JP2003064725A - 無人化機械土工システム - Google Patents
無人化機械土工システムInfo
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- JP2003064725A JP2003064725A JP2001258138A JP2001258138A JP2003064725A JP 2003064725 A JP2003064725 A JP 2003064725A JP 2001258138 A JP2001258138 A JP 2001258138A JP 2001258138 A JP2001258138 A JP 2001258138A JP 2003064725 A JP2003064725 A JP 2003064725A
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Links
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Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】災害現場などにおいて完全な無人運転によって
整地などの高精度な土木施工を行う。 【解決手段】遠隔操縦により制御される土木機械２と、
これら土木機械２を操縦するための遠隔操縦系３と、土
木機械２及び地盤１近辺に設けたテレビカメラ４と、テ
レビカメラ４からの映像を伝送するための画像伝送系５
と、土木機械２及び地盤１上に夫々設けたＧＰＳアンテ
ナ６と、ＧＰＳアンテナ６からの位置情報を伝送するた
めの位置情報伝送系７と、土木機械２に設けられ土木機
械の傾斜を検出する傾斜計８と、操縦者側に設けられ土
木機械の位置、高さ、及び傾斜を表示するための表示装
置９と、を備える。ＧＰＳアンテナ６から得られる土木
機械２の位置、傾斜及び高さと、傾斜計８から得られる
傾斜を基準として、土木機械２を遠隔操作して特定範囲
の地盤１に対する切削または盛土等を実施する。
整地などの高精度な土木施工を行う。 【解決手段】遠隔操縦により制御される土木機械２と、
これら土木機械２を操縦するための遠隔操縦系３と、土
木機械２及び地盤１近辺に設けたテレビカメラ４と、テ
レビカメラ４からの映像を伝送するための画像伝送系５
と、土木機械２及び地盤１上に夫々設けたＧＰＳアンテ
ナ６と、ＧＰＳアンテナ６からの位置情報を伝送するた
めの位置情報伝送系７と、土木機械２に設けられ土木機
械の傾斜を検出する傾斜計８と、操縦者側に設けられ土
木機械の位置、高さ、及び傾斜を表示するための表示装
置９と、を備える。ＧＰＳアンテナ６から得られる土木
機械２の位置、傾斜及び高さと、傾斜計８から得られる
傾斜を基準として、土木機械２を遠隔操作して特定範囲
の地盤１に対する切削または盛土等を実施する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は無人化機械土工シス
テムに関し、更に詳細には土木機械を無線操縦によって
操作するシステムに関する。
テムに関し、更に詳細には土木機械を無線操縦によって
操作するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、噴火災害や崖崩れのような大規模
な土木災害が生じた場合、土木機械を無線操縦によって
離れた場所から操作し、土砂の排除や整地等の各種土木
作業を行うケースが増えている。この場合、無線操縦対
応型の土木機械にテレビカメラやＧＰＳを搭載し、オペ
レーターが安全な場所においてテレビカメラを見ながら
操縦をおこなうようなシステムが用いられている。
な土木災害が生じた場合、土木機械を無線操縦によって
離れた場所から操作し、土砂の排除や整地等の各種土木
作業を行うケースが増えている。この場合、無線操縦対
応型の土木機械にテレビカメラやＧＰＳを搭載し、オペ
レーターが安全な場所においてテレビカメラを見ながら
操縦をおこなうようなシステムが用いられている。
【０００３】これは極めて危険が大きな場所において、
二次災害を防止するためのもので、安全に作業が行える
というメリットがある。
二次災害を防止するためのもので、安全に作業が行える
というメリットがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、遠隔操縦で作
業を行うことは、テレビカメラやＧＰＳが設けられてい
るとはいえ、実際に乗車して操縦するのとは感覚が全く
異なり、細かな作業を実施することは困難である。
業を行うことは、テレビカメラやＧＰＳが設けられてい
るとはいえ、実際に乗車して操縦するのとは感覚が全く
異なり、細かな作業を実施することは困難である。
【０００５】特に、盛土や切削によって地盤を整地する
ようなデリケートな作業は、仮に事前の測量を十分に行
