JP2501234B2 - 自走型建設作業機の位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、自走型建設作業機の位置検出装置に関す
るものであり、特に、自走型建設作業機の位置決めの容
易化を図った自走型建設作業機の位置検出装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、種々の工業分野で自走型作業機が導入されてお
り、例えば土木建設の分野では、工業用ロボツトを使用
して各種の土木作業に対応できるようにした自走型建設
作業機が知られている。該自走型建設作業機の位置及び
方向を設定する際は、該自走型建設作業機に複数の測量
点を設定し、基準点に設置した測量器械にて前記測量点
の方角並びに距離を計測して方向及び位置を測定し、測
量基準線に対する偏位を計算する。そして、該計算値を
前記自走型建設作業機の方向制御部に補正値として再入
力し、例えばトンネル工事に於けるトンネル軸線との偏
差を補正している。この手順を別紙添付図面の第４図に
従って説明する。

同図に於て（Ｒ）は基準線であり、（Ｐ）は基準線
（Ｒ）上の基準点、（１）は自走型建設作業機である。
該自走型建設作業機（１）の進行方向軸（Ｆ）上に２点
の測量点（P1）（P2）を設定し、基準点（Ｐ）に設置し
た測量器械（図示せず）によつて前記測量点（P1）（P
2）の基準線（Ｒ）に対する鉛直方向並びに水平方向の
角度、並びに基準点（Ｐ）との距離を測定する。

ここで、基準点（Ｐ）の座標を（X_O，Y_O，Z_O），測量
点（P1）（P2）の座標を夫々（X₁，Y₁，Z₁），（X₂，
Y₂，Z₂）とし、基準線（Ｒ）と測量点（P1）（P2）との
鉛直方向角度を夫々（θ_1h）（θ_2h），水平方向角度を
（θ_1v）（θ_2v）とする。又、基準点（Ｐ）と測量点
（P1）（P2）との距離を夫々（l₁）（l₂）とすれば、同
図に於ける相対位置関係は次式で表わされる。

X₁＝ｆ（θ_1h，θ_1v，l₁）＋X₀ Y₁＝ｇ（θ_1h，θ_1v，l₁）＋Y₀ Z₁＝ｈ（θ_1h，θ_1v，l₁）＋Z₀ Z₂＝ｆ（θ_2h，θ_2v，l₂）＋X₀ Y₂＝ｇ（θ_2h，θ_2v，l₂）＋Y₀ Z₂＝ｈ（θ_2h，θ_2v，l₂）＋Z₀ 上式より基準線（Ｒ）に対する自走型建設作業機
（１）の変位は測量点（P1）で（ΔX₁，ΔY₁，ΔZ₁），
測量点（P2）で（ΔX₂，ΔY₂，ΔZ₂）となり、該偏位か
ら自走型建設作業機（１）の動作補正値を演算解析して
求めている。

［発明が解決しようとする課題］ 前述した従来の自走型建設作業機は基準線に対する偏
位を測定し、該測定値から補正値を算出して入力してい
る。前記自走型建設作業機がロボツト等の複雑な機構で
構成されている場合は、前記補正値を各可動部に必要な
データに変換して導入しているが、自走型建設作業機の
動作が目標値と一致しない場合の頻度が高い。

前記誤差は自走型建設作業機の位置測定時に於ける読
取り誤差並びに計算誤差、偏位値解析誤差、各可動部毎
の補正値解析誤差等があり、更に、各可動部の停止位置
制御誤差が重畳され、結果として前記誤差の累積が問題
になる。特に、土木工事用の自走型建設作業機のように
重量が大であり、工事現場の基盤が不整であるととも
に、該自走型建設作業機のマニピユレータの寸法が大で
あると作業個所である該マニピユレータの先端部に於け
る誤差が実用域を越え、使用不能となる場合がある。

そこで、前記誤差の発生を抑止して、自走型建設作業
機の位置決め及び方向設定の精度並びに信頼性を改善
し、作業性及び実用性を向上するために解決せられるべ
き技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を
解決することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明は、上記目的を達成するために提案されたも
のであり、測距用並びに視準用の発光部と受光部とから
なり、前記発光部並びに受光部を夫々左右方向回動自在
且つ、回動角度を読取りできるように形成し、前記受光
部を自走型建設作業機の回向支点にスライドポール等の
伸縮部材を介して立設し、上下方向移動自在、且つ上下
移動量を読取りできるように形成した位置検出装置であ
って、前記発光部を作業区域の基準点に固定し、前記発
光部と受光部との光軸を一致させて前記発光部と受光部
間の距離を検出するとともに、前記基準点を通る基準線
と前記発光部の光軸とがなす角度を読取った後に、自走
型建設作業機に対する前記受光部の回動角度を、前記基
準線と前記発光部の角度と同一角度に調整し、前記受光
部が発光部からの光を受光する角度へ前記自走型建設作
業機を回向することにより、前記自走型建設作業機の姿
勢が基準線と平行となるように構成した自走型建設作業
機の位置検出装置を提供せんとするものである。

