JP6751588B2 - Control device for autonomous driving and autonomous driving method - Google Patents
Control device for autonomous driving and autonomous driving method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6751588B2 JP6751588B2 JP2016094812A JP2016094812A JP6751588B2 JP 6751588 B2 JP6751588 B2 JP 6751588B2 JP 2016094812 A JP2016094812 A JP 2016094812A JP 2016094812 A JP2016094812 A JP 2016094812A JP 6751588 B2 JP6751588 B2 JP 6751588B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- traveling
- construction machine
- autonomous driving
- vibrating roller
- construction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 80
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 21
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 7
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 58
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 44
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 16
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
本発明は、本発明は、建設機械の自律走行用制御装置および自律走行方法に関する。 The present invention relates to an autonomous driving control device for a construction machine and an autonomous driving method.
災害復旧工事等では、作業員の安全性を確保することを目的として、無人化施工が採用される場合がある。無人化施工は、現場から送られてくる映像を、複数のモニタ画面で確認しながらオペレータが建設機械を遠隔操作するのが一般的である。この方法では、オペレータは作業箇所周囲の状況を直接五感で感じながら操作する事が出来ないので、オペレータの技量によって作業の品質が異なる場合がある。また、複数の画像取得のための装置と通信環境が必要となる。 In disaster recovery work, unmanned work may be adopted for the purpose of ensuring the safety of workers. In unmanned construction, it is common for the operator to remotely control the construction machine while checking the images sent from the site on multiple monitor screens. In this method, the operator cannot operate while directly feeling the situation around the work place with all five senses, so that the quality of work may differ depending on the skill of the operator. In addition, a device and a communication environment for acquiring a plurality of images are required.
また、他の無人化施工方法として、人間の五感に代わるセンサ類を建設機械に搭載しておき、作業開始命令を与えることにより、予め設定された計画線に沿って建設機械を走行させる自律制御式の無人化施工方法が開発されている(例えば、非特許献1参照)。 In addition, as another unmanned construction method, sensors that replace the five human senses are mounted on the construction machine, and a work start command is given to autonomously control the construction machine to run along a preset planned line. A type of unmanned construction method has been developed (see, for example, Non-Patent Dedication 1).
非特許文献1に記載される技術では、転圧路の走行に関して、走行する始点と目標点を結ぶ直線を複数に分割し、近傍の分割点に建設機械の方向が向くように制御する。そして、その分割点を通過後にその次に近い分割点に向けて方向制御を行い、これを繰り返すことで最終目標点へと走行していく。
In the technique described in Non-Patent
しかし、非特許文献1に記載される技術では、一つの分割点を通過後に次の分割点に目標を移して制御をおこなうため、振動ローラの様な構造の建設機械ではステアリング動作に遅れが発生する。その為、本来走行させたい線上を走行させることが難しく、ある一定の範囲内で蛇行走行をしてしまうという問題があった。
この問題点について、図7を参照して説明する。例えば、図7(a)に示すように、振動ローラが一つ目の第1分割点に向かって走行していたとする。そして、振動ローラが第1分割点を通過した時点で、第1分割点からその次に近い二つ目の第2分割点に振動ローラの目標を変更し、ステアリングの修正を行う(図7(b)参照)。この際、走行しながらステアリングの修正動作を行うために遅れが発生し、計画線に戻れずに蛇行してしまう(図7(c)参照)。これにより、図7(d)に示すように、振動ローラは蛇行走行を繰り返すことになる。
なお、一定量蛇行してしまうことは、走行精度の観点からある程度は生じるものであるが、走行精度を維持しながらも人間が操作したように走行が滑らかな制御が望まれている。
However, in the technique described in
This problem will be described with reference to FIG. For example, as shown in FIG. 7A, it is assumed that the vibrating roller is traveling toward the first partition point. Then, when the vibrating roller passes the first dividing point, the target of the vibrating roller is changed from the first dividing point to the second second dividing point closest to the first dividing point, and the steering is corrected (FIG. 7 (FIG. 7). b) See). At this time, a delay occurs due to the correction operation of the steering while traveling, and the vehicle cannot return to the planned line and meanders (see FIG. 7C). As a result, as shown in FIG. 7D, the vibrating roller repeats meandering.
It should be noted that meandering by a certain amount occurs to some extent from the viewpoint of running accuracy, but it is desired to control the running smoothly as if operated by a human while maintaining the running accuracy.
このような観点から、本発明は、走行精度を維持しながらも滑らかに走行可能な自律走行用制御装置および自律走行方法を提供することを課題とする。 From such a viewpoint, it is an object of the present invention to provide an autonomous driving control device and an autonomous driving method capable of smoothly traveling while maintaining traveling accuracy.
振動ローラのようなアーティキュレート機構を有する建設機械は、案内輪である前輪が走行した軌跡上を後輪が走行するという特徴がある。
本発明の発明者は、このようなアーティキュレート機構の特性上、運転中の操縦者(搭乗による操縦および遠隔操作による操縦を含む)の意識は前輪にあり、前輪を基準にして操縦することで蛇行の少ない走行を実現していることに着目した。具体的には、前輪の位置の目標としているものは、隣の車線との間にできる轍であり、操縦者は、この轍と前輪の走行ラインとが所定のラップ長を確保しながら隣の車線と平行になるようにハンドル操作を行う。本発明は、人間の操縦による建設機械の走行を自律走行で実現させるものである。
A construction machine having an articulating mechanism such as a vibrating roller is characterized in that the rear wheels travel on the trajectory on which the front wheels, which are guide wheels, travel.
