JPH06258077A

JPH06258077A - 自動掘削システム

Info

Publication number: JPH06258077A
Application number: JP6946193A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Minamoto; 雅彦源
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】前もって現場の測量を行うことなく掘削機械
による自動掘削作業を可能にできる自動掘削システムを
提供する。【構成】中継点５の車輌５１に搭載した自動測量ユニ
ット５１０１を用いて、掘削現場３のパワーショベル３
１の位置を自動的に測量し、その結果を基にパワーショ
ベル３のショベル制御コンピュータで、掘削現場３の地
面３３に形成する溝３５の設計座標や、あらかじめ設定
された定型的な掘削パターンのデータを参照して、パワ
ーショベル３１の各部の駆動パターンを割り出し、その
パターンに応じた動作をパワーショベル３１に行わせる
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、あらかじめ設計された
溝や法面を自動的に形成する自動掘削システムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パワーショベル等の掘削機械を作
業現場に配設し、その掘削機械を自律動作させて、溝や
法面の形成等の掘削作業を自動的に行わせることが試み
られている。ところで、掘削機械を用いて自動的に掘削
作業を行う場合には、あらかじめ現場の地形を測量して
おき、その測量結果と溝や法面の形成等の設計値とか
ら、掘削機械の動作パターンを割り出し、その動作パタ
ーンを掘削機械の駆動制御系に対してプログラム等によ
りインプットしてから、掘削機械を所定の初期位置に設
置し、掘削作業を開始させていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方式では、現場の地形をあらかじめ測量してお
かなければならないため、作業を開始する前に、トラン
シットや光波測距儀等の機材を持った測量要員を作業現
場に配置して測量作業を行わなければならず、現場での
作業を人員や時間の面で効率的に行う上で支障となる問
題がある。また、上述した従来の方式では、掘削する領
域が広範囲に亘る場合には、掘削機械の動作パターンに
関するデータの量が膨大になり、データの作成は無論の
こと、そのデータを掘削機械の駆動制御系に対して設定
する動作が煩雑となって多大な時間を必要とする問題が
ある。

【０００４】従って、掘削機械の動作中にその位置を測
量で確認しながら動作パターンを決定するようにすれ
ば、上述の問題を解決することができる。また、その
際、掘削作業の進行に伴い掘削機械が当初の位置から大
きく移動することが考えられるので、掘削機械の測量を
行う地点を随時変更できるようにすることが望ましい。

【０００５】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、その第１の目的とするところは、前もって現場の
測量を行うことなく掘削機械による自動掘削作業を可能
にできる自動掘削システムを提供することにあり、ま
た、第２の目的とするところは、掘削機械を自動で測量
しつつ動作パターンを決定して掘削機械を自動的に動作
させるに当たり、掘削機械の移動に応じて適宜測量地点
を容易に変更できる自動掘削システムを提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために本発明は、あらかじめ設計された溝や法面を自
動的に形成する自動掘削システムであって、掘削機械
と、前記掘削機械に設けられ該掘削機械を駆動する駆動
手段と、前記掘削機械に配設された測量用ターゲット
と、前記掘削機械から離れた箇所で位置座標が既知であ
る箇所から、前記測量用ターゲットが配設された掘削機
械箇所を自動追尾する自動追尾手段と、前記自動追尾手
段に付設され該自動追尾手段の追尾方向を指向する測量
手段と、前記溝や法面の設計値データを保持する保持手
段と、前記測量手段の測量結果と前記保持手段に保持さ
れた前記設計値データとに基づいて前記掘削機械の動作
パターンを生成する動作パターン生成手段と、前記動作
パターンに応じて前記駆動手段を動作させる駆動制御手
段とを備えることを特徴とする。また、前記第２の目的
を達成するために本発明は、少なくとも前記自動追尾手
段と前記測量手段とが移動可能な車輌上に搭載されてい
るものとした。

【０００７】さらに、本発明は、前記掘削機械の動作領
域を撮影する撮影手段と、前記掘削機械及び前記自動追
尾手段の配設箇所から離れた箇所に設けられた監視セン
タと、該監視センタに設けられ前記撮影手段で撮影され
た画像を表示する表示手段と、前記監視センタに設けら
れ前記掘削機械の自動運転と遠隔運転との切り換えを指
示する指示手段と、前記監視センタに設けられ前記掘削
機械の動作パターンを入力する入力手段とをさらに備
え、前記駆動制御手段は、前記指示手段により前記掘削
機械を自動運転する旨が指示されたときに、前記動作パ
ターン生成手段で生成された動作パターンで前記駆動手
段を動作させ、前記指示手段により前記掘削機械を遠隔
運転する旨が指示されたときに、前記入力手段に入力さ
れた動作パターンで前記駆動手段を動作させるものとし
た。また、本発明は、少なくとも前記自動追尾手段と前
記測量手段とが移動可能な車輌上に搭載されており、該
車輌上には前記掘削機械と前記監視センタとの間で伝送
される信号を中継する信号中継手段が設けられているも
のとした。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明方法を適用したパワーショベルの遠
隔操作システムの概略構成を示す説明図であり、図１に
おいて１は作業現場、３は掘削現場、５は中継点、７は
遠隔操作点である。

