説明

穿孔装置の穿孔位置決め方法及び建設機械の位置計測方法

【課題】中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことがなく、かつ安価で穿孔装置の位置決めが行える制御方法を提供する。
【解決手段】走行可能な台車14に対し、多関節ブーム11を介して、削岩機13を搭載したガイドシェル12を支持したドリルジャンボ1における穿孔位置決め制御方法であって、ガイドシェル12の少なくとも2箇所以上に超音波発信器8A、8Bを設けるとともに、前記ドリルジャンボ1上の少なくとも3箇所以上に超音波受信器9A〜9Cを夫々設け、穿孔前に、前記ドリルジャンボ1の座標及び姿勢、前記超音波受信器9A〜9Cの各設置座標を既知とした状態で、前記各超音波発信器8A、8Bから発せられた超音波を前記各超音波受信9A〜9Cにより受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェル12の位置及び方向を求め、前記削岩機13を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことが無いとともに、穿孔装置への改造を必要とせずに安価で穿孔の位置決めが行えるようにした穿孔装置の穿孔位置決め制御方法、及び施工現場内を移動する建設機械の位置計測を安価にかつリアルタイムに行えるようにした建設機械の位置計測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ドリルジャンボを用いた穿孔作業に係り、従来は、切羽断面上の穿孔位置に対してレーザー光を照射し、手作業によるマーキングを行っていたが、近年はトンネル掘削作業の自動化、作業の省力化等の要請に従って、削岩機を支持するガイドシェル、ブームの各関節に各種のセンサー(回転角センサ、変位センサ、近接センサ等)を取付けて、ドリルジャンボの基準点の位置を基に各関節の移動量、角度のデータをコンピュータにて演算処理を行い、削岩機の位置決め座標を算出するとともに、ガイドシェル、ブームを作動させるサーボ機構により、前記位置決め座標まで削岩機を自動的に移動させる穿孔位置決め方法(方法1)が採用されるようになってきた。
【0003】
前記方法1においては、各ブーム、センサーの固有の誤差、たわみ、また稼働期間に応じて漸次増大していくピン、ブッシュの摩耗によるガタを含んだものとなり、設定された位置決め座標どおりに削岩機を位置決めしても実際には精度良く削岩機を位置決めできないことが多いため、近年は前記穿孔位置決め制御システムに関しても種々の改良が試みられ、精度向上が図られている。例えば、下記特許文献1では、ドリルジャンボを用いたトンネル掘削による穿孔作業において、省力化と高精度のトンネル掘削を実現するために、台車後方とさく岩機にレーザーターゲットを設け、トンネル抗口側に設置した測量器を用いてドリルジャンボの位置座標を計測し、次に削岩機に設置した視準ターゲットを連続的に視準してその位置を検出し、前記視準ターゲットの位置情報に基づく制御信号により削岩機のサーボ機構を介して削岩機を自動的に動作させ、予め計算された切羽面上の穿孔位置に削岩のビットを誘導して位置決めする穿孔位置決め方法(方法2)が開示されている。
【特許文献1】特開平5−156885号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、前記方法2の場合は、穿孔点から次の穿孔点に削岩機を移動させる際、常にトンネル坑口側に設置した測量器からガイドシェル後端に取り付けた視準ターゲットを視認できることが条件となり、一時的にでも視準ターゲットと測量器との間に障害物が存在し視準できない場合にはブームの移動を行う事ができないとともに、レーザーの自動追尾機能を利用しているため、削岩機の移動速度をレーザー光の移動速度以下とする必要があり、作業性が悪いなどの問題があった。また、複数のブームを有するドリルジャンボに適用する場合、測量器を複数導入する必要があるとともに、センサー取付箇所に加工を施す必要があり、非常にコストが嵩む問題があった。
【0005】
一方、従来より、施工現場を移動する建設機械等の移動体の位置計測においては、GPS(Global Positioning System)を利用した位置計測が行われている。しかし、GPSを用いた計測では、低コストのものは望む精度が得られず、高精度のものはコストが掛かり過ぎるなどの問題があった。また、測位に多くの時間が掛かりリアルタイムに位置計測ができないため実用的でないとともに、深い木々や他の建設重機の移動等の障害によりGPSデータが断片的にしか受信できなくなる場合があったり、狭隘な山岳地帯等で地形的な制約からGPSが全く受信できない場合があるなどの問題があった。
【0006】
そこで、本発明の第1の課題は、中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことがなく、かつ安価で穿孔装置の位置決めが行える制御方法を提供することにある。
【0007】
