JP2023068866A - 杭打機の表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】施工精度の求めに応じた表示がなされ、杭芯位置への誘導を容易に行うことが可能な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、受信部が取得した車体位置情報及び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、コントローラは、杭の埋設予定位置Ｐと、杭打機の車体位置情報から求まる実杭芯位置Ｃとを表示画面中の表示画像に円形のアイコンとしてそれぞれ付加し、各アイコンの大きさは、杭（杭直径Ｄ）の埋設予定位置Ｐを基準とする位置ずれの許容値（Ｄ／８）に応じた差が設けられている。また、アイコンは、位置ずれの許容値を満足したときに表示色を変化させる。【選択図】図５

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オペレータ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。）。

近年では、建設工事現場における施工のＩＴ化が進み、杭芯位置合わせにおいても、専用のシステムが開発され、運用に至っている。建設機械のオペレータは、視覚的に表示された誘導画面に従うことで、現在位置と目標位置との関係をイメージしながら、円滑な運転操作が行えるようになっている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１１－６８８０号公報 特開２０２１－１１０２２０号公報（図１２）

特許文献２に記載された施工位置誘導システムは、アイコン表示された現在位置を施工目標位置に近づけるもので、円形のアイコンは、運転操作を行うオペレータの直感的な操作感覚に馴染みやすいものである。しかしながら、これらのアイコンは互いに同一径であることから、誘導の最終段階に入ると大半が重なり合い、運転しながら見る表示としては、確認のしやすい表示であるとまでは言い切れない。特に、精度の高い施工が求められる現場では、こうした確認上の不便があってオペレータの負担も増すことになる。

そこで本発明は、施工精度の求めに応じた表示がなされ、杭芯位置への誘導を容易に行うことが可能な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を前記表示画面中の表示画像に円形のアイコンとしてそれぞれ付加し、各アイコンの大きさは、前記杭の埋設予定位置を基準とする位置ずれの許容値に応じた差が設けられていることを特徴としている。

また、前記アイコンは、前記位置ずれの許容値を満足したときに表示色を変化させることを特徴としている。さらに、前記実杭芯位置のアイコンは、前記位置ずれの許容値に応じた差を半径とする同心の内側円を有し、前記杭の埋設予定位置のアイコンは、前記実杭芯位置のアイコンの大きさよりも小さく設定され、前記実杭芯位置のアイコンと同心に位置したときに、前記内側円の中に入る目印を有してい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、杭芯位置合わせの表示として、杭の埋設予定位置のアイコンと実杭芯位置のアイコンとの大きさに、杭の埋設予定位置を基準とする位置ずれの許容値に応じた差を設けているので、誤差の許容値を視覚的に表示することが可能となり、管理基準を満足したかどうかの判断を容易に行うことができる。とりわけ、アイコン同士が互いに接近した状態であっても、重なっていずれかのアイコンが表示されない領域が小さくなり、アイコンそのものの見やすさが向上し、杭芯位置合わせの動作支援に資するものである。

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。 同じくアイコンの形状を示す図である。 同じくアイコンの表示上の変化を示す説明図である。

図１乃至図５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、鋼管杭施工と地盤改良施工とを切り替えて行うことができる兼用機であって、クローラを備えた下部走行体１２と、該下部走行体１２上に旋回可能に設けられた上部旋回体１３とで構成されたベースマシン１４と、上部旋回体１３の前部に立設したリーダ１５と、該リーダ１５を後方から支持する起伏シリンダ１６とを備えている。上部旋回体１３の前部には、リーダ１５を起伏可能に支持するリーダサポート１７が設けられ、上部旋回体１３の右側部には運転室１８が、左側部にはエンジンや油圧ユニットを収納した機器室１９がそれぞれ設けられている。

リーダ１５は、断面が角筒状に形成された複数のリーダ部材を互いに連結したもので、リーダサポート１７に設けられた車幅方向の支軸に回動可能に取り付けられている。リーダ１５の上端部には、吊上げ用ロープが巻掛けられるトップシーブ２０が、下部前方には、鋼管杭２１の振れを防止するための開閉可能な振止部材２２がそれぞれ配置されている。リーダ１５の前面中央には、ラックピニオン式昇降装置の構成部品としてラックギヤ２３が、両側面前端部には左右一対のガイドパイプ２４，２４が、リーダ１５の全長にわたってそれぞれ連続的に設けられている。

