JP5583477B2

JP5583477B2 - トータルステーション用ターゲット及びそれを用いた建設用作業機械の制御方法

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Publication number: JP5583477B2
Application number: JP2010118919A
Authority: JP
Inventors: 富男稲葉; 政芳田中
Original assignee: 株式会社ソーキ
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: JP2011247652A

Description

本発明は、トータルステーションの自動追尾目標として機能するトータルステーション用ターゲット及びそれを用いた建設用作業機械の制御方法に関する。

従来より距離測定、水平角、鉛直角の測定を行う測量装置として、追尾機能を有する測量装置としてトータルステーションが知られている。このようなトータルステーションでは、該トータルステーションが具備する視準望遠鏡によりコーナキューブ等の対象反射体（トータルステーション用ターゲット）を視準し、視準望遠鏡から追尾光を射出し、前記ターゲットが移動した場合には、前記ターゲットからの反射光を受光するようにして、前記ターゲットを自動的に追尾するようになっている。

上記のようなトータルステーションを利用し、ブルドーザーなどの建設用作業機械を自動的にコントロールするシステムが種々提案されている。このようなシステムとしては、例えば、ブルドーザーのブレードにトータルステーション用ターゲットを立設させ、当該ターゲットを追尾目標としてトータルステーションで追尾するように設定する。そして、施工計画された工事区間の各水平座標位置における仕上げ面の高さとして定義される仕上げ面高さデータが記憶保存されているパーソナルコンピュータに対して、トータルステーションは前記ターゲットを追尾して既知座標点Ｏから前記ターゲットまでの距離、基準方向から前記ターゲットが存在する方向までの水平角を測定し、既知座標点Ｏを基準とした追尾目標の水平座標位置を求め、この水平座標位置データをパーソナルコンピュータに転送する。パーソナルコンピュータは求められた各水平座標位置における仕上げ面高さデータ、すなわち、既知座標点Ｏからの仕上げ面高さデータを呼び出し、ブルドーザーのブレードの油圧制御機器に転送する。前記油圧制御機器は受信された仕上げ面高さデータに基づきブレードを制御し、ブレードは土地が設計された仕上げ高さ（施工高さ）となるようにその土地を掘削又は切削する。このようなトータルステーションを利用した建設用作業機械としては、例えば、特許文献１（特開平１１−２３６７１６号公報）に開示されているようなものが知られている。
特開平１１−２３６７１６号公報

従来のシステムにおいては、トータルステーション用ターゲットをポールなどの先端に取り付け、このポールの根元部を建設用作業機械のブレードなどの可動部に設けて、前記ターゲットの高さをかせぐことにより、トータルステーションから良好な視界を得て、自動追尾を行いやすいようにしている。しかしながら、このような構成であると、ポールの傾きによって生じる誤差が大きくなり、精度の高い水平座標位置データを求めることができず問題であった。また、このようなデータに基づいて建設用作業機械の可動部を制御すると、精度の高い施工を行うことができない、という問題があった。

上記のような問題、課題を解決するために、請求項１に係る発明は、トータルステーションから射出されるレーザー光を反射する光学部と、前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における第１の軸の周りの傾きを検出する第１の傾斜センサと、前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における前記第１の軸と直交する第２の軸の周りの傾きを検出する第２の傾斜センサと、前記第１の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第１位置決め用目印と、前記第２の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第２位置決め用目印と、を有する天面と、前記第１の傾斜センサによって検出された第１検出情報と、前記第２の傾斜センサによって検出された第２検出情報とを出力する出力部と、を有することを特徴とするトータルステーション用ターゲットである。

また、請求項２に係る発明は、トータルステーションから射出されるレーザー光を反射する光学部と、前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における第１の軸の周りの傾きを検出する第１の傾斜センサと、前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における前記第１の軸と直交する第２の軸の周りの傾きを検出する第２の傾斜センサと、前記第１の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第１位置決め用目印と、前記第２の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第２位置決め用目印と、を有する天面と、前記第１の傾斜センサによって検出された第１検出情報と、前記第２の傾斜センサによって検出された第２検出情報とを出力する出力部と、を有するトータルステーション用ターゲットを、建設用作業機械の可動部に装着し、トータルステーションによって前記トータルステーション用ターゲットの自動追尾を行い、前記前記トータルステーション用ターゲットの位置情報を取得し、前記トータルステーション用ターゲットの前記出力部から出力される前記第１検出情報と前記第２検出情報を取得し、前記位置情報と前前記第１検出情報と前記第２検出情報とから前記可動部における所定箇所の位置座標を算出し、算出された前記位置座標に基づいて前記可動部の位置制御を行うことを特徴とするトータルステーション用ターゲットを用いた建設用作業機械の制御方法である。

