JP4362452B2 - 作業機の施工支援システム - Google Patents
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たとえば、図1(a)に示すように、ブーム角、アーム角、バケット角等の作業機角度検出装置(5,6,7)と、傾斜測定装置4とデータをデジタル化し出力する装置8と2台の絶対位置計測装置(1,2)による出力データを作業機に搭載した演算装置とソフトウェアによりバックホウ所定箇所の座標と作業機の方向を算出する。
ここで、たとえば図2(a)に示すように、作業機にGPS又は反射プリズム(以下測定点という)を設置し、この測定点と固定軸座標と検出点を結ぶ線との位置関係を既知とし、測定点を測定することにより、固定軸の座標(X0,Y0,Z0)との方向角(Θh)を検出することができる。
次に、たとえば図2(b)に示すように、固定軸間長さL1,L2,L3を既知とし、ブーム角、アーム角、バケット角をストロークセンサ又は角時計を用いて検出することができる。これによって、水平とのなす角θv1,θv2,θv3を測定することができる。
そして、図1(a)に示すように、作業機に傾斜計4を取り付け、これによって、図2(c)に示すような、バックホウの傾き(ピッチ角,ロール角)を検出することができる。
上記によって得られた絶対座標データ、角度要素、及びピッチングデータ、ローリングデータ等の上記センサ情報は、たとえば図1(c)に示すように、作業機に搭載されたコンピュータ8に送信される。GPSからは直接シリアルポートへ入力され、その他の情報は電圧もしくは電流データのアナログデータをAD変換機にてデジタル変換し、カードスロットルから入力される。このようにコンピュータ8において上記諸データが統合して入力される。
ここにおいて、作業機方向、指定点座標を検出するため、たとえば先ず、固定軸(X0,Y0,Z0)から、次の数1によって刃先座標(X3,Y3,Z3)を検出することができる。
設計地形データは次の手法によって確保し、作業機位置と共に表示される。
たとえば、設計高さは(X,Y,Z)座標を持つ点によって構成されたサーフェースデータとし、これらはLandXLM等により、たとえば図3(a)に示すように、TIN(不等辺三角形網)もしくは不等辺四角形網で与えられる。
次いで、たとえば図3(b)に示すように、任意間隔でメッシュを作成し、前記の不等辺三角形網との交点座標の(X,Y,Z)を最小二乗法もしくは他の近似計算により算出する。
その後、等間隔のメッシュ高さ網上に、前記した(P1)の方法で検出した方向角と基準点をもったバックホウ位置を重ね合わせることにより、図3(c)に示すように、設計地形データとバックホウとの関係を検出することができる。また、方向線上の点は任意間隔で計算する機能を有するものとすることができる。
たとえば次の図4に示すように、CAD図上に平面バックホウ位置の表示と断面上の設計高さを表示することにより施工の目安とすることができる。
<バケットデータの入力>
たとえば図5のように、使用するバケットの形状(基準位置Lと長さとバケット傾斜角δ)を入力することにより、プログラム上そのバケット形状を表示することができる。
上記(P2)の「設計データと作業機位置を表示する手段」により設計地形形状を示されたものと、(P3)の<バケットデータの入力>により検出されるバケット形状を重ね合わせ表示することができるものとする。
<マーク及び音声による誘導>
上記にて表示できるマークと音声は、図6を代表例的な表示とすることができるが、表現方法(表示範囲、矢印、音声信号)はそれらの組合せが容易に変更できるものである。
<設計データ>
設計高さは(X,Y,Z)座標を持つ点によって構成されたサーフェースデータとし、これらは、LandXLM等によりTIN(不等辺三角形網)もしくは不等辺四角形網で与えられている。
作業機検出点は次の面を選定するものとする。たとえば、図7(a)において(1)―(3)―(8)で囲まれた面とする。
検出面は、座標として(X,Y,Z)が与えられているので、傾きをもった面として捉えられる。そこで、仮定水平面を設け、これに交差させた場合、図7(b)に示すように、線A−A’が考えられる。
次いで、図7(c)に示すように、前記の「(3)ハ<サーフェースの線の検出>」で与えられた線A−A’と真北と作業機中心を結ぶ直線との交点における真北から時計回りの最大角度θAと作業機のバケット方向の直線と真北と作業機中心を結ぶ直線との交点における真北から時計回りの最大角度θNの差分を角度差で計算、表示可能とし、少なくとも、マークまたは音声のいずれかによって前記差分が90°に近づくように誘導することができるものとして構成されている。
