JP3541960B2

JP3541960B2 - 建設機械の３次元位置自動制御方法

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Publication number: JP3541960B2
Application number: JP32849693A
Authority: JP
Inventors: 俊行中村; 孝晴桐山; 修二森; 実福田; 真二長崎; 光男福川; 洋藤川; 敏雄広川; 哲男前田; 博国岡藤; 克美菅野; 精博高橋; 義行藤原; 文夫後藤; 幸雄高木; 敏行勝; 喜八郎伝田
Original assignee: TOA ROAD CORPORATION; Topcon Corp; Public Works Research Institute; Nippon Road Co Ltd; Taisei Rotec Corp; Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd; Obayashi Road Corp; Maeda Road Construction Co Ltd
Current assignee: TOA ROAD CORPORATION; Topcon Corp; Nippon Road Co Ltd; Taisei Rotec Corp; Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd; Obayashi Road Corp; National Research and Development Agency Public Works Research Institute; Maeda Road Construction Co Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JPH07180107A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は建設機械の３次元位置自動制御方法に関するものであり、特に、コンピュータを利用した３次元位置自動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の道路工事現場に於いては、測量結果に基づいて路面に白線を引くか或いは水糸を手作業にて張設し、熟練した作業員が前記白線または水糸を監視しながら建設機械の運転を行っていた。
また、図１５に示すように所定間隔毎にスタンド１，１…を立設し、このスタンド１，１…にセンサロープ２を張設して工事面を表す基準計画線とする。そして、建設機械３の側部に突設したアーム４にセンサ５を設け、図１６に示すように回動自在なセンサアーム６を前記センサロープ２へ圧接させ、該センサアーム６がセンサロープ２に対して所定角度を維持しながら倣うように建設機械３を前進させていく。
【０００３】
ここで、前記建設機械３の作業位置が下降した場合は、センサ５がセンサロープ２へ接近するためセンサアーム６が上方へ回動する。然るときは、該センサアーム６が元の所定角度に復帰するようにアーム４を上昇させ、建設機械３の作業位置を修正する。即ち、センサ５によって検出した位置とアクチュエータの位置とを比較して位置偏差を求め、工事の基準計画線であるセンサロープ２との位置偏差を解消するようにフィードバック制御を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の白線または水糸を監視しながら建設機械の運転を行う方法は、人手による作業が中心となるため、熟練した作業員の不足から工事が遅延したり、目標精度を達成できないことが多くなっている。
また、フィードバック制御によって位置偏差を解消しようとする方法は、工事を実施する空間に於ける建設機械の座標データを計測し、計画作業面から算出される次回目標値との空間偏差のみを制御量の決定に使用している。即ち、偏差の変化速度を考慮していないため、過剰修正による不安定動作を起こすことがあり、基準を設定するときに生ずる測量誤差と計測ミスが発生する虞がある。