【０００９】掘削現場３は作業現場１の一角にあり、こ
こではパワーショベル３１（掘削機械に相当）を用いた
地面３３の掘削が、パワーショベル３１の自動運転か或
は遠隔操作点７側からの遠隔操作によって無人で行われ
る。掘削現場３のパワーショベル３１は図２（ａ）乃至
（ｃ）に示すように、クローラ３１０１、旋回台３１０
３、ブーム３１０５、バケット３１０７、及び操縦席３
１０９を備えている。操縦席３１０９内には図２（ｂ）
に示すように、バケット３１０７の作業領域を撮影する
左右一対の立体視用テレビカメラ３１１１と、同作業領
域の音声を立体的に集音するバイノーラルマイク３１１
３とが配設されており、操縦席３１０９の上部には図２
（ｂ）に示すように、立体視用テレビカメラ３１１１で
撮影された画像やバイノーラルマイク３１１３で集音さ
れた音声の信号をＵＨＦ帯の電波で送出する送信器３１
１５が配設されている。

【００１０】旋回台３１０３には図２（ｃ）に示すよう
に、自動運転時にパワーショベル３１の動作を制御する
ショベル制御コンピュータ３１１７や、遠隔操作による
手動運転時にパワーショベル３１の動作を制御するラジ
コンボックス３１１９、パワーショベル３１の傾きを検
出する傾斜計３１２１、旋回台３１０３の旋回角を検出
する旋回角センサ３１２３等が設けられており、ブーム
３１０５及びバケット３１０７には図２（ｃ）に示すよ
うに、それぞれの揺動角を検出するブーム角センサ３１
２５及びバケット角センサ３１２７が設けられている。
また、バケット３１０７には図２（ｃ）に示すように、
地面３３までの距離を測定する超音波センサ３１２９が
設けられている。

【００１１】さらに、旋回台３１０３の上部には図２
（ｃ）に示すように、２台のワイヤレスモデム３１３
１，３１３３と、受信器３１３５とが配設されており、
さらに図２（ｂ）に示すように、パワーショベル３１の
位置測量用のプリズム３１３７，３１３９（測量用ター
ゲットに相当）が、旋回台３１０３の幅方向に間隔を置
いて配設されている。尚、図２（ｂ）に示すように、プ
リズム３１３７の両脇には赤色に着色された追尾用ター
ゲット３１４１が配設されており、プリズム３１３９の
両脇には緑色に着色された追尾用ターゲット３１４３が
配設されている。また、図１に示すように、掘削現場３
には、中継点５からパワーショベル３１の位置を測量す
る際の中継点５の位置出しを行うために、２つの位置出
し用ターゲット３１５９，３１６１が設置されている。

【００１２】図３はパワーショベル３１の制御系の概略
構成を示すブロック図である。図３に示すようにショベ
ル制御コンピュータ３１１７は、主制御装置３１４５、
メモリ３１４７、及び運転制御装置３１４９を備えてい
る。主制御装置３１４５は（動作パターン生成手段に相
当）、傾斜計３１２１、旋回角センサ３１２３、ブーム
角センサ３１２５、バケット角センサ３１２７、及び超
音波センサ３１２９の出力でパワーショベル３１の各部
の状態をチェックしつつ、ワイヤレスモデム３１３１を
介して入力されるパワーショベル３１の測量データと、
メモリ３１４７（保持手段に相当）に記憶された掘削現
場３の地面３３に形成する溝３５（図１）や法面の設計
座標、或は定型的な掘削パターンのデータとに基づい
て、パワーショベル３１の自動運転時におけるクローラ
３１０１、旋回台３１０３、ブーム３１０５、及びバケ
ット３１０７の駆動パターンを割り出す。

【００１３】尚、主制御装置３１４５は、傾斜計３１２
１、旋回角センサ３１２３、ブーム角センサ３１２５、
バケット角センサ３１２７、及び超音波センサ３１２９
の出力でパワーショベル３１の各部の状態をチェックし
つつ、上述した駆動パターンの割り出しを行う。

【００１４】運転制御装置３１４９は、主制御装置３１
４３で割り出された駆動パターンでパワーショベル３１
の各部が自動で駆動されるように、エンジン３１５１と
クローラ３１０１との間に介設された駆動制御回路３１
５３や、油圧源３１５５と旋回台３１０３、ブーム３１
０５、及びバケット３１０７との間に介設された油圧回
路３１５７を制御する。ラジコンボックス３１１９には
図３に示すように受信器３１３５が接続されており、パ
ワーショベル３１の手動運転時に、受信器３１３５で受
信されるパワーショベル３１の遠隔操作用のラジコン制
御信号に基づいてパワーショベル３１の各部が駆動され
るように、駆動制御回路３１５３や油圧回路３１５７を
制御する。

【００１５】尚、本実施例では、ラジコンボックス３１
１９、ショベル制御コンピュータ３１１７の運転制御装
置３１４９、駆動制御回路３１５３、及び油圧回路３１
５７が駆動制御手段に相当し、エンジン３１５１及び油
圧源３１５５が駆動手段に相当している。

【００１６】中継点５は図１に示すように、掘削現場３
から離れた作業現場１の一角で、掘削現場３との間に障
害物がなく掘削現場３を一望できる作業現場１内の比較
的小高い箇所に設定されており、任意の箇所に移動可能
な車輌５１が配設されている。車輌５１には図１に示す
ように、パワーショベル３１の自動測量ユニット５１０
１と中継ユニット５１５１とが搭載されている。

【００１７】自動測量ユニット５１０１は図４に示すよ
うに、光波測距計５１０５及び視準用望遠鏡５１０７を
備えるトランシット等の測量機５１０３と、測量機５１
０３を３次元方向に指向方向変位可能に支持する雲台５
１０９と、雲台５１０９に内蔵され雲台５１０９上の測
量機５１０３の指向方向を変位させるモータ５１１１
と、モータ５１１１を駆動するモータドライバ５１１３
とを備えている。

