特開 2024-170730 走行経路生成装置、走行経路生成方法、走行経路生成プログラムおよび自動化施工システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170730

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】走行経路生成装置、走行経路生成方法、走行経路生成プログラムおよび自動化施工システム

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/43 20240101AFI20241204BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

G05D1/02 H

E02F9/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087402

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 洸一

(72)【発明者】

【氏名】青木 浩章

【テーマコード（参考）】

2D003

5H301

【Ｆターム（参考）】

2D003AA06

2D003AB01

2D003BA01

2D003BA03

2D003BA07

2D003DA04

5H301AA03

5H301AA10

5H301BB02

5H301BB03

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301DD06

5H301DD07

5H301DD17

5H301GG07

5H301GG12

5H301GG14

5H301GG16

(57)【要約】

【課題】走行経路を容易に生成することができる走行経路生成装置、走行経路生成方法、走行経路生成プログラムおよび自動化施工システムを提供する。
【解決手段】本発明は、建設機械の作業範囲を決める複数の目印の位置情報を取得する位置情報取得部２１と、取得した位置情報に基づいて建設機械の走行経路を生成する走行経路生成部２２と、を備える走行経路生成装置２Ａである。走行経路生成部２２は、作業範囲から所定量だけ内側に離隔した走行範囲において走行経路を生成することが好ましい。走行経路生成部２２は、走行経路上に所定間隔で経路点を設定することが好ましい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建設機械の作業範囲を決める複数の目印の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記取得した位置情報に基づいて前記建設機械の走行経路を生成する走行経路生成部と、を備える、走行経路生成装置。

【請求項2】

前記走行経路生成部は、前記作業範囲から所定量だけ内側に離隔した走行範囲において前記走行経路を生成する、請求項１に記載の走行経路生成装置。

【請求項3】

前記走行経路生成部は、
前記走行経路上に所定間隔で経路点を設定する、請求項１に記載の走行経路生成装置。

【請求項4】

前記走行経路が、複数の車線で構成されており、
車線変更時の走行経路である車線変更経路を生成する車線変更経路生成部、をさらに備える請求項１に記載の走行経路生成装置。

【請求項5】

前記建設機械が前記作業範囲の外側を走行した場合に走行停止する第１走行停止部、をさらに備える請求項１に記載の走行経路生成装置。

【請求項6】

位置情報を取得可能な障害物が前記作業範囲に進入した場合に走行停止する第２走行停止部、をさらに備える請求項１に記載の走行経路生成装置。

【請求項7】

建設機械の作業範囲を決める複数の目印の位置情報を取得するステップと、
前記取得した位置情報に基づいて前記建設機械の走行経路を生成するステップと、を備える、走行経路生成方法。

【請求項8】

請求項７に記載の走行経路生成方法をコンピュータに実行させるための走行経路生成プログラム。

【請求項9】

請求項１に記載の走行経路生成装置と、
前記建設機械の自動走行を支援する自動走行支援装置と、を備える自動化施工システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、走行経路生成装置、走行経路生成方法、走行経路生成プログラムおよび自動化施工システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、振動ローラにセンサ類を搭載させて、転圧エリアに設定された走行経路に沿って振動ローラを走行させることにより施工を行う技術が開発されている（例えば、特許文献１ないし特許文献４を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－０６７１２６号公報

【特許文献2】特開２０１６－１２６６２５号公報

【特許文献3】特開２０１７－２０４０８９号公報

【特許文献4】特開２０１９－２１８８１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の自動化施工機械の走行経路の設定方法には、例えば、人の操縦によって走行した車両の座標を予め記録してそれに追従するように行うものや、設計図面や測量結果に基づいて走行させるべき経路の座標を計算して行うものがあった。しかし、これらの方法によれば、自動化施工のオペレータは複雑な操作や煩雑な計算を行う必要があるという問題点があった。
このような観点から、本発明は、走行経路を容易に生成することができる走行経路生成装置、走行経路生成方法、走行経路生成プログラムおよび自動化施工システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決する本発明は、建設機械の作業範囲を決める複数の目印の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記取得した位置情報に基づいて前記建設機械の走行経路を生成する走行経路生成部と、を備える、走行経路生成装置である。
また、本発明は、建設機械の作業範囲を決める複数の目印の位置情報を取得するステップと、前記取得した位置情報に基づいて前記建設機械の走行経路を生成するステップと、を備える、走行経路生成方法である。
また、本発明は、前記走行経路生成方法をコンピュータに実行させるための走行経路生成プログラムである。
また、本発明は、前記走行経路生成装置と、前記建設機械の自動走行を支援する自動走行支援装置と、を備える自動化施工システムである。

【0006】

かかる構成によれば、目印として、例えばＧＮＳＳアンテナを備えた三角コーンを所望の位置に配置すれば、作業範囲の幾何情報を設定できる。よって、測量や図面からの割り出しによる座標設定作業が不要になる。また、作業範囲が決まれば、所定のルールに従って走行経路は自在に設定できる。よって、走行経路を容易に生成することができる。また、目印の配置次第で作業範囲の形状を自在に設定でき、しかも、そのような作業範囲であっても走行経路は生成可能であるため、現場状況に応じた柔軟な自動化施工を実現できる。また、目印は現場の作業員に対して作業範囲を明示し、作業員を注意喚起する役割を果たすので、自動化施工の安全性を向上させることができる。

