JP6599278B2

JP6599278B2 - コンクリート吹き付け操作支援装置

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Publication number: JP6599278B2
Application number: JP2016068657A
Authority: JP
Inventors: 成郎北原; 孝仁坂西; 治郎今泉; 翼飛鳥馬; 仁手塚; 洋尾畑; 宏一青木; 雄太長岡
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017179877A

Description

本発明は、コンクリート吹き付け機の吹き付けノズルを操作する作業者にトンネル壁面に対する吹き付けノズルの角度を把握させる、コンクリート吹き付け操作支援装置に関する。

コンクリート吹き付け機で弧状なトンネル壁面にコンクリートを吹き付ける場合、吹き付けノズルがトンネル壁面に直角となるように、ノズルマンと呼ばれる作業者がコンクリート吹き付け機を操作することにより、吹き付け面としてのトンネル壁面からのはね返りが少なくなり、コンクリートが最も圧縮され、コンクリートの付着性が良くなる。そのような作業は、コンクリートのトンネル壁面への吹き付けられる現状を作業者が目視しながら行うため、吹き付けノズルの角度とトンネル壁面との角度の関係は作業者に依存し、作業者によって施工性や品質にばらつきがある。

図６を用いて、特許文献１で開示されたコンクリート吹き付け機１０１について説明する。図６に示したコンクリート吹き付け機１０１は、トンネル１０２内の自動追尾式測量機１０３によって測定されたデーターからトンネル１０２内のコンクリート吹き付け機１０１の基準点１０４の位置及びトンネル計画線に対するコンクリート吹き付け機１０１の基準方向のずれを演算し、吹き付け作業が開始すると、コンクリート吹き付け機１０１に搭載された演算制御装置が作業前に計測されたトンネル断面データーから各吹き付け位置での最適吹き付け量を求めてコンクリート吹き付け機１０１を制御するために、コンクリート吹き付け機１０１に基部ロータリ角センサー、起伏角センサー、屈折角サンサ、アーム回動角センサー、アームロータリ角センサー、チルト角センサー、スライド長センサーを設置して、基部ロータリ角、起伏角、屈折角、アーム回動角、アームロータリ角、チルト角、アームスライド長を検出している。

しかしながら、特許文献１で開示されたコンクリート吹き付け機１０１は、基部ロータリ角センサー、起伏角センサー、屈折角サンサ、アーム回動角センサー、アームロータリ角センサー、チルト角センサー、スライド長センサー等の多種多様な検出器を用いた複雑な構造にも関わらず、作業者がトンネル壁面に対する吹き付けノズルの角度を把握することができない。

特開２００１−３１０１５４号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、センサーの個数及び種類が少なく、作業者にトンネル壁面に対する吹き付けノズルの角度を把握させる、コンクリート吹き付け操作支援装置の提供を目的とする。

本発明は、コンクリート吹き付け機の吹き出しノズルを備えたノズルアーム機構に設けられかつ吹き出しノズルのピッチ角度を検出するピッチ角度センサーと、上記ノズルアーム機構に設けられかつ吹き出しノズルのロール角度を検出するロール角度センサーと、上記ノズルアーム機構に設けられかつ水平面での方位を検出する方位センサーと、上記ピッチ角度センサーからの検出ピッチ角度とロール角度センサーからの検出ロール角度と方位センサーからの検出方位とに基づきコンクリートを吹き付けるトンネル壁面に対する上記吹き付けノズルの向きを数値又は画像で可視可能に表示するモニター装置とを備えたことを特徴とする。

本発明は、センサーの個数が方位センサーとロール角度センサーとピッチ角度センサーとの合計で３個であり、センサーの種類が方位計としての方位センサー１種類と、傾斜計としてのロール角度センサーとピッチ角度センサーの１種類との計２種類であり、センサーの個数及び種類が少なく、モニター装置に可視可能に表示されたコンクリートを吹き付けるトンネル壁面に対する吹き付けノズルの向きを数値又は画像を見た作業者にトンネル壁面に対する吹き付けノズルの向きを把握させることができるので、作業者がモニター装置を見ながら吹き付けノズルをトンネル壁面に直角となるようにコンクリート吹き付け機を操作することにより、トンネル壁面からのコンクリートの跳ね返りが少なくなり、コンクリートが最も圧縮され、コンクリートの付着性が良くなり、施工性や品質が上がる。

