トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験




【発明の名称】 作業機械管理装置
【発明者】 【氏名】木村 裕喜

【氏名】北原 成郎

【要約】 【課題】遠隔操作室側で、作業機械による作業の状況を正確に把握可能とする。

【解決手段】計画面に平行方向となるように基準光Mを照射する基準光照射部22を施工部近傍に設置し、作業機械2の排土板Hの上部側に、垂直方向に延長する如く取付けられて上記基準光照射部22からの基準光を受光する受光センサ23と、上記基準光照射部22からの基準光Mの受光位置に応じた表示を行う上下位置表示部とを具備し、遠隔操作室3a側に、上記上下位置表示部を構成する表示ライト部50を設けた。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 計画面に平行方向となるように基準光を照射する基準光照射部を施工部近傍に設置し、作業機械に、垂直方向に延長するごとく取付けられて上記基準光照射部からの基準光を受光する受光センサと、この受光センサにおける上記基準光照射部からの光の上,下方向の受光位置に応じた表示を行う上下位置表示部とを具備し、上記上下位置表示部の表示に基づいて上記作業機械の計画面に対する位置を推定しながら遠隔操作室側からの遠隔操作で排土処理を行えるようにした作業機械管理装置であって、上記遠隔操作室側に、上記上下位置表示部を設けた作業機械管理装置。
【請求項2】 計画面に垂直方向となるように基準光を照射する基準光照射部を施工部近傍に設置し、作業機械に、水平方向に延長するごとく取付けられて上記基準光照射部からの基準光を受光する受光センサと、この受光センサにおける上記基準光照射部からの光の左,右方向の受光位置に応じた表示を行う左右位置表示部とを具備し、上記左右位置表示部の表示に基づいて上記作業機械を、上記基準光に沿うように遠隔操作室側から誘導するようにした作業機械管理装置であって、上記遠隔操作室側に、上記左右位置表示部を設けた作業機械管理装置。
【請求項3】 上記受光センサによる受光位置に応じた表示を行う表示ライト部を設けて、上記上下位置表示部又は上記左右位置表示部を構成した請求項1又は請求項2に記載の作業機械管理装置。
【請求項4】 上記上下位置表示部又は上記左右位置表示部に代えて、又はこれら表示部と共に、上記受光センサによる受光位置に応じた音声又は信号音を出力するスピーカを備えた請求項1又は請求項2に記載の作業機械管理装置。
【請求項5】 上記遠隔操作室に設置されて上記作業機械の作業状況をモニタリングするモニタを設け、このモニタ中に、モニタ画面中での位置関係が上記受光センサによる受光位置に応じて調整される表示パターンを表示した請求項1又は請求項2に記載の作業機械管理装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、作業機械による作業状況を把握可能とした作業機械管理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図15ないし図16は、活火山近辺や災害地域等の工事現場の施工部を平滑に均す従来の作業機械による施工状況を示す説明図であり、1は施工部の地盤、2は地盤1の表面を平滑に均すブルドーザ,グレーダ等の作業機械、3は作業機械2を無線で制御する移動型の基地局、4は基地局3が走行し、施工部の外縁の安全な区域に設けられた走行道路、5は施工部の近傍に設置され、作業機械2の位置と高さの情報を基地局3に送信するGPS装置である。上記基地局3内には、遠隔操作室が設けられる。
【0003】排土処理の動作を説明すると、まず地盤1の上で作業機械2を数回走行させて、地盤1の凹凸を調べるために基地局3で操縦者が遠隔操作を行い作業機械2を走行させると、作業機械2に搭載されたGPSアンテナが人工衛星からの電波を受信し、GPS装置5を介して基地局3のモニタに作業機械2の位置と高さが表示され、地盤1の凹凸の状況を操縦者が把握して、地盤1の凹凸を3次元地形情報として基地局3の記憶装置に記憶させる。
