JP6810936B2 - 穿孔ナビゲーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、穿孔ナビゲーション装置に関する。

従来、移動台車に設けられたブームと、ブームに設けられた穿孔機とを備えた穿孔装置を用いて行われる、トンネルの掘削作業を支援する穿孔ナビゲーション装置がある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の穿孔ナビゲーション装置では、トンネル延長方向における切羽の位置、移動台車の位置、姿勢、及び向きの情報等、各種情報に基づいて装薬孔の穿孔位置を計算し、計算した装薬孔の位置を表示するようになっている。
しかしながら、特許文献１に記載の穿孔ナビゲーション装置では、使用時に各種情報の入力が必要となるが、オペレータが入力を忘れることや入力間違えをする可能性がある。

特開２０１５−２３０１８９号公報

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、必要な情報をより確実に入力可能な穿孔ナビゲーション装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、（ａ）移動台車に設けられたブームと、ブームに設けられた穿孔機とを備えた穿孔装置を用いて行われる、トンネルの掘削作業を支援する穿孔ナビゲーション装置であって、（ｂ）穿孔装置を駆動させる油圧ポンプの起動操作を検出する操作検出部と、（ｃ）操作検出部で油圧ポンプの起動操作が検出されたことを契機として、トンネル延長方向における切羽の位置の情報と、移動台車の位置、姿勢及び向きの情報とを取得する情報取得部と、（ｄ）移動台車に対する穿孔機の位置、姿勢及び向きに関する情報を取得する相対情報取得部と、（ｅ）情報取得部で取得した情報及び相対情報取得部で取得した情報に基づき、装薬孔の穿孔位置を計算する穿孔位置計算部と、（ｆ）穿孔位置計算部で計算した装薬孔の穿孔位置をモニターに表示させる表示実行部と、を備える穿孔ナビゲーション装置であることを要旨とする。

本発明の一態様によれば、油圧ポンプの起動操作を行うと、その起動操作を契機として、トンネル延長方向における切羽の位置、移動台車の位置、姿勢、及び向きの情報が取得されるため、必要な情報をより確実に入力可能な穿孔ナビゲーション装置を提供できる。

実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置の概略構成を表す概念図である。 表示例を示すモニターの正面図である。

本発明の実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置を、図面を参照して説明する。本実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置はトンネルの掘削作業を支援するための装置である。
（構成）
図１に示すように、穿孔ナビゲーション装置１は、切羽２に対し、爆薬装填用の装薬孔３を穿孔するための作業用車両（以下、「穿孔装置４」とも呼ぶ）に搭載されている。
穿孔装置４は、移動台車５と、移動台車５に設けられて複数の可動部（後述）を有するブーム６と、ブーム６に設けられて穿孔機７を搭載するガイドセル８とを備えている。

ブーム６は、ブーム６を水平方向に揺動させるブームスイング９（以下、「第１の可動部９」とも呼ぶ）と、ブーム６を前後に進退動させるブームスライド１０（以下、「第２の可動部１０」とも呼ぶ）と、ガイドセル８を水平方向に揺動させるガイドスイング１１（以下、「第３の可動部１１」とも呼ぶ）と、ガイドセル８を垂直方向に揺動させるガイドチルト１２（以下、「第４の可動部１２」とも呼ぶ）と、ガイドセル８を前後に進退動させるガイドスライド１３（以下、「第５の可動部１３」とも呼ぶ）とを備えている。第１〜第５の可動部９〜１３のそれぞれは、電動モータ１９（後述）駆動の油圧ポンプ１８（後述）から供給される油圧によって駆動される。これにより、ブーム６は、穿孔装置４のオペレータの操作に応じて、穿孔機７の位置及び姿勢を変更可能となっている。

穿孔機７は、先端部に穿孔用ビットが設けられた穿孔ロッド１４と、穿孔ロッド１４の後端部に打撃を付与するドリフタ１５とを備えている。穿孔機７には、穿孔機７を前後方向、つまりロッド軸方向に進退動させるフィーダ１６が配置されている。これにより、穿孔機７は、オペレータの操作に応じて、穿孔ロッド１４の後端部にドリフタ１５で打撃を付与するとともに前方向に移動することで、切羽２に装薬孔３を穿孔可能となっている。
これにより、オペレータは、穿孔装置４を操作し、穿孔ロッド１４の先端を切羽２に押し当てる動作と、穿孔ロッド１４の後端に打撃を付与するとともに穿孔機７を前方向に移動させる動作とを繰り返すことで、切羽２に複数の装薬孔３を穿孔可能となっている。