【０００５】
更に、建設機械の計測座標の偏差に基づく制御方法の場合は、建設機械自身が傾斜しているときは、偏差の方向と偏差修正の方向とにずれが生じ、正しい修正動作ができないという欠陥がある。
そこで、建設機械の位置データと工事計画線データを照合し、３次元計画曲面を制御目標としたときの建設機械の反応遅れを解消し、道路工事に於ける省力化を図りつつ、高精度の施工を行うために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、工事計画線データから道路の３次元計画曲面データを算出するとともに、３次元位置計測手段により建設機械の３次元位置を計測し、建設機械の運動軌跡が前記３次元計画曲面データと一致するように位置修正用のアクチュエータを制御する建設機械の３次元位置自動制御方法に於いて、予め建設機械の変位量と運動速度から加速度を出力する位相面テーブルを設けておき、該位相面テーブルに基づいて前記アクチュエータの動作加速度を補正することを特徴とする建設機械の３次元位置自動制御方法を提供するものである。
また、制御量の加速度データが相互に異なる複数の位相面テーブルを設け、複数の制御系に対して個別に位相面テーブルを選択できるようにした建設機械の３次元位置自動制御方法を提供するものである。
また、建設機械とスクリードとにセンサを設け、該センサによりスクリードの対路面角度及び高さ方向の速度を検出し、前記対路面角度及び速度に基づいてスクリードの高さを補正する建設機械の３次元位置自動制御方法を提供するものである。
【０００７】
【作用】
工事計画線データを外部から入力すると、このデータから３次元計画曲面が算出され、該３次元計画曲面のデータが保持される。また、建設機械の３次元位置を計測し、該３次元位置情報と前記３次元計画曲面とを照合する。
そして、建設機械の運動軌跡が前記３次元計画曲面に一致するように制御し、当該建設機械が最適な曲面を描くようにする。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１乃至図１４に従って詳述する。図１は３次元位置自動制御装置の構成図であり、図２はそのブロック図である。図に於いて、符号１１は建設機械の一例としてアスファルトフィニッシャを示し、機体の中央部にレベリングアーム１２のピボット部を枢着し、その後端部にスクリード１３を固設してある。該レベリングアーム１２の上下動はレベリングシリンダ１４にて行い、前輪１５のステアリング操作はステアリングシリンダ１６にて行う。
【０００９】
このアスファルトフィニッシャ１１にはコンピュータ１７を積載しており、通信モデム１８を介して地上の固定局１９とデータの送受信を行い、該コンピュータ１７からアクチュエータの制御部２０へ指令を出し、後述するように作業装置の姿勢及び機体の移動方向を自動制御するように構成してある。更に、前記レベリングアーム１２の後部近傍またはスクリード１３にマスト２１を立設し、その上端部に３次元位置計測用のターゲットとしてプリズムミラー２２を設置する。尚、符号２３はセンサであり、レベリングアーム１２の傾斜角即ちスクリード１３の縦断傾斜角を検出する。このほかにも複数個のセンサを設けて、スクリード１３の横断傾斜角、レベリングシリンダ１４やステアリングシリンダ１６のストローク位置等を検出し、各検出値を前記コンピュータ１７へ読み込む。
【００１０】
一方、固定局１９には自動追尾式トータルステーション２４が設けられ、該トータルステーション２４により前記プリズムミラー２２の３次元座標を計測し、移動局であるアスファルトフィニッシャ１１の位置を算出する。この３次元位置情報は固定局のコンピュータ２５に読み込まれる。また、固定局のコンピュータ２５には工事計画線データが入力され、３次元計画曲面のデータとして記録部２６に保持される。そして、通信モデム２７を介して前記アスファルトフィニッシャ１１に積載したコンピュータ１７とデータの送受信を行い、アスファルトフィニッシャ１１の動作を自動制御する。尚、符号２８は電源部である。
