JP2021165502A

JP2021165502A - 杭打機の表示システム

Info

Publication number: JP2021165502A
Application number: JP2020069618A
Authority: JP
Inventors: 英樹丹羽; Hideki Niwa
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: JP7388972B2

Abstract

【課題】運転者が単独で、かつ、容易に杭芯位置合わせを行うことが可能な支援機能を備えた杭打機の表示システムを提供する。【解決手段】杭打機の車体位置情報を取得する第１測位機３６及び第２測位機３７と、施工現場における杭の埋設予定位置を設定した施工計画情報を記憶する施工管理装置３２と、両測位機３６，３７が取得した車体位置情報及び施工管理装置３２が記憶した施工計画情報を使用してディスプレイ３３に表示画面を表示させるコントローラとを備えている杭打機の表示システムであって、前記コントローラは、実杭芯位置演算部３１として機能するとともに、杭の埋設予定位置と、杭打機の車体位置情報から求まる実杭芯位置と、上部旋回体の旋回半径に対応する実杭芯位置の予測軌道とを前記表示画面中の表示画像に付加する。【選択図】図２

Description

本発明は、杭打機の表示システムに関し、詳しくは、施工の一部の動作を支援する機能を備えた杭打機の表示システムに関する。

従来から、鋼管杭の埋設や地盤改良などが行われる施工現場では、あらかじめ測量によって施工位置となる杭芯（杭の中心軸）位置を決定しておき、施工時に、杭打機などの建設機械が運転者の運転操作によって杭芯位置へ移動される。この杭芯位置合わせは、一般に、左右のクローラで構成した下部走行体を駆動させて杭打機の位置及び方向を調整することによって行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−６８８０号公報

しかし、杭打機を杭芯位置へ移動させるには、現状は運転者に運転指示を与える誘導員が置かれ、運転者は、誘導員の合図に従って運転操作を行っている。このため、杭芯位置合わせの工程に時間とコストが要求されるという問題があった。また、クローラの左右駆動力の差がもたらす位置ずれを抑えるためには、運転操作に一層集中する必要があることから、運転者の経験やスキルも要求されていた。

そこで本発明は、運転者が単独で、かつ、容易に杭芯位置合わせを行うことが可能な支援機能を備えた杭打機の表示システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の杭打機の表示システムは、杭打機の車体位置情報を取得する受信部と、施工現場における杭の埋設予定位置を設定した施工計画情報を記憶する記憶部と、前記受信部が取得した車体位置情報及び前記記憶部が記憶した施工計画情報を使用してディスプレイに表示画面を表示させるコントローラとを備えている杭打機の表示システムにおいて、前記杭打機は、クローラを備えた下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体の前部に起伏可能に設けられたリーダと、該リーダの前面に沿って昇降可能な作業機械とを備え、前記コントローラは、前記杭の埋設予定位置と、前記杭打機の車体位置情報から求まる実杭芯位置と、前記上部旋回体の旋回半径に対応する前記実杭芯位置の予測軌道とを前記表示画面中の表示画像に付加することを特徴としている。

本発明の杭打機の表示システムによれば、コントローラによって杭の埋設予定位置と、車体位置情報から求まる実杭芯位置と、旋回半径に対応する実杭芯位置の予測軌道とを表示画像に付加するので、表示画面でこれらの位置関係を把握した運転者は、一旦、予測軌道を杭の埋設予定位置に重ねてしまえば、その後、杭芯位置合わせに係る動作を安定した旋回動作によって行うことができる。すなわち、実杭芯位置を目標杭芯位置に直接的に合わせる方法よりも簡便かつ確実に行うことができる。これにより、誘導員の補助なしで容易に杭芯位置合わせを行うことが可能となり、施工現場の省人化・省力化に寄与するものとなる。

本発明の一形態例を示す表示システムが適用される杭打機の側面図である。同じく表示システムの構成図である。同じく杭芯位置合わせ工程におけるディスプレイの表示画面を示す図である。

