JP7274137B1

JP7274137B1 - 建設現場の屋外地面を走行するためのロボットシステム

Info

Publication number: JP7274137B1
Application number: JP2023004187A
Authority: JP
Inventors: 浩則戸澤; 直行久保田; 泰成藤本; 佑太草刈
Original assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Current assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2023-01-16
Publication date: 2023-05-16
Anticipated expiration: 2042-09-22
Also published as: JP2024046573A

Abstract

【課題】建設現場の屋外地面を走行するためのロボットシステムを提供する。【解決手段】ＲＴＫ測位精度を提供する基地局とロボットとを備え、ロボットは、自己位置判定を行う機構により測位して得た自己位置のＲＴＫ座標と、現場基準点と到達目標地点の座標間の距離をＲＴＫ上の距離に変換して得る到達目標地点のＲＴＫ座標の差から直線距離を計測し、障害物情報の３Ｄデータに対して走行可否判定を行った結果により直線距離上の走行不可地点を回避する迂回経路となる経路情報の作成を行い、経路情報は地面状況と当該地面状況に応じた予定速度情報を含み、ロボットは、経路情報に基づき自動走行中は自己位置における速度を計算し、予定速度情報内の自己位置相当位置での予定速度との比較を行い、停止判断、迂回経路再作成判断を行いＲＴＫ測位された到達目標地点に到達するロボットシステムを提供する。【選択図】図１４

Description

本発明は、杭芯位置の調査を自動化するＲＴＫ杭芯位置調査ロボットシステムおよび建設現場の屋外地面を走行するためのロボットシステムに関する。

基礎杭工事における杭芯位置の確認は最重要項目であるが、基礎杭工事の熟練技術者による目測を要し、判断の属人化による位置確認誤りが起こりうる。高齢化に伴い熟練技術者が減少した場合、属人判断による誤りは更に増加が見込まれる。そのような問題を解決する一例として、自律走行ロボットを用いて自動化するシステムが期待されてきている。近年は、ＲＴＫ（ＲｅａｌＴｉｍｅＫｉｎｅｍａｔｉｃｓ）測位が普及し、衛星を利用して、数ｃｍ以内の誤差で杭芯位置の確認をすることも可能になっており、ＲＴＫ測位システムを搭載した自走ロボットによって杭芯位置測位を行うことにより、従来手法の測位結果と比較し誤り検知、精度確認を行うことが可能となる。また、自走ロボットの導入により杭芯位置確認の省力化も図ることができる。

本願の先行技術の一例として、以下のような特許文献が挙げられる。

特許文献１では、基準点に光学式測量機をセットし、杭芯位置の墨出を行い、杭を打設する前に、ＧＰＳ測量機により墨出位置の確認作業を行うシステムが提案されている。

特許文献２では、杭を含む工事現場の画像をカメラを用いて複数枚撮影して、工事現場の三次元モデルを生成し、当該三次元モデル内から杭頭を検出して、検出された杭頭と、予め取得した設計情報との整合を判別するシステムが提案されている。

特開２００２－２０２３５７号公報特開２０１９－０６６２４２号公報

本発明の目的のひとつは、あらかじめ他の手法で決定され、現場にマーキングされた杭芯位置を示す仮杭に対して、設計値との誤差を調査するためのＲＴＫ杭芯位置調査ロボットシステムを提供することである。本発明による測定を従来手法による測定に先行して行う場合は、従来手法による測定に予め目安位置を与え、測定を省力化することが可能となる。