【0007】

また、前記走行経路生成部は、前記作業範囲から所定量だけ内側に離隔した走行範囲において前記走行経路を生成する、ことが好ましい。
これにより、建設機械による自動化施工が行われる範囲を確実に設定できる。よって、例えば、作業範囲及び走行範囲に囲まれた範囲に建設機械が進入した場合の制御内容（例：自動化施工に異常が発生した可能性を報知）を容易に設定できる。また、目印を走行範囲から除外できる。

【0008】

また、前記走行経路生成部は、前記走行経路上に所定間隔で経路点を設定する、ことが好ましい。
これにより、自動走行中の建設機械に対して任意に与えられた１点（例：重心）が経路点を通過するように建設機械を制御できるため、生成した走行経路上を建設機械が確実に自動走行できる。

【0009】

また、前記走行経路が、複数の車線で構成されており、車線変更時の走行経路である車線変更経路を生成する車線変更経路生成部、をさらに備えることが好ましい。
これにより、車線変更を適切に行うことができる。

【0010】

また、前記建設機械が前記作業範囲の外側を走行した場合に走行停止する第１走行停止部、をさらに備えることが好ましい。
これにより、作業範囲の外側にいる作業員に対して、自動化施工の安全性を向上させることができる。

【0011】

また、位置情報を取得可能な障害物が前記作業範囲に進入した場合に走行停止する第２走行停止部、をさらに備えることが好ましい。
これにより、作業範囲の内側にいる作業員に対して、自動化施工の安全性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、走行経路を容易に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る自動化施工システムの全体図である。

【図2】走行経路ファイルを生成する処理の流れ、および、自動走行を実現する処理の流れを示した図である。

【図3】本発明の実施形態に係る走行経路生成装置の機能構成図である。

【図4】走行経路生成画面の例示である。

【図5】走行経路データのフォーマットの例示である。

【図6】走行経路の計算手順の説明図（その１）である。

【図7】走行経路の計算手順の説明図（その２）である。

【図8】走行経路の計算手順の説明図（その３）である。

【図9】走行経路の計算手順の説明図（その４）である。

【図10】走行経路の計算手順の説明図（その５）である。

【図11】車線変更動作を説明するための図である。

【図12】本発明の実施形態に係る振動ローラの外観図である。

【図13】振動ローラのアーティキュレート機構の概略図であり、（ａ）は直進時の状態を示し、（ｂ）は旋回時の状態を示す。

【図14】振動ローラの自動制御を実現する自動制御システムの概略図である。

【図15】本発明の実施形態に係る走行経路生成方法の工程を示すフローチャートの例示である。

【図16】本発明の実施形態に係る自動走行方法の工程を示すフローチャートの例示である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。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。

【0015】

［構成］
実施形態に係る自動化施工システム１００の全体図を図１に示す。図１に示す自動化施工システム１００は、建設機械を自動走行させて施工現場の地面を締め固めるものである。本実施形態では、施工現場として道路の舗装工事を想定して説明する。自動化施工システム１００は、施工現場を自動走行しながら地面を転圧する振動ローラ１と、自動化施工システム１００を管理する管理システム２と、を備えて構成されている。管理システム２は、例えば、一つまたは複数のＰＣ（Personal Computer）を備える。なお、振動ローラ１は、建設機械の一例である。

【0016】

振動ローラ１および管理システム２は、無線通信を用いて通信可能である。また、振動ローラ１は、測位用衛星３から発信される電波（測位用信号）を受信可能である。なお、自動化施工システム１００の構成はここで示すものに限定されず、例えば、振動ローラ１が管理システム２の一部の機能を有していてもよい（つまり、管理システム２を含めて振動ローラ１であってもよい）。

【0017】

＜測位用衛星＞
測位用衛星３は、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）で使用される衛星であって、自身の位置情報（軌道位置情報）や時刻情報を、振動ローラ１に対して周期的に送信する。測位用衛星３は、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星、準天頂衛星などであってよい。測位用衛星３から送信される情報は、振動ローラ１において、例えば、位置（緯度、経度、標高）の制御に使用される。なお、測位用衛星３に代えてトータルステーションやＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping）を用いて振動ローラ１の位置の制御を行ってもよい。つまり、振動ローラ１の位置を求める方法は限定されず、様々な技術を用いることができる。

