グラブ浚渫施工支援装置および浚渫方法 - 特開２００６－２７８３０

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【発明の名称】	グラブ浚渫施工支援装置および浚渫方法
【発明者】	【氏名】松田信彦【住所又は居所】東京都千代田区四番町５東亜建設工業株式会社内【氏名】水川達也【住所又は居所】東京都千代田区四番町５東亜建設工業株式会社内
【要約】	【課題】容易に浚渫対象区域の水底を平らに浚渫可能とするグラブ浚渫施工支援装置および浚渫方法を提供する。【解決手段】支持ワイヤ繰出し計１７によって支持ワイヤ６の繰出入れ量を検出するとともに、開閉ワイヤ繰出し計１８によって開閉ワイヤ７の繰出入れ量を検出し、これらの検出データから、バケットの側面方向における刃先位置Ａをデータ処理装置２１によって算出し、このデータ処理装置２１が算出したバケットの側面方向における刃先位置Ａの移動軌跡をリアルタイムで表示装置２０に画像表示して、この移動軌跡をオペレータに把握させながら浚渫するので、刃先位置Ａの移動軌跡に基づいて刃先位置Ａを調整して水平に移動させることができ、容易に水底を平らに浚渫することが可能となる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラブバケット浚渫装置のバケットの刃先位置を画像表示するグラブバケット浚渫施工支援装置であって、前記バケットを上下移動させる支持ワイヤの繰出入れ量を検出する支持ワイヤ繰出し計と、前記バケットを開閉させる開閉ワイヤの繰出入れ量を検出する開閉ワイヤ繰出し計と、前記支持ワイヤ繰出し計および前記開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データから前記バケットの側面方向における刃先位置を算出するデータ処理装置と、前記データ処理装置が算出したバケットの側面方向における刃先位置を画像表示する表示装置とを備え、前記表示装置は、リアルタイムで前記バケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡を画像表示するグラブバケット浚渫施工支援装置。
【請求項２】
さらに、ブーム傾斜計を備えて、前記支持ワイヤおよび前記開閉ワイヤを先端部の滑車を介して支持するクレーンのブームの傾斜角度を該ブーム傾斜計によって検出し、該検出データと前記支持ワイヤ繰り出し計および前記開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データとから、前記データ処理装置がバケットの側面方向における刃先位置を算出するようにした請求項１に記載のグラブバケット浚渫施工支援装置。
【請求項３】
グラブバケット浚渫装置による浚渫方法であって、支持ワイヤ繰出し計によってバケットを上下移動させる支持ワイヤの繰出入れ量を検出するとともに、開閉ワイヤ繰出し計によって前記バケットを開閉させる開閉ワイヤの繰出入れ量を検出し、前記支持ワイヤ繰出し計および前記開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データから、前記バケットの側面方向における刃先位置をデータ処理装置によって算出し、前記データ処理装置が算出したバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡をリアルタイムで表示装置に画像表示して、該移動軌跡を前記グラブバケット浚渫装置オペレータに把握させながら浚渫する浚渫方法。
【請求項４】
さらに、ブーム傾斜計によって、前記支持ワイヤおよび前記開閉ワイヤを先端部の滑車を介して支持するクレーンのブームの傾斜角度を検出し、該検出したデータと前記支持ワイヤ繰り出し計および前記開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データとから、前記データ処理装置がバケットの側面方向における刃先位置を算出するようにした請求項３に記載の浚渫方法。
【請求項５】
