JP2018163114A - Measuring device and measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物の位置を計測する計測装置および計測システムに関する。 The present invention relates to a measuring device and a measuring system for measuring the position of an object.
地中連続壁を構築する際に用いる掘削機として、懸垂型掘削機が知られている。懸垂型掘削機は、ベースマシンからワイヤ等で掘削機本体を懸垂し、掘削機本体を吊下ろしながら掘削機本体に設けたカッタ等で地盤を掘削するものである。 A suspended excavator is known as an excavator used for constructing a continuous underground wall. A suspended excavator hangs an excavator body from a base machine with a wire or the like, and excavates the ground with a cutter or the like provided on the excavator body while the excavator body is suspended.
懸垂型掘削機により地盤を掘削する際には、掘削機本体の姿勢を制御し掘削方向を常に鉛直に保つことが望ましい。そのための手法として、特許文献1では計測用のワイヤを掘削機本体に取付けて、掘削時のワイヤの繰り出し長さを計測したり、ワイヤの水平位置をカメラで計測したりして掘削機本体の位置を計測している。
When excavating the ground with a suspended excavator, it is desirable to control the attitude of the excavator body and keep the excavation direction vertical. As a technique for that purpose, in
また本発明者も、掘削機本体を懸垂するワイヤの位置をカメラ等で測定することによって掘削機本体の位置を計測するシステムを以前出願している(特許文献2参照)。 The present inventor has also filed a system for measuring the position of the excavator body by measuring the position of the wire that suspends the excavator body with a camera or the like (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1の方法ではワイヤの緩み防止の目的から多大なテンションをワイヤに付与する必要があり、そのために非常に大きなトルクモータが必要になり、トルクモータに要するコストやスペース、また安全性の面でも課題がある。
However, in the method of
一方、本出願人による特許文献2のシステムでは上記のようなトルクモータが不要であり、簡便且つ正確に掘削機本体の位置を計測することができる。 On the other hand, the system of Patent Document 2 by the present applicant does not require the torque motor as described above, and can easily and accurately measure the position of the excavator body.
しかしながら、このような懸垂型掘削機では、掘削機本体やこれを懸垂するワイヤが泥はね防止シートで覆われた状態で使用されることがあり、カメラ等でワイヤの位置を測定するのが困難である。また、ワイヤの絡み防止の目的からワイヤがプラスチック製のボックスで被覆されていることもあり、この場合もワイヤの位置をカメラ等で直接測定するのが困難になる。 However, in such a suspended excavator, the excavator body and the wire that suspends the excavator may be used in a state of being covered with a mud splash prevention sheet, and the position of the wire is measured with a camera or the like. Have difficulty. In addition, for the purpose of preventing the entanglement of the wire, the wire may be covered with a plastic box, and in this case, it is difficult to directly measure the position of the wire with a camera or the like.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、掘削機本体等の対象物の位置を容易に計測できる計測装置等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a measuring device that can easily measure the position of an object such as an excavator body.
前述した課題を解決するための第1の発明は、複数の棒状の計測ユニットを上下に接続して構成され、下端部に取付けた対象物の位置を計測する計測装置であって、前記計測ユニットは、前記計測ユニットの傾斜を測定する傾斜測定装置と、前記傾斜測定装置の測定結果を送信する送信部を有し、上下の前記計測ユニットを接続する接続箇所では、上下の前記計測ユニットが前記計測ユニットの長手方向に沿った面内で相対回転可能であり、且つ、上下の前記計測ユニットが少なくとも所定の面内で相対回転可能な接続箇所と、上下の前記計測ユニットが少なくとも前記所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所が存在することを特徴とする計測装置である。
前記計測装置は例えば地盤の掘削時の掘削機本体の位置を計測するものであり、前記計測装置の下端部が前記掘削機本体の外部に取付けられる。
1st invention for solving the subject mentioned above is a measuring device which is constituted by connecting a plurality of bar-shaped measuring units up and down, and measures the position of the object attached to the lower end part, and the measuring unit Has a tilt measuring device for measuring the tilt of the measuring unit, and a transmitter for transmitting the measurement result of the tilt measuring device, and at the connection point connecting the upper and lower measuring units, the upper and lower measuring units are A connecting portion that is relatively rotatable in a plane along the longitudinal direction of the measurement unit, and in which the upper and lower measurement units can be relatively rotated in at least a predetermined plane, and the upper and lower measurement units are at least the predetermined plane. It is a measuring device characterized in that there is a connection location that can be relatively rotated in a plane orthogonal to the.
The measuring device measures, for example, the position of the excavator body during excavation of the ground, and the lower end of the measuring device is attached to the outside of the excavator body.
本発明の計測装置は、計測ユニットの長さと傾斜から求まる計測ユニットごとの変位を積算して計測装置の両端部間の変位を計測することができ、計測装置の端部を対象物に外部から取付けることで、対象物の位置を容易に計測できる。そのため、例えば前記したように懸垂用のワイヤによる掘削機本体の位置測定ができない場合でも、計測装置を掘削機本体に外部から取付けてその位置が容易に計測できるようになる。 The measuring device of the present invention can measure the displacement between both ends of the measuring device by accumulating the displacement of each measuring unit obtained from the length and inclination of the measuring unit. By attaching, the position of the object can be easily measured. Therefore, for example, even when the position of the excavator body cannot be measured using the suspension wire as described above, the position can be easily measured by attaching the measuring device to the excavator body from the outside.