［作用］ この発明は、発光部と受光部とを夫々左右方向回動自
在とし、回動角度を読取りできるように形成している。
前記発光部並びに受光部とによつて構成される位置検出
装置はレーザパルス等の光源を使用して相互の距離を測
定できる。そして、前記発光部を作業区域の基準点に水
平に設置し、受光部を自走型建設作業機の回向中心点に
設けている。該受光部は上下に高さ調節できるようにス
ライドポール等に取付けているので、前記発光部から水
平に発光する光線を受光できるように上下移動し、該移
動量によつて前記基準点に対する自走型建設作業機の高
さ偏位を測定できる。

そして、発光部と受光部とを夫々旋回させて発光部か
ら放射される光を受光部が受光できるようにすることに
より、基準点と受光部との距離が計測され、発光部の回
転角度から前記基準点を通る既知の方向基準線と自走型
建設作業機上の受光部とがなす角度を読取ることができ
る。これにより、自走型建設作業機の回向中心点の位置
が、発光部の基準点（既知）から求まる。然る後に自走
型建設作業機の進行方向軸に対する受光部の左右方向角
度を、前記発光部の読取り角度と同一に設定する。そし
て、前記受光部が発光部の光源を受光できるように自走
型建設作業機を回向すると、該作業機の進行方向軸は方
向基準線と平行となり修正を完了する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を別紙添付図面の第１図乃
至第３図に従って詳述する。尚、説明の都合上、従来公
知に属する技術事項も同時に説明し、従来例で使用した
符号と対称部分は同一符号を使用するものとする。

第１図に於て（10）は自走型建設作業機である。該自
走型建設作業機（10）は台車（11）と該台車（11）に載
置した建設作業機（12）から形成されている。前記台車
（11）は走行機構（図示せず）により走行自在に形成す
るとともに、左右方向拡幅自在のアウトリガー（13）
（14）を前後に備え、該アウトリガー（13）（14）の油
圧ジヤツキ（15）（15）（15）（15）のうち３点を任意
に高さ調節して建設作業機（12）を水平状態にできる。
台車（11）の台座（11a）は後端中央部位をアウトリガ
ー（14）の中央部位に枢着し、該枢着部位を回向支点
（16）としている。一方、台座（11a）の前部はアウト
リガー（13）に対して左右方向移動自在に形成し、自走
型建設作業機（10）が前記回向支点（16）を中心に方向
修正できるようにしている。

又、前記回向支点（16）の中心上に伸縮自在のスライ
ドポール（17）を立設し、該スライドポール（17）は台
座（11a）上面に対して垂直となるように取付けるとと
もに、伸縮量を直読できるように形成する。又、該スラ
イドポール（17）の上部ポール（17a）には後述する位
置検出装置（20）の受光部（21）が取付けてある。該受
光部（21）は上部ポール（17a）上端部に固設した測距
用の反射鏡（22）と、該反射鏡（22）の稍下方に設けた
角度検出用の視準板（23）とから構成し、上部ポール
（17a）と一体的に回動できる。尚、反射鏡（22）の中
心光軸と視準板（23）の視準方向は一致しており、自走
型建設作業機（10）の進行方向軸（Ｆ）と一致させて固
定でき、且つ、固定を解除して回動させる際には回動角
度を精密に読取れる角度読取り機構（24）を設けてい
る。

前記視準板（23）は前視準板（23a）に開穿したスリ
ツト（25）の中央に視準糸（26）を垂直方向に張り、該
視準糸（26）の影を後視準板（23b）の中央に設けた視
準線（27）と一致させて、そのときの回動角度を読取
り、自走型建設作業機の進行方向軸（Ｆ）と光軸とがな
す角度を知ることができる。

次に、前記受光部（21）とともに位置検出装置（20）
を構成する発光部（28）を説明する。作業区域の基準線
上に適宜手段により固定される発光部（28）は、旋回面
が水平になるようにセットし、測距用レーザパルスを光
源とする光波距離計（29）と視準用の可視レーザ光源
（30）にて形成し、前記光波距離計（29）と可視レーザ
光源（30）との上下間隔は、前記受光部（21）の反射鏡
（22）と視準板（23）との間隔に対応させている。又、
光波距離計（29）と可視レーザ光源（30）との光軸（B
1）（B2）方向を一致させ、左右方向同一且つ、上下に
平行な光源としている。そして、前述した受光部（21）
と同様の角度読取り機構（31）を設けるとともに、リモ
ートコントーラ（図示せず）によつて回動できる。

続いて、第２図及び第３図に従って位置検出装置（2
0）による自走型建設作業機（10）の方向修正の手順を
説明する。第２図に示すように、例えばトンネル工事現
場（Ｔ）に自走型建設作業機（10）を搬入し、アウトリ
ガー（13）（14）の油圧ジヤツキ（15）（15）（15）に
より自走型建設作業機（10）を水平にセツトする。一
方、発光部（28）を基準点（Ｐ）に固定し、基準線
（Ｒ）と平行に向けてセツトする。このときの回動位置
を初期状態として基準角（０°）とする。

