JPH03158529A - レーザレベリング操縦装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザレベリング装置を用いて行う土工作業に
係わり、特には、作業域の凹凸が大きい土地における整
地作業を効率良く行うことの出来るレーザレベリング操
縦装置及びその方法に関する。

［従来の技術］ 周知のように、圃場整備や、造成工事等広い範囲にわた
って土地表面を水平に仕上げる為には従来レーザレベリ
ング装置が用いられている。

レーザレベリング装置は整地作業域の所定の位置にレー
ザ投光器を設け、該レーザ投光器によってレーザ光を所
定の高さで水平に旋回投射することによって絶対的な基
準面を創成し、作業機械の土工機に連結し設けたボール
上に該レーザ光を受ける受光器を設け、前記レーザ光を
常に同じ高さに該受光器がうけるように土工機の高さを
制御するものであり、受光器がうけるレーザ光の位置に
対応してオペレータ席のまえに高さ表示をなし、オペレ
ータがその表示をみて手動操作レバーを操作して土工機
を上下させる手段と、受光器が受ける位置に対応して発
生する信号によって土工機を自動的に上下させる自動式
が用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが上記手段による制御では、表示装置の表示を見
ながらの制御はオペレータの疲労も大きく仕上げ精度も
オペレータの技能によるところか大きい、自動制御によ
るときは窪地と凸地の区別を自動制御装置では判定する
ことが出来ないなめ、自動作業の前にあらかじめ大きな
凹凸は無くしておくことが必要であって、例えば、整地
作業が完了する段階で凹地が残っていることが判ったと
きには修正作業に大きな手間が必要である。従って、自
動と手動の操作を切り替え、ある範囲の自動作業と手動
作業を交互に実施する必要があった。

本発明は上記従来の問題点に着目し、自動作業中におい
てもオペレータが必要を感じたときには自由に手動操作
を行うことを可能ならしめるレーザレベリング操縦装置
及びレーザレベリング操縦装置を提供することを目的と
している。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明に係るレーザレベリン
グ操縦装置において、第１の発明においては作業域所定
の場所に設けたレーザ投光器と、作業機械に設けた受光
器と、該受光器が受ける前記レーザ投光器からのレーザ
光位置に対応して前記作業機械に設けた作業機を自動的
に操作する機構を備えたレーザレベリング操縦装置にお
いて、作業機の手動操作機構の操作を検知するセンサと
、該検知センナからの操作信号を前記レーザ受光器から
の自動制御信号に優先して該作業機を操作する制御装置
を設けたことを特徴とし、第２の発明においては、前記
レーザ受光器からの自動制御信号に優先した作業機手動
操作機構の操作を検知するセンサがらの操作信号による
手動作業を実施中において、レーザ受光器からのレベル
信号がしめず目標作業レベルに対して作業機の現在作業
レベルが所定の範囲内に入った時に自動的に自動ΦＩＩ
御に復帰する制御機能を設けたことを特徴としている。

また、第３の発明においては作業域の所定の場所に設け
たレーザ投光器からのレーザー光によって土工作業の仕
上げ基準レベルを設定し、作業機械に設けた受光器に受
ける前記基準レベルを示ずレーザ光の受光高さに対応し
て該作業機械の備える１作業機の昇降動作を自動的に行
うようにしたレーザレベリング操縦方法において、前記
作業機を手動操作する機構の操作を検知し、該検知信号
を前記受光器の受ける自動操作信号に優先して前記作業
機を操作することを特徴としている。

［作用コ 上記構成及び方法によれば、作業機の手動操作機構の操
作を検知し、該検知信号をレーザ受光器の受ける自動操
作信号に優先して作業機を操作するようにしたのでレー
ザレベリング装置を活かした自動作業中においてもオペ
レータが必要を感じたときには、特にスイッチ操作等を
おこなはなくても自動制御と干渉することなく自由に手
動操作を行うことを可能にするというすぐれた効果を得
ることができる。