前記バケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡を前記グラブバケット浚渫装置オペレータに把握させて、前記バケットが水中を自然沈降している中途で前記バケットの沈降速度を、この自然沈降速度よりも遅くして水底に着底させるようにした請求項３または４に記載の浚渫方法。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラブ浚渫施工支援装置および浚渫方法に関し、さらに詳しくは、容易に浚渫対象区域の水底を平らに浚渫可能とするグラブ浚渫施工支援装置および浚渫方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、海底等をグラブバケットを用いて浚渫する際には、浚渫区域にグラブバケットのバケットを開いた状態で、自然沈降させて、バケットの刃先を水底に貫入させた後にバケットを閉めて浚渫対象の土砂等をバケット内に保持して、水上にすくい上げるようにしていた。
【０００３】
バケットによる浚渫では、バケットの刃先が移動した軌跡の形状で、くぼみ状に浚渫されるので、水底を水平に浚渫するのが困難であり、浚渫対象が所定厚さの土砂層等の場合は余分な土砂をすくい上げることになり、効率が悪いものであった。また、オペレータの経験や技能によっても浚渫精度が大きくばらつくので、常に精度良く浚渫するのが困難であった。
【０００４】
水中カメラや超音波等で水底の状況をモニターしながら浚渫する場合は、浚渫後の水底の状況や、浚渫中の上方からの状況を確認できるが、土砂等に貫入したバケットの刃先位置を確認することができないので、平らに浚渫するのは困難であった。
【０００５】
バケットの先端の到達深度を把握しながら掘削作業を行なえるようにした掘削機および掘削方法としては、深度を計測するワイヤストロークセンサと、バケット開閉度検出器とを用いて、これらの検出値を処理装置で処理してバケットの先端到達深度を算出し、これをリアルタイムで表示装置に表示するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
この提案では、オペレータがリアルタイムでバケットの刃先位置を数値または図形表示によって確認しながら、掘削をすることができる。ところが、バケットによって平らに浚渫するには、バケットを上下移動させるとともにバケットを開閉させて、刃先を水平に移動させることが必要とされる。したがって、この提案のように、リアルタイムで現時点の刃先位置のみが確認できても、バケットの刃先を水平に移動させるのは困難であり、また浚渫精度はオペレータの技能等によってばらつくものであった。
【特許文献１】特許第２６５６７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、容易に浚渫対象区域の水底を平らに浚渫可能とするグラブ浚渫施工支援装置および浚渫方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明のグラブ浚渫施工支援装置は、グラブバケット浚渫装置のバケットの刃先位置を画像表示するグラブバケット浚渫施工支援装置であって、前記バケットを上下移動させる支持ワイヤの繰出入れ量を検出する支持ワイヤ繰出し計と、前記バケットを開閉させる開閉ワイヤの繰出入れ量を検出する開閉ワイヤ繰出し計と、前記支持ワイヤ繰出し計および前記開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データから前記バケットの側面方向における刃先位置を算出するデータ処理装置と、前記データ処理装置が算出したバケットの側面方向における刃先位置を画像表示する表示装置とを備え、前記表示装置は、リアルタイムで前記バケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡を画像表示することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の浚渫方法は、グラブバケット浚渫装置による浚渫方法であって、支持ワイヤ繰出し計によってバケットを上下移動させる支持ワイヤの繰出入れ量を検出するとともに、開閉ワイヤ繰出し計によって前記バケットを開閉させる開閉ワイヤの繰出入