【0004】この凹凸を平滑にするために、実際の施工面Fの盛上り部Zを排土するために作業機械2の排土板Hを遠隔操作で操作して前方に排土し、施工面Fの窪地Tに補修して、施工面Fの凹凸を均して計画面Sに近づけていく。
【0005】施工面Fを計画面Sに近づけた後、施工面Fの凹凸の状況を調べるために再び施工面Fの上で作業機械2を走行させて、作業機械2のGPSアンテナからGPS装置5を介して、施工面Fの凹凸を基地局3のモニタで位置と高さを表示し、細かな凹凸を調べて、さらに成功面Fを計画面Sに近づけて平滑に均していき、地盤1全体を平滑に均している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、地盤1の3次元地形情報を基地局3の記憶装置に入力する手間がかかり、施工面Fの盛上り部Zを排土して窪地Tに補修する時には、作業機械2の排土板Hを遠隔操作で排土,補修していることからこの盛上り部Z,窪地Tを計画面Sに一致させるように排土,補修を行うのには熟練を要し、工期が長くなるという欠点を有していた。なお、施工面Fの凹凸を平滑にする装置として、施工部近傍に計画面Sと平行にレーザーを照射するレーザー発生器を設け、このレーザーが受光する受光器を作業機械2の排土板Hに設けたものが公知となっているが、この受光器の受光範囲が20cm程度であり、排土板Hを制御可能な範囲が上下方向に20cm程度と短く、この範囲以上の凹凸により受光器の受光範囲からレーザーが外れると受光器にレーザーが当たるように高さを調整する必要があり、この調整に時間がかかり工期が長くなってしまうので凹凸の大きな施工面Fには適用できなかった。また、計画面Sに対して平行な光を送信する自動追尾トータルステーションを施工部近傍に設け、この光を受信するプリズムを排土板Hに設けたものが公知となっているが、これは事前に地盤1の3次元地形情報を入力する手間がかかり、工期が長くなる欠点を有していた。また、計画面Sに対して作業機械2の排土板Hを油圧コントロールし、施工面Fを平滑にする装置が公知となっているが、これは排土板Hが予想外の動きをする危険性があり、排土板Hを制御可能な範囲が上下方向に20cm程度と短いために凹凸の大きな施工面Fには適用できなかった。また、作業機械の操作は移動局の内部の遠隔操作室に設置した操作レバーを用いて行っているが、作業機械2の作業状況を望遠鏡を用いて把握した場合、作業状況を正確に把握するのが困難であった。
【0007】この発明は上記課題を解決するためになされたもので、工期を短くし、凹凸の大きな施工面を平滑にしたり、作業機械を計画線に沿って正確に誘導可能とすると共に、遠隔操作室側で作業機械の作業状況を正確に把握できるようにするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれば、遠隔操作室側に、上下位置表示部を設けた。
【0009】請求項2の発明によれば、遠隔操作室側に、左右位置表示部を設けた。
【0010】請求項3の発明によれば、受光センサによる受光位置に応じた表示を行う表示ライト部を設けて上下位置,左右位置表示部を構成した。
【0011】請求項4の発明によれば、受光センサによる受光位置に応じた音声又は信号音を出力するスピーカを備えた。
【0012】請求項5の発明によれば、遠隔操作室に設置されて作業機械の作業状況をモニタリングするモニタを設け、このモニタ中に、位置関係が受光センサによる受光位置に応じて調整される表示パターンを表示した。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
