JP2021131684A

JP2021131684A - Autonomous travelling system

Info

Publication number: JP2021131684A
Application number: JP2020026233A
Authority: JP
Inventors: 洋一三村; Yoichi Mimura; 拓史千葉; Takuji Chiba; 愛斗大谷; Manato Otani; 峻一山崎; Shunichi Yamazaki; 将史西浦; Masashi Nishiura
Original assignee: Fujita Corp; IHI Corp; JMU Defense Systems Co Ltd
Current assignee: Fujita Corp; IHI Corp; JMU Defense Systems Co Ltd
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2040-02-19
Also published as: JP7406202B2

Abstract

To improve work efficiency in a construction site.SOLUTION: An autonomous travelling system 10 makes a construction machine 20 autonomously travel. The construction machine 20 performs a cleaning work to whole of a working area P by using a sweeper 24. A measurement region sensor 32 is attached to the construction machine 20 and measures a distance between the construction machine 20 and an obstruction at the periphery. A travel control unit 404 controls the moving direction of the construction machine 20 so as to allow the sweeper 24 pass through the whole of the working area P on the basis of the measurement result of the measurement region sensor 32.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、建設機械を自律走行させる自律走行システムに関する。 The present invention relates to an autonomous traveling system for autonomously traveling a construction machine.

従来、建設現場での作業を効率化するため、建設機械の自律走行技術が開発されている。例えば、下記特許文献１は、移動体の位置を推定するための技術であり、姿勢変化が可能なアームに設けられ、対象物との距離を計測する測域センサがスキャンして得た距離情報が示す対象物の位置に対応する点群情報に基づいてスキャンマッチングを行い、測域センサの移動量を推定するスキャンマッチング処理部と、アームを有する移動体に備えられた当該移動体の移動に関する情報を計測するセンサの計測値に基づいて移動体の移動量を推定するオドメトリ処理部と、アームの姿勢変化の有無に基づく指示情報に基づいて、オドメトリ処理部が推定した移動量とスキャンマッチング処理部が推定した移動量とのうち一方を選択し、選択した移動量に基づいて移動体の位置情報を推定する位置情報推定部と、を備える。 Conventionally, autonomous driving technology for construction machinery has been developed in order to improve the efficiency of work at construction sites. For example, Patent Document 1 below is a technique for estimating the position of a moving body, and is distance information obtained by scanning a range sensor which is provided on an arm capable of changing a posture and measures a distance to an object. Regarding the scan matching processing unit that performs scan matching based on the point cloud information corresponding to the position of the object indicated by and estimates the movement amount of the range sensor, and the movement of the moving body provided in the moving body having an arm. The odometry processing unit that estimates the movement amount of the moving body based on the measured value of the sensor that measures the information, and the movement amount and scan matching processing estimated by the odometry processing unit based on the instruction information based on the presence or absence of the posture change of the arm. It is provided with a position information estimation unit that selects one of the movement amounts estimated by the unit and estimates the position information of the moving body based on the selected movement amount.

特開２０１８−０８４５４４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-085444

上述した従来技術では、建設機械の位置を常時確認しながら作業を行っていく。一方で、特に限られたエリア内での作業に置いては、建設機械の位置を常に把握する必要がない場合もあり、より効率的に作業を行う上で改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、建設現場における作業効率をより向上させることにある。 In the above-mentioned conventional technique, the work is performed while constantly checking the position of the construction machine. On the other hand, especially when working in a limited area, it may not be necessary to constantly grasp the position of the construction machine, and there is room for improvement in performing the work more efficiently.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to further improve work efficiency at a construction site.

上述の目的を達成するため、本発明にかかる自律走行システムは、所定の作業領域全体に対して所定の作業機器を用いて所定の作業を行う建設機械を自律走行させる自律走行システムであって、前記建設機械に取り付けられ、前記建設機械と周囲の障害物との距離を計測する距離センサと、前記距離センサの計測結果に基づいて、前記建設機械の移動方向を制御する走行制御部と、を備え、前記走行制御部は、前記作業機器が前記作業領域の全領域を通過するよう前記建設機械の移動方向を制御する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the autonomous traveling system according to the present invention is an autonomous traveling system for autonomously traveling a construction machine that performs a predetermined work by using a predetermined work device for the entire predetermined work area. A distance sensor attached to the construction machine and measuring the distance between the construction machine and surrounding obstacles, and a traveling control unit that controls the moving direction of the construction machine based on the measurement result of the distance sensor. The travel control unit is characterized in that it controls the moving direction of the construction machine so that the work equipment passes through the entire area of the work area.

本発明によれば、作業領域全体に対して作業機器を用いて所定の作業を行う建設機械を自律走行させるに当たり、建設機械と周囲の障害物との距離を計測する距離センサの計測結果に基づいて、作業機器が作業領域の全領域を通過するよう建設機械の移動方向を制御する。これにより、ＧＰＳ等の機材を用いることなく作業を自動化することができ、建設現場における作業効率を向上させる上で有利となる。 According to the present invention, when a construction machine that performs a predetermined work by using a work device is autonomously driven over the entire work area, it is based on the measurement result of a distance sensor that measures the distance between the construction machine and surrounding obstacles. The movement direction of the construction machine is controlled so that the work equipment passes through the entire work area. As a result, the work can be automated without using equipment such as GPS, which is advantageous in improving the work efficiency at the construction site.

