技術研究報告第 46 号

2020.11

戸田建設株式会社

垂直・水平自動搬送システムの概要と現場適用
DEVELOPMENT OF A VERTICAL AND HORIZONTAL AUTOMATIC TRANSFER SYSTEM AND PRACTICAL APPLICATION
岡田 大輔*1, 市村 元*1, 松岡 明彦*1, 鈴木 信也*1, 山本 真之*1
Daisuke OKADA, Hajime ICHIMURA, Akihiko MATSUOKA, Shinya SUZUKI and Masayuki YAMAMOTO

In order to enhance productivity for hauling, the authors have developed an automatic material-hauling system using a link between an ELV forconstruction and an ultra-lowdeck AGV, which can be operated in both horizontal and vertical directions, starting from the temporary storage area on theaccess floor to the destination storage (hauling destination) on the destination floor.
This paper reports the configuration of the system, the verified functions at the site and the operation at the actual site. The test at the construction site
confirms that this new system is able to produce desired transportation productivity at construction sites.
Keywords : Automated Guided Vehicle, Radio Frequency Identifier, Simultaneous Localization and Mapping, Labor saving
AGV，RFID，SLAM，省力化

1. はじめに
従来の建設現場における建築資機材の搬入では，搬入車両からのSL-AGV（SLAM 技術を採用）

荷下ろしをはじめ，工事用 ELV による目的フロア到着後の所定の工事用 ELV

搬送階位置への移動のすべてを人の手で行ってきた．これらの運搬作業は重労働であり，多くの人手を必要とする一方で，建設業界は作業員②の減少や高齢化が進んでおり，作業の省力化が求められていた．

③自動開閉扉①

パトライト

ストックヤード（搬送先）

筆者らは搬送作業の生産性向上を目的として，垂直・水平自動搬送システムを開発した．本報では，本システムの概要および現場環境における検証，本システムを適用した現場における運用について搬入階報告する．

2. 概要

仮置き場

RFID アンテナ

2.1 垂直・水平自動搬送システム概要

資機材

本システムの概要図を図 1 に示す．本システムは，工事用 ELV と超低床型 AGV 注 1（以下，SL-AGV）を連動させることにより，搬入RFID タグ専用台車専用台車の上に置かれた資機材

階の仮置き場から搬送階のストックヤード（搬送先）まで自動で搬送するものである．

図 1 垂直・水平自動搬送システム概要図

事前に管理者は管理 PC にて搬送する資材の情報（搬送日時，搬送階，搬送先，資材名，資材サイズ等）を RFID 注 2 タグに入力し，搬入階および搬送階の SL-AGV の走行ルートを設定する．搬送当日は搬入車両から資材を下ろし，搬入階にて仮置き場に集積する．その際，仮置き場前に設置された RFID アンテナにて各資材の RFIDタグを読み取り，読取可否をパトライトにて管理者に通知する．それにより，入力された情報をもとに管理 PC が工事用 ELV および

写真 1*1 戸田建設㈱技術開発センター

SL-AGV

写真 2 自動開閉扉設置状況 写真 3 RFID タグ

Research and Development Center, TODA CORPORATION

1垂直・水平自動搬送システムの概要と現場適用

SL-AGV を制御する．仮置き場に資材が集積された状態で管理 PC：事前作業からスタート指示を行うと，搬入階に配置された SL-AGV が仮置き

：当日作業場から資材を取り出し，工事用 ELV 内に積み込む．資材の積み込みが完了されたと同時に，工事用 ELV 前に設置された自動開閉扉が閉まり，工事用 ELV が搬送階へ移動する．搬送階へ着床すると，搬送階の自動開閉扉が開き，SL-AGV が工事用 ELV 内から荷を取り①搬送計画の検討
搬送資材の選定，ストックヤード位置・搬送ルートの検討．

④仕切り材設置，搬送エリアの地図作成
搬送エリアに仕切り材を設置し，SL-AGV で現場周辺の地図を作成（マッピング）．

②走行ルート設定
仮置き場～ストックヤード間の走行ルートを管理 PC で設定．

⑤工事用 ELV へ資材積込み，RFID タグを読込
資材を搬入車両から荷下ろし後，搬入階の仮置き場へ準備．同時に RFID アンテナでタグ情報を読取る．

出してストックヤードまで資材を搬送する．資材の取り出しが完了されたと同時に，工事用 ELV は自動開閉扉が閉まり，搬入階へ戻る．
（この一連動作を繰り返し行うことができる．
）この自動搬送までのフローを図 2 に示す．
従来は ELV オペを含めると 3 人～5 人で行っていたところ，本システムを適用すると管理者 1 人で行うことが可能になり，省力化を～管理 PC が「搬送階・搬送先」を判定～図ることができる．

