JP2024086016A - Construction machinery with motion capture targets - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを適確に捉えて、所要の動作を実行させることができる。
【解決手段】建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを捕捉するために、前記アーム部の先端部に取り付けられるモーションキャプチャターゲット１００を含み、前記ターゲット１００は、自発光する少なくとも３個のＬＥＤであり、その少なくとも３個のＬＥＤの配置が、その３個のＬＥＤの配置基準面の中心位置を定める関係にある。
【選択図】図１５

When performing construction work while moving the arm portion of a construction machine and an element attached to the tip of the arm portion, the position and movement of the element can be accurately captured to perform the required operation.
[Solution] The invention includes a motion capture target 100 attached to the tip of the arm section in order to capture the position and movement of an element attached to the tip of the arm section of a construction machine when construction work is performed while moving the arm section and the element, the target 100 being at least three self-illuminating LEDs, the arrangement of the at least three LEDs being in a relationship that determines the central position of a reference plane for the arrangement of the three LEDs.
[Selection] Figure 15

Description

本発明は、モーションキャプチャターゲットを備えた建設機械に関する。 The present invention relates to a construction machine equipped with a motion capture target.

建設機械は、その建設作業のための各種のアーム（伸縮するブームであることもある。）を備え、そのアームの先端部に取り付けたアームなどの動作部を介して、作業するものが代表的である。 Construction machinery is typically equipped with various arms (which can be telescopic booms) for construction work, and works are performed via moving parts such as arms attached to the ends of the arms.

（山岳）トンネル内に搬入する建設機械としては、切羽面の削孔などを行ういわゆるトンネルジャンボ、吹付機、鋼製支保工の建込み装置などがある。 Construction machinery that can be brought into (mountain) tunnels includes so-called tunnel jumbos, which are used to drill holes in the tunnel face, spraying machines, and equipment for erecting steel supports.

吹付機による吹付コンクリートは、リアルタイムに出来形を測定する方法がなく、作業員が目分量で吹き付けているのが実情である。リアルタイムに出来形を測定しながら、吹付を自動で行う技術が求められている。 When spraying concrete using a sprayer, there is no way to measure the finished shape in real time, so workers spray the concrete by eye. There is a demand for technology that can automatically spray the concrete while measuring the finished shape in real time.

関連ある技術を調査した。
特許文献１は、支保工の建て込み方法及び建て込みシステムに関し、支保工の位置をリアルタイムに把握することのできる技術に関し、複数のモーションキャプチャ用カメラによって鋼製支保工の予め定められた複数の定点に設置されたモーションキャプチャ用マーカを撮影し、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカの３次元座標に基づいて鋼製支保工を設計位置に建て込むものである。
ここに、光照射装置からマーカに対して赤外線を照射し、マーカは照射された赤外線を反射する素材を表面に有する、例えば球体形状を有するものである。 Related technologies were investigated.
Patent Document 1 relates to a method and system for erecting shoring, and relates to a technology that can grasp the position of the shoring in real time, in which motion capture markers installed at multiple predetermined fixed points on the steel shoring are photographed by multiple motion capture cameras, the three-dimensional coordinates of each motion capture marker are obtained based on the images acquired by each motion capture camera and the three-dimensional coordinates of each motion capture camera, and the steel shoring is erected in the designed position based on the obtained three-dimensional coordinates of each motion capture marker.
Here, infrared rays are irradiated from a light irradiating device onto the marker, and the marker has a surface made of a material that reflects the irradiated infrared rays, and has, for example, a spherical shape.

この特許文献１のように、モーションキャプチャ技術を用いることによりリアルタイムに位置の算出ができる。モーションキャプチャ技術とは、動く対象物に取り付けた反射体を、並べて配置した複数のモーションキャプチャカメラで連続撮影し、得られた連続画像情報を画像分析することにより、対象物の位置及び動きをリアルタイムに算出するものである。 As in Patent Document 1, the use of motion capture technology allows for real-time position calculation. Motion capture technology involves continuously capturing images of a reflector attached to a moving object using multiple motion capture cameras arranged side-by-side, and then analyzing the continuous image information obtained to calculate the object's position and movement in real-time.

特開２０１９－１７３３９３号公報JP 2019-173393 A

このようなモーションキャプチャ用カメラを含むモーションキャプチャ技術の有用性については、本発明者らは十分認識している。
かかる背景技術に基づき、本発明者らは、吹付工において、リアルタイムに出来形を測定しながら、吹付を自動で行う技術を求めて、種々の開発を試みた。
すなわち、吹付コンクリートのノズルやブームの近傍に反射体を取り付け、それをモーションキャプチャカメラで連続撮影し、画像分析することにより、吹付ノズルの位置及び動きをリアルタイムに算出できるのではないかと考え、実証実験を試みてきた。 The inventors of the present invention are fully aware of the usefulness of motion capture technology including such motion capture cameras.
Based on this background technology, the present inventors have attempted various developments in search of a technology for automatically performing spraying while measuring the finished shape in real time in spraying work.
In other words, we have attempted a demonstration experiment, thinking that by attaching a reflector near the sprayed concrete nozzle or boom and continuously photographing it with a motion capture camera and analyzing the images, it may be possible to calculate the position and movement of the spray nozzle in real time.

しかし、例えば、暗く、粉塵の舞うトンネル内の切羽近傍での吹付作業において、モーションキャプチャカメラでマーカを適確に捉えることは難しいことが判明した。 However, it proved difficult to accurately capture the markers with a motion capture camera, for example, when performing spraying work near the tunnel face inside a dark, dusty tunnel.

また、建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを適確に捉えることが困難である。
例えば、機素として吹付ノズルを考えると、吹付ノズルの先端位置を把握することは、マーカからの既知位置関係を考慮することで、ある程度の精度をもって可能と考えられる。 Furthermore, when performing construction work while moving the arm of a construction machine and an element attached to the tip of the arm, it is difficult to accurately grasp the position and movement of the element.
For example, when considering a spray nozzle as an element, it is considered possible to grasp the tip position of the spray nozzle with a certain degree of accuracy by taking into account the known positional relationship from the marker.

しかし、施工のある時点において、吹付ノズルの先端位置が吹付ノズル本体軸とどのような関係にあるのか不明である場合、吹付ノズル本体軸に沿う吹付材料の吐出方向が不明となり、目的位置に対する吹付材料の吹付が困難となる、又は精度の悪いものとなる。
かかる観点からすると、施工のある時点における、アーム部の軸のロール（角）などの捕捉が重要であると考えられる。 However, if at a certain point during construction it is unclear what relationship the tip position of the spray nozzle has to the main axis of the spray nozzle, the ejection direction of the spray material along the main axis of the spray nozzle will be unclear, making it difficult to spray the spray material at the desired position or resulting in poor accuracy.
From this perspective, it is considered important to capture the roll (angle) of the axis of the arm part at a certain point during construction.

したがって、本発明の主たる課題は、建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを適確に捉えて、所要の動作を実行できるようにした建設機械を提供することにある。
特にトンネル内などの暗い雰囲気下でも、アーム及びその先端部に取り付けた機素の動きを適確に捉えることができるようにしたものである。 Therefore, the main object of the present invention is to provide a construction machine that, when performing construction work while moving the arm portion of the construction machine and an element attached to the tip of the arm portion, can accurately capture the position and movement of the element and perform the required operation.
In particular, it is possible to accurately capture the movement of the arm and the element attached to its tip even in a dark environment such as inside a tunnel.