本発明のＲＴＫ杭芯位置調査システムでは、ＲＴＫ測位を変換したＲＴＫ座標を建設現場の設計図上の寸法、方向に合わせて変換する。この際、設計図上で建設現場の基準となるＸ軸及びＹ軸は東西南北の方位に従って決められるわけではないため、ＲＴＫ測位の緯度経度情報から変換した東西南北座標を設計図上の座標として表すには、設計図上のＸ軸方向、Ｙ軸方向に合わせて角度補正する必要がある。角度補正は、ＲＴＫ測位結果のうちの角度補正の基準とする２点を設計図上の２点との差から補正角を求め、ＲＴＫ取得結果全体を補正角を用いて回転することで行う。また、ＲＴＫ取得結果は周辺環境やＧＮＳＳ衛星の状況によって数ｃｍの誤差が生じる場合があるため、角度補正に用いた２点の基準点を距離補正にも使用し、ＲＴＫの２点間距離と図面上の２点間距離を合わせることで、測定対象とする建設現場全体のＲＴＫ距離補正の基準値を得る。杭芯位置の調査においては、建設現場のｘ軸、ｙ軸のゼロ位置となる１点とＲＴＫ取得結果との間の角度、距離を、先述の方法で導き出した補正角度を用いて回転し、基準距離との比率を用いて微調整を行い、ゼロ位置からのｘ軸、ｙ軸それぞれのミリメートル座標値に変換する。現場にマーキングされた杭芯位置の誤差計測に際しては、本システムのＲＴＫ測位結果と比較し、直線距離、ｘ軸、ｙ軸各方向への距離の差を求める。距離の差は本システム上に記憶し、直線距離が許容誤差を超える場合は杭芯マーキング位置の再確認を促し、ｘ軸、ｙ軸方向の誤差表示と合わせ、施工精度是正のために用いる。ＲＴＫ座標と杭芯位置の比較に際しては、専用マーカを被せた杭芯を３Ｄカメラで撮影し、画像認識による杭芯位置を検出してＲＴＫが取得した杭芯座標との誤差を計算する。専用マーカは、土砂などにより変色する杭の検出を画像処理で高精度化するため、建設現場に特化した配色を用いる。

専用マーカと本システムの画像認識は、建設現場内の任意位置の座標計測にも用いることができる。任意位置の計測に際しては、任意位置に設置した専用マーカの中心位置を画像認識により特定してＲＴＫ測位し、上述の角度補正、距離補正を行うことにより、任意位置の座ｘ座標、ｙ座標を設計図上のゼロ位置からの距離として取得する。

本システムにより取得したＲＴＫ座標と設計図上のｘ軸、ｙ軸座標及び杭芯マーキング位置との差異の距離はシステム内に記憶され、設計図画像上への座標描画や距離の一覧表形式など、任意の方法で閲覧することが可能である。
ＲＴＫ杭芯位置調査システムを専用マーカーを中心とした誤差計測範囲内に自動的に到達、設置させるための手段として、次項の建設現場屋外自律走行ロボットに搭載する。

建設現場屋外自律走行ロボットでは、建設現場図面データと図面データ内で指定された地点をＲＴＫ座標に変換したものを到達目標地点とし、ロボットは自機に搭載されたＲＴＫモジュールで取得する自己位置のＲＴＫ座標と到達目標地点のＲＴＫ座標との距離を特定しながら、到達目標地点に向かい走行する。走行中、自機前方に搭載された３Ｄカメラにより地面状況の撮影と画像認識、走行可否の分類を行い、重機走行跡や掘削土砂などの凹凸、雨後の水たまり等の走行を妨げる場所は回避すべき場所として検知する。回避動作は低速走行によるスリップ防止、高速走行による凹凸の乗り潰し、方向転換による完全回避から、３Ｄカメラで取得した画像と事前に学習し回避動作別に分類された地点データとの突合により自動で選択、実行される。方向転換による回避を行う場合は、周囲をＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）と３Ｄカメラにより周囲状況を探査し、走行ルートを再設定する。
低速走行の対象：下り坂、走行及び内部機構に支障をきたさないぬかるみ
高速走行の対象：乗り越えられる角度・高さの土、敷き鉄板との段差
方向転換の対象：ＬｉＤＡＲで反射の得られない箇所（水たまり、または大きな凹みと
みなす）、高速走行、低速走行対象のうち、各上限を超える場所
図面に無く設置された障害物
通常走行の対象：丈の短い草、高速走行、低速走行対象のうち、各下限を下回る場所

