JPS6098098A - 土木機械用姿勢制御装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この兄明は移動しながら作業する土木機械の姿勢制御装
置に係り、その作業位置または作業姿勢の検出と姿勢；
［１ｊ御方法に関するものである。

この種の制御具（ｉｔにおいてｔま、計画位置と土木機
械の現在の作業位置との偏位を正確に検出できることが
■要で、たとえば作業方向が曲線であったり１作桑面に
カント差（曲線路を走行するとぎ遠心力の作用を受けて
脱線転板するのを防ぐため軌道面の外側を高くして傾斜
させてつけた内側との高低差）を含んでいたとしても、
正確に言１自作業位置が設定されることが必要で、計画
作業位置に対する作業位置の偏位な演算処理し、姿勢修
正信号を得ることが望ましい。また手動で土木機械の姿
勢制御を行なう場合でも、修正作業は簡単でかつ矧時間
で行なえることが望まれる。

〔従来技術とその問題点〕

この種の従来の姿勢制御装置として下水管掘削機用姿勢
制御装置を第１図、第２図に基づいて説明する。この装
置では掘削の基準となる１個のレーザビームと、前記レ
ーザビームを受光する１個の受光部とによって掘削位置
が検出される。第１図は大地１の昼装置された掘削機の
先頭部分の縦断面な示して：ｔ６す、スクリ、−−２の
先端にあるオーガヘッド３が図示しない掘削機本体の駆
動装置により回転されると、オーガヘッド３はその先端
で大地１を１°ｉｌＪりとりながら図示しない油圧装置
により推進方向に移動することにより前進して行く。

削りとられた土はスクリュー２にて後方に送られると同
時に、オーガヘッドを取り巻いて設けられた先導管４も
前述の油圧装置により推進方向に前進させられ、この先
導管に続いてヒユーム管５が圧入されてｆテ〈。この掘
削作業において先導管４の傾き、すなわち先み・ｙ　４
が直線上を真すぐに推進しているか否かを測定する必要
がある。それには先導管４の頭部に受光部６を設け、こ
の受光部６に後方に設置したレーザセオドライト７より
発するレーザビーム８を照射している。これを第２図で
説明すると、まず掘削推進方向にレーザセオドライト７
より射出されるレーザビーム８は、先導管４に設置され
た受光部６で受光され、ここで受光された受光位置信号
Ａを演算処理部９にて記憶する。演算処理部９は推進装
置１０に推進４５号Ｃな、記録計１１に記録（ム号Ｅを
送るとともに演算処理部９にて掘ＡＩＪｉｌｔ１′画位
置を示す表示信号Ｆを表示部１２に送る。また演算処理
部９′Ｄ・らは姿勢制御用油正方１３に姿勢ｆ［ｔｌＪ
御伯号Ｂを、警報＠１４には警報信号りを送る。このよ
うな姿勢制御装置はレーザビームが１個であるため次の
ような欠点がある。

（１）掘削う幾の先４管４がつれ回り（オーガヘッド３
の回転に連れ添って先４管４が僅かながら回りだすこと
）を行はったとき、先導管４に固定さイｔている受光部
６の位置が変わり、掘削位置が誤って検出される。これ
を第３図で説明すると、第３囚人は正常フエ位置の場合
であって６は受光部、４は先４管、８はレーザビームの
照射位置をボし、これが第３図Ｂに示すように先導管４
が右へ回動し、左・＼水平移動したとしても、受光部ら
におけるレーザビームの照射位置は回動および水平移動
前とほぼ変らずあたかも掘削位置が変化していないと検
知する（実際は掘削位置は左へ水平移動している）。