上記課題を解決するための手段の第１の態様は次のとおりである。
建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを捕捉するために、前記アーム部の先端部に取り付けられるモーションキャプチャターゲットを含み、
前記ターゲットは、自発光する少なくとも３個のＬＥＤであり、
その少なくとも３個のＬＥＤの配置が、その３個のＬＥＤの配置基準面の中心位置を定める関係にある、
ことを特徴とするモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A first aspect of the means for solving the above problems is as follows.
A motion capture target is attached to the tip of the arm unit in order to capture the position and movement of the element when performing construction work while moving the arm unit of the construction machine and the element attached to the tip of the arm unit,
the target is at least three self-illuminating LEDs;
The arrangement of the at least three LEDs is in a relationship that determines a center position of a reference plane for the arrangement of the three LEDs.
A construction machine equipped with a motion capture target.

第２の態様は次のとおりである。
建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを捕捉するために、前記アーム部の先端部に取り付けられるモーションキャプチャターゲットを含み、
前記ターゲットは、自発光する少なくとも４個のＬＥＤであり、そのうちの少なくとも３個のＬＥＤの配置が、その３個のＬＥＤの配置基準面の中心位置を定める関係にある、
ことを特徴とするモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 The second aspect is as follows.
A motion capture target is attached to the tip of the arm unit in order to capture the position and movement of the element when performing construction work while moving the arm unit of the construction machine and the element attached to the tip of the arm unit,
The target is at least four self-emitting LEDs, and the arrangement of at least three of the LEDs is in a relationship that determines the center position of an arrangement reference plane for the three LEDs.
A construction machine equipped with a motion capture target.

以上に説明したように、本発明によれば、建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを適確に捉えて、所要の動作を実行させることができる。 As described above, according to the present invention, when performing construction work while moving the arm of a construction machine and the element attached to the tip of the arm, the position and movement of the element can be accurately captured and the required operation can be performed.

トンネル内に設置された建設機械の運転の説明用概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of a construction machine installed in a tunnel. 吹付装置例の側面図である。FIG. 2 is a side view of an example spray device. 平面図である。FIG. 吹付ノズルの前後進運動の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of forward and backward movement of the spray nozzle. 吹付ノズルの上下運動の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the up and down movement of the spray nozzle. 吹付ノズル及びその支持体の及びブーム運動の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。1A and 1B are explanatory diagrams of a spray nozzle and its support and boom movement, where (a) is a plan view and (b) is a side view. 図６（ｂ）の左正面図である。FIG. 6B is a left front view of FIG. マーカが取付られた吹付ノズル及びブームの側面図である。FIG. 2 is a side view of a spray nozzle and boom with markers attached. 吹付ノズル及びブームの旋回の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the rotation of the spray nozzle and the boom. カメラの説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。1A and 1B are explanatory diagrams of a camera, in which FIG. カメラの設置状態及び視野各度例の説明図である。1 is an explanatory diagram of an example of a camera installation state and each field of view. 概要説明図である。FIG. モーションキャプチャターゲットの向きと回転との関係を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the relationship between the orientation and rotation of a motion capture target. モーションキャプチャターゲットを備えたブーム部の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。FIG. 1A is a plan view of a boom section equipped with a motion capture target, and FIG. モーションキャプチャターゲットの一例を示す正視図である。FIG. 2 is a front view showing an example of a motion capture target. 設置状態写真である。This is a photo of the installed state. ブーム全体写真である。This is a photo of the entire boom. 視点を異にするブーム写真である。It's a boom photo with a different perspective. モーションキャプチャターゲットの対比例の正視図である。FIG. 13 is a front view of a comparative example of a motion capture target. カメラのキャリブレーションの説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of camera calibration. キャリブレーション全体の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the entire calibration.

以下、本発明の実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the present invention.

実施の形態の概要が図１に示されている。
すなわち、トンネルＴ内に位置する機械本体１０と、この機械本体１０に設けられ、施工のために機素が対偶をなして運動する可動部を有する運動部２０と、を有する建設機械に関するものである。
運動部２０に、参考例としての、複数のマーカ２１，２１…が固定され、少なくとも一つのマーカは可動部に固定され（図２、図３、図６、図８参照）、機械本体１０に少なくとも２台、好適には３台以上のカメラ１１（図１０参照）が光軸角度を異ならせて固定される。ここで、光軸角度を異ならせるのは少なくともマーカ２１の捕捉時であり、他の時点において光軸角度を異ならせることを要求されるものではない。 An outline of the embodiment is shown in FIG.
That is, the present invention relates to a construction machine having a machine body 10 located inside a tunnel T, and a moving part 20 provided on the machine body 10 and having a movable part whose elements move in pairs for construction work.
As a reference example, a plurality of markers 21, 21... are fixed to the moving part 20, at least one marker is fixed to the movable part (see Figs. 2, 3, 6, and 8), and at least two, preferably three or more cameras 11 (see Fig. 10) are fixed to the machine body 10 with different optical axis angles. Here, the optical axis angle is changed at least when the marker 21 is captured, and there is no requirement to change the optical axis angle at other times.

さらに、図１２が参照されるように、建設機械の機械本体１０のトンネルＴ内における現位置情報を得る手段３０と、複数のカメラ１１により得られた撮影情報より、マーカ２１の動きを三角測量の原理で計測し、３次元のデータを生成して得た３次元データ取得手段４０と、を備えている。
３次元データ取得手段４０により得られた３次元のデータに基づき、可動部の位置データを得て、施工対象位置と可動部の位置との関係に基づき、運動部１０を動作させる制御部５０を備える。 Furthermore, as shown in Figure 12, the construction machine is equipped with a means 30 for obtaining information on the current position of the main body 10 of the construction machine within the tunnel T, and a three-dimensional data acquisition means 40 for measuring the movement of the marker 21 using the principles of triangulation from the photographic information obtained by the multiple cameras 11, and generating three-dimensional data.
The control unit 50 obtains position data of the movable part based on the three-dimensional data obtained by the three-dimensional data acquisition means 40, and operates the motion unit 10 based on the relationship between the position of the work target and the position of the movable part.

これらについて、詳しい例示をすると次のとおりである。
トンネルＴ内に位置する機械本体１０は、例えばＮＡＴＭ工法に用いるトンネル内空面に対してコンクリートを吹き付ける吹付装置である。
図示の建設機械としての吹付装置（１０）は、アームとしての、中央に吹付用ブーム２２（図１～図３、図６～図８において、ブーム２２の符合はカバーを指示している）を有し、両側に支保工の建込み用アーム１２及び作業用バケットアーム１３を備えており、下部にクローラ１４（又はタイヤ）を有し、トンネルＴ内をトンネル掘削の進行に伴って移動可能となっている。 Detailed examples of these are as follows:
The machine body 10 located inside the tunnel T is a spraying device that sprays concrete onto the inner surface of the tunnel, for example, using the NATM construction method.
The spraying device (10) as a construction machine shown in the figure has a spraying boom 22 in the center as an arm (in Figures 1 to 3 and 6 to 8, the symbol for the boom 22 indicates a cover), with support construction arms 12 and work bucket arms 13 on both sides, and has crawlers 14 (or tires) on the lower part, and is capable of moving within the tunnel T as the tunnel excavation progresses.