本発明のトータルステーション用ターゲット及びそれを用いた建設用作業機械の制御方法によれば、傾斜センサに基づく傾斜情報を考慮した、精度の高い水平座標位置データを求めることが可能となるので、このようなデータに基づいて建設用作業機械の可動部を制御すると、精度の高い制御を行うことができるようになる。

本発明の実施の形態に係るトータルステーション用ターゲットと及びそれを用いた建設用作業機械の制御システム構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットの概略を説明する図である。本発明の他の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットの概略を説明する図である。本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットを用いた位置座標データの算出工程を説明する図である。直線Ａ−Ｂのｘｚ平面投影である直線Ａ’−Ｂ’を示す図である。直線Ａ−Ｂのｙｚ平面投影である直線Ａ’’−Ｂ’’を示す図である。本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットによる検出データに基づいて排土ブレードを制御する方法を説明する図である。本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットによる排土ブレードの制御フローチャートの一例を示す図である。本発明の他の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットの概略を説明する図である。本発明の他の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットの排土ブレードへの適用例を説明する図である。本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットによる検出データに基づいてスクリード５５０を制御する方法を説明する図である。トータルステーション用ターゲットを用いたスクリード制御システムのブロック構成の概略を示す図である。本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００によるスクリード５５０の制御フローチャートの一例を示す図である。本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットをスリップフォーム装置に適用した例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本発明の実施の形態に係るトータルステーション用ターゲット１００と及びそれを用いた建設用作業機械の制御システ
ム構成の概略を示す図である。図１において、１００はトータルステーション用ターゲット、２００はこのトータルステーション用ターゲット１００及びトータルステーション３００とデータ通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ、３００はトータルステーションをそれぞれ示している。

図１で示すトータルステーション３００は、トータルステーション用ターゲット１００に向けてパルスレーザ光線を照射し、測定点からのパルス反射光を受光して、各パルス毎に測距を行い、測距結果を平均化して高精度の距離測定を行うものである。また、トータルステーション３００は、測距と同時に、パルスレーザ光線の射出方向に係る鉛直角度、水平角度を算出することによって、トータルステーション用ターゲット１００における位置座標データを算出することができるようになっている。

また、トータルステーション３００は、ターゲットを自動追尾して、このターゲットに対して光波を射出するようになっており、例えば、ニコントリンブル社製トータルステーション５６００ＡＴＳなどを用いることができる。このようなトータルステーション３００は一般的に、外部の情報処理装置と接続可能なインターフェイスが設けられている。

本発明に係るトータルステーション用ターゲット１００及びトータルステーション３００と通信可能に接続されるパーソナルコンピュータ２００としては現在普及している汎用のものを用いることができる。トータルステーション用ターゲット１００及びトータルステーション３００とパーソナルコンピュータ２００とのデータ通信接続にはＲＳ２３２Ｃなどの規格の有線による通信を用いることができるし、また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ／ｇ／ｎなどの通信規格の無線通信のいずれも用いることができる。

本発明に係るトータルステーション用ターゲット１００は、ポールを介して建設用作業機械の可動部に取り付けられ、トータルステーション３００がこれを自動追尾することによってトータルステーション用ターゲット１００の位置座標データが求められ、さらにこれから建設用作業機械の可動部の所定位置における位置座標データを算出するようにして用いられる。

次に、このようなトータルステーション用ターゲット１００についてより詳しく説明する。図２は本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットの概略を説明する図である。図２は
本発明に係るトータルステーション用ターゲット１００は、概略、光学部１１０及び傾斜センサ部１２０の２つの機能部から構成されている。トータルステーション用ターゲット１００の光学部１１０には、トータルステーション３００から射出されるレーザー光を反射するプリズムなどが設けられており、これによりトータルステーション３００はプリズムを目標とし、トータルステーション用ターゲット１００を自動追尾することができるようになっている。この光学部１１０は従来の周知のものを適宜利用することが可能である。

一方、本発明に係るトータルステーション用ターゲット１００においては、この光学部１１０と間の相対位置が変化することがないようにして傾斜センサ部１２０が固定されている。この傾斜センサ部１２０内に配されている第１傾斜センサ１２１及び第２傾斜センサ１２２によって、トータルステーション用ターゲット１００が、どの程度傾斜したかに係る情報を取得することができるようになっている。

より具体的には、傾斜センサ部１２０内には、前記光学部１１０と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内におけるｘ軸の周りの傾き角度（β°）を検出する第１傾斜センサ１２１と、前記光学部１１０と間の相対位置が変化すること
がないように固定されると共に、水平面内における前記ｘ軸と直交するｙ軸の周りの傾き角度（α°）を検出する第２傾斜センサ１２２とが設けられている。