本発明の一態様によると、建設現場の屋外地面を走行するためのロボットシステムであって、
ＲＴＫ測位精度を提供する基地局と、
走行ロボットであって、
自己位置の測位を行うＲＴＫ１と、前記走行ロボットの先頭方向を認識するためのＲＴＫ２及びＲＴＫ３とから構成されたＲＴＫモジュールであって、前記ＲＴＫ２及びＲＴＫ３は前記ＲＴＫ１とは前記先頭方向に対して後方にＲＴＫ１から等距離であり且つＲＴＫ１上を通過する線分であり前記走行ロボットの前部中央と後部中央を結ぶ線分に対して線対象となる左右位置に配置された、前記ＲＴＫモジュールと、
少なくとも１つの到達目標地点が設定された設計図データを記録する手段と、
前記基地局を介した前記ＲＴＫ１によるＲＴＫ測位結果に基づき自己位置判定を行う機構と、
前記基地局を介した前記ＲＴＫ２及びＲＴＫ３によるＲＴＫ測位結果に基づき前記走行ロボット本体の先頭部の向きと進行方向を判定する機構と、
前記ＲＴＫ１による前記ＲＴＫ測位結果から前記設計図データと前記到達目標地点の差異を認識するとともにＲＴＫ２及びＲＴＫ３による前記走行ロボットの正面方向を認識することにより前記走行ロボットの自己位置及び自己方向を起点とした走行方向を認識する機構と、
Ｌｉｄａｒによる周辺障害物情報の３Ｄデータを収集する機構と、
を有する走行ロボットと、
を備え、
前記走行ロボットは、前記自己位置判定を行う機構により測位して得た自己位置のＲＴＫ座標と、前記設計図データ内に設定された現場基準点と到達目標地点のｘ座標、ｙ座標間の距離をＲＴＫ上の距離に変換して得る到達目標地点のＲＴＫ座標の差から直線距離を計測し、前記Ｌｉｄａｒによって前記走行ロボットの周辺を測位した結果得られる前記周辺障害物情報の前記３Ｄデータに対して、あらかじめ設定された判定基準に基づく走行可否判定を行った結果により前記直線距離上の走行不可地点を回避する迂回経路となる走行経路情報の自動作成を行い、前記走行経路情報は前記周辺障害物情報の３Ｄデータを収集する機構によって得た地面状況と当該地面状況に応じた予定走行速度情報を含み、
前記走行ロボットは、更に、前記走行経路情報に基づき自動走行する機構を有し、前記自動走行中は自己位置における走行速度を計算し、前記予定走行速度情報内の自己位置相当位置での予定走行速度との比較を行い、比較結果に基づき停止判断、迂回経路再作成判断を行いＲＴＫ測位された到達目標地点に到達することができることを特徴とする、ロボットシステムを提供する。

本発明のＲＴＫ測位システムは、建設現場において従来手法で得られた杭芯位置の精度確認と施工誤りの是正に有効である。また、本発明のＲＴＫ自律走行ロボットにより、作業員が専用マーカを用いて計測位置を示すだけで自動的な複数地点の測位が可能となり、作業効率の向上に有効となる。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置調査ロボットシステムの構成をブロック図で示す。図２は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムで使用するＲＴＫ杭芯位置調査システムの構成をブロック図で示す図３は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムで使用するＲＴＫ基地局の構成をブロック図で示す。図４は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムの情報処理の一例を示す。図５は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムで使用する杭芯位置検知用マーカの一例を示す。図６は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムで使用する杭芯位置検知用マーカを検出するための情報処理の一例を示す。図７は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムを本発明の一実施例によるＲＴＫ自律走行ロボットに搭載して運用する場合の構成例を示す。図８Ａは、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムの情報処理のデータ処理の一例を示す。図８Ｂは、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムの情報処理のデータ処理の一例を示す。図８Ｃは、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムの情報処理のデータ処理の一例を示す。図９Ａは、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムの情報処理のデータ処理の別の一例を示す。図９Ｂは、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムの情報処理のデータ処理の別の一例を示す。図９Ｃは、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムの情報処理のデータ処理の別の一例を示す。図１０は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの構成をブロック図で示す。図１１は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの情報処理の一例を示す。図１２は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの情報処理の一例を示す。図１３は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの走行経路判定処理の一例を示す。図１４は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの走行可否判定処理の一例を示す。

図１は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置調査ロボットシステム１００の構成をブロック図で示す。

本実施例のＲＴＫ杭芯位置調査ロボットシステム１００は、ＲＴＫ杭芯位置調査システム２００、ＲＴＫ基地局３００、建設現場自律走行ロボット４００を含む。

ＲＴＫ杭芯位置調査システム２００は、ＲＴＫ測位を活用して、杭芯位置を調査するシステムである。

ＲＴＫ基地局３００は、ＲＴＫ杭芯位置調査システムが杭芯位置のＲＴＫ測位を行うに際してのＲＴＫ測定精度を向上させる手段である。

ＲＴＫ基地局３００のうち、ＲＴＫ測位機能は有料サービスなどの既存の基地局に置き換えても良い。ＲＴＫ測位機能を有料サービスに置き換える場合、ＲＴＫ基地局３００からＲＴＫモジュール３１０が不要となる。