ったとしても必要な精度を得ることは不可能である。従
来は現地においてＧＰＳなどを用いた測量を行った後、
有人の土木機械で施工し、施工後において再度ＧＰＳな
どを用いて出来形や出来高の検査をするようにしていた
が、ＧＰＳの精度が整地作業の精度に反映されるもので
はなかった。
ようなデリケートな作業は、仮に事前の測量を十分に行
ったとしても必要な精度を得ることは不可能である。従
来は現地においてＧＰＳなどを用いた測量を行った後、
有人の土木機械で施工し、施工後において再度ＧＰＳな
どを用いて出来形や出来高の検査をするようにしていた
が、ＧＰＳの精度が整地作業の精度に反映されるもので
はなかった。
【０００６】このような無線操作によって土木機械の作
業の実施する際、リアルタイムで施工状態を把握しなが
ら、この状態にしたがって作業が実施できれば有人の土
木機械による作業に比較して遜色ない施工が可能であ
る。
業の実施する際、リアルタイムで施工状態を把握しなが
ら、この状態にしたがって作業が実施できれば有人の土
木機械による作業に比較して遜色ない施工が可能であ
る。
【０００７】本発明はかかる従来の問題点を解決するた
めになされたもので、その課題は完全な無人運転によっ
て高精度な土木施工を行うことができる無人化機械土工
システムを提供することにある。
めになされたもので、その課題は完全な無人運転によっ
て高精度な土木施工を行うことができる無人化機械土工
システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は無人化機械土工
システムであり、前述した技術的課題を解決するために
以下のように構成されている。
システムであり、前述した技術的課題を解決するために
以下のように構成されている。
【０００９】すなわち、特定範囲の地盤１に対して無人
で土木施工を行うためのシステムにおいて遠隔操縦によ
り制御される土木機械２と、これら土木機械２を操縦す
るための遠隔操縦系３と、土木機械２及び地盤１上に夫
々設けられたテレビカメラ４と、これらテレビカメラ４
からの映像を伝送するための画像伝送系５と、土木機械
２及び地盤１上に夫々設けられたＧＰＳアンテナ６と、
これらＧＰＳアンテナ６からの位置情報を伝送するため
の位置情報伝送系７と、土木機械２に設けられ土木機械
の傾斜を検出する傾斜計８と、操縦者側に設けられ、土
木機械の位置、高さ、及び傾斜を表示するための表示装
置９とを備えている。
で土木施工を行うためのシステムにおいて遠隔操縦によ
り制御される土木機械２と、これら土木機械２を操縦す
るための遠隔操縦系３と、土木機械２及び地盤１上に夫
々設けられたテレビカメラ４と、これらテレビカメラ４
からの映像を伝送するための画像伝送系５と、土木機械
２及び地盤１上に夫々設けられたＧＰＳアンテナ６と、
これらＧＰＳアンテナ６からの位置情報を伝送するため
の位置情報伝送系７と、土木機械２に設けられ土木機械
の傾斜を検出する傾斜計８と、操縦者側に設けられ、土
木機械の位置、高さ、及び傾斜を表示するための表示装
置９とを備えている。
【００１０】ここで、土木機械２としてはブルドーザ
ー、不整地運搬車、ショベルローダー等が例示でき、無
線操縦のための受信機、及びサーボモーターが搭載され
ている。土木機械２を操作するための遠隔操縦系３は、
例えば４２９ＭＨｚ帯のバンドを使った送信機と操作卓
（作業者が直接操作する操縦スティック等が配置された
卓）が例示できるが、必要に応じてＵＨＦまたはマイク
ロ中継器等を併用することもできる。
ー、不整地運搬車、ショベルローダー等が例示でき、無
線操縦のための受信機、及びサーボモーターが搭載され
ている。土木機械２を操作するための遠隔操縦系３は、
例えば４２９ＭＨｚ帯のバンドを使った送信機と操作卓
（作業者が直接操作する操縦スティック等が配置された
卓）が例示できるが、必要に応じてＵＨＦまたはマイク
ロ中継器等を併用することもできる。
【００１１】すなわち、単純なモデルとしては一般のラ
ジコン模型等の操作と同様に、送信機から発射された電
波を直接受けて土木機械を制御することも可能である
が、これは両者が概ね見通し距離にあることが前提で、
それ以上の距離となると電波状態の安定度を確保するこ
とが難しくなる。
ジコン模型等の操作と同様に、送信機から発射された電
波を直接受けて土木機械を制御することも可能である
が、これは両者が概ね見通し距離にあることが前提で、
それ以上の距離となると電波状態の安定度を確保するこ
とが難しくなる。
【００１２】このようなケースでは、送信機と受信機と
の間にＵＨＦまたはマイクロ中継機、光ファイバーなど
の広帯域中継器を挿入し動作の安定を図るのが望まし
い。厳密には中継器が入る部分は操作卓から送信機の間
であり、送信機は現場付近の高い場所に設置される。
の間にＵＨＦまたはマイクロ中継機、光ファイバーなど
