JP6670127B2 - 建設機械の制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械の方向、姿勢等の制御を行う建設機械の制御システムに関するものである。
建設機械として、例えばスリップフォーム工法を用いてコンクリート版を連続舗装するスリップフォーム舗装機械がある。
スリップフォーム工法は、成型機に鋼製型枠（モールド）を取付け、モールド内にコンクリートを投入し、締固め成型を行うと同時に、成型機を前進させることにより同一断面の構造物を連続して構築する工法である。
スリップフォーム舗装機械でコンクリート版を連続舗装する場合に、表面の仕上げ精度は高精度が要求され、その仕上げ精度は数ｍｍといわれている。
スリップフォーム舗装機械の制御システムとして、特許文献１に示されるものがある。
特許文献１に示される建設機械の制御システムでは、スリップフォーム舗装機械の所定の位置に少なくとも２つの反射器と、２つの傾斜センサが設けられ、更に既知の位置に、前記各反射器に対応し、少なくとも２つの位置測定機が設置される。該位置測定機により測定される前記少なくとも２つの反射器の位置と、前記２つの傾斜センサが検出する傾斜によって、スリップフォーム舗装機械の姿勢が検出され、又この検出結果でスリップフォーム舗装機械が制御されるものである。
又、スリップフォーム舗装機械の制御システムとして、特許文献３、特許文献４に示されるものがある。
特許文献３、特許文献４に示される建設機械の制御システムでは、所定位置に設置された１つの測量機によりレーザ光線が回転照射され、スリップフォーム舗装機械の所定の位置に少なくとも３つのビーム検出器が設けられ、この少なくとも３つのビーム検出器によりレーザ光線を受光した検出結果に基づき、スリップフォーム舗装機械の姿勢が検出される。
特許文献１に示される建設機械の制御システムでは、複数の位置測定機が必要であり、又所定の施工範囲が完了する度に位置測定機の再設置を繰返す必要があり、作業が繁雑で、時間を要するものとなっている。又、複数の位置測定機で得られた複数の測定結果、前記傾斜センサの検出結果に基づきスリップフォーム舗装機械の位置、姿勢を求めるには複数の通信システムが必要となる等システム構成が複雑となっていた。
特許文献３、特許文献４に示される建設機械では制御システムの構成を簡略化することに成功しているが、３以上のビーム検出器を必要としている。
特表２００８−５３１８８８号公報 特開２００４−２１２０５８号公報 特開２００５−２７４２２９号公報 特開２０１４−５５４９９号公報 特開２０１４−５５９３６号公報
本発明は、建設機械に於いて制御システムの構成を更に簡略化した建設機械の制御システムを提供するものである。
本発明は、レーザ光線を定速で回転照射するレーザ測量装置と、前記レーザ光線の受光範囲で稼働する建設機械と、該建設機械の向きを検出する向き検出部とを具備し、前記建設機械は、工事を施工する作業機械部と、該作業機械部を制御する機械制御装置と、機械通信部と、前記建設機械の装置基準位置に対して既知の位置に設けられた２つのビーム検出器及び少なくとも１つのターゲットと、前記建設機械の前後の傾斜を検出する傾斜センサとを有し、前記レーザ測量装置は、複数の扇状ビームで構成され、少なくとも１つの該扇状ビームが水平面に対して傾斜している前記レーザ光線を回転照射するレーザ回転照射装置と、前記ターゲットを追尾する機能を有し、該ターゲットの測距を行う光波距離測定装置と、前記機械通信部との間で通信を行う測量通信部とを有し、各ビーム検出器は、少なくとも１つの点状の受光センサを有し、該受光センサによる前記レーザ光線の受光結果を前記レーザ測量装置、又は前記機械制御装置に送信し、前記レーザ測量装置又は前記機械制御装置は前記受光結果に基づき前記２つのビーム検出器のそれぞれの高低角を求め、該高低角と前記ターゲットの測距結果に基づき前記建設機械の左右の傾斜を演算し、前記機械制御装置は、前記向き検出部の検出結果、前記傾斜センサによる前後の傾斜、前記ターゲットの測距結果、左右の傾斜に基づき、前記建設機械の作動を制御する建設機械の制御システムに係るものである。
又本発明は、前記向き検出部は、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのＧＰＳ装置を具備し、該２つのＧＰＳ装置より取得した地心座標により、前記建設機械の向きを検出する建設機械の制御システムに係るものである。
又本発明は、前記向き検出部は、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのターゲットと、前記光波距離測定装置とを含み、該光波距離測定装置は前記２つのターゲットを交互に測定し、該２つのターゲットの測距結果に基づき前記建設機械の向きが検出される建設機械の制御システムに係るものである。
又本発明は、前記向き検出部は、前記２つのビーム検出器及び前記レーザ回転照射装置とを含み、前記２つのビーム検出器はそれぞれ水平方向に既知の間隔で設けられた２つの受光センサを有し、該２つの受光センサが前記扇状ビームを受光した際の受光信号の時間差に基づき、前記２つの受光センサ間の回転角が求められ、該回転角と前記間隔に基づき各ビーム検出器及び前記レーザ回転照射装置間の距離が求められ、前記２つのビーム検出器について求められた距離に基づき前記建設機械の向きが検出される建設機械の制御システムに係るものである。