［実施例］ 以下本発明に係るレーザレベリング操縦装置及びその方
法の詳細を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一例を適用したレーザレベリング操縦
装置を装着した建設機械であるブルドーザを示しており
、第２図には本発明を実現する構成の一例を示すブロッ
ク図、第３図にはレーザレベリング操縦装置のデイスプ
レィ装置におけるデイスプレィの一例を示している。

第１図において１はレーザレベリングの為のレーザ投光
器であって、該レーザ投光器１は予め作業域の所定の位
置に所定の高さに装置して旋回発光させ、目的とする作
業域の全域に対して所定のレベルにレーザによる光子面
を形成している。２は前記レーザ投光器が形成する光子
面を受光する為に建設機械９の作業機９ａに設けたボー
ル９ｂの上部に装置し、縮方向に複数の受光素子を並べ
た受光面を、周囲いずれの方向からの光線にも感知出来
るように四方に向けて構成した受光器である。受光器２
が受光したレーザ投光器１からの光信号は受光器で電気
信号に変換された後コントローラ５に入力し、受光処理
された結果がデイスプレィ３に表示され、また、自動操
作信号としてアクチュエー々７を駆動する。アクチュエ
ータ７は、入力電圧によってストローク量が制御される
、例えば、（掬不二越のＩＩＶＤＩｓサーボポジショナ
等の油圧サーボシリンダによって構成されていて、操作
弁８を駆動し、操作弁８は、作業機９ａを駆動する図に
は示していない油圧回路の圧油の流れを制御して作業機
を操作している。前記コントローラ５には該レーザレベ
リング操縦装置を操作するための操作パネル４が接続さ
れ、また、作業機操作レバー６の操作角を計測する作業
機操作センサであるポテンショメータ６１からの信号が
入力されている。

次に上記の構成に於ける動作を第１図、第２図、第３図
を参照して説明する。

第１図において、平面に仕上げる必要のある作業域と自
振仕上レベルに対して、該作業域における適切な場所で
ある一端地点にレーザ投光器１を装置し、該レーザ投光
器１から放射されるレーザ光線が作業域全面を所定の角
度の平面を形成するように（通常は水平な平面になるよ
うに）レーザ投光器１を旋回させる。従って、レーザ投
光器１から放射されるレーザ光線は水平面に対して所定
の角度で（通常は水平面に平行に）放射されているので
、建設機械９の作業Ｊｆｉ９ａに設けたボール９ｂの上
部に装置した受光器２は、縮方向に複数の受光素子を並
べた受光面を周囲いずれの方向からの光線にも感知出来
るように四方に向けて構成しているので、前記作業機９
ａのレベルが上下に移動すると、作業機のレベルが極端
にずれない範囲では常にその受光素子群の内のいずれか
の受光素子にレーザ光線を受光している。従って、常に
その受光素子群の内の中心の素子に該レーザ光線を受け
るように作業機９ａを上下させながら建設置Ｒ械９を運
転移動させると、該作業機９ａの下端部で創成される平
面は完全な平面をなし、持にレーザ投光器が水平面に平
行な角度に維持されているときには、完全な水平面を創
成することになる。また、受光器２は前述したように四
方からきた光線を受光出来るので、該建設機械９がレー
ザ投光器１に対してどの様な方向を向いていてもレーザ
光を受けることが可能であり、従って本レーザレベリン
グ作業を実行することができる。