自律走行システムが適用される建設機械の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the construction machine to which an autonomous driving system is applied. 自律走行システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an autonomous driving system. 建設機械の清掃作業時の動きの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the movement at the time of cleaning work of a construction machine. 建設機械の清掃作業時の動きの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the movement at the time of cleaning work of a construction machine. 建設機械の清掃作業時の動きの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the movement at the time of cleaning work of a construction machine. 建設機械の清掃作業時の動きの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the movement at the time of cleaning work of a construction machine.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる自律走行システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、自律走行システムが適用される建設機械の構成を示す図である。
本実施の形態では、建設機械２０は、ダム等の建設現場でコンクリートの打設面の清掃作業を行う清掃装置であるものとする。より詳細には、本実施の形態では、建設機械２０は、図３等に示すような矩形の作業領域Ｐ内をスイーパ２４により清掃する。作業領域Ｐは、土砂等で形成された型枠Ｆ（Ｆ１〜Ｆ４）内に流し込まれたコンクリートの表面である。型枠Ｆは、作業領域Ｐに対して高さ５０ｃｍ程度に形成されている。型枠Ｆの一部（図３では紙面上方の長辺Ｆ１の中央部）は、作業領域Ｐへの進入路Ａを設けるため除去されている。また、矩形である作業領域Ｐの長辺をＬ、短辺をＳと表記する。
すなわち、本実施の形態では、建設機械２０は、所定の作業領域Ｐ全体に対して所定の作業機器（スイーパ２４）を用いて所定の作業（清掃作業）を行う。また、作業領域Ｐは略矩形の形状を有する。 Hereinafter, preferred embodiments of the autonomous traveling system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a construction machine to which an autonomous traveling system is applied.
In the present embodiment, the construction machine 20 is a cleaning device that cleans the concrete casting surface at a construction site such as a dam. More specifically, in the present embodiment, the construction machine 20 cleans the inside of the rectangular work area P as shown in FIG. 3 and the like by the sweeper 24. The work area P is the surface of concrete poured into the formwork F (F1 to F4) formed of earth and sand or the like. The formwork F is formed so as to have a height of about 50 cm with respect to the work area P. A part of the formwork F (in FIG. 3, the central portion of the long side F1 above the paper surface) has been removed to provide an approach path A to the work area P. Further, the long side of the rectangular work area P is referred to as L, and the short side is referred to as S.
That is, in the present embodiment, the construction machine 20 performs a predetermined work (cleaning work) on the entire predetermined work area P by using a predetermined work device (sweeper 24). Further, the work area P has a substantially rectangular shape.

図１に示すように、建設機械２０は、筐体２２、筐体２２の前面に位置するスイーパ２４、筐体の下面に位置するクローラ２６を備える。本実施の形態では、建設機械２０に作業員は搭乗せず、自動制御および遠隔操作により作業を行う。 As shown in FIG. 1, the construction machine 20 includes a housing 22, a sweeper 24 located on the front surface of the housing 22, and a crawler 26 located on the lower surface of the housing. In the present embodiment, no worker is on board the construction machine 20, and the work is performed by automatic control and remote control.

筐体２２は、有人走行時に作業者が乗車する運転席や建設機械２０の操作に用いる操作機構、エンジン２０２（図２参照）等を収容する。
スイーパ２４は、作業領域内（本実施の形態ではコンクリートの打設面上）に堆積した土砂等の除去対象物を集積する。スイーパ２４は、筐体２２の左右に取り付けられた２本のアーム２４２の一端に取り付けられている。アーム２４２の他端は、筐体２２の後部に支軸２４４を介して取り付けられており、アーム２４２は図示しないアクチュエータの作動により、支軸２４４を中心に揺動可能である。よって、スイーパ２４は、図１のように地面に沿って位置する第１の姿勢と、地面より高い箇所に位置する第２の姿勢とを取ることが可能である。
クローラ２６は、駆動輪、遊動輪およびこれらの車輪を囲むように配置されたベルト（履帯）を備え、筐体２２を所定の方向に移動させる。 The housing 22 accommodates a driver's seat on which an operator rides during manned driving, an operation mechanism used for operating the construction machine 20, an engine 202 (see FIG. 2), and the like.
The sweeper 24 collects objects to be removed such as earth and sand accumulated in the work area (in the present embodiment, on the concrete casting surface). The sweeper 24 is attached to one end of two arms 242 attached to the left and right sides of the housing 22. The other end of the arm 242 is attached to the rear portion of the housing 22 via a support shaft 244, and the arm 242 can swing about the support shaft 244 by operating an actuator (not shown). Therefore, the sweeper 24 can take a first posture located along the ground and a second posture located higher than the ground as shown in FIG.
The crawler 26 includes a driving wheel, a floating wheel, and a belt (track) arranged so as to surround these wheels, and moves the housing 22 in a predetermined direction.