れ量を検出し、前記支持ワイヤ繰出し計および前記開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データから、前記バケットの側面方向における刃先位置をデータ処理装置によって算出し、前記データ処理装置が算出したバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡をリアルタイムで表示装置に画像表示して、該移動軌跡を前記グラブバケット浚渫装置オペレータに把握させながら浚渫することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のグラブ浚渫施工支援装置によれば、グラブバケット浚渫装置のバケットの刃先位置を画像表示する装置において、バケットを上下移動させる支持ワイヤの繰出入れ量を検出する支持ワイヤ繰出し計と、バケットを開閉させる開閉ワイヤの繰出入れ量を検出する開閉ワイヤ繰出し計と、この支持ワイヤ繰出し計および開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データからバケットの側面方向における刃先位置を算出するデータ処理装置と、このデータ処理装置が算出したバケットの側面方向における刃先位置を画像表示する表示装置とを備え、この表示装置は、リアルタイムでバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡を画像表示するようにしたので、オペレータは土砂の中にあるバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡をリアルタイムで把握しながら、刃先位置を調整して水平に移動させることができるので、容易に水底を平らに浚渫することができる。
【００１１】
また、支持ワイヤ繰出し計および開閉ワイヤ繰出し計を用いて検出した各ワイヤの繰出入れ量に基づいて刃先位置を算出するようにしたので、簡易な装置となり、コストを抑えることができ、設置も容易である。
【００１２】
本発明の浚渫方法によれば、グラブバケット浚渫装置による浚渫方法において、支持ワイヤ繰出し計によってバケットを上下移動させる支持ワイヤの繰出入れ量を検出するとともに、開閉ワイヤ繰出し計によってバケットを開閉させる開閉ワイヤの繰出入れ量を検出し、この支持ワイヤ繰出し計および開閉ワイヤ繰出し計が検出した検出データから、バケットの側面方向における刃先位置をデータ処理装置によって算出し、このデータ処理装置が算出したバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡をリアルタイムで表示装置に画像表示して、この移動軌跡をグラブバケット浚渫装置のオペレータに把握させながら浚渫することにしたので、オペレータは土砂の中にあるバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡をリアルタイムで把握しながら、刃先位置を調整して水平に移動させることができるので、容易に水底を平らに浚渫することができる。
【００１３】
また、支持ワイヤ繰出し計および開閉ワイヤ繰出し計を用いて検出した各ワイヤの繰出入れ量に基づいて刃先位置を算出するようにしたので、簡易な装置となり、コストを抑えることができ、設置も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のグラブ浚渫施工支援装置および浚渫方法について図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
図１に本発明の浚渫支援施工装置が設置されたグラブバケット浚渫装置１の一例を示す。グラブバケット浚渫装置１は、左右に開閉する一対のバケット２を有しており、上端部を支持ワイヤ６によって吊られている。この支持ワイヤ６は台船１４上のクレーン１２のブーム１３先端の滑車を介して、クレーン１２に装備された支持ワイヤドラム１５に巻回されるようになっている。支持ワイヤドラム１５が回転して支持ワイヤ６が繰出されるとバケット２が下方移動し、反対に支持ワイヤ６が繰入れられるとバケット２が上方移動する。