【0018】

＜三角コーン、作業員＞
三角コーン４（#1～#4）は、振動ローラ１の施工現場に配置される目印である。三角コーン４は、例えば、ＧＮＳＳアンテナ、マイコン、および電源を備えており、測位用衛星３から発信される電波（測位用信号）を受信可能である。三角コーン４および管理システム２は、無線通信を用いて通信可能である。管理システム２は、三角コーン４の位置情報を三角コーン４から取得できる。オペレータが三角コーン４を所望の位置に配置することで、三角コーン４を４隅とする振動ローラ１の作業範囲を形成できる。三角コーン４が配置される４隅は必ずしも直角である必要はない。
作業員５は、振動ローラ１の施工現場で建設作業を行う者である。作業員５は、例えば、位置情報を取得可能なデバイス（例：スマートフォン）を所持しており、測位用衛星３から発信される電波（測位用信号）を受信可能である。作業員５のデバイスおよび管理システム２は、無線通信を用いて通信可能である。管理システム２は、作業員５の位置情報を作業員５から取得できる。
なお、説明の便宜上、振動ローラの位置情報、三角コーン４の位置情報、および作業員５の位置情報は２次元とするが、３次元であってもよい。

【0019】

＜管理システム＞
図２に示すように、管理システム２は、走行経路生成装置２Ａと、自動走行支援装置２Ｂとを主に備える。図２は、走行経路ファイルを生成する処理の流れ、および、自動走行を実現する処理の流れを示した図である。なお、走行経路生成装置２Ａと自動走行支援装置２Ｂとが一つの装置として構成されてもよい。
走行経路生成装置２Ａは、振動ローラ１が走行する経路（走行経路）を生成する装置である。走行経路生成装置２Ａが有する走行経路生成に関する機能は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）等に格納された走行経路生成プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行処理することにより実現される。走行経路生成装置２Ａは、三角コーン４の位置情報を読み込み、走行経路ファイルに生成して、当該走行経路ファイルを出力する。

【0020】

走行経路ファイルには、振動ローラ１が走行する走行経路に関する情報（走行経路データ）が含まれており、例えば「ＣＳＶ（Comma Separated Value）形式」のデータである。例えば、走行経路生成装置２Ａは、タブレット端末とすることができる。タブレット端末には、走行経路生成プログラム（アプリ）がインストールされている。施工現場にいるオペレータはタブレット端末を操作して、三角コーン４の位置情報を取得できる。タブレット端末は、取得した三角コーン４の位置情報から走行経路ファイルを生成できる。つまり、施工現場で走行経路を決定できる。
自動走行支援装置２Ｂは、振動ローラ１の自動走行を支援する装置である。自動走行支援装置２Ｂが有する自動走行支援に関する機能は、例えばＲＯＭ等に格納された自動走行支援プログラムをＣＰＵが実行処理することにより実現される。自動走行支援装置２Ｂは、走行経路ファイルを読み込み、振動ローラ１を自動走行させるために必要な情報を作成し、振動ローラ１に送信する。このようにして、自動走行支援装置２Ｂは、振動ローラ１による自動走行を間接的に制御することで、振動ローラ１による自動走行を支援する。

【0021】

＜走行経路生成装置＞
図３を参照して、走行経路生成装置２Ａについて説明する。図３は、走行経路生成装置２Ａの機能構成図である。
走行経路生成装置２Ａは、位置情報取得部２１と、走行経路生成部２２と、車線変更経路生成部２３と、第１走行停止部２４と、第２走行停止部２５とを備えている。
位置情報取得部２１は、施工現場に配置された三角コーン４の位置情報を取得する。例えば、位置情報取得部２１が三角コーン４に要求を送信すると、三角コーン４自身の位置情報を含む応答を三角コーン４から受信することができる。また、位置情報取得部２１は、振動ローラ１の位置情報を振動ローラ１から取得できる。また、位置情報取得部２１は、作業員５の位置情報を作業員５のデバイスから取得できる。

【0022】

走行経路生成部２２は、位置情報取得部２１が取得した三角コーン４の位置情報に基づいて振動ローラ１の走行経路を生成する。具体的には、走行経路生成部２２は、４つの三角コーン４を４隅とする矩形状の作業範囲を設定する。また、走行経路生成部２２は、設定した作業範囲から所定量だけ内側に離隔した走行範囲を設定する。また、走行経路生成部２２は、設定した走行範囲において走行経路を設定する。走行経路は、振動ローラ１が辿る車線であり、複数本設定される。また、走行経路生成部２２は、各走行経路上に所定間隔で経路点を設定する。つまり、経路点は走行経路を分割する。

【0023】

車線変更経路生成部２３は、走行経路が複数の車線で構成されている場合、車線変更時の走行経路である車線変更経路を生成する。
第１走行停止部２４は、振動ローラ１が作業範囲の外側を走行した場合に走行停止する。具体的には、第１走行停止部２４は、走行停止用の制御信号を自動走行支援装置２Ｂに送信する。自動走行支援装置２Ｂは制御信号に従い、振動ローラ１を走行停止させる。
第２走行停止部２５は、位置情報を取得可能な障害物が作業範囲に進入した場合に走行停止する。作業員５は、位置情報を取得可能な障害物の例である。例えば、作業員５が所持する、位置情報を取得可能なデバイスから取得した作業員５の位置情報が作業範囲内を示したことで、走行経路生成装置２Ａが作業員５の作業範囲への進入を検知した場合、第２走行停止部２５は、自動走行中の振動ローラ１を停止する。具体的には、第２走行停止部２５は、走行停止用の制御信号を自動走行支援装置２Ｂに送信する。自動走行支援装置２Ｂは制御信号に従い、振動ローラ１を走行停止させる。

