JP2018146407A - 建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】建築作業機械の回転部材の回転中心を簡単かつ確実に取得する。
【解決手段】油圧ショベル１０に回転可能に配置された上部旋回体１３の回転中心Ｏ１の位置を取得する方法である。回転中心Ｏ１を測定する上部旋回体１３に一つの測定点である施工端部１６ａを設定し（ステップＳＴ２）、回転中心Ｏ１を中心として、上部旋回体１３を回転して、少なくとも３つの異なる測定位置に配置し（ステップＳＴ４，５）、各測定位置において、施工端部１６ａの座標を測量装置で測量し（ステップＳＴ３）、測定した少なくとも３つの座標から前記測定対象部材の回転中心を計算する（ステップＳＴ７）。
【選択図】図２

Description

本発明は建築作業機械における回転する部材の回転中心を取得する方法に関する。

従来、土木、建設分野では、整地、舗装を行うに際し、建設作業機械として油圧ショベルが使用される。近年この油圧ショベルの操作、油圧ショベル本体の移動や上部旋回体、ブーム、アーム、バケットの駆動や回転を、指定した整地形状にあわせて自動的に制御したり、オペレータによる油圧ショベルの操作を補助したりする制御が行われている。このような制御を行うためには、バケットの刃先の位置（座標）を正確に把握しておく必要がある。このためには、上部旋回体、ブーム、アームの寸法や回転中心の位置を正確に測定する必要がある。

図５は従来の回転部材の回転中心取得方法を説明する図であり、（ａ）は油圧ショベルの側面図、（ｂ）は従来の方法による回転中心の取得を示す模式図である。図５（ａ）に示すように。油圧ショベル１０は、クローラ１１を備えた移動部１２、この移動部１２の上に回転中心Ｏ１を中心に旋回可能な上部旋回体１３、この上部旋回体１３に回転中心Ｏ２を中心として回転可能なブーム１４、このブーム１４に回転中心Ｏ３を中心に旋回可能に配置されたアーム１５、このアーム１５に回転中心Ｏ４を旋回駆動可能に配置されたバケット１６を備える。バケット１６の先端は施工端部１６ａであり、自動運転や補助制御には、この施工端部１６ａの位置を正確に取得する必要がある。このため、上部旋回体１３、ブーム１４、アーム１５、バケット１６の寸法や、各回転中心Ｏ１〜Ｏ４の位置を正確に測定し、取得する必要がある。

これらの情報は、一般には油圧ショベル１０の設計図等から取得することができるが、既存の油圧ショベルの中には、設計図等がなかったり、改造が施されたりして、これらの情報が取得できない場合がある。この場合は各部材の寸法や、旋回中心の位置を正確に測定する必要がある。

ここで、ブーム１４、アーム１５、バケット１６の回転中心Ｏ２〜Ｏ４は多くの場合において外部から観察でき、この位置を把握することは容易である。しかし、上部旋回体１３の回転中心Ｏ１は外部から観察できない。また、上部旋回体１３のほかにも回転中心を視認できない場合がある。このような場合には、回体部材の回転中心を迅速かつ正確に把握することは難しい。

このような場合、旋回中心は目分量で位置決めされることが多い。しかし、図５（ｂ）に示すように、この方法では、推定中心Ｏａしか設定でできず、設定した推定中心Ｏａと、実際の回転中心Ｏ１とが一致しないことが多く、回転中心の位置の推定を試行錯誤で繰り返すほかない。

建築作業機械を構成する各部材の旋回中心を取得する方法として、特許文献１には、複数の可動部を介して施工端部を支持する構成にしたアームが建設機械本体に旋回可能に設けられており、複数のポジションセンサーが複数の可動部のそれぞれの状態を検出し、ＧＰＳ用のアンテナがアームの所定位置に設けられ、アンテナの３次元位置情報と複数のポジションセンサーからの出力に基づき、アームの旋回中心の３次元位置を演算する技術が記載されている。

特開２００２−１８１５３９号公報

しかし、特許文献１に記載のものは、建築作業機械に複数のポジションセンサーやＧＰＳ装置を配置する必要があり費用が嵩むほか、測定の手順が煩雑であるいう問題がある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、建築作業機械の回転部材の回転中心を簡単かつ確実に取得することができる建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決する請求項１に記載の発明は建設作業機械に回転可能に配置された部材の回転中心の位置を取得する方法であって、回転中心を測定する測定対象部材に一つの測定点を設定し、前記回転中心を中心として、前記測定対象部材を回転して、少なくとも３つの異なる測定位置に配置し、各測定位置において、前記測定対象部材の測定点の座標を測量装置で測量し、測定した少なくとも３つの座標から前記測定対象部材の回転中心を計算する、ことを特徴とする建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法である。

同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法において、前記測量装置は、自己の位置、測定箇所の方位角、前記測定箇所の俯角又は仰角、及び前記測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力するトータルステーションであることを特徴とする。