実施の形態1.図1は本発明の実施の形態1に係わる作業機械管理装置の一例を示す斜視図であり、図2は概略図、図3はブロック図、図4,図5は受光センサの取付け状態を示す図、図6は表示部の取付け状態を示す図、図7,図8は動作説明図であり、図15ないし図16と同じものは同一符号を用いている。各図において、21は走行道路4の上に設置されたエレベータ三脚、22はエレベータ三脚21の上に設けられ、平坦化すべき計画面Sに平行方向となるように作業機械2側へレーザー光等の基準光Mを水平回転して照射する基準光照射部、23は基準光照射部22からの基準光Mを検出する棒状のセンサ部であり、図3,図4に示す如く、縦列のブロックに分割されたフォトセンサ23a〜23eから形成され、支柱24と支持棒25,25とで作業機械2の排土板Hの上縁中央に垂直方向に取付けられる。上記基準光照射部22は基準光Mの水平面に対する傾斜角を自由に調整する調整操作部を有し、この調整操作部の操作及びエレベータ三脚21の操作に基づいて基準光Mの高さ及び傾斜角を設定し得る。本例では、基準光Mを平坦化すべき計画面Sに平行となるように設定する。26はセンサ部23におけるフォトセンサ23a〜23eの中のいずれかのセンサが光を検出しているか否かを判定して、排土板Hの基準光Mに対する上,下位置を判定するレベル検出手段であり、このレベル検出手段26からのレベル信号は制御手段27に出力される。28は回転灯28a〜28eを縦列に並べて棒状となるように一体化した表示部であり、作業機械2の屋根部の前部左,右に垂直方向に2つ植設されるもので、回転灯28a〜28eは制御手段27で制御される点灯回路29の出力に基づき選択的に点灯される。
【0014】図3において、例えば、最上部のフォトセンサ23aが基準光Mを検出すると制御手段27は点灯回路29を制御して最上部の回転灯28aを点灯し、最下部のフォトセンサ23eが基準光Mを検出すると、制御手段27は点灯回路29を制御して最下部の回転灯28eを点灯させる。
【0015】図5に示すように、基準光Mの上,下位置を検出する受光センサとしてのセンサ部23は、センサの長さが100〜200cm程度であり、一体化されたセンサを5つのブロックに分けており、各ブロックの長さは制御手段27で設定しており、各ブロックの長さを遠隔操作で任意に調整できる。この場合、センサ部23は、1つのブロック(フォトダイオード32の集合体)の長さを20〜40cm程度としたフォトセンサ23a〜23eから形成される。さらにセンサ部23の受光高さに対してどの回転灯28a〜28eを点灯させるかの対応関係を、無線又は有線の遠隔操作によって制御手段27で任意に設定でき、予め状況に合わせて上記対応関係を変更可能に構成しても良い。この場合はフォトセンサ23a〜23eが受光した時に回転灯28a〜28eが点灯するように設定している。この場合、四角柱体より成る支柱24の前,後,左,右の4面に、前,後,左,右の4枚の支持板30が取付けられ、この支持板の外側に上記センサ部23が配置される。上記支持板30の上,下側はボルト31,31で支柱24に取付けられる。センサ部23は、支持板30の外側に1cm程度のフォトダイオード32が縦列に100〜200個配置されて形成され、4面に形成されているのでほぼ全ての方向からの近赤外線領域の光(可視光を含む)を感知できる。このフォトダイオード32の外側表面には、基準光Mのみが通過するように、基準光Mの波長と同じ630〜750nmの波長を通過するフィルター材33が被着され形成されている。このフォトダイオード32が基準光Mを受光するとON状態となり、レベル検出手段26で検出されて、制御手段27により点灯回路29が制御されて表示部28が点灯する。
【0016】図6に示す如く、表示部28は高さが10cm程度の回転灯28a〜28eを縦列に配置して構成したもので、作業機械の屋根部から上方向に突出し、回転灯28a〜28eは、それぞれの外側に色分けをした色付きのアクリル板33a〜33eを有して、それぞれ異なる色を発光して、高さを識別しやすくしており、遠くから見ても回転灯28a〜28eのどれが点灯しているかを確実に確認することができる。