の広帯域中継器を挿入し動作の安定を図るのが望まし
い。厳密には中継器が入る部分は操作卓から送信機の間
であり、送信機は現場付近の高い場所に設置される。
【００１３】テレビカメラ４は土木機械２に少なくとも
２カ所（前後）設けるが遠近感を確保するため、進行方
向には複数の設置が望ましい。また、少なくとも１台は
パンチルト雲台（自在に動作するカメラ基台）を装備す
るのが望ましい。さらにテレビカメラ４は現場の要所に
も設けられており、少なくとも４台の設置が望ましい。
ここで撮影された画像は画像伝送系５により伝送される
が、前記操縦系と同様に、ＵＨＦまたはマイクロ中継機
を介在させるようにしてもよい。
２カ所（前後）設けるが遠近感を確保するため、進行方
向には複数の設置が望ましい。また、少なくとも１台は
パンチルト雲台（自在に動作するカメラ基台）を装備す
るのが望ましい。さらにテレビカメラ４は現場の要所に
も設けられており、少なくとも４台の設置が望ましい。
ここで撮影された画像は画像伝送系５により伝送される
が、前記操縦系と同様に、ＵＨＦまたはマイクロ中継機
を介在させるようにしてもよい。
【００１４】前記ＧＰＳアンテナ６も、テレビカメラ４
と同様に土木機械２と地盤１の周囲に設けられるが、少
なくとも土木機械２に２個、地盤１の周囲に１個あれば
最低の精度が確保できる。
と同様に土木機械２と地盤１の周囲に設けられるが、少
なくとも土木機械２に２個、地盤１の周囲に１個あれば
最低の精度が確保できる。
【００１５】ＧＰＳアンテナを土木機械２に２個設ける
理由は、土木機械２の向きを検知するためである。ＧＰ
Ｓアンテナ６が一個であると土木機械２の絶対位置は判
明するものの、その向きまではわからないからである。
理由は、土木機械２の向きを検知するためである。ＧＰ
Ｓアンテナ６が一個であると土木機械２の絶対位置は判
明するものの、その向きまではわからないからである。
【００１６】また、地上固定のＧＰＳアンテナ６は基準
局として機能すればよいため必ずしも現場の近傍である
必要はない。位置情報伝送系７もマイクロ中継機を使用
することが可能である。
局として機能すればよいため必ずしも現場の近傍である
必要はない。位置情報伝送系７もマイクロ中継機を使用
することが可能である。
【００１７】傾斜計８は土木機械２に設けられるが、そ
の取り付け位置はＧＰＳアンテナ６の取り付け位置との
関係において決定される。
の取り付け位置はＧＰＳアンテナ６の取り付け位置との
関係において決定される。
【００１８】すなわち、土木機械に設けられるＧＰＳア
ンテナ６は所定の距離を以て少なくとも２組設けること
で、所定の解像度（解像度は両者の距離が離れるほど向
上する）で土木機械の位置（座標）、高さ、傾斜が算出
されるが、この傾斜についてはＧＰＳアンテナ６同士を
結ぶ直線の傾斜に過ぎない。つまり土木機械の左右端に
夫々ＧＰＳアンテナ６、６を取り付けたとすると、車体
のピッチング方向の傾斜については算出可能だが、この
ＧＰＳアンテナ６同士を結ぶ直線と直交する直線を中心
とする傾斜、すなわちローリング方向の傾斜については
何らの情報も得られない。
ンテナ６は所定の距離を以て少なくとも２組設けること
で、所定の解像度（解像度は両者の距離が離れるほど向
上する）で土木機械の位置（座標）、高さ、傾斜が算出
されるが、この傾斜についてはＧＰＳアンテナ６同士を
結ぶ直線の傾斜に過ぎない。つまり土木機械の左右端に
夫々ＧＰＳアンテナ６、６を取り付けたとすると、車体
のピッチング方向の傾斜については算出可能だが、この
ＧＰＳアンテナ６同士を結ぶ直線と直交する直線を中心
とする傾斜、すなわちローリング方向の傾斜については
何らの情報も得られない。
【００１９】傾斜計８はこれを補うもので、ＧＰＳアン
テナ６同士を結ぶ直線と直交する直線を中心とする傾斜
が検出できるように配置する。この傾斜情報は位置情報
伝送系７を経由して伝送される。しかし、ＧＰＳアンテ
ナ６と傾斜計８のどちらからも同様な傾斜情報が得られ
る場合には、これらを選択的に利用することができる。
テナ６同士を結ぶ直線と直交する直線を中心とする傾斜
が検出できるように配置する。この傾斜情報は位置情報
伝送系７を経由して伝送される。しかし、ＧＰＳアンテ
ナ６と傾斜計８のどちらからも同様な傾斜情報が得られ
る場合には、これらを選択的に利用することができる。
【００２０】傾斜計８は、オペレーターが単に車体の傾
斜を見る（表示装置９）ためのみ設けられているのでは
なく、車体の傾斜に伴う検出誤差を算出するためのデー
タも供給する。すなわち、表示装置９には、土木機械２
の傾斜情報、高さ情報及び方位情報を基礎として、土木
機械２が傾斜しているときに生ずる、地盤１の絶対高と
前記各情報により演算した地盤の表示高との差異を算出
して、常に地盤の絶対高が表示されるよう補正する補正
手段１０が設けられている。
斜を見る（表示装置９）ためのみ設けられているのでは