Due to the characteristics of such an articulating mechanism, the inventor of the present invention has the consciousness of the driver during driving (including maneuvering by boarding and maneuvering by remote control) in the front wheels, and by maneuvering with reference to the front wheels. We paid attention to the fact that it realized driving with less meandering. Specifically, the target of the position of the front wheels is a rut formed between the rut and the adjacent lane, and the pilot can use the rut and the running line of the front wheels next to each other while ensuring a predetermined lap length. Operate the steering wheel so that it is parallel to the lane. The present invention realizes the running of a construction machine by human control by autonomous running.
前記課題を解決する本発明に係る自律走行用制御装置は、自律走行する建設機械を制御する自律走行用制御装置である。前記建設機械は、前輪および後輪を有するアーティキュレート機構を備える。
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きである。
この自律走行用制御装置は、走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する制御信号を出力する。
また、自律走行用制御装置は、前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にするための制御信号を出力する。
The autonomous driving control device according to the present invention that solves the above problems is an autonomous driving control device that controls a construction machine that autonomously travels. The construction machine comprises an articulating mechanism having front and rear wheels.
The reference point of the construction machine for performing autonomous traveling control is provided on a vertical line passing through the center position of the rotation axis of the wheel on the traveling direction side or the center position of the rotation axis, and the traveling direction of the construction machine is set. This is the direction of the wheels on the traveling direction side.
When the distance from the travel reference line to the construction machine is larger than a predetermined first threshold value, the autonomous driving control device corrects the traveling direction of the construction machine so as to approach the travel reference line. Output a signal.
Further, the autonomous travel control device travels when the distance from the travel reference line to the construction machine is smaller than the second threshold value which is the same as or smaller than the first threshold value. A control signal for making the traveling direction of the construction machine parallel to the reference line is output.
また、本発明に係る自律走行方法は、建設機械を自律走行させる自律走行方法である。前記建設機械は、前輪および後輪を有するアーティキュレート機構を備える。
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きである。
この自律走行方法では、走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する。
また、前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にする。
Further, the autonomous driving method according to the present invention is an autonomous driving method in which a construction machine is autonomously driven. The construction machine comprises an articulating mechanism having front and rear wheels.
The reference point of the construction machine for performing autonomous traveling control is provided on a vertical line passing through the center position of the rotation axis of the wheel on the traveling direction side or the center position of the rotation axis, and the traveling direction of the construction machine is set. This is the direction of the wheels on the traveling direction side.
In this autonomous driving method, when the distance from the traveling reference line to the construction machine is larger than a predetermined first threshold value, the traveling direction of the construction machine is corrected so as to approach the traveling reference line.
Further, when the distance from the traveling reference line to the construction machine is smaller than the second threshold value which is the same as or smaller than the first threshold value, the construction is performed with respect to the traveling reference line. Make the traveling direction of the machine parallel.
本発明によれば、走行基準線から一定の位置を走行するので走行精度が維持される。また、走行路(走行基準線)の途中に通過しなければならない地点(中間点)が決まっていないので、蛇行量が従来に比べて相対的に小さく、走行が滑らかである。 According to the present invention, since the vehicle travels at a certain position from the travel reference line, the travel accuracy is maintained. Further, since the point (intermediate point) that must be passed in the middle of the traveling path (traveling reference line) is not determined, the meandering amount is relatively small as compared with the conventional case, and the traveling is smooth.
本発明によれば、走行精度を維持しながらも滑らかに走行可能である。 According to the present invention, it is possible to run smoothly while maintaining running accuracy.
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、参照する図面における部材の寸法は、説明を明確にするために誇張して表現されている場合がある。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
Each figure is only schematically shown to the extent that the present invention can be fully understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated examples. In addition, the dimensions of the members in the referenced drawings may be exaggerated for the sake of clarity. In each figure, common components and similar components are designated by the same reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted.
≪本実施形態に係る自律走行方法≫
自律走行方法とは、建設機械にセンサ類を搭載させて、予め設定された計画線に沿って建設機械を走行させることを言う。本実施形態では、建設機械の自律走行に伴い無人化された施工も同時行うので「無人化施工」と呼ぶ場合もある。本実施形態に係る自律走行方法を用いた無人化施工システムMを図1(a)に示す。
<< Autonomous driving method according to this embodiment >>
The autonomous driving method means that the construction machine is equipped with sensors and the construction machine is driven along a preset planned line. In this embodiment, unmanned construction is also performed at the same time as the construction machine runs autonomously, so it may be called "unmanned construction". FIG. 1A shows an unmanned construction system M using the autonomous driving method according to the present embodiment.