本発明において、コンクリートを吹き付けるトンネル壁面に対する吹き付けノズルの向きを画像で可視可能に表示するモニター装置がモニター案内線を表示すれば、作業者がモニター装置を見ながら吹き付けノズルをトンネル壁面に直角にする作業が分かりやすい。本発明において、コンクリート吹き付け機にカメラが設けられ、このカメラで撮影された映像をモニター装置がライブビュー画像として表示すれば、作業者がモニター装置を見ながら吹き付けノズルをトンネル壁面に直角にする作業が更に分かりやすい。本発明において、ピッチ角度センサーとロール角度センサーと方位センサーとに代替する９軸モーションセンサーがノズルアーム機構に設けられれば、吹き付けノズルのピッチ角度及びロール角度を精度良く管理できるので、品質が上がり、作業者の負担が軽くなる。本発明において、コンクリート吹き付け機の走行機構やアウトリガーを備えたベース部に水平面での方位を検出する方位センサーが設けられれば、方位センサーでベース部の水平面での方位が把握できるので、ノズルアーム機構におけるスライドアームをトンネル壁面と平行にする必要がなく、作業者の負担が軽くなる。本発明において、ベース部の水平面での方位を検出する方位センサーに代替する９軸モーションセンサーがベース部に設けられれば、スライドアームとトンネル壁面との平行が精度よく管理できるので、作業者の負担が軽くなる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。この明細書において、コンクリートは、モルタルも含むものとする。

発明を実施するための形態１のコンクリート吹き付け支援装置を示し、ａ図はトンネルに配置されたコンクリート吹き付け機の側面図、ｂ図はコンクリート吹き付け支援装置のブロック図、ｃ図はモニター表示画面の正面図。発明を実施するための形態１のノズルアーム機構を示した側面図。発明を実施するための形態２のコンクリート吹き付け支援装置を示し、ａ図はトンネルに配置されたコンクリート吹き付け機の平面図、ｂ図はコンクリート吹き付け支援装置のブロック図、ｃ図はモニター表示画面の正面図。発明を実施するための形態３のコンクリート吹き付け支援装置を示し、ａ図はトンネルに配置されたコンクリート吹き付け機の側面図、ｂ図はコンクリート吹き付け支援装置のブロック図、ｃ図はモニター表示画面の正面図。発明を実施するための形態４のコンクリート吹き付け支援装置を示し、ａ図はトンネルに配置されたコンクリート吹き付け機の側面図、ｂ図はコンクリート吹き付け支援装置のブロック図、ｃ図はモニター表示画面の正面図。特許文献１のコンクリート吹き付け機を示した側面図。

図１を用いて、発明を実施するための形態１のコンクリート吹き付け操作支援装置について説明する。尚、ノズルアーム機構１４を備えたコンクリート吹き付け機については図２を用いて説明し、ノズルアーム機構１４については図３を用いて説明する。

図１のａ図に示したように、トンネル１は、トンネル壁面２に対する支保工３の組み立てが終わった状態である。図１のａ図及びｂ図に示したように、コンクリート吹き付け操作支援装置は、支保工３の組み立てが終わった状態のトンネル１内に置かれるコンクリート吹き付け機１１と、トンネル１内又は地上に設置されるモニター室１２とを備える。コンクリート吹き付け機１１は、走行機構やアウトリガー等を有するベース部１３に、ノズルアーム機構１４や制御装置１５を備える。

ノズルアーム機構１４はアーム１６の先端にスライドアーム１７を備え、スライドアーム１７の先端に吹き付けノズル１８を備える。スライドアーム１７にはスライドアーム１７の水平面での方位を検出する１軸の方位センサー１９が設けられる。吹き付けノズル１８には、吹き付けノズル１８の左右方向を軸として上下に回転する角度としてのピッチ角度を検出する１軸の傾斜計からなるピッチ角度センサー２０と、吹き付けノズル１８の前後方向を軸として左右に回転する角度としてのロール角度を検出する１軸の傾斜計からなるロール角度センサー２１とが設けられる。