更に又本発明は、前記向き検出部は、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのＧＰＳ装置と、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのターゲットと、前記光波距離測定装置とを有し、前記２つのＧＰＳ装置より取得した地心座標により、前記建設機械の向きが検出され、又、前記光波距離測定装置は前記２つのターゲットを交互に測定し、該２つのターゲットの測距結果に基づき前記建設機械の向きが検出され、作業環境に応じて検出された２つの前記建設機械の向きの１つが用いられる建設機械の制御システムに係るものである。
本発明によれば、レーザ光線を定速で回転照射するレーザ測量装置と、前記レーザ光線の受光範囲で稼働する建設機械と、該建設機械の向きを検出する向き検出部とを具備し、前記建設機械は、工事を施工する作業機械部と、該作業機械部を制御する機械制御装置と、機械通信部と、前記建設機械の装置基準位置に対して既知の位置に設けられた２つのビーム検出器及び少なくとも１つのターゲットと、前記建設機械の前後の傾斜を検出する傾斜センサとを有し、前記レーザ測量装置は、複数の扇状ビームで構成され、少なくとも１つの該扇状ビームが水平面に対して傾斜している前記レーザ光線を回転照射するレーザ回転照射装置と、前記ターゲットを追尾する機能を有し、該ターゲットの測距を行う光波距離測定装置と、前記機械通信部との間で通信を行う測量通信部とを有し、各ビーム検出器は、少なくとも１つの点状の受光センサを有し、該受光センサによる前記レーザ光線の受光結果を前記レーザ測量装置、又は前記機械制御装置に送信し、前記レーザ測量装置又は前記機械制御装置は前記受光結果に基づき前記２つのビーム検出器のそれぞれの高低角を求め、該高低角と前記ターゲットの測距結果に基づき前記建設機械の左右の傾斜を演算し、前記機械制御装置は、前記向き検出部の検出結果、前記傾斜センサによる前後の傾斜、前記ターゲットの測距結果、左右の傾斜に基づき、前記建設機械の作動を制御するので、ビーム検出器は２つでよく、装置の構成が簡略化されるという優れた効果を発揮する。
本発明の第１の実施例に係る建設機械の制御システムの概略説明図である。 該建設機械の制御システムの概略構成図である。 該建設機械の制御システムに用いられるレーザ測量装置の概略斜視図である。 ビーム検出器によるレーザ光線の検出と、水平角、高低角の検出を説明する説明図である。 レーザ光線の検出と高低角の検出との関係を示す説明図である。 本発明の第２の実施例に係る建設機械の制御システムの概略説明図である。 本発明の第３の実施例に係る建設機械の制御システムの概略説明図である。 第３の実施例に於いてビーム検出器による向き検出を行う場合の説明図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施例に係る建設機械の制御システムの概略を説明する。
図１中、１はレーザ測量装置、２は建設機械の一例としてスリップフォーム舗装機械を示している。
前記レーザ測量装置１は３脚３を介して既知の点に設置される。前記レーザ測量装置１は、ターゲットの追尾機能を有する光波距離測定装置４と該光波距離測定装置４と一体に設けられたレーザ回転照射装置５と、前記スリップフォーム舗装機械２側の機械制御装置１３（後述）と無線通信する測量通信部２３（後述）を有する。
前記光波距離測定装置４は、トータルステーションと同等の機能を有し、測距光６をターゲット７に向って照射し、該ターゲット７からの反射測距光を受光して測距及び測角を行い、又該ターゲット７からの反射光に基づき該ターゲット７を追尾する。
前記レーザ回転照射装置５は、レーザ光線８を定速度で回転照射し、該レーザ光線８により基準面が形成される。該レーザ光線８は、所定の広がり角を有する複数の扇状ビームで構成され、少なくとも１つは水平面に対して傾斜している。以下に述べる実施例では、前記レーザ光線８は、２つの扇状ビーム８ａ，８ｂで構成され、１つは（扇状ビーム８ａ）鉛直であり、１つは（扇状ビーム８ｂ）水平面に対して既知の角度で傾斜している。
尚、前記レーザ光線８の構成は、特許文献３に示される様に種々考えられる。
前記スリップフォーム舗装機械２は、前記レーザ光線８の受光範囲内で、且つ前記レーザ測量装置１により所定の精度で測定可能な範囲内で、稼働する様に工事範囲が設定される。又、前記スリップフォーム舗装機械２は、井桁状（矩形）に構成された機体フレーム１０と、該機体フレーム１０の４隅に上下方向に伸縮可能な脚部１１を介して設けられた走行装置１２と、前記機体フレーム１０に設けられた前記機械制御装置１３とを有している。
前記走行装置１２としては、例えば無限軌道走行装置が用いられ、該走行装置１２は、前記機械制御装置１３によりそれぞれ走行が個別に制御可能となっている。