【００１６】
この支持ワイヤドラム１５には、支持ワイヤ繰出し計１７が設置されていて、支持ワイヤ６の繰出し、繰入れ量が検知できるようになっている。支持ワイヤ繰出し計１７としては、ロータリーエンコーダや光電スイッチ等が用いられる。
【００１７】
また、バケット２には、バケット２を開閉するための開閉ワイヤ７が接続されていて、この開閉ワイヤ７は、クレーン１２のブーム１３先端の滑車を介して、クレーン１２に装備された開閉ワイヤドラム１６に巻回されるようになっている。この開閉ワイヤドラム１６が回転して開閉ワイヤ７が繰出されると一対のバケット２が左右に開くようになっている。反対に、開閉ワイヤ７が繰入れられるとバケット２が閉じることになる。
【００１８】
この開閉ワイヤドラム１６には、開閉ワイヤ繰出し計１８が設置されていて、開閉ワイヤ７の繰出し、繰入れ量が検知できるようになっている。開閉ワイヤ繰出し計１８としては、ロータリーエンコーダや光電スイッチ等が用いられる。
【００１９】
オペレータ室１９には、データ処理装置２１と表示装置２０が設置されている。このデータ処理装置２１は、支持ワイヤ繰出し計１７および開閉ワイヤ繰出し計１８が検出した支持ワイヤ６および開閉ワイヤ７の繰出入れ量のデータからバケット２の側面方向における刃先位置Ａを算出する。具体的な算出方法は、後述する。このデータ処理装置２１は、演算機能と記憶機能とを有しており、グラブバケット浚渫装置１の各部の寸法や浚渫対象区域の水深等のデータが記憶されている。
【００２０】
表示装置２０は、データ処理装置２１が算出したバケットの側面方向における刃先位置Ａの移動軌跡をリアルタイムで表示する。この表示方法についても後述する。
クレーン１２は旋回可能で、ブーム１３は、基端部が軸支されて上下方向に回転可能となっている。このクレーン１２には、ブーム１３の傾斜を検知するブーム傾斜計２３およびクレーン１２の旋回角度を検知する旋回角度計２４が備わっている。台船１４には台船１４の位置を検知するＲＴＫ－ＧＰＳ測定装置２２が２台設置され、台船１４を所定の浚渫場所に位置させることができる。
【００２１】
グラブバケット浚渫装置１の構造の一例を図２に示す。グラブバケット浚渫装置１の上部支持体４には支持ワイヤ６の一端がつながれていて、両端部にはアーム支持軸９によって一対のアーム５が回転可能に軸支されている。このアーム５の下端部はバケット支持軸８によって一対のバケット２の両端部が回転可能に軸支されている。さらに一対のバケット２の中央上部には動滑車である下部滑車１１と一対のバケット２が連結軸３によって回転可能に連結されている。上部支持体４には、定滑車である上部滑車１０が回転自在に設置されていて、開閉ワイヤ７によって下部滑車１１と連動して回転するようになっている。
【００２２】
開閉ワイヤ７が繰出されると下部滑車１１が下方に移動し、一対のバケット２が左右に開口する。即ち、開閉ワイヤ７の繰出入れ量によって、バケット２の開閉角度Ｔが規定される。
【００２３】
以下、バケットの刃先位置Ａの算出およびその位置Ａの表示装置２０への表示のプロセスを図２、図３、図５に基づいて説明する。
【００２４】
図５に示すように、任意の時点のバケット２の側面方向における刃先位置Ａを算出するには、第１～第４のステップが実施される。本実施形態では、バケット２が所定距離降下し、所定角度開いた状態時について説明する。
【００２５】
まず、第１ステップでは、深度位置の初期化を行なう。具体的には、図２に示すようにバケット２を閉じた状態でバケット２の刃先を水面に一致させた後、データ処理装置２１のリセットボタンを押して、支持ワイヤ繰出し計１７および開閉ワイヤ繰出し計１８を初期化する。ここで、このリセットした刃先位置Ａを原点に設定し、この原点に基づいて移動後の刃先位置Ａの座標を確定する。
【００２６】
図中のＬ０はバケット２閉口時の上部滑車１０から下部滑車１１までの高さ（既知データ）、Ｌ１はアーム支持軸９から上部滑車１０までの高さ（既知データ）、Ｌ２は下部滑車１１から連結軸３までの高さ（既知データ）、Ｚ０はバケット２閉口時の刃先位置Ａからアーム支持軸９までの高さ（既知データ）を示している。
【００２７】