モニター室１２には、コンピューターからなる処理装置２２と、処理装置２２から出力される電気信号を可視可能に表示するモニター装置２３と、作業者２４に操作される操作装置２５とを備える。処理装置２２のコンピューターのメモリー２６には、操作支援用のプログラムソフト２７、ピッチ角度センサー２０で検出された検出ピッチ角度と方位センサー１９で検出された検出方位とに基づく表示に適合するコンクリート吹き付けを行うためのトンネル壁面３３をトンネル１の軸線方向と平行に延びる直線状の画像として表示するための第１モニター用壁面データー２８、検出ロール角度に基づく表示に適合するコンクリート吹き付けを行うためのトンネル壁面３５をトンネル１の軸線を中心とする弧状の画像として表示するための第２モニター用壁面データー２９、トンネル壁面３５に対して垂線となるモニター案内線３４を直線状の画像として表示するための案内線データー３０、吹き付けノズル外形３６，３８を画像として表示するためのノズルデーター３１等が、トンネルの設計図やコンクリート吹き付け機１１の仕様書等の施工資料に基づき作成された既知のデーターとして予め記憶されている。

そして、処理装置２２が電力の供給で起動し、プログラムソフト２７が作動すると、処理装置２２がメモリー２６から第１モニター用壁面データー２８と第２モニター用壁面データー２９及び案内線データー３０を抽出し、処理装置２２が抽出した第１モニター用壁面データー２８と第２モニター用壁面データー２９及び案内線データー３０を電力の供給で表示可能になったモニター装置２３に出力する。これにより、モニター装置２３が図１のｃ図に示したモニター表示画面３２に、第１モニター用壁面データー２８による第１モニター用トンネル壁面３３を画像として可視可能に表示し、この第１モニター用トンネル壁面３３に案内線データー３０によるモニター案内線３４を重畳して可視可能に表示し、第２モニター用壁面データー２９による第２モニター用トンネル壁面３５を画像として可視可能に表示する。

一方、コンクリート吹き付けが開始される準備作業において、作業者２４の目視により、スライドアーム１７がコンクリート吹き付けを行うためのトンネル壁面２と平行となるように、コンクリート吹き付け機１１のベース部１３が走行機構やアウトリガーにより設置された後、吹き付けノズル１８の先端がトンネル壁面２に対向し、吹き付けノズル１８がトンネル壁面２に直交するように、作業者２４が操作装置２５を例えばモニター室１２からコンクリート吹き付け機１１の側に持ち出して操作する。これにより、操作装置２５から出力される電気信号が有線通信又は無線通信で制御装置１５に出力され、制御装置１５がノズルアーム機構１４を制御し、吹き付けノズル１８の先端がトンネル壁面２に対向し、吹き付けノズル１８がトンネル壁面２に直交するようになる。この準備作業の終了後、作業者２４が操作装置２５をモニター室１２に持ち込み、コンクリート吹き付け作業が開始され、作業者２４がモニター表示画面３２を見て操作装置２５を操作する。

即ち、方位センサー１９とピッチ角度センサー２０及びロール角度センサー２１が電力の供給で検出可能になった状態において、コンクリート吹き付け作業が開始すると、方位センサー１９から出力された検出方位と、ピッチ角度センサー２０から出力された検出ピッチ角度と、ロール角度センサー２１から出力された検出ロール角度とが、有線通信又は無線通信で、処理装置２２に入力される。

上記により、処理装置２２は、プログラムソフト２７により、検出方位に基づきノズルデーター３１からなる吹き付けノズル外形３６の先端が第１モニター用トンネル壁面３３の側に向くようにかつ吹き付けノズル外形３６の先端と後端を通る中心線３７が検出ピッチ角度となる処理を行い、この処理の行われたデーターをモニター装置２３に出力し、又、検出方位に基づきノズルデーター３１からなる吹き付けノズル外形３８の先端が第２モニター用トンネル壁面３５の側に向くようにかつ吹き付けノズル外形３８の先端と後端を通る中心線３９が検出ロール角度となる処理を行い、この処理の行われたデーターをモニター装置２３に出力する。