無人化施工システムMは、建設機械を自律走行させて施工現場の地面を締め固めるものである。無人化施工システムMは、施工現場を自律走行しながら地面を転圧する振動ローラ1と、施工現場に立設されるトータルステーション2と、施工現場から離れた位置にある操作室内に設置されたホストPC(Personal Computer)3とを備えて構成されている。振動ローラ1、トータルステーション2およびホストPC3は、無線通信を用いて通信可能である。なお、振動ローラ1は建設機械の一例であり、建設機械の種類はこれに限定されるものではない。
The unmanned construction system M autonomously runs a construction machine to compact the ground at the construction site. The unmanned construction system M includes a vibrating
<トータルステーション>
トータルステーション2は、走行する振動ローラ1を自動追尾して、振動ローラ1の位置情報を周期的(例えば、300ミリ秒)にホストPC3に対して送信する。トータルステーション2は、例えば、振動ローラ1の走行を妨害しない場所であると共に、振動ローラ1の自動追尾が常に可能な位置に設置されている。
<Total station>
The
<ホストPC>
ホストPC3は、施工管理者により操作されるものである。施工管理者は、ホストPC3に施工条件を予め登録し、その後に施工開始の指示を入力する。これらの情報は、振動ローラ1に送信される。そして、送信が完了されると振動ローラ1による無人化施工が開始される。
また、無人化施工が行われている期間、ホストPC3は、トータルステーション2から受信した振動ローラ1の位置情報を振動ローラ1に対して送信する。
一方、ホストPC3は、振動ローラ1の機体情報を振動ローラ1から周期的に受信し、この機体情報を表示画面に表示する。機体情報は、振動ローラ1の状態が確認できるものであればよく、例えば、振動ローラ1の進行方向、速度、ステアリング角度等であってよい。施工管理者は、ホストPC3に表示される振動ローラ1の機体情報を確認することで、施工の進行状況を把握することが可能である。なお、施工管理者は、施工開始の指示を行った後は、原則として振動ローラ1に対して指示を行わない。
<Host PC>
The
Further, during the period during which the unmanned construction is being performed, the
On the other hand, the
施工条件には、例えば、(1)転圧を行うエリア(以下、「転圧エリア」と呼ぶ)に関する転圧エリア情報、(2)転圧エリア内に設定される転圧路に関する転圧路情報、(3)転圧路を振動ローラ1が転圧する転圧条件に関する転圧条件情報などが含まれる。なお、転圧路は、振動ローラ1が走行することで転圧する領域を意味している。その為、転圧路は所定の幅を持つことになる。転圧路の基準線は、転圧路の延在方向(縦断方向)に沿う仮想線であり、振動ローラ1の自律走行の目標となる走行ルートである。基準線は、転圧路の任意の位置に設定することが可能である。本実施形態では、基準線として転圧路の中心線を採用する。
The construction conditions include, for example, (1) rolling area information regarding an area for rolling (hereinafter referred to as "rolling area"), and (2) rolling path for a rolling path set in the rolling area. Information, (3) Rolling condition information regarding the rolling condition in which the vibrating
転圧エリア情報には、転圧エリア数および各転圧エリアを特定するための座標(x,y)などが含まれる。図1(b)に示すように、矩形の転圧エリアの場合には、各転圧エリアを特定するための座標として転圧エリアの四隅の座標(x,y)が与えられる。
転圧路情報には、転圧路数、各転圧路を特定するための座標(x,y)および車線変更幅などが含まれる。図1(b)に示すように、上下方向に直線状に転圧する場合には、各転圧路を特定するための座標として各転圧路の中心線の両端の座標(x,y)が与えられ、また、車線変更幅として隣り合う転圧路の中心線同士の離間距離が与えられる。
The compaction area information includes the number of compaction areas and the coordinates (x, y) for specifying each compaction area. As shown in FIG. 1 (b), in the case of a rectangular compaction area, the coordinates (x, y) of the four corners of the compaction area are given as the coordinates for specifying each compaction area.
The rolling path information includes the number of rolling paths, the coordinates (x, y) for specifying each rolling path, the lane change width, and the like. As shown in FIG. 1 (b), when rolling in a straight line in the vertical direction, the coordinates (x, y) at both ends of the center line of each rolling path are used as the coordinates for specifying each rolling path. Also, as the lane change width, the distance between the center lines of the adjacent compaction paths is given.
転圧条件情報には、各転圧路における転圧回数、転圧エリアへの進入点の座標および転圧エリアからの退出点の座標などが含まれる。図1(b)に示すように、矩形の転圧エリアの左側に設定される転圧路から右側に向かって順次転圧する場合には、例えば、転圧エリアへの進入点として最左端の転圧路の中心線の一方の端点の座標(x,y)が与えられ、転圧エリアからの退出点として最右端の転圧路の中心線の一方の(x,y)が与えられる。 The compaction condition information includes the number of compactions in each compaction path, the coordinates of the entry point to the compaction area, the coordinates of the exit point from the compaction area, and the like. As shown in FIG. 1 (b), in the case of sequentially rolling from the rolling path set on the left side of the rectangular rolling area toward the right side, for example, the leftmost rolling as an approach point to the rolling area. The coordinates (x, y) of one end point of the center line of the compaction path are given, and one end point (x, y) of the center line of the rightmost compaction path is given as the exit point from the compaction area.