③資材情報登録RFID タグに搬送日時，搬送階，搬送先，資材名，荷姿，業者名等の情報を管理 PCで登録．

2.2 SL-AGV 仕様
本システムで使用する SL-AGV の基本仕様を表 1 に示し，SLAGV の平面図を図 3 に示す．SL-AGV は車高 170mm の超低床型と⑥搬送開始
管理 PC にてスタート指示．搬入階の SL-AGV が仮置き場から工事用 ELV へ資材を積込み，工事用 ELVが搬送階へ着床．その後，搬送階の SL-AGV がストックヤードまで搬送．

なっており，資材（専用台車）の下部に潜り込める設計となっている．資材の搬送方法は専用台車の下部で牽引ピンを上昇させ，専用

図 2 自動搬送フロー図

台車受け穴に接続させることにより搬送する牽引搬送と，資材の下部で直載せテーブルを上昇させることにより搬送する直載せ搬送SL-AGV 基本仕様

表1の 2 種類がある．牽引搬送は SL-AGV の天端より昇降する牽引ピン

本体寸法

W680mm×L1200mm×H170mmの先端および専用台車裏面の受け穴がテーパー状になっているた

速度

最大 30m/min

牽引・積載荷重

最大 1000kg（推奨 800kg）

ターのブレーキが効くようになっており，SL-AGV の牽引ピンが接車体重量

約 200kg

続するとそのブレーキが解除される機構となっている．また，SL-

連続走行可能時間

4H(充電時間 1H)

AGV の天板に写真 5 に示すガイド金物およびストッパーを取り付ステアリング方式

二輪速度差方式

けることで，前後左右の位置が誘導されることにより，荷取り精度

走行可能段差/勾配

最大 12mm/9%（実験結果）

安全機構

前後に 1 個ずつレーザー測域センサ搭載
障害物検知機能あり（衝突回避）

め，直載せ搬送に比べて荷取り精度の安定性が高い．写真 4 に示す
専用台車は前面にあるレバーを水平方向にすることにより，キャスがさらに向上する．
SL-AGV のステアリング方式は二輪速度差方式を採用しており，基本的な旋回は一度停止してからその場で左右の駆動輪を反転させることで旋回し，進行方向を変えて直進する．牽引搬送状況を写

1200mm真 6 に示し，直載せ搬送状況を写真 7 に示す．
SL-AGV は SLAM 注 3 技術を採用することで，磁気テープやマーカー等のガイドを設置せずに自律走行することが可能となってい

680mm

る．その準備作業として，搬送するエリアを事前に走行させて周辺牽引ピン（牽引搬送時に使用）の地図を作成（マッピング）する．その地図と搬送時の周辺環境と直載せテーブル（直載せ搬送時に使用）照合させて自己位置推定および自動搬送を行っている．マッピングによって作成した地図を図4 に示し，管理PC にて設定したSL-AGV

レーザー測域センサ（衝突回避と自己位置推定）の走行ルートを図 5 に示す．

ブレーキレバー

図3

SL-AGV 平面図

牽引ピンガイド金物

受け孔ストッパー

写真 4 専用台車

写真 5 ガイド金物およびストッパー

写真 6 牽引搬送状況2

写真 7 直載せ搬送状況

技術研究報告第 46 号

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戸田建設株式会社

3. 現場環境における検証
建設現場へ本システムを適用するにあたって実施した検証について示す 1）．
3.1 現場環境の変化への対応
SL-AGV が SLAM 技術により自己位置推定を行う際，マッピングで作成した地図と実際に自動搬送する際の周辺環境に差異が少な
いこと，差異を表す数値である座標信頼度を 50%以上確保することが条件になる．特に仮置き場および工事用 ELV などの荷取り点付
近は SL-AGV の 4 本の牽引ピンを専用台車に接続する必要がある
ため，精度を確保する必要がある．しかし，建設現場における周辺環境は工事の進捗が進むにつれて変化しやすいため，マッピングで作成した地図との差異を少なくすることが困難である．そこで，自動水平搬送時の現場環境において座標信頼度を 50%以上確保する方法を確認するための検証を実施した．図 6 に検証の平面計画図を示す．図の通りに仕切りとなるものとしてスタイロフォーム

