土木研究所技術推進本部先端技術チーム

建設機械の共通制御信号（案）1. 目的
建設機械を上位システムからの指令に基づいて無人等で運用する際に、建設機械の制御信号を共通化することにより、自律施工技術の開発および社会実装を促進することを目的とする。
2. 検討範囲
油圧ショベルの掘削作業を対象として、機体の制御に必要となるデータ（共通制御信号）について、建設機械を用いた自律施工を実現する各種コントローラ間のデータ交換の共通形式を検討する。
3. 引用規格• ISO 15143-1: Earth-moving machinery and mobile road construction machinery — Worksite dataexchange — Part 1: System architecture• ISO 15143-2: Earth-moving machinery and mobile road construction machinery — Worksite dataexchange — Part 2: Data dictionary
4. 検討結果
建設機械の共通制御信号（案）の検討結果を以下の 4.1~4.3 節に示す
4.1 全体構成
共通制御信号によって、データ交換を行う機器構成を図 1 に示す。本図中に示す施工コントローラ，自動制御コントローラ，油圧制御コントローラ間のデータ交換の形式を共通化の対象とした。
4.2 データ辞書
共通信号の主要な要素をまとめたデータ辞書を別紙 1 および別紙 2 に示す。
4.3 実装例
別紙 1,2 のデータ辞書に基づき、施工コントローラと自動制御コントローラ間のデータ交換（図 1 中の C1、C2）についての実装例を別紙 3 に示す。同様に、自動制御コントローラと油圧制御コントローラ間のデータ交換（図 1 中の D1、D2）について実装例を別紙 4 に示す。

土木研究所技術推進本部先端技術チーム

図1

共通制御信号によりデータ交換を行う機器構成

土木研究所技術推進本部先端技術チーム
別紙1

⻩⾊網かけは新規で追加した値域

油圧ショベルの掘削積み込み動作におけるデータ辞書（データ要素 ）案

分類

分類体系

データ要素

項目値

概念名

⾞両動作指令 刃先位置制御設定 X座標

データ

値域名

識別子

Y座標

pos_y_1

刃先の⽬標Y座標

システム

C1_1_2length_4Z座標

pos_z_1

刃先の⽬標Z座標

システム

C1_1_3length_4

quat_w_1

刃先の⽬標クォータニオン⾓度

システム

C1_1_4

real_number_1

quat_x_1

刃先の⽬標クォータニオンXベクトル

システム

C1_1_5

real_number_1

quat_y_1

刃先の⽬標クォータニオンYベクトル

システム

C1_1_6

real_number_1

quat_z_1

刃先の⽬標クォータニオンZベクトル

システム

C1_1_7

real_number_1

刃先移動速度 moving_velocity_1

刃先の⽬標移動速度

システム

C1_1_7

velocity_1

旋回⾓度

swing_angle_1

下部⾛⾏体に対する上部旋回体の⾓度

システム

C1_2_1angle_1

ブーム⾓度

boom_angle_1

ブーム⽬標⾓度システム

C1_2_2angle_1

stick_angle_1

スティック⽬標⾓度

システム

C1_2_3angle_1

バケット⾓度 bucket_angle_1

バケット⽬標⾓度

システム

C1_2_4angle_1

旋回⾓速度

旋回⾓速度

システム

C1_2_1

ブーム⾓速度システム

C1_2_2stick_ang_vel_1

スティック⾓速度

システム

C1_2_3

bucket_ang_vel_1

バケット⾓速度システム

C1_2_4

移動速度

velocity_1

⾞両⽬標速度システム

C1_3_1

移動⾓速度

angular_velocity_1

⾞両⽬標⾓速度システム

C1_3_2ンX
クォータニオンY
クォータニオンZ

スティック⾓度swing_ang_vel_1

ブーム⾓速度 boom_ang_vel_1
スティック⾓
速度
バケット⾓速度
⾛⾏操作設定データ源

刃先の⽬標X座標

ンW
クォータニオ

作設定

定義テキスト

pos_x_1

クォータニオアクチュエータ操名前システム

C1_1_1

length_4

angular_veloc
ity_1
angular_velocity_1
angular_veloc
ity_1
angular_veloc
ity_1
velocity_1
angular_veloc
ity_1