【００１１】
図３は３次元位置自動制御方法を示す解説図であり、プリズムミラーを備えた基準ポスト２９，２９…を計画道路に沿って設置し、予め各基準ポスト２９，２９…の絶対座標を測定しておく。そして、前記トータルステーション２４の計測可能距離が例えば約１５０ｍ程度とすれば、各基準ポスト２９，２９…の間隔を約３００ｍとし、その略中間位置に固定局１９を設置する。前述したように、固定局１９には夫々トータルステーション２４及びコンピュータ２５を設けてあるので、該トータルステーション２４にて基準ポスト２９に対する相対位置を計測し、該トータルステーション２４の絶対座標を求めてコンピュータ２５に記憶しておく。
【００１２】
次に、予め準備された道路施工計画の工事計画線データを固定局１９のコンピュータ２５へ入力する。工事計画線データは道路の計画中心線３０の水平線形、縦断勾配（矢印Ａ_１，Ａ_２）、横断勾配（矢印Ｂ_１，Ｂ_２）、左右幅員、拡幅からなり、先ず計画中心線を表す直線、クロソイド曲線（緩和曲線）、単曲線の各起点及び終点の２次元座標（ｘｙ座標）と曲率等のパラメータから、図４に示すように計画中心線Ｌ_ｃの座標を一定間隔（例えば０．３ｍ）で算出する。
【００１３】
また、計画中心線Ｌ_ｃの高さ変化を表す直線、クロソイド曲線、単曲線の各起点及び終点のｚ座標とパラメータから、前記計画中心線Ｌ_ｃに高さ情報を付加する。更に、横断勾配、勾配変化点、左右幅員、拡幅条件から前記計画中心線Ｌ_ｃの座標から幅員方向へ一定間隔（例えば０．３ｍ）に高さを算出する。この際、必要に応じて平滑化処理を行い、横断曲面変化点での勾配変化を滑らかにする。
【００１４】
このように、前記工事計画線データから道路の進行方向と幅員方向による２次元メッシュの３次元データが生成され、表１に示すように道のり幅員参照テーブルが算出される。
【００１５】
【表１】

【００１６】
そして、計画された路面上のｘｙ座標から素早く計画ｚ座標を得るために、図５に示すように、ｘｙ座標の一定間隔（例えば０．３ｍ）毎のｚ座標を演算し、表２に示すようにｘｙ座標参照テーブルを作成する。
【００１７】
【表２】

【００１８】
このテーブルは路面上のｘｙ座標を全て包含し、路面でない個所はｚ座標が空白となっている。尚、前記道のり幅員参照テーブル（表１）からｘｙ座標参照テーブル（表２）へ変換する際に、テーブルの間隔以下については所定の補完計算（直線補完或いはスプライン補完）が行われる。
斯くして、人力された工事計画線データから３次元計画曲面が算出され、固定局１９の記録部２６に保持される。尚、道路の上下線工事情報から左右幅員及び横断勾配を上下線別々に算出し、上下線個別の３次元計画曲面を算出することも可能である。そして、前記アスファルトフィニッシャ１１が実際に作業を行う動作経路を、スクリード１３の幅に応じて作業予定線Ｌｗとして算出する。該作業予定線Ｌｗは、前記計画中心線Ｌｃに平行且つ一定間隔で計算され、そのｘｙ座標はアスファルトフィニッシャ１１の後車軸の左右中心位置であり、ｚ座標はスクリードの底面後端中央の高さである。また、該作業予定線Ｌｗのデータには、ｘｙｚの３次元座標のほかに縦断勾配、横断勾配、曲率半径等のパラメータが含まれる。
【００１９】
次に、固定局１９に於けるアスファルトフィニッシャ１１の位置測定制御について説明する。前記トータルステーション２４により、アスファルトフィニッシャ１１に設置されたプリズムミラー２２の現在位置データを継続的に読み込む。読み込まれた３次元位置の現在ｘｙ座標と前回ｘｙ座標から車両移動方向を算出し、これにより車両の向きを推定する。そして、予め求めてある車両の幾何学的な形状データを利用し、前記プリズムミラー２２の３次元位置から座標変換によって、後車軸の左右中心位置のｘｙ座標とスクリード１３の左右末端部のｘｙ座標とを算出する。之等ｘｙ座標に基づき、前記ｘｙ座標参照テーブル（表２）によって同位置での計画ｚ座標を求める。
【００２０】