また、上下の計測ユニットを接続する接続箇所については、上下の計測ユニットが所定の面内で相対回転可能な接続箇所と、上下の計測ユニットが所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所が存在するので、計測装置全体がフレキシブルな動きをすることが可能であり、対象物の位置に応じて変形したり、障害物を避けて上方に延びたり、障害物の衝突時の衝撃を和らげたりすることができる。 In addition, with respect to the connection location where the upper and lower measurement units are connected, the connection location where the upper and lower measurement units can be relatively rotated within a predetermined plane and the upper and lower measurement units can be relatively rotated within a plane orthogonal to the predetermined plane. Since there is a connection point, the entire measuring device can move flexibly, deform depending on the position of the object, extend upwards avoiding the obstacle, and impact when the obstacle collides Can be relieved.
前記計測ユニットは、内部に空洞を有する筒体であることが望ましい。
これにより、掘削溝内のソイルセメント等の流動体中に計測装置を配置する場合に、計測ユニットに浮力による上向きの力を働かせて浮かせることができる。その結果、計測装置の緩み防止のために大きなトルクモータ等が不要になる。
The measurement unit is preferably a cylinder having a cavity inside.
Thereby, when arrange | positioning a measuring apparatus in fluids, such as soil cement in a digging ditch, the upward force by a buoyancy can be made to act on a measurement unit, and can be made to float. As a result, a large torque motor or the like is not required to prevent the measuring device from loosening.
また前記空洞に充填体が設置されることが望ましい。
これにより、空洞内に水分等が浸入した場合でも、浮力による上向きの力を確実に働かせることができる。
In addition, it is desirable that a filler is installed in the cavity.
Thereby, even when moisture or the like enters the cavity, an upward force due to buoyancy can be reliably exerted.
前記筒体がポリカーボネイトによって形成されることも望ましい。
計測ユニットにポリカーボネイトを用いることで、軽量で浮力による上向きの力が働きやすく且つ高強度で耐衝撃性に優れたものとなる。
It is also desirable that the cylindrical body is formed of polycarbonate.
By using polycarbonate for the measurement unit, the upward force due to buoyancy is light, easy to work, high strength, and excellent impact resistance.
前記計測装置の上端部に、線材を介してカウンターウェイトが取付けられることも望ましい。
本発明では、上記のように計測ユニットに浮力による上向きの力を働かせる結果、計測装置の緩み防止のための構成はカウンターウェイトを用いた簡易なものとできる。
It is also desirable that a counterweight is attached to the upper end portion of the measuring device via a wire.
In the present invention, as a result of applying an upward force due to buoyancy to the measurement unit as described above, the configuration for preventing the loosening of the measurement device can be simplified using a counterweight.
上下の前記計測ユニットを接続する接続箇所では、上下の前記計測ユニットが相対的に上下移動可能であることが望ましい。
掘削溝内のソイルセメント等の流動体中に計測装置を配置する場合、上記の構成によって上下の計測ユニットの縁を切ることで、計測装置の下降開始時に計測装置全体に瞬間的に加わる静止摩擦抵抗が、計測装置と対象物の接続部に集中的に作用して接続部が破断するのを防ぐことができる。
It is desirable that the upper and lower measurement units are relatively movable up and down at the connection location where the upper and lower measurement units are connected.
When placing the measuring device in a fluid such as soil cement in the excavation groove, static friction is instantaneously applied to the entire measuring device at the start of the descent of the measuring device by cutting the edges of the upper and lower measuring units with the above configuration. It is possible to prevent the resistance from intensively acting on the connecting portion between the measuring device and the object and breaking the connecting portion.
上下の前記計測ユニットの前記傾斜測定装置の間で、電波が、上下の前記計測ユニットの接続箇所および前記計測ユニットの内部を透過して伝送されることが望ましい。
本発明では、上下の計測ユニットの接続箇所や計測ユニットの内部を、電波透過性を有する構成とすることで、上記のように傾斜測定装置の間で電波の伝送を行うことができ、各計測ユニットの傾斜測定装置の間でリレー形式による信号の送受信を行うことが可能になり、簡易な構成で各傾斜測定装置への測定指示や各傾斜測定装置の測定結果の収集を行うことができる。
It is desirable that radio waves are transmitted between the tilt measuring devices of the upper and lower measurement units through the connection locations of the upper and lower measurement units and the inside of the measurement unit.
In the present invention, by connecting the upper and lower measurement units and the inside of the measurement unit with radio wave transmission, radio waves can be transmitted between the tilt measuring devices as described above. It is possible to transmit and receive signals in a relay format between the inclination measurement devices of the units, and it is possible to collect measurement instructions to the inclination measurement devices and collection of measurement results of the inclination measurement devices with a simple configuration.
第2の発明は、第1の発明の計測装置と情報処理装置による計測システムであって、前記情報処理装置は、前記計測装置の下端部に取付けた対象物の位置を、各計測ユニットの長さおよび傾斜を用いて算出することを特徴とする計測システムである。
このように、本発明では計測ユニットの長さと傾斜から情報処理装置によって対象物の位置を好適に算出できる。
A second invention is a measurement system using the measurement device and the information processing device according to the first invention, wherein the information processing device determines the position of the object attached to the lower end of the measurement device by the length of each measurement unit. It is a measurement system characterized by calculating using height and inclination.
Thus, in the present invention, the position of the object can be suitably calculated by the information processing device from the length and inclination of the measurement unit.
