Development of autonomous construction system of scattering work by wheel loader

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K04287
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 今西 悦二郎 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (00804600)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹囲 年延 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60517712)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: マルチボディダイナミクス / DEM / まき出し作業 / 自律施工 / ホイールローダー

Outline of Annual Research Achievements

建設施工の分野では、建設現場の生産性向上の取り組みとして、建設機械の自動運転が進められている。その中で、まき出し作業の自動運転が進められようとしている。まき出し作業は、ダンプトラックから荷下ろしされた土砂山を、ブルドーザやホイールローダの排土板によって平坦にする作業である。土砂山の高さや形状は作業現場によって変化するため、停止することなく走行するためには、土砂山の高さや形状に応じて、排土板の高さを自律的に制御する必要がある。ところが、排土板に作用する力を推定する研究が行われているが、リアルタイムに推定する技術が解明されておらず、ホイールローダによるまき出し作業の自律施工が実現できていないのが現状である。また、ホイールローダによるまき出し作業の解析を行う場合、車両走行のダイナミクスによって排土性能が決まってくる。ところが、これまで土砂山の走行を考慮したまき出し作業時の車両のダイナミクスを解析した事例が行われていないのが現状である。
そこで、マルチボディダイナミクスとDEMを連成させることによって、土砂の掘削および走行を考慮したまき出し作業時のホイールローダ車両のダイナミクス解析技術を開発した。本技術を用いることによって、まき出し作業時のホイールローダ挙動を明らかにし、まき出し作業の自律施工のための基礎的なバケット高さの制御方法を示した。ホイールローダによる土砂掘削実験を行い、掘削力の実測結果と計算結果について比較検証をおこなった。ホイールローダのまき出し作業時の解析を行い、土砂山の高さに応じてバケット高さを制御することによって、解析上、まき出し作業が可能であることを示した。