また、穿孔装置４は、モータ起動スイッチ１７と、油圧ポンプ１８とを備えている。
モータ起動スイッチ１７は、油圧ポンプ１８の起動時、つまり第１〜第５の可動部９〜１３に駆動を開始させるときにオペレータに押圧させるスイッチである。そして、モータ起動スイッチ１７は、オペレータが押圧すると、油圧ポンプ１８を起動させる信号（以下、「起動信号」とも呼ぶ）を電動モータ１９とコントローラ２８（後述）とに出力する。

油圧ポンプ１８は、電動モータ１９によって駆動され、第１〜第５の可動部９〜１３に設けられた油圧シリンダ等に油圧を供給するポンプである。電動モータ１９は、モータ起動スイッチ１７から起動信号が出力されると、油圧ポンプ１８の駆動を開始し、コントローラ２８から停止信号（後述）が出力されると、油圧ポンプ１８の駆動を終了する。
なお、本実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置１では、油圧ポンプ１８が、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３に設けられた油圧シリンダ等に油圧を供給する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３に加え、穿孔機７のドリフタ１５やフィーダ１６にも油圧を供給する構成としてもよい。

穿孔ナビゲーション装置１は、相対情報取得部２０〜２４と、始動操作検出部２５と、位置記憶部２６と、モニター２７と、コントローラ２８とを備えている。
相対情報取得部２０〜２４は、移動台車５に対する穿孔機７の位置（すなわち穿孔機７の相対位置）、姿勢及び向きに関する情報（以下、「相対情報」とも呼ぶ）を取得する。そして、相対情報取得部２０〜２４は、取得した相対情報をコントローラ２８に出力する。
例えば、相対情報取得部２０（以下、「水平角検出部２０」とも呼ぶ）は、第１の可動部９に配され、ブーム６の水平方向への揺動角を検出する。そして、水平角検出部２０は、検出結果をコントローラ２８に出力する。また相対情報取得部２１（以下、「水平角検出部２１」とも呼ぶ）は、第３の可動部１１に配され、ガイドセル８の水平方向への揺動角を検出する。そして、水平角検出部２１は、検出結果をコントローラ２８に出力する。

また、相対情報取得部２２（以下、「垂直角検出部２２」とも呼ぶ）は、第４の可動部１２に配され、ガイドセル８の垂直方向への揺動角を検出する。そして、垂直角検出部２２は、検出結果をコントローラ２８に出力する。
さらに、相対情報取得部２３（以下、「進退量検出部２３」とも呼ぶ）は、第２の可動部１０に配され、ブーム６の前後方向への進退量を検出する。そして、進退量検出部２３は、検出結果をコントローラ２８に出力する。また、相対情報取得部２４（以下、「進退量検出部２４」とも呼ぶ）は、フィーダ１６に配され、ガイドセル８の前後方向への進退量を検出する。そして、進退量検出部２４は、検出結果をコントローラ２８に出力する。

始動操作検出部２５は、移動台車５の走行用のエンジン（不図示）の始動操作を検出する。始動操作検出部２５としては、例えばエンジンのイグニッションスイッチを用いることができる。そして、始動操作検出部２５は、検出結果をコントローラ２８に出力する。
位置記憶部２６は、穿孔作業中に穿孔された装薬孔３の穿孔位置を記憶する。装薬孔３の穿孔位置としては、例えば、装薬孔３の穿孔位置の座標データを用いることができる。
モニター２７は、オペレータから視認可能な位置に配置され、コントローラ２８が生成した画像（例えば、切羽２への装薬孔３の穿孔作業を支援するための画像）を表示する。

コントローラ２８は、モータ起動スイッチ１７、水平角検出部２０、２１、垂直角検出部２２、進退量検出部２３、２４、始動操作検出部２５、位置記憶部２６及びモニター２７に接続されたマイコンである。コントローラ２８は、操作検出部３０、情報取得部３１、穿孔位置計算部３２、表示実行部３３、記憶実行部３４及び停止部３５等のハードウェア資源を論理的に備えている。図１の例では、操作検出部３０、情報取得部３１、穿孔位置計算部３２、表示実行部３３、記憶実行部３４及び停止部３５等は、論理的な機能に着目したハードウェア資源を形式的に表現している。すなわち、図１の表現は、必ずしも半導体チップ上に物理的な領域として独立存在する機能ブロックを意味するものではない。
操作検出部３０は、油圧ポンプ１８の起動操作を検出する。起動操作の検出方法としては、例えば、モータ起動スイッチ１７から起動信号が出力されたかを判定する方法を用いることができる。そして、操作検出部３０は、検出結果を情報取得部３１に出力する。