なお、本実施形態においては、前記ｘ軸と前記ｙ軸とが直交することを前提としたが、データ処理時における演算等が複雑となることを厭わなければ、ｘ軸とｙ軸とが直交するように構成することは必須の構成要件とはならない。

また、第１傾斜センサ１２１によって検出された傾きデータである第１検出情報と、前記第２傾斜センサ１２２によって検出された傾きデータである第２検出情報とは、傾斜センサ部１２０内に設けられた出力部１２３から、外部にデータ出力されるようになっている。出力部１２３から出力されたデータは、有線又は無線によるデータ通信で、パーソナルコンピュータ２００に入力され、パーソナルコンピュータ２００において適宜データ処理される。

上記のように構成されるトータルステーション用ターゲット１００は、例えば長さＤのポール１３０を介して、建設用作業機械のブレードなどの可動部に取り付けられる。そして、パーソナルコンピュータ２００は、トータルステーション３００で取得される位置データと、第１傾斜センサ１２１によって検出された傾き角度データ（第１検出情報）と、前記第２傾斜センサ１２２によって検出された傾き角度データ（第２検出情報）と、から建設用作業機械の可動部の所定位置を算出するよう構成される。

次に、トータルステーション用ターゲット１００の変形例について説明する。図３は本発明の他の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットの概略を説明する図である。先の図２に示す実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００においては、光学部１１０と傾斜センサ部１２０とが一体的に設けられていたが、図３に示す他の実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００においては、光学部１１０と傾斜センサ部１２０とは、ポール１３０の一部などからなる連結部１３１によって所定距離保たれて設けられるようになっている。

このような実施形態においても傾斜センサ部１２０内には、光学部１１０と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内におけるｘ軸の周りの傾き角度（β°）を検出する第１傾斜センサ１２１と、前記光学部１１０と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における前記ｘ軸と直交するｙ軸の周りの傾き角度（α°）を検出する第２傾斜センサ１２２と、第１傾斜センサ１２１によって検出された傾きデータである第１検出情報と、前記第２傾斜センサ１２２によって検出された傾きデータである第２検出情報とを外部にデータ出力する出力部１２３とが設けられることにより、先の実施形態と同様の機能を付与させることができる。

以上のように構成されるトータルステーション用ターゲット１００から取得されるデータに基づいて、建設用作業機械の可動部の所定位置を算出する方法を具体的に説明する。以下において、図２に示すように、トータルステーション用ターゲット１００が長さＤのポール１３０に取り付けられている場合に基づいて説明する。トータルステーション用ターゲット１００における位置座標データ（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）がトータルステーション３０
０で取得され、第１傾斜センサ１２１によって傾き角度データβ°が、また、第２傾斜センサ１２２によって傾き角度データα°が検出されたときにおけるポール１３０先端部における位置座標データ（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を算出する方法について説明する。

図４は本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００を用いた位置座標データの算出工程を説明する図である。図において、Ａはトータルステーション用ターゲット１００における位置座標データ（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）を示しており、Ｂはポール１
３０の先端部における位置座標データ（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を示している。

また、Ａ’−Ｂ’はＡ−Ｂをｘｚ平面に投影したものを示している。このとき図４（Ａ）に示すように定義されるα°が、第２傾斜センサ１２２が検出する傾き角度として定義される。また、Ａ’’−Ｂ’’はＡ−Ｂをｙｚ平面に投影したものを示している。このとき図４（Ｂ）に示すように定義されるβ°が、第１傾斜センサ１２１が検出する傾き角度として定義される。

図５は直線Ａ−Ｂのｘｚ平面投影である直線Ａ’−Ｂ’を示す図である。当該図から下記（１）式を得ることができる。

また、図６は直線Ａ−Ｂのｙｚ平面投影である直線Ａ’’−Ｂ’’を示す図である。当該図から下記（２）式を得ることができる。

また、点Ａと点Ｂとの間の距離はＤであるので下記（３）式が成立する。

（１）式と（２）式とを（３）式に代入することにより、下記（４）式を得ることができる。

ただし、

また、（４）式を（１）式に代入することによって下記（６）式を得ることができる。

同様にして、（４）式を（２）式に代入することによって下記（７）式を得ることができる。

以上に示すように、トータルステーション用ターゲット１００における位置座標データ（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）と、第１傾斜センサ１２１が検出する傾き角度β°と、第２傾斜セン
サ１２２が検出する傾き角度α°とから、ポール１３０の先端部における位置座標データ（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を求めることができる。同様にして、ポール１３０が取り付けられた建設用作業機械における可動部の所定位置の位置座標データについても、パーソナルコンピュータ２００によって算出することができる。