建設現場自律走行ロボット４００は、ＲＴＫ測位と画像解析とセンサー情報を活用して建設現場屋外の地面を目的地に向けて自律走行するロボットである。

図２は、本発明の一実施例によるシステムで使用するＲＴＫ杭芯位置調査システム２００の構成をブロック図で示す。

ＲＴＫ杭芯位置調査ロボット２００は、ＲＴＫモジュール２１０、ＲＴＫモジュール位置調整機構２２０、レーザ照射機構２３０、バッテリ２４０、３Ｄカメラ２５０、インターネット接続２６０から構成される。

ＲＴＫモジュール２１０は、ＲＴＫ測量を行うための手段である。

ＲＴＫモジュール位置調整機構２２０は、ＲＴＫモジュール２１０を地面から垂直に保持する手段であり、ＲＴＫモジュールを水平に移動させる手段である。ＲＴＫモジュールがオペレータから与えられた座標に対して自律的に移動するため、ＲＴＫモジュール位置調整機構はＲＴＫモジュールから与えられる水平方向の縦横移動距離情報に従ってＲＴＫモジュールを到達目標地点まで移動させる。

レーザマーカ照射機構２３０は、ＲＴＫモジュールの到達点から下向き垂直にレーザー光を照射し、ＲＴＫモジュールの示す到達地点を明示するための手段である。

バッテリ２４０は、システム全体を動作させるためのエネルギーを供給する手段である。

３Ｄカメラ２５０は、杭心などの計測対象地点に被せられた計測地点認識専用マーカを探査する手段である。

インターネット接続２６０は、後述のＲＴＫ基地局３００との間でインターネットを介したＲＴＫ補正情報の授受や、ＤＢサーバ３３０との計測地点情報及び計測結果の送受信を行う手段である。

図３は、本発明の一実施例によるシステムで使用するＲＴＫ基地局３００の構成をブロック図で示す。

ＲＴＫ基地局３００は、ＲＴＫモジュール３１０、ネット接続３２０、ＤＢサーバ３３０、ＲＴＫ座標変換・調整３４０、バッテリ３５０、から構成される。

ＲＴＫモジュール３１０は、ＲＴＫ測量を行うための手段である。

ネット接続３２０は、インターネット接続するための手段である。

ＤＢサーバ３３０は、ＲＴＫ杭芯調査システム２００とＲＴＫ基地局３００との間の接続の確立と維持を行い、計測基準点情報を共有させるための手段である。

ＲＴＫ座標変換・解析３４０は、ＲＴＫ計測基準点情報の保持と、ＲＴＫ測位結果を現場図面データ上にプロットするための角度及び縮尺補正値の算出及び保持と、３Ｄカメラ２６０などで撮像した計測地点認識専用マーカからの計測地点特定のための画像処理と、ＲＴＫモジュール２１０が特定したＲＴＫ測位対象位置と画像処理後の計測対象地点との距離計測および誤差解析を行う手段である。

バッテリ３５０は、ＲＴＫ基地局３００全体を動作させるためのエネルギーを供給する手段である。

図４は、本発明の一実施例によるシステムの情報処理の一例を示す。

Ｓ４０１０では、基地局と無線ネットワーク環境を準備する。具体的には、機器のネットワーク接続を行う。また、ＲＴＫ基地局設置を行う。ＲＴＫ基地局の設置はＲＴＫ測位対象となる建設現場内が望ましいが、建設現場がビルなどの遮蔽物に囲まれＲＴＫ測位が難しい場合は、ＲＴＫ基地局は概ね半径１０ｋｍ以内の見晴らしのいい地点に設置してもよい。なお、ＲＴＫ基地局は、有料サービスなどの既存の基地局に置き換えても良い。

Ｓ４０２０では、ＲＴＫ測位を行う目標地点に目標位置登録専用マーカを設置する。具体的には、杭芯等の別手法で測位、設置された精度確認対象地点をＲＴＫ測位によって精度確認する場合は精度確認対象地点上に専用マーカを設置し、任意地点のＲＴＫ測位と設計図データ上への測位地点プロットのみを行う場合は、測位対象の地面上に専用マーカを設置する。

