JPH0680251B2 - ブルドーザの出来高管理方法および装置 - Google Patents

ブルドーザの出来高管理方法および装置

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JPH0680251B2
JPH0680251B2 JP63058406A JP5840688A JPH0680251B2 JP H0680251 B2 JPH0680251 B2 JP H0680251B2 JP 63058406 A JP63058406 A JP 63058406A JP 5840688 A JP5840688 A JP 5840688A JP H0680251 B2 JPH0680251 B2 JP H0680251B2
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浩 出原
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KENSETSUSHO DOBOKU KENKYU SHOCHO
Komatsu Ltd
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブルドーザによる整地施工に係わるもので、
特に3次元位置検出機能を持ったレベル検出器をブルド
ーザの本体車輌であるトラクタに備えるブルドーザの出
来高管理方法および装置に関する。
〔従来の技術〕
広範囲にわたる整地あるいは敷均しにはブルドーザが使
用されるが、作業範囲が広範囲であればあるほど、仕上
げ面の均平管理、あるいは敷均し層厚の均平管理が重要
とされている。そこで、従来は、ブルドーザによる整地
作業の後に、その都度測量を行なって基準面を測量しな
がら作業を進めるやり方が一般的であった。
他方、近年では作業領域内に回転レーザ投光器を設置し
て領域内をレーザ光で走査することにより光により基準
面を形成し、該基準面に基づいて整地あるいは敷均しを
行なう工法も開発されている。
この工法では、投光器を回転させて所定の範囲に高精度
の水平面または任意の傾斜を有する光基準面を形成し、
一方、ブルドーザにはレーザ光を受光する受光器が配設
され、該受光器を光基準面からのレベルを検出するレベ
ル検出器としての機能をもたせることにより、該レベル
検出器からのレベル信号を制御装置に入力して自動的に
ブルドーザの排土板高さを制御して整地あるいは敷均し
を行なっていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかるに、上記のような測量による工法では、多くの時
間と人出を要し、かつ仕上り制度も不十分であった。
他方、レーザ光による光基準面を用いる工法では、ブル
ドーザの排土板に直接レベル検出器を取付けて、排土板
のカッティングエッヂを目標標高として制御しようとし
ているために、トラクタ(ブルドーザの本体車両部)の
縦揺れ(ピッチング)に伴った排土板のレベルの変化が
著しく、レベル検出器の出力変動も大きくなるなどの問
題があった。また、凹凸の大きな地盤への適用にあたっ
ては、作業速度を大きく出来ない難点や、さらに基準光
がダンプトラック等の施工機械に遮られた場合、遮られ
る前に与えられた信号が継続されているために、排土板
の制御量が過度になりすぎる傾向が生じるなどの問題も
あった。
〔課題を解決するための手段及び作用〕
したがって、本発明は、上記の問題に鑑みなされたもの
で、投光器を回転させて所定の範囲に水平または任意の
傾斜を持った光基準面を形成し、ブルドーザに装備した
レベル検出器(受光器)でこの光基準面を検知し、これ
に基づくレベル検出器からのレベル信号、およびブルド
ーザの平面位置情報を制御装置に入力して自動的にブル
ドーザの排土板高さを制御して整地あるいは敷均しを行
なう工法において、地上側に離間して設置した2台の投
光器からの光をレベル検出器にて受光することにより、
ブルドーザの位置を、各投光器の設置位置を頂角とする
3角測量にて算出し、また上記レベル検出器の受光位置
からブルドーザの接地面高さを算出し、この両算出値に
基づいて排土板の押土作業を制御するようになってい
る。
また上記方法を実施するための装置は、地上側に離間し
て設置した2台の投光器と、この両投光器の間に設置し
た基準受光器と、ブルドーザ側に取り付けられ、かつ地
上局側の2台の投光器により形成される光基準面を検出
してブルドーザの3次元位置を検出する3次元位置検出
機能を持ったレベル検出器とからなっており、地上局側
の2台の投光器にて形成される光基準面をブルドーザ上
にレベル検出器にて検出してブルドーザの3次元位置を
算出し、レベル検出器と整地すべき目標との相対位置を
知り、所定の整地区域内での現在の作業区域の出来高を
作業しながら随時求める。
〔実施例〕
以下、本発明について添付図面を参照して説明する。
第1図は本発明に係る全体構成図を示す。
図においてAは地上局側、Bはブルドーザ側を示してい
る。
まず、地上局A側に距離Lだけ離れた2ケ所の基準位置
に各々投光器1,2を設営する。2台の投光器1,2のほぼ中
間点に基準方位を検出するための基準受光器3を設置す
る。
他方ブルドーザB側においては、本体車輌であるトラク
タ4の前後方向の車体中心部に受光器5を配設する。ま
たトラクタ4には、無線機6や排土板コントローラ7、
車載モニタ8および位置計測コントローラ9が配設され
ている。
なお、ブルドーザの各部名称については本発明とは直接
かかわらないので省略するが、排土板10は、排土板コン
トローラ7の指令により油圧弁アクチュエータ11を作動