次に上述の動作の詳細を第２図のブロック図を参照して
説明する。

受光器２に設けられた複数の受光素子のいずれかにレー
ザ光線を受けると、該受光素子によってレーザ光が電気
信号に変換される。該電気信号はコントローラ５に入力
されると、コントローラ５は受光器２に設けられた複数
の各受光素子からの入力回路からいずれの受光素子が受
光したかを判定する。受光器２上に設けられた複数の受
光素子の内の中心よりも上に設けられた受光素子がレー
ザ光を受光し、コントローラ５が受光器２の中心よりも
上にある受光素子が受光したと判定すると、受光器２の
中心よりも上にある受光素子が受光したことは作業（Ｉ
ｉ９　ａが目標とする基準レベルよりも下がり過ぎてい
ることを示しているので、コントローラ５は自動操作信
号として作業Ｊｆｆｉ９ａを上げる方向にアクチュエー
タ７を駆動し、また、デイスプレィ３には作業機を上げ
る方向の表示をする。すなわち第３図に示すデイスプレ
ィ３の中のランプ３２が点滅する。コントローラ５は、
受光器２の中心よりも上に大きく離れた受光素子が受光
しなと判定すると大きいレベルの信号電圧を、受光器２
の中心よりも上に僅かに離れた受光素子が受光したと判
定する゛と小さいレベルの信号電圧をアクチュエータ７
に対して出すので、アクチュエータ７は受光器２の中心
よりも大きく離れた受光素子が受光したと判定されたと
きは大きく動き、受光器２の中心よりも僅かに離れた受
光素子が受光したと判定されたときは小さく動く、シた
がって、アクチュエータ７に結合された操作弁８は、ア
クチュエータ７に比例した動きをするので、受光器２の
中心よりも上方向に大きく離れた受光素子が受光しなと
判定すると操作弁８を通過する圧油の油量が多く、よっ
て作業１ｍ９ａの上方向への動きは早く、受光器２の中
心よりも上に僅かに離れた受光素子が受光したと判定す
ると操作弁８を通過する圧油の油量が少なく、よって作
業機９ａの上方向への動きは遅い、この様に１作業機９
ａが所定のレベルよりも大きく下にずれているときは該
作業機９ａを速やかに上に向かって動かして早く目標と
する基準レベルに移動させ、作業機９ａが基準レベルよ
りも偉かに下にずれているときは該作業ｆｉ９ａを遅く
上に向かって動かして目標とする基準レベルをゆきすぎ
ないように移動させる。

作業機９ａが目標とする基準レベルに一致すると、受光
器２の中心の受光素子が受光するようになるので、コン
トローラ５は受光器２の中心の受光素子が受光したこと
を判定してアクチュエータ７への出力を停止し、よって
操作弁８がとじるので、作業＠９ａの上昇運動は停止す
る。また、デイスプレィ３には作業機が中心にきている
表示をする。すなわち第３図に示すランプ３０が点灯す
る。

上述とは逆に、受光器２上に設けられた複数の受光素子
の内の中心よりも下に設けられた受光素子がレーザ光を
受光し、コントローラらが受光器２の中心よりも下にあ
る受光素子が受光しなと判定すると、受光器２の中心よ
りも下にある受光素子が受光したことは作業機９ａが目
標とする基準レベルよりも上がり過ぎていることを示し
ているのでコントローラ５は自動操作信号として作業８
１９ａを下げる方向にアクチュエータ７を駆動し、また
、デイスプレィ３には作業機を下げる方向の表示をする
。すなわち第３図に示すランプ３１が点滅する。

コントローラ５は、受光器２の中心よりも下に大きく離
れた受光素子が受光したと判定すると大きいレベルの信
号電圧を、受光器２の中心よりも下に僅かに離れた受光
素子が受光したと判定すると小さいレベルの信号電圧を
アクチュエータ７に対して出すので、アクチュエータ７
は受光器２の中心よりも大きく離れた受光素子が受光し
たと判定されたときは大きく動き、受光器２の中心より
も僅かに離れた受光素子が受光したと判定されたときは
小さく動く、シたがって、アクチュエータ７に結合され
た操作弁８は、アクチュエータフに比例した動きをする
ので、受光器２の中心よりも下方向に大きく離れた受光
素子が受光したと判定すると操作弁８を通過する圧油の
油量が多く、よって作業％　９　ａの上方向への動きは
早く、受光器２の中心よりも下に僅かに雛れな受光素子
が受光したと判定すると操作弁８を通過する圧油の油量
が少なく、よって作業機９ａの上方向への動きは遅い。

この様に０作業機９ａが所定のレベルよりも大きく下に
ずれているときは該作業機を大きく上に向かって動かし
て早く目標とするレベルに移動させ、作業機９ａが所定
のレベルよりも僅かに下にずれているときは該作業機を
遅く上に向かって動かして目標とするレベルをゆきずぎ
ないように移動させる。