第２ステップでは、バケット２が移動した後のアーム支持軸深度ＺＳを算出する。図３に示すように、バケット２の降下のために繰出された支持ワイヤ６の繰出し長さΔＺＳを支持ワイヤ繰出し計１７によって検出し、その検出データに基づいてデータ処理装置２１がアーム支持軸深度ＺＳをＺＳ＝ΔＺＳ－Ｚ０を演算することによって算出する。バケット２を上昇させた場合は、支持軸ワイヤ６の繰入れ長さに基づいて同様にアーム支持軸深度ＺＳを算出する。
【００２８】
第３ステップでは、連結軸深度ＺＫを算出する。バケット２を開くために繰出された開閉ワイヤ７の繰出し長さを開閉ワイヤ繰出し計１８によって検出し、その計測データに基づいてデータ処理装置２１が下部滑車１１の移動距離ΔＬＫを算出する。そして、既知データのＬ０、Ｌ１、Ｌ２を用いてデータ処理装置２１が連結軸深度ＺＫをＺＫ＝ＺＳ＋ΔＬＫ＋Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２を演算することによって算出する。バケット２を閉口させた場合は、開閉ワイヤ７の繰入れ長さに基づいて同様に連結軸深度ＺＫを算出する。
【００２９】
第４ステップでは、バケット２の刃先深度Ｚおよび片側のバケット２の垂線からの開閉角度Ｔを算出し、これに基づいて刃先位置Ａを算出する。開閉角度Ｔの算出には、既に算出したデータから求まるアーム支持軸９から連結軸３までの高さＬＳ＝ＺＫ―ＺＳと、バケット２閉口時の既知寸法であるバケット２の幅方向中心線からアーム支持軸９までの水平距離Ｐ１、アーム支持軸９からバケット支持軸８までの距離Ｐ２、連結軸３からバケット支持軸８までの距離Ｐ３、バケット支持軸８からバケット２の刃先までの距離Ｐ４、連結軸３からバケット２の刃先までの距離Ｐ５のデータに基づいて下式１によりデータ処理装置２１によって演算されて算出される。
【００３０】
【数１】

【００３１】
また、刃先深度ＺはＺ＝ＺＫ＋Ｐ５cosＴによりデータ処理装置２１によって演算されて算出される。そして、刃先位置Ａの原点からの水平方向の距離Ｘは、Ｘ＝Ｐ５sinＴによりデータ処理装置２１によって演算されて算出される。
以上のようにバケット２の刃先深度Ｚと開閉角度Ｔが算出されて、初期設定した原点に対する刃先位置Ａが確定する。この位置データを表示装置２０に送信して画像として表示する。
【００３２】
所定間隔、たとえば１秒ごとのデータを検知、算出して表示するように設定すると、１秒ごとに第２ステップから第４ステップまでを繰り返すことになる。また、表示したデータを所定時間、たとえば１０秒間表示し続けてから消滅するように設定すると直近１０秒前から現時点までのバケットの側面方向における刃先位置Ａの移動軌跡を画像として確認できる。データの検知、算出する間隔を短くすると線状の移動軌跡が表示され、この間隔を長くすると点による移動軌跡が表示されることになる。
【００３３】
このデータを検知、算出する時間間隔や表示データを表示し続ける所定時間は適宜、変更可能としておくのが好ましい。
【００３４】
図４に表示装置２０がバケット２の側面方向における刃先位置Ａの移動軌跡を表示している状態の一例を示す。図４では、バケット２で水底Ｓから所定厚みの浚渫深度Ｄに対して浚渫をしている状況を示しており、点によってバケットの側面方向における刃先位置Ａの移動軌跡を表示している。オペレータは、このような画像によるバケットの刃先位置Ａの移動軌跡、即ち、残像をリアルタイムで確認しながら、バケット２の上下移動および開閉を操作できる。したがって、刃先が土砂の中にあってもバケットの刃先位置Ａが水平移動するようにリアルタイムで調整、修正しながら操作可能となり、容易に水底を平らに浚渫ができるようになる。このようにすれば、オペレータの技能による浚渫精度のばらつきも小さくすることができる。
【００３５】
また、刃先位置Ａを検知するために、支持ワイヤ繰出し計１７および開閉ワイヤ繰出し計１８を用いて、簡易な装置としているので、低コストであり、設置するのも容易である。
【００３６】
図１に示すブーム傾斜計２３によって検出したブーム１３の傾斜角度のデータによって、バケットの刃先位置Ａの原点位置を修正する演算をデータ処理装置２１で行ない、この修正後の原点に基づいて側面方向における刃先位置Ａの移動軌跡をリアルタイムで表示装置２０に表示するようにしてもよい。