図１乃至図３は、本発明を小型の杭打機に適用した一形態例を示すものである。杭打機１１は、図１に示すように、クローラ１２ａを備えた下部走行体１２と、該下部走行体１２上に旋回ベアリング１３を介して旋回可能に設けられた上部旋回体１４とで構成されたベースマシン１５と、上部旋回体１４の前部に立設したリーダ１６と、該リーダ１６を後方から支持するリーダ起伏シリンダ１７と、前記リーダ１６に昇降可能に設けられた作業機械であるオーガ１８と、該オーガ１８を昇降用チェーン１９を介して昇降させる昇降用油圧モータ２０とを備えている。

上部旋回体１４の前部には、リーダ１６を起伏可能に支持するリーダサポート２１が設けられ、上部旋回体１４の右側部には運転室２２が、左側部にはパワーユニットなどを収納した機器室２３がそれぞれ設置されている。さらに、上部旋回体１４の前後左右の４箇所に安定用のジャッキ２４が設けられるとともに、上部旋回体１４の後端部に杭打機１１のバランスをとるためのカウンタウエイト２５が搭載されている。

運転室２２内には、走行や旋回、オーガ１８の昇降・回転駆動などの操作を行うための複数の操作レバーや操作ペダル、押しボタンスイッチやディスプレイなどの機器が、操作性を考慮して運転席の近傍に集約的に配置されており、さらに、これらの機器と電気的に接続されて、データ処理や判定などの各種演算処理を行うコントローラ（ＣＰＵ）を中心に構成された制御装置が設けられている。

杭打機１１は、地盤改良と鋼管埋設との２種類の作業を１台で行うことができるが、例えば、地盤改良を目的として使用する場合には、掘削刃２６ａと撹拌羽根２６ｂとを備えた掘削ヘッド２６を先端（下端）に装着し、上端にスイベルジョイント２７を装着した中空ロッド２８を使用する。この中空ロッド２８は、上部がオーガ１８の駆動部を貫通して装着され、リーダ１６の下端部に設けられた振止装置２９によって回転可能かつ上下動可能に保持される。また、スイベルジョイント２７には、バッチャープラント（図示せず）からセメントミルクなどの地盤改良剤がグラウトホース３０を通して供給され、中空ロッド２８の内部流路を通って掘削ヘッド２６に供給されて掘削孔内に注入される。

ここで、前記制御装置は、杭打機１１の車体位置情報などに基づいて施工現場における杭芯位置合わせを支援する表示システムを構成し、図２に示すように、実杭芯位置演算部３１として機能する前記コントローラと、各種データを記憶する記憶部である施工管理装置３２と、表示画面によって杭芯位置合わせに関する誘導支援を受けたり、施工の結果を確認したりするディスプレイ３３とを備えている。また、実杭芯位置演算部３１には、杭打機１１の動作状態を検出する各種センサから信号が入力される。センサには、例えば、上部旋回体１４に設けられた本体傾斜計３４やリーダ１６に設けられたリーダ傾斜計３５などが挙げられる。本体傾斜計３４及びリーダ傾斜計３５の検出値は、杭打機１１の姿勢情報として取得されて制御プログラムの実行に使用される。

施工管理装置３２は、通信接続によって制御プログラムや、施工計画情報である施工計画データなどをダウンロードして記憶可能に構成されている。施工計画データは、施工現場の位置や土質などを調べて作成された施工計画書に基づいて、あらかじめ、事務所内のコンピュータに入力されるもので、杭番号の他、該杭番号に紐付けられた深度やフィード速度、回転数、セメントミルク流量などの各種の施工目標値が含まれる。施工計画データの入力作業は、施工図面と対比して杭位置データを入力することによって行われ、具体的には、杭の埋設予定位置を、座標上の原点からの相対的位置（距離）として二次元座標で指定することになる。

作成された施工計画データは、施工現場の住所の位置情報や施工する杭打機１１の号機情報、機構情報を含む車体外形情報、例えば、旋回半径に関する情報などが付加されて、ネットワーク上のデータサーバにアップロードされる。また、施工計画データに基づいて実施される工法、例えば、地盤改良工法、既製杭工法又は場所打ち杭工法のための施工管理プログラムや、該施工管理プログラムの設定パラメータのデータも作成され、同様にして、データサーバへアップロードされる。