図示する実施の形態の吹付装置（１０）は、その吹付用ブーム２２が、機械本体１０の前端部に縦軸１５を中心として水平方向に旋回する支持体１６に取付られ、起伏シリンダ１７により上下方向に揺動するようになっている。
また、縦軸１５を中心として吹付用ブーム２２を水平方向に旋回するために、図４及び図５に示されている旋回シリンダ１８が設けられている。 The spraying device (10) of the illustrated embodiment has a spraying boom 22 attached to a support 16 which rotates horizontally around a vertical axis 15 at the front end of the machine body 10, and is adapted to swing up and down by a raising and lowering cylinder 17.
A pivot cylinder 18, shown in FIGS. 4 and 5, is provided for horizontally pivoting the spray boom 22 about the vertical axis 15. As shown in FIG.

さらに、吹付用ブーム２２は、伸縮シリンダ２３により、前後方向に伸縮するように、適宜の段数をもってテレスコピックになっている。
吹付用ブーム２２の先端の先端軸部２２Ａには、支持ブラケット２４Ａが、先端軸部２２Ａの軸芯Ｏ１回りに旋回可能に連結されている（図７参照）。
支持ブラケット２４Ａには、アーム２４が、（吹付用ブーム２２の軸線と直交する）軸芯Ｏ２回りに垂直面に沿って回動可能に設けられ、そのアーム２４先端部に、アーム２４の軸芯Ｏ３回りに回転可能に支持体２５が連結されている。 Furthermore, the spray boom 22 is telescopic with an appropriate number of stages so that it can be extended and retracted in the front-rear direction by a telescopic cylinder 23.
A support bracket 24A is connected to a tip shaft portion 22A at the tip of the spray boom 22 so as to be rotatable about an axis O1 of the tip shaft portion 22A (see FIG. 7).
An arm 24 is mounted on the support bracket 24A so as to be rotatable along a vertical plane around an axis O2 (perpendicular to the axis of the spraying boom 22), and a support body 25 is connected to the tip of the arm 24 so as to be rotatable around an axis O3 of the arm 24.

支持体２５には、吹付ノズル２６が保持されている。また、支持体２５には、必要により（好ましくは配置される）レーダ距離計２７が固定されている。
図６が参照されるように、吹付ノズル２６はアーム２４とともにトンネルＴの周方向及び起伏可能となっている。 A spray nozzle 26 is held on the support 25. Also, a radar range finder 27 is fixed to the support 25 as needed (but is preferably disposed thereon).
As shown in FIG. 6, the spray nozzle 26 can move in the circumferential direction of the tunnel T and can be raised and lowered together with the arm 24 .

上記例において、吹付ノズル２６及び吹付用ブーム２２、並びに説明した各運動要素は、機構学的にみれば、機械本体１０に設けられ、施工のための機素を構成し、連結部は対偶をなして運動する可動部に属し、運動部２０の構成要素となっている。 In the above example, the spray nozzle 26 and the spray boom 22, as well as the various moving elements described above, are mechanically provided on the machine body 10 and constitute the machinery for construction, and the connecting parts belong to the movable parts that move in pairs and are components of the moving part 20.

そして、運動部２０に複数のマーカ２１が固定され、少なくとも一つのマーカ２１は可動部に固定されている。マーカ２１の設置部位の例は図３、図６、図８に示されている。吹付ノズル２６の支持体２５（この実施の形態における支持体２５は、図６に示されているように保持枠のほか、レーダ距離計２７の支持座板を含み、吹付ノズル２６に連通する吹付材料の通路を保持している。なお、実施工施時に吹付材料の通路に連結されるホースは図示されていない。）についてもマーカ２１が設置されている。 A number of markers 21 are fixed to the moving part 20, with at least one marker 21 fixed to the movable part. Examples of the locations where the markers 21 are installed are shown in Figures 3, 6, and 8. Markers 21 are also installed on the support 25 of the spray nozzle 26 (the support 25 in this embodiment includes a support seat plate for the radar range finder 27 in addition to a holding frame as shown in Figure 6, and holds a passage for the spray material that communicates with the spray nozzle 26. Note that the hose that is connected to the passage for the spray material during construction is not shown).

マーカ２１を睨んでカメラ１１が機械本体１０に少なくとも２台、実施の形態では図１１が参照されるように例えば６台のカメラ１１が光軸角度を異ならせて固定され、カメラ群体１１Ｇが構成されている。
カメラ群体１１Ｇは、図２が参照されるように、機械本体１０の前方部位に固定され、前方のマーカ２１を睨むように設置されている。 At least two cameras 11 are fixed to the machine body 10, aiming at the marker 21; in this embodiment, as shown in Figure 11, for example, six cameras 11 are fixed with different optical axis angles to form a camera group 11G.
As shown in FIG. 2, the camera group 11G is fixed to the front portion of the machine body 10 and is installed so as to stare at the marker 21 in front.

マーカ２１はその移動がカメラ１１によって捉えることができるものであれば限定されないが、運動位置変動に影響されることなく良好に視野Ｖｉ内で捉えることができるように、例えば半円球体の表面部にＬＥＤ自発光が分散して設けられたものを好適に使用できる。 The marker 21 is not limited as long as its movement can be captured by the camera 11, but it is preferable to use, for example, a semi-spherical marker with LEDs that emit light in a dispersed manner on the surface so that it can be captured well within the field of view Vi without being affected by fluctuations in the movement position.

カメラ１１の例は図１０に示され、カメラ１１は広角レンズを備えるものが好ましく、トンネルＴ内における粉塵環境であることに鑑み、マーカ２１を明確に捉えることができるように、カメラ１１周囲部にＬＥＤ発光体１１Ａを複数設け、これらを粉塵対策フード１１Ｂで覆ったものを好適に使用できる。 An example of the camera 11 is shown in Figure 10. It is preferable that the camera 11 has a wide-angle lens. Considering the dusty environment inside the tunnel T, it is preferable to use a camera 11 that has multiple LED light emitters 11A around it and is covered with a dust control hood 11B so that it can clearly capture the marker 21.

上記の構成の建設機械は、例えば主に図１及び図１２を参照される運転例に基づき次のように運転できる。
トンネルＴの掘削計画に基づくトンネル計画情報部６０からの情報が、建設機械本体１０の制御部５０に与えられる。
トンネル計画情報部６０からの情報としては、トンネル線形に基づく各位置におけるトンネル断面情報、計画厚さ、吹付厚さ、トンネル幅値、これに対応した吹付厚に関する計画情報などである。 The construction machine having the above-mentioned configuration can be operated as follows, based on the operation example mainly shown in FIG. 1 and FIG.
Information from a tunnel plan information unit 60 based on the excavation plan for the tunnel T is provided to the control unit 50 of the construction machine main body 10 .
The information from the tunnel planning information unit 60 includes tunnel cross-sectional information at each position based on the tunnel alignment, planned thickness, sprayed thickness, tunnel width value, and corresponding planning information regarding the sprayed thickness.