(1)GPSと固定軸、作業機方向の位置関係により、刃先データ座標を事前計測によって求め、事前計測によって求め得たGPSと固定軸、作業機方向の位置関係による刃先データ座標等の諸データを検出・蓄積するシステムを採用し、三次元座標で与えられた設計データの他にCAD形式で与えられる設計データを用い、画面上に設計差異とバケット形状を示すものであるから、作業の効率化を図り、正確な施工を遂行可能であり、指示画面や音声情報の提供により過掘等を回避することができる。
この手段についての特徴は次の通りである。
たとえば図8(a)に示すように、測定箇所に測定点を押し当て、記録ボタンを押すことで、検出された刃先データ(X,Y,Z)をコンピュータのハードディスク、リムーバ
ブルディスク,フロッピー(登録商標)ディスク等の記録手段に記録できる。このように、測定作業は、測定したい箇所に刃先を押し当て記録ボタンを押すことで、簡単にデータを記録することができる。
データは、たとえば図9に示すような表データ記録表として与えられる。この図9の表に示す諸データは、測定点データとして、変換することができるものである。
記録される項目は、図8(b)に示された項目を記述するものである。
<記録の蓄積>
施工中のデータは、図9に例示したような記録項目を備えている。これらの記録データはCSV形式で記録される。
データの抽出は、たとえば図10に示すように、位置原点と刃先データと時間の関係から、仕上げ高さ点を抽出することにより行うことができる。この点は刃先データ(X,Y
,Z)の座標データを有するものとしてある。
図11に例示するように、等間隔の管理区画幅を持った上記同様の設計上メッシュ点網を作成する。
上記の抽出データとメッシュ高さ網から、抽出点と設計高さとの対比を行いその差異に応じ、色彩に変化を与え、色彩の変化によって差異の程度を識別する。図12では、仮に下表に示したとおりの識別色とするものを一例として示すものであるが、この表現方法は、容易に変更できるものとすることができる。
<データの保存>
前述の図9に示した表のとおり、テキストとして記録されたデータは、ハードディスク等リムーバブルメディアに保存可能である。
保存されたデータを、図13のように、コンピュータでのデバックモードにより、作業を再現することが可能である。
実際行われた作業が、どの位の時間で、どのように行われたかを再現することにより、作業分析が可能となる。また、オペレータの技量を、夫々のデータを比較することで分析が可能となり、かつ、最適な作業を検討することが可能となる。
この場合の作業データとしては、次の項目を確認できるようにするものである。
これらによって、一日の作業状況を把握することが可能となる。
図14には、通信により遠隔地で作業状況画面を表示する手段が示されている。ここで、次の各手段を備えている。
前記の図9に例示した表データを記録する手段と、同情報をRS232C形式に変換することが可能である送信情報へ変換する手段を備えている。
上記データをRS232C形式に出力するポートとデータを送信する無線機により、上記のデータを送信し、作業機から遠隔地にある無線機にて受信することが可能である。
本ソフトがインストールされたコンピュータにて、上記無線機により受信されたデータを通信ポートから取り込むことで、作業機運転手と同様の施工画面を表示可能である。これにより、作業状況等の管理の他施工に関する管理も可能となる。
Y,Z)をコンピュータのハードディスク等(リムーバブルディスク,フロッピー(登録商標)ディスク)に記録する測定作業と、GPSと計算によって得られ、座標(X,Y,Z)の位置原点、作業機の前後及び左右の傾斜及びブーム、アーム並びにバケットの角度に関するセンサーデータ、座標(X,Y,Z)の刃先データと日時の記録項目を備えて与えられ、測定点データとして変換できるデータの記録作業と、測点番号毎の座標(X,Y,Z)、測定日時、座標系の種類を項目として記述する表、及び側点位置を示す線図とこの線図の基準点及び法長に係る、位置、測定値、設計値、差異及び規格値を項目として記述する表にしてデータを記録するデータの印字・記録作業と、前記表によるデータを、出来形管理図を作成する演算装置により測定点データとして変換して出来形管理図を出力する作業とを含むものである。