<振動ローラ>
図2を参照して、振動ローラ1(省略して「ローラ」と呼ぶ場合がある)の構成について説明する。振動ローラ1は、車体10と、車体10の前後に取り付けられた二つの鉄輪11,11と、車体10の下部に配置されたアーティキュレート機構12と、車体10の上部に設置された全周プリズム13および通信アンテナ14と、自律走行用制御装置15と、機体情報取得手段S(図4参照)とで構成されている。振動ローラ1は、鉄輪11,11の回転方向を変更することで、前進および後進が可能である。
<Vibration roller>
The configuration of the vibrating roller 1 (may be abbreviated as “roller”) will be described with reference to FIG. The vibrating
車体10は、振動ローラ1の本体となるものである。車体10は、内部に図示しない駆動手段を収容する。以下では、「ローラの方位角G」といった場合には、車体10の向きを意味する。
鉄輪11は、図示しない振動を発生する装置を備え、振動しながら回転することで地面を転圧する。以下では、前側の鉄輪11を前輪11aと呼び、後側の鉄輪11を後輪11bと呼ぶ場合がある。前輪11aは前進時における自律走行の制御の基準になり、また、後輪は後進時における自律走行の制御の基準になる。詳細は後記する。
The vehicle body 10 is the main body of the vibrating
The
アーティキュレート機構12は、振動ローラ1を旋回させるための機構であり、車体10の下部に設置される。アーティキュレート機構12は、前輪11aを回転自在に保持する前輪保持部12aと、後輪11bを回転自在に保持する後輪保持部12bと、前輪保持部12aおよび後輪保持部12bを連結するセンターピン12cと、前輪保持部12aと後輪保持部12bとの間に介設されるステアリングシリンダ(図示せず)とを備えている。自律走行用制御装置15から進行方向を修正する制御指令(ステアリング角度θを制御指令角度とする制御指令)を受信すると、ステアリング角度θに応じてステアリングシリンダが伸縮する。そして、ステアリングシリンダが伸縮すると、センターピン12cを中心に前輪保持部12aが屈折し、それに伴い前輪11aの方向が変化する。
The articulating
図2に示す全周プリズム13は、トータルステーション2の追尾対象となるものである。ここで、前輪11aに後輪11bが追従するというアーティキュレート機構12の特性を考慮して、自立走行制御を行う基準点を振動ローラ1が進んでいる側の鉄輪11の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けることが好ましい。その為、本実施形態では、全周プリズム13の位置を振動ローラ1が進んでいる側の鉄輪11の回転軸の中心位置の真上になるように演算により補正を行うことにする。つまり、振動ローラ1は、前後進を繰り返す往復走行により所定の回数だけ転圧を行うので、前進時には前輪11aが基準点となり、後進時には後輪11bが基準点となるように補正を行う。そして、振動ローラ1の制御を行う際に基準となる方向(基準方向)は、基準点を設定した側の鉄輪11(前輪11aまたは後輪11b)の向きθJとする。
The all-around
図3を参照して、振動ローラ1の自立走行制御を行う際の基準点および基準方向について説明する。振動ローラ1は、上記説明した通り前後進を行うことが可能であるが、ここでは前進する場合を想定して説明を行う。その為、基準点としてのプリズムの位置は、前輪11aの回転軸の中心位置に補正される。なお、詳細は後記するが、振動ローラ1の車体10の向き(方位角G(deg))は、姿勢検出センサS1(図4参照)によって検出される。また、アーティキュレート機構12のステアリング角度θ(deg)は、ステア角度検出センサS3(図4参照)によって検出される。
With reference to FIG. 3, a reference point and a reference direction when performing independent traveling control of the vibrating
図3(a)に示すように、直進時(ステアリング角度θが0°の状態)では、前輪保持部12aおよび後輪保持部12bが進行方向に対して直線状になっているので、前輪11aおよび後輪11bの回転軸が平行になる。つまり、振動ローラ1の方位角G(車体10の向き)と前輪11aの向きθJとは同じ方向になる。
As shown in FIG. 3A, when traveling straight ahead (when the steering angle θ is 0 °), the front
一方、図3(b)に示すように、右旋回時(ステアリング角度θが0°でない状態)では、センターピン12cを中心にして前輪保持部12aが進行方向に対して右側に屈折し、それに伴い前輪11aの右側が後輪11bに近接する方向に傾斜する。左旋回時の場合も同様にして、センターピン12cを中心にして前輪保持部12aが進行方向に対して左側に屈折し、それに伴い前輪11aの左側が後輪11bに近接する方向に傾斜する。これにより、前輪11aおよび後輪11bが同じ軌跡を通過する。この場合、振動ローラ1の方位角G(車体10の向き)と前輪11aの向きθJとは違う方向になる。旋回時における振動ローラ1の前輪11aの向きθJは、地面と前輪11aとの間の摩擦を無視した場合、振動ローラ1の方位角G(deg)にステアリング角度θ(deg)を加算(または減算)した値になる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when turning to the right (when the steering angle θ is not 0 °), the front
なお、図示しないが、後進時における基準点は、後輪11bの回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設定される。つまり、後進時においては、全周プリズム13の位置が後輪11bの回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に補正される。また、後進時における振動ローラ1の後輪11bの向き(基準方向)θJは、直進時,旋回時に関わらず振動ローラ1の方位角G(車体10の向き)の反対方向になる。
Although not shown, the reference point when moving backward is set on a vertical line passing through the center position of the rotation axis of the