ここで、前記トータルステーション２４による計測データにはノイズが含まれているため、継続的に読み込んだ計測データの前回までの数回分（例えば５〜１０回分）について、その都度時刻に対する一次式を求め、該一次式に適合する座標値を採用することによって直線補完し、ノイズの影響を除去する。そして、アスファルトフィニッシャ１１とトータルステーション２４との間に障害物が存在した場合には計測データが得られなくなるが、然るときは、トータルステーション２４に設けられた異常検出手段により、３次元位置情報が欠落したことを認識する。また、トータルステーション２４の計測データのノイズが所定値より大であるときや、計測データのばらつきが大きいときは、前記一次式による補完が精度良く行えなくなり、この場合は異常状態とみなす。
【００２１】
而して、前記トータルステーション２４によって計測したプリズムミラー２２の３次元位置、及びアスファルトフィニッシャ１１の車両の向き、並びにスクリード１３の左右末端部での計画ｚ座標のデータを、固定局１９の通信モデム２７からアスファルトフィニッシャ１１の通信モデム１８へ送信し、アスファルトフィニッシャ１１に積載したコンピュータ１７へデータを転送する。尚、前述したように、３次元位置情報が欠落した場合や異常状態とみなした場合には、その計測データはアスファルトフィニッシャ１１へ送信せず、異常であることを送信する。
【００２２】
次に、アスファルトフィニッシャ１１に於ける車両制御について説明する。前記センサ２３をはじめとする複数個のセンサにより、スクリード１３の縦断傾斜及び横断傾斜、レベリングシリンダ１４の位置、ステアリングシリンダ１６の位置を検出し、各検出値をコンピュータ１７へ読み込む。そして、通信モデム１８を介して受信した固定局１９からのデータと、スクリード傾斜及び車両の幾何学的な形状データから、座標変換によって後車軸の左右中心位置の計測ｘｙ座標並びにスクリード１３の左右末端部での計測ｚ座標を算出する。
【００２３】
而して、該後車軸の左右中心位置の計測ｘｙ座標から前述した作業予定線Ｌ_Ｗへ垂線を下ろし、作業予定線Ｌ_Ｗ上での現在位置を決定する。このとき、車両の大きさと、ステアリング動作及びレベリング動作の時間的遅れとを考慮して、前記作業予定線Ｌ_Ｗのデータを先読みし、少し進んだ位置での縦断勾配、横断勾配、曲率等を参照して現在の制御目標とする。特に、ステアリングに関しては、後車軸から約３ｍ程度前方に前輪があるため、それに相当する分だけ先読みが必要である。また、作業予定線Ｌ_Ｗの縦断勾配が大であるときは、後車軸からスクリード１３までの距離に相当する分だけ後読みして、スクリード１３の左右末端部でのｚ座標を制御する。
【００２４】
ここで、スクリード１３の高さ方向の動作予測と補正制御について説明する。図６に示すように、スクリード１３は路面に対して一定の角度θで接しているときに車両進行に対して水平に動作する。この対路面角度θが大になるとスクリード１３が制御部（コンピュータ１７）により上方へ動作するように駆動され、対路面角度θが小になるとスクリード１３が下方へ動作するように駆動される。水平動作時のスクリード角を安定角と呼び、この安定角からの角度ずれと高さ方向の移動速度との関係は、予め実験データにより求めておく。一般にスクリード1３の高さの変化は緩慢であり、計測座標の履歴からでは高さ方向の速度を精度良く算出できないため、スクリード角から高さ方向の速度を推定する。
【００２５】
図７に示すように、舗装材の種類等を考慮した機械固有の水平動作時安定角θと、先読みした作業計画線の縦断勾配とから安定角仮定値θ_０を算出する。次に、センサによって検出したスクリード１３の計測ｚ値と、固定局１９から送信された計画ｚ値との差を高さ誤差△ｚとし、計測されたスクリード角をθ_１とすれば、該スクリード角θ_１と前記安定角仮定値θ_０との差から、実験式により高さ方向の修正速度Ｖｚを求める。
【００２６】