【0024】

走行経路生成装置２Ａは、走行経路生成用のＧＵＩ（Graphic User Interface）を提供できる。図４は、走行経路生成画面の例示である。走行経路生成画面６００は、例えば、走行経路表示領域６１０、座標表示領域６２０、走行条件入力領域６３０、経路生成ボタン６４０、および保存ボタン６５０を備えている。

【0025】

走行経路表示領域６１０は、振動ローラ１の走行経路を表示する領域である。走行経路表示領域６１０は、二次元モデル化した矩形状の作業範囲６１１を表示できる。作業範囲６１１の４隅の位置は、三角コーン４の位置を示している。走行経路表示領域６１０は、三角コーン４を「#1」～「#4」で表示できる。また、走行経路表示領域６１０は、作業範囲６１１に対して複数本の走行経路６１２を表示できる。また、走行経路表示領域６１０は、走行経路６１２の各々に対して、複数の経路点６１３を表示できる。また、走行経路表示領域６１０は、作業範囲６１１に対して重機６１４（振動ローラ１に対応）を表示できる。なお、走行経路表示領域６１０は、作業範囲６１１に対して走行範囲を表示してもよいし、（視認性向上等の観点から）表示しなくてもよい。

【0026】

座標表示領域６２０は、測位用衛星３で測位される対象物の二次元座標を表示する領域である。座標表示領域６２０には、座標取得ボタン６２１が表示されている。オペレータが座標取得ボタン６２１をタップすると、位置情報取得部２１が三角コーン４の座標、および重機６１４の座標を取得する。また、座標表示領域６２０は、三角コーン４の座標６２２－１～６２２－４を表示できる。また、座標表示領域６２０は、三角コーン４に対して角選択領域６２３を表示できる。
角選択領域６２３は、重機の自動走行を決定するために三角コーン４の座標の特性を選択するための領域である。角選択領域６２３には、「基」、「前」、「横」で示される３種類のラジオボタンボックスが表示されている。「基」は、最初の走行経路での走行を開始する角を象徴する。「前」は、各走行経路での進行方向の角を象徴する。「横」は、最後の走行経路での走行を開始する角を象徴する。図４では、「#1」の三角コーン４に対して「前」が選択されており、「#2」の三角コーン４に対して「基」が選択されており、「#3」の三角コーン４に対して「横」が選択されており、「#4」の三角コーン４に対しては選択無しである。「基」、「前」および「横」の何れも選択されていない「#4」は、必然的に走行経路の終点となる。よって、作業範囲６１１（又は走行範囲）において、「#2」の近傍から「#1」の近傍まで延在する最初の走行経路、「#3」の近傍から「#4」の近傍まで延在する最後の走行経路、および最初の走行経路と最後の走行経路の間に複数本の走行経路が生成される。
また、座標表示領域６２０は、重機の座標６２４を表示できる。
なお、座標表示領域６２０は、作業員５の座標を表示してもよいし、（視認性向上等の観点から）表示しなくてもよい。

【0027】

走行条件入力領域６３０は、走行条件に関する情報が入力される領域である。例えば、走行条件入力領域６３０には、「転圧輪の幅」、「オーバーラップ幅」、「前後クリアランス」、「左右クリアランス」、「点の間隔」で示されるスピンボタンが表示されている。「転圧輪の幅」は、自動走行をする重機の転圧輪の幅（軸長）を象徴する。「オーバーラップ幅」は、隣接する転圧路が重なる領域の横断方向の幅である。「前後クリアランス」は、作業範囲６１１と走行範囲との間にある前後方向（概ね走行経路に沿う方向）のクリアランスを象徴する。「左右クリアランス」は、作業範囲６１１と走行範囲との間にある左右方向（概ね走行経路に直交する方向）のクリアランスを象徴する。「点の間隔」は走行経路上に設定される経路点の間隔を象徴する（ただし一般的には、各走行経路の全長は異なるので相対的な値であり、各走行経路に設定される経路点の個数を象徴するとしてもよい）。走行条件は、作業範囲６１１（又は走行範囲）に用意される走行経路の本数、向き、各走行経路上の経路点の数を規定する。

【0028】

経路生成ボタン６４０は、オペレータが走行経路生成装置２Ａに対して走行経路の生成を指示するボタンである。オペレータは、座標表示領域６２０および走行条件入力領域６３０に入力した状態で、経路生成ボタン６４０をタップする。すると、走行経路表示領域６１０に走行経路６１２が表示される。
保存ボタン６５０は、オペレータが走行経路生成装置２Ａに対して生成した走行経路の保存を指示するボタンである。オペレータは、走行経路表示領域６１０に表示された走行経路を確認して保存ボタン６５０をタップする。すると、走行経路データが、走行経路生成装置２Ａの記憶部に記憶される。