また、第2の課題は、本発明を応用することにより、建設現場内を移動する建設機械の位置計測を安価にかつリアルタイムに行えるようにした建設機械の位置計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するために請求項1に係る本発明として、走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも2箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車上の少なくとも3箇所以上に超音波受信器を夫々設け、
穿孔前に、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とした状態で、前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記各超音波受信により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【0009】
上記請求項1記載の本発明においては、ガイドシェルの少なくとも2箇所に、例えばガイドシェルの先端及び後端に夫々超音波発信器を設けるとともに、台車上の少なくとも3箇所以上に前記超音波発信器からの超音波を受信する超音波受信器を設けておき、穿孔前に、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とした状態で、前記超音波発信器より発せられた超音波を前記超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記超音波発信器の位置を求めるようにするものである。超音波発信機の位置が求まれば、ガイドシェルの座標位置及び方向が分かるため、この位置計測を繰り返し行うことにより、削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることが可能となる。
【0010】
また、本方法の場合には、ガイドシェルの位置計測に超音波を利用するため、中間に障害物が存在しても、これを迂回して超音波が伝達されるため、測量作業に支障を来すことがないとともに、超音波発信器及び受信器を用いるため安価で位置計測が行えるようになる。
【0011】
さらに、削岩機の誘導機能を有しない既存の削岩機搭載台車に対し、本発明を適用することにより、装置の大幅な改造を必要とすることなく極簡単に、穿孔位置決め機能を持たせることが可能となる。
【0012】
請求項2記載の本発明として、走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも2箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車周囲の、設置点座標が既知とされる少なくとも3箇所以上に超音波受信器を夫々固定的に設け、
前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【0013】
上記請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明と対比すると、超音波受信器を削岩機搭載台車ではなく、その周囲の設置点座標が既知とされる少なくとも3箇所以上に固定的に設けるようにしたものである。前記削岩機搭載台車が、例えば山岳トンネルの発破孔の削孔に用いられる場合には、切羽削孔時に前記削岩機搭載台車は切羽前面に位置し、発破時には待避のために後方側への移動を繰り返すことになる。
【0014】
従って、請求項1記載の発明のように、超音波受信器を削岩機搭載台車上に設けた場合には、穿孔前に、必ず前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器群の各設置座標を既知とするための測量が必要となるが、本請求項2記載の発明の場合には、超音波受信器が座標既知点に固定的に設置されているため、削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器群の各設置座標を既知とする測量手間を省略しても、ガイドシェルの座標及び方向を特定できるようになる。
【0015】
請求項3に係る本発明として、前記ガイドシェルに設ける超音波発信器は、それぞれガイドシェルの長手方向に間隔をおいた位置に夫々設ける請求項1,2いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。ガイドシェルの座標及び方向を正確に測量するには、前記超音波受信器はガイドシェルの長手方向に間隔をおいた位置に夫々設けるようにするのが望ましい。
【0016】
請求項4に係る本発明として、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に少なくとも2点以上の視準ターゲットを設けるとともに、前記削岩機搭載台車を視準できる位置であって、かつ設置点が既知とされる固定位置に測距・測角が可能な測量機器を設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを視準することにより求める請求項1、3いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【0017】