そして、上記高さ誤差△ｚと高さ方向の修正速度Ｖｚから、後述する位相面制御（スクリードの底面が３次元計画曲面と一致するようにスクリードのレベリング動作を制御する機能）によって高さ方向の加速度（速度増加量）指令を求める。該加速度指令は演算部にてスクリード角変更量に変換され、これに縦断勾配の変化に対応した前記安定角仮定値θ_０を加算し、この角度変化を生じる位置にレベリングシリンダ１４を作動させるように高さ変更量が算出される。即ち、スクリード１３の接地点の実際の高さを位置偏差とせず、スクリード１３の動作角度を位置偏差に表すことにより、制御指令を容易にしている。
【００２７】
一方、ステアリングの動作予測と補正制御について説明すれば、図８に示すように、前記作業予定線Ｌ_Ｗの曲率に沿って走るための機械個有の安定ステアリング角は予め決まっており、先読みした安定ステアリング角仮定値θ_ｒｏを算出するとともに、センサによって現在のステアリング角θ_ｒ１を計測する。また、固定局１９から得た作業予定線Ｌ_Ｗのｘｙ座標データと、後車軸の左右中心位置の計測ｘｙ座標を照合し（計測ｘｙ座標から作業予定線Ｌ_Ｗへ垂線を下ろす）、作業予定線Ｌ_Ｗ上での現在位置及び半径方向の変位ΔＲ（作業予定線Ｌ_Ｗからの距離）を参照する。また、車両方向の計測データと計画データのずれから、実験式により半径方向の修正速度Ｖ_ｒを求める。
【００２８】
そして、上記半径方向の変位ΔＲと修正速度Ｖ_ｒから、後述する位相面制御によって半径方向の加速度（ステアリング回転量）指令を求める。演算部では、該加速度指令に前記安定ステアリング角仮定値θ_ｒｏを加算して、次回ステアリング角θ_ｎを求め、この次回ステアリング角θ_ｎと現在のステアリング角θ_ｒ１との差からステアリング変更量を算出する。
【００２９】
次に、前述した位相面制御について説明する。位相面は制御しようとする対象の変位量と運動速度の２次元平面で構成され、該平面上にファジーメンバーシップ関数を配置し、出力として加速度を設定しておく。加速度の設定により制御系の動作が変るため、誤差の発生状況と計測データの精度等、対象の性質に応じて最適なパターン設定が必要である。
【００３０】
ファジー制御ルールの設定と、位相面上の軌跡及び実際の変位の修正状況は、図９乃至図１１に示したようになる。各図（ａ）は位相面テーブルの夫々の一例を示し、各図（ｂ）は該位相面テーブルに於ける変位量と時間の経過との関係を示したものである。図９に示す位相面制御では、出力としての加速度の配置パターンが速度に対して急峻であり、変位▲１▼の位置では加速度が「＋＋＋」と極めて大きい。従って、▲１▼から▲２▼の位置までは速度の上昇が早く、短時間で変位を減少するように制御するため、変位のグラフが急峻である。
【００３１】
▲２▼の位置で加速度が「＋」から「−」へ切り替わり、運動速度が急激に低下していき、▲３▼の位置で変位が零となる。然し、運動速度は急に零とはならないので、▲３▼から▲４▼の位置のように反対方向へ変位することになる。そして、この反対方向の変位を修正するために▲４▼から▲５▼の位置に於て逆方向の運動速度をやや大とし、▲５▼の位置で逆方向の加速度「＋」を得るが、▲６▼の位置で変位零をオーバーして▲７▼の位置で収束する。即ち、同図に示した位相面制御は、変位の修正を迅速に行うことができるが、修正過多となって安定性が悪いものとなる。
【００３２】
また、図１０に示す位相面制御では、出力としての加速度の配置パターンが速度に対して平坦であり、変位が▲１▼のときは加速度が「＋」と小である。従って、▲１▼から▲２▼の位置まで緩慢に速度が上昇し、▲２▼の位置で加速度が「０」となって、一定の運動速度で変位が減少していく。▲３▼の位置で加速度が「−」となり、運動速度が減少して▲４▼の位置で変位が零となるが、運動速度は▲５▼の位置で零となる。即ち、同図に示した位相面制御は、修正時の安定性は良好であるが、変位の修正が緩やか過ぎて時間が掛かる。
【００３３】
