線関数における数値（諸元）である。この図に示すように、進路変更経路の距離を走行指標とし、曲線関数の曲率に基づいて求められる指標を慣性力指標とし、進路変更経路を走行したときの建設機械のステアリング角度に基づいて求められる指標をステアリング指標とすることができ、そして走行指標関数と慣性力指標関数、ステアリング指標関数をこれらの指標を求める関数として設定することができる。

図７に示すような評価関数が設定されると、評価指標算出手段１０４が評価関数と曲線関数を用いて評価指標を算出する（Ｓｔｅｐ１５０）。なお、ここで用いられる曲線関数は、曲線係数算出手段１０２によって曲線係数が決定された曲線関数である。また評価指標算出手段１０４は、図３や図４にも示すように曲線関数の種類（図ではＮ種類）だけ評価指標を算出する。

曲線係数が決定された曲線関数の種類の数（図３、４ではＮ個）だけ評価指標が算出されると、進路変更経路決定手段１０５が進路変更経路を決定する（Ｓｔｅｐ１６０）。具体的には、進路変更経路決定手段１０５によって算出された複数の評価指標の中から最適となる評価指標を選出し、その最適の評価指標を与えた曲線関数を用いて設定される進路変更経路内の曲線線形を進路変更経路とする。ここで「最適の評価指標」は、これを与える評価関数に依存し、例えば図７に示すように「個別評価関数と優先係数の積」の和によって構成される評価関数であれば最小値を示すものが「最適の評価指標」となり、「個別評価関数と優先係数の積の逆数」の和によって構成される評価関数であれば最大値を示すものが「最適の評価指標」となる。

ところで、曲線関数と進路変更領域によってその曲線係数を決定すると説明したが、曲線関数によっては進路変更領域のみを与条件としただけではすべての曲線係数が定められないことがある。以下、この場合における進路変更経路決定システム１００の処理について説明する。なお便宜上ここでは、進路変更領域のみの与条件では定められない曲線関数特有の曲線係数のことを「個別係数」ということとする。

図９は、個別係数を有する曲線関数が含まれる場合における、進路変更経路決定システム１００の処理の流れの一部を示すフロー図である。この図に示すように個別係数を具備しない曲線関数の場合（Ｓｔｅｐ１４１のＮｏ）、評価関数設定ステップ（Ｓｔｅｐ１４０）で既にすべての曲線係数が決定されていることから、そのまま評価指標算出ステップ（Ｓｔｅｐ１５０）に進む。一方、個別係数を具備する曲線関数の場合（Ｓｔｅｐ１４１のＹｅｓ）、評価関数設定ステップ（Ｓｔｅｐ１４０）では個別係数が確定していない。そこで、個別係数を仮に設定したうえで（Ｓｔｅｐ１４２）、当該曲線係数に基づく評価指標を暫定的に算出する（Ｓｔｅｐ１４３）。このとき、評価関数設定ステップ（Ｓｔｅｐ１４０）で得られた評価関数を用いることができる。

個別係数を変更しながら、個別係数仮設定ステップ（Ｓｔｅｐ１４２）と評価指標暫定算出ステップ（Ｓｔｅｐ１４３）を繰り返し行い、その曲線関数における最適な評価指数が得られたとき（Ｓｔｅｐ１４４のＹｅｓ）、その個別係数を当該曲線関数の曲線係数として確定し、あわせて当該曲線関数に基づく評価指数として確定し（Ｓｔｅｐ１４５）、他の曲線係数に基づく評価指数と照らし合わせて進路変更経路を決定する（Ｓｔｅｐ１６０）。なお曲線関数によっては、最適な評価指数を示す個別係数が必然的に決定されることもある。この場合は、当然ながら図９に示す繰り返し計算を行うことなく、曲線係数決定ステップ（Ｓｔｅｐ１２０）において、計算により個別係数を算出するとよい。

３．自動走行式建設機械
次に本願発明の自動走行式建設機械について説明する。なお、本願発明の自動走行式建設機械は、ここまで説明した進路変更経路決定システム１００で決定された進路変更経路にしたがって自動走行するものであり、したがって進路変更経路決定システム１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の自動走行式建設機械に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「２．進路変更経路決定システム」で説明したものと同様である。