次に、以上のようなトータルステーション用ターゲット１００を建設用作業機械の可動部に取り付けて該可動部を制御する実施形態について説明する。図７は本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００による検出データに基づいて排土ブレード４１３を制御する方法を説明する図である。図７においては、建設用作業機械としてブルドーザー４００を例にとり、その可動部である排土ブレード４１３にトータルステーション用ターゲット１００を取り付けて、設計データ（仕上げ面高さデータ）に基づいて排土ブレード４１３の高さを制御する例について説明する。

ブルドーザー４００においては、排土ブレード４１３を有しており、この排土ブレード４１３がブレード昇降機構部４１２によって昇降されるように構成されている。ブレード昇降制御部４１１は通信部４１０で受信される指令に基づいて、ブレード昇降機構部４１２に対する制御指令を発するようになっている。

パーソナルコンピュータ２００は、トータルステーション用ターゲット１００からデータ（距離、鉛直角度、水平角度）を取得して、それに基づいてトータルステーション用ターゲット１００の位置座標データ位置座標データ（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）を算出する。一方、
パーソナルコンピュータ２００は、トータルステーション用ターゲット１００の出力部１２３から無線通信によりその傾きデータ（α°、β°）を取得して、排土ブレード４１３の最下部における所定位置の位置座標データ（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を算出することができるようになっている。なお、簡単のために、ポール１３０が延在する方向に排土ブレード４１３の最下部が存在するものとする。また、ポール１３０は、排土ブレード４１３の上部における、排土ブレード４１３の幅方向略中央付近に取り付けられている。本例では、トータルステーション用ターゲット１００から距離Ｄのところに、排土ブレード４１３の最下部における（ｘ’，ｙ’，ｚ’）がくるものとする。また、パーソナルコンピュータ２００は、仕上げ面高さデータに係る設計データ２１０をその記憶手段に有しており、これを参照することができるようになっている。また、パーソナルコンピュータ２００からは、ブルドーザー４００の通信部４１０に対して制御指令を送信可能に構成されている。

以上のような構成に基づくブルドーザー４００の排土ブレード４１３の昇降制御のための処理について説明する。図８は本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲ
ット１００による排土ブレード４１３の制御フローチャートの一例を示す図である。このような制御フローチャートは例えばパーソナルコンピュータ２００において実行される。

図８において、ステップＳ１００で、パーソナルコンピュータ２００による処理が開始されると、続いて、ステップＳ１０１で、トータルステーション３００から、トータルステーション用ターゲット１００の位置測定情報（距離、鉛直角度、水平角度）を取得する。そして、次に、ステップＳ１０２で、取得された距離、鉛直角度、水平角度から直交座標系（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）位置情報を演算する。

続いて、ステップＳ１０３において、トータルステーション用ターゲット１００から第１傾斜センサ１２１及び第２傾斜センサ１２２の傾き角度情報（α°、β°））を受信する。続いて、ステップＳ１０４において、ブレード最下部の位置情報（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を算出する。なお、この算出のためには、図４乃至図６に関連して説明した算出方法が用いられる。ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出されたｚ’と、仕上げ面の高さとして定義される設計データ２１０との比較を行う。

ステップＳ１０６においては、ステップＳ１０６における比較結果の乖離が所定値以上であるか否かが判定される。ステップＳ１０６における判定結果がＮＯである場合には、再びステップＳ１０１に戻りループする。一方、判定結果がＹＥＳである場合には、ステップＳ１０７に進み、ブルドーザー４００の通信部４１０に対して、ブレードの昇降動作に関する制御指令を送信する。

以上のように、本発明のトータルステーション用ターゲット１００及びそれを用いた建設用作業機械（ブルドーザー４００）の制御方法によれば、トータルステーション用ターゲット１００の傾斜を考慮した精度の高い水平座標位置データを求めることが可能となる。また、このようなデータに基づいて建設用作業機械の可動部（排土ブレード４１３）を制御するので、精度の高い制御を行うことができるようになる。

次に本発明の他の実施形態について説明する。図９は本発明の他の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットの概略を説明する図である。図９に示す実施形態は、トータルステーション用ターゲット１００頂部の天面において、取り付け位置決め用目印が設けられている点で、先の実施形態と相違するものである。図９において、図２と同様の符号が付されている構成については、先の実施形態と同様のものであるので説明を省略する。