刃先軌跡制御設定検討中

アタッチメント操

検討中

作設定
機体情報

⾞両情報

旋回⾓度

swing_angle_2

下部⾛⾏体に対する上部旋回体の⾓度

センサ

C2_1_1angle_1

土木研究所技術推進本部先端技術チーム
ブーム⾓度

boom_angle_2

ブーム⾓度

センサ

C2_1_2angle_1

stick_angle_2

スティック⾓度センサ

C2_1_3angle_1

バケット⾓度センサ

C2_1_4angle_1

bucket_tilt_angle_1 バケットチルト⾓度
ト⾓度
バケットロー bucket_rotator_angl
バケットローテータ⾓度
テータ⾓度
e_1

センサ

C2_1_5angle_1

センサ

C2_1_6angle_1

⾛⾏速度

下部⾛⾏体中⼼位置の移動速度

センサ

C2_1_7

velocity_1

下部⾛⾏体中⼼位置の移動⾓速度

センサ

C2_1_8スティック⾓度

バケット⾓度 backet_angle_2
バケットチル

⾛⾏⾓速度
機械稼働状態vehicle_angular_vel
ocity_2

angular_veloc
ity_1
rate_percent_

燃料残量

remaining_fuel_1

建設機械の燃料容積残量

燃料計

C2_2_1

尿素⽔残量

urea_water_1

建設機械の尿素⽔容積残量

尿素⽔計

C2_2_2

油圧タンク内での油圧作動油の温度

センサ

C2_2_3

原動機の回転速度

センサ

C2_2_4rotational_frequency_1

緊急停⽌装置の状態（オン・オフ）
センサ
ate_1
control_complete_t 機械操作⽀援データによる操作要求に対する動作完了状態の種
機械動作完了通知 完了動作種別
システム
ype_1
別
control_complete_s
完了動作状態
機械操作⽀援データによる操作要求に対する動作完了状態
システム
tate_1C2_2_5condition_1操作レバー⼊⼒

作動油温
原動機回転速度
緊急停⽌状態

操作指令

vehicle_velocity_1

旋回

haydraulic_tempera
ture_1engine_spped_1
emergency_stop_stC2_3_2

旋回レバー⼊⼒システム

D1_1_1

旋回動作⽅向 swing_direction_1

旋回動作⽅向⼊⼒

システム

D1_1_2ブーム

boom_1

ブームレバー⼊⼒システム

D1_1_3boom_direction_1

ブーム動作⽅向⼊⼒システム

D1_1_4stick_1

スティックレバー⼊⼒

システム

D1_1_5boom_direction_1

スティック動作⽅向⼊⼒

システム

D1_1_6bucket_1

バケットレバー⼊⼒

システム

D1_1_7

ブーム動作⽅向スティック
スティック動作⽅向バケット

swing_1

C2_3_1

1
rate_percent_1
celsius_temp
erature_1

control_type_1
control_result_1
rate_percent_1
direction_1
rate_percent_1
direction_1
rate_percent_1
direction_1
rate_percent_1