【0017】図1において、基地局3内には、遠隔操作室3aが設置されるもので、この遠隔操作室3aにはモニタ3b、第1操作レバー3c、第2操作レバー3dが位置される。上記第1操作レバー3cは、モニタ3bの表示内容を見ながら作業機械2を遠隔操作で操縦し、第2操作レバー3dは上記作業機械2の排土板を正面側からカメラ40aで撮像するためのカメラ車40を遠隔操作で操縦する。なお、作業機械2,カメラ車40,基地局3には、アンテナA1,A2,A3を介して相互に無線通信を行うための無線通信装置27a,40f,3xを搭載しており、第1操作レバー3c及び第2操作レバー3dによる作業機械2の操縦及びカメラ車40の操縦は、この無線通信に基づく遠隔操作によって行われる。また、上記カメラ40aによって撮像される作業機械2の排土板の前面の映像は、カメラ車40の無線通信装置40fでアンテナA2,A3を介して、無線通信で基地局3の無線通信装置3xに送られて、このデータに基づきモニタコントローラ3tによって遠隔操作室3a内のモニタ3bで表示される。また、この表示中には、上記表示部28の点灯状況もやや小さい映像として表示される。
【0018】動作を説明すると、図7(a)に示すように、計画面Sに対し実際の施工面Fに盛上り部Zが生じた場合、この盛上り部Zを排土板Hで前方に排土して均すことで平坦化して施工面Fを計画面Sに近づける必要がある。
【0019】本実施の形態1によれば、盛上り部Zを排土板Hで上の方から徐々に排土していく過程で、当初基準光Mがセンサ部23の最下部のフォトセンサ23eに照射されており、制御手段27の動作により表示部28の最下部の回転灯28eが点灯する。これで、排土板Hが盛上り部Zの比較的上層部を排土していることがわかる。
【0020】前方に盛上り部Zの土を排土していくと、排土板Hが徐々に下部方向に沈んでいくので、基準光Mがセンサ部23の下部の、例えばフォトセンサ23dで検出されて制御手段27の動作により回転灯28dが点灯し表示部28の点灯が上部方向に移っていく。この点灯の変化を見ることで排土が順調に進んでいることがわかる。
【0021】排土板Hの下縁が計画面Sに一致すると、図7(b)に示すように基準光Mがセンサ部23の中央のフォトセンサ23cで検出されて、回転灯28cが点灯するので、これにより盛上り部Zが排土されて計画面Sにその施工面Fが一致したことになる。
【0022】他方、図8(a)に示すように、計画面Sに対し実際の施工面Fの前方に窪地Tが生じた場合、この窪地Tに排土板Hで盛上り部Zからの土を排土して均すことで平坦化して施工面Fを計画面Sに近づける必要がある。この場合、盛上り部からの土を排土板Hで上の方から徐々に盛って補修する過程で、基準光Mはセンサ部23の最上部のフォトセンサ23aに照射されており、制御手段27により表示部28の最上部の回転灯28aが点灯する。これで排土板Hが窪地Tの比較的下側を盛土処理していることがわかる。
【0023】さらに窪地Tに盛上り部Zからの土を盛って補修していくと、排土板Hが徐々に上部方向に上がっていくので、基準光Mがセンサ部23の上部の例えばフォトセンサ23bで検出されて、制御手段27の動作により回転灯28bが点灯し、表示部28の点灯が下部方向に移っていく。この点灯の変化を見ることで補修が順調に進んでいることがわかる。
【0024】排土板Hの下縁が計画面Sに一致すると、図8(b)に示すように基準光Mがセンサ部23の中央のフォトセンサ23cで検出されて、回転灯28cが点灯するので、これにより盛上り部Zが排土されて計画面Sにその施工面Fが一致し、施工部全体を平滑に均すことができる。
【0025】このように、計画面Sに平行な基準光Mを照射する基準光照射部22を施工部近傍に設置し、この基準光Mを受光するセンサ部23を作業機械2の排土板Hの上部に形成し、この受光位置に応じて表示部28を点灯されて、施工面Fが計画面Sに一致するように排土板Hを遠隔操作して排土を行うので、表示部28の点灯位置に応じて排土板Hの位置を遠隔操作すればよく、比較的簡単に操作を行うことができるので、工期を短くすることができる。
【0026】しかも、本実施の形態1では、基地局3内のモニタ3bの表示中に、カメラ40aで撮像された作業機械2の排土板前面が表示され、しかもこの表示中に表示部28も上下位置表示部として表示されているので、この表示状況をオペレータが目視しながら、第1操作レバー3cを操作して作業機械2の進行方向及び排土板の上,下位置を無線通信での遠隔操作で調整できる。しかも、カメラ車40についても、モニタ3bの状況を見ながらの第2操作レバー3dによる操縦が可能である。