【００１８】また、図４に示すように自動測量ユニット
５１０１は、測量機５１０３に内蔵され視準用望遠鏡５
１０７の結像箇所に配設されたＣＣＤ等の撮像素子５１
１５と、撮像素子５１１５で撮像した画像から追尾用タ
ーゲット３１３７，３１３９の像を抽出する画像処理用
コンピュータ５１１７と、測量用制御コンピュータ５１
１９とを備えている。測量用制御コンピュータ５１１９
は、撮像素子５１１５で撮像した各追尾用ターゲット３
１３７，３１２５がその画像の中心近くに位置する測量
機５１０３の向きを検出し、その向きに測量機５１０３
が向くように雲台５１０９のモータ５１１１の駆動を制
御すると共に、自動測量ユニット５１０１によるパワー
ショベル３１の位置測量動作の全体を制御する。

【００１９】尚、自動測量ユニット５１０１によるパワ
ーショベル３１の位置測量動作の開始、終了等の指示
は、測量用制御コンピュータ５１１９で生成される操作
用画面（図示せず）上のスイッチ類の操作で行われ、こ
の操作用画面には、自動測量ユニット５１０１による測
量経過や、測量結果を表すパワーショベル３１の位置座
標等の文字情報が一緒に表示される。そして、撮像素子
５１１５で撮像した画像と、画像処理用コンピュータ５
１１７で処理された画像と、測量用制御コンピュータ５
１１９で生成された操作用画面の画像とのうち１つは、
切換スイッチ５１２１を介して中継ユニット５１５１側
に出力される。また、自動測量ユニット５１０１による
測量結果を表すパワーショベル３１の位置座標は、ワイ
ヤレスモデム５１２３及びパワーショベル３１のワイヤ
レスモデム３１３１を介して、ショベル制御コンピュー
タ３１１７の主制御装置３１４５に出力される。

【００２０】一方、中継ユニット５１５１は図４に示す
ように、監視カメラ５１５３，５１５５、雲台５１５
７，５１５９、受信器５１６１、送信器５１６３、ワイ
ヤレスモデム５１６５、立体視画像生成装置５１６７、
画面４分割装置５１６９、パソリンクユニット５１７
１、構内モデム５１７３、リレーボックス５１７５、及
びリンクターミナル５１７７で構成されている。監視カ
メラ５１５３，５１５５は、パワーショベル３１の動作
状況を監視するためのもので、このうち監視カメラ５１
５３は図１に示すように、掘削現場３のパワーショベル
３１に近い箇所に設置された雲台５１５７で支持されて
いる。もう１つの監視カメラ５１５５は図１に示すよう
に、雲台５１５９により３次元方向に指向方向変位可能
に支持されており、自動測量ユニット５１０１の測量機
５１０３や雲台５１０９と共に、車輌５１の屋根５１２
５上に設置されている。

【００２１】掘削現場３に設置された雲台５１５７には
図１に示すように、監視カメラ５１５３の他に、受信器
５１６１、送信器５１６３、及びワイヤレスモデム５１
６５が支持されている。受信器５１６１は、パワーショ
ベル３１の送信器３１１５から送出された、立体視用テ
レビカメラ３１１１で撮影された画像やバイノーラルマ
イク３１１３で集音された音声の信号の電波を受信する
ものであり、送信器５１６３は、パワーショベル３１の
手動運転時に遠隔操作点７側から送られてくる駆動制御
用のラジコン制御信号を、パワーショベル３１の受信器
３１３５に送出するものである。また、ワイヤレスモデ
ム５１６５は、パワーショベル３１の自動運転時に遠隔
操作点７側から送られてくる各種指示信号を、パワーシ
ョベル３１のワイヤレスモデム３１３３に送出するもの
である。

【００２２】立体視画像生成装置５１６７は、受信器５
１６１で受信された左右一対の立体視用テレビカメラ３
１１１による２つの撮影画像を交互に取り込み合成して
立体視用の画像を生成するものである。画面４分割装置
５１６９は、立体視画像生成装置５１６７で生成された
立体視用の画像と、監視カメラ５１５３，５１５５で撮
影された画像と、自動測量ユニット５１０１の切換スイ
ッチ５１２１から出力される画像とを、１画面を４つに
分割したそれぞれの分割領域に同時に表示させたり、或
は、それら４つの画像のうち１つの画像のみを１画面に
表示させたりするための、画像合成、選択処理を行うと
共に、その合成、選択された画像の信号から音声信号成
分を分離するものである。

【００２３】パソリンクユニット５１７１は、図１に示
すように車輌５１の屋根５１２５上に設置されたアンテ
ナ５１７９を通じて、遠隔操作点７との間でパソリンク
回線を介しての通信を行うもので、図４に示すように、
１つのビデオ信号系統ＶＩＤＥＯと、２つのステレオ音
声信号系統ＳＯＵＮＤ１，ＳＯＵＮＤ２とを備える。ビ
デオ信号系統ＶＩＤＥＯの入力端子ＩＮには、画面４分
割装置５１６９で合成、選択された画像の信号が入力さ
れ、図４に示すように、１系統目のステレオ音声信号系
統ＳＯＵＮＤ１の入力端子ＩＮ１（Ｌ，Ｒ）及び出力端
子ＯＵＴ１（Ｌ，Ｒ）にはそれぞれ、ワイヤレスモデム
５１６７をパソリンクユニット５１７１に接続する構内
モデム５１７３が接続されている。

【００２４】また、２系統目のステレオ音声信号系統Ｓ
ＯＵＮＤ２の入力端子ＩＮ２（Ｌ，Ｒ）には、画面４分
割装置５１６９で分離された音声信号が入力され、出力
端子ＯＵＴ２（Ｌ，Ｒ）には図４に示すように、送信器
５１６３が接続されている。尚、ビデオ信号出力系統Ｖ
ＩＤＥＯ−ＯＵＴには何も接続されていない。