そして、モニター装置２３が、図１のｃ図に示したモニター表示画面３２に、第１モニター用トンネル壁面３３とモニター案内線３４と吹き出しノズル外形３６とからなる１組の第１モニター画像４０が表示され、第２モニター用トンネル壁面３５と吹き出しノズル外形３８とからなる１組の第２モニター画像４１が表示される。第１モニター画像４０は、トンネル１の軸線方向に延びる吹き付けを行うトンネル壁面２とトンネル中心との間の仮想平面に、吹き付けノズル１８のピッチ角度センサー２０と方位センサー１９とから算出した上記仮想平面上の角度を表示するモニター画像である。そして、作業者２４はモニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０と第２モニター画像４１とを見て操作装置２５を操作する。

例えば、作業者２４がモニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０を見た際に、吹き出しノズル外形３６の中心線３７がモニター案内線３４から角度がずれている場合、作業者２４が第１モニター画像４０を見ながら吹き出しノズル外形３６の中心線３７がモニター案内線３４に合致するように操作装置２５を操作する。吹き出しノズル外形３８の中心線３７がモニター案内線３４から角度がずれていなければ、作業者２４は操作装置２５を操作しない。

又、作業者２４がモニター表示画面３２に表示された第２モニター画像４１を見た際に、作業者２４が吹き出しノズル外形３８の中心線３９が第２モニター用トンネル壁面３５に直角でないと判断した場合、吹き出しノズル外形３８の中心線３９が第２モニター用トンネル壁面３５に直角となるように作業者２４が操作装置２５を操作する。作業者２４が吹き出しノズル外形３８の中心線３９が第２モニター用トンネル壁面３５に直角であると判断した場合、作業者２４が操作装置２５を操作しない。コンクリート吹き付け時においても、第１モニター画像４０における吹き出しノズル外形３８の中心線３７とモニター案内線３４とが大きくずれないように、第２モニター画像４１における吹き出しノズル外形３８の中心線３９の第２モニター用トンネル壁面３５に対する直角が大きくずれないように、作業者２４は操作装置２５を操作する。

以上のように、図１に示したコンクリート吹き付け操作支援装置は、センサーの個数が方位センサー１９とロール角度センサー２１とピッチ角度センサー２０との合計で３個であり、センサーの種類が方位計としての方位センサー１９と、傾斜計としてのロール角度センサー２１とピッチ角度センサー２０との２種類であり、センサーの個数及び種類が少なく、モニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０及び第２モニター画像４１を見た作業者２４にトンネル壁面２に対する吹き付けノズル１８の向きを把握させることができ、作業者２４がモニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０及び第２モニター画像４１を見ながらモニター室１２で操作装置２５を操作して、吹き付けノズル１８がトンネル壁面２に直角となるようにすることにより、吹き付け面としてのトンネル壁面２からのコンクリートの跳ね返りが少なくなり、コンクリートが最も圧縮され、コンクリートの付着性が良くなり、施工性や品質が上がる。作業者２４がモニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０及び第２モニター画像４１を目視で確認しながらモニター室１２で操作装置２５を操作することで、作業者の負担が軽くなる。

又、処理装置２２が、第１モニター用トンネル壁面３３とモニター案内線３４と吹き出しノズル外形３６と第２モニター用トンネル壁面３５と吹き出しノズル外形３８とを異なる色でモニター表示画面３２に表示するように、モニター装置２３に電気信号を出力すると、吹き出しノズル１８の位置が分かりやすいので、作業者の負担が軽くなる。

図２を用いて、発明を実施するための形態１に係るノズルアーム機構１４について説明する。図２に示したノズルアーム機構１４の取り付け部４５は、図１のａ図におけるコンクリート吹き付け機１１のベース部１３に固定される。図２に示した取り付け部４５の前部には首振り部４６が上下方向に延びる軸４７を回転中心として左右方向に旋回可能に取り付けられる。取り付け部４５にはアーム１６を左右方向に旋回させる油圧シリンダー４８の一端部が回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー４８の他端部が首振り部４６に回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー４８の伸縮でアーム１６が軸４７を回転中心として左右方向に所定の回転運動範囲で旋回するブーム旋回を行う。図２では油圧シリンダー４８を１個図示したが、もう１個の油圧シリンダーが図２に図示された側面の反対側に位置する側面で取り付け部４５と首振り部４６とに取り付けられており、左右で一対の油圧シリンダー４８の伸縮でアーム１６がブーム旋回を行う。