Ｓ４０３０では、測位対象地点のＲＴＫ測位を行う。具体的には、杭芯位置調査システムに目標杭芯位置データを登録し、杭芯位置調査システム本体を専用マーカ上に設置し、調査開始指令を行い、測位対象地点のＲＴＫ測位を行う。測位対象地点と目標杭芯位置データの差異を測定する場合は、ＲＴＫモジュールは事前投入された目標杭芯位置データに従いＲＴＫ測位を行い、目標地点との差異をＲＴＫ座標からミリメートル情報に変換したＸＹ平面上の移動指示情報としてＲＴＫ位置調整機構に伝達し、ＲＴＫ位置調整機構は、伝達された移動指示情報に基づき、ＲＴＫモジュールを移動させる。任意地点のＲＴＫ測位を行う場合は、ＲＴＫ杭芯位置調査システムを設置した位置から３Ｄカメラにより検出した専用マーカの中心位置の垂直上方に、ＲＴＫ位置調整機構によりＲＴＫモジュールを移動する。測位対象地点が複数ある場合は、複数の測位対象地点を登録のうえ、Ｓ４０３０のＲＴＫ測位を繰り返す。また、３Ｄカメラは専用マーカの検出に加えＲＴＫモジュール到達地点の撮影を行い、検査位置写真として後述のレポートに出力するため記録する。

Ｓ４０４０では、Ｓ４０３０で取得したＲＴＫ測位結果のうち２地点を、建設現場データと照合するための基準地点とし、角度補正及び距離補正を行う。

Ｓ４０５０では、Ｓ４０３０で取得したＲＴＫ測位結果をＳ４０４０で算出した角度補正値により回転させ、距離補正比率を用いて縮尺調整を行う。

Ｓ４０６０では、Ｓ４０５０で補正を行ったＲＴＫ測位結果を用いて、専用マーカ位置とＲＴＫ測位結果の差異を算出する。この際、設計図データのｘ、ｙ座標開始位置をゼロ地点とし、目標地点とＲＴＫ取得結果の直線距離、ｘ距離及びｙ距離の差異を算出する。任意地点の専用マーカ上のＲＴＫ測位を行う場合は、距離の差異算出は行わず、設計図データのｘ、ｙ座標開始位置をゼロ地点とした、専用マーカ位置のｘ座標地点、ｙ座標地点の算出のみを行う。目標杭芯位置データ全てに対してのＳ４０６０完了をもって杭芯位置確認は終了となる。具体的には、調査レポートを作成し、終了する。

本発明の一実施例によるシステムの情報処理のデータ処理の一例を図８、図９に示す。

図５は、本発明の一実施例によるシステムで使用する杭芯位置検知用マーカの一例を示す。

本実施例の専用マーカは、土砂などにより変色する杭芯の検出を画像処理で高精度化するため、建設現場に特化した配色を用いる。好ましくは、検知用マーカの形状は、傘状または円盤状である。好ましくは、外側を白地とし、中央に青色の塗り潰し。反射が少ない「艶なし」を使用。更に、中心部に覗き穴を設けて、杭または木杭の十字印を確認できるようにする。これにより、設置精度を確保することができる。まあ、外側の白地にはメモ書きを可能とする。

図６は、本発明の一実施例によるシステムで使用する杭芯位置検知用マーカを検出するための情報処理の一例を示すものであり、Ｓ４０６０の情報処理の一部を詳細に示すものである。

Ｓ７０１０では、特定の範囲の色（本実施例では、青色）を抽出する。

Ｓ７０２０では、画像の平滑化を行う。

Ｓ７０３０では、Ｃａｎｎｙ法によりエッジを検出を行う。Ｃａｎｎｙエッジ検出器は、画像の輪郭（エッジ）部分を検出するアルゴリズムである。ここで、Ｃａｎｎｙ法とは、エッジ検出のためのアルゴリズムのひとつである。

Ｓ７０４０では、領域抽出を行う。

Ｓ７０５０では、最小外接円の検出を行う。

図７は、本発明の一実施例によるＲＴＫ杭芯位置確認システムを本発明の一実施例によるＲＴＫ自律走行ロボットに搭載して運用する場合の構成例を示す。

図８Ａ、８Ｂ、８Ｃは、本発明の一実施例によるシステムの情報処理のデータ処理の一例を示す。本発明によるシステムの専用マーカ位置ＲＴＫ測位では補正されたＧＮＳＳ情報が取得され、ＲＴＫ座標へ変換した後、建設現場の縮尺、補正角を与えることで建設現場設計図データ上にＲＴＫ測位結果が配置される。配置されたデータと杭芯位置を比較する場合は、設計図データ上に杭芯位置とＲＴＫ位置の各座標と距離の差が描画される。