同じく請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法において、前記建築作業機械が上部旋回体を備えた油圧ショベルでのあり、前記測定対象部材が上部旋回体であることを特徴とする。

同じく請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法において、前記建築作業機械が上部旋回体に配置された回転中心を中心として揺動可能な腕部材を備えた油圧ショベルであり、前記測定対象部材が前記腕部材であることを特徴とする。

同じく請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法において、計算機に測定結果を入力し、前記計算機が前記測定結果から前記測定対象部材の前記回転中心の座標を演算することを特徴とする。

本発明に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法によれば、建築作業機械の回転部材の回転中心を簡単かつ確実に取得することができる。

即ち、請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法によれば、回転中心を測定する測定対象部材に一つの測定点を設定し、回転中心を中心として、測定対象部材を回転して、少なくとも３つの異なる測定位置に配置し、各測定位置において、測定対象部材の測定点の座標を測量装置で測量し、測定した少なくとも３つの座標から測定対象部材の回転中心を計算する。
よって、測定対象物の回転中心が視認できない場合であっても、簡単かつ確実に測定対象部材の回転中心を取得することができる。

また、請求項２に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法によれば、測量装置は、自己の位置、測定箇所の方位角、測定箇所の俯角又は仰角、及び測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力するトータルステーションである。
よって、建設作業機械の測定点の座標を正確かつ迅速に測定してデジタル出力することができる。

また、請求項３に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法によれば、建築作業機械が上部旋回体を備えた油圧ショベルであり、測定対象部材が上部旋回体である。
よって、油圧ショベルの上部旋回体における回転中心を簡単かつ確実に取得できる。

更に、請求項４に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法によれば、建築作業機械が上部旋回体に配置された回転中心を中心として揺動可能な腕部材を備えた油圧ショベルであり、測定対象部材が腕部材である。
よって、油圧ショベルの腕部材における回転中心を簡単かつ確実に取得できる。

そして、請求項５に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法によれば、計算機に測定結果を入力し、計算機が測定結果から測定対象部材の回転中心の座標を演算する。
よって、演算を自動的に正確かつ迅速に行うことができる。

本発明の実施形態に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法を示す模式図であり、（ａ）油圧ショベルと測量機の配置状態を示す平面図、（ｂ）は測定状態を示す模式図である。 同建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法におけるデータの流れを示すブロック図である。 同建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明のほかの実施形態を示す模式図である。 従来の回転部材の回転中心取得方法を説明する図であり、（ａ）は油圧ショベルの側面図、（ｂ）は従来の方法による回転中心の取得を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法について説明する。図１は本発明の実施形態に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法を示す模式図であり、（ａ）油圧ショベルと測量機の配置状態を示す平面図、（ｂ）は測定状態を示す模式図、図２は同建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法におけるデータの流れを示すブロック図である。

実施形態に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法では、図１及び図５（ａ）に示すように、建設作業機械である油圧ショベル１０の上部旋回体１３を測定対象部材とし、この上部旋回体１３回転中心Ｏ１を取得する。油圧ショベル１０は、クローラ１１を備えた移動部１２と、上部旋回体１３と、ブーム１４と、アーム１５と、バケット１６を備える。上部旋回体１３は回転中心Ｏ１を中心として移動部１２に対して水平面において回転可能（旋回可能）である。また、ブーム１４は、回転中心Ｏ２を中心として上部旋回体１３に対して上下方向に回転（揺動）可能である。同様に、アーム１５は、回転中心Ｏ３を中心としてブーム１４に対して上下方向に回転（揺動）可能である。そして、バケット１６は、回転中心Ｏ４を中心としてアーム１５に対して上下方向に回転（揺動）可能である。

本実施形態では、図１及び図２に示すように、平面に配置した油圧ショベル１０の側方に測量装置２０を配置し、この測量装置２０でバケット１６の施工端部１６ａを測定点として設定する。この測定では、測定対象部材である上部旋回体１３だけを回転駆動し、ブーム１４、アーム１５、バケット１６を駆動しない状態とする。上部旋回体１３を回転させバケット１６を同一円周上の異なる３つの位置に配置する。なお、４箇所以上の配置位置で測定しても差し支えない。なお、図中符号２１は測量装置２０を固定する三脚、符号４０はオペレータを示している。また、測定点は、上部旋回体１３と共に回転する位置、即ち上部旋回体１３、ブーム１４、アーム１５、バケット１６の任意の箇所を測定できる。また、上部旋回体１３の回転中心Ｏ１からの離れるほど測定の精度が上がる。

本実施形態で使用する測量装置２０は、トータルステーションであり、測定箇所の方位角、測定箇所の俯角又は仰角包囲価格、及び測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力する。測量装置２０はミラーやプリズムからの反射光を受信して計測するプリズムモード、及び測定対象部材からの反射光を受信して計測を行うノンプリズムモードでの測定ができる。