これまで説明してきたように、第１傾斜センサ１２１はｘ軸の周りの傾き角度（β°）を検出し、第２傾斜センサ１２２はｙ軸の周りの傾き角度（α°）を検出するが、上記のようなｘ軸と、ｙ軸とを把握した上で、トータルステーション用ターゲット１００を建設用作業機械の可動部に取り付けることができれば、建設用作業機械の可動部における所定位置の算出を行いやすい。そこで、本実施形態では、トータルステーション用ターゲット１００の天面において、取り付け位置決め用目印１４０を設けて、ｘ軸とｙ軸とを目視によって把握可能に構成している。

取り付け位置決め用目印１４０は、２つの取り付け位置決め用の照準線である第１位置決め用目印１４１及び第２位置決め用目印１４２からなっている。第１位置決め用目印１４１は第１傾斜センサ１２１が傾きを検出するときに基準とするｘ軸の方向を示し、第２位置決め用目印１４２は第２傾斜センサ１２２が傾きを検出するときに基準とするｙ軸の方向を示している。

以上のような第１位置決め用目印１４１及び第２位置決め用目印１４２からなる取り付
け位置決め用目印１４０が設けられたトータルステーション用ターゲット１００によれば、建設用作業機械の可動部における第１の所定位置と、さらにこれとは異なる第２の所定位置を算出することが容易となる。このことを建設用作業機械としてブルドーザー４００を例にとり、その可動部である排土ブレード４１３にトータルステーション用ターゲット１００を取り付ける場合で説明する。なお、以下、図７に示すブルドーザー４００と同じものを例にとり説明する。

図１０は、図９に示す他の実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００の排土ブレード４１３への適用例を説明する図である。図１０に示す適用例においては、トータルステーション用ターゲット１００を排土ブレード４１３に取り付ける際には、第１位置決め用目印１４１及び第２位置決め用目印１４２を参照して、排土ブレード４１３の幅方向がｘ軸方向と同方向となるように、また、ブルドーザー４００の進行方向がｙ軸方向と同方向となるようにして取り付ける。さらに、ポール１３０は、排土ブレード４１３の上部における、排土ブレード４１３の幅方向の一方端付近に取り付けられている。これにより、
上記のような適用例によれば、トータルステーション用ターゲット１００から距離Ｄのところにある、排土ブレード４１３の最下部（ｘ’，ｙ’，ｚ’）が、これまで説明した方法と同様の方法により算出可能であると共に、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）から排土ブレード４１３の幅方向にＷ移動した点（ｘ’’，ｙ’’，ｚ’’）を第２傾斜センサ１２２で検出される傾き角度（α°）に基づいて容易に算出することができる。

以上のような実施形態によれば、建設用作業機械の可動部における第１の所定位置と、さらにこれとは異なる第２の所定位置を算出することが容易となり、第１の所定位置及び第２の所定位置の２つの位置に基づいて、建設用作業機械の可動部を制御することで、より精度の高い制御を行うことができるようになる。

次に、本発明に係るトータルステーション用ターゲット１００を他の建設用作業機械の可動部に取り付けて該可動部を制御する他の実施形態について説明する。図１１は本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００による検出データに基づいてスクリード５５０を制御する方法を説明する図であり、また、図１２はトータルステーション用ターゲット１００を用いたスクリード５５０制御システムのブロック構成の概略を示す図である。また、図１１及び図１２においては、建設用作業機械としてスリップフォームぺーバー５００を例にとり、その可動部であるスクリード５５０にトータルステーション用ターゲット１００を２基取り付けて、設計データ（仕上げ面高さデータ）に基づいてスクリード５５０の高さを制御する例について説明する。

図１１及び図１２において、５００はスリップフォームぺーバー、５０１は主制御部、５０２は通信部、５１０は右前クローラー走行部、５１１は右前昇降制御部、５１２は右前昇降機構部、５１５は右前連結部、５２０は左前クローラー走行部、５２１は左前昇降制御部、５２２は左前昇降機構部、５２５は左前連結部、５３０は右後クローラー走行部、５３１は右後昇降制御部、５３２は右後昇降機構部、５３５は右後連結部、５４０は左後クローラー走行部、５４１は左後昇降制御部、５４２は左後昇降機構部、５４５は左後連結部、５５０はスクリードをそれぞれ示している。

図１１に示すようなスリップフォームぺーバー５００は、滑走路や道路のような、同一断面の連続した舗装構造物を構築するために、コンクリート等の舗装材を所定の形状に成形するスリップフォーム工法で用いられるものである。このスリップフォーム工法では、ダンプ等の運搬車両から供給された舗装材を、スリップフォームペーバ５００を使用して、舗装材を敷き均し、所定の断面形状に成形する。