請求項5に係る本発明として、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に測距・測角が可能な測量機器を設けるとともに、該削岩機搭載台車上に前記測量機器との相対座標が既知とされる少なくとも1点以上の視準ターゲットを設け、かつ少なくとも2点以上の視準ターゲットを前記削岩機搭載台車の測量機器から視準できる位置であってかつ設置点が既知とされる固定位置に夫々設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを夫々視準することにより求める請求項1、3いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【0018】
請求項6に係る本発明として、前記削岩機搭載台車は、多関節ブーム及びガイドシェルの可動部分に各種センサーを備えるとともに、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置に移動させる制御器を備え、前記超音波発信器及び超音波受信器により前記ガイドシェルの位置及び方向を求めたならば、前記所定削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させるようにする請求項1〜5いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【0019】
本発明は、削岩機誘導機能を有しない既存の削岩機搭載台車に対して適用する場合には、装置の大幅な改造を必要とすることなく極簡単に、穿孔位置決め機能を持たせることが可能となるものであるが、この場合は頻繁にガイドシェルの位置計測を繰り返し行う必要がある。しかし、本請求項6記載の発明のように、削岩機搭載台車は、多関節ブーム及びガイドシェルの可動部分に各種センサーを備えるとともに、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置に移動させる制御器を備える場合には、1回だけガイドシェルの位置計測を行えば、後は所定の削孔位置までの移動量は演算により求まるため、この移動を前記サーボ機構により行うようにすれば、測量作業を省力化できるようになる。
【0020】
請求項7に係る本発明として、施工現場内を移動する建設機械の位置計測方法であって、前記建設機械に超音波発信器を設けるとともに、前記施工現場内であって座標が既知とされる3点に夫々超音波受信器を固定配置し、前記超音波発信器より発せられた超音波を前記各超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記超音波発信器が取り付けられた建設機械の位置を求めることを特徴とする建設機械の位置計測方法が提供される。
【0021】
本請求項7記載の発明は、本発明を施工現場内を移動する建設機械の位置計測に応用したものである。従って、低コストで高精度の位置計測が可能になるとともに、リアルタイムに建設機械の位置を把握できるようになる。また、深い木々や他の建設重機による障害等の外的錯乱を排除できるようになるとともに、GPSが受信できない狭隘な山岳地帯等であっても何ら問題なく建設機械の位置計測が行えるようになる。
【発明の効果】
【0022】
以上詳説のとおり、請求項1〜6に係る本発明によれば、中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことがなく、かつ安価で穿孔装置の位置決めが行えるようになる。
【0023】
また、請求項7に係る本発明によれば、建設現場内を移動する建設機械の位置計測を安価にかつリアルタイムに行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
〔第1形態例〕
【0025】
〔削岩機搭載台車1の構造〕
削岩機搭載台車1(以下、ドリルジャンボという。)は、図1に示されるように、多関節ブーム11を介して、削岩機13を搭載したガイドシェル12を、走行可能な台車14により支持した構造を成す穿孔装置である。
【0026】
前記多関節ブーム11、ガイドシェル12及び削岩機13からなる穿孔装置本体10は、具体的には図2に示されるように、台車14の基台15上にブーム台16を旋回軸17によって枢着し、このブーム台16に伸縮ブーム18の基端を俯仰軸19によって枢着している。伸縮ブーム18は基端ブーム18Aと先端ブーム18Bとからなり、先端ブーム18Bが基端ブーム18Aに対して伸縮自在にスライドするようになっている。前記基台15とブーム台16との間には旋回用油圧シリンダ20、伸縮ブーム18の基端ブーム18Aとブーム台16との間には俯仰用油圧シリンダ21が設けられており、これによって伸縮ブーム18は、旋回、俯仰可能となっている。
【0027】