図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、本発明の一実施例によるシステムの情報処理のデータ処理の別の一例を示す。ＲＴＫ測位結果、杭芯位置座標、基準となる補正角及び縮尺はテキストデータとして入出力されるため、描画画面の構成は一様ではなく柔軟に設計可能である。

図１０は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの構成をブロック図で示す。

建設現場自律走行ロボットは、ＲＴＫモジュール４１０、インターネット接続４２０、ＬｉＤＡＲ４３０、経路解析４４０、サスペンション４５０、移動機構４６０から構成される。ＲＴＫモジュール４１０は、ＲＴＫによる自己位置及び到達目標地点を測位するための手段であり、自己位置の測位を行うＲＴＫ１と、ロボットの先頭方向を認識するためのＲＴＫ２及びＲＴＫ３で構成される。ＲＴＫ２とＲＴＫ３はＲＴＫ１とは先頭方向に対して後方にＲＴＫ１から等距離となる左右位置に配置されており、ＲＴＫ１と同時にＲＴＫ測位を行ってＲＴＫ１よりも目標地点のＲＴＫ座標から離れていれば、ロボット本体の先頭部は目標地点に向かっているとみなし、目標地点のＲＴＫ座標からＲＴＫ２、３が近ければロボット本体の先頭部は目標地点の逆方向を向いているとみなす。ＲＴＫ２、ＲＴＫ３によりロボット本体の進行方向を把握し、ＲＴＫ１により目標地点との距離を測位して進行方向を定める。

インターネット接続４２０は、前述のＲＴＫ基地局３００との間でインターネットを介したＲＴＫ補正情報の授受を行う。

ＬｉＤＡＲ４３０は、ロボットシステム４００の周辺の障害物情報をレーザー光によって収集する。ＬｉＤＡＲ４３０に使用するセンサは、３Ｄカメラや３Ｄ－ＬｉＤＡＲなどである。収集した障害物情報は、経路解析４４０によって走行ルート補正のために使用される。

経路解析４４０は、ＲＴＫモジュール４１０によって取得されたＲＴＫ測位情報と、経路解析４４０によって取得された周辺障害物情報と、後述の移動機構４６０によって取得されたモータートルク情報を用いて、目標地点への走行ルート補正を行う。

サスペンション４５０は、移動機構４６０による走行中の振動から上部に配置される各機構を保護して故障を防止するとともに、ＲＴＫ４１０の測位を安定させる。

なお、図７に示すＲＴＫ杭芯位置確認システムとＲＴＫ自律走行ロボットに搭載して運用する構成とする場合は、ＲＴＫ杭芯位置確認システムに搭載するＲＴＫモジュールがＲＴＫ自律走行ロボットのＲＴＫモジュールのうち自己位置測位を行うＲＴＫ１の役割を兼ね、ＲＴＫ１を省略することが可能である。

図１１は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの情報処理の一例を示す。
Ｓ１１０１０では、基地局・ネットワーク環境準備をおこなう。
Ｓ１１０２０では、ロボットシステム目標座標設定をおこなう。
Ｓ１１０３０では、ロボットシステム初期位置決定をおこなう。
Ｓ１１０４０では、ロボットシステム自律走行をおこなう。

図１２は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの情報処理の一例を示す。

建設現場自律走行ロボットは作業員から走行指示を受けると、ＲＴＫ自己位置測位Ｓ１２０１０により自己位置のＲＴＫ測位を行い、設計図データから渡された専用マーカ座標をＲＴＫ変換した目標地点座標をもとに目標地点への直線距離での走行経路を決定する。

Ｓ１２０２０の周辺障害物サーチでは、ＬｉＤＡＲによる周辺障害物情報の３Ｄデータ収集を行い、Ｓ１２０１０のＲＴＫ自己位置測位で取得した走行経路周辺の走行不能場所の存在を明らかにする。