図１０は、本願発明の自動走行式建設機械である本願振動ローラ２００を示す斜視図である。この図に示すように本願振動ローラ２００は、振動ローラ２１０（建設機械）に測位手段２２０を取り付けたものである。この測位手段２２０は、例えば測位衛星ＳＴからの電波を受信するＧＮＳＳ受信機とすることができる。あるいは、トータルステーションのターゲット（ミラー）など、本願振動ローラ２００の位置を測定するための様々な機器を測位手段２２０とすることができる。また測位手段２２０のほか、加速度応答値ＣＣＶ（Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｕｅ）を計測するセンサや、速度計、ジャイロといった種々のセンサを振動ローラ２１０に取り付けることもできる。

本願振動ローラ２００は、自動運転形式の建設機械（自動運転式建設機械）であり、コンピュータによってプログラムが実行されることで、自動走行し所定の施工を行う。そして第１の走行路から第２の走行路に移行する際は、ここまで説明した進路変更経路決定システム１００が決定した進路変更経路にしたがって移行する。なお図１０では、進路変更経路決定システム１００が本願振動ローラ２００から離れた位置に設置され、無線通信によって進路変更経路を本願振動ローラ２００に送信しているが、これに限らず本願振動ローラ２００に進路変更経路決定システム１００を搭載することもできる。

４．進路変更経路決定プログラム
続いて本願発明の進路変更経路決定プログラムについて説明する。なお、本願発明の進路変更経路決定プログラムは、ここまで説明した進路変更経路決定システム１００が進路変更経路を決定する処理をコンピュータに実行させるものであり、したがって進路変更経路決定システム１００で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明の進路変更経路決定プログラムに特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「２．進路変更経路決定システム」で説明したものと同様である。

図１１は、本願発明の進路変更経路決定プログラムの主な処理の流れを示すフロー図である。条件入力手段１０１を用いてオペレータが進路変更領域と優先条件を含む条件を入力すると（Ｓｔｅｐ１１０）、曲線関数記憶手段１０６から２種類以上の曲線関数を読み出し、それぞれ曲線関数に対して曲線係数を決定する処理をコンピュータに実行させる（Ｓｔｅｐ２２０）。また、個別評価関数記憶手段１０７に記憶される２以上の個別評価関数に対して、それぞれ優先係数を決定する処理をコンピュータに実行させる（Ｓｔｅｐ２３０）。

曲線係数が決定され、優先係数が決定されると、評価関数を決定する処理をコンピュータに実行させるとともに（Ｓｔｅｐ２４０）、読み出した曲線関数ごとに評価指標を算出する処理をコンピュータに実行させ（Ｓｔｅｐ２５０）、そして複数の評価指標の中から最適となる評価指標を選出して進路変更経路を決定する処理をコンピュータに実行させる（Ｓｔｅｐ２６０）。

本願発明の進路変更経路決定システム、自動走行式建設機械、及び進路変更経路決定プログラムは、造成工事、道路路床や路体といった土構造物に関する工事のほか、土運搬を含む掘削工事、コンクリートの打ち込みなど、種々の施工現場で広く利用することができる。本願発明が、作業者の安全を図り、しかも慢性化した建設業界の人手不足を解消することを考えれば、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。

１００ 進路変更経路決定システム
１０１ （進路変更経路決定システムの）条件入力手段
１０２ （進路変更経路決定システムの）曲線係数算出手段
１０３ （進路変更経路決定システムの）優先係数決定手段
１０４ （進路変更経路決定システムの）評価指標算出手段
１０５ （進路変更経路決定システムの）進路変更経路決定手段
１０６ （進路変更経路決定システムの）曲線関数記憶手段
１０７ （進路変更経路決定システムの）個別評価関数記憶手段
１０８ （進路変更経路決定システムの）評価関数設定手段
１０９ （進路変更経路決定システムの）出力手段
２００ 本願振動ローラ
２１０ （本願振動ローラの）振動ローラ
２２０ （本願振動ローラの）測位手段
Ｌ 進路変更延長
Ｗ 進路変更幅
ＳＴ 測位衛星

Claims (5)