筐体２２の上方には、フレーム２８が取り付けられており、フレーム２８上にはＩＭＵ（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）３０が載置されている。ＩＭＵ３０は、加速度センサ、角速度センサ等がパッケージ化されたセンサユニットである。ＩＭＵ３０は後述するコンピュータ４０（図２参照）と接続されており、各センサの計測結果はコンピュータ４０に出力される。
ＩＭＵ３０を用いることによって、作業前後における建設機械２０の体勢の変化量や進行方向等を把握することができる。例えば、ＩＭＵ３０は、建設機械２０の周辺における方向を計測する方向センサとして機能する。建設機械２０の方向とは、例えば所定の基準位置における建設機械２０の向きに対する変位量として計測できる。 A frame 28 is mounted on the upper part of the housing 22, and an IMU (Inertial Measurement Unit) 30 is placed on the frame 28. The IMU30 is a sensor unit in which an acceleration sensor, an angular velocity sensor, and the like are packaged. The IMU 30 is connected to a computer 40 (see FIG. 2) described later, and the measurement results of each sensor are output to the computer 40.
By using the IMU 30, it is possible to grasp the amount of change in the posture of the construction machine 20 and the direction of travel before and after the work. For example, the IMU 30 functions as a direction sensor that measures the direction around the construction machine 20. The direction of the construction machine 20 can be measured, for example, as the amount of displacement with respect to the direction of the construction machine 20 at a predetermined reference position.

また、スイーパ２４の前端部および筐体２２の後端部下方には、測域センサ３２（３２Ａ，３２Ｂ）が取り付けられている。測域センサ３２は、光をスキャニングしながら測定対象物までの距離を計測する２次元操作型の光距離センサであり、２次元レーザスキャナ、２Ｄ−ＬｉＤＡＲセンサ等とも呼ばれる。より詳細には、測域センサ３２は、主に建設機械２０の前後方向に位置する測定対象物にレーザ光線を照射して反射光が返ってくるまでの時間を測定し、測定対象物までの距離（測定対象物の位置）と測定対象物の形状を計算する。
すなわち、測域センサ３２は、建設機械２０に取り付けられ、建設機械２０と周囲の物体との距離を計測する距離センサとして機能し、また建設機械２０が前進または後退する際に進行方向に位置する型枠Ｆの部分と衝突することを防止する衝突防止センサとして機能する。 Further, range sensors 32 (32A, 32B) are attached to the front end of the sweeper 24 and below the rear end of the housing 22. The range sensor 32 is a two-dimensional operation type optical distance sensor that measures the distance to the object to be measured while scanning the light, and is also called a two-dimensional laser scanner, a 2D-LiDAR sensor, or the like. More specifically, the range sensor 32 mainly irradiates the measurement object located in the front-rear direction of the construction machine 20 with the laser beam, measures the time until the reflected light is returned, and reaches the measurement object. Calculate the distance (position of the object to be measured) and the shape of the object to be measured.
That is, the range sensor 32 is attached to the construction machine 20 and functions as a distance sensor for measuring the distance between the construction machine 20 and surrounding objects, and is located in the traveling direction when the construction machine 20 moves forward or backward. It functions as a collision prevention sensor that prevents collision with the portion of the mold F.

また、筐体２２の後端部上方には、さらに測域センサ３３が取り付けられている。測域センサ３３は、主に建設機械２０の左右方向（幅方向）に位置する測定対象物にレーザ光線を照射して反射光が返ってくるまでの時間を測定し、測定対象物までの距離（測定対象物の位置）と測定対象物の形状を計算する。
すなわち、測域センサ３３は、建設機械２０の進行方向と直交する幅方向の型枠Ｆの形状や型枠Ｆまでの距離を計測する距離センサとして機能する。 Further, a range sensor 33 is further attached above the rear end portion of the housing 22. The range sensor 33 mainly irradiates the measurement object located in the left-right direction (width direction) of the construction machine 20 with a laser beam, measures the time until the reflected light is returned, and measures the distance to the measurement object. (Position of the object to be measured) and the shape of the object to be measured are calculated.
That is, the range sensor 33 functions as a distance sensor that measures the shape of the formwork F in the width direction orthogonal to the traveling direction of the construction machine 20 and the distance to the formwork F.

すなわち、本実施の形態では、建設機械２０に計３台の測域センサ３２Ａ、３２Ｂ，３３を搭載し、前方の測域センサ３２Ａでは建設機械２０の前方における他の物体（型枠Ｆや他の障害物）との距離を計測し、後方下部の測域センサ３２Ｂでは建設機械２０の後方における他の物体との距離を計測し、後方上部の測域センサ３３では建設機械２０の幅方向における他の物体との距離を計測する。
なお、スイーパ２４を上昇させた場合、測域センサ３２Ａでは前方の測定ができなくなるため、筐体２２の前方にも測域センサを取り付けるようにしてもよい。
測域センサ３２，３３も後述するコンピュータ４０（図２参照）と接続されており、各測域センサ３２，３３の計測結果はコンピュータ４０に出力される。 That is, in the present embodiment, a total of three range sensors 32A, 32B, and 33 are mounted on the construction machine 20, and in the front range sensor 32A, other objects (mold F and others) in front of the construction machine 20 are mounted. The distance to the obstacle) is measured, the distance to other objects behind the construction machine 20 is measured by the area sensor 32B at the lower rear, and the area sensor 33 at the upper rear is in the width direction of the construction machine 20. Measure the distance to other objects.
When the sweeper 24 is raised, the range sensor 32A cannot measure the front, so that the range sensor may be attached to the front of the housing 22 as well.
The range sensors 32 and 33 are also connected to a computer 40 (see FIG. 2) described later, and the measurement results of the range sensors 32 and 33 are output to the computer 40.