先端ブーム18Bの先端部には、チルトボデイ22がチルト軸23によって枢着され、先端ブーム18Bとの間にチルト用油圧シリンダ24を設けチルト可能になっている。チルトボデイ22には、スイングボデイ25がスイング軸26によって枢着され、チルトボデイ22との間にスイング用油圧シリンダ(図示略)を設けてスイング可能になっている。スイングボデイ25にはガイドロータリ27が設けられており、ロータリ軸28を中心としてローテーション可能になっている。ガイドロータリ27には、マウント軸30でガイドマウンチング29が支持され、このガイドマウンチング29でガイドシェル12を前後スライド可能に支承している。ガイドシェル12には、先端にビット13aを取付けたロッド13bが挿着されている削岩機13が搭載されており、削岩機13は前後方向への送りが与えられて切羽Sの岩盤に穿孔する。
【0028】
このドリルジャンボの伸縮ブーム18の旋回軸17、俯仰軸19、チルト軸23、スイング軸26、ロータリ軸28、及び伸縮ブーム18、ガイドマウンチング29、ガイドシェル12のスライド部の各可動部分には、その作動量を検出するための検出器(図示略)が設置されており、旋回角θ1 、俯仰角θ2 、チルト角θ3 、スイング角θ4 、ロータリ角θ5 、ブームスライド長L1 、ガイドスライド長L2 、さく岩機フィード長L3 が検出されるようになっている。
【0029】
このドリルジャンボ1において、削岩機13を搭載したガイドシェル12及びガイドシェル12をガイドマウンチング29で支承する伸縮ブーム18からなる穿孔装置本体10の作動の基準点Jは、ブーム台16の旋回軸17上にある。
【0030】
図1に示すように、このドリルジャンボ1にはコンピュータを用いたサーボ用制御装置2と無線通信機3が搭載されている。サーボ用制御装置2は、予め計画された穿孔パターンに従った位置決め用演算座標データが入力されており、移動量を与えれば、サーボ機構により各可動部分のアクチュエーターを所定量だけ稼働させ、削岩機13のビット13aを所定の穿孔位置に対し位置決めすることが可能となっている。この際、削岩機13の基準点Jに対するビット13a先端の座標は、前記検出器の各検出値(θ1 ,θ2 ,θ3 ,θ4 ,θ5,L1 ,L2 ,L3 )の関数Fとして、また、削岩機13の基準方向に対するガイドシェル12の方向は検出値(θ1 ,θ2 ,θ3 ,θ4 ,θ5 )の関数Gとして前記サーボ用制御装置2のコンピュータで演算し求められる。
【0031】
〔ガイドシェル12の位置計測のための機器〕
前記ドリルジャンボ1に対し、図1、図3及び図4に示されるように、前記ガイドシェル12の少なくとも2箇所以上、図示例ではガイドシェル12の前端及び後端に夫々超音波発信器8A、8B(8A、8B)を設けるとともに、前記ドリルジャンボ1上の少なくとも3箇所以上、図示例では3箇所に超音波受信器9A〜9Cを夫々設ける。前記超音波受信器9A〜9Cの設置位置は、ドリルジャンボ1の後方側に設けた後述の視準ターゲット7A、7Bに対する相対座標が既知とされ、前記視準ターゲット7A、7Bの座標とドリルジャンボ1の姿勢が分かれば、演算により前記超音波受信器9A〜9Cの座標は求まるようになっている。また、ドリルジャンボ1上には、キャリブレーション用の超音波発信器Tを設けておく。このキャリブレーション用超音波発信器Tも前記超音波受信器9A〜9Cとの距離は既知である。
【0032】
前記超音波送信器8A、8B(8A、8B)及び超音波受信器9A〜9Cはそれぞれ、ドリルジャンボ1上に搭載された制御演算器31と信号線によって接続されているとともに、前記制御演算器31は前記サーボ用制御装置2と信号線によって接続されている。
【0033】
前記制御演算器31は、前記超音波発信器8A、8B(8A、8B)から超音波を発信するように指令を出し、その超音波を前記3つの超音波受信器9A〜9Cにより受信させ、その到達所要時間に基づき、超音波発信器8A、8B(8A、8B)から超音波受信器9A〜9Cまでの距離を演算により求める。そして、前記超音波受信器9A〜9Cは、後述の要領により座標が既知とされるため、前記各距離から超音波発信器8A、8B(8A、8B)の座標を演算により求め、ガイドシェル12の座標位置と方向とを求める。なお、ガイドシェル12の座標位置は、実際には削孔点となる削岩機13のビット13aの点での座標とするのが望ましい。
【0034】
〔ドリルジャンボ1の座標及び姿勢計測のための機器〕
前記ドリルジャンボ1の後方側には、図1に示されるように、その後部2箇所に視準ターゲット7A、7Bを設置するとともに、前記ドリルジャンボ1の後方側に前記視準ターゲット7A、7Bの座標を測定可能な測量機器4(例えば、トータルステーション)を設置する。また、前記測量機器4には無線通信機5が接続され、前記ドリルジャンボ1のサーボ用制御器2に接続された無線通信機3と通信可能になっているとともに、前記無線通信機5にはコンピューター6が接続され、該コンピューター6の情報も前記サーボ用制御器2と無線通信機3,5を介して送受信可能となっている。なお、前記サーボ用制御器2と測量機器4,コンピューター6との通信は有線によって行ってもよい。
【0035】