【００２５】リレーボックス５１７５は、監視カメラ５
１５３，５１５５、雲台５１５７，５１５９、及び画面
４分割装置５１６９と構内モデム５１７３とを選択的に
接続するもので、その切り換え状態はリンクターミナル
５１７７の制御により切り換えられる。これらリレーボ
ックス５１７５及びリンクターミナル５１７７は、遠隔
操作点７側からの、監視カメラ５１５３，５１５５のズ
ーミング動作、雲台５１５７，５１５９の指向方向変位
動作、及び画面４分割装置５１６９の選択画像の切り換
え動作を遠隔操作する制御信号を、その遠隔操作対象に
選択的に伝送するために設けられている。

【００２６】尚、本実施例では、自動追尾手段及び測量
手段が自動測量ユニット５１０１で構成され、パワーシ
ョベル３１の立体視カメラ３１、及び監視カメラ５１５
３，５１５５が撮影手段に相当し、信号中継手段が受信
器５１６１、送信器５１６３、ワイヤレスモデム５１６
５、及びパソリンクユニット５１７１で構成されてい
る。

【００２７】遠隔操作点７は図１に示すように、掘削現
場３及び中継点５のいずれからも離れていて直接掘削現
場３への見通しが利かない、例えば作業現場１の現場事
務所７１（監視センタに相当）に設定されており、遠隔
操作要員７５により操作される遠隔操作ユニット７３が
設置されている。遠隔操作ユニット７３は図５に示すよ
うに、パソリンクユニット７３０１、立体視モニタ７３
０３、ホストコンピュータ７３０５、構内モデム７３０
７、リレーボード７３０９、リンクターミナル７３１
１、ラジコンボックス７３１３、及びスピーカ７３１５
で構成されている。

【００２８】パソリンクユニット７３０１は、現場事務
所７１の屋根７１０１上に設置されたアンテナ７３１７
を通じて、中継点５との間でパソリンク回線を介しての
通信を行うもので、図５に示すように、１つのビデオ信
号系統ＶＩＤＥＯと、２つのステレオ音声信号系統ＳＯ
ＵＮＤ１，ＳＯＵＮＤ２とを備える。尚、パソリンクユ
ニット７３０１のビデオ信号系統ＶＩＤＥＯ、ステレオ
音声信号系統ＳＯＵＮＤ１，ＳＯＵＮＤ２は、中継点５
のパソリンクユニット５１７１のビデオ信号系統ＶＩＤ
ＥＯ、ステレオ音声信号系統ＳＯＵＮＤ１，ＳＯＵＮＤ
２にそれぞれ対応している。

【００２９】パソリンクユニット７３０１のビデオ信号
系統ＶＩＤＥＯの出力端子ＯＵＴからは、中継点５の中
継ユニット５１５１の画面４分割装置５１６９で合成、
選択され、パソリンクユニット５１７１のビデオ信号系
統ＶＩＤＥＯに入力された画像の信号が出力される。こ
のビデオ信号系統ＶＩＤＥＯの出力端子ＯＵＴには、図
５に示すように、立体視モニタ７３０３とホストコンピ
ュータ７３０５とが、切換スイッチ７３１９を介して接
続されている。

【００３０】この切換スイッチ７３１９は、ホストコン
ピュータ７３０５に入力される、中継点５の中継ユニッ
ト５１５１の画面４分割装置５１６９で選択する画像を
指示する信号に応じて切り換わる。例えば、立体視画像
生成装置５１６７で生成された立体視用の画像を選択す
る指示がなされた場合には、画面４分割装置５１６９が
立体視用の画像のみを選択出力すると共に切換スイッチ
７３１９が立体視モニタ７３０３側に切り換わり、その
立体視用の画像が立体視モニタ７３０３に表示される。
一方、立体視用の画像以外の画像のみを表示させる選択
や、４つの画像を同時に表示させる選択がなされた場合
には、画面４分割装置５１６９がそれらの画像を選択出
力すると共に切換スイッチ７３１９がホストコンピュー
タ７３０５側に切り換わり、それらの画像がホストコン
ピュータ７３０５の後述するＣＲＴ７３２３に表示され
る。

【００３１】また、パソリンクユニット７３０１の１系
統目のステレオ音声信号系統ＳＯＵＮＤ１の入力端子Ｉ
Ｎ１（Ｌ，Ｒ）及び出力端子ＯＵＴ１（Ｌ，Ｒ）には、
それぞれ構内モデム７３０７が接続されている。この構
内モデム７３０７は、ホストコンピュータ７３０５をパ
ソリンクユニット７３０１に接続するもので、従って、
ホストコンピュータ７３０５とパワーショベル３１のシ
ョベル用制御コンピュータ３１１７との間では、構内モ
デム７３０７、パソリンクユニット７３０１、中継点５
のパソリンクユニット５１７１、構内モデム５１７３、
ワイヤレスモデム５１６５、及びパワーショベル３１の
ワイヤレスモデム３１３３を介して信号送受を行うこと
ができる。

【００３２】図５に示すように、ホストコンピュータ７
３０５と構内モデム７３０７との間には、リレーボード
７３０９及びリンクターミナル７３１１が介設されてい
る。これらは、中継点５の中継ユニット５１５１の監視
カメラ５１５３，５１５５や雲台５１５７，５１５９、
画面４分割装置５１６９の遠隔操作に関する入力がホス
トコンピュータ７３０５になされたときに、これに連動
して中継ユニット５１５１のリレーボックス５１７５の
接続状態が切り換わるようにするためのものである。