作業機９ａが目標とするレベルに一致すると、受光器２
の中心の受光素子が受光するようになるので、コントロ
ーラ５は受光器２の中心の受光素子が受光したことを判
定してアクチュエータ７への出力を停止し、よって操作
弁８がとじるので、作業機９ａの上昇運動は停止する。

また、デイスプレィ３には作業機が中心にきている表示
をする。すなわち、第３図に示すランプ３０が点灯する
。

今、受光器２上に設けられた複数の受光素子の内の中心
よりも上であって、しかも、予め定めた位置よりもさら
に上に設けられた受光素子がレーザ光を受光し、或いは
受光信号を出している受光素子が上に移動していった後
、いずれの受光素子からも受光信号がでなくなって、コ
ントローラ５が受光器２の中心よりも上であって、しか
も、予め定めた位置よりもさらに上にある受光素子が受
光したか、または、受光器２上の受光素子の並びからレ
ーザ光線がさらに上にずれてしまったと判定すると、受
光器２の中心よりも上であって、しかも、予め定めた位
置よりもさらに上にある受光素子が受光するか、さらに
レーザ光線が上にずれたことは、作業機が標準レベルよ
りも遥かに下がり過ぎていることを示しているので、コ
ントローラ５は自動操作信号として作業機を上げる方向
にアクチュエータ７を大きく駆動し、また、デイスプレ
ィ３には作業機を上げる方向の表示をする。すなわち第
３図に示すランプ３２が連続的に点灯する。

従って、オペレータは該領域の地面レベルが極度に低い
事が判る。また多くの場合、オペレータは作業前に予め
作業域の図面によって指示されて、目徳地面レベルより
もはるかに低い範囲を了解している。また、馴れたオペ
レータは視察によって目標地面レベルよりもはるかに低
い範囲を判定することができる。

逆に、受光器２上に設けられた複数の受光素子の内の中
心よりも下であって、しかも、予め定めた位置よりもさ
らに下に設けられた受光素子がレーザ光を受光し、或い
は受光信号を出している受光素子かに下に移動していっ
た後、いずれの受光素子からも受光信号がでなくなって
、コントローラ５が受光器２の中心よりも下であって、
しかも、予め定めた位置よりもさらに下にある受光素子
が受光したか、または、受光器２上の受光素子の並びか
らレーザ光線がさらに下にずれてしまったと判定すると
、受光器２の中心よりも下であって、しかも、予め定め
た位置よりもさらに下にある受光素子が受光するか、さ
らにレーザ光線が下にずれたことは、作業機が標準レベ
ルよりもはるかに上がり過ぎていることを示しているの
で、コントローラ５は自動操作信号として作業機を下げ
る方向にアクチュエータ７を大きく駆動し、また、デイ
スプレィ３には作業機を下げる方向の表示をする。すな
わち第３図に示すランプ３１が連続的に点灯する。従っ
て、オペレータは該領域の地面レベルが極度に高いこと
が判る。また多くの場合、オペレータは作業前に予め作
業域の図面によって指示されて、目標地面レベルよりも
はるかに高い範囲を了解している。また、馴れたオペタ
は視察によって目標地面レベルよりもはるかに高い範囲
を判定することができる。

上述のように、目標地面レベルよりもはるかに高い範囲
や、目標地面レベルよりもはるかに低い範囲が存在する
ときは、レーザレベリング装置の自動操作に頼るのみで
は所定の作業を完了することが無理であって、オペレー
タが目標地面レベルよりもはるかに高い地域の土砂を目
標地面レベルよりもはるかに低い地域に移動させること
が必要である。従って、オペレータは上述したような情
報にしたがって、目標地面レベルよりもはるかに高い地
域の土砂を目標地面レベルよりもはるかに低い地域に移
動させる為に、手動操作め作業機操作レバー６を手動操
作する９作業機操作レバー６を手動操作すると操作レバ
ー６のセンサ６１、例えばポテンショメータが操作レバ
ーの操作角に比例した信号をコントローラ５に入力する
。コントローラ５は操作レバー６のセンサ６１の信号を
入力すると、前述した受光装置３からの信号にかえて、
操作レバー６のセンサ６１、即ちポテンショメータの操
作角度に比例した抵抗値を示す電圧をアクチュエータ７
に出力して該アクチュエータ７を駆動し、したがってア
クチュエータ７に結合された操作弁８はアクチュエータ
７に比例した動きをする。