建設機械の機械本体１０のトンネル内における現位置情報も、制御部５０に与えられる。
このための現位置情報取得手段３０としては、図１２のほか図１にも示されている、トンネル抗外からの測量により位置が既知である、例えばトンネルＴ内に設置されるトータルステーションＴＳを用いることができる。
位置が既知であるトータルステーションＴＳにより、機械本体１０の適宜の位置に設けた、例えば汎用のプリズムターゲット１９をそれぞれ捉えることにより、ターゲット１９の位置を測量に基づき得て、同時にターゲット１９の位置と関係づけることができる機械本体１０のトンネル内の位置を設定できる。
図１及び図３には、北Ｎを示す磁針Ｍｎを例示してある。
また、図１には３つのターゲット１９の全てを機械本体１０の後部に設けた例を示してあるが、例えば一つのターゲット１９を機械本体１０の後部に、他の二つを、機械本体１０前部における、カメラ群体１１Ｇを支持するフレームの上部両側に設けることなどでもよい（この形態は図２１に略図で示してある。）。 Information on the current position of the machine body 10 of the construction machine within the tunnel is also provided to the control unit 50 .
As the current position information acquisition means 30 for this purpose, a total station TS, the position of which is known by surveying from outside the tunnel T as shown in FIG. 1 as well as FIG. 12, installed within the tunnel T, for example, can be used.
By capturing, for example, a general-purpose prism target 19 provided at an appropriate position on the machine body 10 using a total station TS whose position is known, the position of the target 19 can be obtained based on surveying, and at the same time, the position of the machine body 10 within the tunnel can be set which can be related to the position of the target 19.
1 and 3 show an example of a magnetic needle Mn indicating north N.
In addition, while FIG. 1 shows an example in which all three targets 19 are provided at the rear of the machine body 10, it is also possible to provide, for example, one target 19 at the rear of the machine body 10 and the other two on either side of the upper part of a frame supporting the camera group 11G at the front of the machine body 10 (this form is shown in a schematic diagram in FIG. 21).

機械本体１０のトンネル内の位置に基づき、吹付ノズル２６の位置は、運動部２０に設けられた伸縮距離検知器、回転各度検出器など（当業者は当然に理解するであろうから図示を省略してある。）からの現位置及び角度などの運動データにより把握できる。
また、支持体２５に固定された図５が参照されるレーダ距離計２７からの信号より、トンネルＴの内空面までの現離間距離（コンクリート吹付がなされているのであればコンクリート表面までの現離間距離）データを得ることができる。 Based on the position of the machine body 10 within the tunnel, the position of the spray nozzle 26 can be grasped from motion data such as the current position and angle from an extension distance detector, a rotation degree detector, etc. (not shown in the figure as those skilled in the art would naturally understand) provided on the moving part 20.
In addition, data on the current distance to the inner surface of the tunnel T (the current distance to the concrete surface if concrete has been sprayed) can be obtained from a signal from a radar range finder 27 (see Figure 5) fixed to the support body 25.

適切な吹付厚の制御は、上記の情報のみではでき難い。すなわち、吹付ノズル２６の位置及びトンネルＴの内空面に対する対向角度について複雑な動きを伴う。これは既述のように、ブーム２２が起伏、旋回、伸縮し、アーム２４が起伏し、支持体２５が旋回することに主に原因がある。 It is difficult to control the appropriate spray thickness using only the above information. In other words, complex movements are required regarding the position of the spray nozzle 26 and the angle of the nozzle relative to the interior surface of the tunnel T. As mentioned above, this is mainly due to the fact that the boom 22 rises, swivels, and expands, the arm 24 rises and swivels, and the support 25 rotates.

そこで、複数の（角度の異なる）カメラ１１により得られた撮影情報より各マーカ２１、２１…の動きを三角測量の原理で計測し、３次元のデータを生成して得た３次元データ取得手段４０が設けられる。
特開２０１４－２１１４０４号公報などに記載された、いわゆる「モーションキャプチャ（法）」により、運動部２０の可動部の対象位置データを得る。
この３次元位置データは、制御部５０に取り込まれ、レーダ距離計２７からの現離間距離データに基づき、コンクリートの吹付厚（吹付時間）の制御を行う運転を行う。 Therefore, a three-dimensional data acquisition means 40 is provided that measures the movement of each marker 21, 21 . . . based on the photographic information obtained by a plurality of cameras 11 (at different angles) using the principle of triangulation and generates three-dimensional data.
Target position data of the movable parts of the exercise unit 20 is obtained by the so-called “motion capture method” described in JP 2014-211404 A and the like.
This three-dimensional position data is input to the control unit 50, which operates to control the concrete spray thickness (spraying time) based on the current distance data from the radar range finder 27.

ここで補足説明を行うと、カメラ１１により得られた撮影情報より各マーカ２１、２１…の動きを、３次元（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）で捉え（三角測量の原理で計測し）、他方で、トータルステーションＴＳにより捉えた機械本体１０の位置及び絶対方位に対する偏位角度を基礎として、各マーカ２１、２１…の現位置・方位及び吹付ノズル２６の現位置・方位を把握できる。
このようにして、光学的に、機械本体１０の３次元前方視野Ｖｉ（例えば図１のトンネル左右方向範囲、図２のトンネル上下方向範囲の視野Ｖｉ）の運動部（例えば吹付ノズル２６）のモーションを捉えながら、当該運動部に目標の運動を行わせることができる。 To provide a supplementary explanation, the movement of each marker 21, 21... can be captured in three dimensions (X-axis, Y-axis, Z-axis) (measured using the principle of triangulation) from the photographic information obtained by the camera 11, and on the other hand, based on the position and deviation angle relative to the absolute orientation of the machine main body 10 captured by the total station TS, the current position and orientation of each marker 21, 21... and the current position and orientation of the spray nozzle 26 can be grasped.
In this way, it is possible to optically capture the motion of a moving part (e.g., the spray nozzle 26) in a three-dimensional forward field of view Vi of the machine body 10 (e.g., the field of view Vi of the left-right range of the tunnel in Figure 1 and the up-down range of the tunnel in Figure 2), while causing the moving part to perform a target movement.

前記例は、建設機械１０がコンクリート吹付機であり、吹付ノズル２６及びこれを支持体２５が施工のための機素を構成しており、前記支持体２５にレーダ距離検出器（レーダ距離計）２７が設けられ、その距離検出器からの信号に基づき、コンクリート吹付厚の制御を行うトンネル内建設機械の運転方法である。 In the above example, the construction machine 10 is a concrete sprayer, the spray nozzle 26 and its support 25 constitute the elements for construction, a radar distance detector (radar range finder) 27 is provided on the support 25, and the method of operating the construction machine in a tunnel controls the thickness of the concrete sprayed based on the signal from the distance detector.