【0029】

図５は、走行経路データのフォーマットの例示である。走行経路データは、「無振動転圧回数」、「有振動転圧回数」、「計測走行回数」の値を含む。「無振動転圧回数」は、振動ローラ１が無振動で転圧を行った回数を示す。「有振動転圧回数」は、振動ローラ１が有振動で転圧を行った回数を示す。「計測走行回数」は、振動ローラ１が締固め度の計測を伴う転圧を行った回数を示す。
また、走行経路データは、「走行可能エリア」の値を含む。「走行可能エリア」は、三角コーン４で囲まれた作業範囲の内側にある矩形状の走行範囲であり、「点番号」、「Ｘ座標」、「Ｙ座標」の値を含む。「点番号」は、走行範囲の４隅を識別する番号を示す。「Ｘ座標」は、仮想的な二次元座標系上にある走行範囲の４隅の各々のＸ座標の値を示す。「Ｙ座標」は、仮想的な二次元座標系上にある走行範囲の４隅の各々のＹ座標の値を示す。
また、走行経路データは、「走向計画」の値を含む。「走向計画」は、振動ローラ１が走行範囲内をどのような経路で自動走行するかを示す。「走向計画」は、「レーン番号」、「点番号」、「Ｘ座標」、「Ｙ座標」の値を含む。「レーン番号」は、走行範囲内に設定された複数本の走行経路を識別する番号を示す。「点番号」は、走行経路上に設定された複数の経路点を識別する番号を示す。「Ｘ座標」は、仮想的な二次元座標系上にある経路点の各々のＸ座標の値を示す。「Ｙ座標」は、仮想的な二次元座標系上にある経路点の各々のＹ座標の値を示す。振動ローラ１は、「レーン番号」の番号順、かつ、「点番号」の番号順に経路点を通過することによって、走行経路に沿った自動走行を実現する。なお、経路点の識別情報として、「レーン番号」の値と「点番号」の値を併せた通し番号を用いてもよい。

【0030】

＜走行経路の生成手順＞
走行経路生成装置２Ａによる走行経路の計算手順について説明する。図６～図１０は、走行経路の計算手順の説明図（その１）～（その５）である。まず、オペレータは、走行経路生成装置２Ａに対して以下の（Ａ）～（Ｇ）を入力する。
（Ａ）：走行を開始する角（角選択領域６２３の「基」を選択）
（Ｂ）：進行方向の角（角選択領域６２３の「前」を選択）
（Ｃ）：三角コーン４と走行経路端との横断方向の離隔（走行条件入力領域６３０の「左右クリアランス」の値を選択）
（Ｄ）：三角コーン４と走行経路端との進行方向の離隔（走行条件入力領域６３０の「前後クリアランス」の値を選択）
（Ｅ）：車幅（走行条件入力領域６３０の「転圧輪の幅」の値を選択）
（Ｆ）：ラップ幅（走行条件入力領域６３０の「オーバーラップ幅」の値を選択）
（Ｇ）：経路点間距離（走行条件入力領域６３０の「点の間隔」の値を選択）

【0031】

次に、４つの三角コーン４（「#1」～「#4」）の座標を取得する。取得した「#1」～「#4」の座標は、以下の式１に示す通りであったとする。図６は、座標が取得された「#1」～「#4」の幾何情報を示す。図６に示すように、「#1」～「#4」を角とする矩形状の作業範囲が設定される。

【0032】

【数1】

・・・式１

【0033】

次に、走行を開始する角（始点）、および進行方向の角（終点）を設定する。本説明では始点を「#2」とし、終点を「#1」とする。図７は、始点および終点を示す。
次に、三角コーン４と走行経路端との離隔に従って、走行範囲を設定する。図８は、走行範囲の幾何情報を示す。図８に示すように、走行範囲（斜線ハッチ）は、作業範囲から所定量だけ内側に離隔して設定される。走行範囲は、「#1’」～「#4’」を角とする矩形状を呈する。「#1’」～「#4’」の座標は、以下の式２に示す通りであったとする。また、三角コーン４と走行経路端との離隔を用いると、「#1」～「#4」と「#1’」～「#4’」の間には以下の式３の関係式が成り立つ。なお、式３中、c_a1～c_a4, c_b1～c_b4はそれぞれ、「#1」～「#4」を起点とし、作業領域の４辺に沿う単位ベクトルである。

【0034】

【数2】

・・・式２

【0035】

【数3】

・・・式３

【0036】

次に、車幅およびラップ幅に従って、走行範囲に車線を定義する。#2’と#3’間の距離を｛#2’:#3’｝とし、#1’と#4’間の距離を｛#1’:#4’｝とする。｛#2’:#3’｝および｛#1’:#4’｝のうち長いほうの値を（車幅 － ラップ幅）で除した数値を、小数点第１位で繰り上げた数Nを車線分割数とする。次に、｛#2’:#3’｝および｛#1’:#4’｝をそれぞれ等間隔でN分割する。次に、N分割した点同士を、#2’,#1’から順に結ぶことで、式４に示すように、N+1本の車線が得られる。図９は、走行範囲に定義したN+1本の車線を示す。