ドリルジャンボ1の座標および姿勢を把握するには、前記ドリルジャンボ1の後部に設置した2つの視準ターゲット7A、7Bを、ドリルジャンボ1の後方側に設置した前記測量機器4により視準し、前記視準ターゲット7A、7Bの座標を求めることにより行う。この場合、前記ドリルジャンボ1の後部に設置した2つの視準ターゲット7A、7Bは、水平方向に離間するとともに、上下方向に高さを異ならせて設置することにより、ドリルジャンボ1の設置座標とともに、ドリルジャンボ1の姿勢状態(ロール角、ピッチ角、ヨー角)を知ることが可能となる。なお、前記ドリルジャンボ1の位置及び姿勢は、後部に1つの視準ターゲットを設置するとともに、3軸角度センサーを機体に取り付け、前記視準ターゲットにより座標を取得し、かつ前記3軸角度センサーにより姿勢状態を把握するようにしてもよい。
【0036】
或いは、図7に示されるように、前記ドリルジャンボ1の座標及び姿勢は、前記ドリルジャンボ1上に測距・測角が可能な測量機器4を設けるとともに、該ドリルジャンボ上に前記測量機器4との相対座標が既知とされる少なくとも1点以上の視準ターゲット33を設け、かつ少なくとも2点以上の視準ターゲット32A、32Bを前記ドリルジャンボ1の測量機器4から視準できる位置であってかつ設置点が既知とされる固定位置に夫々設け、前記測量機器4により前記視準ターゲット32A、32B、33を夫々視準することにより求めるようにしてもよい。
【0037】
〔削岩機の穿孔位置決め制御〕
以下、前記削岩機13の穿孔位置決め制御方法について、手順に従いながら詳述する。
【0038】
先ず最初に、図1に示されるように、ドリルジャンボ1を切羽Sへの穿孔のために切羽手前に定位させる。ドリルジャンボ1を定位させたならば、測量機器4により、ドリルジャンボ1の後方面に設けた視準ターゲット7A、7Bを視準することにより、ドリルジャンボ1の位置座標及び姿勢を算出するとともに、ドリルジャンボ1上に設けた超音波受信器9A〜9Cの設置座標を演算により求め確定する。
【0039】
また、前記超音波発信器8A、8B(8A、8B)及び超音波受信器9A〜9Cによる距離測定に先立ち、補正係数を求めるためにキャリブレーションを行う。キャリブレーションは、図5に示されるように、超音波発信器Tより超音波を発信し(S1)、超音波受信器9A〜9Cのいずれかによりこの超音波を受信する(S2)。そして、超音波発信器Tから超音波受信器9A〜9Cまでの到達所要時間を計測したならば、超音波の波長は既知であるから周波数(波の繰り返し回数)により、超音波発信器Tから各受信器9A〜9Cまでの距離lを算出(S3)し、超音波発信器Tから超音波受信器9A〜9Cまでの真の距離L(測量により既知)とするならば、この真距離Lを計測された距離lで除して補正係数kを求める(S4)。
【0040】
以上の準備測量が完了したならば、本計測に入る。以下、図5のフロー図に従いながら、前記本計測について詳述する。
【0041】
前記超音波発信器8Aより超音波を発信させ(S5)、超音波受信器9A〜9Cで夫々受信する(S6)。次に、超音波発信器8Aから超音波受信器9A〜9C各々までの距離l、l、lを制御演算器31により算出する(S7)。続いて、l、l、lの各値に前記補正係数kを乗じて補正を行い、真の超音波発信器8Aから各超音波受信器9A〜9Cまでの距離L、L、Lを夫々求める(S8)。この後、各距離L〜Lおよび超音波受信器9A〜9Cの設置位置座標は既知とされるから、下式(1)により超音波発信器8Aの座標を演算により求める(S9)。
【0042】
前記演算は、具体的に図6に示されるように、仮に、超音波発信器8Aの設置位置座標をT(x,y,z)、計算を簡単にするため、超音波受信器9A〜9C設置位置の座標を、R1(0,0,0)、R2(a,0,0)、R3(b,c,0)とすると、前記超音波発信器8から各受信器9A〜9Cまでの距離をs、t、u、超音波受信器9Aから超音波受信器9Bまでの距離をp、超音波受信器9Bから超音波受信器9Cまでの距離をqとすると、前記超音波発信器8Aの座標T(X、Y、Z)は、以下の式(1)により求めることができる。
【数1】

【0043】
次に、超音波発信器8Bについても同様の要領により、座標T(X、Y、Z)を求める。
【0044】
ガイドシェル12について、前記超音波発信器8Aの座標T(X、Y、Z)と、超音波発信器8Bの座標T(X、Y、Z)とが求まれば、前記超音波発信器8A及び超音波発信器8Bとの相対位置から削岩機13のビット13aの位置座標と方向とを求めることができる。
【0045】
その後は、削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機13を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。
【0046】
一方のガイドシェル12についても全く同様の手順により、前記超音波発信器8Aの座標T(X、Y、Z)と、超音波発信器8Bの座標T(X、Y、Z)とを求め、前記超音波発信器8A及び超音波発信器8Bとの相対位置から削岩機13のビット13aの位置座標と方向とが求まり、前記所定削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機13を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。
【0047】
〔第2形態例〕