前記機体フレーム１０の中央下面には、スクリード１５が設けられている。該スクリード１５は、混練されたコンクリートを貯溜し、更に打設しつつ、締固め成型する一連の工程を高精度に行うものであり、前記スクリード１５の高さ制御、即ち打設表面の高さ制御は、主に前記脚部１１の伸縮制御によって行われる。前記スクリード１５、前記走行装置１２は、前記スリップフォーム舗装機械２の作業機械部として機能し、該作業機械部は前記機械制御装置１３によって制御される。
前記機体フレーム１０の所要位置の２箇所に、好ましくは該機体フレーム１０の前側２隅に、支柱１６ａ，１６ｂがそれぞれ立設される。該支柱１６ａ，１６ｂの上端にそれぞれビーム検出器１７ａ，１７ｂが設けられる。尚、前記支柱１６ａ，１６ｂの立設位置は、既知であればよく、前側２隅に限られるものではない。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂは、それぞれ前記レーザ光線８を受光する点状の受光センサ１４を少なくとも１つ有する。尚、前方、斜方、横方向から等種々の方向からの前記レーザ光線８を受光できる様に、受光方向を変えて前記受光センサ１４を複数設けてもよい。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂは、前記レーザ光線８が通過した場合に、該レーザ光線８の受光を検出し、受光信号を発する。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂは、それぞれ検出器用通信部３９（後述）を有する。該検出器用通信部３９は、前記受光センサ１４から発せられる受光信号をそれぞれ前記レーザ測量装置１に無線通信し、及び／又は受光信号を前記機械制御装置１３に送出する。
又、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂにはそれぞれＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂが一体に設けられ、或は近接した位置に設けられている。該ＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂは、衛星からの信号に基づき地心座標を取得し、取得した地心座標は前記レーザ測量装置１に無線通信され、及び／又は地心座標は前記機械制御装置１３に送出される。
前記レーザ測量装置１及び／又は前記機械制御装置１３は前記地心座標より前記スリップフォーム舗装機械２の進行方向に対する向き、及び施工線（前記スリップフォーム舗装機械２が進行すべき線）に対する位置（装置基準位置）を測定する。
ここで、前記ＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂは、前記スリップフォーム舗装機械２の向き検出部を構成する。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂの高さは、前記スリップフォーム舗装機械２が水平の時に同一高さとなっており、各受光センサ１４の基準位置の高さ及び水平面内での位置は、前記装置基準位置（例えば、前記スクリード１５の設置中心）に対し既知となっている。即ち、前記受光センサ１４の基準位置の前記装置基準位置に対する３次元の位置が既知となっている。
又、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂを結ぶ直線（即ち両受光センサ１４，１４の基準位置を結ぶ直線）は、前記スリップフォーム舗装機械２の進行方向に対して直交する様に設定されている。更に、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂ間の距離も予め測定され、既知となっている。
前記機体フレーム１０は、進行方向と平行に延在する２本の縦ビーム１８、該縦ビーム１８と直交する２本の横ビーム１９とで構成され、施工環境に応じて該横ビーム１９は伸縮される。又、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂ間の距離は、前記横ビーム１９の伸張、短縮の状態でそれぞれ既知となっている。
前記縦ビーム１８の上面には、傾斜センサ３０が設けられる。該傾斜センサ３０は前記機体フレーム１０の前後方向（進行方向）の傾斜を検出し、検出結果は前記機械制御装置１３に送出される。又、該機械制御装置１３は、前記傾斜センサ３０の検出結果を前記レーザ測量装置１に送信する。
前記機体フレーム１０の前面（図示では前記横ビーム１９）に、前記ターゲット７が設けられる。該ターゲット７は、例えば反射プリズムである。又、該ターゲット７は、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂに対して既知の位置、更に前記スリップフォーム舗装機械２の装置基準位置に対して既知となっている。又、前記ターゲット７は、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂのいずれか一方と一体に設けてもよい。