アーム１６は、固定アーム４９と、固定アーム４９に対し前後方向に伸縮可能に装着された可動アーム５０と、可動アーム５０の先端に上側に向く傾斜状に固定された先端アーム５１とを備える。可動アーム５０を前後方向に伸縮させる油圧シリンダー５２の一端部が固定アーム４９に固定され、油圧シリンダー５２の他端部が可動アーム５０の固定アーム４９より前方に突出した部分に固定され、油圧シリンダー５２の伸縮で可動アーム５０が前後方向に所定の直線運動範囲５３で伸縮するブーム伸縮を行う。

固定アーム４９の基部は首振り部４６の上側に回転可能に取り付けられ、アーム１６を上下方向に起伏させる油圧シリンダー５５の一端部が固定アーム４９の可動アーム５０側に回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー５５の他端部が首振り部４６の下側に回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー５５の伸縮でアーム１６が固定アーム４９の基部側の軸５６を回転中心として上下方向に所定の回転運動範囲５７で起伏するブーム起伏を行う。

油圧シリンダー５５とアーム１６との間に配置された同調シリンダー５８の一端部が固定アーム４９に回転可能に取り付けられ、同調シリンダー５８の他端部が首振り部４６に回転可能に取り付けられる。同調シリンダー５８がアーム１６のブーム起伏に追従して伸縮し、この同調シリンダー５８の伸縮に基づきスライドベース５９を起伏する油圧シリンダー６１の伸縮が制御装置１５（図１のａ図参照）で制御され、アーム１６がブーム起伏した時、スライドアーム１７が水平に保たれるようになっている。つまり、同調シリンダー５８はアーム１６のブーム起伏する時にスライドアーム１７の水平を保つための制御に用いられるものである。

スライドアーム１７を前後方向に誘導するスライドベース５９の取り付け部６０が可動アーム５０の先端に固定された先端アーム５１の先端に上下方向に回転可能に取り付けられ、スライドアーム１７を上下方向に起伏させる油圧シリンダー６１の一端部が先端アーム５１に回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー６１の他端部がスライドベース５９に回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー６１の伸縮でスライドアーム１７がスライドベース５９の基部側の軸６２を回転中心として上下方向に所定の回転運動範囲６３で起伏するスライドアーム起伏を行う。

スライドベース５９の後端部が取り付け部６０に上下方向に延びる軸６４で左右方向に回転可能に取り付けられ、スライドベース５９を左右方向に旋回させる油圧シリンダー６５の一端部が取り付け部６０の側面に回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー６５の他端部がスライドベース５９の側面に回転可能に取り付けられ、油圧シリンダー６５の伸縮でスライドアーム１７がスライドベース５９の基部側の軸６４を回転中心として左右方向に所定の回転運動範囲で旋回するスライドアーム旋回を行う。

スライドアーム１７を前後方向に移動させる油圧シリンダー６７の一端部がスライドベース５９に固定され、油圧シリンダー６７の他端部がスライドアーム１７に固定され、油圧シリンダー６７の伸縮でスライドアーム１７がスライドベース５９に対し前後方向に所定の直線運動範囲６８で伸縮するスライドアーム伸縮を行う。

吹き付けノズル１８がスライドアーム１７の先端に上下方向及び左右方向に回転可能に取り付けられる。吹き付けノズル１８とスライドアーム１７とを互いに前後方向及び左右方向に回転可能に取り付けられる部分には、吹き付けノズル１８を前後方向に回転させるロータリータイプの油圧シリンダーと、吹き付けノズル１８を左右方向に回転させるロータリータイプの油圧シリンダーとが設けられ、前後方向に回転させるロータリータイプの油圧シリンダーの回転で吹き付けノズル１８が左右方向に延びる軸６９ａを回転中心として前後方向に所定の回転運動範囲７０で回転するノズル前後を行い、左右方向に回転させるロータリータイプの油圧シリンダーの回転で吹き付けノズル１８が前後方向に延びる軸７１を回転中心として左右方向に所定の回転運動範囲で回転するノズル左右を行う。吹き付けノズル１８の基部にはコンクリートを供給するホース６９が接続されている。