【0037】

【数4】

・・・式４

【0038】

n(n = 0.1,…,N)番目の車線の始点および終点をそれぞれ、L_n0,L_n1と表記すると、「#1’」～「#4’」は、以下の式５で示される。また、L_n0,L_n1は、以下の式６で計算できる。なお、各車線の始点側における車線間の距離と、終点側における車線間の距離は、三角コーン４の囲繞形状に依存するため必ずしも同一でない。

【0039】

【数5】

・・・式５

【0040】

【数6】

・・・式６

【0041】

次に、経路点間距離に従って、各車線に経路点を定義する。#2’と#1’間の距離を｛#2’:#1’｝とし、#3’と#4’間の距離を｛#3’:#4’｝とする。｛#2’:#1’｝および｛#3’:#4’｝のうち長いほうの値を経路点間距離で除した数値を、小数点第１位で繰り上げた数Mを経路点分割数とする。次に、N+1本の車線を等間隔でM分割する。すると、各車線において、M+1個の経路点が得られる。n番目の車線のm(m = 0.1,…,M)番目の経路点をP_nmと表記すると、P_n0 = L_n0、P_nM = L _n1である。また、P_nmは、以下の式７で計算できる。得られた経路点P_nm(n = 0.1,…,N、m = 0.1,…,M)の座標が走行経路データとして出力される（図５参照）。図１０において、図示の便宜上、０番目の車線およびN番目の車線に経路点P_nmを●で示す。

【数7】

・・・式７

【0042】

＜車線変更＞
図１１を参照して、車線変更経路の生成処理の一例について説明する。図１１は、車線変更動作を説明するための図である。図１１において、図示の便宜上、始点、終点、経路点を○で示す。
車線変更経路生成部２７は、第ｎの車線から第ｎ+１の車線へ車線変更する場合、第ｎの車線の終点を第ｎの車線から退出する退出点とし、第ｎ+１の車線の終点から予め決められた点間（例えば、２点間）だけ戻った経路点P_{n+1 M-2}を、第ｎ+１の車線に進入するための進入点とする。例えば、図１１に示すように、第０の車線から第１の車線へ車線変更する場合の車線変更を想定すると、第０の車線の終点L₀₁を退出点とし、第１の車線の終点L₁₁から２点間だけ戻った経路点P_{1 M-2}を進入点とする。そして、車線変更経路生成部２７は、退出点を始点とし、進入点を終点として結んだ経路を車線変更経路として生成する。つまり、進入点は、車線変更前に走行していた変更前車線の終点に対応する以外の経路点となる。車線変更経路に関する情報は、走行経路データとは別に作成されてもよいし、走行経路データに車線変更経路に関する情報を含めてもよい。
なお、進入点に戻った振動ローラ１は、第１の車線の始点L₁₀にまで走行して戻る。その後、振動ローラ１は、第１の車線に沿って転圧作業をする。このとき、進入点から第１の車線の始点L₁₀にまでの走行は転圧回数として計数しないことが好ましい。以降、転圧と車線変更を繰り返し、最終車線の転圧を完了させる。

【0043】

＜振動ローラ＞
図１２を参照して、振動ローラ１の構成について説明する。振動ローラ１は、転圧を行う建設機械の一例である。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測位用アンテナ１３および通信アンテナ１４と、制御装置１５と、機体情報取得手段Ｓ（図１４参照）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。

【0044】

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の方向を意味する。
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。

【0045】

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。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および後輪保持部１２ｂが屈折し、それに伴い前輪１１ａおよび後輪１１ｂの方向が変化する。

【0046】

測位用アンテナ１３は、測位用衛星３（図１参照）から発信される電波を受信するものである。具体的には、振動ローラ１の制御装置１５は、測位用アンテナ１３を介して測位用衛星３から軌道位置情報や時刻情報などを受信する。制御装置１５は、測位用衛星３から軌道位置情報や時刻情報を用いて振動ローラ１の位置を計算する。
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、自動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。そのため、本実施形態では、振動ローラ１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。

【0047】

図１３を参照して、振動ローラ１の自動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。図１３は、振動ローラ１のアーティキュレート機構１２の概略図であり、（ａ）は直進時の状態を示し、（ｂ）は旋回時の状態を示す。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。そのため、基準点としての振動ローラ１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１４参照）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１４参照）によって検出される。

【0048】

図１３（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。
一方、図１３（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。

【0049】

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、振動ローラ１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。
このようにして位置の補正を行うことにより、振動ローラ１の基準点の座標は、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。そのため、自動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。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。

【0050】

図１２に通信アンテナ１４は、管理システム２との通信を行うものである。具体的には、振動ローラ１の制御装置１５は、通信アンテナ１４を介して管理システム２から走行経路や走行条件などの情報を受信する。また、制御装置１５は、通信アンテナ１４を介して管理システム２に対して振動ローラ１の機体情報を送信する。

