JP2004294067A - 無人化施工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】遠隔操作式建設機械にスキャニングレーザと、バケットに追随して動く反射板を設けることで、レーザ光線の照射で地形の形状と、バケットの動きを検出してモニター画面に重畳表示させて遠隔操作をする無人化施工装置を提供する。
【解決手段】移動局としての遠隔操作式建設機械１２と、この遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための固定局１１とからなる無人化施工装置であって、遠隔操作式建設機械１２に搭載したスキャニングレーザ手段１５と、遠隔操作式建設機械１２のアーム１６先端に設けたレーザ光線を反射させる反射板１８を備え、スキャニングレーザ手段１５は、バケットで作業する対象地形領域２９にレーザ光線を照射させ、その反射光を受光することで対象地形領域の地形データを固定局１１のモニター画面１３に表示すると共に、バケット１７の動きを模擬したバケットデータをモニター画面１３に地形データと共に重畳表示することである。
【選択図】 図１
【解決手段】移動局としての遠隔操作式建設機械１２と、この遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための固定局１１とからなる無人化施工装置であって、遠隔操作式建設機械１２に搭載したスキャニングレーザ手段１５と、遠隔操作式建設機械１２のアーム１６先端に設けたレーザ光線を反射させる反射板１８を備え、スキャニングレーザ手段１５は、バケットで作業する対象地形領域２９にレーザ光線を照射させ、その反射光を受光することで対象地形領域の地形データを固定局１１のモニター画面１３に表示すると共に、バケット１７の動きを模擬したバケットデータをモニター画面１３に地形データと共に重畳表示することである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人化施工装置に関するものであり、詳しくは、スキャニングレーザを作業機械に搭載させ、そのスキャニングレーザから発射されるレーザ光線の反射光を用いて、作業対象物の地形の表示や作業対象物を掘削する作業治具、例えば、バケットに連動して動く反射板で反射したレーザ光線反射光に基いて、バケットの動きを、地形の表示と重畳表示させて、遠隔にいながらにして作業機械を操作するようにした無人化施工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術におけるテレビカメラを利用した無人化施工を施す手法は、バケットと対象物の立体感や距離感を把握することが難しいため、建設機械に搭載したカメラと、建設機械のバケットの作用を横方向から撮像するというカメラ車が特別に必要である。
【０００３】
即ち、図１８に示すように、カメラ１１１を搭載したカメラ車１１２と、油圧ショベル１１５のバケット１１３が作業する様子を撮像することができるカメラ１１４を備えた移動局である油圧ショベル１１５と、カメラ車１１２のカメラ１１１からの映像を受信すると共に、油圧ショベル１１５に搭載されているカメラ１１４で撮像した映像信号を受信する固定局１１７と、から構成されている。
固定局１１７には、カメラ車１１２を移動させると共に、カメラ１１１の位置を上下動或いは回転させるように制御する遠隔操作部１１８と、油圧ショベル１１５のバケット１１３を動かして対象物１１６を掘削する制御をする遠隔操作部１１９と、カメラ車１１２のカメラ１１１の映像及び油圧ショベル１１５のカメラ１１４の映像を映し出すモニター画面１２０とを備えた構成になっている。
【０００４】
このような構成からなる無人化施工装置において、固定局１１７側においては、モニター画面１２０に映し出される映像をみながら、油圧ショベル１１５を駆動させる前に、油圧ショベル１１５の近傍位置にカメラ車１１２を配置する。そして、カメラ車１１２のカメラ１１１を駆動させ、油圧ショベル１１５を撮像して、その映像をモニター画面１２０に映し出すと共に、油圧ショベル１１５に搭載したカメラ１１４を駆動させて、油圧ショベル１１５のバケット１１３を撮像して、所望の対象物１１６の掘削等をモニター画面１２０に写し出すことで油圧ショベル１１５を遠隔制御する。
図１９に示すものは、油圧ショベル１１５に搭載したカメラ１１４からの映像を示したもので、バケット１１３の略後方から撮像し、対象物１１６を掘削する様子をモニター画面１２０に映し出している。
図２０に示すものは、カメラ車１１２のカメラ１１１で油圧ショベル１１５を撮像したもので、油圧ショベル１１５の横方向から主に対象物１１６を掘削するバケット１１３の動く様子を撮像し、モニター画面１２０に映し出している。
【０００５】
又、テレビ画像だけでは立体感や距離感覚を把握するのが難しいことを解決する手法として、油圧ショベルの各アームの可動部へポテンションなどを設けて角度を検出し演算することで先端バケットの位置を求めるポテンション手法がある。
このポテンション手法は、図２１に示すように、油圧ショベル１２１において、第１のアーム１２２の可動部の基部位置に第１のポテンション１２３、第１のアーム１２２と第２のアーム１２４が接続する中間の折曲がる位置に第２のポテンション１２５、バケット１２６が取付けられる位置に第３のポテンション１２７を備える。
そして、この第１、第２及び第３のポテンション１２３、１２５、１２７からの位置信号を解析して、現在の各アームの動きをモニター画面に写し出すことで、現在のバケット１２６の状態と対象物１２８の位置関係を三次元で表示させ、その三次元表示されているものを見て油圧ショベル１２１を駆動させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３３１６３２号公報（第３〜４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した建設機械である油圧ショベルやカメラ車に搭載されているカメラで撮像した映像信号を解析して、モニターに表示させる手法であると、カメラの搭載、そのカメラで撮像したデータを送信する制御部等の構成が複雑になる割には、撮像した映像信号を解析するのに正確且つ精巧に解析する技術を構築するのに膨大な費用がかかり実用的ではないという問題がある。
従って、構成を簡単にすると共に、作業機械の動作を正確に再現できる構成に解決しなければならない課題を有する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本願発明に係る無人化施工装置は、次に示す構成にすることである。
【０００９】
（１）無人化施工装置は、固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、前記遠隔操作式建設機械には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、を備え、前記スキャニングレーザ手段は、前記作業治具で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受光することで対象地形領域の地形データを前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬した作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記地形データと共に重畳表示することである。
（２）又、前記スキャニングレーザ手段は、前記遠隔操作式建設機械の近傍位置にいる建設機械にレーザ光線を照射し、その反射光から、当該建設機械を特定すると共に当該遠隔操作式建設機械からみた建設機械の全体と位置及び向きを前記固定局のモニター画面に表示することを特徴とする（１）に記載の無人化施工装置。
【００１０】
（３）無人化施工装置は、固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、前記遠隔操作式建設機械には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、前記遠隔操作式建設機械の適宜位置に距離を持たせて２本のＧＰＳアンテナを取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段と、前記遠隔操作式建設機械の傾斜を検出する傾斜手段と、を備え、前記スキャニングレーザ手段は、前記作業治具で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、前記傾斜手段で求めた傾斜データと、前記位置方位検出手段で求めた方位データ及び位置データとを組み合わせて三次元地形データを生成して前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬する作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記三次元地形データと共に重畳表示することである。
【００１１】
（４）無人化施工装置は、固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、前記遠隔操作式建設機械には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、前記遠隔操作式建設機械の回転中心位置から外れた適宜位置に１本のＧＰＳアンテナを取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段と、前記遠隔操作式建設機械の傾斜を検出する傾斜手段と、を備え、前記位置方位検出手段は、前記遠隔操作式建設機械を回転させることで中心座標位置を算出し、該中心座標位置から現在の位置との角度から方位データを検出すると共に、回転させたときの位置情報の高低データから傾斜データを算出し、前記スキャニングレーザ手段は、前記バケットで作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、前記位置方位検出手段で求めた方位データと傾斜データとを組み合わせて三次元地形データを生成して前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬する作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記三次元地形データと共に重畳表示することである。
【００１２】
このように、遠隔操作式建設機械にスキャニングレーザ手段と作業治具（例えば、バケット）の動きに追随する反射板とを備え、このスキャニングレーザ手段で、作業目的とする領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を利用して地形をモニター画面に表示させると共に、反射板から反射するレーザ光線から作業治具の動きを検出して、モニター画面に地形と共に重畳表示させることで、正確な作業治具の動きをモニター画面に表示させ、それを見ることで視認でき、正確なバケットによる作業状態を把握することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る無人化施工装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本願発明に係る第１の実施形態の無人化施工装置は、図１及び図２に示すように、固定局１１からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局として機能する遠隔操作式建設機械１２と、遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための、モニター画面１３及び遠隔操作部１４を具備する固定局１１とから構成されている。
そして、遠隔操作式建設機械１２には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、この発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械１２の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段であるスキャンニングレーザ１５を搭載し、遠隔操作式建設機械１２のアーム１６の先端に設けた作業治具、実施例においてバケット１７の移動方向に追随できるように取付けたレーザ光線を反射させる反射板１８を備えた構成になっている。
このスキャニングレーザ１５は、固定局１１と交信する車両コントローラ１９と接続されている。
【００１５】
移動局である遠隔操作式建設機械１２は、実施例の場合、油圧ショベルであり、この油圧ショベル（１２）は、機械を操作するオペレータ室２０と、オペレータ室２０の下部側に位置し、作業領域を移動するための車両部２１と、オペレータ室２０を回転させる回転部２２と、オペレータ室２０の基部位置に取り付けられ、先端に作業治具であるバケット１７を備えたアーム１６とからなる。
アーム１６は、オペレータ室２０の基部位置に取付けられ、上下動に動く第１のアーム２３と、この第１のアーム２３に第１の関節２４で結合されている第２のアーム２５と、第２のアーム２５に第２の関節２６で結合されている第３のアーム２７とからなり、この第３のアーム２７の先端に第４の関節２８を介してバケット１７が取り付けられた構成になっている。このバケット１７は作業内容によって、第４の関節２８から取り外し自在な構成になっている。
【００１６】
このような構成からなる油圧ショベル（１２）において、オペレータ室２０の頂部にスキャニングレーザ１５を前方方向を向いた状態で取付け、且つバケット１７の近傍位置、実施例において第３のアーム２７の下端部位置にレーザ光線を反射する反射板１８を備えた構成になっている。このスキャニングレーザ１５の取付け位置は、高い位置が望ましく、且つ前方方向に出した状態で取付けることで前方測量の視認性が良くなる。
【００１７】
スキャニングレーザ１５は、実施例において計測距離が３０ｍ、計測精度が６〜７ｃｍ、スキャンタイプは１ラインで二次元データを生成し、スキャンタイプは１００°と１８０°が選択できるようになっており、更に、１ラインのスキャニング時間は数秒である。このような機能を有するスキャニングレーザ１５は、スキャンしながらレーザ光線を照射するには、上部の一方向に１ライン照射し、次に、照射した位置から一段下がった方向に移動させて１ライン照射するようにして次々と照射するようにし、そのときの反射光を受光することで、照射した対象地形領域の地形２９を地形データとして得ることができる。
この地形データは、車両コントローラ１９を介して固定局１１に送られ、固定局１１で、この地形データをモニター画面１３に表示させることができるようになっている。
【００１８】
反射板１８は、実際に作業を施すバケット１７の近傍に備えた構成になっており、スキャニングレーザ１５から発射されたレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線をスキャニングレーザ１５で受光することで、バケット１７の位置関係を把握して認識するというものである。
【００１９】
この反射板１８による認識は、スキャニングレーザ１５により得られる形状、動きなどの条件で認識し、反射板１８の位置から想定される位置へバケット１７のサイズや傾きを描き、これを、バケット１７の動きを模擬した作業治具データとして固定局１１に送られ、モニター画面１３に映し出される。
【００２０】
図３は、スキャニングレーザ１５の反射光で捉えた地形２９と、バケット１７との位置関係を固定局１１のモニター画面１３に映し出したもので、バケット１７は、反射板１８で反射されたレーザ光線を受光し、その受光したレーザ光線のパターンと予め設定されているパターンとを比較することで、モニター画面１３に映し出されているようなバケット１７を表示することができる。このパターン等の比較演算は、図示しない固定局１１側で、車両コントローラ１９から送られてくる反射板１８で反射して得られたデータに基いて行う。又、この比較演算は、車両コントローラ１９側で行うようにしてもよい。
【００２１】
この反射板１８から反射されたレーザ光線は、図４に示すように、アーム１６の移動により様々に異なる。従って、予め、アーム１６の移動により変化する反射板１８からの反射レーザ光線を捉えておけば、現在のアーム１６の移動位置及びバケット１７の状態を知ることができる。
【００２２】
図５に示すものは、この反射板の形状と回転した場合の形状変化を示した例であり、例えば、反射板１８が円形状のものである場合に、反射板１８が鉛直方向に位置していてスキャニングレーザ１５と水平位置が同じであれば、そのときの反射されて得られる反射レーザ光線から得るものは、真円かそれに近いものになる。この状態で鉛直方向に移動すれば、反射板１８から得られる形状は楕円形になる。このようにして、オペレータ室２０の回転動作及びアーム１６の移動したときの反射板１８での反射レーザ光線を取得することで、そのときのバケット１７の位置状態を導き出すことができる。この変化する形状に見合ったデータをモニター画面１３に表示させるようにすればよい。
そして、このバケット１７の位置状態からバケット１７の位置を再現させ、且つ以前にスキャニングレーザ１５でスキャンして捉えてある作業する場所の地形２９とを組み合わせることで、現在の作業風景を二次元的に実現することができるのである。
【００２３】
具体的に示すと、図６及び図７に示すように、バケット１７の先端が下方向を向いているときに、図７に示す固定局１１のモニター画面１３にはバケット１７の位置と反射板１８の角度からバケット１７が下方向を向いた状態にして地形２９と共に映し出す。
【００２４】
図８及び図９に示すものは、バケット１７の先端が略前方方向を向き、取入れ口が下方向を向いた状態であり、このときには反射板１８での反射レーザ光線は最小値となる。このときの反射レーザ光線を得ることで、バケット１７の方向位置状態を知ることができ、その時のバケット１７が前方向を向いている状態にして、地形２９との関係をモニター画面１３に映し出す。
【００２５】
このようにして、現在の地形２９の状態とバケット１７との位置関係を同時にモニター画面１３に重畳表示することで、現在のバケット１７の様子を遠隔にいながらにして正確に二次元で再現することができるのである。
【００２６】
次に、無人化施工装置の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
尚、上記の第１の実施形態で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００２７】
第２の実施形態の無人化施工装置は、レーザ光線で得られた対象地形領域の地形データを３次元的に表示するようにしたものであり、図１０に示すように、固定局１１からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局として機能する遠隔操作式建設機械１２と、遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための、モニター画面１３及び遠隔操作部１４を具備する固定局１１とから構成されている。
【００２８】
移動局として機能する遠隔操作式建設機械１２には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、この発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械１２の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段であるスキャニングレーザ１５を搭載し、遠隔操作式建設機械１２のアーム１６の先端に設けた作業治具であるバケット１７の移動方向に追随できるように取付けたレーザ光線を反射させる反射板１８と、遠隔操作式建設機械１２の前後方向に位置をずらした適宜位置に２本の第１及び第２のＧＰＳアンテナ４１、４２を取付け、この第１及び第２のアンテナ４１、４２に接続し、位置と方位を検出する位置方位検出手段である第１及び第２の位置方位検出部４３、４４と、遠隔操作式建設機械１２の傾斜を検出する傾斜手段である傾斜検出部４６と、スキャニングレーザ１５からのデータ、第１及び第２の位置方位検出部４３、４４からのデータ、傾斜検出部４６からのデータのそれぞれを受信し、固定局１１と交信する車両コントローラ１９とを備えた構成になっている。
【００２９】
移動局である遠隔操作式建設機械１２は、上記第１の実施形態で説明したものと同様に、油圧ショベルであり、この油圧ショベル（１２）は、機械を操作するオペレータ室２０と、オペレータ室２０の下部側に位置し、作業領域を移動するための車両部２１と、オペレータ室２０を回転させる回転部２２と、オペレータ室２０の基部位置に取り付けられ、先端に作業治具であるバケット１７を備えたアーム１６とからなる。
アーム１６は、オペレータ室２０の基部位置に取付けられ、上下動に動く第１のアーム２３と、この第１のアーム２３に第１の関節２４で結合されている第２のアーム２５と、第２のアーム２５に第２の関節２６で結合されている第３のアーム２７とからなり、この第３のアーム２７の先端に第４の関節２８を介してバケット１７が取り付けられた構成になっている。このバケット１７は作業内容によって、第４の関節から取り外し自在な構成になっており、バケットのかわりに粉砕アッタチメントのブレカーを取付けることができる構成になっている。
【００３０】
スキャニングレーザ１５は、上記した第１の実施形態で説明したものと同じものであり、油圧ショベル（１２）のオペレータ室２０の頂部に前方方向を向いた状態で取付けられているものであり、前方方向に１ラインの照射した後には、下部方向に一ライン下げて照射することを繰り返し行い、その照射したレーザ光線の反射光を受光する機能を有する。
【００３１】
反射板１８は、実際に作業を施すバケット１７の近傍に備えた構成になっており、スキャニングレーザ１５から発射されたレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線をスキャニングレーザ１５で受光することで、バケット１７の位置関係を把握して認識する。この認識については、上記第１の実施形態で説明したものと同じであるため、その説明は省略する。
【００３２】
第１及び第２の位置方位検出部４３、４４は、油圧ショベル（１２）の車体の位置と方位を検出するもので、２つの第１及び第２のＧＰＳアンテナ４１、４２を用いて位置と方位を算出するようになっている。
この位置と方位の算出は、第１及び第２のＧＰＳアンテナ４１、４２の物理的な位置の差を利用して、例えば後部側の第２のＧＰＳアンテナ４２で得れた位置情報を基準にして、前部側の第１のＧＰＳアンテナ４１で得られた位置情報を比較することで、油圧ショベル（１２）の回転している角度を算出して方位を決定することができる。
又、位置は、後部側の第２のＧＰＳアンテナ４２から得られた位置情報により、当該油圧ショベル（１２）の位置がわかり、その位置からどの位離れた位置にバケット１７があるかは、建設機械の設計寸法から容易に割り出せるため、バケット１７の絶対位置も算出することができる。尚、基準となるＧＰＳアンテナは、前部側の第１のＧＰＳアンテナ４１でも、後部側の第２のＧＰＳアンテナ４２でもよく、要は、両者で得られた位置情報が比較できれば良い。
【００３３】
傾斜検出部４６は、所謂、傾斜計で形成され、車体の傾斜を算出して傾斜データを生成する。
【００３４】
このような構成からなる無人化施工装置において、スキャニングレーザ１５から、バケット１７で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形２９の地形データと、傾斜検出部４６で求めた傾斜データと、第１及び第２の位置方位検出部４３、４４で求めた方位データ及び位置データとを車両コントローラ１９から固定局１１に送出する。このデータを受信した固定局１１において、これらの地形データ、傾斜データ、方位データ及び位置データを組み合わせて三次元地形データを生成する。そして、図１１に示すように、この生成された三次元地形データ（２９）を固定局１１のモニター画面１３に表示する。同時に、反射板１８にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いたバケット１７の動きを模擬した作業治具データをモニター画面１３に三次元地形データと共に重畳表示する。
【００３５】
図１２に示すものは、作業治具であるバケット１７を交換してブレカーにしたときのモニター画面に表示されている様子を示したもので、ブレカーにしても、同じくスキャニングレーザで破砕する地形にレーザ光線を照射し、その反射光から得た地形データに、傾斜データ、方位データ、位置データを組み合わせることで、破砕する地形２９を三次元に表示することができ、同時に、反射板１８で得られたブレカーの動きを模擬した作業治具データを重畳表示させることで、地形２９とブレカー（１７）の関係が画面を見ながら視認できるのである。
【００３６】
次に、本願発明に係る無人化施工装置の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、上記の第１の実施形態で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００３７】
第３の実施形態の無人化施工装置は、図１３及び図１４に示すように、固定局１１からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械１２と、遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための、モニター画面１３及び遠隔操作部１４を具備する固定局１１とから構成されている。
遠隔操作式建設機械１２には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、この発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械１２の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段であるスキャニングレーザ１５を搭載し、この遠隔操作式建設機械１２のアーム１６の先端に設けた作業治具であるバケット１７の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板１８と、遠隔操作式建設機械１２の回転中心位置から外れた適宜位置に１本のＧＰＳアンテナ５０を取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段である位置方位検出部５１と、遠隔操作式建設機械１２の傾斜を検出する傾斜手段である傾斜検出部４６とを備えた構成になっている。
【００３８】
移動局である遠隔操作式建設機械１２は、上記第１の実施形態で説明したものと同様に、油圧ショベルであり、この油圧ショベル（１２）は、機械を操作するオペレータ室２０と、オペレータ室２０の下部側に位置し、作業領域を移動するための車両部２１と、オペレータ室２０を回転させる回転部２２と、オペレータ室２０の基部位置に取り付けられ、先端に作業治具であるバケット１７を備えたアーム１６とからなる。
アーム１６は、オペレータ室２０の基部位置に取付けられ、上下動に動く第１のアーム２３と、この第１のアーム２３に第１の関節２４で結合されている第２のアーム２５と、第２のアーム２５に第２の関節２６で結合されている第３のアーム２７とからなり、この第３のアーム２７の先端に第４の関節２８を介してバケット１７が取り付けられた構成になっている。
【００３９】
スキャニングレーザ１５は、上記した第１の実施形態で説明したものと同じものであり、油圧ショベル（１２）のオペレータ室２０の頂部に前方方向を向いた状態で取付けられているものであり、前方方向に１ラインの照射した後には、下部方向に一ライン下げて照射することを繰り返し行い、その照射したレーザ光線の反射光を受光する機能を有する。
【００４０】
反射板１８は、実際に作業を施すバケット１７の近傍に備えた構成になっており、スキャニングレーザ１５から発射されたレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線をスキャニングレーザ１５で受光することで、バケット１７の位置関係を把握して認識する。この認識については、上記第１の実施形態で説明したものと同じであるため、その説明は省略する。
【００４１】
位置方位検出部５１は、図１５に示すように油圧ショベル（１２）を回転させたときにＧＰＳアンテナ５０で得た位置情報に基いて中心座標位置を算出する。この中心座標位置が油圧ショベル（１２）の中心位置、具体的には、オペレータ室２０の略中心位置に相当する。これはＧＰＳアンテナ５０がオペレータ室２０の略中心位置から外れた位置に設置されているため、油圧ショベル（１２）を左右のどちらかに回転させることで、その回転する毎に得られた位置情報による円の軌跡を生成することができ、その円の中心が中心座標位置になるのである。
【００４２】
このようにして、中心座標位置が求められると、今度は、図１６に示すように、実際の油圧ショベル（１２）が向いている方向を得るために、中心座標位置から現在の位置との角度から方位データを検出する。これは、中心座標位置が決定されると、その中心座標位置から物理的に離れた位置に存在するＧＰＳアンテナ５０の位置で得られた位置情報と中心座標位置情報とを比較することで、方位を求めることができる。
【００４３】
又、上記中心座標位置を求めるために油圧ショベル（１２）を回転したときに、図１４に示すように、回転させたときのＧＰＳアンテナ５０の位置情報の高低データから傾斜データを算出する。
【００４４】
このようにして、ＧＰＳアンテナ５０が一つであっても、ＧＰＳアンテナ５０を設置する位置を油圧ショベル（１２）の中心位置から外した位置に設置し、油圧シャベル１２を回転させたときの位置情報により、油圧シャベル（１２）の位置、方位、傾斜を算出することができるのである。
【００４５】
そして、スキャニングレーザ１５は、バケット１７で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、位置方位検出部５１で求めた方位データと傾斜データとを組み合わせて三次元地形データを生成して固定局１１のモニター画面１３に表示すると共に、反射板１８にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いてバケット１７の動きを固定局１１のモニター画面１３に三次元地形データと共に重畳表示させることができるのである。
【００４６】
次に、本願発明に係る無人化施工装置に第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
尚、上記の第１の実施形態で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００４７】
第４の実施形態の無人化施工装置は、上記の第１の実施形態で説明したものと同じ構成になっており、図１７に示すように、スキャニングレーザ１５、反射板１８を遠隔操作式建設機械１２、実施例では油圧ショベルに搭載すると共に、スキャニングレーザ１５を用いて、他の作業機械５５、実施例ではダンプカーにレーザ光線を照射し、その反射光のデータをもとに、高さ、サイドの形状などの特徴から、予め登録されている建設機械５５の種類を割り出し、所望の建設機械である場合に、当該油圧ショベル（１２）から見た建設機械５５の全体の容姿と、位置と向きを固定局１１のモニター画面１３に二次元表示するというものである。
【００４８】
このように、油圧ショベル（１２）以外の建設機械５５をスキャニングレーザ１５を用いて検出することで、例えば、油圧ショベル（１２）のバケット１７で掘削した土砂を他の建設機械５５であるダンプカーの荷台に積載するといった作業を遠隔にいてモニター画面１３をみながら正確に遠隔操作できるのである。
【００４９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る無人化施工装置は、遠隔操作式建設機械に、スキャンするスキャニングレーザと、このスキャニングレーザからのレーザ光線を反射する反射板を、アームの先端部に設けた作業治具に追随して動くように取り付けたことで、作業する地形データと実際に作業する作業治具の動いている様子をモニター画面に重畳表示させ、この画面を見ながら遠隔で正確に遠隔操作することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図２】同、遠隔操作式建設機械を上部からみた説明図である。
【図３】同、バットと地形の様子をモニター画面に映し出した様子を示す説明図である。
【図４】同、反射板の移動を検出する様子を示した説明図である。
【図５】同、反射板で反射されたレーザ光線から得られたパターンによる認識を示した説明図である。
【図６】同、バケットの先端が下方向を向いているときの油圧ショベルの様子を示した説明図である。
【図７】同、図６におけるバケットの先端が下方向を向いているときのモニター画面に映し出される様子を示した説明図である。
【図８】同、バケットの先端が水平方向を向いているときの油圧ショベルの様子を示した説明図である。
【図９】同、図８におけるバケットの先端が水平方向を向いているときのモニター画面に映し出される様子を示した説明図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図１１】同、バケットと地形の三次元表示されているモニター画面の説明図である。
【図１２】同、岩の破砕とブレカー位置の三次元表示されているモニター画面の説明図である。
【図１３】本発明に係る第３の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図１４】同、遠隔操作式建設機械の側面からみた全体説明図である。
【図１５】同、遠隔操作式建設機械が回転したときに得る円の軌跡から中心座標位置を求めるための説明図である。
【図１６】同、中心座標位置から方位を検出するための手法を示した説明図である。
【図１７】本発明に係る第４の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図１８】従来技術における、カメラ車を用いた遠隔操作手法を示した説明図である。
【図１９】図１８における油圧ショベルに搭載したカメラからの画像を示した説明図である。
【図２０】図１８における油圧ショベルの横方向から撮像した説明図である。
【図２１】従来技術におけるポテンション方式の遠隔操作式建設機械を示した説明図である。
【符号の説明】
１１；固定局、１２；遠隔操作式建設機械、１３；モニター画面、１４；遠隔操作部、１５；スキャニングレーザ、１６；アーム、１９；車両コントローラ、２０；オペレータ室、２１；車両部、２２；回転部、２３；第１のアーム、２４；第１の関節、２５；第２のアーム、２６；第２の関節、２７；第３のアーム、２８；第３の関節、２９；地形、４１；第１のＧＰＳアンテナ、４２；第２のＧＰＳアンテナ、４３；第１の位置方位検出部、４４；第２の位置方位検出部、４６；傾斜検出部、５０；ＧＰＳアンテナ、５１；位置方位検出部、５５；建設機械。
【発明の属する技術分野】
本発明は、無人化施工装置に関するものであり、詳しくは、スキャニングレーザを作業機械に搭載させ、そのスキャニングレーザから発射されるレーザ光線の反射光を用いて、作業対象物の地形の表示や作業対象物を掘削する作業治具、例えば、バケットに連動して動く反射板で反射したレーザ光線反射光に基いて、バケットの動きを、地形の表示と重畳表示させて、遠隔にいながらにして作業機械を操作するようにした無人化施工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術におけるテレビカメラを利用した無人化施工を施す手法は、バケットと対象物の立体感や距離感を把握することが難しいため、建設機械に搭載したカメラと、建設機械のバケットの作用を横方向から撮像するというカメラ車が特別に必要である。
【０００３】
即ち、図１８に示すように、カメラ１１１を搭載したカメラ車１１２と、油圧ショベル１１５のバケット１１３が作業する様子を撮像することができるカメラ１１４を備えた移動局である油圧ショベル１１５と、カメラ車１１２のカメラ１１１からの映像を受信すると共に、油圧ショベル１１５に搭載されているカメラ１１４で撮像した映像信号を受信する固定局１１７と、から構成されている。
固定局１１７には、カメラ車１１２を移動させると共に、カメラ１１１の位置を上下動或いは回転させるように制御する遠隔操作部１１８と、油圧ショベル１１５のバケット１１３を動かして対象物１１６を掘削する制御をする遠隔操作部１１９と、カメラ車１１２のカメラ１１１の映像及び油圧ショベル１１５のカメラ１１４の映像を映し出すモニター画面１２０とを備えた構成になっている。
【０００４】
このような構成からなる無人化施工装置において、固定局１１７側においては、モニター画面１２０に映し出される映像をみながら、油圧ショベル１１５を駆動させる前に、油圧ショベル１１５の近傍位置にカメラ車１１２を配置する。そして、カメラ車１１２のカメラ１１１を駆動させ、油圧ショベル１１５を撮像して、その映像をモニター画面１２０に映し出すと共に、油圧ショベル１１５に搭載したカメラ１１４を駆動させて、油圧ショベル１１５のバケット１１３を撮像して、所望の対象物１１６の掘削等をモニター画面１２０に写し出すことで油圧ショベル１１５を遠隔制御する。
図１９に示すものは、油圧ショベル１１５に搭載したカメラ１１４からの映像を示したもので、バケット１１３の略後方から撮像し、対象物１１６を掘削する様子をモニター画面１２０に映し出している。
図２０に示すものは、カメラ車１１２のカメラ１１１で油圧ショベル１１５を撮像したもので、油圧ショベル１１５の横方向から主に対象物１１６を掘削するバケット１１３の動く様子を撮像し、モニター画面１２０に映し出している。
【０００５】
又、テレビ画像だけでは立体感や距離感覚を把握するのが難しいことを解決する手法として、油圧ショベルの各アームの可動部へポテンションなどを設けて角度を検出し演算することで先端バケットの位置を求めるポテンション手法がある。
このポテンション手法は、図２１に示すように、油圧ショベル１２１において、第１のアーム１２２の可動部の基部位置に第１のポテンション１２３、第１のアーム１２２と第２のアーム１２４が接続する中間の折曲がる位置に第２のポテンション１２５、バケット１２６が取付けられる位置に第３のポテンション１２７を備える。
そして、この第１、第２及び第３のポテンション１２３、１２５、１２７からの位置信号を解析して、現在の各アームの動きをモニター画面に写し出すことで、現在のバケット１２６の状態と対象物１２８の位置関係を三次元で表示させ、その三次元表示されているものを見て油圧ショベル１２１を駆動させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３３１６３２号公報（第３〜４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した建設機械である油圧ショベルやカメラ車に搭載されているカメラで撮像した映像信号を解析して、モニターに表示させる手法であると、カメラの搭載、そのカメラで撮像したデータを送信する制御部等の構成が複雑になる割には、撮像した映像信号を解析するのに正確且つ精巧に解析する技術を構築するのに膨大な費用がかかり実用的ではないという問題がある。
従って、構成を簡単にすると共に、作業機械の動作を正確に再現できる構成に解決しなければならない課題を有する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本願発明に係る無人化施工装置は、次に示す構成にすることである。
【０００９】
（１）無人化施工装置は、固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、前記遠隔操作式建設機械には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、を備え、前記スキャニングレーザ手段は、前記作業治具で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受光することで対象地形領域の地形データを前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬した作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記地形データと共に重畳表示することである。
（２）又、前記スキャニングレーザ手段は、前記遠隔操作式建設機械の近傍位置にいる建設機械にレーザ光線を照射し、その反射光から、当該建設機械を特定すると共に当該遠隔操作式建設機械からみた建設機械の全体と位置及び向きを前記固定局のモニター画面に表示することを特徴とする（１）に記載の無人化施工装置。
【００１０】
（３）無人化施工装置は、固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、前記遠隔操作式建設機械には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、前記遠隔操作式建設機械の適宜位置に距離を持たせて２本のＧＰＳアンテナを取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段と、前記遠隔操作式建設機械の傾斜を検出する傾斜手段と、を備え、前記スキャニングレーザ手段は、前記作業治具で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、前記傾斜手段で求めた傾斜データと、前記位置方位検出手段で求めた方位データ及び位置データとを組み合わせて三次元地形データを生成して前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬する作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記三次元地形データと共に重畳表示することである。
【００１１】
（４）無人化施工装置は、固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、前記遠隔操作式建設機械には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、前記遠隔操作式建設機械の回転中心位置から外れた適宜位置に１本のＧＰＳアンテナを取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段と、前記遠隔操作式建設機械の傾斜を検出する傾斜手段と、を備え、前記位置方位検出手段は、前記遠隔操作式建設機械を回転させることで中心座標位置を算出し、該中心座標位置から現在の位置との角度から方位データを検出すると共に、回転させたときの位置情報の高低データから傾斜データを算出し、前記スキャニングレーザ手段は、前記バケットで作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、前記位置方位検出手段で求めた方位データと傾斜データとを組み合わせて三次元地形データを生成して前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬する作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記三次元地形データと共に重畳表示することである。
【００１２】
このように、遠隔操作式建設機械にスキャニングレーザ手段と作業治具（例えば、バケット）の動きに追随する反射板とを備え、このスキャニングレーザ手段で、作業目的とする領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を利用して地形をモニター画面に表示させると共に、反射板から反射するレーザ光線から作業治具の動きを検出して、モニター画面に地形と共に重畳表示させることで、正確な作業治具の動きをモニター画面に表示させ、それを見ることで視認でき、正確なバケットによる作業状態を把握することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る無人化施工装置の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本願発明に係る第１の実施形態の無人化施工装置は、図１及び図２に示すように、固定局１１からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局として機能する遠隔操作式建設機械１２と、遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための、モニター画面１３及び遠隔操作部１４を具備する固定局１１とから構成されている。
そして、遠隔操作式建設機械１２には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、この発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械１２の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段であるスキャンニングレーザ１５を搭載し、遠隔操作式建設機械１２のアーム１６の先端に設けた作業治具、実施例においてバケット１７の移動方向に追随できるように取付けたレーザ光線を反射させる反射板１８を備えた構成になっている。
このスキャニングレーザ１５は、固定局１１と交信する車両コントローラ１９と接続されている。
【００１５】
移動局である遠隔操作式建設機械１２は、実施例の場合、油圧ショベルであり、この油圧ショベル（１２）は、機械を操作するオペレータ室２０と、オペレータ室２０の下部側に位置し、作業領域を移動するための車両部２１と、オペレータ室２０を回転させる回転部２２と、オペレータ室２０の基部位置に取り付けられ、先端に作業治具であるバケット１７を備えたアーム１６とからなる。
アーム１６は、オペレータ室２０の基部位置に取付けられ、上下動に動く第１のアーム２３と、この第１のアーム２３に第１の関節２４で結合されている第２のアーム２５と、第２のアーム２５に第２の関節２６で結合されている第３のアーム２７とからなり、この第３のアーム２７の先端に第４の関節２８を介してバケット１７が取り付けられた構成になっている。このバケット１７は作業内容によって、第４の関節２８から取り外し自在な構成になっている。
【００１６】
このような構成からなる油圧ショベル（１２）において、オペレータ室２０の頂部にスキャニングレーザ１５を前方方向を向いた状態で取付け、且つバケット１７の近傍位置、実施例において第３のアーム２７の下端部位置にレーザ光線を反射する反射板１８を備えた構成になっている。このスキャニングレーザ１５の取付け位置は、高い位置が望ましく、且つ前方方向に出した状態で取付けることで前方測量の視認性が良くなる。
【００１７】
スキャニングレーザ１５は、実施例において計測距離が３０ｍ、計測精度が６〜７ｃｍ、スキャンタイプは１ラインで二次元データを生成し、スキャンタイプは１００°と１８０°が選択できるようになっており、更に、１ラインのスキャニング時間は数秒である。このような機能を有するスキャニングレーザ１５は、スキャンしながらレーザ光線を照射するには、上部の一方向に１ライン照射し、次に、照射した位置から一段下がった方向に移動させて１ライン照射するようにして次々と照射するようにし、そのときの反射光を受光することで、照射した対象地形領域の地形２９を地形データとして得ることができる。
この地形データは、車両コントローラ１９を介して固定局１１に送られ、固定局１１で、この地形データをモニター画面１３に表示させることができるようになっている。
【００１８】
反射板１８は、実際に作業を施すバケット１７の近傍に備えた構成になっており、スキャニングレーザ１５から発射されたレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線をスキャニングレーザ１５で受光することで、バケット１７の位置関係を把握して認識するというものである。
【００１９】
この反射板１８による認識は、スキャニングレーザ１５により得られる形状、動きなどの条件で認識し、反射板１８の位置から想定される位置へバケット１７のサイズや傾きを描き、これを、バケット１７の動きを模擬した作業治具データとして固定局１１に送られ、モニター画面１３に映し出される。
【００２０】
図３は、スキャニングレーザ１５の反射光で捉えた地形２９と、バケット１７との位置関係を固定局１１のモニター画面１３に映し出したもので、バケット１７は、反射板１８で反射されたレーザ光線を受光し、その受光したレーザ光線のパターンと予め設定されているパターンとを比較することで、モニター画面１３に映し出されているようなバケット１７を表示することができる。このパターン等の比較演算は、図示しない固定局１１側で、車両コントローラ１９から送られてくる反射板１８で反射して得られたデータに基いて行う。又、この比較演算は、車両コントローラ１９側で行うようにしてもよい。
【００２１】
この反射板１８から反射されたレーザ光線は、図４に示すように、アーム１６の移動により様々に異なる。従って、予め、アーム１６の移動により変化する反射板１８からの反射レーザ光線を捉えておけば、現在のアーム１６の移動位置及びバケット１７の状態を知ることができる。
【００２２】
図５に示すものは、この反射板の形状と回転した場合の形状変化を示した例であり、例えば、反射板１８が円形状のものである場合に、反射板１８が鉛直方向に位置していてスキャニングレーザ１５と水平位置が同じであれば、そのときの反射されて得られる反射レーザ光線から得るものは、真円かそれに近いものになる。この状態で鉛直方向に移動すれば、反射板１８から得られる形状は楕円形になる。このようにして、オペレータ室２０の回転動作及びアーム１６の移動したときの反射板１８での反射レーザ光線を取得することで、そのときのバケット１７の位置状態を導き出すことができる。この変化する形状に見合ったデータをモニター画面１３に表示させるようにすればよい。
そして、このバケット１７の位置状態からバケット１７の位置を再現させ、且つ以前にスキャニングレーザ１５でスキャンして捉えてある作業する場所の地形２９とを組み合わせることで、現在の作業風景を二次元的に実現することができるのである。
【００２３】
具体的に示すと、図６及び図７に示すように、バケット１７の先端が下方向を向いているときに、図７に示す固定局１１のモニター画面１３にはバケット１７の位置と反射板１８の角度からバケット１７が下方向を向いた状態にして地形２９と共に映し出す。
【００２４】
図８及び図９に示すものは、バケット１７の先端が略前方方向を向き、取入れ口が下方向を向いた状態であり、このときには反射板１８での反射レーザ光線は最小値となる。このときの反射レーザ光線を得ることで、バケット１７の方向位置状態を知ることができ、その時のバケット１７が前方向を向いている状態にして、地形２９との関係をモニター画面１３に映し出す。
【００２５】
このようにして、現在の地形２９の状態とバケット１７との位置関係を同時にモニター画面１３に重畳表示することで、現在のバケット１７の様子を遠隔にいながらにして正確に二次元で再現することができるのである。
【００２６】
次に、無人化施工装置の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
尚、上記の第１の実施形態で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００２７】
第２の実施形態の無人化施工装置は、レーザ光線で得られた対象地形領域の地形データを３次元的に表示するようにしたものであり、図１０に示すように、固定局１１からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局として機能する遠隔操作式建設機械１２と、遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための、モニター画面１３及び遠隔操作部１４を具備する固定局１１とから構成されている。
【００２８】
移動局として機能する遠隔操作式建設機械１２には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、この発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械１２の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段であるスキャニングレーザ１５を搭載し、遠隔操作式建設機械１２のアーム１６の先端に設けた作業治具であるバケット１７の移動方向に追随できるように取付けたレーザ光線を反射させる反射板１８と、遠隔操作式建設機械１２の前後方向に位置をずらした適宜位置に２本の第１及び第２のＧＰＳアンテナ４１、４２を取付け、この第１及び第２のアンテナ４１、４２に接続し、位置と方位を検出する位置方位検出手段である第１及び第２の位置方位検出部４３、４４と、遠隔操作式建設機械１２の傾斜を検出する傾斜手段である傾斜検出部４６と、スキャニングレーザ１５からのデータ、第１及び第２の位置方位検出部４３、４４からのデータ、傾斜検出部４６からのデータのそれぞれを受信し、固定局１１と交信する車両コントローラ１９とを備えた構成になっている。
【００２９】
移動局である遠隔操作式建設機械１２は、上記第１の実施形態で説明したものと同様に、油圧ショベルであり、この油圧ショベル（１２）は、機械を操作するオペレータ室２０と、オペレータ室２０の下部側に位置し、作業領域を移動するための車両部２１と、オペレータ室２０を回転させる回転部２２と、オペレータ室２０の基部位置に取り付けられ、先端に作業治具であるバケット１７を備えたアーム１６とからなる。
アーム１６は、オペレータ室２０の基部位置に取付けられ、上下動に動く第１のアーム２３と、この第１のアーム２３に第１の関節２４で結合されている第２のアーム２５と、第２のアーム２５に第２の関節２６で結合されている第３のアーム２７とからなり、この第３のアーム２７の先端に第４の関節２８を介してバケット１７が取り付けられた構成になっている。このバケット１７は作業内容によって、第４の関節から取り外し自在な構成になっており、バケットのかわりに粉砕アッタチメントのブレカーを取付けることができる構成になっている。
【００３０】
スキャニングレーザ１５は、上記した第１の実施形態で説明したものと同じものであり、油圧ショベル（１２）のオペレータ室２０の頂部に前方方向を向いた状態で取付けられているものであり、前方方向に１ラインの照射した後には、下部方向に一ライン下げて照射することを繰り返し行い、その照射したレーザ光線の反射光を受光する機能を有する。
【００３１】
反射板１８は、実際に作業を施すバケット１７の近傍に備えた構成になっており、スキャニングレーザ１５から発射されたレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線をスキャニングレーザ１５で受光することで、バケット１７の位置関係を把握して認識する。この認識については、上記第１の実施形態で説明したものと同じであるため、その説明は省略する。
【００３２】
第１及び第２の位置方位検出部４３、４４は、油圧ショベル（１２）の車体の位置と方位を検出するもので、２つの第１及び第２のＧＰＳアンテナ４１、４２を用いて位置と方位を算出するようになっている。
この位置と方位の算出は、第１及び第２のＧＰＳアンテナ４１、４２の物理的な位置の差を利用して、例えば後部側の第２のＧＰＳアンテナ４２で得れた位置情報を基準にして、前部側の第１のＧＰＳアンテナ４１で得られた位置情報を比較することで、油圧ショベル（１２）の回転している角度を算出して方位を決定することができる。
又、位置は、後部側の第２のＧＰＳアンテナ４２から得られた位置情報により、当該油圧ショベル（１２）の位置がわかり、その位置からどの位離れた位置にバケット１７があるかは、建設機械の設計寸法から容易に割り出せるため、バケット１７の絶対位置も算出することができる。尚、基準となるＧＰＳアンテナは、前部側の第１のＧＰＳアンテナ４１でも、後部側の第２のＧＰＳアンテナ４２でもよく、要は、両者で得られた位置情報が比較できれば良い。
【００３３】
傾斜検出部４６は、所謂、傾斜計で形成され、車体の傾斜を算出して傾斜データを生成する。
【００３４】
このような構成からなる無人化施工装置において、スキャニングレーザ１５から、バケット１７で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形２９の地形データと、傾斜検出部４６で求めた傾斜データと、第１及び第２の位置方位検出部４３、４４で求めた方位データ及び位置データとを車両コントローラ１９から固定局１１に送出する。このデータを受信した固定局１１において、これらの地形データ、傾斜データ、方位データ及び位置データを組み合わせて三次元地形データを生成する。そして、図１１に示すように、この生成された三次元地形データ（２９）を固定局１１のモニター画面１３に表示する。同時に、反射板１８にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いたバケット１７の動きを模擬した作業治具データをモニター画面１３に三次元地形データと共に重畳表示する。
【００３５】
図１２に示すものは、作業治具であるバケット１７を交換してブレカーにしたときのモニター画面に表示されている様子を示したもので、ブレカーにしても、同じくスキャニングレーザで破砕する地形にレーザ光線を照射し、その反射光から得た地形データに、傾斜データ、方位データ、位置データを組み合わせることで、破砕する地形２９を三次元に表示することができ、同時に、反射板１８で得られたブレカーの動きを模擬した作業治具データを重畳表示させることで、地形２９とブレカー（１７）の関係が画面を見ながら視認できるのである。
【００３６】
次に、本願発明に係る無人化施工装置の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、上記の第１の実施形態で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００３７】
第３の実施形態の無人化施工装置は、図１３及び図１４に示すように、固定局１１からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械１２と、遠隔操作式建設機械１２を遠隔操作するための、モニター画面１３及び遠隔操作部１４を具備する固定局１１とから構成されている。
遠隔操作式建設機械１２には、スキャンさせてレーザ光線を発射させ、この発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械１２の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段であるスキャニングレーザ１５を搭載し、この遠隔操作式建設機械１２のアーム１６の先端に設けた作業治具であるバケット１７の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板１８と、遠隔操作式建設機械１２の回転中心位置から外れた適宜位置に１本のＧＰＳアンテナ５０を取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段である位置方位検出部５１と、遠隔操作式建設機械１２の傾斜を検出する傾斜手段である傾斜検出部４６とを備えた構成になっている。
【００３８】
移動局である遠隔操作式建設機械１２は、上記第１の実施形態で説明したものと同様に、油圧ショベルであり、この油圧ショベル（１２）は、機械を操作するオペレータ室２０と、オペレータ室２０の下部側に位置し、作業領域を移動するための車両部２１と、オペレータ室２０を回転させる回転部２２と、オペレータ室２０の基部位置に取り付けられ、先端に作業治具であるバケット１７を備えたアーム１６とからなる。
アーム１６は、オペレータ室２０の基部位置に取付けられ、上下動に動く第１のアーム２３と、この第１のアーム２３に第１の関節２４で結合されている第２のアーム２５と、第２のアーム２５に第２の関節２６で結合されている第３のアーム２７とからなり、この第３のアーム２７の先端に第４の関節２８を介してバケット１７が取り付けられた構成になっている。
【００３９】
スキャニングレーザ１５は、上記した第１の実施形態で説明したものと同じものであり、油圧ショベル（１２）のオペレータ室２０の頂部に前方方向を向いた状態で取付けられているものであり、前方方向に１ラインの照射した後には、下部方向に一ライン下げて照射することを繰り返し行い、その照射したレーザ光線の反射光を受光する機能を有する。
【００４０】
反射板１８は、実際に作業を施すバケット１７の近傍に備えた構成になっており、スキャニングレーザ１５から発射されたレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線をスキャニングレーザ１５で受光することで、バケット１７の位置関係を把握して認識する。この認識については、上記第１の実施形態で説明したものと同じであるため、その説明は省略する。
【００４１】
位置方位検出部５１は、図１５に示すように油圧ショベル（１２）を回転させたときにＧＰＳアンテナ５０で得た位置情報に基いて中心座標位置を算出する。この中心座標位置が油圧ショベル（１２）の中心位置、具体的には、オペレータ室２０の略中心位置に相当する。これはＧＰＳアンテナ５０がオペレータ室２０の略中心位置から外れた位置に設置されているため、油圧ショベル（１２）を左右のどちらかに回転させることで、その回転する毎に得られた位置情報による円の軌跡を生成することができ、その円の中心が中心座標位置になるのである。
【００４２】
このようにして、中心座標位置が求められると、今度は、図１６に示すように、実際の油圧ショベル（１２）が向いている方向を得るために、中心座標位置から現在の位置との角度から方位データを検出する。これは、中心座標位置が決定されると、その中心座標位置から物理的に離れた位置に存在するＧＰＳアンテナ５０の位置で得られた位置情報と中心座標位置情報とを比較することで、方位を求めることができる。
【００４３】
又、上記中心座標位置を求めるために油圧ショベル（１２）を回転したときに、図１４に示すように、回転させたときのＧＰＳアンテナ５０の位置情報の高低データから傾斜データを算出する。
【００４４】
このようにして、ＧＰＳアンテナ５０が一つであっても、ＧＰＳアンテナ５０を設置する位置を油圧ショベル（１２）の中心位置から外した位置に設置し、油圧シャベル１２を回転させたときの位置情報により、油圧シャベル（１２）の位置、方位、傾斜を算出することができるのである。
【００４５】
そして、スキャニングレーザ１５は、バケット１７で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、位置方位検出部５１で求めた方位データと傾斜データとを組み合わせて三次元地形データを生成して固定局１１のモニター画面１３に表示すると共に、反射板１８にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いてバケット１７の動きを固定局１１のモニター画面１３に三次元地形データと共に重畳表示させることができるのである。
【００４６】
次に、本願発明に係る無人化施工装置に第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
尚、上記の第１の実施形態で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００４７】
第４の実施形態の無人化施工装置は、上記の第１の実施形態で説明したものと同じ構成になっており、図１７に示すように、スキャニングレーザ１５、反射板１８を遠隔操作式建設機械１２、実施例では油圧ショベルに搭載すると共に、スキャニングレーザ１５を用いて、他の作業機械５５、実施例ではダンプカーにレーザ光線を照射し、その反射光のデータをもとに、高さ、サイドの形状などの特徴から、予め登録されている建設機械５５の種類を割り出し、所望の建設機械である場合に、当該油圧ショベル（１２）から見た建設機械５５の全体の容姿と、位置と向きを固定局１１のモニター画面１３に二次元表示するというものである。
【００４８】
このように、油圧ショベル（１２）以外の建設機械５５をスキャニングレーザ１５を用いて検出することで、例えば、油圧ショベル（１２）のバケット１７で掘削した土砂を他の建設機械５５であるダンプカーの荷台に積載するといった作業を遠隔にいてモニター画面１３をみながら正確に遠隔操作できるのである。
【００４９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る無人化施工装置は、遠隔操作式建設機械に、スキャンするスキャニングレーザと、このスキャニングレーザからのレーザ光線を反射する反射板を、アームの先端部に設けた作業治具に追随して動くように取り付けたことで、作業する地形データと実際に作業する作業治具の動いている様子をモニター画面に重畳表示させ、この画面を見ながら遠隔で正確に遠隔操作することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図２】同、遠隔操作式建設機械を上部からみた説明図である。
【図３】同、バットと地形の様子をモニター画面に映し出した様子を示す説明図である。
【図４】同、反射板の移動を検出する様子を示した説明図である。
【図５】同、反射板で反射されたレーザ光線から得られたパターンによる認識を示した説明図である。
【図６】同、バケットの先端が下方向を向いているときの油圧ショベルの様子を示した説明図である。
【図７】同、図６におけるバケットの先端が下方向を向いているときのモニター画面に映し出される様子を示した説明図である。
【図８】同、バケットの先端が水平方向を向いているときの油圧ショベルの様子を示した説明図である。
【図９】同、図８におけるバケットの先端が水平方向を向いているときのモニター画面に映し出される様子を示した説明図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図１１】同、バケットと地形の三次元表示されているモニター画面の説明図である。
【図１２】同、岩の破砕とブレカー位置の三次元表示されているモニター画面の説明図である。
【図１３】本発明に係る第３の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図１４】同、遠隔操作式建設機械の側面からみた全体説明図である。
【図１５】同、遠隔操作式建設機械が回転したときに得る円の軌跡から中心座標位置を求めるための説明図である。
【図１６】同、中心座標位置から方位を検出するための手法を示した説明図である。
【図１７】本発明に係る第４の実施形態の無人化施工装置を略示的に示した全体説明図である。
【図１８】従来技術における、カメラ車を用いた遠隔操作手法を示した説明図である。
【図１９】図１８における油圧ショベルに搭載したカメラからの画像を示した説明図である。
【図２０】図１８における油圧ショベルの横方向から撮像した説明図である。
【図２１】従来技術におけるポテンション方式の遠隔操作式建設機械を示した説明図である。
【符号の説明】
１１；固定局、１２；遠隔操作式建設機械、１３；モニター画面、１４；遠隔操作部、１５；スキャニングレーザ、１６；アーム、１９；車両コントローラ、２０；オペレータ室、２１；車両部、２２；回転部、２３；第１のアーム、２４；第１の関節、２５；第２のアーム、２６；第２の関節、２７；第３のアーム、２８；第３の関節、２９；地形、４１；第１のＧＰＳアンテナ、４２；第２のＧＰＳアンテナ、４３；第１の位置方位検出部、４４；第２の位置方位検出部、４６；傾斜検出部、５０；ＧＰＳアンテナ、５１；位置方位検出部、５５；建設機械。
Claims (4)
- 固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、
前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、
前記遠隔操作式建設機械には、
スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、
前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、
を備え、
前記スキャニングレーザ手段は、前記作業治具で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受光することで対象地形領域の地形データを前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬した作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記地形データと共に重畳表示することを特徴とする無人化施工装置。 - 前記スキャニングレーザ手段は、前記遠隔操作式建設機械の近傍位置にいる建設機械にレーザ光線を照射し、その反射光から、当該建設機械を特定すると共に当該遠隔操作式建設機械からみた建設機械の全体と位置及び向きを前記固定局のモニター画面に表示することを特徴とする請求項１に記載の無人化施工装置。
- 固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、
前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、
前記遠隔操作式建設機械には、
スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、
前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、
前記遠隔操作式建設機械の適宜位置に距離を持たせて２本のＧＰＳアンテナを取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段と、
前記遠隔操作式建設機械の傾斜を検出する傾斜手段と、
を備え、
前記スキャニングレーザ手段は、前記作業治具で作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、前記傾斜手段で求めた傾斜データと、前記位置方位検出手段で求めた方位データ及び位置データとを組み合わせて三次元地形データを生成して前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬する作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記三次元地形データと共に重畳表示することを特徴とする無人化施工装置。 - 固定局からの遠隔操作により所定の作業を行うように駆動する移動局としての遠隔操作式建設機械と、
前記遠隔操作式建設機械を遠隔操作するための、モニター画面及び遠隔操作部を具備する固定局と、からなる無人化施工装置であって、
前記遠隔操作式建設機械には、
スキャンさせてレーザ光線を発射させ、該発射させたレーザ光線の反射光を受信する機能を有し、当該遠隔操作式建設機械の前方方向にレーザ光線が発射できるように搭載したスキャニングレーザ手段と、
前記遠隔操作式建設機械のアーム先端に設けた作業治具の移動方向に追随できるように取付け、レーザ光線を反射させる反射板と、
前記遠隔操作式建設機械の回転中心位置から外れた適宜位置に１本のＧＰＳアンテナを取付け、位置と方位を検出する位置方位検出手段と、
前記遠隔操作式建設機械の傾斜を検出する傾斜手段と、
を備え、
前記位置方位検出手段は、前記遠隔操作式建設機械を回転させることで中心座標位置を算出し、該中心座標位置から現在の位置との角度から方位データを検出すると共に、回転させたときの位置情報の高低データから傾斜データを算出し、
前記スキャニングレーザ手段は、前記バケットで作業する対象地形領域にレーザ光線を照射させ、その反射光を受信することで対象地形領域の地形データと、前記位置方位検出手段で求めた方位データと傾斜データとを組み合わせて三次元地形データを生成して前記固定局のモニター画面に表示すると共に、前記反射板にレーザ光線を反射させ、その反射したレーザ光線に基いて前記作業治具の動きを模擬する作業治具データを前記固定局のモニター画面に前記三次元地形データと共に重畳表示することを特徴とする無人化施工装置。
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