本発明により、掘削機本体等の対象物の位置を容易に計測できる計測装置等を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a measuring device that can easily measure the position of an object such as an excavator body.
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
(1.懸垂型掘削機と計測装置1)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る計測装置1を懸垂型掘削機の掘削機本体6に取付けた状態を示す図である。
[First Embodiment]
(1. Suspended excavator and measuring device 1)
FIG. 1 is a view showing a state in which a
計測装置1は、地中連続壁の施工時等に掘削機本体6のカッタ61で地盤7を掘削して掘削溝71を形成する際に用いられる。本実施形態では、地盤7の掘削と並行して掘削機本体6からセメントスラリー等を吐出し、これを掘削土と原位置で撹拌混練してソイルセメント(流動体)を生成しながら地盤7を下方へと掘り進んでゆくものとする。地中連続壁の施工としては、こうして掘削溝71を形成した後、掘削溝71内のソイルセメントに芯材を建て込む手順となる。
The measuring
本実施形態では、掘削機本体6の立面の四隅に1つずつ計4つのカッタ61が設けられており、各カッタ61が水平軸を中心として独立に正逆回転することで地盤7の掘削ができるようになっている。また掘削機本体6の内部には、掘削機本体6の姿勢(傾斜)を計測するための光ファイバジャイロや傾斜計(不図示)が設けられる。ただし光ファイバジャイロは時間経過に伴って誤差が大きくなる傾向があるので、本実施形態では掘削機本体6の平面における向き(方位)をより正確に計測するため、さらに方位角センサ(不図示)なども設けている。
In this embodiment, a total of four
掘削機本体6は吊材5によってベースマシン8から吊り下げられる。吊材5はワイヤ51をプラスチック製の箱状の複数の被覆材52によって連続的に覆った形となっており、これによりワイヤ51の絡みを防止している。吊材5は掘削機本体6の上面の左右両側に取付けられ、これらの吊材5の間には、カッタ駆動用の油圧を掘削機本体6に供給するための複数の油圧ホース9等も設けられる。
The
なお、掘削機本体6の構成や掘削機本体6による地盤7の掘削方法はこれに限らない。掘削溝71内の流動体も掘削方法に応じて異なり、掘削溝71内に水(泥水)や安定液が満たされるケースもある。
In addition, the structure of the
図1に示すように、本実施形態の計測装置1は複数の棒状の計測ユニット10を上下に接続して構成される。計測装置1の下端部は、ボールジョイント等の接続部15によって掘削機本体6(対象物)の外部に球面接続され、自由な挙動が確保される。計測装置1の上端部にはワイヤ3(線材)が接続されており、ワイヤ3を介して後述するカウンターウェイト4が取付けられる。
As shown in FIG. 1, the measuring
図2はベースマシン8の上部を側方から見た図である。図2に示すように、吊材5等(吊材5および油圧ホース9)はベースマシン8の上部に設けたドラム82に巻き付けられており、ドラム82から繰り出された吊材5等がベースマシン8の先頭に保持されたプーリ81に引掛けられて直下の掘削機本体6に接続される。
FIG. 2 is a side view of the upper portion of the base machine 8. As shown in FIG. 2, the
プーリ81やドラム82の回転中心には滑車811、821が取付けられる。前記したワイヤ3はこれらの滑車811、821に引掛けられ、その先端にカウンターウェイト4(錘)が取付けられる。このカウンターウェイト4により計測装置1の緩みが防止される。
(2.計測ユニット10)
図3は計測ユニット10を示す図であり、計測装置1のうち上下に並んだ3つの計測ユニット10を示したものである。なお、以下の説明では、必要に応じて、計測ユニット10を最下段のものから最上段のものへと順に101、102、…10n−1、10n、10n+1、…10m−1、10mと下付き文字を付した符号を用いて区別することがある。
(2. Measurement unit 10)
FIG. 3 is a diagram showing the
図3に示すように、計測ユニット10は上下を塞いだ中空の筒体であり、内部に空洞を有する。そのため、計測ユニット10には掘削溝71内のソイルセメントに対する浮力によって上向きの力が働くようになっている。なお、計測ユニット10の外面には、地盤7の掘削時に土やセメントスラリー等が付着しないようにスプレー等により付着防止材が塗布される。
As shown in FIG. 3, the
計測ユニット10の筒体の材料や形状、大きさ等は、計測ユニット10に上記した上向きの力が働くように種々定めることができる。本実施形態では、比重1の水に対し筒体単体で浮力による上向きの力を確保できるように、筒体の材料や形状、大きさ等を定める。ただし、比重1以上(例えば1.3〜1.4程度)のソイルセメントに対し筒体単体で浮力による上向きの力を確保できるように定めることもできる。
The material, shape, size, and the like of the cylinder of the
筒体の形状は円筒状でもよいし、角筒状のものでもよい。また筒体の材料もある程度の軽さと筒体が自重で撓まない程度の強度を有していればよく、アルミ等の金属や、ポリカーボネイト、ABS(acrylonitrile butadiene styrene)樹脂、PVC(poly
vinyl chloride)樹脂等の樹脂、プラスチック系の各種の新素材などを用いることができる。本実施形態では特にポリカーボネイトを用いるものとする。ポリカーボネイトはアルミの比重の半分以下と軽量であり且つ高い強度を有しており、浮力による上向きの力が働きやすく耐衝撃性の面でも好ましい。なお、後述する電波の伝送路に当たる部分では特にアルミ等の金属は用いず、上記したポリカーボネイトのような電波透過性を有する材料を使用する必要がある。アルミ等の金属はそれ以外の部分に使用可能であるが、比重が大きいので浮力による上向きの力は働きにくくなる。
The cylindrical shape may be cylindrical or rectangular. Also, the cylinder material only needs to have a certain level of lightness and strength that the cylinder does not bend due to its own weight, such as metal such as aluminum, polycarbonate, ABS (acrylonitrile butadiene styrene) resin, PVC (poly
Vinyl chloride) resin and various new plastic materials can be used. In this embodiment, it is assumed that polycarbonate is used. Polycarbonate is light and less than half the specific gravity of aluminum and has high strength, and it is easy to work upward force due to buoyancy, and is also preferable in terms of impact resistance. In addition, it is necessary not to use a metal such as aluminum in the portion corresponding to the radio wave transmission path, which will be described later, but to use a radio wave permeable material such as the above-described polycarbonate. Metals such as aluminum can be used for other parts, but since the specific gravity is large, upward force due to buoyancy is difficult to work.