又、前記レーザ測量装置１は前記測量通信部２３を有し、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂからの受光結果を受信し、受信結果に基づき、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂが受光した時点での前記レーザ測量装置１を基準とした前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂの高低角をそれぞれ測定することができる。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂのそれぞれの高低角の測定結果、及び該ビーム検出器１７ａ，１７ｂ間の距離に基づき、前記スリップフォーム舗装機械２の左右方向（進行方向に対して直交する方向）の傾斜（以下、左右の傾斜）を測定できる。
前記レーザ測量装置１は前記ターゲット７を追尾し、該ターゲット７の３次元位置を測定する。又、前記レーザ測量装置１は、地心座標から前記スリップフォーム舗装機械２の向きを測定し、該スリップフォーム舗装機械２の向き（或は姿勢）、左右の傾斜、該スリップフォーム舗装機械２の前後の傾斜と前記ターゲット７の３次元位置とに基づき、前記スリップフォーム舗装機械２の装置基準位置を測定する。
更に、前記ターゲット７の位置測定結果、前記高低角の測定結果、前記スリップフォーム舗装機械２の向き（或は姿勢）、傾斜、装置基準位置等の測定結果は、前記測量通信部２３より前記機械制御装置１３に送信される。該機械制御装置１３は、受信した情報に基づき前記脚部１１、前記走行装置１２、前記スクリード１５等を所要のタイミングで、所要の状態に制御し、前記スリップフォーム舗装機械２に所要の状態で工事施工させる様作動を制御する。
尚、前記高低角の測定は、前記機械制御装置１３で演算してもよく、又前記スリップフォーム舗装機械２の向き（或は姿勢）、傾斜、装置基準位置等の測定についても前記機械制御装置１３で演算してもよい。
次に、図２により、建設機械の制御システムの概略構成を説明する。
前記レーザ測量装置１は、前記光波距離測定装置４、前記レーザ回転照射装置５から構成され、更に測量演算制御部２１、測量記憶部２２、前記測量通信部２３、測距光照射部２４、測距部２５、測角部２６、ビーム回転照射部２７、姿勢検出部２８、追尾駆動部３１、回転駆動部３２、駆動制御部３３を有する。
前記測量演算制御部２１は前記光波距離測定装置４、前記レーザ回転照射装置５を統合制御し、前記測量記憶部２２には統合制御に必要なプログラム、前記光波距離測定装置４が測距、追尾を実行する為に必要なプログラム、前記レーザ回転照射装置５が前記レーザ光線８を定速で回転照射させ、又前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂからの受光信号に基づき高低角、水平角を測定する為に必要なプログラム等の各種プログラムが格納されている。
前記測距光照射部２４は、前記測距光６を射出する。前記測距部２５は、前記ターゲット７で反射された反射測距光を受光して前記ターゲット７迄の測距を行う。前記測角部２６は、前記測距部２５が反射測距光を受光した時点での、前記レーザ光線８の照射方向の角度を検出し、前記ターゲット７の高低角、水平角を測定する。前記測距部２５による測距結果、前記測角部２６による測角結果に基づき前記ターゲット７の３次元位置が測定される。
前記ビーム回転照射部２７は、点状の光束断面を有する前記レーザ光線８を水平方向に照射し、定速（既知の回転速度）で回転させるものであり、又、該レーザ光線８の照射方向（水平角）を検出する水平角検出器（図示せず）を有している。
前記姿勢検出部２８は、各ビーム検出器１７ａ，１７ｂから送信される受光信号を基に該ビーム検出器１７ａ，１７ｂの高低角を検出し、更に該高低角から前記スリップフォーム舗装機械２の左右の傾斜を検出する。
又前記姿勢検出部２８は、前記スリップフォーム舗装機械２の向き、前後の傾斜、左右の傾斜に基づき、該スリップフォーム舗装機械２の姿勢を演算する。前記姿勢検出部２８の演算結果は、前記機械制御装置１３に送信される。
尚、前記高低角、前記レーザ測量装置１による測定結果が前記機械制御装置１３に送信され、該機械制御装置１３に於いて前記高低角、前記測定結果、前記ＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂが取得した地心座標、前記傾斜センサ３０の検出結果に基づき、前記スリップフォーム舗装機械２の姿勢（向き、傾き）を演算してもよい。
前記追尾駆動部３１は、前記ターゲット７に追尾光を射出し、該ターゲット７からの反射光に基づき前記ターゲット７を追尾するものであり、前記回転駆動部３２は前記レーザ光線８を定速で回転照射させるものである。前記追尾駆動部３１、前記回転駆動部３２は前記駆動制御部３３によって駆動が制御され、前記測量演算制御部２１は前記駆動制御部３３に駆動を制御する為に必要な制御指令を発する。
ここで、前記測距光照射部２４、前記測距部２５、前記測角部２６、前記追尾駆動部３１等は、前記光波距離測定装置４の主要部を構成し、前記ビーム回転照射部２７、前記姿勢検出部２８、前記回転駆動部３２等は、前記レーザ回転照射装置５の主要部を構成する。