回転駆動装置の一例であるオーガ２５は、前記ガイドパイプ２４，２４に摺接する左右一対のガイドギブ２５ａ，２５ａが後方に突出して設けられるとともに、前記ラックギヤ２３に歯合する左右一対のピニオン（図示せず）をオーガ昇降用油圧モータ２５ｂによって回転駆動することにより、リーダ１５の前面に沿って昇降する。

鋼管埋設作業を行う際には、用意しておいた鋼管杭２１は、トップシーブ２０から垂下するロープで吊り上げられた後、上端部がドライブロッド（回転駆動軸）２６にアダプタ２７を介して連結されるとともに、下端部が振止部材２２によって抱持される。装着状態の鋼管杭２１は、オーガ駆動用油圧モータ２５ｃによって回転駆動され、オーガ２５を下降させることにより地中に圧入される。

運転室１８内には、走行や旋回、オーガ２５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。

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２８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２９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３０とを備えている。また、実杭芯位置演算部２８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１３に設けられた本体傾斜計３１やリーダ１５に設けられたリーダ傾斜計３２などが挙げられる。本体傾斜計３１及びリーダ傾斜計３２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２９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。

車体位置情報は、周知のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）技術を用いて取得され、例えば、杭打機１１の上部旋回体１３に設けられた受信部として第１測位機３３及び第２測位機３４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２８では、前後方向に離れた２本のアンテナ３５，３６の位置関係から、演算によって上部旋回体１３の位置及び向きを求め、さらには本体傾斜計３１及びリーダ傾斜計３２のそれぞれで取得した姿勢情報を加味して、地面における鋼管杭２１（各種施工部材）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）。

以下では、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３３及び第２測位機３４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２８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３０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、誘導画面は、図３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（最終位置調整画面）に切り替わる。アプローチ画面中の表示画像は、複数のセルによって分割したグリッド上に表示され、上部旋回体１３の旋回半径に対応する実杭芯位置Ｃの旋回軌道Ｓが付加される。旋回軌道Ｓは、上部旋回体１３の旋回中心と実杭芯位置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。

杭の埋設予定位置Ｐ及び実杭芯位置Ｃは、図４に示すように、共通の杭断面をイメージする円形によって付加したアイコン画像データであり、互いに区別しやすい異なる表示色を有している。各アイコンの大きさは、杭の埋設予定位置Ｐを基準とする位置ずれの許容値、すなわち、設定される管理基準に応じた差が設けられている。図４（ａ）に示すように、一例として、杭直径をＤ、許容値をＤ／８と設定した場合、実杭芯位置Ｃのアイコンは、杭直径に対して上下左右にそれぞれ１／８のずれ量を加味した直径５Ｄ／４（Ｄ＋Ｄ／８＋Ｄ／８）の大きさで表示されている。また、実杭芯位置Ｃのアイコンは、許容値に応じた差を半径とする同心の内側円、すなわち、半径Ｄ／８で、直径Ｄ／４（Ｄ／８＋Ｄ／８）の大きさの内側円を有し、直径５Ｄ／４の大きさの外側円と対になって二重円で表示されている。

一方、杭の埋設予定位置Ｐのアイコンは、図４（ｂ）に示すように、杭直径Ｄに対応した大きさで表示されるとともに、中心（杭芯）を示す目印としてグリッドの対角方向に延びて交差する２本の線分、つまり、略×形状が表示されている。杭の埋設予定位置Ｐの表示色は、例えば、目に付きやすい赤色で表され、円形の内部が淡く塗りつぶされている。また、杭の埋設予定位置Ｐのアイコンは、杭直径Ｄに対応した大きさであるから、実杭芯位置Ｃのアイコンの大きさよりも、許容値に応じた差（Ｄ／８）の分だけ小さく設定されることになる。そして、各アイコンは、図４（ｃ）に示すように、互いに同心に位置したときに、実杭芯位置Ｃの内側円（半径Ｄ／８）の中に杭の埋設予定位置Ｐの目印（×形状）が入り、各アイコンの形状を表す線同士が重なり合うことがなく、表示が消えてしまうことがない。