【００３３】そして、上述の遠隔操作に関する入力がホ
ストコンピュータ７３０５にあると、その入力に応じた
内容の切換制御信号がリレーボード７３０９からリンク
ターミナル７３１１、構内モデム７３０７、及びパソリ
ンクユニット７３０１を介して、中継点５のパソリンク
ユニット５１７１に送出され、その切換制御信号が中継
点５の構内モデム５１７３を介してリンクターミナル５
１７７に入力され、これに応じてリンクターミナル５１
７７の制御によりリレーボックス５１７５の接続状態が
切り換わる。

【００３４】一方、図５に示すように、パソリンクユニ
ット７３０１の２系統目のステレオ音声信号系統ＳＯＵ
ＮＤ２の入力端子ＩＮ２（Ｌ，Ｒ）には、ラジコンボッ
クス７３１３が接続されている。ラジコンボックス７３
１３（入力手段に相当）は、パワーショベル３１の手動
運転時に、クローラ３１０１、旋回台３１０３、ブーム
３１０５、及びバケット３１０７を遠隔操作で駆動させ
るためのもので、これらの動作方向に応じた方向に、そ
れらの動作量に応じた時間傾動される操作レバー（図示
せず）等を備えている。この操作レバー等の操作により
発生したパワーショベル３１の駆動制御用のラジコン制
御信号は、パソリンクユニット７３０１、中継点５のパ
ソリンクユニット５１７１、送信器５１６３、及びパワ
ーショベル３１の受信器３１３５を介してラジコンボッ
クス３１１９に入力される。

【００３５】また、２系統目のステレオ音声信号系統Ｓ
ＯＵＮＤ２の出力端子ＯＵＴ２（Ｌ，Ｒ）からは、中継
点５の中継ユニット５１５１の画面４分割装置５１６９
で分離された音声信号が出力される。この２系統目のス
テレオ音声信号系統ＳＯＵＮＤ２の出力端子ＯＵＴ２
（Ｌ，Ｒ）には、図５に示すようにスピーカ７３１５が
接続されており、パワーショベル３１の操縦席３１０９
に設けられたバイノーラルマイク３１１３の集音音声
は、スピーカ７３１５で立体的聴取可能に再生される。

【００３６】ホストコンピュータ７３０５は図５に示す
ように、コンピュータ本体７３２１、ＣＲＴ７３２３、
キーボード７３２５、マウス７３２７を備えている。コ
ンピュータ本体７３２１は、掘削現場３の地面３３に形
成する溝３５や法面の設計座標を保持しており、この設
計座標と自動測量ユニット５１０１で測量されたパワー
ショベル３１の位置座標とに基づいて、パワーショベル
３１のクローラ３１０１、旋回台３１０３、ブーム３１
０５、及びバケット３１０７の駆動量を割り出す。

【００３７】ＣＲＴ７３２３には、画面４分割装置５１
６９で合成、選択処理された画像や、コンピュータ本体
７３２１で割り出されたパワーショベル３１のクローラ
３１０１、旋回台３１０３、ブーム３１０５、及びバケ
ット３１０７の駆動量を示す画像が表示される。キーボ
ード７３２５及びマウス７３２７は、測量用制御コンピ
ュータ５１１９で生成されＣＲＴ７３２３に表示される
操作用画面（図示せず）上のスイッチ類の操作や、遠隔
操作ユニット７３の切換スイッチ７３１９、自動測量ユ
ニット５１０１の切換スイッチ５１２１の切り換え、雲
台５１５７，５１５９に支持された監視カメラ５１５
３，５１５５の指向方向の変位及びズーミング動、画面
４分割装置５１６９における画像の選択、そして、パワ
ーショベル３１の自動運転と手動運転との切り換えの指
示等を行うためのものである。尚、キーボード７３２５
及びマウス７３２７によりＣＲＴ７３２３に表示される
操作用画面上のスイッチ類が操作された場合には、その
旨を示す信号がコンピュータ本体７３２１から任意の無
線通信手段を介して、自動測量ユニット５１０１の測量
用制御コンピュータ５１１９に出力される。

【００３８】そして、本実施例では、立体視モニタ７３
０３及びホストコンピュータ７３０５のＣＲＴ７３２３
が表示手段に相当し、ホストコンピュータ７３０５のキ
ーボード７３２５及びマウス７３２７が入力手段に相当
している。

【００３９】次に、上記構成による本実施例の自動掘削
システムを用いて掘削作業を行う場合について説明す
る。通常、建設現場で作業ロボットを遠隔操作により動
作させる場合には、現場の地形をあらかじめ測量してお
き、その結果に基づいて作業ロボットの動作パターン
（動作方向、動作量）を決定してから作業を開始するの
が一般であるが、本実施例の遠隔操作システムでは、パ
ワーショベル３１の動作中に随時パワーショベル３１の
位置を測量し、その結果に基づいて割り出した各部の駆
動量に応じてパワーショベル３１を自動的に動作させ
る。

【００４０】そこで、動作中のパワーショベル３１の位
置を自動的に測量する手順について説明する。まず、パ
ワーショベル３１の測量を開始するに当たり、例えば、
中継点５の車輌５１の運転者等によって、測量機５１０
３の視準用望遠鏡５１０７を掘削現場３の２つの位置出
し用ターゲット３１５９，３１６１にそれぞれ指向さ
せ、その際の視準用望遠鏡５の向きを、雲台５１０９に
付設したエンコーダ（図示せず）を用いて測量用制御コ
ンピュータ５１１９で検出すると共に、各ターゲット３
１５９，３１６１までの距離を光波測距計５１０５で検
出し、車輌５１の位置座標を割り出しておく。割り出し
た車輌５１の位置座標は、測量用制御コンピュータ５１
１９からワイヤレスモデム５１２３，３１３１、主制御
装置３１４５を介して、ショベル制御コンピュータ３１
１７のメモリ３１４７に格納される。