図２は、自律走行システムの構成を示すブロック図である。
自律走行システム１０は、上述した建設機械２０（走行機構２１０）、ＩＭＵ３０、測域センサ３２の他、コンピュータ４０を含んで構成される。
建設機械２０の走行機構２１０は、エンジン２０２、油圧ポンプ２０４、コントロールバルブ２０６、左右の油圧モータ２０８（２０８Ａ，２０８Ｂ）を含んでいる。エンジン２０２は、油圧ポンプ２０４、コントロールバルブ２０６、左右の油圧モータ２０８（２０８Ａ，２０８Ｂ）を有する。エンジン２０２は、燃料の燃焼エネルギーにより回転力を発生させ、油圧ポンプ２０４を駆動させる。油圧ポンプ２０４により圧力がかけられた油（圧油）は、コントロールバルブ２０６を介して油圧モータ２０８を含む建設機械２０の各部（他には、例えばスイーパ２４を上げ下げするアクチュエータなど）に送られる。油圧モータ２０８（２０８Ａ，２０８Ｂ）は、クローラ２６の左右の駆動輪に対応してそれぞれ設けられている。コントロールバルブ２０６によりそれぞれの油圧モータ２０８Ａ，２０８Ｂに送出する油圧を調整することにより、クローラ２６の回転速度、すなわち建設機械２０の走行速度や進行方向を制御することができる。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an autonomous traveling system.
The autonomous travel system 10 includes the construction machine 20 (travel mechanism 210), the IMU 30, the range sensor 32, and the computer 40 described above.
The traveling mechanism 210 of the construction machine 20 includes an engine 202, a hydraulic pump 204, a control valve 206, and left and right hydraulic motors 208 (208A, 208B). The engine 202 has a hydraulic pump 204, a control valve 206, and left and right hydraulic motors 208 (208A, 208B). The engine 202 generates a rotational force by the combustion energy of the fuel to drive the hydraulic pump 204. The oil (pressure oil) pressured by the hydraulic pump 204 is sent to each part of the construction machine 20 including the hydraulic motor 208 (otherwise, for example, an actuator for raising and lowering the sweeper 24) via the control valve 206. The hydraulic motors 208 (208A and 208B) are provided corresponding to the left and right drive wheels of the crawler 26, respectively. By adjusting the flood pressures sent to the respective hydraulic motors 208A and 208B by the control valve 206, the rotation speed of the crawler 26, that is, the traveling speed and the traveling direction of the construction machine 20 can be controlled.

コンピュータ４０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。コンピュータ４０は、例えば建設機械２０の筐体２２内に収容されていてもよいし、建設機械２０の外部に設置され無線通信等により他の構成と接続されていてもよい。 The computer 40 includes a CPU, a ROM for storing and storing a control program, a RAM as an operating area for the control program, an EEPROM for rewritably holding various data, an interface unit for interfacing with peripheral circuits, and the like. Will be done. The computer 40 may be housed in, for example, the housing 22 of the construction machine 20, or may be installed outside the construction machine 20 and connected to another configuration by wireless communication or the like.

コンピュータ４０は、上記ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することにより、作業領域検出部４００、走行経路算出部４０２、走行制御部４０４として機能する。
作業領域検出部４００は、建設機械２０で行う作業の今回の作業領域を検出する。作業領域検出部４００は、例えば作業領域Ｐ上の一点で測域センサ３２，３３を用い、建設機械２０から型枠Ｆまでの距離を周囲３６０度に渡り計測し、作業領域Ｐの形状を検出する。ここでは、例えば測域センサ３３により作業領域Pの短辺に沿った幅を検出する。または、例えば建設機械２０で作業領域Ｐ上を所定区間（例えば図３の長辺Ｌに沿って）走行しながら測域センサ３２で型枠Ｆまでの距離を計測してもよい。 The computer 40 functions as a work area detection unit 400, a travel route calculation unit 402, and a travel control unit 404 when the CPU executes the control program.
The work area detection unit 400 detects the current work area of the work performed by the construction machine 20. For example, the work area detection unit 400 uses the range sensors 32 and 33 at one point on the work area P to measure the distance from the construction machine 20 to the formwork F over a circumference of 360 degrees, and detects the shape of the work area P. do. Here, for example, the range sensor 33 detects the width along the short side of the work area P. Alternatively, for example, the construction machine 20 may measure the distance to the formwork F with the range sensor 32 while traveling on the work area P in a predetermined section (for example, along the long side L in FIG. 3).

走行経路算出部４０２は、作業領域Ｐ内での建設機械２０の走行経路を算出する。本実施の形態では、作業領域Ｐ内の清掃作業を目的としているため、スイーパ２４が作業領域Ｐ全体をくまなく通過するよう建設機械２０の走行経路を設定することが求められる。よって、走行経路算出部４０２は、例えば型枠の長辺Ｆ２に沿って走行し、長辺の端部まで到達した際には、スイーパ２４の横幅分だけ型枠Ｆ２から短辺方向に移動した上で再度長辺に沿って走行するよう走行経路を算出する。 The travel route calculation unit 402 calculates the travel route of the construction machine 20 in the work area P. Since the purpose of this embodiment is to clean the work area P, it is required to set the travel route of the construction machine 20 so that the sweeper 24 passes through the entire work area P. Therefore, the traveling route calculation unit 402 travels along the long side F2 of the mold, for example, and when it reaches the end of the long side, it moves from the mold F2 in the short side direction by the width of the sweeper 24. Calculate the travel route so that the vehicle travels along the long side again.