本第2形態例は、第1形態例ではドリルジャンボ1上に設けた超音波受信器9A〜9Cをドリルジャンボ1周囲の、設置点座標が既知とされる少なくとも3箇所以上に夫々固定的に設けるようにし、穿孔前に、前記ドリルジャンボ1の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とするための測量作業を省略可能としたものである。
【0048】
具体的には、図8に示されるように、3つの超音波受信器9A〜9Cを、それぞれトンネル内壁の両側壁及び天端に固定的に設ける。超音波受信器9A〜9Cの設置点は、測量を行い既知としておく。
【0049】
後は、前記第1形態例と同様に、超音波発信器8Aより超音波を発信させ(S5)、超音波受信器9A〜9Cで夫々受信する(S6)。次に、超音波発信器8Aから超音波受信器9A〜9C各々までの距離l、l、lを制御演算器31により算出する(S7)。続いて、l、l、lの各値に前記補正係数kを乗じて補正を行い、真の超音波発信器8Aから各超音波受信器9A〜9Cまでの距離L、L、Lを夫々求める(S8)。この後、各距離L〜Lおよび超音波受信器9A〜9Cの設置位置座標は既知とされるから、超音波発信器8Aの座標を演算により求める(S9)。また、超音波発信器8Bについても同様の要領により、座標T(X、Y、Z)を求める。
【0050】
前記超音波発信器8Aの座標T(X、Y、Z)と、超音波発信器8Bの座標T(X、Y、Z)とが求まれば、前記超音波発信器8A及び超音波発信器8Bとの相対位置から削岩機13のビット13aの位置座標と方向とを求め、その後は、削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機13を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。
【0051】
前記ドリルジャンボ1は、切羽削孔時に切羽前面に位置し、発破時には待避のために後方側への移動を繰り返すことになるため、その度にドリルジャンボ1の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とするための測量作業が必要となり作業が繁雑となる。従って、本第2形態例のように、前記超音波受信器9A〜9Cを座標が既知とされる点に固定配置し、ガイドシェル12の位置及び方向のみを計測するようにすれば、ドリルジャンボ1の位置は問題とならないため、測量作業を大幅に省力化できるようになる。なお、前記ドリルジャンボ1は、トンネル内を自由に移動するため、同図に示されるように、制御演算器31と超音波受信器9A〜9Cとは無線により信号伝送可能とするのが望ましい。
【0052】
〔第3形態例〕
本第3形態例は、本発明を施工現場を移動する建設機械の位置計測に応用するものである。
【0053】
具体的には、図9に示されるように、施工現場内を移動する建設機械34(図示の例ではブルドーザー)に超音波受信器8を設けるとともに、前記施工現場内であって座標が既知とされる3点に夫々超音波受信器9A〜9Cを固定配置するようにする。
【0054】
後は、前記第1、第2形態例と同様に、超音波発信器8より超音波を発信させ、超音波受信器9A〜9Cで夫々受信する。次に、超音波発信器8から超音波受信器9A〜9C各々までの距離l、l、lを制御演算器31により算出する。続いて、l、l、lの各値に前記補正係数kを乗じて補正を行い、真の超音波発信器8から各超音波受信器9A〜9Cまでの距離L、L、Lを夫々求める。この後、各距離L〜Lおよび超音波受信器9A〜9Cの設置位置座標は既知とされるから、超音波発信器8の座標を演算により求め、建設機械34の位置を知ることができる。
【0055】
なお、前記建設機械34は建設現場内を自由に移動するため、制御演算器31と超音波発信器8とは無線により信号伝送可能とするのが望ましい。前記建設機械34としては、前記ブルドーザーに限らず、例えばパワーショベル、トラック等、移動する建設機械であればどのようなものであっても良い。
【0056】
〔他の形態例〕
(1)上記第1、第2形態例では、前記超音波発信器8は、ガイドシェル12の先端及び後端の2箇所に設置するようにしたが、例えば先端部、中間部及び後端部の3箇所に設置するようにしてもよいし、それ以上の個数を設置するようにしてもよい。
(2)上記第1、第2形態例では、ドリルジャンボ1は、サーボ機構を有し削岩機誘導機能を有するドリルジャンボとしたが、削岩機誘導機能を有しないドリルジャンボに対し適用することも可能である。この場合には、頻繁にガイドシェル12の位置計測を繰り返して、所定の削孔位置まで誘導するようにする。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】第1形態例に係るドリルジャンボ1の穿孔位置決め要領を示す、(A)は側面図、(B)は平面図である。
【図2】穿孔装置本体10部分の要部拡大図である。
【図3】超音波発信器8A、8B(8A、8B)及び受信器9A〜9Cを備えたドリルジャンボ1の平面図である。
【図4】ガイドシェル12(8A、8B、8A、8B位置)の位置計測要領の概念図である。
【図5】ガイドシェル12(8A、8B、8A、8B位置)の位置計測要領のフロー図である。