なく、車体の傾斜に伴う検出誤差を算出するためのデー
タも供給する。すなわち、表示装置９には、土木機械２
の傾斜情報、高さ情報及び方位情報を基礎として、土木
機械２が傾斜しているときに生ずる、地盤１の絶対高と
前記各情報により演算した地盤の表示高との差異を算出
して、常に地盤の絶対高が表示されるよう補正する補正
手段１０が設けられている。
【００２１】さらに、表示装置９には、地盤施工前の地
盤高を示す原地盤ライン１１と、地盤施工中の地盤高を
示す現地盤ライン１２と、最終的に目標とする地盤高を
示す設計地盤ライン１３とが、２次元または３次元に表
示されるとともに、必要な土砂量や切削量をこれら各ラ
インの高低差から演算して表示する機能を有している。
盤高を示す原地盤ライン１１と、地盤施工中の地盤高を
示す現地盤ライン１２と、最終的に目標とする地盤高を
示す設計地盤ライン１３とが、２次元または３次元に表
示されるとともに、必要な土砂量や切削量をこれら各ラ
インの高低差から演算して表示する機能を有している。
【００２２】原地盤ライン１１とは何らの施工も行って
いない原地形であり、まずこの原地形である原地盤ライ
ン１１を補正手段１０に記憶させておく、同様に設計地
盤ライン１３を記憶させておき、これらのライン（例え
ば碁盤の目状に縦横のラインを想定する）を表示装置９
に表示されるようにする。そして実際の施工に伴って変
化してゆく現地盤ライン１２をリアルタイムに表示させ
る。
いない原地形であり、まずこの原地形である原地盤ライ
ン１１を補正手段１０に記憶させておく、同様に設計地
盤ライン１３を記憶させておき、これらのライン（例え
ば碁盤の目状に縦横のラインを想定する）を表示装置９
に表示されるようにする。そして実際の施工に伴って変
化してゆく現地盤ライン１２をリアルタイムに表示させ
る。
【００２３】なお、ＧＰＳとはＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉ
ｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略で、全地球測位シス
テムとも呼ばれており、米国攻防総省が運用しているも
のである。その概要は地球軌道上において傾斜角約５５
度の６軌道に計２４個の衛星を配置し、ここから発信さ
れる電波を地上のＧＰＳアンテナで受けることによりＧ
ＰＳアンテナの現在位置の緯度経度が算出できるもので
ある。
ｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略で、全地球測位シス
テムとも呼ばれており、米国攻防総省が運用しているも
のである。その概要は地球軌道上において傾斜角約５５
度の６軌道に計２４個の衛星を配置し、ここから発信さ
れる電波を地上のＧＰＳアンテナで受けることによりＧ
ＰＳアンテナの現在位置の緯度経度が算出できるもので
ある。
【００２４】各衛星からは自己の絶対位置と時刻を送信
する一方、地上側では少なくとも４個（二次元であれば
３個）の衛星からの信号を受信し、電波の速度が一定で
あることを利用して時刻と電波到達時間との差を複数衛
星について演算して地上の特定位置がピンポイントで算
出される。
する一方、地上側では少なくとも４個（二次元であれば
３個）の衛星からの信号を受信し、電波の速度が一定で
あることを利用して時刻と電波到達時間との差を複数衛
星について演算して地上の特定位置がピンポイントで算
出される。
【００２５】しかし、一般に衛星軌道誤差、電離層電波
誤差、及び対流圏電波誤差などによる誤差によって測定
誤差が残留するため、本発明ではこれら誤差を除去して
プラスマイナス２０ｍｍ程度の位置及び高さ精度を得て
いる。
誤差、及び対流圏電波誤差などによる誤差によって測定
誤差が残留するため、本発明ではこれら誤差を除去して
プラスマイナス２０ｍｍ程度の位置及び高さ精度を得て
いる。
【００２６】以上述べたように、ＧＰＳアンテナ６から
得られる土木機械２の位置及び高さを基準として土木機
械２を遠隔操作することで特定範囲の地盤１に対して切
削または盛土を行い、所定の整地を行わせる。整地の精
度はＧＰＳ精度と同等のプラスマイナス２０ｍｍが得ら
れる。また、オペレーターは表示装置９に表示される地
盤ラインを見ながら作業できるため、高度な熟練度は必
要としない。また地盤計測、土砂搬入、及び施工まです
べて無人で行うことができるため、火口付近などのよう
な極めて危険なエリアでの復旧作業などに適する。
得られる土木機械２の位置及び高さを基準として土木機
械２を遠隔操作することで特定範囲の地盤１に対して切
削または盛土を行い、所定の整地を行わせる。整地の精
度はＧＰＳ精度と同等のプラスマイナス２０ｍｍが得ら
れる。また、オペレーターは表示装置９に表示される地
盤ラインを見ながら作業できるため、高度な熟練度は必
要としない。また地盤計測、土砂搬入、及び施工まです