図３を用いて、発明を実施するための形態２に係るコンクリート吹き付け操作支援装置について説明する。図３のａ図に示したように、トンネル壁面２に対する支保工３の組み立てが終わったトンネル１に配置されたコンクリート吹き付け機１１は、走行機構やアウトリガー等を有するベース部１３に、方位センサー１９とピッチ角度センサー２０及びロール角度センサー２１を有するノズルアーム機構１４、支保工組み立て用の一対のエレクターブーム機構７４、一対のバスケットブーム機構７５等が設けられる。一対のエレクターブーム機構７４には、カメラ７６がコンクリート吹き付け機１１よりも前方におけるトンネル壁面２の全体を撮影可能となるように１個ずつ設けられる。

図３のａ図に示したスライドアーム１７がコンクリート吹き付けを行うためのトンネル壁面２と平行となるように、コンクリート吹き付け機１１のベース部１３が走行機構やアウトリガーにより設置され、図３のｂ図に示したモニター室１２の処理装置２２が電力の供給で起動し、プログラムソフト２７が作動し、コンクリート吹き付け作業が開始すると、方位センサー１９から出力された検出方位と、ピッチ角度センサー２０から出力された検出ピッチ角度と、ロール角度センサー２１から出力された検出ロール角度とが、有線通信又は無線通信で、処理装置２２に入力され、処理装置２２が、プログラムソフト２７による処理の行われたデーターを電力の供給で表示可能になったモニター装置２３に出力し、モニター装置２３が図３のｃ図に示したモニター表示画面３２に、第１モニター用トンネル壁面３３とモニター案内線３４と吹き出しノズル外形３６とからなる１組の第１モニター画像４０と、第２モニター用トンネル壁面３５と吹き出しノズル外形３８とからなる１組の第２モニター画像４１とが表示され、モニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０と第２モニター画像４１とを見た作業者２４が操作装置２５を操作することは、図１に示したコンクリート吹き付け操作支援装置と同じである。

図３のｂ図に示した発明を実施するための形態２に係るコンクリート吹き付け操作支援装置では、カメラ７６が電力の供給で作動してコンクリート吹き付け機１１よりも前方におけるトンネル壁面２の全体を撮影すると、カメラ７６からの映像出力がモニター装置２３に出力され、モニター装置２３がカメラ７６で撮影された動画や静止画の映像を図３のｃ図に示したモニター表示画面３２にライブビュー画像７７として映し出す構成が、図１に示したコンクリート吹き付け操作支援装置と相違する。よって、作業者２４は、モニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０と第２モニター画像４１とライブビュー画像７７とを見ることで、作業者がトンネル壁面２に対する吹き付けノズル１８の角度並びにトンネル壁面２からのコンクリートの跳ね返りやトンネル壁面２へのコンクリートの付着性を目で確認することができるので、品質が上がり、作業者２４の負担が軽くなる。更にカメラを導入することによって、遠隔地での吹付け作業が可能となり、切羽での作業が無くなるので、安全かつ労働環境に改善される。

図４を用いて、発明を実施するための形態３に係るコンクリート吹き付け操作支援装置について説明する。図４のａ図に示したコンクリート吹き付け操作支援装置は、９軸モーションセンサー７８を吹き付けノズル１８に設けた構成が、図１に示したコンクリート吹き付け操作支援装置と相違する。つまり、９軸モーションセンサー７８は図１に示した方位センサー１９とピッチ角度センサー２０及びロール角度センサー２１に代替するものである。

図４のａ図に示した９軸モーションセンサー７８は、３軸ジャイロセンサーと３軸加速度センサーと３軸地磁気センサーとが一体に組み合わせられた構成である。３軸ジャイロセンサーは、電力が供給された状態において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ごとの角速度を検出し、その検出した角速度に相当する角速度データーを出力するセンサーである。３軸加速度センサーは、電力が供給された状態において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ごとの加速度を検出し、その検出した加速度に相当する加速度データーを出力するするセンサーである。３軸地磁気センサーは、電力が供給された状態において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ごとの地磁気を検出し、その検出した地磁気データーを東西南北の絶対方向として出力するセンサーである。よって、９軸モーションセンサー７８が設けられたことで、吹き付けノズル１８の検出ピッチ角度、検出ロール角度及び方位角を精度良く管理できるので、品質が上がり、作業者の負担が軽くなる。