操作レバー６を大きく作業機を下げる方向に操作すると
、センサとしてのポテンショメータ６Ｉからの出力変化
電圧量が大きく、従って、コントローラ５への入力変化
電圧量が大きいのでコントローラ５からの出力電圧によ
って駆動されるアクチュエータフの動きが大きく、よっ
てアクチュエータ７に結合された操作弁８が大きく動く
なめに操作弁８を通過する圧油の油量が多く、よって作
業機９ａの下方向への動きは早い、逆に、操作レバー６
を小さく作業機を下げる方向に操作するとセンサとして
のポテンショメータ６１からの出力変化電圧量が小さく
、従って、コントローラ５への入力変化電圧量が小さい
のでコントローラ５からの出力電圧によって駆動される
アクチュエータ７の動きが小さく、よってアクチュエー
タ７に結合された操作弁８の動きが小さいなめに操作弁
８を通過する圧油の油量が少なく、よって作業機９ａの
下方向への動きは遅い。

また、逆に、操作レバー６を大きく作業機を上げる方向
に操作すると、センサとしてのポテンショメータ６１か
らの出力変化電圧量が大きく、従って、コントローラ５
への入力変化電圧量が大きいのでコントローラ５からの
出力電圧によって駆動されるアクチュエータ７の動きが
大きく、よってアクチュエータ７に結合された操作弁８
が大きく動くために操作弁８を通過する圧油の油量が多
く、よって作業機９ａの上方向への動きは早い、逆に、
操作レバー６を小さく作業機を上げる方向に操作すると
センサとしてのポテンショメータ６１からの出力変化電
圧量が小さく、従って、コントローラ５への入力変化電
圧量が小さいのでコントローラ５からの出力電圧によっ
て駆動されるアクチュエータ７の動きが小さく、よって
アクチュエータフに結合された操作弁８の動きが小さい
なめに操作弁８を通過する圧油の油量が少なく、よって
作業ｆｉ９ａの上方向への動きは遅い。

この様な操作による押し上作業によってオペレータが口
振地面レベルよりもはるかに高い地域の土砂を口振地面
レベルよりもはるかに低い地域に移動させ、作業機９ａ
が口振とする基準レベルに一致すると、受光器２の中心
の受光素子が受光するようになるのでデイスプレィ３の
中心である３０が点灯し、よってオペレータは作業機が
基準のレベル位置にあることを理解して操作レバー６の
操作を中止すると、コントローラ５は作業機のレベルと
レーザ光線が示す基準レベルが等しくなったことを判定
して操作レバーのセンサ６１からの信号にかえて受光装
置２からの出力によってアクチュエータフに対する制御
信号を出すようになる。コントローラ５が手動操作から
レーザレベリング装置の自動操作に戻ると、以降はレー
ザレベリング制（１装置が従来通りの自動ｔｉ　ｆヤを
継続して行うことになる。

上述の説明において、繰作レバーのセンサにはポテンシ
ョメータを用いるように説明したが、その他のセンサ、
例えば、操作レバーによる操作が微ａ操作を必要としな
いときにはリミットスイッチを用いてもよい　また、ア
クチュエータとして油圧サーボシリンダを用いるように
説明したが、操作弁を操作するにはその他のａ　ＦＭ、
例えば、空気圧縮ポンプと空圧バルブによって１Ｔｒｌ
ｆ御する空気シリンダを用いてもよいし、または、操作
弁に電磁弁を用いて、いわゆるＰＷＨ信号によって操作
してもよい、また、作業機を動かす圧油の条件によって
は電磁比例制御弁や、サーボバルブを用いてもよい。