（２１掘削部分（オーガヘッド３．先導管４）の姿勢が
完全に把握されていない。すなわち」λ］１削部分の一
点の位ｄしかび力１していないため、掘削新聞が円以外
の形状のときには適用できない。第４図にノベずように
ｉ相削所面Ｐが円形の場合には、その中心に受光部６な
設は名ことにより、前（１）項に述べたつれ回りによる
影ξｉを除去できるがオシ５図に示すよう７．　：！ｌ
ａ円形鳴７）ｊＪ１削の場合に１・ま、少りよくとも２
点の位置（５，６’を検知し、４；１削部分の左右の１
鳴きを把握する必要がある。

（３）掘削Ｍ置の検出方法として掘削開始前に定められ
１こ固定掘削６１画位置と受光部ζこおけるレーザビー
ム照射ｆＭ　ｌ／（、からめられる掘削ｉ）′１置とを
比較し、降圧を行なうため、１本Ｑ月貞線掘削しかでき
なかった。第７図に示すように直制御掘削部Ｑの他に曲
線掘削ｆｉ１口ｔを掘削する場合受光部６を配設し゛〔
いる先１Ｎ　”＃　４は第６図に示すように曲−に（６
って左または右へ移動し、これにより掘削鯖ｉ＋ｉ＋＋
位ヨ＃１３も移ｍｌＪする。ところがレーザビーム８を
ま直〕居しかできないため定められた曲線の通り掘削し
ｌことしても、掘削配置ｕｊｊ位置とは合致していない
と検知する。

〔発明の目的」 この）４明は上述した欠点を除去して、作業面がいか７
゛よる形状であっても、作某方回が直載１曲線であって
も、また土木機構がいかなる状態においても、予めだめ
られた掘削などの作業が行なえるように土木殴イ戒をｉ
ｌｉ制御できる姿勢；ｔｉｌ＋御装置を提供することな
１的とする。

〔発明の数点〕

この発明では上述した目的達成のため姿勿＋Ｉｉ’ｊ碗
装置＋ｉ’ｆにおけるセオドラ・イトと受光部を数数組
用意し、これを駆使して現在位置と計画位置との変位を
検出するようにし、た。

〔発明の実施例〕

以下この発明の実施列を囲仕上げ装Ｍ　（以下フィニッ
シー「−と称する）に通用した場合につき説明する。１
ずフィニノンヤーの構造、動作を第８図のＩＩＩＱ面図
、第９図の正面図に基づいて説明する。

トンネルの外壁２１に予めレール２２が敷設され、左右
の２本のレールｎ間には段差かあり、フィニッシャー２
３は４１：・５ｉの車輪２．４を介し−（レール２２上
を前後に走行する。このフィニッシャ−２：３の作業は
以下の］二程で行なわれる。すン′ｊわち、コンクリー
ト刊出口５からコ／クリ−１・２６が仕上り゛を必要と
する１ｆｌ」に一様に損出されると、前進走行している
フィニッシャ＼・−乙の最先Ω；１具にあるボンピング
装置所のｆ乍姑によりコンクリート２ｂの目を詰めるべ
く突きかためか’ｒＴ　７．ｉ：われ、Ｕシいて荒なら
し用スクリード及により、余分なコンクリートが排除さ
れて仕上げ１ｍの荒仕上げが行なわれる。次にスクリー
ド修正用ｉＬ動脹２９を駆Ｅｔｈ　Ｌ、て１１土げ＋＋
ｉ第ｌスクリードＩおよび仕上げ用第２スクリード３Ｉ
を上下調整してＤ［定の位置に股冗する。仕上げ用第１
スクリーＦカおよび仕上り゛用第１スクリーＦカ１を固
定しているスクリード・ｌｉｌ　３２はスクリード軸し
圧用電動機２９により）、ｆニノソヤ一本体お上を上下
し、仕上げ用第１スクリード加および仕上げ用第２スク
リード３１０）　１ｉ′１−ＩＮ　ｌｌ設定する。この
仕上げ用第１スクｌｊ　−１３（Ｊおよび仕上げ用第２
スクリード３１がフィニッシャ−おの前７６走行にとも
なってコンクリート面の仕上げを行なうのである。