土木研究所技術推進本部先端技術チーム
バケット動作
⽅向⾛⾏レバー⼊⼒

左クローラ

bucket_direction_1 バケット動作⽅向⼊⼒

システム

D1_1_8

left_track_1

左クローラ⾛⾏レバー⼊⼒

システム

D1_2_1

左クローラ動作⽅向⼊⼒

システム

D1_2-2

右クローラ⾛⾏レバー⼊⼒

システム

D1_2-3

左クローラ動作⽅向⼊⼒

システム

D1_2-4

左クローラ動 left_track_direction
作⽅向

_1

右クローラ

right_1

右クローラ動 right_track_directio
作⽅向

n_1

direction_1
rate_percent_1
direction_1
rate_percent_1
direction_1

アタッチメント⼊検討中

⼒
⾞両設定⼊⼒エンジン始動 engine_ignition_1

システム

D1_3_1condition_1

エンジン停⽌ engine_stop-1

システム

D1_3_2condition_1

油圧ロックシステム

D1_3_2condition_1

システム

D1_3_3hydraulic_lock_1

エンジン出⼒ engine_speed_settt
設定

センサ情報

⾓度情報

⾓度速度情報⾞体姿勢情報

ing_1

rate_percent_1

パワーモード

検討中

⾛⾏モード

検討中

旋回

swing_1

下部⾛⾏体に対する上部旋回体の旋回⾓度

センサ

D2_1_1angle_1

ブーム

boom_1

ブーム⾓度

センサ

D2_1_2angle_1

スティック

stick_1

スティック⾓度センサ

D2_1_3angle_1

バケット

bucket_1

バケット⾓度センサ

D2_1_4angle_1

旋回

swing_1

旋回⾓速度

センサ

D2_2_2anglu

ブーム

boom_1

ブーム⾓速度センサ

D2_2_3

スティック

stick_1

スティック⾓速度

センサ

D2_2_4バケット

bucket_1

バケット⾓速度センサ

D2_2_5ロール

roll_1

⽔平⾯における上部旋回体ロール⾓度

センサ

D2_3_1ピッチ

pitch_1

⽔平⾯における上部旋回体ピッチ⾓度

センサ

D2_3_2angular_veloc
ity_1
angular_veloc
ity_1
angular_veloc
ity_1
angular_veloc
ity_1
angular_veloc
ity_1

土木研究所技術推進本部先端技術チーム

土木研究所技術推進本部先端技術チーム
別紙2

⻩⾊網かけは新規で追加した値域

油圧ショベルの掘削積み込み動作におけるデータ辞書（値域 ）案

表現形式クラス
名

概念定義域名

値域名

データ型名

データ型体系参照測定の単位名

測定の単位精度 値域最大文字数

値域書式

値項目

非列挙型値域記
述注釈

quantityangle

angle_1

real-

rad-

--

-

-

-

quantity

angular_velocity

angular_velocity_1

real-

rad/s

---

0:作業機操作停⽌

-

--

-

1:作業機操作開始
2:アクチュエータ操作停⽌
code

control_type

control_type_1

interger

-

-

-

1 -

3:アクチュエータ操作開始
4:⾛⾏停⽌5:⾛⾏開始
6:アタッチメント操作停⽌

code

contorol_result

control_result_1

interger---quantitylengthlength_4

real

ISO 15143

mtext

real_number

real_number_1

real

ISO 15143

N/A

quantity

velocity

velocity_1

real

ISO 1000m/s

quantity

thrmodynamic_temperaturecelsius_temperature real

ISO 1000

degrees Centig-

quantity

rotational_frequency

rotational_frequencyreal

ISO 1000

min-1

1 --

-

7 ###.###

1:失敗
N/A

none-100 real number

N/A--

4 real number

N/A

more than 0--

real number

N/A---

real number

N/A--

N/A--

N/A--

N/A

N/A

% expression

3
1
-

code

condition

condition_1

integer

ISO 15143

N/A

N/A

1

code

direction

direction_1

integer

ISO 15143

N/A

N/A

1

rate

rate_percent

rate_percent_1

realISO 15143

non-dimension

1

7:アタッチメント操作開始
0:成功

0:OFF
not 0:ON
0:reverse
not 0:forward

4 ###.#

土木研究所技術推進本部先端技術チーム

土木研究所技術推進本部先端技術チーム

別紙 3 施工コントローラ、自動制御コントローラ間の共通制御信号（案）実装例

項目

記入例(xml スキーマによる記述)

車体動作指令・刃先位置制御指令の例<WorkDeviceSetting
PositonX=”5.000”
PositonY=”0.000”
PositonZ=”1.000”
QuaternionW=”0.70107”
QuaternionX=”0”
QuaternionY=”0”
QuaternionZ=”0.70107”
MovingVelocity=”0.500” />・アクチュエータ操作設定の例<ActuatorControlSetting
SwingAngle=”0.000”
BoomAngle=”-0.8”
StickAngle=”2.000”
BucketAngle=”1.000”
SwingAngularVelocity=”0.000”
BoomAngularVelocity=”0.500”
StickAngularVelocity=”0.600”
BucketAngularVelocity=”0.500” />・走行操作設定の例<TravelControlSetting
Velocity=”1.000”
AngularVelocity=”0.000” />機体情報