レーダ距離計２７からの現離間距離データは次のようにして得る。すなわち、ミリ波レーダ及びシンセサイザからの変調波（送信波）を生成し、これをＴｘアンテナを介して送信し、変調波が物体（物標）にあたり反射するのを、Ｒｘアンテナにて物標からの反射波を受信し、ミキサにて送信波と受信波を混合し、ＩＦ（中間周波数）信号を生成し、ＩＦ信号をＡＤＣにかけて得られたデータを基に、各種信号処理を実施して位置・速度情報等を取得する。 The current distance data from the radar range finder 27 is obtained as follows: A modulated wave (transmitted wave) is generated from the millimeter wave radar and synthesizer, transmitted via the Tx antenna, the modulated wave strikes an object (target) and is reflected, and the Rx antenna receives the reflected wave from the target. The transmit wave and received wave are mixed in the mixer to generate an IF (intermediate frequency) signal, and the IF signal is passed through the ADC. Based on the data obtained, various signal processing is performed to obtain position and speed information, etc.

吹付ノズル２６の３次元位置及び指向方向は、種々の要素及び対偶を介して変化するように構成され、これをカメラ１１により捕捉するものである。その要点について補足的に説明する。図２、図３の状態では、ブーム２２が起き上がり、吹付ノズル２６をその吐出口に向かって斜め後方に指向している。
図８の状態は、吹付ノズル２６はトンネル天面に向かって上向きである。
図９には、縦軸１５を中心として吹付用ブーム２２が水平方向に旋回する結果、ブーム２２と共に吹付ノズル２６がトンネル左右に振れる状態が示されている。このとき、吹付ノズル２６は吹付用ブーム２２と軸線を同じくしている。
前述する構造によって、すなわち、アーム２４に軸芯Ｏ３回りに回転可能に支持体２５が連結されている結果、吹付ノズル２６は、吹付用ブーム２２の軸線に対して横振れも可能である。 The three-dimensional position and direction of the spray nozzle 26 are configured to change through various elements and contrapositives, and are captured by the camera 11. The main points are explained below in more detail. In the state shown in Figures 2 and 3, the boom 22 is raised and the spray nozzle 26 is directed diagonally backward toward its discharge port.
In the state shown in FIG. 8, the spray nozzle 26 faces upward toward the tunnel ceiling.
9 shows the state in which the spray boom 22 rotates horizontally about the vertical axis 15, causing the spray nozzle 26 to swing left and right across the tunnel together with the boom 22. At this time, the spray nozzle 26 and the spray boom 22 share the same axis.
Due to the above-described structure, that is, because the support 25 is connected to the arm 24 so as to be rotatable around the axis O3, the spray nozzle 26 can also swing laterally relative to the axis of the spray boom 22.

かくして、吹付ノズル２６は、吹付用ブーム２２の起伏、横旋回のほか、回転軸芯Ｏ１、回転軸芯Ｏ２及び回転軸芯Ｏ３を介して取付けられているために、吹付ノズル２６の３次元位置及び指向方向は、３次元で移動可能である。そしてその吹付ノズル２６の位置及びブーム２２を含めた運動部２０の動きを適確に捉えて、吹付ノズル２６の３次元位置及び指向方向を制御できる。 Thus, since the spray nozzle 26 is attached via the rotation axis O1, the rotation axis O2, and the rotation axis O3, in addition to the elevation and lateral rotation of the spray boom 22, the three-dimensional position and the direction of orientation of the spray nozzle 26 can be moved in three dimensions. The position of the spray nozzle 26 and the movement of the moving part 20 including the boom 22 can be accurately captured, and the three-dimensional position and direction of orientation of the spray nozzle 26 can be controlled.

（モーションキャプチャターゲットについて）
さて、上記例においては、機械本体１０が常時水平であり、この機械本体１０に対して、吹付ノズル２６の位置及びブーム２２を含めた運動部２０が確実に３次元座標に沿って運動することを理想とするものである。 (About motion capture targets)
Now, in the above example, it is ideal that the machine body 10 is always horizontal, and that the position of the spray nozzle 26 and the moving part 20 including the boom 22 reliably move along three-dimensional coordinates relative to this machine body 10.

しかし、機械本体１０が常時水平でない場合があること、また、特にブーム２２が長いこと、伸縮シリンダ２３により、前後方向に伸縮するように、適宜の段数をもってテレスコピックになっていることなどが影響していると考えられる要因によって、ブーム２２の先端位置において、その軸周りに捩れる（回転する）現象を招くことに本発明者らは直面した。 However, the inventors have come across a phenomenon in which the machine body 10 is not always horizontal, and factors thought to be influential include the length of the boom 22 and the fact that the boom 22 is telescopic with an appropriate number of stages so that it can be extended and retracted in the forward and backward directions using the telescopic cylinder 23, causing the boom 22 to twist (rotate) around its axis at the tip of the boom.

かかるブーム２２の捩れに伴うブーム２２軸のロールのほか、ヨーやピッチが生じる可能性がある。
例えば、概念的に、図１３に示すように、ブーム２２の軸を、ＸＭ軸とすると、捩れによってＸＭ軸回りのロールＲｏが、ＹＭ軸回りのピッチＰｉが、ＺＭ軸回りのヨーＹａが生じる可能性がある。 Such twisting of the boom 22 may cause not only roll of the boom 22 axis but also yaw and pitch.
For example, conceptually, as shown in FIG. 13, if the axis of the boom 22 is the XM axis, twisting may cause a roll Ro around the XM axis, a pitch Pi around the YM axis, and a yaw Ya around the ZM axis.

これらの回転が生じると、機械本体１０に対して、運動部２０が３次元に運動することを前提とした理想運動系からはずれ、例えば吹付ノズル２６先端の位置が仮に同一であるとしても、吹付ノズル２６先端の開口が向いている方向が目的の方向に対してずれてしまい、目的の壁面位置に対する目的の吹付厚での吹付が困難となる。 When these rotations occur, the moving part 20 deviates from the ideal motion system that is based on the assumption that it moves three-dimensionally relative to the machine body 10. For example, even if the position of the tip of the spray nozzle 26 is the same, the direction in which the opening of the tip of the spray nozzle 26 is pointing will deviate from the desired direction, making it difficult to spray the desired wall position with the desired spray thickness.

そこで、先に示した図６のマーカ２１に換えて、すなわち、当該位置において１点のマーカ２１に換えて、図１４～図１８に示す一例としての、少なくとも３点の自発光部を有するモーションキャプチャターゲット１００を設け、ブーム２２のロール（Ｒｏｌｌ）Ｒｏ、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）Ｐｉ及びヨー（Ｙａｗ）Ｙａを分かるようにした。
１点のマーカ２１のＸＹＺ座標を求めるだけではロールＲｏ、ピッチＰｉ及びヨーＹａは不明である。 Therefore, instead of the marker 21 in Figure 6 shown above, i.e., instead of a single marker 21 at that position, a motion capture target 100 having at least three self-luminous parts, as an example shown in Figures 14 to 18, is provided so that the roll Ro, pitch Pi, and yaw Ya of the boom 22 can be determined.
By simply determining the XYZ coordinates of one marker 21, the roll Ro, pitch Pi, and yaw Ya are unknown.

