JP3146080B2 - 掘削機運転装置 - Google Patents

掘削機運転装置

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JP3146080B2
JP3146080B2 JP00162393A JP162393A JP3146080B2 JP 3146080 B2 JP3146080 B2 JP 3146080B2 JP 00162393 A JP00162393 A JP 00162393A JP 162393 A JP162393 A JP 162393A JP 3146080 B2 JP3146080 B2 JP 3146080B2
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能生 丸山
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株式会社間組
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は掘削機の運転装置に関
し、特に掘削精度を向上させるために、工事現場に建設
が予定されている地中構造物の完成予想図を、現位置で
掘削機の運転員に表示する掘削機運転装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】建築の基礎工事のためにバックホウ等の
掘削機で掘削を行う場合、掘削位置に石灰をまいたり、
掘削位置の概略の指標に依ってこれらの掘削位置をオペ
レータに知らせている。また、掘削の深さ方向に関して
は、レベルを用いて深さを確認しながら掘削を進めると
いう手順をとっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術による掘削方法では、掘削機による掘削位置や深
さが不正確であり、掘削のしすぎや残しが起き、特に深
く堀り過ぎた場合は、砂利や捨てコンの量が多くなっ
て、無駄な出費が発生する。一方、掘り残しがあった場
合は、手戻りが起きるなどの問題点があった。
【0004】この発明は上記のような従来の問題点に着
目してなされたものであり、掘削中の地面にこれから作
るフーチンや地中梁などの画像を重ねて見ながら、掘削
工事を進行可能にし、これにより、正確に指定した掘削
位置にて指定した形状,大きさの掘削を高精度に実施で
きる掘削機運転装置を得ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる掘削機
運転装置は、工事現場の敷地内で掘削機の3次元的な位
置および方向を検出する掘削機位置検出手段と、上記掘
削機における運転員の頭部の3次元的な位置および方向
を検出する運転員位置検出手段と、該運転員位置検出手
段および掘削機位置検出手段による検出データにもとづ
き、上記工事現場の敷地内における運転員の位置を算出
する運転員位置演算手段と、上記工事現場の敷地に建設
される予定の地中梁やフーチンなどの構造物の3次元的
な位置および形状のデータを格納した構造物位置形状デ
ータベースとを設けて、画像生成手段に、該構造物位置
形状データベースおよび上記運転員位置演算手段の各出
力データにもとづいて、運転員から見た構造物の位置お
よび方向を算出させて画像を生成させ、表示手段に、該
画像生成手段で生成した画像を表示させ、かつこの画像
および運転員が見ている実画像をそれぞれ重ね合わせて
視覚させるようにしたものである。
【0006】
【作用】この発明における運転員位置演算手段は、工事
現場の敷地における掘削機の位置および方向と掘削機内
の運転員の位置および方向から、その敷地における運転
員の位置を求め、構造物位置形状データベースからの予
定の構造物の位置および形状のデータとから、運転員か
ら見た構造物の位置および方向を算出して画像化する。
【0007】そして、この画像をシースルー型のヘッド
・マウンテッド・ディスプレーに表示し、これを実画像
と重ねて視覚できるようにし、無駄な掘削や掘り残しが
生じないように、正確に掘削作業を進められるようにす
る。
【0008】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1において、1は工事現場の敷地内で掘削機の
3次元的な位置および方向,姿勢を実時間で検出する掘
削機位置検出手段、2は掘削機における運転員の頭部の
3次元的な位置および方向を実時間で検出する運転員位
置検出手段である。
【0009】また、3はこの運転員位置検出手段および
上記掘削機位置検出手段による検出データにもとづき、
上記工事現場の敷地内における上記運転員の位置を算出
する運転員位置演算手段、4は工事現場の敷地に建設さ
れる予定の構造物の3次元的な位置および形状のデータ
を予め3次元CADシステムなどにより作成して格納し
ている構造物位置形状データベースである。
【0010】さらに、5はこの構造物位置形状データベ
ース4および上記運転員位置演算手段の各出力データに
もとづいて、運転員から見た構造物の位置および方向を
算出して画像生成する画像生成手段、6はこの画像生成
手段で生成した画像を表示し、この画像と運転員が見て
いる実画像をそれぞれ重ね合わせて視覚可能に表示する
表示手段である。
【0011】図2は上記掘削機位置検出手段1による水
平位置の検出方法を具体的に示す説明図であり、21は