また、デイスプレィは本発明を実現する構成要素として
、絶対に必要な要素装置ではないが、未熟練オペレータ
が手動繰作をするときには、口振とする仕上は地面レベ
ルと現在作業中の地面レベルとの関係を知るために有効
である。

また手動操作から自動操作に戻るのに、受光装置の受光
位置を判定するコントローラの自動的な働きによるよう
に説明したが、スイッチを設けて、手動で戻すようにし
てもよい また、受光装置が複数の受光素子を四方に向けて配列し
であるように説明したが、上下方向に感度の変化する受
光素子、例えば、縦に長い太陽電池に透過度が変化する
フィルタを掛けたものでもよく、また、−面のみの受光
面をレーザ光線の来る方向に自動的に追尾するようにし
てもよい。

また、コントローラが自動的に中央であると判定する受
光装置の中央位置の範囲はあらかじめ任意に定めること
ができる、また、受光装置の中央位置であるとコントロ
ーラが判定してから自動的に自動操作に復帰するまでの
余裕時間も予め任意に定めることが出来る。

また本発明の説明に記したレーザレベリング操縦装置は
、たんにレベリング機能を持つのみのものについて説明
したが、作業機のチルト：ｌ１１１１３１１機能等その
池の制御機能を持つものに対しても同様に活用すること
が可能である。

し発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、作業機の手動操作
機構の操作量を検知し、該検知信号をレーザ受光器の受
ける自動操作信号に優先して作業機を操作するようにし
たのでレーザレベリング装置を活かした自動作業中にお
いてもオペレータが必要を感じたときには、持にスイッ
チ操作等をおこなはなくても自動制御と干渉することな
く自由に手動操作を行うことを可能にするというすぐれ
た効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を適用したレーザレベリング操縦
装置を装置した建設機械図。 第２図は本発明を実現する構成の一例を示すブロック図
。 第３図はレーザレベリング操縦装置のデイスプレィ装置
におけるデイ又プレイの一例図を示している。 １・・・レーザ投光器、 ２・・・受光器、 ３・・・デイスプレィ、 ４・・・操作パネル、 ５・・・コントローラ、 ６・・・操作レバー ７・・・アクチュエータ、 ８・・操作弁、 ９・・・建設機械、 ９ａ・・・作業機、 ９ｂ・・・ボール、 ３０・・・表示ランプ（中心表示）、 ３１・・・表示ランプ（下げ表示）、 ３２・・・表示ランプ（上げ表示） ６１・・・センサ。 ソａ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作業域所定の場所に設けたレーザ投光器と、作業機
   械に設けた受光器と、該受光器が受ける前記レーザ投光
   器からのレーザ光位置に対応して前記作業機械に設けた
   作業機を自動的に操作する機構を備えたレーザレベリン
   グ操縦装置において、作業機の手動操作機構の操作を検
   知するセンサと、該センサからの操作信号を前記レーザ
   受光器からの自動制御信号に優先して該作業機を操作す
   る制御装置を設けたことを特徴とするレーザレベリング
   操縦装置。 ２、前記レーザ受光器からの自動制御信号に優先した作
   業機手動操作機構の操作を検知するセンサからの操作信
   号による手動作業を実施中において、レーザ受光器から
   のレベル信号が示す目標作業レベルに対して作業機の現
   在作業レベルが所定の許容範囲内に入つたときに自動的
   に自動制御に復帰する制御機能を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載のレーザレベリング操縦装置。 ３、作業域所定の場所に設けたレーザ投光器からのレー
   ザー光によって土工作業の仕上げ基準レベルを設定し、
   作業機械に設けた受光器に受ける前記基準レベルを示す
   レーザ光の受光高さに対応して該作業機械の備える作業
   機の昇降動作を自動的に行うようにしたレーザレベリン
   グ操縦方法において、前記作業機を手動操作する機構の
   操作を検知し、該検知信号を前記受光器の受ける自動操
   作信号に優先して前記作業機を操作するようにしたこと
   を特徴とするレーザレベリング操縦方法。