【図6】超音波発信器8Aの座標演算要領を示す座標図である。
【図7】ドリルジャンボ1の位置及び姿勢計測方法の他例を示す図である。
【図8】第2形態例に係るドリルジャンボ1の穿孔位置決め要領を示す、(A)は側面図、(B)は平面図である。
【図9】建設機械の位置計測要領を示す概念平面図である。
【符号の説明】
【0058】
1…ドリルジャンボ、2…サーボ用制御器、3・5…無線通信機、4…測量機器、6…コンピューター、7A・7B・32A・32B・33…視準ターゲット、8A・8B・8A・8B・8…超音波発信器、9A〜9C…超音波受信器、10…穿孔装置本体、31…制御演算器、34…建設機械、S…切羽

【特許請求の範囲】
【請求項1】
走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも2箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車上の少なくとも3箇所以上に超音波受信器を夫々設け、
穿孔前に、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とした状態で、前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記各超音波受信により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項2】
走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも2箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車周囲の、設置点座標が既知とされる少なくとも3箇所以上に超音波受信器を夫々固定的に設け、
前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項3】
前記ガイドシェルに設ける超音波発信器は、それぞれガイドシェルの長手方向に間隔をおいた位置に夫々設ける請求項1,2いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項4】
前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に少なくとも2点以上の視準ターゲットを設けるとともに、前記削岩機搭載台車を視準できる位置であって、かつ設置点が既知とされる固定位置に測距・測角が可能な測量機器を設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを視準することにより求める請求項1、3いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項5】
前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に測距・測角が可能な測量機器を設けるとともに、該削岩機搭載台車上に前記測量機器との相対座標が既知とされる少なくとも1点以上の視準ターゲットを設け、かつ少なくとも2点以上の視準ターゲットを前記削岩機搭載台車の測量機器から視準できる位置であってかつ設置点が既知とされる固定位置に夫々設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを夫々視準することにより求める請求項1、3いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項6】
前記削岩機搭載台車は、多関節ブーム及びガイドシェルの可動部分に各種センサーを備えるとともに、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置に移動させる制御器を備え、前記超音波発信器及び超音波受信器により前記ガイドシェルの位置及び方向を求めたならば、前記所定削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させるようにする請求項1〜5いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項7】
施工現場内を移動する建設機械の位置計測方法であって、前記建設機械に超音波発信器を設けるとともに、前記施工現場内であって座標が既知とされる3点に夫々超音波受信器を固定配置し、前記超音波発信器より発せられた超音波を前記各超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記超音波発信器が取り付けられた建設機械の位置を求めることを特徴とする建設機械の位置計測方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2006−16781(P2006−16781A)
【公開日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−193294(P2004−193294)
【出願日】平成16年6月30日(2004.6.30)
【出願人】(591284601)株式会社演算工房 (22)
【Fターム(参考)】