このスリップフォーム工法に使用されるスリップフォームペーバ５００は、前後左右に設けられた自走式の台車であるクローラー走行部５１０、５２０、５３０、５４０と、これらクローラー走行部と連結部５１５、５２５、５３５、５４５によって連結され、所定の断面形状に舗装材を敷き均すスクリード５５０と、を有して構成されている。

それぞれのクローラー走行部５１０、５２０、５３０、５４０には、速度ｖを制御するための速度制御機構部と、それぞれのクローラー走行部の操舵角θ_fr、θ_fl、θ_rr、θ_rlを制御するための操舵角制御機構部、及び、前記連結部５１５、５２５、５３５、５４５の高さｈ_fr、ｈ_fl、ｈ_rr、ｈ_rlを制御するための昇降機構部５１２、５２２、５３２、５４２が設けられている。

スリップフォーム工法においては、スクリード５５０の高さにより仕上げ面の高さが決定されるが、スクリード５５０の高さは、昇降機構部５１２、５２２、５３２、５４２によって高さｈ_fr、ｈ_fl、ｈ_rr、ｈ_rlが調整されることによって決めることができる。

そこで、上記のような昇降機構部５１２、５２２、５３２、５４２に対する高さ制御の指令値を算出するために、本実施形態においては、スリップフォームぺーバー５００（建設用作業機械）の可動部であるスクリード５５０の位置をトータルステーション用ターゲット１００により把握するようにしている。より具体的には、スリップフォームぺーバー５００の長手方向両端部それぞれに本発明に係るトータルステーション用ターゲット１００ｒ、１００ｌを図示するように設ける。ここで、スクリード５５０で均そうとする道路などの幅員方向に傾斜が存在しないような場合においても、トータルステーション用ターゲット１００を１基のみ設けるようにするのではなく、スクリード５５０の両端にトータルステーション用ターゲット１００を２基設けることが重要である。なぜならば、スクリード５５０にはたわみやねじれが生じるので、１基のトータルステーション用ターゲット１００でスクリード５５０の底面部の高さを算出すると、所定の精度を得ることができないからである。

トータルステーション用ターゲット１００ｒの位置座標（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）に係るデー
タを得るために、トータルステーション用ターゲット１００ｒを自動追尾するトータルステーション３００ｒが、また、トータルステーション用ターゲット１００ｌの位置座標（ｘ₂，ｙ₂，ｚ₂）に係るデータを得るために、トータルステーション用ターゲット１００
ｌを自動追尾するトータルステーション３００ｌが設けられ、トータルステーション３００ｒ、３００ｌで取得されたデータ（距離、鉛直角度、水平角度）は、パーソナルコンピュータ２００に入力され、先の２つの位置座標が演算される。

さらに、パーソナルコンピュータ２００は、トータルステーション用ターゲット１００ｒ、１００ｌの各出力部から無線通信によりそれぞれの傾きデータ（α_r°、β_r°及びα_l°、β_l°）を取得して、スクリード５５０の両端部における最下部置の位置座標データ（ｘ₁’，ｙ₁’，ｚ₁’）及び（ｘ₂’，ｙ₂’，ｚ₂’）を算出することができるようになっている。

なお、本例では、トータルステーション用ターゲット１００ｒから鉛直下方に向け距離Ｄ₁のところに、スクリード５５０の位置座標（ｘ₁’，ｙ₁’，ｚ₁’）が、また、トータルステーション用ターゲット１００ｌから鉛直下方に向け距離Ｄ₂のところに、スクリー
ド５５０の最下部の位置座標（ｘ₂’，ｙ₂’，ｚ₂’）が配されるように設定されている
。これにより、式（１）乃至式（７）で説明した算出方法を適用することにより、（ｘ₁
’，ｙ₁’，ｚ₁’）及び（ｘ₂’，ｙ₂’，ｚ₂’）を算出することができる。

パーソナルコンピュータ２００は、スクリード５５０で均す仕上げ面の高さデータに係
る設計データ２１０をその記憶手段に有しており、これを参照することができるようになっている。また、パーソナルコンピュータ２００からは、スリップフォームぺーバー５００の通信部５０２に対して制御指令を送信可能に構成されている。

スリップフォームぺーバー５００においては、連結部５１５、５２５、５３５、５４５の高さｈ_fr、ｈ_fl、ｈ_rr、ｈ_rlを調整する昇降機構部５１２、５２２、５３２、５４に対して、昇降制御部５１１、５２１、５３１、５３１が制御指令を行うようになっており、この制御指令は主制御部５０１から送信される。主制御部５０１に対する指令は、通信部５０２を介して、パーソナルコンピュータ２００から受信することができるようになっている。