工事現場の敷地、22は敷地21内を走行するバックホ
ウなどの掘削機、23,24は掘削機22の前部および
後部に取り付けられたレーザ発振器で、レーザ光を発す
る。25,26は敷地21内で座標の確定している2点
に設置されたコーナキューブで、これらの2点間の距離
は測定ずみである。
【0012】図3は上記掘削機位置検出手段1による垂
直位置の検出方法を具体的に示す説明図であり、31は
敷地21内を見通すことができる一定位置の所定の高さ
に設定したレーザ発振器で、これがレーザ光を水平に発
している。
【0013】32は掘削機22上に垂直設立されたマス
ト33に取り付けられた受光センサセルであり、この受
光センサセル32は、図4に示すように、多数の光学セ
ンサ32aを縦に並列したものであり、これがポテンシ
ョメータ34を介してマスト33に吊り下げられて、垂
直に垂れ下がっている。従って、ポテンショメータ34
はマスト33の傾きが検出可能となっている。
【0014】図5は上記運転員位置検出手段2による運
転員の頭部の3次元的位置および方向の検出方法を示す
説明図であり、41は掘削機22内の運転室の定位置に
設けられた椅子、42はこの椅子41上に座った運転員
の頭部にかぶせられたヘルメットで、このヘルメット4
2には、運転員の視野に臨むように上記表示手段6が取
り付けられている。
【0015】また、43は上記ヘルメット42を支持す
るとともに、これのX軸,Y軸,Z軸の各方向への変位
を検出するためのアーム機構であり、各軸の枢支部には
図示しないセンサが設けられて、上記ヘルメット42の
位置および方向を3次元的に検出するようになってい
る。なお、ヘルメット42の位置や方向は磁気や超音波
を利用した周知のセンサによっても容易に検出できる。
【0016】図6は上記表示手段6の一実施例を示す。
これは、上記画像生成手段5で生成された仮想画像をビ
ューファインダー45およびハーフミラー46を通して
見るように構成され、このうち、ハーフミラー46は一
定の傾きをもって配置されて、前方の物体48の画像を
透過し、その透過画像を上記ビューファインダー45か
らの仮想画像に重ねてハーフミラー46上で目視できる
ようになっている。なお、ここでは、頭の位置および方
向、すなわちヘルメット42の位置および方向を、ヘル
メット42上のセンサ47によって検出可能としたもの
を示す。
【0017】次に動作について説明する。まず、掘削機
位置検出手段1は、工事現場の敷地21内で、3次元的
な位置および方向を検出する。すなわち、水平位置の検
出では、まず、図2に示すように、前方のレーザ発振器
23からのレーザ光をコーナキューブ25,26で受信
し、基準方向のラインlに対する角Θ1,Θ2を測定し、
これと上記各コーナキューブ25,26間の距離とから
レーザ発振器23の位置を計算により求める。
【0018】また、同様の方法で、後方のレーザ発振器
24の位置と方向を計算により求め、これらの2点の測
定結果から、掘削機22の水平面上の位置と方向を確定
する。このような2点の位置検出を高速で繰り返し実行
することにより、移動中の掘削機22の位置および方向
を常に高精度に検出できる。
【0019】なお、この場合において、掘削機22自体
の姿勢は、走行中に前後方向および/または左右方向に
傾くが、かかる傾きはジャイロを用いた角速度センサに
より確実に検出できるので、この検出結果により傾き方
向の測定が可能となり、これを掘削機22の方向制御に
利用することができる。
【0020】また、水平面内での掘削機22の回転も、
角速度センサで検出でき、これを利用する場合は、1台
のレーザ発振器で掘削機22の水平位置を検出し、角速
度センサで基準方向からの回転角を検出して、掘削機2
2の方向を決めることができる。
【0021】一方、掘削機22の垂直位置の検出では、
図3に示すように、作業開始時にレーザ発振器31から
水平にレーザ光を発信し、これをマスト33に吊持され
た受光センサセル32で受光する。この受光は受光セン
サセル32のうち、例えば特定の1つの受光センサ32
aにより行われ、この受光位置を記録しておく。
【0022】次に、掘削機22を走行させながら、すな
わち、掘削作業をさせながら、次々に、受光センサセル
32上におけるレーザ光の受光位置を測定し、作業開始
時における受光位置との比較を行う。これにより、掘削
機22の鉛直方向の変位をリアルタイムで検出できる。
【0023】この場合において、実際には、マスト32
の付け根の位置を監視する方法が便利であり、マスト3
2の長さをL、マスト32の頂点からレーザ光の受光位
置までの距離をX、マスト32と受光センサセル32と
のなす角度をΦとすると、レーザ光とマスト32の付け
根までの距離hは、h=X−LcosΦとなる。
【0024】また、上記掘削機22の位置および方向の
検出とともに、運転員位置検出手段2において、例えば
図5に示すようなシステムで、掘削機22の運転室にお
ける運転員の頭の位置が、アーム機構43を利用して測
定され、この測定結果が上記掘削機位置検出手段1の出
力とともに図1の運転員位置演算手段3に入力され、こ
こで、敷地21における運転員の位置が計算される。
【0025】一方、上記構造物位置形状データベースに
は、その敷地21に建設される予定の地中梁やフーチン
などの構造物の3次元的な位置および形状のデータが、
予め3次元CADなどにより作成されて格納されてお
り、画像生成手段5ではこれらのデータを利用して、運