前記スリップフォーム舗装機械２は、前記スクリード１５に上記した一連の工程を実行させる為の機械演算制御部３５及び一連の工程を実行させる為に必要なプログラムが格納される機械記憶部３６、前記測量通信部２３との間で制御情報等の通信を行う機械通信部３７、前記走行装置１２、前記スクリード１５の駆動を制御する駆動制御部３８を有する。尚、前記機械制御装置１３は、前記機械演算制御部３５、前記機械記憶部３６、前記機械通信部３７、前記駆動制御部３８等で構成されている。
又、前記スリップフォーム舗装機械２は、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂを有し、更に該ビーム検出器１７ａ，１７ｂはそれぞれ前記検出器用通信部３９を有する。該検出器用通信部３９は、前記機械演算制御部３５と通信可能であり、又前記測量通信部２３とも通信可能である。
次に、図３を参照して、前記レーザ測量装置１について更に説明する。尚、図３では、前記３脚３を省略して図示している。
前記レーザ測量装置１は、整準部４１を有し、該整準部４１に前記光波距離測定装置４、前記レーザ回転照射装置５が設けられる。
前記整準部４１は、回転基板４２を介して前記光波距離測定装置４を整準し、又、前記整準部４１は、水平回転駆動部（図示せず）を内蔵し、前記回転基板４２を水平方向に回転可能である。
前記回転基板４２には托架部４３が立設され、該托架部４３に望遠鏡部４４が鉛直方向に回転可能に支持され、該望遠鏡部４４は鉛直回転駆動部（図示せず）によって鉛直方向に回転される様になっている。前記望遠鏡部４４には、測距光学系、追尾光学系及び前記測距部２５が収納され、前記望遠鏡部４４から前記測距光６、追尾光（図示せず）が射出され、又前記ターゲット７からの反射測距光を受光して測距を行い、前記ターゲット７で反射された追尾光を前記追尾光学系を介して受光し追尾を行う様になっている。前記水平回転駆動部（図示せず）及び前記鉛直回転駆動部（図示せず）は、追尾を行う為に前記望遠鏡部４４を、水平方向及び鉛直方向に回転する。
又、前記整準部４１には、水平角検出器（図示せず）が設けられ、前記托架部４３には鉛直角検出器（図示せず）が設けられており、前記水平角検出器、前記鉛直角検出器により前記望遠鏡部４４の視準方向（前記測距光６の射出方向）の水平角、鉛直角がそれぞれ測定可能となっている。従って、前記光波距離測定装置４は追尾機能を有するトータルステーションとしての機能を有する。
前記托架部４３の上端に天板４５が取付けられ、該天板４５に前記レーザ回転照射装置５が設けられる。又、前記レーザ測量装置１の所要位置、例えば前記回転基板４２に測量制御装置４６が設けられる。該測量制御装置４６は、前記測量演算制御部２１、前記測量記憶部２２、前記測量通信部２３、前記測角部２６、前記姿勢検出部２８、前記駆動制御部３３等で構成される。
次に、図４、図５を参照して、本実施例の作用について説明する。
説明を簡略化する為、２つの前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂが前記レーザ光線８を検出した場合を図４により説明する。尚、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂ間の距離はＡｍ（例えば１０ｍ）である。又、前記ターゲット７は、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂの中間に設置されている。
図４中、ラインＲは前記レーザ測量装置１に設定された基準方向を示すものであり、該レーザ測量装置１は、前記測距光６の照射方向、前記レーザ光線８の照射方向を前記ラインＲを基準として測定できる。
前記光波距離測定装置４が前記ターゲット７を視準し、該ターゲット７迄の距離Ｄを測定し、又該ターゲット７の水平角αを測定する。
前記レーザ光線８の回転照射で、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂが前記レーザ光線８を検出する。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂが、前記レーザ光線８を検出する状態を図５により説明する。尚、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂの前記レーザ光線８を検出する状態は同様であり、以下の説明は、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂを区別していない。
上記した様に、前記レーザ光線８は、前記扇状ビーム８ａ、前記扇状ビーム８ｂから構成され、前記扇状ビーム８ａは鉛直方向に扇状に広がり、前記扇状ビーム８ｂは水平に対して傾斜する方向に広がり、傾斜角θは既知となっている。
図５中、９ａ，９ｂ，９ｃはそれぞれ前記扇状ビーム８ａ、前記扇状ビーム８ｂが静止していると仮定した場合の、前記受光センサ１４の軌跡である。又、９ｂが水平基準面を移動した場合の軌跡であり、この場合仰角は０であり、前記受光センサ１４が前記扇状ビーム８ａ、前記扇状ビーム８ｂを検出した場合の、時間間隔はｔ２となる。