実施の形態のトンネル用モーションキャプチャターゲット１００は、コンクリート吹付機の機械本体１０と、例えば前述のように連結され、伸長した吹付用ブーム２２の先端部に設けられている。
このモーションキャプチャターゲット１００は、ブーム２２に対して連結された吹付ノズル２６を動かしながら吹付ノズル２６からトンネル内壁面Ｔにコンクリート吹付する際に、吹付ノズル２６の位置及び動きを捕捉するために設けられるものである。 The tunnel motion capture target 100 of the embodiment is connected to the machine body 10 of the concrete sprayer, for example as described above, and is provided at the tip of the extended spraying boom 22.
This motion capture target 100 is provided to capture the position and movement of the spray nozzle 26 when the spray nozzle 26 connected to the boom 22 is moved and concrete is sprayed from the spray nozzle 26 onto the tunnel inner wall surface T.

実施の形態のモーションキャプチャターゲット１００は、ブーム２２に対する取付部１１１と、取付部１１１に接合された板状の基板部１１０と、基板部１１０の一面に取り付けられた少なくとも４個のＬＥＤ部１２１、１２２、１２３、１２４とを有する。取付部１１１に対して基板部１１０は直交する又はやや上方が先端方向に傾いた、例えば９０度を超え８０度以下の角度範囲で傾けて一体化させてもよい。 The motion capture target 100 of the embodiment has an attachment portion 111 for the boom 22, a plate-shaped substrate portion 110 joined to the attachment portion 111, and at least four LED portions 121, 122, 123, 124 attached to one surface of the substrate portion 110. The substrate portion 110 may be integrated with the attachment portion 111 so as to be perpendicular to the attachment portion 111 or so as to be tilted slightly upward toward the tip, for example, at an angle of more than 90 degrees and not more than 80 degrees.

前記ＬＥＤ部１２１～１２４は、自発光するＬＥＤと、ＬＥＤの発光を等方的に放射する球状のカバー体とを有する。ＬＥＤは近赤外光（例えばピーク波長８５０ｎｍ）を用いることが好ましい。 The LED units 121 to 124 each have a self-emitting LED and a spherical cover that radiates the light emitted by the LED isotropically. It is preferable that the LED uses near-infrared light (e.g., peak wavelength 850 nm).

ＬＥＤ部の直径が５～２０ｍｍであることが好ましい。この範囲とすることにより、捕捉が確実となり、もって中心点Ｏの位置の精度を高めることができる。直径が５ｍｍより小さいと、粉塵により消失する確率が高くなり、３つのＬＥＤ部をとらえられない場合が生じる。直径が２０ｍｍより大きい場合には、ＬＥＤ部の中心の位置の精度が悪くなり、中心点Ｏの位置の精度も悪化する。 It is preferable that the diameter of the LED section is 5 to 20 mm. This range ensures reliable capture, thereby improving the accuracy of the position of the center point O. If the diameter is smaller than 5 mm, there is a high probability that the LED sections will be lost due to dust, and there are cases where the three LED sections cannot be captured. If the diameter is larger than 20 mm, the accuracy of the position of the center of the LED section will deteriorate, and the accuracy of the position of the center point O will also deteriorate.

４個のＬＥＤ部１２１～１２４はいずれも基板部１１０面の中心点Ｏから等距離Ｒ（図１２参照）に配置されているのが望ましい。距離Ｒは６０～８０ｍｍであることが好ましい。この範囲とすることにより、中心点Ｏの位置の精度を高めることができる。距離が６０ｍｍより小さい場合、及び、距離が８０ｍｍより大きい場合には、算出する中心点Ｏの位置の精度が悪化する。
ＬＥＤ部の直径が５～２０ｍｍ、かつ、距離Ｒは６０～８０ｍｍとすることにより、ノズルの位置を、１０ｍｍ以下の精度で算出することができる。 It is desirable that all four LED sections 121 to 124 are disposed at equal distances R (see FIG. 12) from the center point O of the surface of the substrate section 110. The distance R is preferably 60 to 80 mm. By setting the distance within this range, the accuracy of the position of the center point O can be improved. If the distance is less than 60 mm, or if the distance is more than 80 mm, the accuracy of the calculated position of the center point O deteriorates.
By setting the diameter of the LED portion to 5 to 20 mm and the distance R to 60 to 80 mm, the nozzle position can be calculated with an accuracy of 10 mm or less.

隣接するＬＥＤ部１２１～１２４の間の角度α、β、γ、δが異なるように配置されるのが望ましい。
例えば、基板部１１０上の面における、隣接するＬＥＤ部の間の角度α、β、γ、δが９０度、５０度、７２度、１４８度とされている。
これらの角度とすることにより、中心点Ｏをリアルタイムに高精度で算出する確率を向上させることができることを確認している。 It is desirable to arrange the LED portions 121 to 124 so that the angles α, β, γ, and δ between the adjacent LED portions 121 to 124 are different.
For example, the angles α, β, γ, and δ between adjacent LED units on the surface of the substrate unit 110 are set to 90 degrees, 50 degrees, 72 degrees, and 148 degrees, respectively.
It has been confirmed that using these angles can improve the probability of calculating the center point O in real time with high accuracy.

ＬＥＤ部の数は、３個以上であれば中心点Ｏの画定が可能である。しかし、トンネル内での粉塵の影響に一部のＬＥＤ部を検知できない、あるいは一部のＬＥＤ部が発光しなくなったなどの場合にも中心点Ｏの画定を可能とするために４個以上であるのが望ましい。 If the number of LED units is three or more, it is possible to define the center point O. However, it is preferable that the number is four or more so that it is possible to define the center point O even in cases where some of the LED units cannot be detected due to the influence of dust inside the tunnel, or some of the LED units have stopped emitting light.

ＬＥＤ部の配置位置も重要である。例えば、対比例として図１９に示すように、４個のＬＥＤ部のうちのいずれかのＬＥＤ部が、中心点Ｏに対し他のＬＥＤ部の点対称である位置に配置された場合において、点対称に位置する１個のＬＥＤ部を検知できないときを想定してみると、他方の点対称に位置するＬＥＤ部と、残るＬＥＤ部とで中心点Ｏの画定を行う必要があるが、検知できなくなったＬＥＤ部がどちらであるか不明となるために、中心点Ｏの画定を行うことができない又は画定ミスを生じる。
したがって、中心点Ｏに対し他のＬＥＤ部の点対称配置、あるいは点対称配置に近似する配置は避けるべきである。 The position of the LED units is also important. For example, as shown in Fig. 19 for comparison, if one of the four LED units is arranged at a position that is point-symmetrical to the other LED units with respect to the center point O, and one LED unit located at the point symmetry cannot be detected, it is necessary to define the center point O between the other LED unit located at the point symmetry and the remaining LED unit, but since it is unclear which LED unit is the one that cannot be detected, it is impossible to define the center point O or a definition error occurs.
Therefore, a point-symmetric arrangement with respect to the center point O or an arrangement close to a point-symmetric arrangement with other LED parts should be avoided.