以上のような構成に基づくスリップフォームぺーバー５００のスクリード５５０の昇降制御のための処理について説明する。図１３は本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲット１００によるスクリード５５０の制御フローチャートの一例を示す図である。このような制御フローチャートは例えばパーソナルコンピュータ２００において実行される。

ステップＳ２００で、パーソナルコンピュータ２００による処理が開始されると、続いて、ステップＳ２０１において、トータルステーション３００ｒ、３００ｌから、それぞれが自動追尾しているトータルステーション用ターゲット１００ｒ、１００ｌの位置測定情報（距離、鉛直角度、水平角度）を取得する。

ステップＳ２０２では、トータルステーション３００ｒ、３００ｌから取得された距離、鉛直角度、水平角度に基づいて、それぞれのターゲットの直交座標系位置情報（ｘ₁，
ｙ₁，ｚ₁）及び（ｘ₂，ｙ₂，ｚ₂）を演算する。

ステップＳ２０３においては、左右のトータルステーション用ターゲット１００ｒ、１００ｌから、それぞれの傾斜センサ部１２０における第１傾斜センサ１２１、第２傾斜センサ１２２で検出された傾斜センサ検出情報（α_r，β_r）及び（α_l，β_l）を受信する。

ステップＳ２０４では、トータルステーション３００ｒの位置座標（ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁）
と傾斜センサ検出情報（α_r，β_r）とからスクリード５５０の右端下部の位置情報（ｘ₁
’，ｙ₁’，ｚ₁’）を算出し、トータルステーション３００ｌの位置座標（ｘ₂，ｙ₂，ｚ₂）と傾斜センサ検出情報（α_l，β_l）とからスクリード５５０の左端下部の位置情報（
ｘ₂’，ｙ₂’，ｚ₂’）を算出する。このときの算出方法は、これまでに説明したものを
用いることができる。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で算出されたｚ₁’及びｚ₂’を、仕上げ面の高さとして規定されている設計データ２１０との比較を行う。

ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５の比較に基づいて各昇降部の目標高さ（ｈ_fr，ｈ_fl，ｈ_rr，ｈ_rl）を演算し、ステップＳ２０７で、スリップフォームぺーバー５００の通信部５０２に対し、昇降部制御指令を送信する。

以上、本発明のトータルステーション用ターゲット１００及びそれを用いた建設用作業機械（スリップフォームぺーバー５００）の制御方法によれば、トータルステーション用ターゲット１００の傾斜を考慮した精度の高い水平座標位置データを求めることが可能となる。また、このようなデータに基づいて建設用作業機械の可動部（スクリード５５０）を制御するので、精度の高い制御を行うことができるようになる。

次に、本発明に係るトータルステーション用ターゲット１００を他の建設用作業機械の可動部に取り付けて該可動部を制御する他の実施形態について説明する。図１４は本発明の実施形態に係るトータルステーション用ターゲットをスリップフォーム装置に適用した例を説明する図である。

図１４に示すスリップフォーム装置６００において、先の図１１に示す実施形態と同様の参照番号が付された構成につては同様のものであるので説明を省略する。本実施形態におけるスリップフォーム装置６００では、先のスクリード５５０に代えて、中央連結部６０５が設けられている。そして、この中央連結部６０５から延在する側方連結部６１０の先端部に、型枠（スリップフォーム）６２０が設けられる構成となっている。このようなスリップフォーム装置６００によれば、型枠（スリップフォーム）６２０に対して、不図示の注入装置により、コンクリートが矢印Ｃのごとく注入されつつ、さらに、クローラー走行部５１０、５２０、５３０、５４０によって型枠（スリップフォーム）６２０が移動されることで、連続的なコンクリート成形物を施工することが可能となる。

上記のようなスリップフォーム装置６００を用いたスリップフォーム工法においては、型枠（スリップフォーム）６２０の高さにより仕上げ面の高さが決定されるが、型枠（スリップフォーム）６２０の高さは、昇降機構部５１２、５２２、５３２、５４２によって高さｈ_fr、ｈ_fl、ｈ_rr、ｈ_rlが調整されることによって決められる。

上記のような昇降機構部５１２、５２２、５３２、５４２に対する高さ制御の指令値を算出するために、本実施形態においては、スリップフォーム装置６００における型枠（スリップフォーム）６２０の前後に、トータルステーション用ターゲット１００ｆ、１００ｒを取り付けることで、型枠（スリップフォーム）６２０の位置を把握するようにしている。