次に、前記受光センサ１４の軌跡が９ａの場合（仰角が＋Δ）、時間間隔はｔ１（＜ｔ２）となる。又、前記受光センサ１４の軌跡が９ｃの場合（仰角が−Δ）、時間間隔はｔ３（＞ｔ２）となる。
更に、前記レーザ光線８の回転速度が一定で、且つ既知とすると、前記扇状ビーム８ｂの傾斜角θが既知であるので、前記扇状ビーム８ａ、前記扇状ビーム８ｂの受光時間差に基づき仰角を演算することができる。
更に、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂそれぞれについて仰角を演算し、演算で得られた仰角と前記光波距離測定装置４による前記ターゲット７の測距結果に基づき、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂそれぞれの水平基準面に対する高さ位置を求めることができる。従って、前記スリップフォーム舗装機械２の左右の傾斜を高精度で測定することができる。
更に、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂの位置は、装置基準位置に対して既知であるので、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂの高さ位置から装置基準位置の高さが求められる。
前記機械制御装置１３は、左右の傾斜、前記装置基準位置の高さ位置、前記スリップフォーム舗装機械２の向き、前後の傾斜、前記レーザ測量装置１からの距離に基づき前記脚部１１、前記走行装置１２、前記スクリード１５を制御する。
図６に於いて、本発明の第２の実施例に係る建設機械の制御システムを説明する。
第２の実施例では、スリップフォーム舗装機械２の向き検出部を、光波距離測定装置４とターゲット（プリズム）７ａ，７ｂによって構成したものである。尚、図６中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
又、第２の実施例では、第１の実施例で用いたＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂを省略した。
ビーム検出器１７ａに前記ターゲット７ａを一体に設け、ビーム検出器１７ｂに前記ターゲット７ｂを一体に設ける。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂには、それぞれ点状の受光センサ１４，１４が設けられ、該受光センサ１４と前記ターゲット７ａ，７ｂとは既知の関係に設定される。又、該ターゲット７ａ，７ｂ間の距離Ａは既知（例えば１０ｍ）となっている。
前記光波距離測定装置４により、前記ターゲット７ａと前記ターゲット７ｂとを交互に視準し、測定する。交互に視準するのは、前記光波距離測定装置４の追尾機能が用いられる。
先ず、前記ターゲット７ａ，７ｂのいずれか一方、例えば前記ターゲット７ａを前記光波距離測定装置４により視準し、前記ターゲット７ａについて測距、測角を行う。次に、所定時間経過後、前記光波距離測定装置４を所定角度水平回転し、前記ターゲット７ｂを視準し、該ターゲット７ｂについて測距、測角を行う。
ここで、前記ターゲット７ａ，７ｂ間の距離はＡで既知であり、前記ターゲット７ａを測距することで、該ターゲット７ａまでの距離が既知となる。前記ターゲット７ｂを視準する為に前記光波距離測定装置４が水平回転する角度は、前記ターゲット７ａ，７ｂ間の距離Ａと前記ターゲット７ａ迄の測距結果に基づき、演算により求められる。
水平回転後、正確に前記ターゲット７ｂを視準するのは、前記光波距離測定装置４の追尾機能が利用される。
前記ターゲット７ａと前記ターゲット７ｂとを交互に視準し、前記ターゲット７ａ，７ｂそれぞれについて、継続して測距、測角を行う。
尚、前記ターゲット７ａと前記ターゲット７ｂとを交互に測定する時間間隔は、前記スリップフォーム舗装機械２の移動速度に対応していればよく、一般的にスリップフォーム舗装機械等の建設機械の移動速度は遅いので、前記光波距離測定装置４が有する追尾速度で充分に対応できる。
前記ターゲット７ａ，７ｂの前記レーザ測量装置１からの距離をそれぞれ測定し、両測距結果の偏差を求めることで、進行方向に対する傾き（前記スリップフォーム舗装機械２の向き）を検出することができる。
第２の実施例の場合、前記光波距離測定装置４が、前記レーザ測量装置１を基準とした距離を測定すると共に前記スリップフォーム舗装機械２の向きを検出し、前記光波距離測定装置４、前記ターゲット７ａ，７ｂは向き検出部を兼用する。
尚、前記スリップフォーム舗装機械２の左右の傾斜については、レーザ回転照射装置５がレーザ光線８を回転照射し、受光センサ１４の受光結果に基づき求め、前記スリップフォーム舗装機械２の前後の傾斜については、傾斜センサ３０により求めることは、第１の実施例と同様である。
又、前記スリップフォーム舗装機械２の作業領域が、前記レーザ測量装置１に接近し、前記光波距離測定装置４が測定する高低角が、要求される精度を満たしている場合は、前記ターゲット７ａ，７ｂの高低角を測定し、該ターゲット７ａ，７ｂの３次元座標を測定し、該ターゲット７ａ，７ｂの高さの偏差を求めれば、左右の傾斜を測定できる。従って、この場合、前記レーザ光線８を回転照射して高さを求めることが省略でき、前記レーザ回転照射装置５、前記受光センサ１４を省略することができる。