Ｓ１２０３０の経路・中継地点決定では、Ｓ１２０１０で取得したＲＴＫ測位結果とＳ１２０２０で取得した走行不能場所情報の３Ｄデータを重ね合わせ、目標地点座標への経路上に走行不能場所が存在する場合には、３Ｄデータと設計図データを重ね合わせたデータ上で迂回経路を決定する。迂回により目標地点がＬｉＤＡＲ到達範囲外となる場合には、ＬｉＤＡＲ到達範囲内の走行可能場所に中継地点を定め、ＲＴＫ座標に変換して次の移動先情報とする。これらの周辺障害物情報を用いた迂回経路設定には、別途収集した建設現場地面の画像情報、ロボットの走行にかかるモーター負荷情報を用いた事前学習データに基づく強化学習による自立判断を行ってもよい。

Ｓ１２０４０の走行、Ｓ１２０５０の地面状態検知・ルート補正、Ｓ１２０６０の走行は、Ｓ１２０７０の目標地点到達に至るまで、周辺障害物情報の収集による迂回経路及び中継地点の決定を繰り返し行うことを示す。

Ｓ１２０７０の目標地点到達後、次の目標地点情報がある場合には次の目標地点情報をＲＴＫ変換した座標を目標地点として図１２の情報処理を繰り返し行う。また、Ｓ１２０７０の目標地点到達後にＲＴＫ杭芯調査システム２００の杭芯位置測位処理が指定されている場合は、本情報処理は杭芯位置測位処理からの終了判断を受け取るまで待機した後、次の目標地点情報の有無の判断と本情報処理の継続に移行する。

図１３は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの走行経路判定処理の一例を示す。

Ｓ１３０１０の水たまり計測・迂回路マップ作製では、ＬｉＤＡＲによる周辺照射を行った結果、反射が得られない箇所を水たまりその他走行に適さない地面状況と判断し、ＲＴＫ目的地情報と設計図データを基にした迂回経路および中継地点情報の作成を行う。

Ｓ１３０２０の凹凸計測・速度調整マップ作製では、ＬｉＤＡＲによる周辺照射結果のうち迂回経路として選定された経路上に存在する凹凸の情報を元に、自律走行ロボットが乗り越えるために必要なモータートルク数と想定される速度を算出する。算出に際しては、別途建設現場を同一の移動機構によって手動走行して得られたモータートルク数、速度情報を事前学習データとした強化学習によって算出を行ってもよい。

図１４は、本発明の一実施例による建設現場自律走行ロボットの走行可否判定処理の一例を示す。

Ｓ１４０１０では、移動機構からクローラトルクを取得する。

Ｓ１４０２０では、Ｓ１４０１０で取得したクローラトルクとロボット本体の加速度や傾き情報からロボット本体の走行速度を算出する。

Ｓ１４０３０の速度調整マップ読み込みでは、スリップなどの走行を妨げる地面状況でない場合に移動機構が出すべき走行速度を、走行経路上の各地点での走行速度情報として取得する。

Ｓ１４０４０の現在地予定速度取得では、Ｓ１４０３０速度調整マップ読み込みで得た経路上の各地点での予定速度情報とＲＴＫによって取得したロボット本体の自己位置とを対比し、経路上のロボット自己位置における予定速度を取得する。

Ｓ１４０５０の走行速度予実比較では、Ｓ１４０４０現在地予定速度取得で取得したＲＴＫ自己位置における予定速度と、Ｓ１４０２０で得たロボット本体の走行速度を比較する。

Ｓ１４０６０の停止・迂回判断では、Ｓ１４０５０走行速度予実比較の結果から速度の予実差が移動機構の走行を妨げる閾値を超過するかどうかを判断し、閾値を超過した場合には停止及び迂回の判断を行う。

Ｓ１４０７０の周辺経路・中継地点決定では、Ｓ１４０７１のＲＴＫ自己位置測位、Ｓ１４０７２の周辺障害物サーチ、Ｓ１４０７３の経路・中継地点決定として、Ｓ１２０１０、Ｓ１２０２０、Ｓ１２０３０と同様の迂回経路・中継地点の決定を行う。図１３におけるこれらの走行可否判定処理に際しては、別途建設現場を同一の移動機構によって手動走行して得られたモータートルク数、速度情報を事前学習データとした強化学習によって算出を行ってもよい。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