・車両情報の例<VehicleInformaiton
SwingAngle=”0.000”
BoomAngle=”-0.800”
StickAngle=”2.000”
BucketAngle=”1.000”
BucketTiltAngle=”0.000”
BucketRotateAngle=”0.000”
VehicleVelocity=”0.000”
VehicleAngularVelocity=”0.000” />土木研究所技術推進本部先端技術チーム

土木研究所技術推進本部先端技術チーム
別紙4

⾃動制御コントローラ、油圧制御コントローラ間共通制御信号（案）の実装例## 通信仕様
プロトコル

J1939

ボーレート

250kbps

フォーマットIntel format###⽤語

ACU:Automation Control Unit（⾃動制御コントローラ）
HCU:Hydraulic Control Unit（油圧制御コントローラ）## データフィールド### D1_1:Control message#1(Swing, Boom, Stick, Bucket Command)
Message Info
Name:Control message#1

Start Byte

Stop Byte1Start Bit
1Stop Bit
7

Data name
8 Swing command

Definition

Explanatory comment

Part of propotional swing command(0.1%/bit)

bits 1-2 of 10bits unsigned value

66 Swing direction command Swing direction command

0 = forward, 1 = reverse

PGN:00FF00~00FFFF

55 Swing command status

0 = command enable, 1 = command disable.

Rate:10ms

4

1 Not in use

Direction:ACU to HCU

Enable/disable of swing command

2218 Swing command

Part of propotional swing command(0.1%/bit)

bits 3-10 of 10bits unsigned value

3378 Boom command

Part of propotional boom command(0.1%/bit)

bits 1-2 of 10bits unsigned value

66 Boom direction command Boom direction command

0 = rising, 1 = lowering

55 Boom command status

Enable/disable of boom command

0 = command enable, 1 = command disable.

41 Not in use
bits 3-10 of 10bits unsigned value

4

4

18 Boom command

Part of propotional boom command(0.1%/bit)

5578 Stick command

Part of propotional stick command(0.1%/bit)

bits 1-2 of 10bits unsigned value

66 Stick direction command

Stick direction command

0 = pushing, 1 = crowding

Enable/disable of stick command

0 = command enable, 1 = command disable.
bits 3-10 of 10bits unsigned value

55 Stick command status

41 Not in use

6618 Stick command

Part of propotional stick command(0.1%/bit)

7

778 Bucket command

Part of propotional bucket command(0.1%/bit)

66 Bucket direction command Bucket direction command

0 = crowding, 1 = dumping

55 Bucket command status

Enable/disable of bucket command

0 = command enable, 1 = command disable.

41 Not in use

18 Bucket command

Part of propotional bucket command(0.1%/bit)

bits 3-10 of 10bits unsigned value

88bits 1-2 of 10bits unsigned value土木研究所技術推進本部先端技術チーム### D1_2:Control message#2(Left/Right Tracks, EngineSpped, Engine On/Off, Hydraulic Lock On/Off, Etc.)
Message InfoStart Byte

Name:Control message#2

Stop Byte
1Start Bit
1

Stop Bit

Data nameDefinition

Explanatory comment

Part of propotional left track command(0.1%/bit)bits 1-2 of 10bits unsigned value

78 Left track command

PGN:00FF00~00FFFF

66 Left track direction comma Left track direction command

0 = forward, 1 = reverse

Rate:100ms

55 Left track command status Enable/disable of left track command

0 = command enable, 1 = command disable.

Direction:ACU to HCU

4

1 Not in use

2218 Left track command

Part of propotional left track command(0.1%/bit)bits 3-10 of 10bits unsigned value

33

78 Right track command

Part of propotional right track command(0.1%/bi bits 1-2 of 10bits unsigned value

66 Right track direction comm Right track direction command

0 = forward, 1 = reverse

55 Right track command statu Enable/disable of right track command

0 = command enable, 1 = command disable.