図７に於いて、本発明の第３の実施例に係る建設機械の制御システムを説明する。
第３の実施例では、スリップフォーム舗装機械２の向き検出部を、レーザ回転照射装置５とビーム検出器１７ａ，１７ｂによって構成したものである。尚、図７中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明を省略する。
又、第３の実施例では、第１の実施例で用いたＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂを省略した。
第３の実施例では、前記レーザ回転照射装置５と左右２つの受光センサ１４ａ，１４ｂによって、前記スリップフォーム舗装機械２の左右の傾斜を検出すると共に該スリップフォーム舗装機械２の向きを検出する。即ち、前記レーザ回転照射装置５と前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂによって前記スリップフォーム舗装機械２の左右の傾斜検出部と向き検出部とが構成される。
支柱１６ａの上端にビーム検出器１７ａが設けられ、支柱１６ｂの上端にビーム検出器１７ｂが設けられる。
前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂは、それぞれ左右２つの受光センサ１４ａ，１４ｂが設けられており、該受光センサ１４ａ，１４ｂ間の距離は既知となっており、該受光センサ１４ａ，１４ｂと前記スリップフォーム舗装機械２の装置基準位置とは既知の関係となっている。又、２組の前記受光センサ１４ａ，１４ｂは、前記スリップフォーム舗装機械２が水平の状態では、同一の水平面内に位置することが望ましい。尚、全ての前記受光センサ１４ａ，１４ｂが既知の関係を有するのであれば、同一の水平面内に位置しなくてもよい。
前記スリップフォーム舗装機械２の機械演算制御部３５は、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂからの受光信号に基づき、左右の傾斜と前記スリップフォーム舗装機械２の向きとを演算する。
先ず、左右の傾斜については、各ビーム検出器１７ａ，１７ｂの前記受光センサ１４ａ，１４ｂの内、いずれか一方の受光センサが用いられる。例えば、前記受光センサ１４ａが用いられ、該受光センサ１４ａからの信号に基づき前記ビーム検出器１７ａの高低角、前記ビーム検出器１７ｂの高低角がそれぞれ求められる（図５参照）。
尚、前記受光センサ１４ａ、前記受光センサ１４ｂからの信号に基づき、それぞれ高低角を求め平均化してもよい。
各ビーム検出器１７ａ，１７ｂの高低角と前記光波距離測定装置４による測距結果で、各ビーム検出器１７ａ，１７ｂの高さ位置が求められ、更に前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂ間の高さ変位が求められ、前記スリップフォーム舗装機械２の左右の傾斜が求められる。
次に、該スリップフォーム舗装機械２の向きの検出について、図８を参照して説明する。
向きを検出する場合は、レーザ光線８を構成する扇状ビーム８ａ、扇状ビーム８ｂのいずれか一方が用いられる。例えば、鉛直方向に広がる前記扇状ビーム８ａが使用される。
又、前記ビーム検出器１７ａが前記レーザ回転照射装置５からＤ１の距離にあり、前記ビーム検出器１７ｂが前記レーザ回転照射装置５からＤ２の距離にあるとする。
前記扇状ビーム８ａが前記ビーム検出器１７ａの前記受光センサ１４ａ，１４ｂを通過した際の回転角はθ１となり、前記扇状ビーム８ａが前記ビーム検出器１７ｂの前記受光センサ１４ａ，１４ｂを通過した際の回転角はθ２となる。
回転角は前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂが遠くなると、前記受光センサ１４ａ，１４ｂを通過する際の回転角は小さくなり、回転角は距離に対応する。
又、前記レーザ光線８の回転速度を一定に、且つ既知の回転速度とすると、回転角は時間に比例する。従って、前記ビーム検出器１７ａから得られる受光信号の時間差をｔ１、前記ビーム検出器１７ｂから得られる受光信号の時間差をｔ２とすると、ｔ１，ｔ２からそれぞれ回転角θ１，θ２を演算することができる。更に、前記受光センサ１４ａ，１４ｂ間の間隔ｂは既知であるので、回転角θ１，θ２及び間隔ｂより前記ビーム検出器１７ａ、前記ビーム検出器１７ｂ迄の距離Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ演算することができる。
更に、距離Ｄ１，Ｄ２間の偏差と両ビーム検出器１７ａ，１７ｂ間の距離Ａに基づき前記スリップフォーム舗装機械２の向きを演算することができる。
尚、前記受光センサ１４ａ，１４ｂは受光信号の時間差が検出できればよいので、必ずしも同一水平面内にある必要はない。
而して、前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂから得られる信号に基づき、前記スリップフォーム舗装機械２の左右の傾斜と向きとを検出することができる。