計測ユニット10の内部の空洞は、上から順に3つの室11、12、13に区画される。また計測ユニット10の上端部の外面にはスライダ14が設けられる。
The cavity inside the
計測ユニット10の最も上の室11には充填体20が設けられる。この室11やその下方の室12は内部に水分等が浸入しないように完全防水仕様となっているが、充填体20は、室11の内部空間を充填体20によって予め埋めておくことで、室11の内部に万が一水分等が浸入した際にも、室11の内部の浸水量を減らし、計測ユニット10に浮力による上向きの力を確保するために設けられる。
A
充填体20の材料や形状、大きさ等は、例えば室11の内部に比重1の水が浸入した際にも計測ユニット10に浮力による上向きの力が働くように種々定めることができ、例えばその重量を体積で割った比重が比重1の水よりも小さくなるようにする。
The material, shape, size, etc. of the filling
本実施形態では、充填体20として上下を塞いだ中空の円筒体または中実の円柱体を用いており、これを発泡スチロールによって形成している。しかしながら、充填体20の材料や形状、大きさ等はこれに限ることはなく、室11の内部に水分等が浸入した際に計測ユニット10に浮力による上向きの力を確保できればよい。例えば上記の充填体20を発泡スチロールの代わりにABS樹脂等で形成することも可能であり、この場合は強度を高めることができる。
In the present embodiment, a hollow cylindrical body or a solid cylindrical body whose upper and lower sides are closed is used as the filling
本実施形態では、浮力による上向きの力を確保するため、計測ユニット10において上記の室11が大部分を占めており、例えば計測ユニット10の長さの2/3以上を占めている。従って、この室11の下方の室12、13は、計測ユニット10の下部において、計測ユニット10の長さの下から1/3以下の範囲に配置される。しかしながら、室11、12、13の配置がこれに限ることはない。
In this embodiment, in order to ensure upward force due to buoyancy, the
計測ユニット10の室12内には傾斜測定装置30が設けられる。傾斜測定装置30からは、上下の室11、13内にアンテナ部材41、42(送信部)が延びている。アンテナ部材41、42は室11、13内の空洞に配置されるが、例えばアンテナ部材41を充填体20の内部に通したりすることも可能である。傾斜測定装置30については後述する。
A
計測ユニット10の最も下の室13、および前記したスライダ14は、上下の計測ユニット10同士を、鉛直面内(計測ユニット10の長手方向に沿った面内)で相対回転可能に接続するために設けられる。
The
すなわち、室13の側壁には所定長さ(例えば100m程度)のスリット131が設けられ、このスリット131に下方の計測ユニット10のスライダ14が取付けられる。
That is, a
スライダ14は、軸141とその先端の頭部142を有し、計測ユニット10の外面に取付けた軸141が上記のスリット131に通され、その先端の頭部142が室13内に配置される。頭部142の幅はスリット131の幅より大きく、スライダ14がスリット131から外れないようになっている。
The
これにより、計測ユニット10とその下方の計測ユニット10が、接続箇所16においてスライダ14の軸方向を中心として鉛直面内で相対回転可能となる。さらに、スライダ14はスリット131に沿って上下移動可能であるため、接続箇所16では、計測ユニット10とその下方の計測ユニット10が相対的に上下移動可能になっている。
As a result, the
本実施形態では、図4(a)に模式的に示すように、1つの計測ユニット10を見た時に、その平面におけるスライダ14の設置位置とスリット131の形成位置は、計測ユニット10の中心に対し90度異なっている。
In this embodiment, as schematically shown in FIG. 4A, when one
従って、図4(b)に模式的に示すように、計測ユニット10nのスライダ14をその上方の計測ユニット10n+1のスリット131に取付け、計測ユニット10nのスリット131にその下方の計測ユニット10n−1のスライダ14を取付けると、計測ユニット10n、10n+1が接続箇所16において相対回転する面P1と、計測ユニット10n、10n−1が接続箇所16において相対回転する面P2とが直交することになる。
Therefore, as schematically shown in FIG. 4 (b), the mounting
その結果、本実施形態では、計測装置1の上下の計測ユニット10の接続箇所16については、ある接続箇所16で上下の計測ユニット10n、10n+1が所定の面内で相対回転可能に接続される場合、その下の接続箇所16では、上下の計測ユニット10n、10n−1が上記所定の面と直交する面内で相対回転可能に接続される、という関係になっている。
As a result, in the present embodiment, the upper and
このように、本実施形態では、上下の計測ユニット10を所定の面内で相対回転可能に接続する接続箇所16と、上下の計測ユニット10を上記所定の面と直交する面内で相対回転可能に接続する接続箇所16が存在するので、計測装置1全体を見た時に図5に示すようにフレキシブルな動きが可能になっている。そのため掘削機本体6の位置に応じて変形したり、掘削溝71内の礫などの障害物73を避けて上方に延びたり、障害物73の衝突時の衝撃を和らげたりすることができる。
Thus, in this embodiment, the
(3.傾斜測定装置30)
図6は傾斜測定装置30の概略を示す図である。傾斜測定装置30は、中空の容器31の内部に傾斜センサ32、電源33、アンテナ部34等を収容したものである。傾斜測定装置30の容器31は完全に密封されており、万が一室12内に水分等が浸入した際にも容器31内への浸入は防止され、傾斜センサ32、電源33、アンテナ部34等の信頼性を確保することができる。
(3. Inclination measuring device 30)
FIG. 6 is a diagram showing an outline of the
傾斜センサ32は公知の傾斜センサであり、例えば、図7に示すように、平面において直交するX、Y方向についての計測ユニット10の傾斜を測定可能なジャイロを適用可能である。計測ユニット10の傾斜は、鉛直方向をZ方向として、X−Z面における傾斜角αとY−Z面における傾斜角βで示される。なお、以下の説明では傾斜センサ32の動作を制御する制御部については説明を省略するが、傾斜センサ32は、その駆動やデータ変換を行う制御部を含むものとして説明する。
The