べて無人で行うことができるため、火口付近などのよう
な極めて危険なエリアでの復旧作業などに適する。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の無人化機械土工シ
ステムを図１ないし図５に示される実施形態について更
に詳細に説明する。
ステムを図１ないし図５に示される実施形態について更
に詳細に説明する。
【００２８】図１は全体のブロック図を示す。その概要
は、まず３００メートル四方程度の現場内に土木機械２
を搬入する。この土木機械２には、テレビカメラ４（図
では車体と別に示されている）と、これらテレビカメラ
４からの映像を伝送するための画像伝送系５と、ＧＰＳ
アンテナ６とが取り付けられている。画像伝送系５はカ
メラ制御器５ａと送受信機５ｂ、及びその後の各種伝送
系（送受信機５ｃ、変換器５ｄ、遠隔操縦系３（マイク
ロ中継器）、変換器５ｅ）が含まれ、カメラのパンやチ
ルト動作などの双方向通信が可能となっている。
は、まず３００メートル四方程度の現場内に土木機械２
を搬入する。この土木機械２には、テレビカメラ４（図
では車体と別に示されている）と、これらテレビカメラ
４からの映像を伝送するための画像伝送系５と、ＧＰＳ
アンテナ６とが取り付けられている。画像伝送系５はカ
メラ制御器５ａと送受信機５ｂ、及びその後の各種伝送
系（送受信機５ｃ、変換器５ｄ、遠隔操縦系３（マイク
ロ中継器）、変換器５ｅ）が含まれ、カメラのパンやチ
ルト動作などの双方向通信が可能となっている。
【００２９】また、ＧＰＳアンテナ６は図５に示すよう
に土木機械２の屋根部分の前後両端に設けられている。
そして、このＧＰＳアンテナ６、６の間には土木機械の
傾斜を検出する傾斜計８が設けられている。ＧＰＳアン
テナ６の信号は送信機６ａ（２．４ＧＨｚ帯）で、また
傾斜計８の信号は送信機８ａで夫々受信機２２へ送信さ
れる。受信機２２は現場外に設置されている。
に土木機械２の屋根部分の前後両端に設けられている。
そして、このＧＰＳアンテナ６、６の間には土木機械の
傾斜を検出する傾斜計８が設けられている。ＧＰＳアン
テナ６の信号は送信機６ａ（２．４ＧＨｚ帯）で、また
傾斜計８の信号は送信機８ａで夫々受信機２２へ送信さ
れる。受信機２２は現場外に設置されている。
【００３０】一方、この現場の比較的安全な場所には固
定のテレビカメラ４０が設けられている。これらのカメ
ラは土木機械２や周囲の様子を撮影するためのものであ
り、この信号は操作室２０に伝送される。操作室２０は
オペレーター２１が土木機械２の操作などを行うところ
であり安全な場所に設置されている。この操作室２０の
近傍には固定されたＧＰＳアンテナ６が設置されてい
る。
定のテレビカメラ４０が設けられている。これらのカメ
ラは土木機械２や周囲の様子を撮影するためのものであ
り、この信号は操作室２０に伝送される。操作室２０は
オペレーター２１が土木機械２の操作などを行うところ
であり安全な場所に設置されている。この操作室２０の
近傍には固定されたＧＰＳアンテナ６が設置されてい
る。
【００３１】土木機械２は遠隔操縦により制御される
が、オペレーター２１が操縦装置（図示せず）を操作す
ると変換器２３、遠隔操縦系３（マイクロ中継器）、変
換器２５、及び送信機２５を介して、各土木機械２に設
けられた受信機２６に伝達される。この操作内容はデコ
ードされ、これに基づいて、サーボモーターを介して各
種油圧機器や電気機器が制御されるので土木機械２が作
動する。
が、オペレーター２１が操縦装置（図示せず）を操作す
ると変換器２３、遠隔操縦系３（マイクロ中継器）、変
換器２５、及び送信機２５を介して、各土木機械２に設
けられた受信機２６に伝達される。この操作内容はデコ
ードされ、これに基づいて、サーボモーターを介して各
種油圧機器や電気機器が制御されるので土木機械２が作
動する。
【００３２】前記ＧＰＳアンテナ６からの位置情報は位
置情報伝送系７（マイクロ中継器）によって操作室２０
の送出される。なお、マイクロ中継器の入出力部には変
換器２７、２８が挿入されている。
置情報伝送系７（マイクロ中継器）によって操作室２０
の送出される。なお、マイクロ中継器の入出力部には変
換器２７、２８が挿入されている。
【００３３】操作室２０内には表示装置９が設置されて
いる。この表示装置９はコンピュータ（１０）により各
種表示がなされるようになっている。表示内容は、土木
機械に関してはその位置、高さ、及び傾斜であり、施工
に関しては、地盤施工前の地盤高を示す原地盤ライン１
１と、地盤施工中の地盤高を示す現地盤ライン１２と、
最終的に目標とする地盤高を示す設計地盤ライン１３と
が、２次元または３次元に表示される。
いる。この表示装置９はコンピュータ（１０）により各
種表示がなされるようになっている。表示内容は、土木
機械に関してはその位置、高さ、及び傾斜であり、施工