この測定により、施工端部１６ａが描く軌跡である旋回円の３箇所（図１（ａ）中（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ））における施工端部１６ａの座標が取得できる。施工端部１６ａの測定は、施工端部１６ａにプリズムを配置して測量装置２０をプリズムモードとして測定できる。なお、施工端部１６ａをノンプリズムモードで測定しても差し支えない。

そして、図２に示すように、これら測定データを計算機３０に入力して、計算機３０にインストールされているソフトウエアにより上部旋回体１３の回転中心Ｏ１の座標を演算する。計算機３０にインストールされているソフトウエアとしては表計算ソフトウエアを使用することができる。

本実施形態に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法における上部旋回体１３の回転中心Ｏ１の取得手法について一つの例を説明する。図１（ｂ）に示すように、施工端部１６ａの３つの測定位置（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）における座標から２つの弦ａ、ｂが特定できる。上部旋回体１３の回転中心Ｏ１は、図２に示すように、弦ａ、ｂの垂直二等分線ｃ、ｄの交点に存在する。計算機３０は、入力された測定データに基づいてこの演算を行う。

次に実施形態に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法の処理について説明する。図３は同建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法の処理の流れを示すフローチャートである。測定に際しては、まず、油圧ショベル１０を平面Ｇに配置する（ステップＳＴ１）。油圧ショベル１０を配置する箇所は水平であることが望ましい。

そして、測定箇所を定める（ステップＳＴ２）。本例では、測定箇所としてバケット１６先端に位置する施工端部１６ａを選択する。施工端部１６ａにプリズムを配置することができる。測量装置２０を配置し、測定を開始する。

まず、初期状態にあるバケット１６の施工端部１６ａを旋回円上の一箇所に配置して測量装置２０により施工端部１６ａの座標を測定する（ステップＳＴ３）。即ち、最初に油圧ショベル１０を配置した状態で測定する。

次いで、測量装置２０による施工端部１６ａの座標測定を、上部旋回体１３を旋回して（ステップＳＴ５）、繰り返し３回以上行う（ステップＳ４）。測定を３回以上行ったら（ステップＳＴ４のＹｅｓ）、測定を終了し（ステップＳＴ６）、測定結果、即ち施工端部１６ａの３箇所における座標を計算機３０のソフトウエアに入力する。座標は（Ｘ，Ｙ、Ｈ）で指定される。計算機３０は、上述した計算を行い（ステップＳＴ７）、上部旋回体１３の回転中心Ｏ１の座標を出力する。

以上のように、本実施形態に係る建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法によれば、容易かつ正確に上部旋回体１３の回転中心の座標を取得できる。これにより、油圧ショベル１０の自動運転制御や、運転支援にこの値を使用して正確な制御を行うことができる。

次に本発明のほかの実施形態について説明する。図４は本発明のほかの実施形態を示す模式図である。この実施形態では、油圧ショベル１０の揺動可能な腕部材であるブーム１４の回転中心Ｏ２を取得する。本実施形態では、ブーム１４に一点１４ａを定め、他の部材を駆動することなくブーム１４だけを回転させ、３箇所（図中（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ））において、ブーム１４の一点１４ａの座標を測定する。これにより、上述した実施形態と同様にブーム１４の回転中心Ｏ２を取得することができる。

なお、他の回転部材、例えばアーム１５、バケット１６に付いても同様に回転中心を取得することができる。

１０：油圧ショベル（建築作業機械）
１１：クローラ
１２：移動部
１３：上部旋回体（測定対象部材）
１４：ブーム
１４ａ：一点
１５：アーム
１６：バケット
１６ａ：施工端部（測定点）
２０：測量装置
３０：計算機

Claims (5)

1. 建設作業機械に回転可能に配置された部材の回転中心の位置を取得する方法であって、
   前記回転中心を測定する測定対象部材に一つの測定点を設定し、
   前記回転中心を中心として、前記測定対象部材を回転して、少なくとも３つの異なる測定位置に配置し、
   各測定位置において、前記測定対象部材の測定点の座標を測量装置で測量し、
   測定した少なくとも３つの座標から前記測定対象部材の回転中心を計算する、
   ことを特徴とする建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法。
2. 前記測量装置は、自己の位置、測定箇所の方位角、前記測定箇所の俯角又は仰角、及び前記測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力するトータルステーションであることを特徴とする請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法。
3. 前記建築作業機械が上部旋回体を備えた油圧ショベルであり、前記測定対象部材が上部旋回体であることを特徴とする請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法。
4. 前記建築作業機械が上部旋回体に配置された前記回転中心を中心として揺動可能な腕部材を備えた油圧ショベルであり、前記測定対象部材が前記腕部材であることを特徴とする請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法。
5. 計算機に測定結果を入力し、前記計算機が前記測定結果から前記測定対象部材の前記回転中心の座標を演算することを特徴とする請求項１に記載の建築作業機械における回転部材の回転中心取得方法。