JPH0316453B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、土地開発、道路建設等において、地
面を所定の形状に仕上げる施工方法、特にその自
動化に関する。

従来の施工方法においては、あらかじめ測量を
行ない、それに従つて杭打ちや丁張りを行ない、
これを基準として建設機械、特に土工機械によつ
て整地作業ないし地面形成作業を行なつてきた。
従つて測量を行ない杭打ちや丁張りを行なうのに
多くの時間を必要とし、また杭打ちや丁張りにあ
わせて整地や地面形成作業を遂行する土工機械の
オペレータは高度な技能を必要とした。

特に道路工事の仕上げ工程等では地上にいる補
助員が丁張りの間に糸を張つて、現在のレベルと
仕上げるべきレベルの偏差を測定してその値を土
工機械のオペレータに告げ、オペレータはその偏
差に従つて微少量の作業操作を行なう、というよ
うに、熱練したオペレータと、多くの補助人員、
多くの時間を必要とした。この明細書で用いる
「レベル」という言葉はある所定の水平面からの
高度をさすものとする。

この対策として自動レベリング装置を備えた土
工機械例えば水路造成機械やモータグレーダが提
案されてきた。それによれば、道路工事に際し
て、側路部に丁張りに合わせて糸を張り水路造成
機械やモータグレーダの作業機につけたセンサに
よつてこれにならい自動的に作業機のセンサ側の
リフトシリンダを昇降させる。横断勾配に対して
は、オペレータが丁張りに記入された傾斜値にあ
わせて作業機の所望傾斜値を設定し、作業機にと
りつけた傾斜計による測定値がこの設定値に一致
するように自動的に他方のリフトシリンダを昇降
させるようになつている。このためには糸を正し
く張る必要があり、それに多くの工数を必要とし
た。またこのために、路肩を予め正しいレベルに
仕上げておいて、これをセンサにつけたシユーで
ならうことも行なわれているが、石や土のかたま
りのために、精度を出すという点では糸を張るよ
りもなお困難があつた。

また幅の広い道路を整地するときは、一回の作
業で全体を整地することが出来ず、初めに整地し
た地面を基準にしてその隣りを整地することにな
り、それだけ精度が落ちることになる。

また広い面積のところを整地する場合、糸を張
る等の手段で予め基準を設け、これにならつて整
地作業を行なうことは困難であるため、レーザ光
線を基準とすることも提案されている。すなわ
ち、レーザビームを旋回投射することによつて光
の面をつくり出し、水平面に対するこの光の面の
傾斜を予め仕上げるべき土地の傾斜にあわせてお
き、先端に受光装置を設けたポールを土工機械の
作業機に立て、受光装置の特定の位置に常にレー
ザビームを受光するように作業機を自動的に昇降
させるよう構成されている。

このようにレーザビームによる光の面を基準と
する工法は、広場開発のように広い土地を正しく
平坦に仕上げるためには有効であるが、道路のよ
うに、仕上げるべき土地が狭長でしかも曲がつて
おり、また傾斜も一様でないというような場合
や、工場用あるいは運動場のように排水効果をも
たすために周辺が低くなつた曲面状の土地造成の
ような場合には利用することが出来ないという欠
点がある。

本発明の目的は従来技術の欠点を除き、地面を
所定の形状に仕上げる親規な自動化施工方法を提
供することである。

本発明の目的は未熟なオペレータによつても容
易に正しく設計通りに地面を所定の形状に仕上げ
ることができる施工方法を提供することである。

本発明の構成、作用効果は以下添付の図面を参
照しつつ行なう本発明の実施例の説明によつて明
らかにされる。

第１図は本発明に用いる受光装置の一例であつ
て、受光装置１０はｎ個の独立した光電変換素子
１０₁，１０₂，……，１０_o+1/2，……，１０_oの列
によつて構成されている。後述する自動制御装置
は、つねに特定の光電変換素子、例えば中央の光
電変換素子１０_o+1/2がレーザビームを受光するよ
うに作業機の動作を制御する。