更に、図１１に示す位相面制御では、変位が大のときは加速度の配置パターンが速度に対して平坦であり、変位が小のときは加速度の配置に傾斜をもたせてある。変位が▲１▼のときは加速度が「＋＋」と「＋」の境界部分であり、▲１▼から▲２▼の位置までは速度の上昇が比較的早い。▲２▼から▲３▼の位置までは加速度が「０」となり、一定の運動速度で変位が減少していく。▲３▼の位置で加速度が「−」となり、運動速度が減少して▲４▼の位置で加速度が「０」となり、▲５▼の位置で運動速度及び変位の双方が零となって収束する。即ち、同図に示した位相面制御は、迅速に修正が行われ且つ修正過多も生じない理想的なパターンである。尚、同図に示すような制御を行うためには、実験により位相面テーブルの修正を行う必要がある。
【００３４】
アスファルトフィニッシャに於けるスクリードの高さ制御に関しては、高い精度が要求されるとともに修正の滑らかさも要求されるため、図１１に示したようなパターンで、且つ、最大の修正速度も抑止するような制御方法を用いる。これに対して、ステアリング制御に関しては位置の絶対精度はあまり要求されないため、図１０に示したようなパターンに近似した制御方法を用いる。即ち、本発明では偏差修正速度と動作の円滑度とによって、位相面テーブルを選択できるようにする。
【００３５】
ここで、固定局１９からアスファルトフィニッシャ１１に対して異常である旨の送信があったとき、或いは各センサの検出値に欠落や異常が生じたときは、前記作業予定線Ｌ_Ｗから車両の進行方向を参照し、移動速度分だけ進行したものとみなしてｘｙ座標を推定する。また、このときのスクリードの高さ誤差Δｚと、作業予定線Ｌ_Ｗからの半径方向の変位ΔＲの双方を零とみなし、作業予定線Ｌ_Ｗに沿った見込み運転を一定時間継続する。そして、一定時間経過後はアスファルトフィニッシャ１１の運転を停止し、異常状態の復旧を待機する。
【００３６】
尚、前述したスクリードの安定角、スクリード角と高さ方向の速度の関係式、位相面テーブル等は制御パラメータであり、舗装材をはじめとする各種条件によって大きく変化するため、現地での調整が必要である。本発明では、之等制御パラメータを自動調整する。例えば、スクリードの安定角に誤差が生じた場合、常に高さ方向のプラス側或いはマイナス側の片側へずれるので、位相面テーブル参照時に変位の履歴をとり、一定期間内の誤差発生に偏りがあるときには安定角を変更して偏りを減少させるように自動制御を行う。
【００３７】
図１２は他の実施例を示し、固定局１９には３次元位置計測手段として自動追尾式トータルステーション２４と、通信モデム２７及び電源部２８とを設け、移動側のアスファルトフィニッシャ１１には計算機構部としてコンピュータ１７及び記録部２６を搭載する。工事計画線データをアスファルトフィニッシャ１１に搭載したコンピュータ１７へ入力し、３次元計画曲面のデータとして記録部２６に保持する。そして、固定局１９のトータルステーション２４により、アスファルトフィニッシャ１１のプリズムミラー２２の３次元座標を計測し、この３次元位置情報が通信モデム２７及び１８を介して移動側のコンピュータ１７に読み込まれ、アスファルトフィニッシャ１１の動作を自動制御する。斯くして、固定局１９と移動側のアスファルトフィニッシャ１１でコンピータ１９を共用化することができ、構成が簡素化される。
【００３８】
図１３は更に他の実施例を示し、アスファルトフィニッシャ１１にトータルステーション２４を積載してコンピュータ１７に接続する。該コンピュータ１７には予め工事計画線データを入力しておき、このデータに基づいて３次元計画曲面を算出して記録部に保持する。そして、該トータルステーション２４にて基準ポスト２９に対する相対位置を計測し、該トータルステーション２４の絶対座標からアスファルトフィニッシャ１１の後車軸の左右中心位置を算出する。各センサの検出値及び車両の幾何学的な形状データ等から現在の３次元位置情報を求め、該３次元位置情報と前記３次元計画曲面とを照合し、双方が一致するように制御する。従って、固定局を設置する必要がなく、固定局用のコンピュータ並びに通信モデム等の設備が不要となる。
【００３９】