し、油圧シリンダ12のシリンダストローク量に従って動
作するようになっている。また、排土板取付けフレーム
13には、傾斜角センサ14が配設してある。
さらに地上局A側には、ブルドーザB側との信号を授受
する無線機15と地上局モニタ16が設置してある。
以上の構成において、2台の投光器1,2と1個の基準受
光器3、1個の受光器5とにより整地区域面内での、該
両投光器1,2を基準にした該受光器5の位置、すなわち
ブルドーザの作業位置を求める方法について説明する。
説明の都合上、地上局A側における一方の投光器1を基
準点として、他方の投光器2、基準受光器3およびトラ
クタ4上の受光器5の位置関係をX−Y座標系に転換す
る。X−Y座標系にて配置された投光、受光器間の位置
関係を第2図に示す。
図のように各投光器1,2を基準受光器3から受光器5の
方位に向かって、回転する角度が小さくなるように回転
させる。すなわち、図中左側に位置する投光器1は反時
計回りに、右側に位置する投光器2は時計回りに回転し
ている。
この時、左側の投光器1にて射出されたレーザ光により
形成させる光基準面と、右側の投光器2により形成され
るそれとが、同一の高さや傾きを有する様に形成する。
このような状態において、両投光器1,2から射出された
レーザ光を基準受光器3にて各々受光するが、該基準受
光器3にて受光した後、次に受光するまでの時間、即ち
回転周期(これを各々Ta、Tbとする)を地上局モニタ16
にて計測し、その時間を無線機6、15にて地上局A側よ
り、ブルドーザB側に伝送する。該回転周期(Ta、Tb)
は、位置計測コントローラ9に記憶される。
なお、両投光器1,2間の距離Lおよび該両投光器1,2と基
準受光器3とのなす角Δα、Δβは光波測距儀により予
じめ計測し、トラクタ4上に位置計測コントローラ9に
記憶させておく。
さらに、両投光器1,2からのレーザ光を基準受光器3に
て受光した後、受光器5にて受光するまでの時間(これ
をta、tbとする)は、地上局モニタ16により基準受光器
3が受光したタイミングをトリガーとしてその情報を無
線機15により、ブルドーザB側に連絡した後、位置計測
コントローラ9により、該時間(ta、tb)をカウントす
るとともに記憶する。
位置計測コントローラ9に記憶された時間(Ta、Tb、t
a、tb)角度(Δα、Δβ)、距離(L)情報をもとに
次の、式により、第2図に示す受光器5の角度α、
β及び座標(xp、yp)を位置計測コントローラ9が算出
する。
次にブルドーザによる整地区域内の出来高を求める方法
について説明する。
第1図中に示した受光器5は第3図に示すように、高さ
方向に複数個の受光素子(図中、……、n)が配列
されており、どの素子にレーザ光17があたっているかで
受光した高さが検出できる。
今、第4図(a)に示すようにトラクタ4の車体中心を
0とし、車体中心0から接地面18に対して垂線を降ろ
し、その交点をRとする。さらに、受光器5の光基準面
19の受光点をPとし点0から点Pまでの距離をl、光基
準面19から接地面18の点Rまでの垂直距離をhとすれ
ば、第4図(a)は第4図(b)に示す様な模式図にて
表現される。
よって第4図(b)の幾何学的な関係から光基準面19と
接地面18上の点Rとの距離hは、次のように求められ
る。
なお、点Rから光基準面19に対して垂直な交点をP′と
すると、線分ORは既知であり、ブルドーザの傾斜角度は
微小なので、 ▲▼≒▲▼となり、 h=l+▲▼ ・・・ で示される。
以上述べてきたような方法により、位置計測コントロー
ラ9内にて、左右の両投光器1,2に対するブルドーザの
平面位置(座標)および光基準面19に対する整地面の高
さデータが算出され、これを基に整地区域内の各地点に
おける出来高データ[これを(x、y、h)で示す]が
換算されることになる。
次に出来高デひぅ(x、y、h)を基に出来高データの
管理方法について説明する。なお、今整地する区域が四
画面区域とすれば、第5図に示すように、整地区域内を
x方向、y方向に対してnケに分割し、x方向(x1、x2
……xn)とy方向(y1、y2、……、yn)との各ブロック
内で求められる出来高データ[これを(xi、yi、hij)
とする。ただしi、j=1,2,3……nである]は、位置
計測コントローラ9に内蔵(又は別途に設けても良い)
の記憶装置に、2次元配列データとして記憶される。該
2次元配列データは、第6図に示すような出来高の高低
(高…出来高量大、低…出来高量少)を、濃淡(濃…出
来高量大、淡…出来高量少)パターンの如く画像情報と
して、位置計測コントローラ9にて変換もできる。
これらの画像情報は、車載モニタ8(第1図中)に表示
することもできる。
同時に出来高データは無線機6、15により地上局A側に
伝送されて、地上局モニタ10でも記憶や表示ができる。
以上述べてきた本発明のシステムについて、そのブロッ
ク図を第7図に示す。ブロック図内の地上局側とブルド
ーザ側との信号伝送等については詳述したので、ここで
は省略するが、位置計測コントローラ9にて出来高デー
タが求められ、そのデータに基づき更に押土作業等が必
要な場合では、該位置計測コントローラ9から排土板コ
ントローラ4に押土指令が出力される。この指令を受け
て排土板コントローラ7は油圧弁アクチュエータ11(第
1図中)を指令して油圧シリンダ12および傾斜角センサ
14により排土板10を制御しつつ、適切な押土作業を進め
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、3次元位置検出機をもったレベル検出