4

1 Not in use

44

18 Right track command

Part of propotional right track command(0.1%/bi bits 3-10 of 10bits unsigned value

55

11 Engine On/OffEngine On/Off command

0 = Off, 1 = On

22 Hydrauric Lock On/OffHydrauric Lock On/Off command

0 = Off, 1 = On

Travel mode setting

0 = Fast(rabbit), 1 = Low(turtle)

Propotional engine speed(1%/bit)

unsinged value(0~100%)

34 Power Mode55 Travel Mode

68 No in use

6618 Engine Speed Ratio

77

18 No in use

88

18 No in use

depends on the manufacturer### D2_1:Angle Information(swing, boom, stick,bucket)
DefinitionExplanatory comment

Name:Angle Information

Message InfoStart Byte
1Stop Byte
1Start Bit
1

Stop Bit

8 Swing angle

Data name

Part of swing angle(360/65535 deg/bit)

bits 1-8 of 16bits singed value

PGN:00FF00~00FFFF

2

2

18 Swing angle

Part of swing angle(360/65535 deg/bit)

bits 9-16 of 16bits singed value

Rate:10ms

3

3

1

8 Boom angle

Part of boom angle(360/65535 deg/bit)

bits 1-8 of 16bits singed value

Direction:HCU to ACU

4418 Boom angle

Part of boom angle(360/65535 deg/bit)

bits 9-16 of 16bits singed value

5518 Stick angle

Part of stick angle(360/65535 deg/bit)

bits 1-8 of 16bits singed value

6618 Stifck angle

Part of stick angle(360/65535 deg/bit)

bits 9-16 of 16bits singed value

77

18 Bucket angle

Part of bucket angle(360/65535 deg/bit)

bits 1-8 of 16bits singed value

88

18 Bucket angle

Part of bucket angle(360/65535 deg/bit)

bits 9-16 of 16bits singed value

Definition

Explanatory comment### D2_2:Angular Velocity Information(swing, boom, stick,bucket)
Message InfoStart Byte

Stop Byte

Start Bit

Stop Bit

Data name

Name:Angular Velocity Information

1118 Swing angular velocity

Part of swing angular velocity(360/65535 deg/s/ bits 1-8 of 16bits singed value

PGN:00FF00~00FFFF

2

2

18 Swing angular velocity

Part of swing angular velocity(360/65535 deg/s/ bits 9-16 of 16bits singed value土木研究所技術推進本部先端技術チーム
Rate:10ms

3

3

18 Boom angular velocity

Part of boom angular velocity(360/65535 deg/s/ bits 1-8 of 16bits singed value

Direction:HCU to ACU

4418 Boom angular velocity

Part of boom angular velocity(360/65535 deg/s/ bits 9-16 of 16bits singed value

5518 Stick angular velocity

Part of stick angular velocity(360/65535 deg/s/bbits 1-8 of 16bits singed value

6618 Stifck angular velocity

Part of stick angular velocity(360/65535 deg/s/bbits 9-16 of 16bits singed value

7718 Bucket angular velocity

Part of bucket angular velocity(360/65535 deg/s bits 1-8 of 16bits singed value

8818 Bucket angular velocity

Part of bucket angular velocity(360/65535 deg/s bits 9-16 of 16bits singed value### D2_3:Main Body Orientation Information(roll, pitch)
Message Info

Start Byte

Stop Byte

Start Bit

Stop Bit

Data nameDefinition

Explanatory comment

Name:Main Body Orientation Information

11

18 Roll angle

Part of roll angle of main body(360/65535 deg/b bits 1-8 of 16bits singed value

PGN:00FF00~00FFFF

22

18 Roll angle

Part of roll angle of main body(360/65535 deg/b bits 9-16 of 16bits singed value

Rate:10ms33

18 Pitch angle

Part of pitch angle of main body(360/65535 deg/bits 1-8 of 16bits singed value

Direction:HCU to ACU

4418 Pitch angle

Part of pitch angle of main body(360/65535 deg/bits 9-16 of 16bits singed value

55

18 Not in use

6618 Not in use

7718 Not in use

88

18 Not in use