電源33は傾斜センサ32に電力を供給するものである。アンテナ部34は傾斜センサ32からの信号を送受信するためのものである。
The power source 33 supplies power to the
傾斜測定装置30の容器31の上下面には凹部311が形成される。凹部311はアンテナ部材41、42の外形に対応した形状であり、図6の矢印a、bに示すようにアンテナ部材41、42を挿入することで容易に傾斜測定装置30を組立てることができる。アンテナ部材41、42は傾斜測定装置30の外部に配置されるため、アンテナ部材41、42によって傾斜測定装置30の水密性が悪化することがない。アンテナ部材41、42は棒状の部材であり、例えば鋼棒または鋼管を用いることができる。
容器31の内部において、アンテナ部34は例えば凹部311の周囲に巻き付けられる。そのため、容器31の内外にあるアンテナ部34とアンテナ部材41、42との間で確実に信号の送受信を行うことができる。
Inside the
図3に示すように、上下の計測ユニット10の接続箇所16では、下段の計測ユニット10のアンテナ部材41と上段の計測ユニット10のアンテナ部材42が非接触で近接する。これらのアンテナ部材41、42同士の間で電波が伝送され、非接触で信号を送受信することができる。
As shown in FIG. 3, the
本発明では、信号の送受信にマイクロ波を用いることが望ましい。例えば、周波数が300MHz〜3THzの電波を用いることが望ましく、さらに望ましくは、0.9GHz以上である。このような高周波を用いることで、発振器およびアンテナ部をコンパクトにすることができる。一方、920MHz程度あるいはそれ以下とすることも望ましく、この場合は省電力とできる。 In the present invention, it is desirable to use microwaves for signal transmission and reception. For example, it is desirable to use a radio wave having a frequency of 300 MHz to 3 THz, and more desirably 0.9 GHz or more. By using such a high frequency, the oscillator and the antenna portion can be made compact. On the other hand, it is also desirable to set it to about 920 MHz or less, and in this case, power saving can be achieved.
(4.計測装置1による位置計測)
本実施形態では、図8(a)、(b)に示すように掘削機本体6で地盤7を所定深さ掘り進めるごとに、計測ユニット10の上部に新たな計測ユニット10を継ぎ足してゆく。こうして掘削機本体6による掘削を行うが、その途中で適宜掘削を一旦停止し、計測装置1によって掘削機本体6の位置計測を行う。位置計測を行った後は、再び掘削を開始する。
(4. Position measurement by measuring device 1)
In this embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, each time the
図9に示すように、計測装置1による位置計測を行う際は、情報処理装置2が、有線または無線によって最上部の計測ユニット10mのアンテナ部材41を介して最上部の計測ユニット10mの傾斜測定装置30に測定指示を送信する(矢印A参照)。
As illustrated in FIG. 9, when the position measurement is performed by the
なお、情報処理装置2は制御部、記憶部、入力部、表示部、通信部等を有する通常のコンピュータによって実現でき、本実施形態では情報処理装置2と計測装置1とで掘削機本体6の位置を計測する計測システム100が構成される。
The information processing device 2 can be realized by a normal computer having a control unit, a storage unit, an input unit, a display unit, a communication unit, and the like. In this embodiment, the information processing device 2 and the measuring
情報処理装置2からの測定指示を受信した傾斜測定装置30は、計測ユニット10mのアンテナ部材42、およびその下段の計測ユニット10m−1のアンテナ部材41を介して下段の計測ユニット10m−1の傾斜測定装置30に測定指示を送信する(矢印B参照)。以上を繰り返し、最上段の計測ユニット10mの傾斜測定装置30から最下段の計測ユニット101の傾斜測定装置30へと順に、アンテナ部材41、42を介して測定指示が伝達される(矢印A〜F参照)。
各計測ユニット101〜10mの傾斜測定装置30は、測定指示を受信するとその傾斜センサ32によって各計測ユニット101〜10mの傾斜(図7の傾斜角α、β)を測定する。
最下段の計測ユニット101の傾斜測定装置30は、計測ユニット101の傾斜を測定すると、計測ユニット101の傾斜をアンテナ部材41、およびその上段の計測ユニット102のアンテナ部材42を介して上段の計測ユニット102の傾斜測定装置30に送信する(矢印G参照)。
計測ユニット101の傾斜を受信した上段の計測ユニット102の傾斜測定装置30は、自身の傾斜の測定結果を加えた計測ユニット101、102の傾斜を、計測ユニット102のアンテナ部材41、およびその上段の計測ユニット103のアンテナ部材42を介して上段の計測ユニット103の傾斜測定装置30へと送信する(矢印H参照)。
このように、本実施形態では、計測ユニット10nの傾斜測定装置30が、それより下方にある全ての計測ユニット101〜10n−1の傾斜をその下段の計測ユニット10n−1の傾斜測定装置30から受信し、これに自身の傾斜の測定結果を加えた計測ユニット101〜10nの傾斜をその上段の計測ユニット10n+1に送信する。
Thus, in this embodiment, the
以上の処理を最下段の計測ユニット101の傾斜測定装置30から最上段の計測ユニット10mの傾斜測定装置30まで繰り返し、最終的に全ての計測ユニット101〜10mの傾斜が最上段の計測ユニット10mの傾斜測定装置30から情報処理装置2に送信される(矢印G〜L参照)。それぞれの計測ユニット101〜10mの傾斜の値は、これを測定した傾斜測定装置30のIDと紐づけられており、識別が可能である。
The above processing from the
なお、各傾斜測定装置30の測定指示や測定結果の収集方法はこれに限らない。例えばタイマなどを用いて所定の間隔で自動的に傾斜の測定と測定結果の送信を行うようにしてもよい。また、測定指示と測定結果の送信を別系統で行ってもよい。