【0051】

図１４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１４は、振動ローラ１の自動制御を実現する自動制御システム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、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、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、測位用衛星３から送信された情報に基づいて計算した位置情報は、姿勢検出センサＳ１のドリフトの補正に用いられてもよい。

【0052】

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、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、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。

【0053】

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、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。

【0054】

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や３Ｄのスキャナであって、車体１０の前方上部に設置される。物体情報Ｑ（座標）は、制御装置１５に受け渡され、障害物の検知および停止制御などに用いられる。

【0055】

図１４に示す制御装置１５は、機体情報取得手段Ｓが取得した情報や管理システム２から受信した情報などを用いて、設定された走行経路に沿った自動走行の制御を行うものである。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。
施工管理者は、走行経路ファイルを自動走行支援装置２Ｂ（図２参照）に読み込み、車線ごとの走行回数や走行速度などの設定を行う。施工管理者は、設定が完了した後で、走行開始ボタンを押下することで振動ローラ１は自動走行を開始する。振動ローラ１は、経路点P_nmを目標点とすることで、経路点P_nmを順番に通過しながら走行する。これにより、曲線を有する車線であっても、曲線を短い連続した直線として走行する。そのため、点間距離Ｌが過大であると、直線と方向転換が目立ち振動ローラ１の動きが滑らかにならない。曲率半径が100ｍ程度であれば「Ｌ＝2～5m」程度に設定することで実用上は問題ないことが確認された。

【0056】

振動ローラ１は、ある車線を規定回数だけ転圧したのち、車線変更を行う。車線変更では、次の車線上の経路点P_nmから適当な進入点を選択し、該時点での目標点（現在の車線の終端点）から選択した経路点P_nmに向かって走行するように制御を行う。ここで、進入点の定義方法は、例えば車線端点から規定の点数だけ反対側に遷移した点とすることができる。または、現在位置（端点）とは反対側の、次の車線にある端点としてもよい。上記動作を最終車線まで繰り返すことにより、走行を完了する。

【0057】

［処理］
＜走行経路生成方法＞
図１５を参照して（適宜、図３を参照）、本発明の実施形態に係る走行経路生成方法について説明する。図１５は、走行経路生成方法の工程を示すフローチャートの例示である。
最初に、走行経路生成装置２Ａの位置情報取得部２１は、三角コーン４の位置情報を取得する（ステップＳ１１）。三角コーン４の位置情報から作業範囲がきまる。次に、走行経路生成部２２は、走行経路生成装置２Ａのオペレータから入力された走行条件を取得する（ステップＳ１２）。次に、走行経路生成部２２は、三角コーン４の位置情報および走行条件に基づいて走行範囲を計算する（ステップＳ１３）。次に、走行経路生成部２２は、計算した走行範囲内に設ける車線を計算する（ステップＳ１４）。次に、走行経路生成部２２は、計算した車線に設ける経路点を計算する（ステップＳ１５）。最後に、走行経路生成部２２は、ステップＳ１３～Ｓ１５の計算結果を含む走行経路ファイル（図５参照）を出力する（ステップＳ１６）。

【0058】

＜自動走行方法＞
図１６を参照して（適宜、図３を参照）、本発明の実施形態に係る自動走行方法について説明する。図１６は、自動走行方法の工程を示すフローチャートの例示である。
最初に、自動走行支援装置２Ｂは、走行経路ファイルを読み込み（ステップＳ２１）、施工管理者は、車線ごとの走行回数や走行速度などの設定を行う（ステップＳ２２）。施工管理者は、設定が完了した後で、走行開始ボタンを押下することで振動ローラ１は自動走行を開始する。振動ローラ１は、一つの車線の転圧作業を実施し（ステップＳ２３）、作業範囲を逸脱することも無く（ステップＳ３１で“Ｎｏ”）、作業員５による作業範囲への進入検知も無ければ（ステップＳ３２で“Ｎｏ”）、実施後に全ての車線の転圧作業を完了したか否かを判定する（ステップＳ２４）。全ての車線の転圧作業が完了していない場合（ステップＳ２４で“Ｎｏ”）、振動ローラ１は車線変更を実施し（ステップＳ２５）、次の車線の転圧作業を実施する（ステップＳ２３）。全ての車線の転圧作業が完了している場合（ステップＳ２４で“Ｙｅｓ”）、転圧作業が完了となる。一方、振動ローラ１が作業範囲を逸脱した場合（ステップＳ３１で“Ｙｅｓ”）、自動走行支援装置２Ｂは、走行経路生成装置２Ａの第１走行停止部２４を利用して、振動ローラ１の走行を停止し（ステップＳ３３）、転圧作業を終了する。また一方、作業員５による作業範囲への進入検知があった場合（ステップＳ３２で“Ｙｅｓ”）、自動走行支援装置２Ｂは、走行経路生成装置２Ａの第１走行停止部２４を利用して、振動ローラ１の走行を停止し（ステップＳ３３）、転圧作業を終了する。