転員から見る構造物の位置と方向を実時間で計算し、こ
の計算結果により表示装置6に投影すべき画像を作成す
る。このとき、立体的に見えるようにするため、右目と
左目で見る画像を、例えばCRT画像のように別個に作
成する。
【0026】次に、このようにして作成された画像を図
6に示すように、表示手段6を構成するビューファイン
ダ45を通して、ハーフミラー46に投影する。このた
め運転員はその投影画像を目で見ることができるととも
に、そのハーフミラー46を通して前方の敷地の実画像
を重ねて見ることができ、この結果、上記仮想の構造物
が実画像の敷地内の構造物として視覚できる。
【0027】この結果、運転員は計画中の構造物に合っ
た掘削作業を高精度かつ迅速に実施できることとなり、
結果的に、構造物の完成予想や景観予想を現位置で行え
るようになり、既設の配管などを避けた掘削工事を実現
できることとなる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば工事現
場の敷地内で掘削機の3次元的な位置および方向を検出
する掘削機位置検出手段と、上記掘削機における運転員
の頭部の3次元的な位置および方向を検出する運転員位
置検出手段と、該運転員位置検出手段および運転員掘削
機位置検出手段による検出データにもとづき、上記工事
現場の敷地内における運転員の位置を算出する運転員位
置演算手段と、上記工事現場の敷地に建設される予定の
地中梁やフーチンなどの構造物の3次元的な位置および
形状のデータを格納した構造物位置形状データベースと
を設けて、画像生成手段に、該構造物位置形状データベ
ースおよび上記運転員位置演算手段の各出力データにも
とづいて、運転員から見た構造物の位置および方向を算
出させて画像を生成させ、表示手段に、該画像生成手段
で生成した画像を表示させ、かつこの画像および運転員
が見ている実画像をそれぞれ重ね合わせて視覚させるよ
うに構成したので、運転員は敷地の掘削状況を視野に入
れながら、所望の構造物の完成予想および景観予想に従
った掘削作業を実施でき、従来に比べて大幅に掘削精度
および掘削効率を向上できるという効果が得られる。
【0029】従って、道路工事などで既設の配管の位置
データから、この配管を確実に避けながら、所定の位置
の地盤の操作を適正かつ安全に実施でき、また、掘削の
しすぎや掘り残しによる手戻りが生じるなどの不都合を
回避できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による掘削機運転装置を示
すブロック図である。
【図2】図1における掘削機位置検出手段による水平位
置検出方法を示す説明図である。
【図3】図1における掘削機位置検出手段による垂直位
置検出方法を示す説明図である。
【図4】図3における受光センサセルの取付状況を示す
説明図である。
【図5】図1における運転員位置検出手段による位置検
出方法の一例を示す説明図である。
【図6】図1における表示手段の具体例を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1 掘削機位置検出手段 2 運転員位置検出手段 3 運転員位置演算手段 4 構造物位置形状データベース 5 画像生成手段 6 表示手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−252825(JP,A) 特開 平3−131792(JP,A) 特開 平4−52330(JP,A) 特開 平6−65949(JP,A) 特開 平6−17444(JP,A) 特開 平5−9939(JP,A) 特開 昭62−185932(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02F 9/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 工事現場の敷地内で掘削機の3次元的な
    位置および方向を検出する掘削機位置検出手段と、上記
    掘削機における運転員の頭部の3次元的な位置および方
    向を検出する運転員位置検出手段と、該運転員位置検出
    手段および上記掘削機位置検出手段による検出データに
    もとづき、上記工事現場の敷地内における運転員の位置
    を算出する運転員位置演算手段と、上記工事現場の敷地
    に建設される予定の地中梁やフーチンなどの構造物の3
    次元的な位置および形状のデータを格納した構造物位置
    形状データベースと、該構造物位置形状データベースお
    よび上記運転員位置演算手段の各出力データにもとづい
    て、運転員から見た構造物の位置および方向を算出して
    画像を生成する画像生成手段と、該画像生成手段で生成
    した画像を表示し、この画像および運転員が見ている実
    画像をそれぞれ重ね合わせて視覚可能にする表示手段と
    を備えた掘削機運転装置。
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KR101144727B1 (ko) * 2009-05-12 2012-05-24 인하대학교 산학협력단 스테레오 비전 기술을 이용한 굴삭작업 지원 시스템
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