に関しては、地盤施工前の地盤高を示す原地盤ライン１
１と、地盤施工中の地盤高を示す現地盤ライン１２と、
最終的に目標とする地盤高を示す設計地盤ライン１３と
が、２次元または３次元に表示される。
【００３４】ここで、各地盤ラインについて図３により
説明する。原地盤ライン１１は地盤施工前の地盤高を示
している。つまり低い地盤を埋めることで整地するとい
う計画においては地盤高が最も低い状態を示す。
説明する。原地盤ライン１１は地盤施工前の地盤高を示
している。つまり低い地盤を埋めることで整地するとい
う計画においては地盤高が最も低い状態を示す。
【００３５】そして、設計地盤ライン１３は最終的に目
標とする地盤高、つまり完成状態の地盤高である。現地
盤ライン１２は地盤施工中、つまり工事過程の地盤高を
示す。これら３種類の地盤ラインは表示装置９に表示さ
れ、図２に示す（２次元表示）ような碁盤の目状に高さ
が表示される。例えば原地盤ライン１１は緑、現地盤ラ
イン１２を赤、設計地盤ライン１３を黄色で表示するこ
とで視認性を確保してある。
標とする地盤高、つまり完成状態の地盤高である。現地
盤ライン１２は地盤施工中、つまり工事過程の地盤高を
示す。これら３種類の地盤ラインは表示装置９に表示さ
れ、図２に示す（２次元表示）ような碁盤の目状に高さ
が表示される。例えば原地盤ライン１１は緑、現地盤ラ
イン１２を赤、設計地盤ライン１３を黄色で表示するこ
とで視認性を確保してある。
【００３６】そして、現地盤ライン１２だけは工事の進
行に伴ってその高さ（形状）が変化するが、２次元表示
ではその変化がわかり難いため工事範囲を２５センチか
ら１メートル程度のセグメント３０に分け、このセグメ
ント３０毎に色分けをして、現地盤ライン１２と設計地
盤ライン１３との高低差を表示している。すなわち、高
低差がゼロの場所は緑色（３１）、高低差がマイナス
（土盛り不足）の場所は黄色（３２）、高低差がプラス
（土盛り過多）の場所は赤色（３２）、などに設定され
ている。これによりオペレーターは表示装置９を見るだ
けで、埋めるべき場所や削るべき場所が明確に把握でき
る。
行に伴ってその高さ（形状）が変化するが、２次元表示
ではその変化がわかり難いため工事範囲を２５センチか
ら１メートル程度のセグメント３０に分け、このセグメ
ント３０毎に色分けをして、現地盤ライン１２と設計地
盤ライン１３との高低差を表示している。すなわち、高
低差がゼロの場所は緑色（３１）、高低差がマイナス
（土盛り不足）の場所は黄色（３２）、高低差がプラス
（土盛り過多）の場所は赤色（３２）、などに設定され
ている。これによりオペレーターは表示装置９を見るだ
けで、埋めるべき場所や削るべき場所が明確に把握でき
る。
【００３７】しかし、作業中は地盤に凹凸があるため土
木機械２は前後（ピッチングＰ）左右（ローリングＲ）
に揺れる（図４）。このように車体が揺れると当然なが
ら屋根のＧＰＳアンテナ６も水平から大きく傾くことと
なる。このように車体が傾くと、実際の現地盤ライン１
２を正確に表示させることができなくなる。その理由は
ＧＰＳアンテナ６が地盤から数メートル程度の高さに設
置せざるを得ないからであり、車体の傾斜に伴って必ず
傾いた方向にＧＰＳアンテナ６が大きくずれることにな
る。したがってこのずれを補正して正確な現地盤ライン
１２が表示されるようにする必要がある。
木機械２は前後（ピッチングＰ）左右（ローリングＲ）
に揺れる（図４）。このように車体が揺れると当然なが
ら屋根のＧＰＳアンテナ６も水平から大きく傾くことと
なる。このように車体が傾くと、実際の現地盤ライン１
２を正確に表示させることができなくなる。その理由は
ＧＰＳアンテナ６が地盤から数メートル程度の高さに設
置せざるを得ないからであり、車体の傾斜に伴って必ず
傾いた方向にＧＰＳアンテナ６が大きくずれることにな
る。したがってこのずれを補正して正確な現地盤ライン
１２が表示されるようにする必要がある。
【００３８】具体的にはＧＰＳアンテナ６によって車体
のピッチング角度（Ｒ）を算出するとともに、傾斜計８
でローリング角度（Ｐ）を算出し、車体全体の傾斜状態
を把握する。その後、ＧＰＳアンテナ６の高さに比例し
て増加する偏心分を傾斜方向と逆方向に加算して、車体
中心と表示装置９に表示される車体中心とを一致させ
る。
のピッチング角度（Ｒ）を算出するとともに、傾斜計８
でローリング角度（Ｐ）を算出し、車体全体の傾斜状態
を把握する。その後、ＧＰＳアンテナ６の高さに比例し
て増加する偏心分を傾斜方向と逆方向に加算して、車体
中心と表示装置９に表示される車体中心とを一致させ
る。
【００３９】これにより、常に地盤の絶対高が表示され
るよう補正される。この補正は補正手段１０たるコンピ
ュータ（１０）で実行される。
るよう補正される。この補正は補正手段１０たるコンピ
ュータ（１０）で実行される。