出作業と、出来形管理図を作成する演算装置により、等間隔の管理区画幅をもった設計上のメッシュ点網を作成し、この設計上のメッシュ点網上にデータ抽出作業で抽出したデータを重ね合わせて対比可能に出来形管理図を出力する作業とを含むものである。
1a 第一GPS受信機
1b 第一アンテナ
2 第二GPS移動局(GPS2)
2a 第二GPS受信機
2b 第二アンテナ
3 GPS固定局
3a 第三GPS受信機(GPS3)
3b 第三アンテナ
4 傾斜計
5 ブーム角度計
5B ブーム
6 アーム角度計
6A アーム
7 バケット角度計
7B バケット
8 第一コンピュータ
9 AD変換機
10 第2コンピュータ
11a 無線機,11b 無線機
12a 無線機,12b 無線機
G RTK−GPSシステム
R 施工情報入力再現システム
S センジング情報入力・解析・出力システム
P1 作業機のバケット位置・方向検出手段
P2 設計地形形状データと作業機位置の表示手段
P3 作業機のバケット形状と設計地形形状データの表示手段
P4 作業機のバケットを法線直角方向へ誘導する手段
P5 測定点データにより出来形管理図を作成する手段
P6 施工中の作業データから出来形管理図を作成する手段
P7 データ記録作業状況を再現する手段
P8 通信により遠隔地で作業状況画面を表示する手段
Claims (9)
- 以下の、検出手段(P1)、設計データ及び作業機位置の表示手段(P2)、バケット形状及び設計地形データの表示手段(P3)および誘導手段(P4)を有することを特徴とする作業機の施工支援システム。
(P1)作業機に搭載され、(1)ブーム角、アーム角、バケット角からなる作業機角度の検出装置、(2)傾斜測定装置、(3)前記(1)の作業機角度の検出装置および前記(2)の傾斜測定装置により得られたデータをデジタル化し出力する装置、(4)2台の絶対位置計測装置、(5)前記(3)の出力装置および前記(4)の絶対位置計測装置からの出力データにより作業機所定箇所の座標と作業機の方向を算出処理するソフトウェアを内蔵した演算装置
を含む、バケット位置・方向角の検出手段。
(P2)設計高さを三次元座標に持つ点が不等辺三角形網もしくは不等辺四角形網で与えられたサーフェースデータになるものとした設計データを任意間隔のメッシュに作成し、交点座標(X,Y,Z)の近似計算により算出した等間隔のメッシュ高さ網に変換した等間隔のメッシュ高さ網上に、前記ソフトウェアにより算出処理された作業機の方向データの方向角と基準点をもった作業機位置を重ね合わせることより、設計地形データと作業機との関係を検出し、CAD図上に平面作業機位置の表示と断面上の設計高さを画面表示するための設計データ及び作業機位置の表示手段。
(P3)使用するバケット形状の入力によりバケット形状を表示可能とし、前記設計データ及び作業機位置の表示手段(P2)により示される設計地形形状と、前記入力された、使用するバケット形状を重ね合わせて表示可能とし、また、設計地形勾配とバケット背面角度の差異を検出し、少なくとも、マークまたは音声のいずれかによりバケット表示できると共に、設計地形勾配角にバケット角度を一致するよう誘導可能として表示できる、バケット形状及び設計地形データの表示手段。
(P4)設計高さが(X,Y,Z)座標を持つ点によって構成され、不等辺三角形網もしくは不等辺四角形網で与えられたサーフェースデータを設計データとし、作業機検出点はこのサーフェースを検出し、選定するものとし、サーフェースの線の検出は、検出面が、座標として(X,Y,Z)が与えられ、傾きをもった面として捉えられ、仮定水平面と交差させた場合に得られる直線とし、この検出面と仮定水平面との交差で得られた直線と真北と作業機中心を結ぶ直線との交点における真北から時計回りの最大角度θAと作業機のバケット方向の直線と真北と作業機中心を結ぶ直線との交点における真北から時計回りの最大角度θNの差分を角度差で計算、表示可能とし、少なくとも、マークまたは音声のいずれかによって前記差分が90°に近づくように誘導可能としたバケットの法面直角方向への誘導手段。 - 請求項1において、バケット形状及び設計地形データの表示手段(P3)の表示できるマークと音声は、表示範囲、矢印、音声信号を組合せて表示可能としたことを特徴とする作業機の施工支援システム。
- 請求項1において、バケット形状及び設計地形データの表示手段(P3)は、バケット刃先基準高さと設計高さとの差異をレベルメーターにて表示可能とされていることを特徴とする作業機の施工支援システム。
- 以下の、データの記録手段(P5)を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかの作業機の施工支援システム。