また、本実施形態においては、トータルステーション用ターゲット１００ｆの位置座標（ｘ_f，ｙ_f，ｚ_f）に係るデータを得るために、トータルステーション用ターゲット１０
０ｆを自動追尾するトータルステーション３００ｆが、また、トータルステーション用ターゲット１００ｒの位置座標（ｘ_r，ｙ_r，ｚ_r）に係るデータを得るために、トータルス
テーション用ターゲット１００ｒを自動追尾するトータルステーション３００ｒが設けられ、トータルステーション３００ｒ、３００ｌで取得されたデータ（距離、鉛直角度、水平角度）は、パーソナルコンピュータ２００に入力され、２つの位置座標（ｘ_f’，ｙ_f’，ｚ_f’）、（ｘ_r’，ｙ_r’，ｚ_r’）が演算される。演算の方法については、これまで説明した方法と同様のものを用いるようにするため細かい説明は省略する。

以上、本発明のトータルステーション用ターゲット及びそれを用いた建設用作業機械の制御方法によれば、傾斜センサに基づく傾斜情報を考慮した、精度の高い水平座標位置データを求めることが可能となるので、このようなデータに基づいて建設用作業機械の可動部を制御すると、精度の高い制御を行うことができるようになる。

１００、１００ｒ、１００ｌ、１００ｆ、１００ｒ・・・トータルステーション用ターゲット
１１０・・・光学部
１２０・・・傾斜センサ部
１２１・・・第１傾斜センサ
１２２・・・第２傾斜センサ
１２３・・・出力部
１３０・・・ポール
１３１・・・連結部
１４０・・・取り付け位置決め用目印
１４１・・・第１位置決め用目印
１４２・・・第２位置決め用目印
２００・・・パーソナルコンピュータ
２１０・・・設計データ
３００、３００ｒ、３００ｌ・・・トータルステーション
４００・・・ブルドーザー（建設用作業機械）
４１０・・・通信部
４１１・・・ブレード昇降制御部
４１２・・・ブレード昇降機構部
４１３・・・排土ブレード（可動部）
５００・・・スリップフォームぺーバー（建設用作業機械）
５０１・・・主制御部
５０２・・・通信部
５１０・・・右前クローラー走行部
５１１・・・右前昇降制御部
５１２・・・右前昇降機構部
５１５・・・右前連結部
５２０・・・左前クローラー走行部
５２１・・・左前昇降制御部
５２２・・・左前昇降機構部
５２５・・・左前連結部
５３０・・・右後クローラー走行部
５３１・・・右後昇降制御部
５３２・・・右後昇降機構部
５３５・・・右後連結部
５４０・・・左後クローラー走行部
５４１・・・左後昇降制御部
５４２・・・左後昇降機構部
５４５・・・左後連結部
５５０・・・スクリード（可動部）
６００・・・スリップフォーム装置
６０５・・・中央連結部
６１０・・・側方連結部
６２０・・・型枠（スリップフォーム）

Claims

トータルステーションから射出されるレーザー光を反射する光学部と、
前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における第１の軸の周りの傾きを検出する第１の傾斜センサと、
前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における前記第１の軸と直交する第２の軸の周りの傾きを検出する第２の傾斜センサと、
前記第１の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第１位置決め用目印と、前記第２の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第２位置決め用目印と、を有する天面と、
前記第１の傾斜センサによって検出された第１検出情報と、前記第２の傾斜センサによって検出された第２検出情報とを出力する出力部と、を有することを特徴とするトータルステーション用ターゲット。
トータルステーションから射出されるレーザー光を反射する光学部と、
前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における第１の軸の周りの傾きを検出する第１の傾斜センサと、
前記光学部と間の相対位置が変化することがないように固定されると共に、水平面内における前記第１の軸と直交する第２の軸の周りの傾きを検出する第２の傾斜センサと、
前記第１の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第１位置決め用目印と、前記第２の傾斜センサが傾きを検出するときに基準とする軸の方向を示す第２位置決め用目印と、を有する天面と、
前記第１の傾斜センサによって検出された第１検出情報と、前記第２の傾斜センサによって検出された第２検出情報とを出力する出力部と、を有するトータルステーション用ターゲットを、建設用作業機械の可動部に装着し、
トータルステーションによって前記トータルステーション用ターゲットの自動追尾を行い、前記前記トータルステーション用ターゲットの位置情報を取得し、
前記トータルステーション用ターゲットの前記出力部から出力される前記第１検出情報と前記第２検出情報を取得し、
前記位置情報と前前記第１検出情報と前記第２検出情報とから前記可動部における所定箇所の位置座標を算出し、
算出された前記位置座標に基づいて前記可動部の位置制御を行うことを特徴とするトータルステーション用ターゲットを用いた建設用作業機械の制御方法。