【００４０】コンピュータ（１０）内には地盤に関する
すべての情報がインプットされているとともに、テレビ
カメラの映像を現地盤ライン１２と位置合わせをした上
で表示装置９に表示する。オペレーター２１はカメラを
自在に切り替えて、実写と合わせて現地盤ライン１２と
設計地盤ライン１３との高低差を常に認識しながら作業
することができる。
すべての情報がインプットされているとともに、テレビ
カメラの映像を現地盤ライン１２と位置合わせをした上
で表示装置９に表示する。オペレーター２１はカメラを
自在に切り替えて、実写と合わせて現地盤ライン１２と
設計地盤ライン１３との高低差を常に認識しながら作業
することができる。
【００４１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＧＰＳア
ンテナから得られる土木機械の位置及び高さを基準とし
て土木機械を遠隔操作することで特定範囲の地盤に対し
て切削または盛土を行い、所定の整地を行わせるように
構成したので、遠隔操作でありながらＧＰＳ精度と同等
の整地精度が得られる。
ンテナから得られる土木機械の位置及び高さを基準とし
て土木機械を遠隔操作することで特定範囲の地盤に対し
て切削または盛土を行い、所定の整地を行わせるように
構成したので、遠隔操作でありながらＧＰＳ精度と同等
の整地精度が得られる。
【００４２】また表示装置を、地盤施工前の地盤高を示
す原地盤ラインと、地盤施工中の地盤高を示す現地盤ラ
インと、最終的に目標とする地盤高を示す設計地盤ライ
ンとが、２次元または３次元に表示されるとともに、必
要な土砂量や切削量をこれら各ラインの高低差から演算
して表示するよう構成したものでは、オペレーターが表
示装置に表示される地盤ラインを見ながら作業できるた
め、高度な熟練を要することなく高い精度が得られる。
す原地盤ラインと、地盤施工中の地盤高を示す現地盤ラ
インと、最終的に目標とする地盤高を示す設計地盤ライ
ンとが、２次元または３次元に表示されるとともに、必
要な土砂量や切削量をこれら各ラインの高低差から演算
して表示するよう構成したものでは、オペレーターが表
示装置に表示される地盤ラインを見ながら作業できるた
め、高度な熟練を要することなく高い精度が得られる。
【００４３】さらに傾斜計によってＧＰＳアンテナ同士
を結ぶ直線と直交する直線の傾斜を検出するように構成
した場合では、車体の姿勢変化に伴う現地盤ラインの誤
差を補正することが可能となりさらに高い精度が得られ
る。
を結ぶ直線と直交する直線の傾斜を検出するように構成
した場合では、車体の姿勢変化に伴う現地盤ラインの誤
差を補正することが可能となりさらに高い精度が得られ
る。
【００４４】このように地盤計測、土砂搬入、及び施工
まですべて無人で行うことが可能なため、火口付近など
のような極めて危険なエリアでの復旧作業などに最適で
ある。
まですべて無人で行うことが可能なため、火口付近など
のような極めて危険なエリアでの復旧作業などに最適で
ある。
【図１】本発明の無人化機械土工システムの全体構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図２】本発明の無人化機械土工システムによる地盤施
工状態を示す平面図である
工状態を示す平面図である
【図３】地盤施工前の地盤高を示す原地盤ラインと、地
盤施工中の地盤高を示す現地盤ラインと、最終的に目標
とする地盤高を示す設計地盤ラインとを示す側面図であ
る。
盤施工中の地盤高を示す現地盤ラインと、最終的に目標
とする地盤高を示す設計地盤ラインとを示す側面図であ
る。
【図４】土木機械の傾斜状態を示す背面図である。
【図５】土木機械の傾斜状態を示す斜視図である。
１ 地盤
２ 土木機械
３ 遠隔操縦系
４ テレビカメラ
５ 画像伝送系
６ ＧＰＳアンテナ
７ 位置情報伝送系
８ 傾斜計
９ 表示装置
１０ 補正手段
１１ 原地盤ライン
１２ 現地盤ライン
１３ 設計地盤ライン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０５Ｄ 1/08 Ｇ０５Ｄ 1/08 Ｚ
(72)発明者 石田 信秀
東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前
田建設工業株式会社内
(72)発明者 川本 伸司
東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前
田建設工業株式会社内
(72)発明者 樋口 賢祐
東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前
田建設工業株式会社内
(72)発明者 山内 秀雄
大阪府大阪市中央区東心斎橋１−11−17
西尾レントオール株式会社内
(72)発明者 荒川 輝昭
東京都港区赤坂二丁目３番６号 株式会社
