JP2024086016A - モーションキャプチャターゲットを備えた建設機械 - 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

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

特開２０１９－１７３３９３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 吹付装置例の側面図である。 平面図である。 吹付ノズルの前後進運動の説明図である。 吹付ノズルの上下運動の説明図である。 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。 図６（ｂ）の左正面図である。 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。 吹付ノズル及びブームの旋回の説明図である。 カメラの説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。 カメラの設置状態及び視野各度例の説明図である。 概要説明図である。 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。 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。 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。 設置状態写真である。 ブーム全体写真である。 視点を異にするブーム写真である。 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。 カメラのキャリブレーションの説明図である。 キャリブレーション全体の説明図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

Claims (9)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
   

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