このように、全周プリズム13の位置の補正を行うことにより、トータルステーション2を介して取得する基準点の座標は、前進時の前輪11aの回転軸の中心位置または後進時の後輪11bの回転軸の中心位置である。その為、自律走行の制御において、ステアリング動作に遅れが発生しにくい。この補正を行うのは、振動ローラ1、トータルステーション2およびホストPC3の何れであってもよく、何れかの装置で演算により行われる。なお、振動ローラ1の基準点はこれに限定されるものではなく、例えばセンターピン12cの位置またはセンターピン12cを通る鉛直線上に設けてもよい。
By correcting the position of the all-around
図2に通信アンテナ14は、ホストPC3との通信を行うものである。具体的には、振動ローラ1の自律走行用制御装置15は、通信アンテナ14を介してホストPC3から施工条件(転圧エリア情報、転圧路情報、転圧条件情報)、位置情報などを受信する。また、自律走行用制御装置15は、通信アンテナ14を介してホストPC3に対して振動ローラ1の機体情報を送信する。
In FIG. 2, the
図4を参照して、機体情報取得手段Sの構成について説明する。図4は、振動ローラ1の自律制御を実現する自律制御システムM1の概略図である。機体情報取得手段Sは、姿勢検出センサS1と、速度検出センサS2と、ステア角度検出センサS3と、前方探査センサS4とで構成されている。
姿勢検出センサS1は、振動ローラ1の方位角G(deg)を検出するものである。姿勢検出センサS1は、例えば、MEMS型ジャイロであって、車体10の内部に設置される。方位角G(deg)は、自律走行用制御装置15に受け渡され、慣性航法(INS)を用いた現在位置の算出などに用いられる。なお、トータルステーション2により取得された振動ローラ1の位置情報は、姿勢検出センサS1のドリフトの補正に用いられる。
The configuration of the aircraft information acquisition means S will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic view of an autonomous control system M1 that realizes autonomous control of the vibrating
The attitude detection sensor S1 detects the azimuth angle G (deg) of the vibrating
速度検出センサS2は、振動ローラ1が前進および後進する速度V(km/h)を検出するものである。速度検出センサS2は、例えば、鉄輪11の回転速度を検出するロータリーエンコーダであって、後輪11bに設置される。速度V(km/h)は、自律走行用制御装置15に受け渡され、慣性航法(INS)を用いた現在位置の算出などに用いられる。
The speed detection sensor S2 detects the speed V (km / h) at which the vibrating
ステア角度検出センサS3は、アーティキュレート機構12のステアリング角度θ(deg)を検出するものである。ステア角度検出センサS3は、例えば、ポテンショメータであって、アーティキュレート機構12のセンターピン12cに設置される。ステアリング角度θ(deg)は、自律走行用制御装置15に受け渡され、振動ローラ1の走行方向の修正などに用いられる。なお、ステアリングシリンダのロッドの進退量を検出するセンサをステア角度検出センサS3としてもよい。
The steering angle detection sensor S3 detects the steering angle θ (deg) of the articulating
前方探査センサS4は、振動ローラ1の前方方向の物体情報Q(座標)を検出するものである。前方探査センサS4は、例えば、2Dスキャナであって、車体10の前方上部に設置される。前方探査センサS4は、自律走行用制御装置15に受け渡され、障害物の回避制御に用いられる。
The forward exploration sensor S4 detects the object information Q (coordinates) in the forward direction of the vibrating
図4に示す自律走行用制御装置15は、機体情報取得手段Sが取得した情報やホストPC3から受信した情報を用いて、予め設定された計画線(転圧路の中心線)に沿った自律走行の制御を行うものである。自律走行用制御装置15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により構成される。そして、自律走行用制御装置15による制御は、CPUがROM等に格納されたプログラムをRAMに展開することにより実現するプログラム実行処理により実現される。
The autonomous
自律走行用制御装置15は、自律走行に必要なステアリング角度θを演算し、算出されたステアリング角度θを制御指令角度とする制御指令を作成し、この制御指令を周期的(例えば、100ミリsec)にアーティキュレート機構12に対して送信する。アーティキュレート機構12は、この制御指令のステアリング角度θに応じた分だけステアリングシリンダを伸縮させ、センターピン12cを中心に前輪保持部12aを屈折させる。それに伴い前輪11aの方向が変化し、振動ローラ1の進路を修正させる。
The autonomous
本実施形態に係る自律走行用制御装置15による自律走行の制御について、図5を参照して説明する。ここでは、自律走行用制御装置15が制御する走行パターンとして、「転圧工程」を想定する。転圧工程は、振動ローラ1を転圧回数だけ転圧路上を往復動させるものである。自律走行用制御装置15は、転圧工程における自律走行に際して、予め転圧路の中心線を演算により求めておく。自律走行用制御装置15は、例えば、各転圧路の中心線の両端(始点、目標点)の座標(x,y)から転圧路の中心線を演算する。そして、転圧路の中心線の始点から目標点までの方向を「θT」とする。
The control of autonomous driving by the autonomous
また、自律走行用制御装置15は、転圧路の中心線から左右の両側に均等に広がる帯状の領域を位置ずれの許容範囲として設定する。この位置ずれの許容範囲の幅(Xcm)は、予め閾値として決められていればよく、例えば、20cm程度(転圧路の中心線から±20cm程度)にするのがよい。