第２図は本発明に用いる受光装置の他の一例で
あつて、受光装置２０には２つの光電変換素子２
０₁，２０₂が中央の不感帯２１をはさんで整列さ
れている。２つの光電変換素子２０₁，２０₂は、
それぞれレーザビームの入射する部位が中央の不
感帯２１から遠ざかるにつれて受光感度が上がる
よう、不感帯２１に関して対称的に変化する受光
感度を有している。２つの光電変換素子２０₁，
２０₂の出力を差働増幅器（図示せず）の両入力
に入力して差働出力が零になるように、すなわち
レーザビームがつねに中央不感帯２１のところに
あたるように自動制御装置は作業機の姿勢を制御
する。

第１図または第２図に示す受光装置の光電変換
素子の列は、作業機の姿勢制御に関しては鉛直方
向に設置し、操向すなわちステアリング制御に関
しては水平方向に設置する。第３図において、３
８，４０は土工機械３０の作業機３２の両端部分
にとりつけたポール３４，３６に支持される受光
装置であり、４２は同じく作業機にとりつけたポ
ールで支持される受光装置であつて、これら受光
装置は第１図または第２図に示したものが用いら
れる。

一般的に言つて土工機械の走行方向制御又はス
テアリング制御は作業機の姿勢制御に較べて左程
高い精度を必要とせず、オペレータによる手動ス
テアリングも可能である。従つて作業機の姿勢制
御のみを行なう実施例を先ず説明することにす
る。

第４図は第３図に示したような土工機械３０の
作業機３２の姿勢制御方法を概略的に説明するた
めの平面図である。作業機３２には第３図と同様
に姿勢制御用の受光装置３８，４０がとりつけら
れているが、これは作業機３２のレベルが左右両
側で異ならせることがあるためそれぞれ別々にレ
ベル制御を行なうためであり、所望整地面が一様
な水平面、または水平面に対して一定の角度をも
つ平坦面であり、かつ作業機が左右並行移動でき
るようになつておれば、受光装置は何れか一方の
みであつてよい。４２は第３図で示した操向、す
なわちステアリング制御のためのレーザビームを
受けるための受光装置であるが、このステアリン
グ制御については後述する。また４４は土工機械
３０にとりつけた走行距離測定装置である。

車輌の走行距離を計測する手段は種々公知であ
る。例えばマイクロ波を使つたドプラレーダによ
る車速測定値を積分することによつて積分開始点
からの距離を知ることができる。また別の手段と
しては、道路わきに位置表示用の発信器または光
源を設け、これを土工機械３０に設けた検知器に
よつて検出する方式がある。さらにまた別の方法
としては、土工機械の走行輪とは別にフリーに回
転する車輪をとりつけ、その車輪の回転数から距
離を知ることもできる。

土工機械によつて作業を行ない整地して仕上げ
る地表面は一定の平面ではなく曲面をなしている
のが普通である。このために地表面をあらかじめ
定められた設計に従つた形状に仕上げるために、
基準地点にレーザビーム射出装置５０を設け、基
準地点から土工機械３０までの距離が測定できれ
ば、その土工機械が現在いる地点の所望仕上り面
が基準地点に対してどれだけ異なるべきであるか
を設計図の上から決定し、受光装置３８，４０と
作業機３２の間の長さをこのレベル差と逆方向に
伸縮させれば、自動制御機構によつて受光装置３
８，４０の中央にレーザビームが入射するように
作業機３２が昇降して整地面が設計された所望仕
上り面に仕上げられる。