なお、本実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置１では、操作検出部３０が、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３を駆動させる油圧ポンプ１８の起動操作を検出する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、穿孔装置４、つまり、ブーム６や穿孔機７を備える装置（作業用車両）を駆動させる油圧ポンプの起動操作を検出するものであればよく、穿孔機７のドリフタ１５やフィーダ１６を駆動させる油圧ポンプの起動操作を検出する構成としてもよい。また、例えば、油圧ポンプ１８が、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３に加え、穿孔機７のドリフタ１５やフィーダ１６にも油圧を供給する構成である場合には、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３、穿孔機７のドリフタ１５、フィーダ１６を駆動させる油圧ポンプ１８の起動操作を検出する構成を採用できる。

情報取得部３１は、操作検出部３０で油圧ポンプ１８の起動操作が検出されたことを契機として、トンネル延長方向における切羽２の位置の情報と、移動台車５の位置、姿勢及び向きの情報とを送信させる信号（以下、「送信要求信号」とも呼ぶ）をトンネル用総合測量システム３６に送信する。これらの情報を、以下、「演算用情報」とも呼ぶ。切羽２の位置としては、例えば、トンネル起点（０［m］）からのトンネル進行長を用いることができる。また、穿孔装置４の位置としては、例えば、穿孔装置４の座標データを用いることができる。情報取得部３１とトンネル用総合測量システム３６との間の信号等の送信は、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）による無線通信を用いて行われる。

ここで、トンネル用総合測量システム３６は、トンネル坑内に設置されたトータルステーション３７と、情報取得部３１から送信要求信号が送信されると、トータルステーション３７に演算用情報を測定させ、測定された演算用情報をコントローラ２８（情報取得部３１）に送信する演算制御部３８とを備えている。トンネル用総合測量システム３６としては、例えば、特許第３４１８６８２号公報で開示されたものを用いることができる。

穿孔位置計算部３２は、情報取得部３１で取得した演算用情報と、水平角検出部２０、２１、垂直角検出部２２及び進退量検出部２３、２４の各検出結果（つまり、相対情報取得部２０〜２４で取得した相対情報）とに基づき、装薬孔３の穿孔位置を計算する。そして、穿孔位置計算部３２は、計算した装薬孔３の穿孔位置を表示実行部３３に出力する。
表示実行部３３は、図２に示すように、穿孔位置計算部３２で計算した装薬孔３の穿孔位置をモニター２７に表示させる。図２の例では、装薬孔３の開口部の位置が四角形状の図形「□」で表され、装薬孔３の向きが図形「□」から延びている直線で表されている。
記憶実行部３４は、穿孔位置計算部３２で計算した装薬孔３の穿孔位置を位置記憶部２６に記憶させる。位置記憶部２６に記憶させた穿孔位置は、穿孔結果の解析に用いる。
停止部３５は、始動操作検出部２５でエンジンの始動操作が検出されると、油圧ポンプ１８を停止させる信号（以下「停止信号」とも呼ぶ）を電動モータ１９に出力する。

（動作）
次に、本実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置１の動作を説明する。
まず、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３を駆動可能とし、穿孔作業を開始するために、オペレータが、モータ起動スイッチ１７を押圧したとする。すると、モータ起動スイッチ１７が、起動信号を電動モータ１９とコントローラ２８とに出力する。起動信号が出力されると、電動モータ１９が、油圧ポンプ１８の駆動を開始する。これにより、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３が駆動可能な状態となる。また、コントローラ２８が、情報取得信号をトンネル用総合測量システム３６の演算制御部３８に送信する。情報取得信号が送信されると、演算制御部３８が、トータルステーション３７に移動台車５の位置等の演算用情報を測定させ、測定された演算用情報をコントローラ２８に送信する。

演算用情報が送信されると、コントローラ２８が、送信された演算用情報を取得し、取得した演算用情報と、水平角検出部２０、２１、垂直角検出部２２及び進退量検出部２３、２４の各検出結果とに基づき、装薬孔３の穿孔位置を計算する。そして、計算した装薬孔３の穿孔値をモニター２７に表示させるとともに位置記憶部２６に記憶させる。これにより、モニター２７の画像をオペレータに視認させ、装薬孔３の穿孔作業を支援する。