Further, the autonomous
自律走行用制御装置15は、転圧工程における自律走行の制御が開始されると、転圧路の中心線の方向θTに対して進行方向側の鉄輪11(ここでは前輪11aを想定)の向きθJが平行になるように振動ローラ1を走行させる。ただし、転圧路の中心線に対して振動ローラ1の基準点の位置が一定量以上離れた場合、振動ローラ1の基準点が転圧路の中心線に戻るように前輪11aの向きを変える。そして、転圧路の中心線に対して一定量以内に振動ローラ1の基準点の位置が戻ったら、再び前輪11aの向きを転圧路の中心線の方向θTに対して平行に戻す。
なお、ここでの「平行」とは、厳密な意味での平行でなくてもよく、所定の誤差(例えば、±5°)があっても平行に含まれることにする。平行における誤差は、始点から目標点までの距離や位置ずれの許容範囲の幅などによって予め決められてもよいし、転圧路の目標点において振動ローラ1の位置ずれ量が許容範囲を維持できる程度の角度であってもよい。
When the control of autonomous driving in the compaction process is started, the autonomous
The term "parallel" here does not have to be parallel in a strict sense, and even if there is a predetermined error (for example, ± 5 °), it is included in parallel. The error in parallel may be determined in advance by the distance from the start point to the target point, the width of the allowable range of displacement, and the amount of displacement of the vibrating
例えば、ある時点において、転圧路の中心線に対する振動ローラ1の位置ずれ量が許容範囲内でなかったとする。その場合に、自律走行用制御装置15は、転圧路の中心線に近づくように振動ローラ1のステアリング角度θを修正する(図5の時刻t1参照)。この場合におけるステアリング角度θは、任意の角度であってよく、ステアリング角度θを修正した後の振動ローラ1の前輪11aの向きθJと転圧路の中心線の方向θTとが交差するものであればよい。例えば、可能な範囲でできるだけ早く転圧路の中心線に到達することを目標にした場合、最小旋回半径のステアリング角度θであってよい。これにより、振動ローラ1は、走行しながら進行方向を変更し、転圧路の中心線に向かって進行する。
For example, it is assumed that the amount of misalignment of the vibrating
振動ローラ1がそのまま前進すると、位置ずれの許容範囲内に振動ローラ1の進行方向側の鉄輪11(ここでは前輪11a)が侵入する(図5の時刻t2参照)。その場合に、自律走行用制御装置15は、転圧路の中心線の方向θTに対して前輪11aの向きθJが平行になるように振動ローラ1のステアリング角度θを修正する。ここで、既に説明したように、前輪11aの方向θJを算出には、ステア角度検出センサS3によるアーティキュレート機構12のステアリング角度θを用いる。例えば、自律走行用制御装置15は、振動ローラ1の方位角G(deg)にステアリング角度θ(deg)を加算(または減算)した値を前輪の方向θJとして算出する。これにより、振動ローラ1は、走行しながら進行方向を変更し、前輪11の方向θJを転圧路の中心線の方向θTに向ける(図5の時刻t3参照)。
When the vibrating
その後、自律走行用制御装置15は、振動ローラ1のステアリング角度θを「0°」に戻して、振動ローラ1を直進させる。これにより、振動ローラ1は、転圧路の中心線と平行に走行する(図5の時刻t4参照)。
After that, the autonomous
振動ローラ1が転圧路の中心線と平行に走行し始めた後の制御は種々の方法が考えられる。自律走行用制御装置15は、例えば、ステアリング角度θの修正を適宜行って振動ローラ1の進行方向を微調整してもよいし、振動ローラ1の位置ずれ量が許容範囲外に前輪が外れるまでステアリング角度θの修正を行わなくてもよい。前者の場合、蛇行量を少なくするのがよく、例えば、振動ローラ1が転圧路の中心線と平行に走行していない場合と比較して制御指令の計算周期(Δt)を長く設定してもよい。また、振動ローラ1が転圧路の中心線に対して平行に含まれる所定の誤差の角度で走行している場合には、ステアリング角度θの修正を行わないようにしてもよい。
Various methods can be considered for the control after the vibrating
以上のように、本実施形態に係る自律走行用制御装置15は、転圧路の中心線(基準線)から左右の両側に広がる帯状の許容範囲内を、転圧路の中心線の方向θTに対して進行方向側の鉄輪11の向きθJが平行になるように振動ローラ1を走行させる。その為、本実施形態に係る振動ローラ1は、転圧路の中心線から一定の位置を走行するので走行精度が維持される。また、転圧路の途中に通過しなければならない地点(中間点)が決まっていないので、蛇行量が従来に比べて相対的に小さく、走行が滑らかである。
As described above, the autonomous
従来技術における自律走行方法と本発明における自律走行方法とで振動ローラ1を制御した走行実験の結果を図6に示す。図6(a)は従来技術における自律走行方法により制御を行った走行実験の結果であり、図6(b)は本発明における自律走行方法により制御を行った走行実験の結果である。図6に示すグラフの横軸はデータ数(個)であり、縦軸は転圧路の中心線(基準線)からの位置ずれ量(m)である。
FIG. 6 shows the results of a traveling experiment in which the vibrating
図6に示す走行実験は、以下の条件で行われた。
・レーン数:15レーン(階段状10m〜44m)
・走行速度:時速1km
・ラップ長:20cm
・施工回数:無振動1往復、有振動1往復
・施工範囲:832m2
図6を参照すると、従来技術の制御に比べて本発明の制御を用いた方が、転圧路の中心線(基準線)からの位置ずれ量(m)が全体的に小さいことが分かる。
The running experiment shown in FIG. 6 was carried out under the following conditions.