第５図は受光装置３８と作業機３２との間の長
さを変えるための機構を示すものである（受光装
置４０についても全く同様であり説明は省略す
る）。図において、受光装置３８はポール３４を
介して作業機３２に支持されているが、ポール３
４は昇降部６０、固定部６２、昇降部６０を昇降
させるためのラツク６４とピニオン６６、ピニオ
ン駆動用のモータ６８、モータ６８を制御するた
めの制御回路７０、モータ周辺機構を保護するた
めのカバー７２で構成される。モータ６８はブレ
ーキ装置、位置検出用エンコーダを備えたもので
あるが、ラツク６４とピニオン６６の組をウオー
ムギヤの組に変えればブレーキ装置は必ずしも必
要ではない。

次に第６図を参照して制御回路７０の構成、機
能を説明する。制御回路７０は後で説明するメモ
リ装置８０と、受光装置レベル算出回路８２と、
比較回路８４とを含み、比較回路８４は受光装置
レベル算出回路８２から出力される受光装置レベ
ル指令値信号８６と受光装置位置センサ８８から
の受光装置レベル実測値信号９０とを比較してそ
れらの間の偏差を表わす信号９２を出力する。受
光装置位置センサ８８はモータ６８に付属する位
置検出用エンコーダであつてよい。モータ６８は
上記偏差が零になるように受光装置ポールの昇降
部６０を昇降させる。受光装置レベル算出回路８
２は、走行距離測定装置または自動測距儀４４で
測定した基準地点から土工機械３０までの距離に
対応する座標値を、予め設計値に基づいてメモリ
装置８０に記憶されている多数の座標値の中から
選んで読み出し、それを受光装置のレベル値を表
わす信号に変換してこれを指令値信号８６として
出力する。従つて受光装置３８，４０の中心にレ
ーザビームを入射するように別に設けた自動制御
装置（図示せず）によつて作業機３２を昇降させ
ながら土工機械３０を走行させて整地すれば、仕
上り面は設計通りの形状にすることができる。な
おこの制御回路７０はマイクロコンピユータで構
成してもよいことはいうまでもない。

記憶された座標値間の座標のデータはその前後
の座標値間を例えば直線補間法によつて算出でき
るようになつている。

レーザビームの投射を水平方向に高速度でふら
せ、あるいは回転させてレーザ光面を形成する
と、土工機械３０がどこにいても自動制御するこ
とができる。また、上述したように作業機３２の
左右両側にそれぞれ受光装置３８，４０をつける
ことによつて進行方向横断面の傾斜も自由に仕上
げることができる。

次に第７図を参照してレーザビーム射出装置５
０を説明する。図で９６は鉛直に維持したレーザ
管、９８，１００はレンズ系である。レーザ管９
６から鉛直方向に射出されたレーザビームはレン
ズ系９８で1/2がそのまま上方に透過され、1/2は
水平方向に屈折されて作業地域に投射され、作業
機の姿勢調節用に用いられる。上方に透過された
レーザビームはレンズ系１００で水平方向に屈折
され、ステアリング制御用に用いられる。

レンズ系９８で水平方向に屈折されたレーザビ
ームは、作業機の姿勢制御用の受光装置が３８か
あるいは４０の何れか１個のときはその受光装置
に必要な方法に方向づけて投射してよいが、受光
装置３８，４０が両方とも用いられるときは、上
述したように必要な俯角（又は仰角）をもつて高
速で水平方向にふらせてもよい。

レンズ系１００によつて水平方向に屈折される
レーザビームはステアリング制御用受光装置４２
に向けられるが、このレーザビームは高速で上下
方向にふらせることによつて受光装置４２による
検知が容易になる。所定の水平方向直線を基準と
するレーザビームの旋回角は、作業開始時は測量
に従つて設定することが必要であるが、作業の進
行に従い土工機械の位置に従つて手動で制御して
もよく、また土工機械から無線信号を発してそれ
によつて自動的に制御するようにしてもよい。