1. 曲線関数と、評価関数と、進路変更領域及び優先条件と、に基づいて、建設機械が第１の走行路から第２の走行路に移行するための進路変更経路を決定するシステムであって、
   前記進路変更領域は、前記進路変更経路を設定する領域であり、
   前記優先条件は、走行の効率化、建設機械への負担軽減、地盤への影響軽減を含む複数の個別条件の中から選択される条件であり、
   前記評価関数は、前記走行の効率化を数値化した走行指標を算出する走行指標関数、前記建設機械への負担軽減を数値化した慣性力指標を算出する慣性力指標関数、前記地盤への影響軽減を数値化したステアリング指標を算出するステアリング指標関数を含む複数の個別評価関数の中から選択される２以上の該個別評価関数と、選択された該個別評価関数に乗じる優先係数と、を含んで構成され、
   オペレータが前記進路変更領域及び前記優先条件を入力する条件入力手段と、
   記憶手段にあらかじめ記憶された２種類以上の前記曲線関数を読み出すとともに、前記進路変更領域に基づいて、該曲線関数に対してそれぞれ曲線係数を求める曲線係数算出手段と、
   前記優先条件に基づいて、前記評価関数を構成する２以上の前記個別評価関数に係る前記優先係数を、該個別評価関数ごとに決定する優先係数決定手段と、
   ２種類以上の前記曲線関数と、前記評価関数と、に基づいて、該曲線関数ごとに評価指標を求める評価指標算出手段と、
   前記曲線関数ごとに求められた前記評価指標のうち最適の該評価指標を与える該曲線関数を選出するとともに、選出された該曲線関数によって求められる線形を前記進路変更経路として決定する進路変更経路決定手段と、
   を備えた、ことを特徴とする進路変更経路決定システム。
2. 前記走行指標は、前記曲線関数に基づいて求められる前記進路変更経路の距離であり、
   前記慣性力指標は、前記曲線関数の曲率に基づいて求められる指標であり、
   前記ステアリング指標は、前記曲線関数による前記進路変更経路を走行したときの前記建設機械のステアリング角度に基づいて求められる指標である、
   ことを特徴とする請求項１記載の進路変更経路決定システム。
3. 前記曲線係数算出手段は、前記進路変更領域に基づいて前記曲線係数が定まらないときは、前記評価指標を最適にする該曲線係数を求める、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の進路変更経路決定システム。
4. 測位手段を含む計測手段を具備する自動走行可能な建設機械において、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の進路変更経路決定システムによって決定された進路変更経路にしたがって、第１の走行路から第２の走行路に移行する、
   ことを特徴とする自動走行式建設機械。
5. 曲線関数と、評価関数と、オペレータによって入力される進路変更領域及び優先条件と、に基づいて、建設機械が第１の走行路から第２の走行路に移行するための進路変更経路を決定する機能をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記進路変更領域は、前記進路変更経路を設定する領域であり、
   前記優先条件は、走行の効率化、建設機械への負担軽減、地盤への影響軽減を含む複数の個別条件の中から選択される条件であり、
   前記評価関数は、前記走行の効率化を数値化した走行指標を算出する走行指標関数、前記建設機械への負担軽減を数値化した慣性力指標を算出する慣性力指標関数、前記地盤への影響軽減を数値化したステアリング指標を算出するステアリング指標関数を含む複数の個別評価関数の中から選択される２以上の該個別評価関数と、選択された該個別評価関数に乗じる優先係数と、を含んで構成され、
   前記進路変更領域に基づいて、あらかじめ用意された２種類以上の前記曲線関数に対して、それぞれ曲線係数を求める曲線係数算出処理と、
   前記優先条件に基づいて、前記評価関数を構成する２以上の前記個別評価関数に係る前記優先係数を、該個別評価関数ごとに決定する優先係数決定処理と、
   ２種類以上の前記曲線関数と、前記評価関数と、に基づいて、該曲線関数ごとに評価指標を求める評価指標算出処理と、
   前記曲線関数ごとに求められた前記評価指標のうち最適の該評価指標を与える該曲線関数を選出するとともに、選出された該曲線関数によって求められる線形を前記進路変更経路として決定する進路変更経路決定処理と、
   を前記コンピュータに実行させる機能を備えた、ことを特徴とする進路変更経路決定プログラム。

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