【００４１】続いて、遠隔操作点７にいるパワーショベ
ル３１の遠隔操作要員７５は、遠隔操作ユニット７３の
ホストコンピュータ７３０５のキーボード７３２５及び
マウス７３２７を操作して、ＣＲＴ７３２３上に測量用
制御コンピュータ５１１９で生成された自動測量ユニッ
ト５１０１の操作用画面を表示させ、キーボード７３２
５及びマウス７３２７の操作により、操作用画面中の
「追尾スタート」のスイッチを投入する。

【００４２】「追尾スタート」のスイッチが投入される
と、その旨を示す信号がコンピュータ本体７３２１から
自動測量ユニット５１０１の測量用制御コンピュータ５
１１９に出力され、これを受けた測量用制御コンピュー
タ５１１９は、測量機５１０３の視準用望遠鏡５１０７
によるパワーショベル３１の追尾用ターゲット３１４１
の自動追尾を開始させる。

【００４３】追尾用ターゲット３１４１の自動追尾に際
しては、測量用制御コンピュータ５１１９の制御によ
り、測量機５１０３の視準用望遠鏡５１０７で捉えられ
撮像素子５１１５で撮像された画像を画像処理用コンピ
ュータ５１１７で画像処理し、その画像中の赤色の部分
を抽出する。そして、抽出された画像中の赤色部分が２
つの追尾用ターゲット３１４１であるものとして、測量
用制御コンピュータ５１１９が、その２つの追尾用ター
ゲット３１４１の中間点が画像の中心に位置するように
モータドライバ５１１１を制御して、雲台５１０９のモ
ータ５１１１の駆動により測量機５１０３の視準用望遠
鏡５１０７の指向方向を変位させる。

【００４４】視準用望遠鏡５１０７の指向方向が上述の
ように変位されると、視準用望遠鏡５１０７で捉えられ
る画像の中心にパワーショベル３１の一方のプリズム３
１３７が位置する状態となり、ＣＲＴ７３２３上の自動
測量ユニット５１０１の操作用画面中に「追尾完了」の
文字が表示される。

【００４５】そこで、パワーショベル３１の遠隔操作要
員は、遠隔操作ユニット７３のホストコンピュータ７３
０５のキーボード７３２５及びマウス７３２７を操作し
て、ＣＲＴ７３２３上の操作用画面中の「測量スター
ト」のスイッチを投入する。「測量スタート」のスイッ
チが投入されると、その旨を示す信号がコンピュータ本
体７３２１から中継点５を経て自動測量ユニット５１０
１の測量用制御コンピュータ５１１９に出力され、これ
を受けた測量用制御コンピュータ５１１９は、測量機５
１０３の視準用望遠鏡５１０７を用いての、パワーショ
ベル３１の一方のプリズム３１３７が配設された箇所の
自動測量を開始させる。

【００４６】パワーショベル３１の一方のプリズム３１
３７が配設された箇所の自動測量に際しては、測量用制
御コンピュータ５１１９の制御により、光波測距計５１
０４が測距用の光波（図示せず）を視準用望遠鏡５１０
７の光軸と平行に出力する。このとき、視準用望遠鏡５
１０７はパワーショベル３１の一方のプリズム３１３７
を指向しているため、測距用の光波は確実に一方のプリ
ズム３１３７に照射され、その反射波により光波測距計
５１０４でパワーショベル３１の一方のプリズム３１３
７までの距離が計測される。

【００４７】このときの視準用望遠鏡５１０７の指向方
向は、先に述べた不図示のエンコーダを用いて検出する
ことで、測量用制御コンピュータ５１１９にて認識する
ことができ、これにより、パワーショベル３１の一方の
プリズム３１３７が配設された箇所を自動的に測量する
ことができる。尚、上述の測量動作が完了すると、ＣＲ
Ｔ７３２３上の自動測量ユニット５１０１の操作用画面
中に「測量完了」の文字が表示される。

【００４８】このようにして、パワーショベル３１の一
方のプリズム３１３７が配設された箇所の自動測量を終
えたならば、パワーショベル３１の遠隔操作要員７５
は、上述と同様の操作を繰り返して、今度はパワーショ
ベル３１の他方のプリズム３１３９が配設された箇所の
自動測量を自動測量ユニット５１０１に行わせる。この
測量は、画像処理用コンピュータ５１１７が、測量機５
１０３の撮像素子５１１５で撮像された画像中の緑色の
部分を抽出し、その抽出された画像中の緑色部分を２つ
の追尾用ターゲット３１４３とみなした測量用制御コン
ピュータ５１１９が、その２つの追尾用ターゲット３１
４３の中間点を撮像素子５１１５の撮像画像の中心に位
置させるべく、測量機５１０３の視準用望遠鏡５１０７
の指向方向を変位させることで行われる。

【００４９】上述の動作によって、パワーショベル３１
の２つのプリズム３１３７，３１３９が配設された箇所
が自動的に測量されると、その結果によって、パワーシ
ョベル３１の位置座標と向きとが自動測量ユニット５１
０１の測量用制御コンピュータ５１１９で検出され、そ
の検出結果がショベル制御コンピュータ３１１７の主制
御装置３１４５に転送される。