このフィニッシャ−乙に装備する本発明の実施例である
姿勢制御装置の構成を第１０図に示す。この姿勢制御装
置の設置状態は前述の第８図および第９図に図示してい
る。すなわちレーザビームあを射出する２個のレオドラ
イ）３５Ｆｉ基準点に設置され、このレーザビームあを
受光する受光部３６は、スクリード軸３２の左右に設け
られて、スクリードの位置をイ蒔出する。走行距離言１
４０はフィニッシャ−の車輪２４に設置され、車輪の回
転回数に応じて走行距離を計測する。演算処理な行なう
演算処理１ｌｌｓ　３７と初！Ｕ１位置を設定する初期
計画位置設定部あは、フィニッシャ一本体おに搭載され
、スクリードを上下修正するスクリード上下修正装置３
９は左右に一対あるスクリード修正用電動機四の近傍に
それぞれ配設される。演、Ｗ処理部３７から出力される
表示信号を表示する表示部４１．記録する記録部・１２
および演算処理部３７へ工事区間の距離、カント。

曲率な入力するキーボード４３は何れも別置される。

このような構成になる姿勢制御装置の動作について下記
に説明する。

１）セオドライト３５から射出されるレーザビーム　６
あは、コンクリートの言１ｉｉＩＩＩ仕上げ面と平行で
、受光部３６の中心と同じ高さとし、互に水平方向に平
行であるように設定する。但し、コンクリートの仕上げ
曲線部においてはコンクリート仕上げの最初と最後の個
所で同じ高さで互いに水平方向に平行であればよい。

２）２閘の受光部３６でレーザビーム３４を受光すると
、その受ブＣ位置が電気的に変換され受光位置ａ、；Ｉ
’　が演算処理部３７に入力される。

３）初期δ１画位置設定部関では、仕上げ開始時に第９
図に示すスクリードＩ先端のスクリード面を３１画仕上
げ面と合致させたときの受光部Ｉにおけるレーザビーム
の照射位置を初期設定位置すとして演算処理部３７に設
定する。

４）仕上げ面の曲率、仕上げ距離、カント値等の　フィ
ンプツトデータはキーボード４３より演算処理部３７に
入力する。　８ ５）走行距離計・１０からは仕上げ開始よりの走行距離
ｄが演算処理部３７へ入力される。

）演算処理部３７では、初期計画位置設定部あからの初
期設定位置すに対して、キーボード４３からのインプッ
トデータＣと走行距離計４０からの走行距離ｄより補正
演算を行ない、各走行地点における正常な面仕上げを行
なっている時の受光部３６におけるレーザビームの照射
位置すなわち計画位置を演算し、この計画位置と受光部
あからの受光位置ａとを比較し、その差をめる。

さらに表示部４１．記録部４２へは走行距離、鉛直方向
偏位等の表示信号ｅを、スクリード上下修正部３９へは
上記計画位置と受光位置との偏位に基づいた修正信号ｆ
、ｆ’を送出する。受光部３６およびスクリード上下修
正部３９ハそれぞれ２個ずつ設置されるので上記演算お
よび修正は各々について行なわれなければならない。