図４のａ図に示したコンクリート吹き付け機１１のベース部１３が走行機構やアウトリガーにより設置され、図４のｂ図に示したモニター室１２の処理装置２２が電力の供給で起動し、プログラムソフト２７が作動し、コンクリート吹き付け作業が開始すると、９軸モーションセンサー７８から出力された検出方位と検出ピッチ角度と検出ロール角度とが、有線通信又は無線通信で、処理装置２２に入力され、処理装置２２が、プログラムソフト２７による処理の行われたデーターを電力の供給で表示可能になったモニター装置２３に出力し、モニター装置２３が図４のｃ図に示したモニター表示画面３２に、第１モニター用トンネル壁面３３とモニター案内線３４と吹き出しノズル外形３６とからなる１組の第１モニター画像４０と、第２モニター用トンネル壁面３５と吹き出しノズル外形３８とからなる１組の第２モニター画像４１とが表示されるので、作業者２４がモニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０及び第２モニター画像４１を目視で確認しながらモニター室１２で操作装置２５を操作することで、作業者の負担が軽くなる。

尚、図４に示したコンクリート吹き付け操作支援装置においても、図３に示したコンクリート吹き付け操作支援装置のように一対のエレクターブーム機構７４にカメラ７６を１個ずつ設け、カメラ７６が電力の供給で作動してコンクリート吹き付け機１１よりも前方におけるトンネル壁面２の全体を撮影した動画や静止画の映像をモニター表示画面３２にライブビュー画像７７として映し出しても適用可能である。

図５を用いて、発明を実施するための形態４に係るコンクリート吹き付け操作支援装置について説明する。図５のａ図に示したコンクリート吹き付け操作支援装置は、吹き付けノズル１８に設けた９軸モーションセンサー７８の他に、もう１個の９軸モーションセンサー７９をベース部１３に設けた構成が、図４に示したコンクリート吹き付け操作支援装置と相違する。

図５のｂ図に示したように、モニター室１２の処理装置２２が電力の供給で起動し、プログラムソフト２７が作動し、９軸モーションセンサー７８，７９が電力の供給で検出可能になった状態において、コンクリート吹き付け作業が開始すると、処理装置２２は、９軸モーションセンサー７９の出力を基準位置とし、９軸モーションセンサー７８の出力と９軸モーションセンサー７９の出力とからトンネル壁面２に対する吹き付けノズル１８の角度を求める。即ち、処理装置２２が、プログラムソフトにより、９軸モーションセンサー７８からの出力でベース部１３と吹き付けノズル１８との相対角度を求め、９軸モーションセンサー７９からの出力でトンネル１とベース部１３との相対角度を求めることで、トンネル壁面２と吹き付けノズル１８との相対角度を求め、その求めたトンネル壁面２と吹き付けノズル１８との相対角度を第１モニター用壁面データー２８と第２モニター用壁面データー２９と案内線データー３０とノズルデーター３１とに重畳し、この重畳されたデーターを電力の供給で表示可能になったモニター装置２３に出力し、モニター装置２３が図５のｃ図に示したモニター表示画面３２に、第１モニター用トンネル壁面３３とモニター案内線３４と吹き出しノズル外形３６とからなる１組の第１モニター画像４０と、第２モニター用トンネル壁面３５と吹き出しノズル外形３８とからなる１組の第２モニター画像４１とが表示されるので、作業者２４がモニター表示画面３２に表示された第１モニター画像４０及び第２モニター画像４１を目視で確認しながらモニター室１２で操作装置２５を操作することで、作業者の負担が軽くなる。更にトンネル壁面や、地面の傾斜対してコンクリート吹付け機１１の向きや、アウトリガーの調整により平行に設置することが容易になる。

尚、図５に示した９軸モーションセンサー７９に代替する図１に示した水平面内での方位を検出する方位センサー１９に相当する方位センサーをベース部１３に設けても適用可能である。その場合、コンクリート吹付け機１１の向きをトンネル壁面に対して平行に設置することが容易となる。図５に示したコンクリート吹き付け操作支援装置でも、図３に示したコンクリート吹き付け操作支援装置のように一対のエレクターブーム機構７４にカメラ７６を１個ずつ設け、カメラ７６が電力の供給で作動してコンクリート吹き付け機１１よりも前方におけるトンネル壁面２の全体を撮影した動画や静止画の映像をモニター表示画面３２にライブビュー画像７７として映し出しても適用可能である。