【００５０】ショベル制御コンピュータ３１１７の主制
御装置３１４５は、転送された測量結果と、メモリ３１
４７に記憶された車輌５１の位置座標、掘削現場３の地
面３３に形成する溝３５や法面の設計座標、或は定型的
な掘削パターンのデータに基づいて、パワーショベル３
１のクローラ３１０１、旋回台３１０３、ブーム３１０
５、及びバケット３１０７の駆動パターンを割り出し、
その結果を運転制御装置３１４９に転送する。運転制御
装置３１４９は、主制御装置３１４５で割り出された駆
動パターンに従って駆動制御回路３１５３及び油圧回路
３１５７を制御し、パワーショベル３１のクローラ３１
０１、旋回台３１０３、ブーム３１０５、及びバケット
３１０７を自動で駆動させる。従って、パワーショベル
３１は自動的に地面３３を掘削し、これにより、設計値
通りの溝３５や法面が無人で地面３３に形成される。

【００５１】ところで、パワーショベル３１のバケット
３１０７が地中の岩石等の障害物に接触し、ブーム３１
０５等の駆動が一定時間以上停止すると、その旨がブー
ム角センサ３１２５やバケット角センサ３１２７、或は
エンジン３１５１や油圧源３１５５の負荷の上昇等によ
り主制御装置３１４５で検出され、不図示の非常停止機
構によりパワーショベル３１の動作が停止される。そし
て、パワーショベル３１が非常停止した旨が、ワイヤレ
スモデム３１３３，５１６５、構内モデム５１７３、パ
ソリンクユニット５１７１，７３０１、構内モデム７３
０７を介し、掘削現場３から中継点５を経由して遠隔操
作点７のホストコンピュータ７３０５に入力され、ＣＲ
Ｔ７３２３の画面上にスーパーインポーズする等して表
示される。

【００５２】その場合には、ＣＲＴ７３２３の表示を監
視する遠隔操作要員７５は、キーボード７３２５を操作
する等して、中継点５の画面４分割装置５１６９に対す
る選択画面の切り換え指示を入力し、立体視モニタ７３
０３の画面上に、パワーショベル３１の立体視カメラ３
１１１で撮影したバケット３１０７の作業領域の画像を
表示させる。さらに、遠隔操作要員７５は、キーボード
７３２５を操作する等して、パワーショベル３１を手動
運転に切り換える指示を入力し、この入力を中継点５を
介してパワーショベル３１のショベル制御コンピュータ
３１１７に伝送し、その主制御装置３１４５の制御で、
パワーショベル３１の駆動制御回路３１５３及び油圧回
路３１５７の制御経路をラジコンボックス３１１９側に
切り換えさせる。

【００５３】そして、遠隔操作要員７５は、立体視モニ
タ７３０３の画面を見ながら、ラジコンボックス７３１
３の操作レバー等を操作する。ラジコンボックス７３１
３の操作レバー等が操作されると、その操作内容に応じ
たパワーショベル３１の駆動制御用の信号が、パソリン
クユニット７３０１，５１７１、送信器５１６３、受信
器３１３５を介し、遠隔操作点７から中継点５を経由し
てパワーショベル３１のラジコンボックス３１１９に送
出される。これを受けたラジコンボックス３１１９は、
遠隔操作点７の遠隔操作要員７５によるラジコンボック
ス７３１３の操作レバー等の操作内容に応じて、パワー
ショベル３１の駆動制御回路３１５３及び油圧回路３１
５７を制御し、クローラ３１０１、旋回台３１０３、ブ
ーム３１０５、及びバケット３１０７を駆動させる。従
って、この場合には、パワーショベル３１は、遠隔操作
点７の遠隔操作要員７５による遠隔操作によって駆動さ
れる。尚、上述の手動運転により地中の岩石等の障害物
を回避した後には、再び自動運転に切り換えて、溝３５
や法面の自動的な掘削動作を再開する。

【００５４】このように、本実施例の自動掘削システム
によれば、中継点５の車輌５１に搭載した自動測量ユニ
ット５１０１を用いて、掘削現場３のパワーショベル３
１の位置を自動的に測量し、その結果を基にパワーショ
ベル３のショベル制御コンピュータ３１４７で、掘削現
場３の地面３３に形成する溝３５の設計座標や、あらか
じめ設定された定型的な掘削パターンのデータを参照し
て、パワーショベル３１のクローラ３１０１、旋回台３
１０３、ブーム３１０５、及びバケット３１０７の駆動
パターンを割り出し、そのパターンに応じた動作をパワ
ーショベル３１に行わせるようにした。このため、掘削
現場３の地形をあらかじめ測量しておく必要がなくな
り、測量要員を掘削現場３に配置して測量作業を行う手
間を省き、現場での作業を人員や時間の面で効率的に行
わせることができると共に、あらかじめパワーショベル
３１の動作パターンを作成して設定しておく必要をなく
し、それに伴う煩雑な作業を省くことができる。

【００５５】また、本実施例の自動掘削システムによれ
ば、掘削現場３と遠隔操作点７との間に中継点５を設定
し、この中継点５に配置した車輌５１からパワーショベ
ル３１の位置を測量するようにしたので、掘削作業の進
行に伴ってパワーショベル３１が大きく移動して中継点
５からパワーショベル３１を測量できなくなっても、車
輌５１を移動して別の場所に中継点を新たに設定するこ
とで、容易に測量箇所を変更し、パワーショベル３１の
測量及び自動運転を継続することができる。

【００５６】尚、中継点５を設定せず、パワーショベル
３１の測量を現場事務所７１から直接行うようにしても
よいが、本実施例のように、パワーショベル３１の位置
測量系を現場事務所７とは異なる中継点５の車輌５１に
設ければ、パワーショベル３１の移動に伴い測量地点を
変更する場合に、現場事務所７１の遠隔操作系は移動せ
ず、車輌５１の移動のみを移動することで、測量地点の
変更を簡単に行うことができる。