【0027】実施の形態2.上記実施の形態1では、排土板Hの上縁に1つのセンサ部23を設けた場合を説明したが、この実施の形態2では、図9に示すように、排土板Hの左,右の上縁にセンサ部23,23を形成し、それぞれの検出位置を左,右の表示部28,28に表示させるようにしても良い。このようにすれば、排土板Hの左側,右側の高さを表示でき、排土板Hを左,右に傾けチルトさせた状態で施工面Fを排土することができ、左,右の凹凸が異なっても施工面Fを計画面Sに一致させて、平滑にすることができる。
【0028】実施の形態3.図10は本発明による作業機械管理装置の他の実施の形態を示す簡単構成図であり、図1と同じものは同一符号を用いている。この場合、遠隔操作室3a内には表示部28と同一の表示を行う表示ライト部50が設けられる。この表示ライト部50は、上,下方向に位置された複数段のライト50a〜50eが位置され、各ライト50a〜50eは、点灯回路50gでセンサ部23の出力信号に基づいて制御されるもので、ライト50a〜50eは表示部28の回転灯28a〜28eのそれぞれに対応して点灯するように構成される。すなわち、制御手段27からは、センサ部23の検出位置に対応するデータが作業機械2に搭載される無線通信装置27aにより、アンテナA1,A3を介して基地局3の無線通信装置3xに伝送された後、点灯回路50gに送信されて表示ライト部50はこのデータに基づきライト50a〜50eのいずれかを点灯させる。この点灯により、表示部28と同じ内容の点灯が確認できるので、排土板Hの上,下関係を正確に把握でき、排土作業をより正確に行える。
【0029】実施の形態4.なお、遠隔操作室3aには図11に示す如く、センサ部23の検出位置に応じた音声あるいは信号音を出力するスピーカ60を設置しても良い。このスピーカ60は上記制御手段27からは、センサ部23の検出位置データが無線通信装置27a,アンテナA1,アンテナA3,無線通信装置3xを介して、スピーカコントローラ60gに送られることに基づき、スピーカコントローラ60gで制御される。このスピーカ60より、センサ部23の検出位置に対応する音声、例えば、「高さレベル1」とか「高さレベル2」とかの音声を出力したり、センサ部23の検出位置が高位置から低位置に変化するに従って高音から低音に変化する信号音を継続して出力したりするように構成することで、スピーカ音で作業機械の作業状況を報知させることができる。
【0030】実施の形態5.また、図12,図13に示す如く、遠隔操作室3a内の排土板Hの表示に重ねて、画像処理部70mにより排土板パターン70a〜70eのいずれかを表示することとし、この排土板パターン70a〜70eを、表示パターンコントローラ70gに基づいてセンサ部23の検出位置に応じて切換え表示するようにしても良い。これによれば、実際の排土板Hのカメラによる撮像表示位置(図13中の実線)と、排土板パターン70a〜70eのいずれかの表示位置との関係により、排土板Hの上,下位置を把握できる。例えば、最下部のセンサ23eが受光して表示部28の回転灯28eが点灯するような状況下では、排土板Hの表示と共に、排土板パターン70eが選択して表示されることにより、排土板Hが比較的高位置にあることが理解できる。最上部のセンサ23aが受光して表示部28の回転灯28aが点灯するような状況下では、排土板パターン70aが選択して表示されるので、排土板Hとの実際の位置との関係から、排土板Hが計画面よりも低位置にあることが理解できる。また、中央のセンサ23cが受光して表示部28の回転灯28cが点灯するような状況下では、排土板パターン70cが表示され、これは実際の排土板Hの表示と上,下関係が重なっているので、計画面に排土板が位置していることが理解できる。
【0031】すなわち、この実施の形態5では、図13に示すように実際の排土板Hの表示(実線の表示)と重ねて、センサ部23の検出位置に応じて高さが変化する排土板パターン70a〜70eのいずれかを表示したので、両表示の相対位置の関係から排土板Hの実際の位置をより正確に判断でき、排土作業を迅速かつ正確に進めることができる。