走行制御部４０４は、距離センサである測域センサ３２，３３の計測結果に基づいて、建設機械２０の移動方向を制御する。この時、走行制御部４０４は、エンコーダ等により移動距離を計測して自己位置の推定を行ってもよい。
走行制御部４０４は、走行経路算出部４０２が算出した経路に沿って建設機械２０を移動させる。すなわち、走行制御部４０４は、スイーパ２４が作業領域Ｐ全体を通過するよう建設機械２０の移動方向を制御する。走行制御部４０４は、具体的には走行機構２１０のコントロールバルブ２０６に制御信号を送信し、左右それぞれの油圧モータ２０８Ａ，２０８Ｂに送出する油圧を調整することにより、建設機械２０の移動方向や移動速度を制御する。 The travel control unit 404 controls the moving direction of the construction machine 20 based on the measurement results of the range sensors 32 and 33, which are distance sensors. At this time, the travel control unit 404 may measure the moving distance with an encoder or the like and estimate its own position.
The travel control unit 404 moves the construction machine 20 along the route calculated by the travel route calculation unit 402. That is, the traveling control unit 404 controls the moving direction of the construction machine 20 so that the sweeper 24 passes through the entire work area P. Specifically, the traveling control unit 404 transmits a control signal to the control valve 206 of the traveling mechanism 210, and adjusts the hydraulic pressure to be sent to the left and right hydraulic motors 208A and 208B to adjust the moving direction and movement of the construction machine 20. Control speed.

走行制御部４０４は、測域センサ３２により計測される型枠Ｆからの距離に基づいて、建設機械２０の走行位置（作業領域Ｐ内における位置）を検出する。また、走行制御部４０４は、測域センサ３２によって建設機械２０の進行方向の前後に障害物（作業者や物体など）がないかを確認しながら建設機械２０を走行させる。なお、進行方向に障害物が検知された場合、走行制御部４０４は、建設機械２０を停止させたり、進行方向を変更したりする。また、遠隔地にある作業監視者にアラートを送信するようにしてもよい。 The travel control unit 404 detects the travel position (position in the work area P) of the construction machine 20 based on the distance from the formwork F measured by the range sensor 32. Further, the travel control unit 404 travels the construction machine 20 while confirming that there are no obstacles (workers, objects, etc.) in front of and behind the traveling direction of the construction machine 20 by the range sensor 32. When an obstacle is detected in the traveling direction, the traveling control unit 404 stops the construction machine 20 or changes the traveling direction. In addition, an alert may be sent to a work observer at a remote location.

また、走行制御部４０４は、方位センサ（ＩＭＵ３０）の計測結果に基づいて建設機械２０の移動方向を制御する。これは、測域センサ３２の計測値のみでは、誤差が生じる可能性があるためである。走行制御部４０４は、移動開始時に建設機械２０が向いている方向（例えば真北に対して何度など）を把握し、この方角を維持するように走行することにより、より正確に作業領域Ｐ内を移動することができる。 Further, the traveling control unit 404 controls the moving direction of the construction machine 20 based on the measurement result of the direction sensor (IMU30). This is because an error may occur only with the measured value of the range sensor 32. The travel control unit 404 grasps the direction in which the construction machine 20 is facing at the start of movement (for example, how many times with respect to true north), and travels so as to maintain this direction, so that the work area P can be performed more accurately. You can move inside.

同様に、走行制御部４０４は、ＩＭＵ３０に含まれる加速度センサまたは角速度センサの少なくとも一方の計測結果に基づいて建設機械２０の移動方向を制御する。すなわち、加速度センサや角速度センサの計測値を二重積分すれば、建設機械２０の移動距離または回転角度を算出することができる。走行制御部４０４でこれらの値を補助的に用いることにより、より正確に作業領域Ｐ内を移動することができる。 Similarly, the travel control unit 404 controls the moving direction of the construction machine 20 based on the measurement results of at least one of the acceleration sensor and the angular velocity sensor included in the IMU 30. That is, the moving distance or the rotation angle of the construction machine 20 can be calculated by double integrating the measured values of the acceleration sensor and the angular velocity sensor. By using these values as auxiliary in the travel control unit 404, it is possible to move within the work area P more accurately.

図３から図６は、建設機械の清掃作業時の動きの一例を示す説明図である。
図３に示すように、建設機械２０は、進入路Ａを通り作業領域Ｐに進入する（Ｓ１）。作業領域Ｐへの誘導は、建設機械２０の自動走行で行ってもよいし、遠隔操作で行ってもよい。
作業領域Ｐに進入した建設機械２０は、測域センサ３２，３３を用いて作業領域Ｐの形状（型枠Ｆまでの距離）を検出する（Ｓ２）。図３の例では、作業領域Ｐは略矩形であることを検知し、いずれかの角部から作業を開始するよう走行経路を算出する。図３の例では、紙面右下の角部Ｎ０から紙面左方向に向かって走行するよう経路を設定する。
また、建設機械２０は、ＩＭＵ３０を用いて建設機械２０の周辺における方向を計測する（Ｓ３）。 3 to 6 are explanatory views showing an example of movement during cleaning work of a construction machine.
As shown in FIG. 3, the construction machine 20 enters the work area P through the approach path A (S1). Guidance to the work area P may be performed by automatic running of the construction machine 20 or by remote control.
The construction machine 20 that has entered the work area P detects the shape of the work area P (distance to the formwork F) using the range sensors 32 and 33 (S2). In the example of FIG. 3, it is detected that the work area P is substantially rectangular, and the traveling route is calculated so that the work is started from any corner. In the example of FIG. 3, the route is set so as to travel from the lower right corner portion N0 of the paper surface toward the left side of the paper surface.
Further, the construction machine 20 uses the IMU 30 to measure the direction around the construction machine 20 (S3).