小松製作所内
Ｆターム(参考） 2D003 AA00 AA01 AA02 BA04 BB04
CA02 DA02 DA04 DB04 DB05
DB07 FA02
5H301 AA03 AA10 BB02 CC04 CC07
CC08 DD06 DD17 EE31 FF11
GG01 HH20 KK03 KK07 KK08
KK10
5J062 AA01 BB08 CC07 EE01 EE02
GG02
Claims (4)
- 【請求項１】特定範囲の地盤に対して無人で土木施工を
行うためのシステムにおいて、 遠隔操縦により制御される土木機械と、これら土木機械
を操縦するための遠隔操縦系と、土木機械及び前記地盤
に近接して設けたテレビカメラと、これらテレビカメラ
からの映像を伝送するための画像伝送系と、土木機械及
び地盤上に夫々設けられたＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、以下ＧＰＳとい
う）アンテナと、このＧＰＳアンテナからの位置情報を
伝送するための位置情報伝送系と、土木機械に設けられ
土木機械の傾斜を検出する傾斜計と、操縦者側に設けら
れ土木機械の位置、高さ、及び傾斜を表示するための表
示装置と、を備え、少なくともＧＰＳアンテナから得ら
れる土木機械の位置及び高さを基準として土木機械を遠
隔操作することで特定範囲の地盤に対して切削または盛
土を行い、所定の整地を行うことを特徴とする無人化機
械土工システム。 - 【請求項２】前記表示装置は、地盤施工前の地盤高を示
す原地盤ラインと、地盤施工中の地盤高を示す現地盤ラ
インと、最終的に目標とする地盤高を示す設計地盤ライ
ンとが、２次元または３次元に表示されるとともに、必
要な土砂量や切削量をこれら各ラインの高低差から演算
して表示するよう構成されていることを特徴とする請求
項１に記載の無人化機械土工システム。 - 【請求項３】土木機械に取り付けられたＧＰＳアンテナ
は所定の距離を以て少なくとも二つ設けられ、前記傾斜
計はＧＰＳアンテナ同士を結ぶ直線に直交する方向に対
する傾斜を検出するよう設置されており、ＧＰＳアンテ
ナによって土木機械の位置、方位、高さ及びＧＰＳアン
テナ同士を結ぶ直線の傾斜を検出するとともに、前記傾
斜計によってＧＰＳアンテナ同士を結ぶ直線と直交する
直線の傾斜を検出するように構成し、これらの情報が表
示装置に表示されることを特徴とする請求項１または２
に記載の無人化機械土工システム。 - 【請求項４】前記表示装置には、土木機械の傾斜情報、
高さ情報及び方位情報を基礎として、土木機械が傾斜し
ているときに生ずる、地盤の絶対高と前記各情報により
演算した地盤の表示高との差異を算出して、常に地盤の
絶対高が表示されるよう補正する補正手段が設けられて
いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載
の無人化機械土工システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001258138A JP2003064725A (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 無人化機械土工システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001258138A JP2003064725A (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 無人化機械土工システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003064725A true JP2003064725A (ja) | 2003-03-05 |
Family
ID=19085710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001258138A Pending JP2003064725A (ja) | 2001-08-28 | 2001-08-28 | 無人化機械土工システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003064725A (ja) |
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2001
- 2001-08-28 JP JP2001258138A patent/JP2003064725A/ja active Pending
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100316 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100914 |