単純に反射体をＬＥＤに置き換えただけでは、ＬＥＤの発光に指向性があるので、アームの動きに従い、カメラでとらえる発光の強さが変化し、カメラで撮影した連続画像においてＬＥＤの輪郭がぶれ、ＬＥＤの中心位置の精細度に欠ける場合が生じる。
粉塵の舞う作業環境下なので、粉塵に遮られ、ＬＥＤの発光を撮影できない瞬間が生じる場合があったが、４個のＬＥＤ部を上記配置にすることにより、１個のＬＥＤ部がある瞬間、粉塵で捕らえられなくとも、残りの３つのＬＥＤ部で中心点Ｏをリアルタイムに高精度で算出することができる。この意味で、ＬＥＤ部の数は４個を超える数であってもよい。 If the reflector were simply replaced with an LED, the LED's light emission would be directional, so the intensity of the light captured by the camera would change according to the movement of the arm, causing the outline of the LED to blur in successive images taken by the camera and resulting in a lack of precision in the center position of the LED.
Since the work environment is dusty, there are cases where the LED light emission cannot be photographed due to the dust blocking it, but by arranging the four LED units as described above, even if one LED unit is blocked by dust at a certain moment, the remaining three LED units can calculate the center point O in real time with high accuracy. In this sense, the number of LED units may be more than four.

上記ＬＥＤ部１２１、１２２、１２３、１２４は、基板部１１０における位置が既知され、区別のためにナンバリングされた状態でモーションキャプチャソフトに予め記憶される。 The positions of the LED units 121, 122, 123, and 124 on the substrate unit 110 are known, and they are numbered for distinction and stored in advance in the motion capture software.

このうえで、カメラ側から見た、ステレオ連続画像を画像分析して、ＬＥＤ部の中心点ＯのＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標、回転（ヨー、ピッチ、ロール）を算出する。
中心点Ｏの３次元座標は、３個のＬＥＤ部の各３次元座標に基づき算出する。 Then, the continuous stereo images seen from the camera side are analyzed to calculate the X, Y and Z coordinates and rotation (yaw, pitch and roll) of the center point O of the LED unit.
The three-dimensional coordinates of the center point O are calculated based on the three-dimensional coordinates of each of the three LED units.

建設機械に取り付けた３つのプリズムの位置と、機械座標系の関係を押さえて重機のキャリブレーションを行い、以下のようにして、ロール、ピッチ、ヨーイングが算出できるようにしておく。 The heavy machinery is calibrated by determining the relationship between the positions of the three prisms attached to the construction machinery and the machine coordinate system, so that the roll, pitch, and yaw can be calculated as follows.

（ア）まず、６台又は図２０、図２１に示すような７台のカメラ１１がカメラ群体１１Ｇのフレームにどのように配置されているかキャリブレーションを行う。
（イ）このキャリブレーションには、例えば図２０に示すような、Ｔ字状のキャリブレーショ治具５０を用いて行うことができる。
この治具５０は、両端、並びに中心近傍を避けて左右に離間距離の差が生じる位置に自発光のＬＥＤマーカ５１，５２、５３が設置された（設置位置及び離間距離は既知）ものである。
（ウ）カメラ視野内で、 キャリブレーション治具５０を作業員が振り回す（ＬＥＤマーカ５１，５２、５３の取り付けた支持棒部を、振り回し面内でメトロノームのように揺動させる、並びにキャリブレーション治具５０の支持棒部を、その縦断する面に対して前後に交差する、車輪の転動軌跡のような動きを与える、などする）過程で、各カメラに画像情報として取り込み、各カメラからの画像情報に基づき、個々のカメラの位置の差異を逆算しカメラ群体１１Ｇにおける各カメラ配置を確定させる。
（エ）カメラは、事項以降で説明する設定するカメラ座標系でローカルのＸ，Ｙ，Ｚ座標を計算することができるようになる。 (A) First, calibration is performed to determine how the six cameras 11 or the seven cameras 11 as shown in FIG. 20 and FIG. 21 are arranged in the frame of the camera group 11G.
(a) This calibration can be performed using, for example, a T-shaped calibration jig 50 as shown in FIG.
This jig 50 has self-luminous LED markers 51, 52, and 53 placed at positions that create a difference in distance to the left and right, avoiding both ends and the vicinity of the center (the placement positions and distances are known).
(c) Within the camera field of view, an operator swings around the calibration jig 50 (the support rod portion to which the LED markers 51, 52, 53 are attached is swung like a metronome within the swinging plane, and the support rod portion of the calibration jig 50 is made to cross back and forth across its longitudinal plane, giving it a movement resembling the rolling trajectory of a wheel, etc.), and during this process, image information is captured by each camera, and based on the image information from each camera, the differences in the positions of the individual cameras are calculated backwards to determine the placement of each camera in the camera group 11G.
(d) The camera will be able to calculate local X, Y, and Z coordinates in a camera coordinate system that will be set up as described below.

（オ）次に、カメラ座標系を設定するために、図２１に示すように、カメラ視野内に三脚にそれぞれ取り付けたＬＥＤマーカを６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃの３台を、平面視でほぼＬ字型配置で、ほぼ水平に設置する。このとき、Ｌ字型配置の長手方向は重機の軸方向に合わせのるのが望ましい。
Ｌ字の角（図２１ではＬＥＤマーカ６０Ｂ）がカメラ座標系の原点（０，０，０）となり、長手方向（ＬＥＤマーカ６０Ｂと６０Ｃとを結ぶ方向）がＸ軸、直角方向（ＬＥＤマーカ６０Ｂと６０Ａとを結ぶ方向）がＹ軸とする（Ｘ軸とＹ軸であってもよい。）。
長手方向を重機の軸に合わせることによって、建設機械のロール、ピッチ、ヨーと、カメラ座標系のロール、ピッチ、ヨーとを一致させることができる。
（カ）建設機械に取り付けた３つのプリズム１９と、カメラ座標系の原点であるＬ字の角のＬＥＤマーカ６０Ｂを、測量係がトンネル内に持ち込んだ、あるいはトンネル内に既設のトータルステーションＴＳで計測して、機械座標系とカメラ座標系の原点の関係を押さえておく。 (E) Next, to set the camera coordinate system, three LED markers 60A, 60B, and 60C are mounted on tripods and placed horizontally in an approximately L-shaped arrangement in a plan view within the field of view of the camera, as shown in Fig. 21. At this time, it is desirable to align the longitudinal direction of the L-shaped arrangement with the axial direction of the heavy equipment.
The corner of the L-shape (LED marker 60B in Figure 21) is the origin (0,0,0) of the camera coordinate system, the longitudinal direction (the direction connecting LED markers 60B and 60C) is the X-axis, and the perpendicular direction (the direction connecting LED markers 60B and 60A) is the Y-axis (or the X-axis and Y-axis).
By aligning the longitudinal direction with the axis of the heavy equipment, the roll, pitch, and yaw of the construction equipment can be made to match the roll, pitch, and yaw of the camera coordinate system.
(f) The three prisms 19 attached to the construction machinery and the LED marker 60B at the corner of the L-shape, which is the origin of the camera coordinate system, are measured using a total station TS brought into the tunnel by a surveyor or already installed in the tunnel, to determine the relationship between the origins of the machine coordinate system and the camera coordinate system.