・ Number of lanes: 15 lanes (staircase 10m-44m)
・ Running speed: 1km / h
・ Wrap length: 20 cm
・ Number of constructions: 1 round trip without vibration, 1 round trip with vibration ・ Construction range: 832m 2
With reference to FIG. 6, it can be seen that the amount of misalignment (m) from the center line (reference line) of the compaction path is smaller overall when the control of the present invention is used as compared with the control of the prior art.
[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。実施形態の変形例を以下に示す。
[Modification example]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be carried out within a range that does not change the gist of the claims. A modified example of the embodiment is shown below.
実施形態では、転圧路の中心線(基準線)に対する振動ローラ1の位置ずれ量が許容範囲内でなかった場合に、振動ローラ1を転圧路の中心線に戻すと共に、許容範囲内に前輪11aが入った時点で振動ローラ1の向きを転圧路の中心線と平行にしていた。つまり、一つの閾値を用いて振動ローラ1を転圧路の中心線に戻す判定と、振動ローラ1の向きを転圧路の中心線と平行にする判定との両方を行っていた。これにより、実施形態では制御が簡易なものであった。
しかしながら、これら二つの判定を別々の閾値を用いて行ってもよい。例えば、第1閾値を用いて振動ローラ1を転圧路の中心線に戻す判定を行い、第2閾値を用いて振動ローラ1の向きを転圧路の中心線と平行にする判定を行ってもよい。このようにすることで、振動ローラ1の走行位置の制御をより詳細に行うことができる。
In the embodiment, when the amount of misalignment of the vibrating
However, these two determinations may be made using different thresholds. For example, the first threshold value is used to determine that the vibrating
また、実施形態では、自律走行用制御装置15が制御する走行パターンとして、「転圧工程」を想定していたが、「進入工程」や「車線変更工程」に適用してもよい。進入工程は、転圧エリア外に位置する振動ローラ1を転圧エリア内に設定される転圧路に進入させるものである。車線変更工程は、振動ローラ1を次の転圧路に移動させるものである。
Further, in the embodiment, the "rolling process" is assumed as the traveling pattern controlled by the autonomous
また、実施形態では、転圧路に沿って自律走行を行う建設機械として振動ローラ1を例に挙げて説明を行った。しかしながら、建設機械の種類や走行路の種類はこれに限定されるものではない。自律走行を行う建設機械は、アーティキュレート機構を備えていればよく、車輪も鉄輪に限定されない。また、自律走行を行う走行路は、予め設定されたものであればよく、走行基準線も走行路の中心線に限定されない。
例えば、建設機械は、アーティキュレート機構を備えたダンプトラックでもよく、その場合の走行路は、トンネル工事を行っているトンネル坑内や採石場における搬送用道路であってよい。前者であれば、例えば、ダンプトラックは発破作業による生じたズリをトンネル坑外に搬送し、後者であれば、例えば、ダンプトラックは採石現場で採掘された岩石を採石場の場外に搬送する。
なお、走行路は直線のみならず、曲線が含まれていてもよい。曲線が含まれている場合、例えば、当該部分の走行は、複数の直線の走行路の組合せとして制御を行うようにする。
Further, in the embodiment, the vibrating
For example, the construction machine may be a dump truck provided with an articulating mechanism, and the traveling path in that case may be a transport road in a tunnel mine or a quarry where tunnel construction is being carried out. In the former case, for example, the dump truck transports the scraps generated by the blasting work to the outside of the tunnel, and in the latter case, for example, the dump truck transports the rock mined at the quarry site to the outside of the quarry site.
The traveling path may include not only a straight line but also a curved line. When a curve is included, for example, the traveling of the portion is controlled as a combination of a plurality of straight traveling paths.
なお、実施形態では、角度差の是正に必要なステアリング角度θを基準値(例えば、0°)に対する値として説明したが、現在値に対する増減分の値(ステアリング角度Δθ)であってもよい。 In the embodiment, the steering angle θ required for correcting the angle difference has been described as a value with respect to a reference value (for example, 0 °), but it may be a value for an increase or decrease with respect to the current value (steering angle Δθ).
1 振動ローラ(建設機械)
2 トータルステーション
3 ホストPC
10 車体
11a 前輪(鉄輪)
11b 後輪(鉄輪)
12 アーティキュレート機構(操向装置)
12c センターピン
13 全周プリズム
14 通信アンテナ
15 自律走行用制御装置
S1 姿勢制御センサ
S2 速度検出センサ
S3 ステア角度検出センサ
S4 前方探査センサ
1 Vibration roller (construction machine)
2
10
11b Rear wheel (iron wheel)
12 Articulate mechanism (steering device)
Claims (2)
前記建設機械は、前輪および後輪を有するアーティキュレート機構を備え、
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、
前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きであり、
走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正する制御信号を出力し、
前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、前記走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にするための制御信号を出力する、
ことを特徴とする自律走行用制御装置。 It is a control device for autonomous driving that controls construction machinery that travels autonomously.