図 4 マッピングした地図

図 5 設定した搬送ルート

H200mm（以下，仕切り材）を設置し，自動搬送を行った．仕切り材の設置状況を写真 8 に示す．その結果，荷取り点付近や環境が変化しやすい地点において座標信頼度を 50%以上確保できることが工事用 ELV確認できた．
しかし，建設現場では毎日周辺環境が変化するため，それに合わELV 前荷積み場

産廃置場

手動搬送

せて仕切り材を設置しなければならない．また，マッピング作業もその度に実施しなければならないため，搬送準備の手間がかかってRFID アンテナしまう．

仮置場②

仮置場①

そこで，自己位置推定のために周辺環境を見るのではなく，図 7に示す反射シートを貼り付けたポール（ランドマーク）を見るラン

仮置場③

ドマーク測位を採用した．走行中，ランドマークを常時 3 点以上検ストックヤード①

出することで，景色変動がある中でも安定的な走行が可能になる．

ストックヤード③

これにより，仕切り材を設置する必要がなくなり，搬送ルートが変化しなければマッピングでの作成地図も転用することができ，搬送準備の手間も削減することができる．

ストックヤード②【凡例】：仕切り材（スタイロフォーム H200mm）：ELV 前荷積み場→仮置場：仮置場→ストックヤード：ELV 前荷積み場→産廃ヤード

3.2 SL-AGV の走行軌跡
SL-AGV にて自動搬送を実施すると，搬送する資材の荷重に応じて 90 度旋回後に蛇行したような走行軌跡となり，事前に設定したルートと実際の走行軌跡に差が生じる．蛇行状況を写真 9 に示す．

産廃ヤード

：産廃ヤード→産廃置場

設定ルートと走行軌跡との差を確認するための検証を実施した．
空荷の専用台車（基準とする）とせっこうボード（約300kg，約500kg，

図 6 平面計画図

約 650kg，約 800kg）を載せた専用台車を SL-AGV にて牽引し，直進後に左旋回させた際の走行軌跡を計測し，搬送ルートとして設定した走行軌跡との差を確認した．検証状況を写真 10 に示し，検証

反射シート

結果を表 2 に示す．X 方向の基準との差の最大は 800kg 積載時に45.0cm であった．
設定ルートと走行軌跡とに差が生じる原因として，資材を載せた専用台車を牽引する際，従来の旋回方法で牽引すると，SL-AGV 旋回後の専用台車内側のキャスター向きが進行方向に対して垂直になる．それにより，SL-AGV の進行が妨げられることで，蛇行したような走行軌跡となることが確認できた．SL-AGV 旋回時の専用台車内側のキャスター挙動を図 8 に示す．

写真 8 仕切り材設置状況

3

図 7 ランドマーク

垂直・水平自動搬送システムの概要と現場適用

この問題の改善策としてまず，SL-AGV の制御ソフトを改良し，

表 2 検証結果
積載荷重

回数

基準との差積載X（cm） Y（cm） 荷重

一度に 90 度旋回するのではなく，二度に分けて 45 度ずつ旋回する基準との差回数ようにルートを設定することとした．一度の旋回角度が小さくなっX（cm） Y（cm）

1 回目

45.0

27.5

1 回目

18.0

10.5

2 回目

43.5

25.0

2 回目

21.0

10.5

800kg 3 回目
積載 4 回目

44.5

27.010.5

26.5

500kg 3 回目
積載 4 回目

23.5

42.5

16.5

9.0

5 回目

44.0

24.0

5 回目

20.5

10.0
10.1

平均

43.9

26.0

平均

19.9

1 回目

32.0

17.0

1 回目

3.5

3.5

2 回目

30.5

18.0

2 回目

6.5

4.5

650kg 3 回目
積載 4 回目

29.5

17.5

6.0

4.0

30.0

16.0

300kg 3 回目
積載 4 回目

9.0

4.0

5 回目

29.5

16.0

5 回目

5.0

4.5

平均

30.3

16.9

平均

6.0

4.1

旋回

キャスター
回転方向

45cm

設定ルートと実際の設定ルート

走行軌跡の差進行方向

写真 9 蛇行状況

垂直

進行方向に対してキャスター向きが垂直になる

平行
進行方向に走行し始めると，キャスター向きを平行にしようとするが，積載荷重により，抵抗力が働く

写真 10検証状況

抵抗力が働くことで，進行方向と走行軌跡にズレが発生し，蛇行して見える

90 度
45 度

（1）従来本来の進行方向へ補正して走行する（2）改良後図8

図 9 従来と改良後の旋回数と旋回角度

4SL-AGV 旋回時の専用台車内側キャスター挙動

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戸田建設株式会社

搬送資材

従来と改良後の旋回数と旋回角度を図 9 に示す．
次に，SL-AGV の従来の旋回方法を変更し，左右の駆動輪を同方搬送資材たことにより，蛇行はやや軽減されたが，解消には至らなかった．
搬送資材