In addition, the measurement instruction | indication of each
情報処理装置2には予め各計測ユニット101〜10mの長さLが入力されており、それぞれの計測ユニット101〜10mの長さLと傾斜角α、βによって、各計測ユニット101〜10mの上端部に対する下端部の変位(図7のΔX、ΔY、ΔZ参照)を求めることができる。
The length L of each
一方、本実施形態では、計測装置1の上端部(最上段の計測ユニット10mの上端部)の位置および平面における向きを、所定の2方向から計測装置1の上端部を撮影するカメラ等を用いた既知の測量手法(例えば、特許文献2参照)によって取得し、計測装置1の上端部の位置を始点として、各計測ユニット101〜10mの上記の変位を最上段の計測ユニット10mから最下段の計測ユニット101へと順に積算してゆくことで、計測装置1の下端部、すなわち掘削機本体6の位置を算出可能である。
On the other hand, in the present embodiment, the position of the upper end of the measuring device 1 (the upper end of the uppermost measurement unit 10 m ) and the orientation in the plane are determined by using a camera or the like that images the upper end of the measuring
計測装置1の上端部の平面における向きは、前記したX方向、Y方向を現実空間で特定するために用いられるが、その測定は、図10に示すように最上段の計測ユニット10mの上端部に設けたマーキング17を用いて行うことができる。
The orientation of the upper end portion of the measuring
マーキング17は、計測ユニット10mの周方向の所定位置(例えば前記のX方向あるいはY方向に対応する位置)に形成された基準線171と、当該基準線171から方位が左右に所定角度ずれるごとに設けた計測線172を有し、測量用のカメラに計測線172がどの範囲まで映し出されているか確認することで、計測ユニット10mの(基準線171の)平面の向きを迅速に計測することができる。
The marking 17 has a
以上説明したように、本実施形態の計測装置1は、計測ユニット10の長さLと傾斜から求まる計測ユニット10ごとの変位を積算して計測装置1の両端部間の変位を計測することができ、計測装置1の下端部を掘削機本体6に外部から取付けることで、情報処理装置2によって掘削機本体6の位置を容易に計測できるようになる。そのため、例えば前記したように懸垂用のワイヤによる掘削機本体6の位置測定ができない場合でも、計測装置1を掘削機本体6に外部から取付けてその位置が容易に計測できるようになる。
As described above, the measuring
また、上下の計測ユニット10を接続する接続箇所16については、上下の計測ユニット10が所定の面内で相対回転可能な接続箇所16と、上下の計測ユニット10が所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所16が存在するので、計測装置1全体がフレキシブルな動きをすることが可能であり、掘削機本体6の位置に応じて変形したり、掘削溝71内の障害物73を避けて上方に延びたり、障害物73の衝突時の衝撃を和らげたりすることができる。
In addition, with respect to the
また、計測ユニット10は内部に空洞を有する筒体であり、計測装置1を掘削溝71内のソイルセメント等の流動体中に配置する場合に、計測ユニット10に浮力による上向きの力を働かせて浮かせることができる。その結果、計測装置1の緩み防止のために前記した大きなトルクモータ等が不要になり、安価で省スペース且つ安全な構成となる。
Further, the measuring
また空洞内の前記の室11に充填体20を設置することで、室11内に水分等が浸入した場合でも、計測ユニット10に浮力による上向きの力を確保することができる。
Further, by installing the
また計測ユニット10の筒体をポリカーボネイトによって形成することで、軽量で浮力による上向きの力が働きやすく且つ耐衝撃性に優れたものとなり、筒体が破損して落下するのを防ぐことができる。
Further, by forming the cylindrical body of the measuring
また、本実施形態では計測ユニット10に浮力による上向きの力を働かせる結果、計測装置1の緩み防止のための構成は、浮力の働かない最上段の計測ユニット10にカウンターウェイト4をワイヤ3を介して取付けるだけの簡易なものとできる。なお、場合によってはカウンターウェイト4を省略することも可能である。
Further, in this embodiment, as a result of applying an upward force due to buoyancy to the
また、本実施形態では上下の計測ユニット10の接続箇所16において上下の計測ユニット10を相対的に上下移動可能として縁を切ることで、掘削開始時(計測装置1の下降開始時)にソイルセメント等から計測装置1に瞬間的に加わる静止摩擦抵抗が、計測装置1と掘削機本体6の接続部15に集中して作用するのを防ぐことができる。すなわち、仮に計測装置1が一体のものであると掘削開始時の瞬間的な静止摩擦抵抗が接続部15に集中して作用し、掘削深度が深いと静止摩擦抵抗に伴う過大な引張力によって接続部15が破断する恐れがある。しかしながら、本実施形態では各計測ユニット10の縁を切ることで、計測ユニット1本毎に静止摩擦抵抗が発生するだけになり、上記の破断を防ぐことができる。なお、接続箇所16においてスライダ14の上部と室13の上面、あるいはスライダ14の下部と室13の下面との間にバネ等の弾性部材による緩衝材を設け、上記した静止摩擦抵抗による衝撃を吸収し、破断を防止することもできる。
Moreover, in this embodiment, the soil cement is obtained at the start of excavation (at the start of descent of the measuring device 1) by cutting the edge so that the upper and
しかしながら、本発明は上記の実施形態に限ることはない。例えば本実施形態では計測装置1を掘削機本体6に取付けているが、計測装置1を取付ける対象物はこれに限らない。例えばバケット式の掘削機のバケットに取付けたり、クレーン等の吊下げ装置の先端のフックや吊荷に取付けたりして、これらの対象物の位置を計測することも可能である。
However, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the present embodiment, the measuring
さらに、本実施形態では接続箇所16において上下の計測ユニット10が1つの面内で相対回転可能に接続されるが、上下の計測ユニット10が1つの面(所定の面)とこれに直交する面の少なくとも2面内で相対回転可能に接続されてもよい。さらに、計測ユニット10の構成も上記に限らず、室12と室13を入れ替えて接続箇所16を傾斜測定装置30の上方とする構成も可能である。
Furthermore, in the present embodiment, the upper and
さらに、傾斜測定装置30の配置や形状も上記に限らない。例えば水密性が保たれれば傾斜測定装置30が計測ユニット10の外部に配置されていてもよく、メンテナンスや電源の交換等が容易になる。また、傾斜測定装置30の上下面に凹部311を設ける代わりに、傾斜測定装置30の側面に略U字状の凹部を設け、この凹部にアンテナ部材41、42を配置するようにしてもよい。
Furthermore, the arrangement and shape of the
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態として、上下の計測ユニット同士の接続箇所の構成と電波の伝送路が異なる例について説明する。第2の実施形態は第1の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態と同様の点については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, as a second embodiment of the present invention, an example in which the configuration of the connection location between the upper and lower measurement units and the radio wave transmission path are different will be described. The second embodiment will be described with respect to differences from the first embodiment, and description of points that are the same as those of the first embodiment will be omitted.
図11は、第2の実施形態に係る上下の計測ユニット10a同士の接続箇所16aを示す図である。図11では傾斜測定装置や充填体等の図示を省略している。
FIG. 11 is a diagram illustrating a
図11に示すように、本実施形態では上下の計測ユニット10a同士が一直線状に接続される。上下の計測ユニット10aの接続箇所16aでは、上段の計測ユニット10aの筒体の下端部に筒状の第1端部部材91がネジ97等によって取付けられ、下段の計測ユニット10aの筒体の上端部に有底筒状の第2端部部材92が同じくネジ97等によって取付けられる。
As shown in FIG. 11, in this embodiment, the upper and
接続箇所16aでは、第1端部部材91に挿入部材93の一端が挿入され、挿入部材93の他端が第2端部部材92にピン接続される。
At the
すなわち、挿入部材93の一端には挿入部931が設けられており、この挿入部931が第1端部部材91の孔911に挿入される。挿入部931には円柱状のピン933が取付けられ、ピン933は第1端部部材91の孔911の側面に設けられた上下方向の長穴912に通される。
That is, an
一方、挿入部材93の他端には突出部932が設けられており、この突出部932が第2端部部材92の凹部921に挿入される。突出部932には円柱状のピン934が取付けられ、このピン934が第2端部部材92の凹部921の側面に設けられた孔922に挿入される。
On the other hand, a
挿入部材93と第1端部部材91はバネ95(圧縮バネ)によって接続される。バネ95は上記した挿入部931の根元部分の外周面に沿って設けられる。
The
以上の構成により、本実施形態でも、上下の計測ユニット10aを接続する接続箇所16aにおいて、上下の計測ユニット10aが鉛直面内(計測ユニット10aの長手方向に沿った面内)で相対回転可能であり、且つ相対的に上下移動可能となっている。
With the above configuration, also in this embodiment, the upper and
すなわち、下段の計測ユニット10aがピン934の軸方向を中心として回転することで上下の計測ユニット10aが鉛直面内で相対回転し、また挿入部材93の挿入部931が第1端部部材91の孔911内を上下移動することで、上下の計測ユニット10aが相対的に上下移動する。前記のバネ95は、この上下移動に応じて伸縮し、衝撃を吸収する役割を果たす。
That is, when the
挿入部931が孔911内を上下移動する際は、挿入部931に取付けられたピン933も孔911の側面の長穴912に沿って上下移動し、図11(b)に示すようにピン933が長穴912の端部に突き当たることで挿入部931の移動が停止する。図11(b)は上下の計測ユニット10aが相対的に上下移動して計測ユニット10a間の距離が縮まった状態を示しており、このとき前記のバネ95は縮んでいる。
When the
以上の接続箇所16aの外面は1層又は複数層のゴムバンド等による弾性を有する被覆層96で覆われ、接続箇所16aの防水を確実にする構成となっている。被覆層96は樹脂やステンレス材等による結束バンド98を外側から巻くことにより両計測ユニット10aの筒体端部に固定される。
The outer surface of the
また本実施形態では、図12に概略を示す上下の計測ユニット10aの傾斜測定装置30の間で電波を伝送する(矢印R参照)ものとする。傾斜測定装置30および前記のアンテナ部材(不図示)は前記した室12(測定部)の中に配置されているが、アンテナ部材は必要に応じて長さを調整することが可能である。
In the present embodiment, radio waves are transmitted between the
電波は、計測ユニット10aの内部の空洞あるいは充填体20、および、上下の計測ユニット10aの接続箇所16a(第1端部部材91、第2端部部材92、挿入部材93)を透過する。そのため、少なくとも電波が透過する部分ではアルミ等の金属は使用されず、電波透過性を有する材料を使用している。本実施形態では充填体20に発泡スチロールを使用し、計測ユニット10aの筒体並びに第1端部部材91、第2端部部材92、挿入部材93等にはポリカーボネイトを使用している。