（キ）カメラ視野内にあるＬ字型に配置したＬＥＤマーカ６０Ｂの中心座標を各カメラで読み取る。これによりカメラ座標系を設定できる。
（ク）絶対座標系に配置された建設機械の３つのプリズム１９を計測すると、機械座標系とカメラ座標系の原点との関係より、カメラ座標系の原点の絶対座標系での座標が算出される。
（ケ）このときの建設機械における運動部（例えばブーム）を動作させたときのロール、ピッチ、ヨーイングが、カメラ座標系の絶対座標系に対するロール、ピッチ、ヨーイングとなる。
（コ）モーションカメラが対象物となるＬＥＤマーカを視認した際に算出するカメラ座標系のローカルのＸ，Ｙ，Ｚ座標を、（ケ）で得られたロール、ピッチ、ヨーイングを基に座標系の回転を行い、絶対座標系でのＸ，Ｙ，Ｚ座標に変換する。
（サ）（ク）で求めたカメラ座標系原点の絶対座標系の座標と、(コ)で求めた変換後の座標を合成すると、モーションカメラで対象物を見た際に、絶対座標系で座標が算出できる。 (g) The center coordinates of the LED markers 60B arranged in an L-shape within the field of view of the cameras are read by each camera. This allows the camera coordinate system to be set.
(h) When the three prisms 19 of the construction machine arranged in the absolute coordinate system are measured, the coordinates in the absolute coordinate system of the origin of the camera coordinate system are calculated based on the relationship between the origins of the machine coordinate system and the camera coordinate system.
(i) At this time, the roll, pitch, and yawing caused when a moving part (for example, a boom) of the construction machine is operated become the roll, pitch, and yawing relative to the absolute coordinate system of the camera coordinate system.
(J) The local X, Y, and Z coordinates of the camera coordinate system calculated when the motion camera visually recognizes the target LED marker are converted into X, Y, and Z coordinates in the absolute coordinate system by rotating the coordinate system based on the roll, pitch, and yawing obtained in (K).
By combining the coordinates in the absolute coordinate system of the origin of the camera coordinate system obtained in (sa) and (ku) with the transformed coordinates obtained in (ko), it is possible to calculate the coordinates in the absolute coordinate system when the target object is viewed with the motion camera.

本発明のモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械は、ＮＡＴＭ工法、例えばトンネル内に位置して施工する、コンクリート吹付機（装置）のほか、支保工設置用機械、トンネルドリルジャンボなどの、ＮＡＴＭ工法における建設機械一般に適用可能である。 The construction machine equipped with the motion capture target of the present invention can be applied to general construction machines used in the NATM method, such as concrete spraying machines (equipment) located inside tunnels for construction, as well as machines for installing shoring and tunnel drill jumbos.

１０…コンクリート吹付機（ＮＡＴＭ工法用建設機械）の機械本体、２０…運動部、２２…吹付用ブーム（アーム）、２６…吹付ノズル（機素）、１００…トンネル用モーションキャプチャターゲット、１１０…基板部、１１１…取付部、１２１、１２２、１２３、１２４…ＬＥＤ部。 10...Main body of concrete sprayer (construction machine for NATM method), 20...Moving part, 22...Spraying boom (arm), 26...Spraying nozzle (machine element), 100...Tunnel motion capture target, 110...Base plate part, 111...Mounting part, 121, 122, 123, 124...LED part.

Claims (9)

建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを捕捉するために、前記アーム部の先端部に取り付けられるモーションキャプチャターゲットを含み、
前記ターゲットは、自発光する少なくとも３個のＬＥＤであり、
その少なくとも３個のＬＥＤの配置が、その３個のＬＥＤの配置基準面の中心位置を定める関係にある、
ことを特徴とするモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A motion capture target is attached to the tip of the arm unit in order to capture the position and movement of the element when performing construction work while moving the arm unit of the construction machine and the element attached to the tip of the arm unit,
the target is at least three self-illuminating LEDs;
The arrangement of the at least three LEDs is in a relationship that determines a center position of a reference plane for the arrangement of the three LEDs.
A construction machine equipped with a motion capture target. 前記中心位置と前記３個のＬＥＤとの距離が等しい請求項１記載のモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A construction machine equipped with the motion capture target of claim 1, in which the distance between the central position and the three LEDs is equal. 前記３個のＬＥＤについて、前記中心位置を中心とする隣接するＬＥＤの間の角度が異なるように配置されている請求項１記載のモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A construction machine equipped with a motion capture target according to claim 1, wherein the three LEDs are arranged so that the angles between adjacent LEDs around the central position are different. 建設機械のアーム部及び前記アーム部の先端部に取り付けた機素を動かしながら建設作業する際に、前記機素の位置及び動きを捕捉するために、前記アーム部の先端部に取り付けられるモーションキャプチャターゲットを含み、
前記ターゲットは、自発光する少なくとも４個のＬＥＤであり、そのうちの少なくとも３個のＬＥＤの配置が、その３個のＬＥＤの配置基準面の中心位置を定める関係にある、
ことを特徴とするモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A motion capture target is attached to the tip of the arm unit in order to capture the position and movement of the element when performing construction work while moving the arm unit of the construction machine and the element attached to the tip of the arm unit,
The target is at least four self-emitting LEDs, and the arrangement of at least three of the LEDs is in a relationship that determines the center position of an arrangement reference plane for the three LEDs.
A construction machine equipped with a motion capture target. 前記中心位置と前記３個のＬＥＤとの距離が等しい請求項４記載のモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A construction machine equipped with a motion capture target according to claim 4, in which the distance between the central position and the three LEDs is equal. 前記４個のＬＥＤと前記中心位置との距離が等しく、前記中心位置を中心とする隣接するＬＥＤの間の角度が異なるように配置されている請求項４記載のモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A construction machine equipped with a motion capture target according to claim 4, in which the four LEDs are arranged so that the distances between them and the central position are equal, and the angles between adjacent LEDs around the central position are different. 前記配置基準面上において、前記４個のＬＥＤの配置点が前記中心位置を中心として点対称でない関係にある請求項６記載のモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A construction machine equipped with a motion capture target according to claim 6, wherein the arrangement points of the four LEDs are not point-symmetric with respect to the central position on the arrangement reference plane. 建設機械がコンクリート吹付機であり、前記機素が吹付ノズルであり、前記コンクリート吹付機のアーム部の先端部に取り付けた前記吹付ノズルを動かしながら前記ノズルからトンネル内壁面にコンクリート吹付する、請求項１又は４に記載のモーションキャプチャターゲットを備えた建設機械。 A construction machine equipped with a motion capture target according to claim 1 or 4, in which the construction machine is a concrete sprayer, the machine element is a spray nozzle, and the spray nozzle attached to the tip of the arm of the concrete sprayer is moved while spraying concrete from the nozzle onto the inner wall surface of a tunnel. 請求項８の建設機械を運転するに際し、前記アーム部の先端部又は前記吹付ノズルの位置、並びにロール、ピッチ及びヨー角を含む動きを把握しながら建設機械の運転を行う、モーションキャプチャターゲットを備えた建設機械の運転方法。
A method for operating a construction machine equipped with a motion capture target, in which, when operating the construction machine of claim 8, the construction machine is operated while grasping the position of the tip of the arm portion or the spray nozzle, as well as movements including roll, pitch and yaw angles.

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