前記車体位置情報は、周知のＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）技術を用いて取得され、例えば、杭打機１１の上部旋回体１４に設けられた受信部として第１測位機３６及び第２測位機３７を備え、ＧＮＳＳ衛星からの電波を受信しながら、杭打機１１の走行や旋回などに伴って変化するアンテナの位置情報を取得する。実杭芯位置演算部３１では、前後方向に離れた２本のアンテナ３８，３９の位置関係から、演算によって上部旋回体１４の位置及び向きを求め、さらには本体傾斜計３４及びリーダ傾斜計３５のそれぞれで取得した姿勢情報を加味して、地面における中空ロッド２８の中心軸の位置、すなわち、実杭芯位置Ｃの特定を行う（図１）。

ここで、前記表示システムが発揮する杭芯位置合わせの支援機能（杭芯誘導）について、図３を参照しながら説明する。まず、施工現場に搬入された杭打機１１は、エンジンを始動するとシステムが起動し、第１測位機３６及び第２測位機３７で杭打機１１の現在の車体位置情報が取得される。また、杭打機１１が存在する施工現場に対応して、施工計画データのダウンロードが自動的に行われて、各杭番号の位置情報や車体外形情報などの各種情報が取得される。さらに、実杭芯位置演算部３１の演算によって実杭芯位置Ｃの特定がなされる。これにより、最初の杭番号の杭位置データと車体位置データとに基づいて、杭の埋設予定位置に向かう最短移動経路が設定され、ディスプレイ３３には誘導画面として最短移動経路を示す二次元画像が表示される。

杭打機１１を走行させて杭の埋設予定位置（目標杭芯位置）に近づくと、前記誘導画面は、図３（Ａ）に示すように、杭の埋設予定位置Ｐ及び実杭芯位置Ｃを含む周辺領域を拡大したアプローチ画面に切り替わる。杭の埋設予定位置Ｐ及び実杭芯位置Ｃは、共通の杭断面をイメージする円や円中心線によって付加した画像データである。また、アプローチ画面中の表示画像には、上部旋回体１４の旋回半径に対応する実杭芯位置Ｃの予測軌道Ｓが付加される。予測軌道Ｓは、上部旋回体１４の旋回中心、つまり旋回ベアリング１３の回転中心と実杭芯位置Ｃとの間の水平距離である旋回半径に対応した円弧であって、実杭芯位置Ｃと共に表示画像の中央部に固定される。これにより、表示画像に従う旋回操作において、実杭芯位置Ｃの左右移動方向と、操作レバーの左右操作方向（レバー傾動方向）とが運転者目線で整合した状態となる。

杭芯位置合わせの段階では、クローラ１２ａを微速駆動して直進させながら、図３（Ｂ）に示すように、予測軌道（円弧）Ｓを杭の埋設予定位置Ｐに重ね合わせる。この状態から、上部旋回体１４を左旋回させると、図３（Ｃ）に示すように、旋回動作に従って杭の埋設予定位置Ｐが予測軌道Ｓを倣いながら実杭芯位置Ｃまで移動される。言い換えると、実杭芯位置Ｃは、その予測軌道Ｓを外れることなく杭の埋設予定位置Ｐに向かって移動される。そして、実杭芯位置Ｃと杭の埋設予定位置Ｐとを一致させた旋回停止位置で制動保持されることにより、杭芯位置合わせの運転操作が完了する。

最初の杭番号についての施工は、施工管理プログラムの実行によって、施工データを取得しながら自動で行われ、施工が完了すると、運転者によって所定の切替操作が行われる。これにより、制御装置では、次の杭番号の杭位置データと車体位置データとに基づいて、次の杭の埋設予定位置に向かう移動経路を設定する。そして、上述の杭芯誘導を受けて、同様の手順で、次の杭の杭芯位置合わせが行われ、以降の杭の埋設予定位置に対しても同様にして杭芯位置合わせが行われる。こうして、計画された杭の埋設順序に従って杭芯位置合わせと施工とが繰り返し行われる。