また、本発明の３次元位置自動制御方法は、アスファルトフィニッシャ１台のみを制御するだけではなく、他の建設機械を同時に制御することも可能である。例えば、図１４に示すように、アスファルトフィニッシャ１１の後方にマカダムローラ３１及びタイヤローラ３２を待機させ、前記アスファルトフィニッシャ１１と同様にして、夫々の車体へコンピュータ１７，１７を積載するとともに、プリズムミラー２２，２２及び姿勢制御装置等を設置する。そして、固定局１９のトータルステーション２４にてアスファルトフィニッシャ１１、マカダムローラ３１、タイヤローラ３２を順次自動追尾して夫々の３次元位置を計測することにより、１台の固定局１９にて複数の建設機械を管理することができ、アスファルトの敷き均し、初期転圧、仕上げ等の各作業を連続的に自動制御できる。
【００４０】
尚、図示は省略するが、このほかにブルドーザやグレーダに於けるブレードの高さ制御や、ショベルカーに於けるバケットの水平引きの制御等にも応用できる。
而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記一実施例に詳述したように、建設機械の３次元位置情報と工事計画線データから算出した３次元計画曲面とを照合し、各種の偏差を総合的に捉えて最適な移動曲面を描くように制御するため、従来の各種偏差を夫々独立して把握する制御方法に比較して、円滑且つ高精度の偏差修正を行えるようになり、道路工事に於ける省力化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示し、３次元位置自動制御装置の構成図。
【図２】３次元位置自動制御装置のブロック図。
【図３】３次元位置自動制御方法を示す解説図。
【図４】工事計画線を示す図。
【図５】工事計画線のｘｙ座標を示す図。
【図６】スクリードの要部側面図。
【図７】スクリードの高さ方向の制御を示すブロック図。
【図８】ステアリングの制御を示すブロック図。
【図９】（ａ）は位相面テーブルの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した変位量と時間の経過との関係を示すグラフ。
【図１０】（ａ）は位相面テーブルの他の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した変位量と時間の経過との関係を示すグラフ。
【図１１】（ａ）は位相面テーブルの更に他の一例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した変化量と時間の経過との関係を示すグラフ。
【図１２】３次元位置自動制御方法の他の実施例を示す解説図。
【図１３】３次元位置自動制御方法の更に他の実施例を示す解説図。
【図１４】３次元位置自動制御方法の更に他の実施例を示す解説図。
【図１５】従来の制御方法を示す解説図。
【図１６】従来のセンサ部分を示す斜視図。
【符号の説明】
１１アスファルトフィニッシャ
１３スクリード
１４レベリングシリンダ
１６ステアリングシリンダ
１７，２５コンピュータ
１９固定局
２０制御部
２２プリズムミラー
２３センサ
２４トータルステーション
２６記録部
３０道路中心線
Ｌ_ｃ計画中心線
Ｌ_Ｗ作業予定線

Claims

事計画線データから道路の３次元計画曲面データを算出するとともに、３次元位置計測手段により建設機械の３次元位置を計測し、建設機械の運動軌跡が前記３次元計画曲面データと一致するように位置修正用のアクチュエータを制御する建設機械の３次元位置自動制御方法に於いて、
予め建設機械の変位量と運動速度から加速度を出力する位相面テーブルを設けておき、該位相面テーブルに基づいて前記アクチュエータの動作加速度を補正することを特徴とする建設機械の３次元位置自動制御方法。
制御量の加速度データが相互に異なる複数の位相面テーブルを設け、複数の制御系に対して個別に位相面テーブルを選択できるようにした請求項１記載の建設機械の３次元位置自動制御方法。
建設機械とスクリードとにセンサを設け、該センサによりスクリードの対路面角度及び高さ方向の速度を検出し、前記対路面角度及び速度に基づいてスクリードの高さを補正する請求項１または２記載の建設機械の３次元位置自動制御方法。