The construction machine comprises an articulating mechanism having front and rear wheels.
The reference point of the construction machine for performing autonomous traveling control is provided on a vertical line passing through the center position of the rotation axis of the wheel on the traveling direction side or the center position of the rotation axis.
The traveling direction of the construction machine is the direction of the wheels on the traveling direction side.
When the distance from the traveling reference line to the construction machine is larger than a predetermined first threshold value, a control signal for correcting the traveling direction of the construction machine so as to approach the traveling reference line is output.
When the distance from the traveling reference line to the construction machine is smaller than the second threshold value which is the same as or smaller than the first threshold value, the construction machine with respect to the traveling reference line. Outputs a control signal to make the traveling directions of
A control device for autonomous driving that is characterized by this.
前記建設機械は、前輪および後輪を有するアーティキュレート機構を備え、
自律走行制御を行うための前記建設機械の基準点は、進行方向側の車輪の回転軸の中心位置または回転軸の中心位置を通る鉛直線上に設けられており、
前記建設機械の進行方向は、進行方向側の車輪の向きであり、
走行基準線から前記建設機械までの距離が予め決められた第1閾値よりも大きい場合に、前記走行基準線に近づくように当該建設機械の進行方向を修正し、
前記第1閾値と同じまたは当該第1閾値よりも小さい値である第2閾値よりも前記走行基準線から前記建設機械までの距離が小さくなった場合に、前記走行基準線に対して前記建設機械の進行方向を平行にする、
ことを特徴とする自律走行方法。 It is an autonomous driving method that makes construction machinery run autonomously.
The construction machine comprises an articulating mechanism having front and rear wheels.
The reference point of the construction machine for performing autonomous traveling control is provided on a vertical line passing through the center position of the rotation axis of the wheel on the traveling direction side or the center position of the rotation axis.
The traveling direction of the construction machine is the direction of the wheels on the traveling direction side.
When the distance from the traveling reference line to the construction machine is larger than the predetermined first threshold value, the traveling direction of the construction machine is corrected so as to approach the traveling reference line.
When the distance from the traveling reference line to the construction machine is smaller than the second threshold value which is the same as or smaller than the first threshold value, the construction machine with respect to the traveling reference line. Make the direction of travel parallel,
An autonomous driving method characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016094812A JP6751588B2 (en) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Control device for autonomous driving and autonomous driving method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016094812A JP6751588B2 (en) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Control device for autonomous driving and autonomous driving method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017204089A JP2017204089A (en) | 2017-11-16 |
JP6751588B2 true JP6751588B2 (en) | 2020-09-09 |
Family
ID=60322962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016094812A Active JP6751588B2 (en) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Control device for autonomous driving and autonomous driving method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6751588B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7227863B2 (en) * | 2019-07-09 | 2023-02-22 | 前田建設工業株式会社 | Compaction quality control system and compaction quality control method by automatic operation of vibrating rollers |
CN110377041B (en) * | 2019-08-08 | 2022-03-29 | 腾讯科技(深圳)有限公司 | Reference line generation method and device, terminal equipment and storage medium |
JP7554718B2 (en) | 2021-07-16 | 2024-09-20 | 大成建設株式会社 | Autonomous Driving System |
JP2023141474A (en) | 2022-03-24 | 2023-10-05 | 日立建機株式会社 | Articulate type vehicle |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001067126A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-16 | Fujita Corp | Traveling construction machine |
-
2016
- 2016-05-10 JP JP2016094812A patent/JP6751588B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017204089A (en) | 2017-11-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9594376B2 (en) | Method and system for driving a mining and/or construction machine in a safe manner without the risk of collision | |
JP6751588B2 (en) | Control device for autonomous driving and autonomous driving method | |
JP6280850B2 (en) | Obstacle avoidance system | |
CN100400360C (en) | Automated continuous hauling system and method | |
JP2016126625A (en) | Unmanned construction method and autonomous running control device | |
CN101713999B (en) | Navigation control method of underground autonomous scraper | |
Alshaer et al. | Path planning, modeling and simulation of an autonomous articulated heavy construction machine performing a loading cycle | |
CN211312127U (en) | Self-propelled construction machine | |
KR20140130054A (en) | Automated guided vehicle, system with a computer and an automated guided vehicle, method for planning a virtual track and method for operating an automated guided vehicle | |
CA2875313C (en) | Method and system for manoeuvring a mobile mining machine in a tunnel and a mobile mining machine. | |
Mäkelä | Overview of LHD navigation without artificial beacons | |
US10994775B2 (en) | System and method for controlling dollies | |
JP2018168588A (en) | Machine learning device for construction machinery, construction machinery, and machine learning method for construction machinery | |
CN104360687A (en) | Multi-mode autonomous driving control method for underground carry scraper | |
US11702817B2 (en) | System and method for changing orientation of machines | |
US11746653B2 (en) | Mining system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80 Effective date: 20160524 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190319 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200303 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200228 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200427 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200804 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200817 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6751588 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |