JP2008208529A

JP2008208529A - バックホウ浚渫船の施工支援システムによる水中施工方法

Info

Publication number: JP2008208529A
Application number: JP2007043519A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Sato; 彰祐佐藤; Yukitomo Hayase; 幸知早瀬; Hideyuki Fujisawa; 秀行藤澤
Original assignee: Ohmoto Gumi Co Ltd
Current assignee: Ohmoto Gumi Co Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】バックホウ浚渫船において、バックホウ３次元刃先座標を比較的簡易で機械的故障の無いセンサー類でトラブルなく精度良く認識でき、水中作業の施工精度・施工能力の向上が図れ、また作業船の規模・形状などの制約を受けることなく、オペレーターの技量に左右されずに良好な水中施工ができる施工支援システムによる水中施工方法を提供する。
【解決手段】バックホウ２の本体、ブーム３・アーム４に設けたセンサー２４、２５でバックホウ刃先座標を３次元で把握し、予め入力した設計データとの差をバックホウ運転室や操船室のオペレーターに認識させて施工を支援する施工支援システム（３次元バックホウコントロールシステム）をバックホウ運転室等に搭載し、バックホウ運転室等の表示画面に表示された設計データとバックホウの刃先座標に基づいてバックホウを遠隔操作して水中作業を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックホウ浚渫船においてバックホウを施工支援システムにより遠隔操作して浚渫などの水中作業を行う水中施工方法に関するものである。

従来から、バックホウ浚渫船による浚渫などの水中掘削作業は、オペレーターが直接バケット位置を視認することができないため、古くから人為測量（例えばレッド測深）を中心として施工管理を行ってきた。

近年、浚渫船に搭載したバックホウのブーム、アーム、バケット間にそれぞれ角度計やストローク計を設け、これらの計器による演算値とＧＰＳ測位計のほか、喫水計、ピッチ・ロール計、潮位計などの演算値との相関からバケット刃先の３次元位置を算出し、施工に臨んでいる（図５、図６参照）。

図５は、水中均し作業の場合であり、バックホウ浚渫船１のバックホウ２のブーム３・アーム４・バケット５間に角度計１０（エンコーダ等）を設け、バックホウ本体と台船上にＧＰＳ測位計１１、１２を設け、台船前部底面に水中ソナー１３を設けている。図６では、角度計に代えてストローク計１４を設けている。台船前部に喫水計１５が設けられている。

また、陸上の切土・盛土作業に用いる建設機械のバックホウにおいては、ＧＰＳ（全地球測位システム）と各種センサーを組み合わせた３次元バックホウコントロールシステムが開発されている。このシステムは、バックホウの運転席に、ディスプレーとキーボードを有するコントローラーを設置したものであり、搭乗運転を対象としている技術である。

また、このシステムは、バックホウの刃先座標を３次元で把握することによって、予め入力した設計データとの差を運転席のオペレーターに認識させて施工を支援するシステムである。設計データとバックホウの刃先座標は、コントローラーの表示画面に表示され、画面の切替により平面・横断面・縦断面が表示される。

また、本発明に関連する先行技術文献として特許文献１がある。この特許文献１の発明は、浚渫における施工管理方法および装置であり、バックホウ浚渫船上に、ＧＰＳ、傾斜計、バックホウのブーム、アーム、バケット等の各々のシリンダー長さを検出する磁歪式ストローク計、旋回角度計等の計測機器、並びにデータ収集装置や描画用パソコン等の演算・表示機器を装備して、バックホウの爪先の深度の軌跡短時間保持可能とし、それを操縦室の表示機器上にリアルタイムに表示するものである。

特開２００４−３３９８７３号公報

しかし、前述のような従来の計測機器によりバケット刃先の３次元位置を把握する方法では、角度計やストローク計、ＧＰＳ測位計、喫水計、ピッチ・ロール計、潮位計、水中ソナーなど、様々な計測機器を用いることや、これらのデータの輻輳に起因する事象が実使用上の障害となっていた。

また、水中土木作業に適用するが故に現実的には、次に示すようなトラブルが発生していた。（1）ストローク計の機械的な故障、水のリールへの巻き込みによる漏電で検知不調、ストローク計の精度低下、ワイヤーの振動、風によるサグの発生の影響など。（2）バックホウ作業に伴う衝撃・振動発生に起因するこれら計測機器の寿命短命化。（3）輻輳データ故のデータ演算処理遅れによる実動作とのタイムラグ発生による施工精度低下および施工能力低下など。

また、作業船の規模や形状毎に、それぞれの特性に沿った計測機器を選択する必要があることから、これら様々な計測機器を組み合わせ、かつ、調整が必要でもあった。これらが果たせて初めて施工システムとして完成したことになる。つまり、単品生産的な側面があり、これらの機器をシステムとして組み上げるためには、多大の労力や費用が必要であった。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたもので、バックホウ浚渫船において、バックホウの３次元刃先座標を比較的簡易で機械的故障の無いセンサー類でトラブルなく精度良く認識することができ、バックホウによる水中作業の施工精度および施工能力の向上が図れ、また作業船の規模・形状などの制約を受けることなく、オペレーターの技量に左右されずに良好な水中施工を行うことができるバックホウ浚渫船の施工支援システムによる水中施工方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る発明は、浚渫船に搭載したバックホウを遠隔操作して水中作業を行う浚渫船の水中施工において、バックホウの本体、ブーム及びアームに設けたセンサー類でバックホウの刃先座標を３次元で把握し、予め入力した設計データとの差をバックホウ運転室または操船室のオペレーターに認識させて施工を支援する施工支援システム（３次元バックホウコントロールシステム等）をバックホウ運転室または操船室に搭載し、バックホウ運転室または操船室の表示画面に表示された設計データとバックホウの刃先座標に基づいてバックホウを遠隔操作して水中作業を行うことを特徴とするバックホウ浚渫船の施工支援システムにおける水中施工方法である。

センサー類には、バックホウ本体に設置したＧＰＳ測位計、バックホウ本体の傾きを検出する傾斜センサー（ピッチセンサー等）、バックホウのブーム・アーム・バケットの傾きを検出するチルトセンサー等を用いる。水中に位置するセンサーは防水ボックス内に収納する。

施工支援システムの３次元バックホウコントロールシステムは、バックホウの運転席に、ディスプレーとキーボードを有するコントローラーを設置し、ＧＰＳ測位計と前記センサーを組み合わせ、バックホウのバケット刃先座標を３次元で把握することによって、予め入力した設計データとの差をオペレーターに認識させて施工を支援するシステムである。設計データとバックホウの刃先座標は、コントローラーの表示画面に表示され、画面の切替により平面・横断面・縦断面が表示される。操船室にコントローラーを配置することもできる。

バックホウ運転室または操船室において、オペレーターが画面表示により設計データとバックホウのバケットの刃先座標をリアルタイムで認識しながら、バックホウを遠隔操作して、水中掘削や水中斜面均し等の水中作業を行う。これにより、施工精度がよく、施工能率のよい水中作業を行うことができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の水中施工方法において、バックホウ運転室または操船室に設置された施工支援システムのコントローラーの表示画面をカメラで撮影し、その映像を遠隔操作室に無線で送信し、この映像に基づいて遠隔操作室のオペレーターがバックホウを遠隔操作して水中施工を行うことを特徴とするバックホウ浚渫船の施工支援システムによる水中施工方法である。

有人の搭乗運転を対象とした施工支援システムの３次元バックホウコントロールシステムを遠隔操作室のオペレーターが扱えるようにした場合であり、無人化施工を図るためには、多大な費用と時間を要する新たな施工支援システムを構築する必要があるが、カメラ等の機材を運転席などに設置するだけで、容易にかつ低コストで、施工支援システムを用いた無人化施工が可能となる。

この無人化施工においては、例えばコントローラーのキーボードに押しボタン式の操作装置を設置し、遠隔操作室からの操作信号により前記操作装置を動作させ、コントローラーを操作する。

アクチュエーターで押しボタンスイッチを上下動させて、キーを押す方式の押しボタン式の操作装置を遠隔操作室からの操作信号により動作させ、コントローラーの平面・横断面・縦断面（それぞれ座標値が表示されている）の画面切替を行う。この操作装置にカメラを取付ける。カメラと操作装置を運転席に設置するだけの簡易な構成で、無人化施工の施工支援システムを容易かつ低コストで構築することができる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。

(1) バックホウの３次元刃先座標を三次元で認識でき、予め入力した設計データとの差をオペレーターに認識させて施工を支援することを目的とする施工支援システムの３次元バックホウコントロールシステムを浚渫船バックホウに搭載するだけで、従来システムと同等以上の機能を発揮でき、しかもセンサーは従来のような機械的動きの無く簡易で機械的故障の無いセンサーを用いることができ、バックホウの３次元刃先座標をトラブルなく精度良く認識することができ、バックホウによる水中作業の施工精度および施工能力の向上が図れる。

(2) 汎用されている施工支援システムの３次元バックホウコントロールシステムを浚渫船バックホウに適用することにより、浚渫船における３次元バックホウコントロールシステムを比較的低コストで構築でき、また作業船の規模・形状などの制約を受けることがない。

(3) 設計データとバックホウ３次元刃先角度をオペレーターがリアルタイムで認識できるため、施工精度・施工能力が向上する。人為測量が不要となり、省人化ともなる。

(4) オペレーターの技量に左右されずに良好な水中施工を行うことができる。

(5) 施工支援システムのコントローラーの表示画面をカメラで撮影し、その映像を遠隔操作室に無線で送信し、この映像に基づいて遠隔操作室のオペレーターがバックホウを遠隔操作して水中施工を行うようにすれば、カメラ等の機材を運転席などに設置するだけで、容易にかつ低コストで、施工支援システムを用いた無人化施工が可能となる。

以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明の施工支援システムによる水中施工方法が適用されるバックホウ浚渫船の一例を示す側面図と平面図である。図２は、本発明で用いる３次元バックホウコントロールシステムを示す図である。図３は、本発明の施工支援システムで無人化施工を実施するための装置の一例を示すバックホウ運転席内の斜視図である。図４は、遠隔操作室のコントローラー表示画面を示す図である。

図１に示すように、バックホウ浚渫船１の台船の前部にはバックホウ２が搭載され、このバックホウ２により水中掘削や水中斜面均し等の水中作業が行われる。また、台船には、操船ウインチ６、スパッド７が設けられている。

本発明では、このようなバックホウ浚渫船１に、図１、図２に示すように、バックホウ施工支援システムである３次元バックホウコントロールシステム２０を用いる。このシステム２０は、バックホウ２に搭載され、コントローラー２１と、ＧＰＳ測位計２２、２３と、センサー２４、２５から構成されている。

図１に示すように、センサー２４は、バックホウ本体の傾きを検出するデジタルピッチセンサー（傾斜計）であり、バックホウ２の本体に設置される。センサー２５は傾きを検出するデジタルチルトセンサー（加速度計等）であり、ブーム３、アーム４およびバケット５に設置され、それぞれの傾きを検出する。水中に位置するデジタルチルトセンサー２５は防水ボックス内に収納する。これらセンサー２４、２５は従来のストローク計のように機械的な動きがないので、これに起因するトラブルは無くなる。ＧＰＳ測位計２２、２３は、バックホウ２に設置される。

図２に示すように、コントローラー２１は、バックホウ２の運転席に設置され、ディスプレー３０と、キーボード３１と、ライトバー３２から構成されている。マスターＧＰＳ測位計２２によりバックホウ（ショベル）２の位置を検出し、スレーブＧＰＳ測位計２３によりバックホウ２の方位角を検出し、センサー２４、２５によりバケット５の３次元位置を検出し、結果をコントローラー２１に画面表示する。バケット位置は、デジタルピッチセンサー２４・デジタルチルトセンサー２５の検出値と、コントローラー２１の入力パラメータを利用して算出される。

このシステム２０は、バックホウのバケット５の刃先座標を３次元で把握することによって、予め入力した設計データとの差を運転席のオペレーターに認識させて施工を支援するものである。設計データとバケット５の刃先座標は、コントローラー２１の表示画面に表示され、画面の切替により平面・横断面・縦断面が表示される。オペレーターが図４に示すような画面表示により設計データとバックホウのバケットの刃先座標をリアルタイムで認識しながら、バックホウ２を遠隔操作して、水中掘削や水中斜面均し等の水中作業を行う。これにより、施工精度がよく、施工能率のよい水中作業を行うことができる。コントローラー２１を操船室８（図１参照）に設置して、操船室８から遠隔操作することも可能である。

以上のような３次元バックホウコントロールシステムは、本来、有人の搭乗運転を対象とした施工支援システムであるが、水上や陸上に配置した遠隔操作室のオペレーターが扱えるようにし、無人化施工を図ることもできる。即ち、図３に示すように、コントローラー２１の表示画面をカメラ４０で撮影し、その映像を遠隔操作室Ａに無線で送信し、この映像に基づいて遠隔操作室Ａのオペレーターがバックホウ２を遠隔操作して施工を行う。図４に示すように、遠隔操作室Ａの表示画面には、掘削ライン、バケットの３次元の刃先座標と、バックホウなど表示され、さらに画面の切替により平面・横断面・縦断面が表示される。

また、図３に示すように、コントローラー２１のキーボード３１の上に押しボタン式の操作装置４１を設置し、遠隔操作室Ａからの操作信号により操作装置４１を動作させ、コントローラー２１の平面・横断面・縦断面の画面切替を行う。操作装置４１はソレノイド方式等のアクチュエーター４２で押しボタンスイッチ４３を上下動させて、キーを押す方式であり、コントローラー２１の横に支持装置４４を固定し、これに操作装置４１を取付ける。カメラ４０は操作装置４１に取付け、表示画面を撮影できるようにする。

遠隔操作室Ａにおいては、オペレーターが画面表示により設計データとバックホウバケットの刃先座標をリアルタイムで認識しながら、バックホウ２を遠隔操作して、水中掘削や水中斜面均し等の水中作業を行う。３次元バックホウコントロールシステム２０を用い、オペレーターが遠隔操作することにより、施工精度がよく、施工能率のよい水中作業を無人化施工で行うことができる。またカメラと操作装置を運転席に設置するだけの簡易な構成で、無人化施工の施工支援システムを容易かつ低コストで構築することができる。

本発明の施工支援システムによる水中施工方法が適用されるバックホウ浚渫船の一例であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。本発明で用いる３次元バックホウコントロールシステムを示す図である。本発明の施工支援システムで無人化施工を実施するための装置の一例を示すバックホウ運転席内の斜視図である。遠隔操作室のコントローラー表示画面を示す図である。従来のバックホウ浚渫船の操作システムを示す斜視図である。従来のバックホウ浚渫船の操作システムの他の例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１……バックホウ浚渫船
２……バックホウ
３……ブーム
４……アーム
５……バケット
６……操船ウインチ
７……スパッド
８……操船室
１０…角度計（従来）
１１、１２…ＧＰＳ測位計（従来）
１３…水中ソナー（従来）
１４…ストローク計（従来）
１５…喫水計（従来）
２０…３次元バックホウコントロールシステム
２１…コントローラー
２２…マスターＧＰＳ測位計
２３…スレーブＧＰＳ測位計
２４…デジタルピッチセンサー
２５…デジタルチルトセンサー
３０…ディスプレー
３１…キーボード
３２…ライトバー
４０…カメラ
４１…押しボタン式の操作装置
４２…アクチュエーター
４３…押しボタンスイッチ
４４…支持装置

Claims

浚渫船に搭載したバックホウを遠隔操作して水中作業を行う浚渫船の水中施工において、
バックホウの本体、ブーム及びアームに設けたセンサー類でバックホウの刃先座標を３次元で把握し、予め入力した設計データとの差をバックホウ運転室または操船室のオペレーターに認識させて施工を支援する施工支援システムをバックホウ運転室または操船室に搭載し、バックホウ運転室または操船室の表示画面に表示された設計データとバックホウの刃先座標に基づいてバックホウを遠隔操作して水中作業を行うことを特徴とするバックホウ浚渫船の施工支援システムによる水中施工方法。
請求項１の水中施工方法において、バックホウ運転室または操船室に設置された施工支援システムのコントローラーの表示画面をカメラで撮影し、その映像を遠隔操作室に無線で送信し、この映像に基づいて遠隔操作室のオペレーターがバックホウを遠隔操作して水中施工を行うことを特徴とするバックホウ浚渫船の施工支援システムによる水中施工方法。