このように、本発明の杭打機１１の表示システムによれば、コントローラによって杭の埋設予定位置Ｐと、車体位置情報から求まる実杭芯位置Ｃと、旋回半径に対応する実杭芯位置Ｃの予測軌道Ｓとを表示画像に付加するので、表示画面でこれらの位置関係を把握した運転者は、一旦、予測軌道Ｓを杭の埋設予定位置Ｐに重ねてしまえば、その後、杭芯位置合わせに係る動作を安定した旋回動作によって行うことができる。すなわち、実杭芯位置Ｃを目標杭芯位置Ｐに直接的に合わせる方法よりも簡便かつ確実に行うことができる。これにより、誘導員の補助なしで容易に杭芯位置合わせを行うことが可能となり、施工現場の省人化・省力化に寄与するものとなる。

また、予測軌道Ｓを円弧で示すので、杭芯位置合わせの際に、旋回操作する方向を直感的に理解することができる。さらに、実杭芯位置Ｃの設定について、本体傾斜計３４及びリーダ傾斜計３５のそれぞれで取得した姿勢情報を加味するので、施工現場の地形や杭打機１１の可動部の動きによって生じる車体位置情報の誤差を排除することが可能となり、杭芯位置合わせを正確に行うことができる。

加えて、複数の杭の埋設予定位置が連続して集中している施工現場では、従来から杭芯位置合わせを何回も繰り返すようなルーチンワークが行われているが、これを更に短く、わずかな時間でも短縮したいとのニーズがある。本発明は、このような杭打機１１が使用される施工現場の工数低減のニーズに応えることができる。

なお、本発明は、前記形態例に限定されるものではなく、地盤改良と同様の作業を行う鋼管埋設にも適用することが可能である。この場合、３点式杭打機のような大型杭打機にも本発明を適用できる。また、杭の埋設予定位置の周囲に既設杭などの障害物がある状況では、クローラの進入・退出方向が制限されてしまうことがあるが、そのような狭隘な場所であっても、杭の埋設予定位置への進入角度を意図的にずらした状態のままで杭芯位置合わせを行うことができる。これにより、操作の安全性や確実性が高まるだけでなく、運転室内にいる運転者に安心感を与えるという効果も期待される。

１１…杭打機、１２…下部走行体、１２ａ…クローラ、１３…旋回ベアリング、１４…上部旋回体、１５…ベースマシン、１６…リーダ、１７…リーダ起伏シリンダ、１８…オーガ、１９…昇降用チェーン、２０…昇降用油圧モータ、２１…リーダサポート、２２…運転室、２３…機器室、２４…ジャッキ、２５…カウンタウエイト、２６…掘削ヘッド、２６ａ…掘削刃、２６ｂ…撹拌羽根、２７…スイベルジョイント、２８…中空ロッド、２９…振止装置、３０…グラウトホース、３１…実杭芯位置演算部、３２…施工管理装置、３３…ディスプレイ、３４…本体傾斜計、３５…リーダ傾斜計、３６…第１測位機、３７…第２測位機、３８，３９…アンテナ

Claims

杭打機の車体位置情報を取得する受信部と、施工現場における杭の埋設予定位置を設定した施工計画情報を記憶する記憶部と、前記受信部が取得した車体位置情報及び前記記憶部が記憶した施工計画情報を使用してディスプレイに表示画面を表示させるコントローラとを備えている杭打機の表示システムにおいて、
前記杭打機は、クローラを備えた下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体の前部に起伏可能に設けられたリーダと、該リーダの前面に沿って昇降可能な作業機械とを備え、
前記コントローラは、前記杭の埋設予定位置と、前記杭打機の車体位置情報から求まる実杭芯位置と、前記上部旋回体の旋回半径に対応する前記実杭芯位置の予測軌道とを前記表示画面中の表示画像に付加することを特徴とする杭打機の表示システム。