次に、発光部（28）を受光部（21）方向へ回動すると
ともに、第１図に示した自走型建設作業機（10）のスラ
イドポール（17）を伸縮し、且つ受光部（21）を回動さ
せて、第２図に示すように発光部（28）は発するレーザ
光線を受光する。そして、視準板（23）にて照準を合わ
せるとともに前記スライドポール（17）の伸縮量から高
さ（ｈ）を読む。一方、発光部（28）の光波距離計（2
9）は、受光部（21）の反射鏡（22）からの反射光を受
光して距離（ｌ）を測定し、且つ、該受光時に於ける回
動角（θ）を読取り、該角度で停止させる。

ここで、前記基準点（Ｐ）の座標をX_O，Y_O，Z_Oとすれ
ば自走型建設作業機（10）の位置は、Ｘ＝X_O＋lsinθ,Y
＝Y_O＋lcosθ,Z＝Z_O−ｈで求めることができる。

次に、自走型建設作業機（10）の方向を修正するため
に受光部（21）を回動し、該自走型建設作業機（10）の
進行方向軸（Ｆ）に対する角度を前記発光部（28）の回
動角（θ）と同一に設定する。然る後に、第３図に示す
ように台車（11）の前部のアウトリガー（13）を操作
し、後部の回向支点（16）を中心に回向させる。そし
て、視準板（23）が発光部の可視レーザ光源（30）に照
準を合わせた位置で回向を停止し、このとき、自走型建
設作業機（10）の進行方向軸（Ｆ）はトンネルの基準線
（Ｒ）と平行となり修正を完了する。

前述したように発光部（28）はリモートコントロール
にて作動するので、上記操作は自走型建設作業機（10）
側から迅速容易に為すことができる。又、この発明は上
記一実施例に限定せられるべきではなく、例えば発光部
（28）の角度読取り機構（31）が読取る角度数値を無線
等の手段によつて受光部（21）側に送信して表示できる
ように形成してもよい。更に、上記制御手順を論理回路
或はマイクロプロセツサ等の制御手段によつて自動化す
ることも容易である。

而して、この発明は、この発明の精神を逸脱しない限
り種々の改変を為す事ができ、そして、この発明が該改
変せられたものに及ぶことは当然である。

［発明の効果］ この発明は、上記一実施例に詳述したように、基準点
に設置した発光部と自走型建設作業機に設けた受光部と
によつて位置検出装置を構成している。又、前記発光部
並びに受光部は夫々左右方向回動角度を読取ることがで
きる。そこで、発光部にて基準線に対する自走型建設作
業機の角度を読取り、該自走型建設作業機の進行方向軸
と受光部との角度を前記読取り角度と同一として固定
し、前記受光部が発光部に照準を合わせるように自走型
建設作業機を回向すると、該自走型建設作業機の進行方
向軸は基準線と平行に修正される。

而して、自走型建設作業機の位置決め操作は、自走型
建設作業機に設けた受光部の左右方向角度を発光部の読
取り角度と同一に設定して自走型建設作業機を回向し、
発光部と受光部の光軸を一致させればよく、検出データ
の計算、解析並びに補正値演算等の処理が不要であるの
で、各処理段階に於ける誤差の発生及び該誤差の累積等
の問題を生じない。依って、簡素な構成で自走型建設作
業機の位置決め精度を改善でき、従来生じていた信頼性
並びに実用性に於ける問題を解消して作業性能が著しく
向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
自走型建設作業機の位置検出装置を示す斜視図、第２図
及び第３図は夫々位置検出の手順を示す解説図、第４図
は従来の位置検出方法を示す解説図である。 （Ｒ）……基準線、（Ｐ）……基準点 （Ｆ）……進行方向軸、（B1）（B2）……光軸 （θ）……角度、（10）……自走型建設作業機 （20）……位置検出装置、（21）……受光部 （28）……発光部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測距用並びに視準用の発光部と受光部とか
   らなり、前記発光部並びに受光部を夫々左右方向回動自
   在且つ、回動角度を読取りできるように形成し、前記受
   光部を自走型建設作業機の回向支点にスライドポール等
   の伸縮部材を回して立設し、上下方向移動自在、且つ上
   下移動量を読取りできるように形成した位置検出装置で
   あって、前記発光部を作業区域の基準点に固定し、前記
   発光部と受光部との光軸を一致させて前記発光部と受光
   部間の距離を検出するとともに、前記基準点を通る基準
   線と前記発光部の光軸とがなす角度を読取った後に、自
   走型建設作業機に対する前記受光部の回動角度を、前記
   基準線と前記発光部の角度と同一角度に調整し、前記受
   光部が発光部からの光を受光する角度へ前記自走型建設
   作業機を回向することにより、前記自走型建設作業機の
   姿勢が基準線と平行となるように構成したことを特徴と
   する自走型建設作業機の位置検出装置。