つぎに、図４に示すように、建設機械２０は、作業開始地点である角部Ｎ０に後退移動する（Ｓ４）。この時、走行制御部４０４は、後部の測域センサ３２Ｂ，３３で計測した建設機械２０と型枠Ｆ２との距離（側方距離）、および建設機械２０と型枠Ｆ３との距離（後方距離）が、それぞれ最低離間距離まで近づくように建設機械２０を移動させる。最低離間距離は、例えば建設機械２０のいかなる部位も型枠Ｆと接触しない程度の距離とする。
建設機械２０が作業開始地点である角部Ｎ０まで移動すると、走行制御部４０４は、測域センサ３２，３３で計測した型枠Ｆ２との距離を上記最低離間距離に保ったまま建設機械２０を前進させる（Ｓ５）。すなわち、走行制御部４０４は、作業領域Ｐの長辺Ｌに平行に作業機器（スイーパ２４）が移動するよう建設機械２０の移動方向を制御する。この時、スイーパ２４は、図１のように地面に沿って位置する第１の姿勢を取る。
また、この時走行制御部４０４は、ＩＭＵ３０の計測結果に基づいて、移動開始時に計測した方位を保つようにする。また、建設機械２０がX,Y,Z方向に対してどれだけ傾斜しているのかについてもＩＭＵ３０で計測し、建設機械２０の進行方向を把握することができる。 Next, as shown in FIG. 4, the construction machine 20 moves backward to the corner N0, which is the work start point (S4). At this time, the traveling control unit 404 determines the distance between the construction machine 20 and the formwork F2 (lateral distance) measured by the rear measuring range sensors 32B and 33, and the distance between the construction machine 20 and the formwork F3 (rear distance). ) Move the construction machine 20 so as to approach the minimum separation distance. The minimum separation distance is set so that, for example, no part of the construction machine 20 comes into contact with the formwork F.
When the construction machine 20 moves to the corner portion N0, which is the work start point, the traveling control unit 404 moves the construction machine 20 to the minimum distance between the formwork F2 measured by the range sensors 32 and 33. Move forward (S5). That is, the travel control unit 404 controls the movement direction of the construction machine 20 so that the work equipment (sweeper 24) moves in parallel with the long side L of the work area P. At this time, the sweeper 24 takes a first posture located along the ground as shown in FIG.
Further, at this time, the traveling control unit 404 keeps the direction measured at the start of movement based on the measurement result of the IMU 30. Further, the IMU 30 can also measure how much the construction machine 20 is tilted with respect to the X, Y, and Z directions, and the traveling direction of the construction machine 20 can be grasped.

走行制御部４０４は、前部の測域センサ３２Ａで計測した建設機械２０と型枠Ｆ４との距離（前方距離）が最低離間距離まで近づくと（Ｓ６）、図５に示すように、型枠Ｆ３方向（紙面右側）に向かって建設機械２０を後退させる。また、型枠Ｆ３方向に後退する途中で、建設機械２０と型枠Ｆ２との距離が建設機械２０の幅（より詳細にはスイーパ２４の幅）だけ増加するように、建設機械２０を短辺に沿った方向（紙面上方向）に移動させる（Ｓ７）。
この結果、建設機械２０が型枠Ｆ３近傍まで到達した際には（Ｓ８）、型枠Ｆ３との距離（後方距離）は最低離間距離となり、型枠Ｆ２との距離はＭ（≒スイーパ２４の幅）となる。すなわち、走行制御部４０４は、作業機器の幅に基づいて建設機械２０の短辺方向の移動距離を制御する。これにより、既に作業した領域からずれた位置に建設機械２０を配置することができる。 When the distance (front distance) between the construction machine 20 and the formwork F4 measured by the front range sensor 32A approaches the minimum separation distance (S6), the travel control unit 404 sets the formwork as shown in FIG. The construction machine 20 is retracted toward the F3 direction (on the right side of the paper). Further, the construction machine 20 is set on the short side so that the distance between the construction machine 20 and the form F2 increases by the width of the construction machine 20 (more specifically, the width of the sweeper 24) while retreating in the direction of the formwork F3. (S7).
As a result, when the construction machine 20 reaches the vicinity of the formwork F3 (S8), the distance (rear distance) from the formwork F3 becomes the minimum separation distance, and the distance from the formwork F2 is M (≈ sweeper 24). Width). That is, the traveling control unit 404 controls the moving distance of the construction machine 20 in the short side direction based on the width of the work equipment. As a result, the construction machine 20 can be arranged at a position deviated from the already worked area.