）表示部４】は表示信号ｅにより走行距離、鉛直方向偏
位な表示し、記録部４２は記録する。

）スクリード上下修正部３９は、演算処理部３７からの
修正信号ｆ、ｆ’を受けスクリードを所定の位置へ移動
させ、面の仕上げを行なう。

以上の動作フローチャートを第１１図に示し、以下に説
明する。

（イｊレーザビームを計画仕上げ面と平行、かつ受光部
の中心と同じ晶さで互いに水平方向に平行であるように
設定する。

（ロ）スクリード面を劇画仕上げ面と合致させる。

（ハ）受光部に１６ｋｊるレーザビームの照射位置な初
期）ｊｔｕｉｊ位Ｉｆｉ（Ｓｌ、３２　）として演り処
理部に設定する。

（に）仕上げ区間の曲率、距離、カントを演Ａ″と処理
部に設定する。

し旬仕上げを開始する（フィニンシャーが前進する）。

（へ）受光部におけるレーザビームの照射位置（Ｉｔ、
　。

１（２）を演算処理部に人力する。

（ト）走行距離０［よりの走行距離が演算処理部に入力
される。

例走行距離が仕上げ予定距離を超えた時は動作を停止す
る。

（１月カントが余々に変化するカント変化部２油線部に
おいて、計画仕上げ面の方向成分とレーザビームとが完
全に平行でないことから起因するレーザビームの位置と
距離に応じた設定位置との補正値（Ｚ、、Ｚ２）をめる
。

メ）初期４画位置（Ｓｌ、Ｓ２）に補正（Ｚｌ、Ｚｚ）
　を行ない、距離に応じた設定位Ｉｆｆ　（１’＋　、
　’ｌ’２　）を設定する。

四段定位Ｆｊ−（Ｔ＋、　Ｔ２　）　ト受光位ｆＩＬ（
Ｉｔ、　、　Ｉｔ２）ＯＪ偏差（Ｕｌ、Ｃ２）をめる。

（３）偏差（Ｕｌ、Ｃ２）が零でない場合はスクリード
を廖正し、（へ）の動作に戻る。偏差が零の時はスクリ
ードの修正は行なわずに（へ）の動作を行なう。

次に第】１図のフローチャートで示した走行距離に応じ
て補正する方法を説明する。まず補正の必要とする理由
を記述すると、受光位置と初期位置との鉛直方向の偏位
なめる上で次の問題がある。

すなわち、第１２図は工事区間の曲線部におけるレーザ
ビームの位置を示す図で、あはレーザビーム。

３′Ｊｌまレーザセオドライト、４４は工事区間の直線
部。

４５は移行部、４Ｇは円弧部である。このような曲線部
でＣ１受光部上ｌこおけるレーザビームの照射位置ｔま
、フィニッンヤーの走行に１ｉｅっ°Ｃ移動する。した
がって曲線部においてＱユ、本来レーザビームを受光す
べき位置、すなわち距離に応じた計画位置を走行圧動、
カントに応じて随時笈史しなければならない。このため
次に示す演算を行なう必要がある。すなわち。

１）受光部上の本来レーザビームの照射さるべき位置す
なわち計１Ｉｈ１位置の導出。

２）ｎ１画位置をＪｌする基準水平軸どの鉛直方向偏位
゛はの算出。

である。

第」３図は８ｊ’Ｓ　１２図のＡ−Ａ’、ＩＪ−ＩＪ’
、Ｃ−Ｃ’谷地点におけるレーザピーｌ、３１と受光１
ｉ１ｓ　３Ｌｉのイ１装置関係をあす。すなわちｌ／−
ザビーム３４と受光部３６中心との位ＩＲｌ；’Ｉ係Ｈ
Ａ−Ａ′地点に３６ける位置間作を基準にすると、８−
１５’地点ではレーザビーム３４が左下−＼、Ｃ−、Ｃ
’　：ｌル点では右下へ’ｌ１ｌａ位している。４７は
偏位である。この偏位な補正して、受光位置と走行距白
ｔに応じた計画位置との鉛直方向ロ；シ位をめる式Ａｆ
μ下にボ′４〜。またＦ式の関１糸は第１２図、第１４
図に示４−８ ・４目の受光部（第１４図３６１）に」６ける偏位ΔＩ
ｊｖｌ　Ｂ−、Ｈ。