A radio wave permeate | transmits the cavity or the filling
これにより、第2の実施形態でもリレー形式による信号の送受信を行うことが可能になり、簡易な構成で各傾斜測定装置30への測定指示や各傾斜測定装置30の測定結果の収集を行うことができる。
As a result, it is possible to transmit and receive signals in the relay format in the second embodiment as well, and to collect measurement instructions to the
以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.
1:計測装置
2:情報処理装置
3、51:ワイヤ
4:カウンターウェイト
5:吊材
6:掘削機本体
7:地盤
8:ベースマシン
9:油圧ホース
10、10a:計測ユニット
11、12、13:室
14:スライダ
15:接続部
16、16a:接続箇所
17:マーキング
20:充填体
30:傾斜測定装置
31:容器
32:傾斜センサ
33:電源
34:アンテナ部
41、42:アンテナ部材
52:被覆材
61:カッタ
71:掘削溝
73:障害物
81:プーリ
82:ドラム
91:第1端部部材
92:第2端部部材
93:挿入部材
95:バネ
96:被覆層
97:ネジ
98:結束バンド
100:計測システム
131:スリット
141:軸
142:頭部
171:基準線
172:計測線
311:凹部
811、821:滑車
1: Measuring device 2:
16, 16a: Connection location 17: Marking 20: Filler 30: Inclination measuring device 31: Container 32: Inclination sensor 33: Power supply 34:
Claims (9)
前記計測ユニットは、前記計測ユニットの傾斜を測定する傾斜測定装置と、前記傾斜測定装置の測定結果を送信する送信部を有し、
上下の前記計測ユニットを接続する接続箇所では、上下の前記計測ユニットが前記計測ユニットの長手方向に沿った面内で相対回転可能であり、且つ、
上下の前記計測ユニットが少なくとも所定の面内で相対回転可能な接続箇所と、上下の前記計測ユニットが少なくとも前記所定の面と直交する面内で相対回転可能な接続箇所が存在することを特徴とする計測装置。 A measuring device that is configured by connecting a plurality of bar-shaped measuring units up and down, and that measures the position of an object attached to the lower end,
The measurement unit includes an inclination measurement device that measures the inclination of the measurement unit, and a transmission unit that transmits a measurement result of the inclination measurement device,
At the connection location where the upper and lower measurement units are connected, the upper and lower measurement units are relatively rotatable in a plane along the longitudinal direction of the measurement unit, and
The upper and lower measurement units have a connection portion that can be relatively rotated in at least a predetermined plane, and the upper and lower measurement units have a connection portion that can be relatively rotated in a plane orthogonal to the predetermined surface. Measuring device.
前記計測装置の下端部が前記掘削機本体の外部に取付けられることを特徴とする請求項1に記載の計測装置。 The measuring device is for measuring the position of the excavator body during excavation of the ground,
The measuring device according to claim 1, wherein a lower end portion of the measuring device is attached to the outside of the excavator body.
前記情報処理装置は、
前記計測装置の下端部に取付けた対象物の位置を、
各計測ユニットの長さおよび傾斜を用いて算出することを特徴とする計測システム。
A measurement system comprising the measurement device according to any one of claims 1 to 8 and an information processing device,
The information processing apparatus includes:
The position of the object attached to the lower end of the measuring device,
A measurement system characterized by calculating using the length and inclination of each measurement unit.
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佐藤一彦: ""クローラ型掘削機械の機体位置検出システムに関する研究 平成6年度 (文部省S)"", クローラ型掘削機械の機体位置検出システムに関する研究 平成6年度 NO.06555307, JPN6021007899, 1996, JP, ISSN: 0004461938 * |
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JP2022097559A (en) | 2022-06-30 |
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