Claims

建設現場の屋外地面を走行するためのロボットシステムであって、
ＲＴＫ測位精度を提供する基地局と、
走行ロボットであって、
自己位置の測位を行うＲＴＫ１と、前記走行ロボットの先頭方向を認識するためのＲＴＫ２及びＲＴＫ３とから構成されたＲＴＫモジュールであって、前記ＲＴＫ２及びＲＴＫ３は前記ＲＴＫ１とは前記先頭方向に対して後方にＲＴＫ１から等距離であり且つ前記ＲＴＫ１上を通過する線分であり前記走行ロボットの前部中央と後部中央を結ぶ線分に対して線対象となる左右位置に配置された、前記ＲＴＫモジュールと、
少なくとも１つの到達目標地点が設定された設計図データを記録する手段と、
前記基地局を介した前記ＲＴＫ１によるＲＴＫ測位結果に基づき自己位置判定を行う機構と、
前記基地局を介した前記ＲＴＫ１及びＲＴＫ２及びＲＴＫ３によるＲＴＫ測位結果に基づき、前記ＲＴＫ１の測位結果を前記走行ロボット本体の前方位置と見なした前記走行ロボット本体の先頭部の向きと進行方向を判定する機構と、
前記ＲＴＫ１による前記ＲＴＫ測位結果から前記設計図データをＲＴＫ座標に変換した前記到達目標地点との差異を計算して前記走行ロボットの走行方向及び走行距離を決定する機構であって、前記設計図データ内で指定された地点をＲＴＫ座標に変換して到達目標地点とするとともに、予めＲＴＫ測位により得られた基準点２点のＲＴＫ座標から、平面直角座標系のＲＴＫ座標へ変換したのち、東西南北座標を前記設計図データのそれぞれｘ軸とｙ軸方向に基づいて変換して得る角度補正値、そして距離を設計図データ上の基準点２点間の距離とを比較して得る距離補正比率を導き、前記角度補正値及び距離補正比率を用いて、前記到達目標地点のＲＴＫ座標を補正して前記走行ロボットの走行方向及び走行距離を決定する機構と、
前記走行方向及び走行距離情報に基づき前記到達目標地点まで自動走行する機構と、
Ｌｉｄａｒによる周辺障害物情報の３Ｄデータを収集する機構と、
を有する走行ロボットと、
を備え、
前記走行ロボットは、前記自己位置判定を行う機構により測位して得た自己位置のＲＴＫ座標と、前記到達目標地点の補正されたＲＴＫ座標との差から直線距離を計測し、前記Ｌｉｄａｒによって前記走行ロボットの周辺を測位した結果得られる前記周辺障害物情報の前記３Ｄデータに対して、あらかじめ設定された判定基準に基づく走行可否判定を行った結果により前記直線距離上の走行不可地点を回避する迂回経路となる走行経路情報の自動作成を行い、前記走行経路情報は前記周辺障害物情報の３Ｄデータを収集する機構によって得た地面状況と当該地面状況に応じた予定走行速度情報を含み、
前記走行ロボットは、更に、前記走行経路情報に基づき自動走行する機構を有し、前記自動走行中は自己位置における走行速度を計算し、前記予定走行速度情報内の自己位置相当位置での予定走行速度との比較を行い、比較結果に基づき停止判断、迂回経路再作成判断を行い前記到達目標地点に到達することができることを特徴とする、ロボットシステム。
前記設計図データには到達目標地点を複数定めることができ、到達目標地点が複数ある場合には最初の到達目標地点への到達後に、次の到達目標地点のＲＴＫ座標をもとに前記Ｌｉｄａｒによる前記周辺障害物情報の前記３Ｄデータの取得と走行不可地点を回避する走行経路の自動作成を行い、前記地面状況と前記予定走行速度情報に基づき前記次の到達目標地点へ自動走行することができる、請求項１に記載のロボットシステム。
前記ロボットシステムであって、ＲＴＫ測位機構を有する他計測器具とＲＴＫ情報を共有することのできる、請求項１に記載のロボットシステム。
前記建設現場の屋外地面の走行に際しての衝撃を予測し自己の故障リスクを低減するサスペンション機構を有する、請求項１に記載のロボットシステム。
前記あらかじめ設定された判定基準は、前記走行ロボットの走行機構で乗り越えられない重機走行跡や掘削土砂の凹凸、前記走行ロボット及びロボットシステムの水濡れによる故障の原因となる雨後の水たまり等の走行を妨げる場所は回避すべき場所とみなす判定基準とする、請求項１に記載のロボットシステム。