・第２の受光部（第１４図３６２）における偏位ΔＨｖ
Ｉは。

でめ１っれる。こごでＬ：龍上げ区１１」Ｊ距＋Ｊ＃、
　ｔ　：走１テ距陥、αニカント、α。：作５１０ノ：
ｊ始時のカント、ｔｇ４：作業糺了時のカントであり、
α＝τ（αＢ−ｎｏ）十α（）で表わされ句。５定Ｍ　
：第１の受光部と２１１２の受ノ“じ部のｌｉｉ月ｔΔ
、Ｎ：受光部高さ、１を二面率、１１：レーザビームの
高さ、ｈｅｌｐ点と６点との高低差、Ｉｌｌ　：　（：
１点と０点との高圓左、ＸＪ＋Ｙｌ　：ｒ　１の受光部
３６１（ζおいてＨ、を）αＱとするＸ　、　Ｙ　ｌ’
ｊ−標系で岩うっしたレーザビー１、のＩ！（１射位Ｕ
′れＸ２　＋　”２　：第２の受光部３６２においてＢ
２をＪ（：１．点とするＸ　、　Ｙ　Ｐｊ％−系で表わ
したレーザビームの照射位置である。

〔発明の効采〕

この発明によろい勢制引ｌ装置還は、土木〜機械の体動
部（直凄目的とする作業を行なう部分）の位置を２ケ所
で検出してその姿勢をめ、演算処理部により随時走行距
離に対応した計画位置を設定するようにｆ１ｑ成し、た
ので、レーザビームが受光部に照ｑ１さ１１．ろ範囲内
に、でい′〔、あらゆる千件の進行方向に対して姿勢制
御が可能とプＩった。

【図面の簡単な説明】

第１図１ｊ従来４．・ν術の姿勢制徒１装置バが設置ｕ
された下水管１１１１削１戊の先Ｍ部分の、縦断面図、
第２１Ｚは同上姿勢判百１装置１イのｔｌｆｔ成図、Ａ
３図Ａは掘削）幾用委”ｌｊ　制ｉｉ＋＋’　装置＋Ｃ
ｔ６（ｒｆ　、１　堀（’ｊｉ位１ｇｊ　Ｏ：）　次’
ｋｕ仄況を示す図、第３図１３（・ま同上儲１１削機の
先ｉｆ管が回転および水平。 鉛１ガフ油した丙後の１屈削位置の険知状（兄を示す１
７Ｉ。 第４図は円形堀ｌ′ＩＩＩ断面図、第５図は円形以外の
掘削断面〆１、第６図は曲、腺堀削１３の方向修正装置
の超勤？示す図、第７図ｔま曲、腺掘削を示す図、第８
図は木兄「す」の−実施列である姿埒ｉｌｌ　ｒＭｌ装
置を搭載したノイニソシャーの１１．ｔｌ而面、ｙ！Ｓ
９図は同上フィニッシャ−の正面図、第１０図は同上姿
勢制ｆδ１１装置の構成図、第１１７は同上姿勢１Ｉｉ
１１　ｔａｌｌ袈置の装作フローチャート図、第１２図
は工事区間の曲線部におけるレーザビームの位置な示す
図、第１３図は第１２図０）Ａ　−Ａ’　、　１３−　
ＩＪ’　、　Ｃ−Ｃ’　＜４地点におけるレーザビーム
と受光部の泣Ｂｌ関係を示す図、第１−４図ｄ記号の定
伐を示す図である。 ２３：土木１幾城（フィニッンヤー）、３Ｍレーザビｉ
ム、３５：レーザセオドライト、３６：受ブＬ部、３７
：訊ユ処理郡。 第３図Ａ ム 第３図Ｂ Ｑ 第６図 第４図 第５図 第７図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）移動しながら作業する土木機械に搭載された受光部
   に、基準位置に固定されたレーザ上オド２イトから発す
   るレーザビー　を照射し、その受光位置を電気信号に変
   換することにより計画位置として演算処Ｉ］１１部に記
   憶するとともに、前記受光部における受光位置が移動し
   た際、その受光位置な電気信号に変換することにより現
   在位置として前記演算処理部に出力し、前記計画位置と
   の偏位を検出して土木機械の姿勢修正と推進を行なうも
   のにおいて、前記受光部とセオドライトを複数組駆勢制
   御装置ｎ０