【0059】

なお、自動走行支援装置２Ｂは、自動走行中の振動ローラ１に対して任意に与えられた１点（例：重心）が経路点を通過するように振動ローラ１を制御できるため、生成した走行経路上を振動ローラ１が確実に自動走行できる。例えば、振動ローラ１の重心と最寄りの経路点との距離が所定値以上となった場合、重心が経路点を通過するように振動ローラ１の進行方向を調整できる。

【0060】

［まとめ］
本実施形態によれば、目印として、例えばＧＮＳＳアンテナを備えた三角コーン４を所望の位置に配置すれば、作業範囲の幾何情報を設定できる。よって、測量や図面からの割り出しによる座標設定作業が不要になる。また、作業範囲が決まれば、所定のルールに従って走行経路は自在に設定できる。よって、走行経路を容易に生成することができる。また、目印の配置次第で作業範囲の形状を自在に設定でき、しかも、そのような作業範囲であっても走行経路は生成可能であるため、現場状況に応じた柔軟な自動化施工を実現できる。また、目印は現場の作業員に対して作業範囲を明示し、作業員を注意喚起する役割を果たすので、自動化施工の安全性を向上させることができる。
また、作業範囲から所定量だけ内側に離隔した走行範囲において走行経路を生成することで、振動ローラ１による自動化施工が行われる範囲を確実に設定できる。よって、例えば、作業範囲及び走行範囲に囲まれた範囲に建設機械が進入した場合の制御内容（例：自動化施工に異常が発生した可能性を報知）を容易に設定できる。また、三角コーン４を走行範囲から除外できる。
また、走行経路上に所定間隔で経路点を設定することで、自動走行中の建設機械に対して任意に与えられた１点（例：重心）が経路点を通過するように建設機械を制御できるため、生成した走行経路上を建設機械が確実に自動走行できる。
また、車線変更を適切に行うことができる。
また、作業範囲の外側にいる作業員に対して、自動化施工の安全性を向上させることができる。
また、作業範囲の内側にいる作業員に対して、自動化施工の安全性を向上させることができる。

【0061】

［変形例］
（ａ）：作業範囲を設定するための目印は、三角コーン４に限らず、例えば、ＧＮＳＳセンサを備えた看板や標識でもよい。また、ＧＮＳＳセンサを組み込んだデジタルサイネージでもよい。また、作業範囲を設定するための目印は、４つに限らず、３つ以下でもよいし、５つ以上でもよい。また、作業範囲の形状は、矩形状に限らず、閉じた平面状を呈するようにしてもよい。また、作業範囲と走行範囲は相似である必要はない。走行範囲内に生成する走行経路は、曲線であってもよい。例えば、移動不可能な障害物を含む走行範囲を設定する場合、その障害物を迂回する走行経路を生成してもよい。曲線の走行経路は、複数の経路点からなる折れ線として近似してもよい。走行範囲内に生成する複数の走行経路を平行な直線とする場合、各走行経路は走行範囲の辺と平行でなくてもよい。この場合、走行範囲のうち複数の走行経路でカバーしきれない余った範囲に対して転圧するための走行経路を別途生成してもよい。
（ｂ）：本実施形態で示すような、矩形状の走行範囲に複数本の走行経路を生成する場合、各走行経路の始点および終点を設定すれば十分であり、走行経路の途中に経路点を設定する計算は省略できる。
（ｃ）：本実施形態では、第１走行停止部２４および第２走行停止部２５を走行経路生成装置２Ａが備えるようにしたが、自動走行支援装置２Ｂが備えるようにしてもよい。
（ｄ）：本実施形態では、車線変更の際、走行範囲内に進入点を設定するようにした（図１１参照）。しかし、例えば、作業範囲の内側かつ走行範囲の外側に進入点を設定してもよい。
（ｅ）：本実施形態では、振動ローラ１、三角コーン４、作業員５の位置情報は、測位用衛星３から取得するようにした。しかし、例えば、作業範囲全体を上方から撮影する撮影装置を導入し、撮影画像を解析することで振動ローラ１、三角コーン４、作業員５の位置情報を取得するようにしてもよい。

【0062】

（ｆ）：本実施形態で説明した種々の技術を適宜組み合わせた技術を実現することもできる。
（ｇ）：本実施形態で説明したソフトウェアをハードウェアとして実現することもでき、ハードウェアをソフトウェアとして実現することもできる。
（ｈ）：その他、ハードウェア、ソフトウェア、フローチャートなどについて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

【符号の説明】

【0063】

１ 振動ローラ（建設機械）
２ 管理システム
２Ａ 走行経路生成装置
２Ｂ 自動走行支援装置
３ 測位用衛星
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
１２ｃ センターピン
１３ 測位用アンテナ
１４ 通信アンテナ
１５ 制御装置
Ｓ 機体情報取得手段
２１ 位置情報取得部
２２ 走行経路生成部
２３ 車線変更経路生成部
２４ 第１走行停止部
２５ 第２走行停止部
１００ 自動化施工システム
６００ 走行経路生成画面
６１０ 走行経路表示領域
６２０ 座標表示領域
６３０ 走行条件入力領域
６４０ 経路生成ボタン
６５０ 保存ボタン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】