穿孔作業の実行中、穿孔装置４を移動させるために、オペレータが、移動台車５のイグニッションスイッチを操作し、走行用のエンジンの始動操作を行ったとする。すると、始動操作検出部２５が、エンジンの始動操作の検出結果をコントローラ２８に出力する。検出結果が出力されると、コントローラ２８が、停止信号を電動モータ１９に出力する。停止信号が出力されると、電動モータ１９が、油圧ポンプ１８の駆動を停止する。これにより、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３を駆動不能となり、穿孔作業が中断される。

穿孔装置４の移動が完了した後、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３を再度駆動可能とし、穿孔作業を再開するために、オペレータが、モータ起動スイッチ１７を再度押圧したとする。すると、モータ起動スイッチ１７が、起動信号を電動モータ１９とコントローラ２８とに再度出力する。起動信号が出力されると、電動モータ１９が、油圧ポンプ１８の駆動を再開する。また、コントローラ２８が、情報取得信号をトンネル用総合測量システム３６の演算制御部３８に再度送信する。情報取得信号が送信されると、演算制御部３８が、トータルステーション３７に移動台車５の位置等の新しい演算用情報を測定させ、測定された新しい演算用情報をコントローラ２８に送信する。新しい演算用情報が送信されると、コントローラ２８が、新しい演算用情報に基づき装薬孔３の穿孔位置を計算し、計算した装薬孔３の穿孔値をモニター２７に表示させ位置記憶部２６に記憶させる。

以上説明したように、本実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置１は、ブーム６の第１〜第５の可動部９〜１３、つまり、穿孔装置４を駆動させる油圧ポンプ１８の起動操作を検出する操作検出部３０と、油圧ポンプ１８の起動操作が検出されたことを契機として、トンネル延長方向における切羽２の位置の情報と、移動台車５の位置、姿勢及び向きの情報、つまり、演算用情報とを取得する情報取得部３１と、移動台車５に対する穿孔機７の位置、姿勢及び向きに関する情報、つまり、相対情報を取得する相対情報取得部２０と、取得した演算用情報及び相対情報に基づき、装薬孔３の穿孔位置を計算する穿孔位置計算部３２と、計算した装薬孔３の穿孔位置をモニター２７に表示させる表示実行部３３とを備えるようにした。そのため、油圧ポンプ１８の起動操作を行うと、その起動操作を契機として、演算用情報、つまり、装薬孔３の穿孔位置の計算に必要とされる情報が取得されるため、必要な情報をより確実に入力可能な穿孔ナビゲーション装置１を提供できる。
すなわち、演算用情報の取得を行うトリガーを油圧ポンプ１８の電動モータ１９を起動させるモータ起動スイッチ１７と連動するようにしたため、演算用情報の取得忘れを防止できる。また、演算用情報が自動で取得されるため、オペレータの負荷を軽減できる。

また、移動台車５の走行用のエンジンの始動操作を検出する始動操作検出部２５と、エンジンの始動操作が検出されると、油圧ポンプ１８を停止させる停止部３５とを備えるようにした。それゆえ、穿孔装置４を移動させるために、エンジンの始動操作を行うと、油圧ポンプ１８の電動モータ１９が停止される。そのため、穿孔作業の再開時に、油圧ポンプ１８の起動操作を行う必要が生じ、新しい演算用情報が取得される。したがって、演算用情報をより確実に入力できるとともに、オペレータの負荷を軽減することができる。

（変形例）
なお、本実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置１では、穿孔位置計算部３２が、情報取得部３１で取得した演算用情報と、相対情報取得部２０〜２４で取得した相対情報とに基づき、装薬孔３の穿孔位置を計算する例を示したが、他の構成を作用してもよい。例えば、穿孔位置計算部３２が、情報取得部３１で演算用情報の取得を完了する前に穿孔装置４で穿孔作業が開始された場合には、情報取得部３１で過去に取得した演算用情報（例えば、前回取得した演算用情報）と相対情報とに基づき、装薬孔３の穿孔位置の計算を行うようにしてもよい。この場合、記憶実行部３４が、過去に取得した演算用情報に基づいて計算した装薬孔３の穿孔位置（以下、「仮計算位置」とも呼ぶ）を位置記憶部２６が記憶している場合には、情報取得部３１で演算用情報の取得を完了した後に、取得を完了した演算用情報に基づき位置記憶部２６が記憶している仮計算位置の修正を行うようにする。
これにより、本変形例に係る穿孔ナビゲーション装置１によれば、例えば、トータルステーション３７による移動台車５の位置等の測量が完了する前、つまり演算用情報の取得が完了する前に、穿孔作業が開始され、位置記憶部２６に不確かな装薬孔３の穿孔位置が記憶されても、位置記憶部２６が記憶している装薬孔３の穿孔位置の精度を向上できる。