レーザビームをレンズ系によつて水平方向に高
速で旋回させたり上下にふらせたりすることは現
在の技術によつて容易に実現することができる。

以上の実施例においては、作業機の姿勢制御用
のレーザビームと土工機械のステアリング制御用
のレーザビームとは別々に投射するよう説明した
が、作業機の姿勢制御用の受光装置が１個でよい
ときは、この姿勢制御用の受光装置とステアリン
グ制御用の受光装置とを一体構造にすることによ
つて一本のレーザビームで両方の制御を行なうこ
とができる。

また各受光装置は、レーザビームの受光量が常
に最大となるようにその面がレーザビームの入射
方向に正対するよう自動的に方向づけするように
してもよく、あるいはまた曲面形状とすることも
できる。

以上のように構成したので、本発明によれば未
熟なオペレータによつても設計通り地面を平坦な
水平面にすることは勿論、傾斜した平面にも、あ
るいは曲面にも自動的に仕上げることができ、さ
らにこの方法は曲がつた道路にも適用できるとい
う効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するのに用い
る受光装置の一例を示す平面図、第２図は同じく
受光装置の他の例を示す平面図、第３図は本発明
の方法を実施する土工機械を例示的概略的に示す
斜視図、第４図は本発明による方法を実施する一
例として土工機械とレーザビーム投射装置との関
係を概略的に示す平面図、第５図はレベル制御用
受光装置の高さ調節機構を示す概略図、第６図は
レベル制御用受光装置の高さ調節方法を説明する
ためのブロツク図、第７図はレーザビーム投射装
置の概略立面図である。 符号の説明、１０，２０，３８，４０，４２…
…受光装置、３０……土工機械、３２……作業
機、４４……距離測定装置、５０……レーザビー
ム射出装置、６０……ボールの昇降部、６２……
ボールの固定部、６４……ラツク、６６……ピニ
オン、６８……モータ、９６……レーザ管、９
８，１００……レンズ系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作業機を備えた土工機械において該作業機の
   土工機械に対する姿勢を調節可能ならしめた土工
   機械を走行させ該作業機によつて地面を所定の形
   状に仕上げる施工法であつて、次の諸工程を含む
   もの、 (イ) 土工機械を所定の方向に走行させる工程、 (ロ) 基準地点に対する土工機械の現在位置に関す
   るデータを逐次測定する工程、 (ハ) 施工すべき地面の各地点における所望仕上り
   面に関するデータを予め記憶しているメモリ装
   置から、前記土工機械の現在位置に関するデー
   タの逐次測定値に基づいて土工機械の現在位置
   における地面の所望仕上り面を逐次読み出す工
   程、 (ニ) 高さを調節可能に前記作業機にとりつけた受
   光装置の高さを前記逐次読み出した地面の所望
   仕上り面に対応する値に逐次調節する工程、 (ホ) 前記基準地点において所定の高さのところか
   ら所定の方向に投射されるレーザビームが前記
   受光装置の鉛直方向の所定の部位に入射するよ
   う前記作業機の土工機械に対する姿勢を逐次調
   節する工程。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記受光装
   置は作業機の横方向両端部にそれぞれ１個ずつ設
   けられており、前記基準地点から投射される前記
   レーザビームを受光するよう構成されていて、そ
   れによつて前記作業機の水平方向に対する傾斜を
   も制御できるようにしたことを特徴とする前記施
   工法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、前記作業機にはさらに別のステアリング制御
   用受光装置が固定した高さをもつてとりつけられ
   ており、前記基準地点から別に投射されるレーザ
   ビームを該ステアリング制御用受光装置の水平方
   向の所定の部位に入射するよう土工機械のステア
   リングの自動制御を行なうよう構成したことを特
   徴とする前記施工法。 ４ 特許請求の範囲第１項から第３項までのうち
   の何れか１つの項において、前記(ハ)から(ホ)までの
   諸工程は前記メモリ装置を含むマイクロコンピユ
   ータにより遂行されることを特徴とする前記施工
   法。