器(受光器)はトラクタ側に有し、所定の出来高管理で
自動的に行なえるようにしたので、作業範囲が広範囲に
わたる整地あるいは敷きならしを行なう工法では、排土
板の押土量に影響されずに仕上げ面の均平管理や敷きな
らし層厚の均平管理ができる効果がある。
そして特に本発明方法によれば、2台の投光器からの光
レベル検出器に受光することにより、ブルドーザの位置
を各投光器の設置位置を頂角とする3角測量にて算出
し、また上記検出器の受光位置からブルドーザの接地面
高さを算出し、この両算出値に基づいて排土板の押土作
業を制御するようにしたことにより、両投光器に対して
移動するターゲットであるブルドーザの現在位置を正確
に検知することができ、しかも、このターゲットは、目
視できる範囲でなら、複数個あっても、何らさしつかえ
なく、これの各位置及び接地面高さを検知できる。
一方本発明装置にあっては、地上側に離間して設置した
2台の投光器と、この両投光器の間に設置した基準受光
器と、ブルドーザ側に取り付けられ、かつ地上局側の2
台の投光器により形成される光基準面を検出してブルド
ーザの3次元位置を検出する3次元位置検出機能を持っ
たレベル検出器とからなっていて、2個の離間設置され
る投光器のほかに、この間に位置する基準受光器を用い
ることにより、2個の受光器によるターゲットの位置検
出操作を容易にできると共に、正確に行なうことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る全体構成図、第2図は投光、受光
器の平面位置を示すX−Y座標軸系図、第3図は受光器
の構成を示す斜視図、第4図(a)、(b)は出来高を
算出する方法の説明図、第5図は出来高の記憶方法を示
す説明図、第6図はその表示方法を示す説明図、第7図
はブロック図である。 1,2は投光器、3は基準受光器、4はトラクタ、5は受
光器、6,15は無線機、7は排土板コントローラ、8は車
載モニタ、9は位置計測コントローラ、10は排土板、11
は油圧弁アクチュエータ、12は油圧シリンダ、13は排土
板取付フレーム、14は傾斜角センサ、16は地上局モニ
タ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 豊一 神奈川県平塚市万田1200番地 株式会社小 松製作所研究本部電気研究所内 (72)発明者 小野 義久 神奈川県平塚市万田1200番地 株式会社小 松製作所研究本部電気研究所内 (72)発明者 安藤 学 神奈川県平塚市万田1200番地 株式会社小 松製作所研究本部電気研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−193634(JP,A) 特開 昭55−105036(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】投光器を回転させて所定の範囲に水平また
    は任意の傾斜を持った光基準面を形成し、ブルドーザに
    装備したレベル検出器(受光器)でこの光基準面を検知
    し、これに基づくレベル検出器からのレベル信号、およ
    びブルドーザの平面位置情報を制御装置に入力して自動
    的にブルドーザの排土板高さを制御して整地あるいは敷
    均しを行なう工法において、地上側に離間して設置した
    2台の投光器からの光をレベル検出器にて受光すること
    により、ブルドーザの位置を、各投光器の設置位置を頂
    角とする3角測量にて算出し、また上記レベル検出器の
    受光位置からブルドーザの接地面高さを算出し、この両
    算出値に基づいて排土板の押土作業を制御するようにし
    たことを特徴とするブルドーザの出来高管理方法。
  2. 【請求項2】投光器を回転させて所定の範囲に水平また
    は任意の傾斜を持った光基準面を形成し、ブルドーザに
    装備したレベル検出器(受光器)でこの光基準面を検知
    し、これに基づくレベル検出器からのレベル信号、およ
    びブルドーザの平面位置情報を制御装置に入力して自動
    的にブルドーザの排土板高さを制御して整地あるいは敷
    均しを行なう工法において、地上側に離間して設置した
    2台の投光器と、この両投光器の間に設置した基準受光
    器と、ブルドーザ側に取り付けられ、かつ地上局側の2
    台の投光器により形成される光基準面を検出してブルド
    ーザの3次元位置を検出する3次元位置検出機能を持っ
    たレベル検出器とからなることを特徴とするブルドーザ
    の出来高管理装置。
JP63058406A 1988-03-14 1988-03-14 ブルドーザの出来高管理方法および装置 Expired - Lifetime JPH0680251B2 (ja)

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JPS55105036A (en) * 1979-02-06 1980-08-12 Komatsu Ltd Automatic blade leveling apparatus for bulldozer
JPS57193634A (en) * 1981-05-25 1982-11-29 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Civil engineering and construction machine

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