図１乃至５では、モニター装置１２に表示されたトンネル壁面２に対する吹き出しノズルの角度が画像として表示されたが、トンネル壁面２に対する吹き出しノズルの角度を数値として表示しても良い。また、処理装置２２と、モニター装置２３の設置は、モニター室１２内のみでなく、設置が可能であれば屋外での使用も可能である。更にスマートフォンやタブレットパソコン等の携帯端末に処理装置２２と、モニター装置２３の機能を付加し、作業者が携帯する形態として利用してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

１トンネル、２トンネル壁面、３支保工、１１コンクリート吹き付け機、
１２モニター室、１３ベース部、１４ノズルアーム機構、１５制御装置、
１６アーム、１７スライドアーム、１８吹き付けノズル、１９方位センサー、
２０ピッチ角度センサー、２１ロール角度センサー、２２処理装置、
２３モニター装置、２４作業者、２５操作装置、２６メモリー、
２７プログラムソフト、２８第１モニター用壁面データー、
２９第２モニター用壁面データー、３０案内線データー、３１ノズルデーター、
３２モニター表示画面、３３第１モニター用トンネル壁面、３４モニター案内線、３５第２モニター用トンネル壁面、３６吹き付けノズル外形、
３７吹き付けノズル外形３６の中心線、３８吹き付けノズル外形、
３９吹き付けノズル外形３８の中心線、４０第１モニター画像、
４１第２モニター画像、４５取り付け部、４６首振り部、４７軸、
４８油圧シリンダー、４９固定アーム、５０可動アーム、５１先端アーム、
５２油圧シリンダー、５３アーム１６のブーム伸縮の直線運動範囲、
５５油圧シリンダー、５６軸、５７アーム１６のブーム起伏の回転運動範囲、
５８同調シリンダー、５９スライドベース、６０取り付け部、
６１油圧シリンダー、６２軸、６３スライドアーム起伏の回転運動範囲、
６４軸、６５油圧シリンダー、６７油圧シリンダー、
６８スライドアーム伸縮の直線運動範囲、６９ａ軸、
７０ノズル前後の回転運動範囲、７１軸、７４エレクターブーム機構、
７５バスケットブーム機構、７６カメラ、７７ライブビュー画像、
７８９軸モーションセンサー、７９９軸モーションセンサー。

Claims

コンクリート吹き付け機の吹き出しノズルを備えたノズルアーム機構に設けられかつ吹き出しノズルのピッチ角度を検出するピッチ角度センサーと、上記ノズルアーム機構に設けられかつ吹き出しノズルのロール角度を検出するロール角度センサーと、上記ノズルアーム機構に設けられかつ水平面での方位を検出する方位センサーと、上記ピッチ角度センサーからの検出ピッチ角度とロール角度センサーからの検出ロール角度と方位センサーからの検出方位とに基づきコンクリートを吹き付けるトンネル壁面に対する上記吹き付けノズルの向きを数値又は画像で可視可能に表示するモニター装置とを備えたことを特徴とするコンクリート吹き付け操作支援装置。
上記コンクリートを吹き付けるトンネル壁面に対する上記吹き付けノズルの向きを画像で可視可能に表示する上記モニター装置がモニター案内線を表示することを特徴とする請求項１記載のコンクリート吹き付け操作支援装置。
上記コンクリート吹き付け機にカメラが設けられ、このカメラで撮影された映像を上記モニター装置がライブビュー画像として表示することを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート吹き付け操作支援装置。
上記ピッチ角度センサーと上記ロール角度センサーと上記方位センサーとに代替する９軸モーションセンサーが上記ノズルアーム機構に設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンクリート吹き付け操作支援装置。
上記コンクリート吹き付け機の走行機構やアウトリガーを備えたベース部に水平面での方位を検出する方位センサーが設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンクリート吹き付け操作支援装置。
上記方位センサーに代替する９軸モーションセンサーがベース部に設けられたことを特徴とする請求項５記載のコンクリート吹き付け操作支援装置。