その後、図６に示すように、走行制御部４０４は、測域センサ３２，３３で計測した型枠Ｆ２との距離を上記距離Ｍに保ったまま建設機械２０を前進させる（Ｓ９）。そして前部の測域センサ３２Ａで計測した建設機械２０と型枠Ｆ４との距離（前方距離）が最低離間距離まで近づくと（Ｓ１０）、型枠Ｆ３方向（紙面右側）に向かって建設機械２０を後退させる。以下、図５と同様に、型枠Ｆ３方向に後退する途中で、建設機械２０と型枠Ｆ２との距離が建設機械２０の幅（より詳細にはスイーパ２４の幅）だけ増加するように、建設機械２０を短辺に沿った方向（紙面上方向）に移動させる。この結果、建設機械２０が型枠Ｆ３近傍まで到達した際には、型枠Ｆ２との距離はおよそ２Ｍ（≒スイーパ２４の幅の２倍）となる。
このように、走行制御部４０４は、建設機械２０の前進と後退とをくり返して、スイーパ２４が作業領域Ｐ全体を通過するよう建設機械２０を移動させる。
その後、建設機械２０が作業領域Ｐ全体を移動して作業が終了した場合、または作業途中に除去対象物でスイーパ２４が満杯になった場合は、例えば遠隔操作等により建設機械２０を作業領域Ｐの外にある除去対象物保存エリアに移動させ、スイーパ２４から除去対象物を排出させる。 After that, as shown in FIG. 6, the traveling control unit 404 advances the construction machine 20 while maintaining the distance to the formwork F2 measured by the range sensors 32 and 33 at the distance M (S9). Then, when the distance (front distance) between the construction machine 20 and the formwork F4 measured by the front range sensor 32A approaches the minimum separation distance (S10), the construction machine 20 is directed toward the formwork F3 (right side of the paper). Retreat. Hereinafter, as in FIG. 5, the distance between the construction machine 20 and the formwork F2 increases by the width of the construction machine 20 (more specifically, the width of the sweeper 24) while retreating in the direction of the formwork F3. The construction machine 20 is moved in the direction along the short side (on the paper surface). As a result, when the construction machine 20 reaches the vicinity of the formwork F3, the distance from the formwork F2 is about 2M (≈ twice the width of the sweeper 24).
In this way, the travel control unit 404 repeatedly moves the construction machine 20 forward and backward, and moves the construction machine 20 so that the sweeper 24 passes through the entire work area P.
After that, when the construction machine 20 moves the entire work area P and the work is completed, or when the sweeper 24 is filled with the object to be removed during the work, for example, the construction machine 20 is moved to the work area P by remote control or the like. The object to be removed is moved to the storage area for the object to be removed outside the sweeper 24, and the object to be removed is discharged from the sweeper 24.

なお、図３〜図６では、建設機械２０が紙面右側から左側に移動する様子のみ図示したが、この場合、型枠Ｆ３付近にスイーパ２４が通過していない箇所が生じる（例えば図４のＳ４において建設機械２０の筐体２２の直下にあたる領域）。よって、建設機械２０を紙面右側から左側に移動させて１回目の清掃作業を行った後、紙面左側から右側に移動させて２回目の清掃作業を行うようにしてもよい。これにより、１回目の清掃作業で清掃できなかった領域を漏れなく清掃することができる。
また、図３〜図６では、型枠Ｆ４近傍（紙面左側）に到達した建設機械２０を後退させて型枠Ｆ３近傍（紙面右側）に移動させるものとしたが、これに限らず、例えば型枠Ｆ４近傍で建設機械２０を１８０度回転させて前進させることにより型枠Ｆ３近傍に移動させるようにしてもよい。 In addition, in FIGS. 3 to 6, only the state in which the construction machine 20 moves from the right side to the left side of the paper surface is shown, but in this case, there is a place where the sweeper 24 does not pass near the formwork F3 (for example, S4 in FIG. 4). The area directly below the housing 22 of the construction machine 20). Therefore, the construction machine 20 may be moved from the right side to the left side of the paper surface to perform the first cleaning work, and then moved from the left side to the right side of the paper surface to perform the second cleaning work. As a result, the area that could not be cleaned in the first cleaning operation can be cleaned without omission.
Further, in FIGS. 3 to 6, the construction machine 20 that has reached the vicinity of the formwork F4 (left side of the paper surface) is retracted and moved to the vicinity of the formwork F3 (right side of the paper surface). The construction machine 20 may be rotated 180 degrees in the vicinity of the frame F4 and moved forward to move the construction machine 20 in the vicinity of the formwork F3.

以上説明したように、実施の形態にかかる自律走行システム１０は、作業領域Ｐ全体に対してスイーパ２４を用いて清掃作業を行う建設機械２０を自律走行させるに当たり、建設機械２０と周囲の障害物との距離を計測する距離センサの計測結果に基づいて、スイーパ２４が作業領域Ｐの全領域を通過するよう建設機械２０の移動方向を制御する。これにより、ＧＰＳ等の機材を用いることなく作業を自動化することができ、建設現場における作業効率を向上させる上で有利となる。
また、加速度センサや角加速度センサ、方位センサをするＩＭＵ３０を更に備えることにより、建設機械２０の移動をより高精度に制御することができ、建設現場における作業効率をより向上させる上で有利となる。 As described above, the autonomous traveling system 10 according to the embodiment autonomously travels the construction machine 20 that performs cleaning work using the sweeper 24 over the entire work area P, and the construction machine 20 and surrounding obstacles. Based on the measurement result of the distance sensor that measures the distance to and from, the moving direction of the construction machine 20 is controlled so that the sweeper 24 passes through the entire area of the work area P. As a result, the work can be automated without using equipment such as GPS, which is advantageous in improving the work efficiency at the construction site.
Further, by further providing an IMU 30 that performs an acceleration sensor, an angular acceleration sensor, and an orientation sensor, the movement of the construction machine 20 can be controlled with higher accuracy, which is advantageous in further improving the work efficiency at the construction site. ..