（変形例）
なお、本実施形態に係る穿孔ナビゲーション装置１では、水平角検出部２０、２１、垂直角検出部２２及び進退量検出部２３、２４を備え、これらの検出部２０〜２４の検出結果（相対情報）と演算用情報とに基づいて、装薬孔３の穿孔位置を計算する例を示したが、他の構成を採用することもできる。例えば、検出部２０〜２４に代え、第１〜第５の可動部９〜１３、及びフィーダ１６の動作状態を検出するセンサを備え、これらのセンサの検出結果と演算用情報とに基づいて、装薬孔３の穿孔位置を計算するようにしてもよい。

１…穿孔ナビゲーション装置、２…切羽、３…装薬孔、４…穿孔装置、５…移動台車、６…ブーム、７…穿孔機、８…ガイドセル、９…第１の可動部（ブームスイング）、１０…第２の可動部（ブームスライド）、１１…第３の可動部（ガイドスイング）、１２…第４の可動部（ガイドチルト）、１３…第５の可動部（ガイドスライド）、１４…穿孔ロッド、１５…ドリフタ、１６…フィーダ、１７…モータ起動スイッチ、１８…油圧ポンプ、１９…電動モータ、２０…水平角検出部（相対情報取得部）、２１…水平角検出部（相対情報取得部）、２２…垂直角検出部（相対情報取得部）、２３…進退量検出部（相対情報取得部）、２４…進退量検出部（相対情報取得部）、２５…始動操作検出部、２６…位置記憶部、２７…モニター、２８…コントローラ、３０…操作検出部、３１…情報取得部、３２…穿孔位置計算部、３３…表示実行部、３４…記憶実行部、３５…停止部、３６…トンネル用総合測量システム、３７…トータルステーション、３８…演算制御部

Claims (3)

1. 移動台車に設けられたブームと、前記ブームに設けられた穿孔機とを備えた穿孔装置を用いて行われる、トンネルの掘削作業を支援する穿孔ナビゲーション装置であって、
   前記穿孔装置を駆動させる油圧ポンプの起動操作を検出する操作検出部と、
   前記操作検出部で油圧ポンプの起動操作が検出されたことを契機として、トンネル延長方向における切羽の位置の情報と、前記移動台車の位置、姿勢及び向きの情報とを取得する情報取得部と、
   前記移動台車に対する前記穿孔機の位置、姿勢及び向きに関する情報を取得する相対情報取得部と、
   前記情報取得部で取得した情報及び前記相対情報取得部で取得した情報に基づき、前記トンネルの掘削作業中に穿孔された装薬孔の穿孔位置を計算する穿孔位置計算部と、
   前記穿孔位置計算部で計算した装薬孔の穿孔位置をモニターに表示させる表示実行部と、を備えることを特徴とする穿孔ナビゲーション装置。
2. 前記移動台車の走行用のエンジンの始動操作を検出する始動操作検出部と、
   前記始動操作検出部でエンジンの始動操作が検出されると、前記油圧ポンプを停止させる停止部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の穿孔ナビゲーション装置。
3. 前記穿孔位置計算部で計算した穿孔位置を位置記憶部に記憶させる記憶実行部を備え、
   前記穿孔位置計算部は、前記情報取得部で情報の取得を完了する前に前記穿孔機で穿孔作業が開始された場合には、前記情報取得部で過去に取得した情報及び前記相対情報取得部で取得した情報に基づき、前記装薬孔の穿孔位置の計算を行い、
   前記記憶実行部は、前記過去に取得した情報に基づいて計算した前記装薬孔の穿孔位置である仮計算位置を前記位置記憶部が記憶している場合には、前記情報取得部で情報の取得を完了した後に、取得を完了した前記情報に基づき、前記位置記憶部が記憶している前記仮計算位置を修正することを特徴とする請求項２に記載の穿孔ナビゲーション装置。

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