尚、第３の実施例では、前記レーザ測量装置１から前記ビーム検出器１７ａ，１７ｂ迄の距離が測定できるので、前記光波距離測定装置４、前記ターゲット７を省略することも可能である。
又更に第４の実施例として、第１の実施例と第２の実施例とを組合わせてもよい。即ち、第１の実施例に於いて、ターゲット７ａ，７ｂをビーム検出器１７ａ，１７ｂそれぞれに設け、ＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂでスリップフォーム舗装機械２の向きを検出する場合、光波距離測定装置４は前記ターゲット７ａ，７ｂのいずれか一方を測定し、前記ＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂで前記スリップフォーム舗装機械２の向きを検出しない場合は、前記光波距離測定装置４で前記ターゲット７ａ，７ｂそれぞれを測定して前記スリップフォーム舗装機械２の向きを検出する。
第４の実施例では、前記ＧＰＳ装置２０ａ，２０ｂが衛星からの電波を受信できない環境、例えばビルの谷間、トンネル等でも支障なく工事を実施できる。
１ レーザ測量装置
２ スリップフォーム舗装機械
４ 光波距離測定装置
５ レーザ回転照射装置
６ 測距光
７ ターゲット
８ レーザ光線
８ａ，８ｂ 扇状ビーム
１２ 走行装置
１３ 機械制御装置
１４ 受光センサ
１５ スクリード
１７ａ，１７ｂ ビーム検出器
２０ａ，２０ｂ ＧＰＳ装置
２１ 測量演算制御部
２３ 測量通信部
２４ 測距光照射部
２５ 測距部
２６ 測角部
２７ ビーム回転照射部
２８ 姿勢検出部
３０ 傾斜センサ
３５ 機械演算制御部
３７ 機械通信部
３９ 検出器用通信部
４４ 望遠鏡部
４６ 測量制御装置

Claims (5)

  1. レーザ光線を定速で回転照射するレーザ測量装置と、前記レーザ光線の受光範囲で稼働する建設機械と、該建設機械の向きを検出する向き検出部とを具備し、前記建設機械は、工事を施工する作業機械部と、該作業機械部を制御する機械制御装置と、機械通信部と、前記建設機械の装置基準位置に対して既知の位置に設けられた２つのビーム検出器及び少なくとも１つのターゲットと、前記建設機械の前後の傾斜を検出する傾斜センサとを有し、前記レーザ測量装置は、複数の扇状ビームで構成され、少なくとも１つの該扇状ビームが水平面に対して傾斜している前記レーザ光線を回転照射するレーザ回転照射装置と、前記ターゲットを追尾する機能を有し、該ターゲットの測距を行う光波距離測定装置と、前記機械通信部との間で通信を行う測量通信部とを有し、各ビーム検出器は、少なくとも１つの点状の受光センサを有し、該受光センサによる前記レーザ光線の受光結果を前記レーザ測量装置、又は前記機械制御装置に送信し、前記レーザ測量装置又は前記機械制御装置は前記受光結果に基づき前記２つのビーム検出器のそれぞれの高低角を求め、該高低角と前記ターゲットの測距結果に基づき前記建設機械の左右の傾斜を演算し、前記機械制御装置は、前記向き検出部の検出結果、前記傾斜センサによる前後の傾斜、前記ターゲットの測距結果、左右の傾斜に基づき、前記建設機械の作動を制御する建設機械の制御システム。
  2. 前記向き検出部は、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのＧＰＳ装置を具備し、該２つのＧＰＳ装置より取得した地心座標により、前記建設機械の向きを検出する請求項１に記載の建設機械の制御システム。
  3. 前記向き検出部は、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのターゲットと、前記光波距離測定装置とを含み、該光波距離測定装置は前記２つのターゲットを交互に測定し、該２つのターゲットの測距結果に基づき前記建設機械の向きが検出される請求項１に記載の建設機械の制御システム。
  4. 前記向き検出部は、前記２つのビーム検出器及び前記レーザ回転照射装置とを含み、前記２つのビーム検出器はそれぞれ水平方向に既知の間隔で設けられた２つの受光センサを有し、該２つの受光センサが前記扇状ビームを受光した際の受光信号の時間差に基づき、前記２つの受光センサ間の回転角が求められ、該回転角と前記間隔に基づき各ビーム検出器及び前記レーザ回転照射装置間の距離が求められ、前記２つのビーム検出器について求められた距離に基づき前記建設機械の向きが検出される請求項１に記載の建設機械の制御システム。
  5. 前記向き検出部は、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのＧＰＳ装置と、前記建設機械の既知の位置に設けられた２つのターゲットと、前記光波距離測定装置とを有し、前記２つのＧＰＳ装置より取得した地心座標により、前記建設機械の向きが検出され、又、前記光波距離測定装置は前記２つのターゲットを交互に測定し、該２つのターゲットの測距結果に基づき前記建設機械の向きが検出され、作業環境に応じて検出された２つの前記建設機械の向きの１つが用いられる請求項１に記載の建設機械の制御システム。
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