なお、本発明にかかる自律走行システムが適用される建設機械は、清掃装置に限らず、従来公知の様々な用途の建設機械に適用可能であるが、特に予め定められた作業領域全体に対して所定の作業を行う建設機械（例えばロードローラなど）に好適である。 The construction machine to which the autonomous traveling system according to the present invention is applied is not limited to the cleaning device, but can be applied to construction machines for various purposes known in the past, but particularly for the entire predetermined work area. It is suitable for construction machines (for example, road rollers) that perform predetermined work.

１０自律走行システム
２０建設機械
２２筐体
２４スイーパ
２６クローラ
２８フレーム
３０ＩＭＵ
３２（３２Ａ，３２Ｂ），３３測域センサ
４０コンピュータ
４００作業領域検出部
４００作業領域検出部
４０２走行経路算出部
４０４走行制御部
Ｆ（Ｆ１〜Ｆ４）型枠
Ｐ作業領域 10 Autonomous driving system 20 Construction machinery 22 Housing 24 Sweeper 26 Crawler 28 Frame 30 IMU
32 (32A, 32B), 33 Range sensor 40 Computer 400 Work area detection unit 400 Work area detection unit 402 Travel route calculation unit 404 Travel control unit F (F1 to F4) Formwork P Work area

筐体２２の上方には、フレーム２８が取り付けられており、フレーム２８上にはＩＭＵ（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）３０が載置されている。ＩＭＵ３０は、加速度センサ、角加速度センサ等がパッケージ化されたセンサユニットである。ＩＭＵ３０は後述するコンピュータ４０（図２参照）と接続されており、各センサの計測結果はコンピュータ４０に出力される。
ＩＭＵ３０を用いることによって、作業前後における建設機械２０の体勢の変化量や進行方向等を把握することができる。例えば、ＩＭＵ３０は、建設機械２０の周辺における方向を計測する方向センサとして機能する。建設機械２０の方向とは、例えば所定の基準位置における建設機械２０の向きに対する変位量として計測できる。 A frame 28 is mounted on the upper part of the housing 22, and an IMU (Inertial Measurement Unit) 30 is placed on the frame 28. IMU30 is a sensor unit by the acceleration sensor, acceleration sensor or the like corners are packaged. The IMU 30 is connected to a computer 40 (see FIG. 2) described later, and the measurement results of each sensor are output to the computer 40.
By using the IMU 30, it is possible to grasp the amount of change in the posture of the construction machine 20 and the direction of travel before and after the work. For example, the IMU 30 functions as a direction sensor that measures the direction around the construction machine 20. The direction of the construction machine 20 can be measured, for example, as the amount of displacement with respect to the direction of the construction machine 20 at a predetermined reference position.

同様に、走行制御部４０４は、ＩＭＵ３０に含まれる加速度センサまたは角加速度センサの少なくとも一方の計測結果に基づいて建設機械２０の移動方向を制御する。すなわち、加速度センサや角加速度センサの計測値を二重積分すれば、建設機械２０の移動距離または回転角度を算出することができる。走行制御部４０４でこれらの値を補助的に用いることにより、より正確に作業領域Ｐ内を移動することができる。 Similarly, the travel control unit 404 controls the moving direction of the construction machine 20 based on at least one of the measurement result of the acceleration sensor or angular acceleration sensor included in the IMU 30. That is, the measurement value of the acceleration sensor and angular acceleration sensor if double integration, it is possible to calculate the moving distance or the rotation angle of the construction machine 20. By using these values as auxiliary in the travel control unit 404, it is possible to move within the work area P more accurately.

Claims

It is an autonomous traveling system that autonomously travels a construction machine that performs a predetermined work using a predetermined work device for the entire predetermined work area.
A distance sensor attached to the construction machine and measuring the distance between the construction machine and surrounding obstacles,
A traveling control unit that controls the moving direction of the construction machine based on the measurement result of the distance sensor is provided.
The travel control unit controls the moving direction of the construction machine so that the work equipment passes through the entire area of the work area.
An autonomous driving system characterized by this.

The work area has a substantially rectangular shape and has a substantially rectangular shape.
The traveling control unit controls the moving direction of the construction machine so that the working equipment moves parallel to the long side of the working area having a substantially rectangular shape.
The autonomous traveling system according to claim 1.

The travel control unit controls the movement distance of the construction machine in the short side direction based on the width of the work equipment.
2. The autonomous traveling system according to claim 2.

Further equipped with a direction sensor for measuring the direction around the construction machine,
The traveling control unit controls the moving direction of the construction machine based on the measurement result of the direction sensor.
The autonomous traveling system according to any one of claims 1 to 3, wherein the autonomous traveling system is characterized in that.

Further comprising at least one of an acceleration sensor for measuring the acceleration of the construction machine and an angular acceleration sensor for measuring the angular acceleration of the construction machine.
The traveling control unit controls the moving direction of the construction machine based on the measurement result of at least one of the acceleration sensor and the angular velocity sensor.
The autonomous traveling system according to any one of claims 1 to 4, wherein the autonomous traveling system is characterized in that.