向に回転速度を変えて曲がる方法とすることとした．従来と変更後
搬送資材の旋回方法を図 10 に示す．さらに，SL-AGV の駆動補助輪を改良し，転がり抵抗および旋回抵抗を低減する仕様とした．駆動補助輪
改良前後の仕様を表 3 に示す．
それらによって，SL-AGV 旋回時に専用台車内側のキャスター向きが進行方向に対して平行になるため，SL-AGV の進行が妨げられ搬送資材

搬送資材ず，蛇行がほぼ解消された．
（1）従来

3.3 RFID タグの読取距離（2）変更後図 10 従来と変更後の旋回方法

仮置き場に資材を集積後，RFID アンテナにて搬送する資材のRFID タグの情報を読み取る．その際の RFID アンテナが読み取る

表 3 SL-AGV 駆動補助輪の仕様ことのできる目安となる範囲を確認するための検証を実施した．

改良前

改良後

写真 11 に検証状況を示す．RFID アンテナおよび RFID タグの設

車輪径

φ75mm

φ75mm

置高さを 250mm に設定する．RFID アンテナと RFID タグの距離

車輪材質

ポリウレタンMC ナイロン

を 1.0m，2.0m，3.0m とし，RFID タグが RFID アンテナと正対す

許容荷重350kg/個500kg/個るように通過させ，読み取ることのできる目安となる範囲を確認した．検証結果を図 11 に示す．3.0m の距離で RFID アンテナを中心に 0.92m の範囲で読み取ることができ，2.0m の距離で 1.17m の250mm3.0m範囲，1.0m の距離で 0.76m の範囲で読み取ることができた．この結果から，RFID タグを RFID アンテナの位置から 2.0m 前後の範2.0m

RFID タグ囲で通過させれば読取の信頼性が高いことが確認できた．
1.0m

3.4 レーザー測域センサの精度確保
SL-AGV は SLAM 技術を採用しており，前後に搭載している

RFID アンテナ

レーザー測域センサによって，自己位置を推定している．しかし，建設現場のようなコンクリート仕上げの床を走行させると，レーザー測域センサの表面に埃および粉塵等が付着してしまい，自己写真 11 検証状況

位置推定の精度が低下してしまう．レーザー測域センサの精度を確保するため，建設現場等で使用する場合は始業点検等で定期的0.92m

3.0mに表面を清掃する必要がある．
従来の清掃では，前後のレーザー測域センサの表面に付着した微小な埃および粉塵等を目視にて確認して行うが，目視にて確認できないものについては手当たり次第に清掃を行い，レーザー測域センサの精度を確認するといった作業を繰り返すしかなかった.

2.0m

1.17m

そのため，レーザー測域センサの精度を確保するのに多くの手間を要していた．
そこで，レーザー測域センサの精度確保の手間を削減するため，レーザー測域センサの検知範囲を管理 PC 画面上にてリアルタイムで確認できるソフトを導入した．管理 PC と SL-AGV を無線通

1.0m0.76m

信にて接続することにより，埃および粉塵等が付着している範囲を画面上で確認することができる．その範囲を重点的に清掃することで精度低下を解消でき，レーザー測域センサの精度確保に要する手間を削減することができる．図 12 にレーザー測域センサの検知範囲確認状況を示す．
RFID アンテナ
図 11 検証結果

5

垂直・水平自動搬送システムの概要と現場適用

4. 現場における適用
鉄骨造地上 38 階の事務所ビル新築工事現場にて本システムを用いた場合の搬送効率を確認するために実験を実施した．8 階を搬入階，14 階を搬送階に設定し，それぞれに SL-AGV を 2 機ずつ配置
した．実験の断面計画図を図 13 に示し，8 階および 14 階の平面計画図を図 14 に示す．8 階の仮置き場から 14 階のストックヤードまで 1 台約 600kg のせっこうボードを牽引搬送にて搬送した．工事用