【００３７】
このような構成とすれば、ブーム１３の傾斜角度を変える度に、バケット２の刃先を水面に一致させて原点位置の初期化をする必要がなく、ブーム１３の傾斜角度が変化しても正確な刃先位置Ａを表示することができる。
【００３８】
また、バケット２の沈降速度が大きいと水底にバケット２の刃先が貫入することによる土砂等の拡散が大きくなるので、表示装置２０でバケットの刃先位置Ａを確認しながら、水底に刃先が着底する前にバケット２の沈降速度を小さくすることが好ましい。
【００３９】
具体的には、水底上方０．５～５ｍ、好ましくは１ｍ～２ｍの位置で、自重によって自然沈降しているバケット２の支持ワイヤ６の繰出しにブレーキをかけて、自然沈降速度よりも遅く、たとえば０．５～１ｍ／ｓ程度とする。この範囲よりも上方で沈降速度を遅くするとバケット２が着底するまでの時間が長くなるので浚渫作業が遅くなり、この範囲よりも下方で沈降速度を遅くすると、水流の影響によって水底の土砂が拡散する場合がある。したがって、この範囲でバケット２の沈降速度を遅くすると、水底の土砂等の拡散を防ぎつつ、効率のよい浚渫が可能となる。
【００４０】
データ処理装置２１に記憶した水底水深データや支持ワイヤ繰出し計１７が検出した検出データを用いて、データ処理装置２１で演算することでバケットの側面方向における刃先位置Ａの移動軌跡とともに、バケット２の沈降速度や水底までの距離を算出してリアルタイムで表示装置２０に表示することもできる。
【００４１】
さらに、ＲＴＫ－ＧＰＳ測定装置２２および旋回角度計２４の検出した検出データを用いてデータ処理装置２１で演算することによって、平面方向におけるバケットの刃先位置の移動軌跡、即ち、既に浚渫が完了した区域を表示装置２０に画像表示することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のグラブ浚渫施工支援装置を設置したグラブバケット浚渫装置を示す全体概要側面図である。
【図２】本発明のグラブ浚渫施工支援装置によるバケットの側面方向における刃先位置を算出する方法の一例を示す説明図で、バケットが閉じた状態を示す側面図である。
【図３】本発明のグラブ浚渫施工支援装置によるバケットの側面方向における刃先位置を算出する方法の一例を示す説明図で、バケットが沈降し、かつ開いた状態を示す側面図である。
【図４】本発明のグラブ浚渫施工支援装置の表示装置がバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡を表示している状態の一例を示す説明図である。
【図５】本発明のグラブ浚渫施工支援装置によるバケットの側面方向における刃先位置を算出する方法を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４３】
１グラブバケット浚渫装置
２バケット
３連結軸
４上部支持体
５アーム
６支持ワイヤ
７開閉ワイヤ
８バケット支持軸
９アーム支持軸
１０上部滑車
１１下部滑車
１２クレーン
１３ブーム
１４台船
１５支持ワイヤドラム
１６開閉ワイヤドラム
ｌ７支持ワイヤ繰出し計
１８開閉ワイヤ繰出し計
１９オペレータ室
２０表示装置
２１データ処理装置
２２ＲＴＫ－ＧＰＳ測定装置
２３アーム傾斜計
２４旋回角度計
Ａバケットの側面方向における刃先位置

【出願人】	【識別番号】０００２１９４０６【氏名又は名称】東亜建設工業株式会社【住所又は居所】東京都千代田区四番町５
【出願日】	平成１６年７月１６日（２００４．７．１６）
【代理人】	【識別番号】１０００６６８６５【弁理士】【氏名又は名称】小川信一【識別番号】１０００６６８５４【弁理士】【氏名又は名称】野口賢照【識別番号】１０００６８６８５【弁理士】【氏名又は名称】斎下和彦
【公開番号】	特開２００６－２７８３０（Ｐ２００６－２７８３０Ａ）
【公開日】	平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願番号】	特願２００４－２１００３５（Ｐ２００４－２１００３５）