(P5)測定箇所に測定点を押し当て、記録ボタンを押すことにより、刃先データ(X,Y,Z)をコンピュータのハードディスク、リムーバブルディスクまたはフロッピー(登録商標)ディスクに記録可能で、この記録された刃先データの座標(X,Y,Z)と、GPSと計算によって得られた座標(X,Y,Z)の位置原点と、前後・左右の傾斜とブーム、アーム、バケットの角度をそれぞれ測定したセンサーデータ、および日時を記録項目とする表として与えるデータの記録手段。 - 請求項4において、データの記録手段(P5)は、測点番号、座標、測定日時、座標系の種類、及び測点毎に、その基準点と法長に係る位置、測定値、設計値、差異、規格値を項目として記録、印字が可能であることにより、出来形管理図の作成が可能とされることを特徴とする作業機の施工支援システム。
- 以下の、作業状況を記録し、出来形管理図を作成する手段(P6)を有することを特徴とする請求項1から5のいずれかの作業機の施工支援システム。
(P6)施工中のデータは、記録項目の内容を、GPSと計算によって得られた座標(X,Y,Z)の位置原点と、前後・左右の傾斜とブーム、アーム、バケットの角度をそれぞれ測定したセンサーデータと座標(X,Y,Z)を持つ刃先データ、および日時としてCSV形式で記録して記録の蓄積処理を可能とし、
位置原点と刃先データと時間の関係から、刃先データ(X,Y,Z)の座標データを有する仕上げ高さ点の抽出を行うデータの抽出処理を可能とし、
設計高さを(X,Y,Z)座標に持つ点が不等辺三角形網もしくは不等辺四角形網で与えられたサーフェースデータになるものとした設計データを、交点座標(X,Y,Z)の近似計算により算出した等間隔のメッシュ高さ網に変換した任意間隔のメッシュに作成することによって、等間隔の管理区画幅を持った設計上のメッシュ点網を作成する区画メッシュの作成処理を可能とし、前記データの抽出処理で抽出したデータを対比できる対比処理を可能とし、
データの抽出処理で抽出した抽出データとメッシュ高さ網から、抽出点と設計高さとの対比を行いその差異に応じて、色彩処理し、これによって<区画メッシュ網の識別>を可能とした、作業状況を記録し、出来形管理図を作成する手段。 - 以下の、データを記録する作業状況を再現する手段(P7)を有することを特徴とする請求項1から6のいずれかの作業機の施工支援システム。
(P7)記録項目の内容を、GPSと計算によって得られた座標(X,Y,Z)の位置原点と、前後・左右の傾斜とブーム、アーム、バケットの角度をそれぞれ測定したセンサーデータと座標(X,Y,Z)を持つ刃先データ、および日時としてCSV形式で記録・蓄積した施工中のデータは、テキストとして記録され、ハードディスク、またはリムーバブルディスクに保存可能なデータとして蓄積され、
保存されたデータは、前記作業機所定箇所の座標と作業機の方向を算出処理するソフトウェアがインストールされているコンピュータでのデバッグモードにより、記録データからの作業の再現処理が可能とされた、データを記録する作業状況を再現する手段。 - 請求項7において、データを記録する作業状況を再現する手段(P7)は、作業開始・終了時刻、作業における各作業時間、移動段取り時間及び掘削作業時間が確認可能とされていることを特徴とする作業機の施工支援システム。
- 以下の、通信により遠隔地で作業状況画面を表示する手段(P8)を有することを特徴とする請求項1から8のいずれかの作業機の施工支援システム。
(P8)GPSと計算によって得られた座標(X,Y,Z)の位置原点と、前後・左右の傾斜とブーム、アーム、バケットの角度をそれぞれ測定したセンサーデータと座標(X,Y,Z)を持つ刃先データおよび日時を記録項目の内容とする施工中のデータを記録し、RS232C形式に変換することが可能である作業データを記録し、送信情報へ変換する処理手段と、
上記施工中のデータをRS232C形式に出力するポートとデータを送信する無線機により送信し、作業機から遠隔地にある無線機にて受信することが可能である作業データを送受信する処理手段と、
前記作業機所定箇所の座標と作業機の方向を算出処理するソフトウェアがインストールされたコンピュータにて、前記無線機により受信されたデータを通信ポートから取り込むことで、作業機運転手と同様の施工画面を表示可能とされ、作業及び施工状況の管理を可能とするデータを再現する処理手段からなる通信により遠隔地で作業状況画面を表示する手段。
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