【００５７】また、本実施例では、パワーショベル３１
の駆動制御をパワーショベル３１に搭載したショベル制
御コンピュータ３１１７で行うものとしたが、中継点５
や遠隔操作点７側でこれを行うようにしてもよく、ま
た、掘削現場３、中継点５、遠隔操作点７の相互間の信
号伝送手段は、実施例で示したパソリンク等の手段に限
定されない。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、あ
らかじめ設計された溝や法面を自動的に形成する自動掘
削システムであって、掘削機械と、前記掘削機械に設け
られ該掘削機械を駆動する駆動手段と、前記掘削機械に
配設された測量用ターゲットと、前記掘削機械から離れ
た箇所で位置座標が既知である箇所から、前記測量用タ
ーゲットが配設された掘削機械箇所を自動追尾する自動
追尾手段と、前記自動追尾手段に付設され該自動追尾手
段の追尾方向を指向する測量手段と、前記溝や法面の設
計値データを保持する保持手段と、前記測量手段の測量
結果と前記保持手段に保持された前記設計値データとに
基づいて前記掘削機械の動作パターンを生成する動作パ
ターン生成手段と、前記動作パターンに応じて前記駆動
手段を動作させる駆動制御手段とを備える構成とした。
このため、前もって現場の測量を行うことなく掘削機械
による自動掘削作業を可能にできる。

【００５９】また、本発明では、少なくとも前記自動追
尾手段と前記測量手段とが移動可能な車輌上に搭載され
ているものとしたので、掘削機械を自動で測量しつつ動
作パターンを決定して掘削機械を自動的に動作させるに
当たり、掘削機械の移動に応じて適宜測量地点を容易に
変更できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自動掘削システムの概
略構成を示す説明図である。

【図２】図１に示す掘削現場のパワーショベルの構成を
示すもので図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図、
図２（ｃ）は側面図である。

【図３】図１に示すパワーショベルの制御系の概略構成
を示すブロック図である。

【図４】図１に示す中継点の車輌に搭載された自動測量
ユニット及び中継ユニットの概略構成を示すブロック図
である。

【図５】図１に示す遠隔操作点の現場事務所に設けられ
た遠隔操作ユニットの概略構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】３１パワーショベル（掘削機械）３１１１立体視カメラ（撮影手段）３１１９ラジコンボックス（駆動制御手段）３１３７，３１３９プリズム（測量用ターゲット）３１４５主制御装置（動作パターン生成手段）３１４７メモリ（保持手段）３１４９運転制御装置（駆動制御手段）３１５１エンジン（駆動手段）３１５３駆動制御回路（駆動制御手段）３１５５油圧源（駆動手段）３１５７油圧回路（駆動制御手段）５１０１自動測量ユニット（自動追尾手段、測量手
段）５１５３，５１５５監視カメラ（撮影手段）５１６１受信器（信号中継手段）５１６３送信器（信号中継手段）５１６５ワイヤレスモデム（信号中継手段）５１７１パソリンクユニット（信号中継手段）７１現場事務所（監視センタ）７３０３立体視モニタ（表示手段）７３１３ラジコンボックス（入力手段）７３２３ＣＲＴ（表示手段）７３２５キーボード（指示手段）７３２７マウス（指示手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】あらかじめ設計された溝や法面を自動的
に形成する自動掘削システムであって、掘削機械と、前記掘削機械に設けられ該掘削機械を駆動する駆動手段
と、前記掘削機械に配設された測量用ターゲットと、前記掘削機械から離れた箇所で位置座標が既知である箇
所から、前記測量用ターゲットが配設された掘削機械箇
所を自動追尾する自動追尾手段と、前記自動追尾手段に付設され該自動追尾手段の追尾方向
を指向する測量手段と、前記溝や法面の設計値データを保持する保持手段と、前記測量手段の測量結果と前記保持手段に保持された前
記設計値データとに基づいて前記掘削機械の動作パター
ンを生成する動作パターン生成手段と、前記動作パターンに応じて前記駆動手段を動作させる駆
動制御手段と、を備えることを特徴とする自動掘削システム。
【請求項２】少なくとも前記自動追尾手段と前記測量
手段とが移動可能な車輌上に搭載されている請求項１記
載の自動掘削システム。
【請求項３】前記掘削機械の動作領域を撮影する撮影
手段と、前記掘削機械及び前記自動追尾手段の配設箇所
から離れた箇所に設けられた監視センタと、該監視セン
タに設けられ前記撮影手段で撮影された画像を表示する
表示手段と、前記監視センタに設けられ前記掘削機械の
自動運転と遠隔運転との切り換えを指示する指示手段
と、前記監視センタに設けられ前記掘削機械の動作パタ
ーンを入力する入力手段とをさらに備え、前記駆動制御
手段は、前記指示手段により前記掘削機械を自動運転す
る旨が指示されたときに、前記動作パターン生成手段で
生成された動作パターンで前記駆動手段を動作させ、前
記指示手段により前記掘削機械を遠隔運転する旨が指示
されたときに、前記入力手段に入力された動作パターン
で前記駆動手段を動作させる請求項１記載の自動掘削シ
ステム。
【請求項４】少なくとも前記自動追尾手段と前記測量
手段とが移動可能な車輌上に搭載されており、該車輌上
には前記掘削機械と前記監視センタとの間で伝送される
信号を中継する信号中継手段が設けられている請求項３
記載の自動掘削システム。