杭芯位置合わせの段階では、杭打機１１のオペレータは、アイコン表示を確認しながらクローラの走行操作と上部旋回体１３の旋回操作とを適宜行い、図５（ａ）に示すように、杭の埋設予定位置Ｐの目印（×形状）に実杭芯位置Ｃの内側円を近づけていく、このとき、グリッド上には前後方向（Ｘ方向）と左右方向（Ｙ方向）とのずれ量の大きさが数値で、必要な運転操作（走行・旋回）が矢印向きでそれぞれ表示される。この状態から運転操作を行い、管理基準であるＤ／８以内のずれ量になったとき、図５（ｂ）に示すように、杭の埋設予定位置Ｐのアイコンは、位置ずれの許容値を満足したとして、表示色を赤色から青色に変化させる。このとき、目印（×形状）は、その中心座標が内側円（半径Ｄ／８）の中に位置した状態にある。こうして、杭打機１１のオペレータは、青色表示になった段階で、管理基準をクリアしたと判断し、杭芯位置合わせの運転操作を完了させる。

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。その際に得られた杭芯位置合わせの情報（合否判定などの情報）は、施工管理情報の一部として記録される。

このように、本発明の杭打機１１の表示システムによれば、杭芯位置合わせの表示として、杭の埋設予定位置Ｐのアイコンと実杭芯位置Ｃのアイコンとの大きさに、杭の埋設予定位置Ｐを基準とする位置ずれの許容値に応じた差を設けているので、誤差の許容値を視覚的に表示することが可能となり、管理基準を満足したかどうかの判断を容易に行うことができる。とりわけ、アイコン同士が互いに接近した状態であっても、重なっていずれかのアイコンが表示されない領域が小さくなり、アイコンそのものの見やすさが向上し、杭芯位置合わせの動作支援に資するものである。

また、位置ずれの許容値を満足したときにアイコンの表示色を変化させるので、一目で管理基準を満足したことが分かるようになる。しかも、ずれ量の大きさが数値で表示されているので、管理基準をクリアした時点から、より高い精度（例えば、数センチオーダの精度）を目指すことができる。とりわけ、実杭芯位置Ｃのアイコンが、位置ずれの許容値に応じた差を半径とする同心の内側円を有し、さらには杭の埋設予定位置Ｐのアイコンが、実杭芯位置Ｃのアイコンの大きさよりも小さく設定され、実杭芯位置Ｃのアイコンと同心に位置したときに内側円の中に入る目印を有しているので、オペレータは内側円と目印との位置関係に着目して運転操作すればよいだけなので、たとえ厳しい基準が設定されたとしても、杭芯位置合わせを迅速かつ正確に行うことができる。

なお、本発明は、前記形態例に限定されるものではなく、表示システムは、既存の施工管理システムにアドオンして機能させる以外に、独立して設ける使用態様であってもよい。また、画面構成は、あくまで一例であり、各種アイコンや数値データなどを表示する際に、表示領域を様々な観点から分割したり、まとめて一つの領域として構成したりすることができる。この場合、円形のアイコン表示は、視認性が重視され、管理基準の求めに応じて適宜大きさの調整がなされる。さらに、管理基準を満足したときには表示色の変更と同時に音声で案内することもできる。加えて、実施例では、小型杭打機を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、３点式杭打機のような大型杭打機や、鋼管埋設と同様の作業を行う地盤改良機にも適用することが可能である。

１１…杭打機、１２…下部走行体、１３…上部旋回体、１４…ベースマシン、１５…リーダ、１６…起伏シリンダ、１７…リーダサポート、１８…運転室、１９…機器室、２０…トップシーブ、２１…鋼管杭、２２…振止部材、２３…ラックギヤ、２４…ガイドパイプ、２５…オーガ、２５ａ…ガイドギブ、２５ｂ…オーガ昇降用油圧モータ、２５ｃ…オーガ駆動用油圧モータ、２６…ドライブロッド、２７…アダプタ、２８…実杭芯位置演算部、２９…施工管理装置、３０…ディスプレイ、３１…本体傾斜計、３２…リーダ傾斜計、３３…第１測位機、３４…第２測位機、３５，３６…アンテナ

Claims (3)

1. 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を前記表示画面中の表示画像に円形のアイコンとしてそれぞれ付加し、
   各アイコンの大きさは、前記杭の埋設予定位置を基準とする位置ずれの許容値に応じた差が設けられていることを特徴とする表示システム。
2. 前記アイコンは、前記位置ずれの許容値を満足したときに表示色を変化させることを特徴とする請求項１記載の表示システム。
3. 前記実杭芯位置のアイコンは、前記位置ずれの許容値に応じた差を半径とする同心の内側円を有し、
   前記杭の埋設予定位置のアイコンは、前記実杭芯位置のアイコンの大きさよりも小さく設定され、前記実杭芯位置のアイコンと同心に位置したときに、前記内側円の中に入る目印を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の表示システム。

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