車体部分

車体部分

：検知可能範囲：検知不可能範囲（埃・粉塵付着）

ELV での搬送は 1 回につき 2 台ずつとなっており，2 往復させて合計 4 台の搬送を 1 セットとし，合計 4 セット実施した．各セットにおける 8 階での搬送時間，8 階から 14 階までの工事用 ELV の移動（1） 前方レーザー測域センサ（2） 後方レーザー測域センサ
図 12 レーザー測域センサ検知範囲確認状況

時間，14 階での搬送時間，14 階の SL-AGV が工事用 ELV 前に戻る時間を計測し，搬送効率を確認した．
動作にかかる時間を以下の 4 つの区間とし，それぞれの区間の計測結果を表 4 に示す．8 階で 1・2 台目を工事用 ELV に積み込み，14 階へ着床した後，4 階の SL-AGV はストックヤードまで搬送する．工事用 ELV は 2 台とも取り出されたことを確認して 8 階まで戻るため，14 階での搬送と並行して 8 階で 3・4 台目の搬送を行うことができる．搬送階搬送での作業時間よりも搬入階搬送および垂直搬送にかかる作業時間が短いため，3・4 台目の a および b については考慮しないこととした．

写真 12 8 階（搬入階）搬送状況

写真 13 14 階（搬送階）搬送状況

a：8 階での搬送時間
b：8 階から 14 階までの工事用 ELV 移動時間
c：14 階での搬送時間
d：14 階の SL-AGV が工事用 ELV 前に戻る時間①～④：セット数
各セットの合計時間を下記にて算出した．
1・2 台目の搬送に要する合計時間：a + b + c + d
3・4 台目の搬送に要する合計時間：c + d
上記にて算出した合計時間をもとに平均時間を算出したところ，
1・2 台目の搬送に要する平均時間が 13 分 9 秒，3・4 台目の搬送に工事用ELV仮置き場要する平均時間が 7 分 39 秒となった．
SL-AGV

搬送効率を確認するため，1 時間で自動搬送し続けた場合の搬送走行ルート

回数を算出したところ，59 分 3 秒で 7 回となった．

（1） 8 階
各階既存扉

自動開閉扉
T-CART1000

14F（搬送階）

工事用
ELV

工事用ELV

SL-AGV
ストックヤード

走行ルート

（搬送先）

T-CART1000

8F（搬入階）（2） 14 階

図 13 断面計画図

図 14 平面計画図

6

技術研究報告第 46 号 2020.11

戸田建設株式会社

5. まとめ

表 4 計測結果

本報では，本システムの概要および本システムを適用した現場に搬入階搬送 垂直搬送おける運用について報告した．実験での計測結果では，1 時間で自動搬送し続けた場合の搬送回数を算出し，建設現場における搬送効率を確認することができた．今後も制御ソフトやハードの改良を引①

1･2 台目②

1･2 台目参考文献

3･4 台目

1） 岡田大輔，市村元，鈴木信也，山内博史：「垂直・水平搬送の自動化シス

1･2 台目

合計時間

abc

d

0:03:46

0:01:16

0:06:10

0:01:39

0:12:51

0:05:58

0:01:37

0:07:35

0:07:15

0:01:40

0:13:56

0:06:06

0:01:37

0:07:43

0:06:14

0:01:40

0:12:59

0:06:04

0:01:37

0:07:41

0:06:13

0:01:39

0:12:49

0:06:02

0:01:37

0:07:39

3･4 台目続き行うことで，搬送効率の向上に繋げていきたいと考えている．

搬送階搬送

0:03:45

0:01:16

0:03:49

0:01:16③

テムの開発 その 2 自動水平搬送システムの概要と現場環境における3･4 台目実証実験」日本建築学会大会学術講演梗概集 材料施工 p.1255-1256④2019.7

1･2 台目
3･4 台目注釈
注 1 Automated Guided Vehicle の略称．コンピュータ制御により無人で走行し，搬送や荷役を行う車両．誘導方式は，磁気，電磁，光学，レーザー誘導などがある．
注 2 Radio Frequency Identifier の略称．ID 情報を埋め込んだ RF タグから，電磁界や電波などを用いた近距離(周波数帯によって数cm～数m)の無線通信によって情報を取得できる技術．
注 3 Simultaneous Localization and Mapping の略称．測域センサ等を用いて，自己位置推定と周辺環境の地図作成を同時に行う技術．

70:03:41

0:01:16