【0032】なお、図10ないし図12に示す実施の形態では、遠隔操作室3a側の表示内容によってセンサ部23の検出位置に応じた内容を把握できるので、作業機械2に設置する表示部28を省略することもできる。
【0033】実施の形態6.本発明においては、図14に示す如く、作業機械2に搭載するセンサ部23をステー80を用いて排土板Hの上部に水平配置し、これに基準光照射部22から施工面に対し垂直方向に回転する基準光(レーザー光)を発光するようにして、センサ部23におけるフォトセンサ23a〜23eの左右の受光位置に応じて表示部28を点灯させるようにして構成しても良い。基準光照射部22は、作業機械2の計画進路に合致する如く、基準光を照射するように設置されるもので、例えば、基準光Mが左右方向中央のフォトセンサ23cで検出されている場合、中央の回転灯28cが点灯するので、作業機械2の進行方向が、基準光Mの照射方向と合致していることが確認できる。作業機械2が矢印a方向に進行する時に作業機械2が進行方向の左側にずれると仮定すると、基準光Mが、例えばフォトセンサ23aで検知されるので回転灯28aが点灯し、作業機械2が進行方向左側に位置ずれしたことが把握できる。
【0034】このように、左右位置表示部としての表示部28により、作業機械2の左,右位置を示すセンサ部23の基準光Mに対して左,右方向にどの程度ずれたかを判断できるので、例えば、作業機械2の排土板Hで直線状の溝を造成するとか、あるいは作業機械2に搭載した図外の線引き装置により、施工面に対して白線を引くなどして墨入れ等の作業ラインを表記することもできる。
【0035】しかも、本実施の形態6においても、作業機械2を図1〜図13に示したと同様に、基地局3内の遠隔操作室3a側で遠隔操作することとし、かつ、作業機械2をカメラ車40のカメラ40aで撮像して、遠隔操作室3a内のモニタ3bで表示し、第1操作レバー3c及び第2操作レバー3dを用いて作業機械2及びカメラ車40を遠隔操作で操縦するように構成する。この場合も、モニタコントローラ3t,点灯回路50g及び表示ライト部50,スピーカコントローラ60g及びスピーカ60,表示パターンコントローラ70gを遠隔操作室3a内に配置して、センサ部23による検出位置を、モニタを有する遠隔操作室3a側で表示可能としている。これにより、センサ部23の基準光Mからの作業機械2の左,右方向のずれを遠隔操作室3a内で把握できるので、作業機械2の操作をより正確に行える。
【0036】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、遠隔操作室側に作業機械の上下位置表示部を設けたので、遠隔操作室側で作業機械の作業手段の施工部に対する位置関係を正確に確認できて、作業機械を正確に遠隔操作でき、工期の短縮化が図れる。
【0037】請求項2の発明によれば、遠隔操作室側に作業機械の左右位置表示部を設けたので、作業機械の進行方向の位置関係を正確に知ることができ、作業機械を正確に遠隔操作で誘導できる。
【0038】請求項3の発明によれば、遠隔操作室に受光センサによる受光位置に応じた表示を行う表示ライト部を設けたので、作業機械の位置関係の確認が容易となる。
【0039】請求項4の発明によれば、遠隔操作室に、受光センサによる受光位置に応じた音声又は信号音を出力するスピーカを備えたので、作業機械の位置関係の確認を音声,音により行える。
【0040】請求項5の発明によれば、遠隔操作室に設置されて作業機械の作業状況をモニタリングするモニタを設け、このモニタ中に、位置関係が受光センサによる受光位置に応じて調整される表示パターンを表示したので、作業機械の位置関係をより正確に知ることができる。
【出願人】 【識別番号】000001317
【氏名又は名称】株式会社熊谷組
【出願日】 平成11年6月25日(1999.6.25)
【代理人】 【識別番号】100080296
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 純一
【公開番号】 特開2001−4376(P2001−4376A)
【公開日】 平成13年1月12日(2001.1.12)
【出願番号】 特願平11−180123