JPH11236717A - 建設作業機械の自動コントロールシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 電波ノイズ、混信等の影響を受けにくい建設
作業機械の自動コントロールシステムを提供する。 【解決手段】 整地器具と追尾目標とレーザーセンサと
を備えた建設作業機械１と、レーザービームをレーザー
センサに向けて照射する測量機械８と、仕上げ面高さデ
ータ記憶手段４１と、仕上げ面高さデータに基づき各水
平座標位置で追尾中心が仕上げ面６’に対してあるべき
高さと実際に検出された追尾中心の仕上げ面に対する高
さの差として定義される偏差を演算する演算手段４１を
備え、測量機械８は、レーザービームの水平座標位置に
おける高さがその水平座標位置でレーザーセンサーの高
さ方向中心が仕上げ面６’に対してあるべき高さとなる
ようにレーザービームを回動手段により高低角方向に回
動させる仕上げ高さデータ駆動モードを備え、建設作業
機械８には、施工情報に基づき整地器具３を制御する整
地器具制御手段７が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木・建設分野で
使用される建設作業機械、例えば、モータ・グレーダ、
ペーバ、ブルドーザ等の整地、舗装を自動的に行う建設
作業機械の自動コントロールシステムの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、土木、建設分野では、整地、
舗装を行うに際し、建設作業機械のブレード、スクリー
ド等の整地器具を自動的に制御することが行われてい
る。

【０００３】その建設作業機械の整地器具を自動的にコ
ントロールするシステムとして、所望の仕上げ面を得る
ために、仕上がり断面に応じた水糸を作業現場に張り渡
し、水糸と整地器具との間隔を接触式のカンチレバーあ
るいは非接触式の超音波センサで検知し、この検知結果
に基づいて水糸に倣うように整地器具を油圧制御する構
成が知られている。しかしながら、この水糸に倣わせて
整地器具を自動的にコントロールするシステムは、水糸
を作業現場に張り渡す作業に多大の労力を要する。

【０００４】そこで、水糸を作業現場に張り渡さなくと
も、整地器具を自動的に制御して所望の仕上げ面を得る
ことのできる建設作業機械の自動コントロールシステム
が提案されている。

【０００５】図１はその一例を示すもので、この図１に
おいて、１は作業現場を整地する建設作業機械としての
ブルドーザー、２は作業現場に設置のローティングレー
ザー装置、３は整地器具としてのブレード、４はブレー
ド３に立設されたポール、５はそのポールに固定された
レーザーセンサである。

【０００６】ローティングレーザー装置２はレーザー光
により仕上げ面６’から所定の高さｈの箇所に基準面Ｒ
ｓを形成し、ブレード３は整地器具制御手段としての油
圧制御機器７によりレーザーセンサ５の高さ方向中心Ｈ
ｏにレーザー光が当たるように制御され、これにより、
作業現場の土地が所望の仕上げ面６’に整地される。こ
の建設作業機械の自動コントロールシステムによれば、
水糸を作業現場に張り渡す作業に較べて整地、舗装作業
を簡単に行うことができる。

【０００７】しかしながら、作業現場の土地６、仕上げ
面６’に高低、傾斜がある複雑形状の整地、舗装の場
合、基準面Ｒｓを得るために、ローティングレーザー装
置２を図２に示すように設置替えしなければならず、複
雑形状の整地、舗装の場合、そのローティングレーザー
装置２の設置替え作業が面倒であるという問題点が残っ
ている。

【０００８】そこで、目標までの距離、基準方向に対し
て目標が存在する方向の水平角、基準高さに対して目標
が存在する方向の高低角を測定すると共に、その目標を
追尾する自動追尾式の測量機（トータルステーション
（株式会社トプコン製ＡＰ−Ｌ１）ともいう）を用い
て、建設作業機械１を自動的にコントロールするシステ
ムが提案されている。

【０００９】図３はその自動追尾式の測量機を用いて建
設作業機械を自動的にコントロールするシステムの一例
を示している。その図３において、８は自動追尾式の測
量機を示し、この測量機８は工区の既知座標点Ｏに設置
され、測量機８にはパーソナルコンピュータ９が接続さ
れ、そのパーソナルコンピュータ９には無線送信装置１
０が接続されている。ブルドーザー１にはそのブレード
３に立設されたポール４に追尾目標としてのプリズム１
１が設けられると共に、無線受信装置１２が設けられて
いる。

【００１０】パーソナルコンピュータ９には既知点の高
さを基準として工事区間の各水平座標位置における仕上
げ面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。測量機８はプリズム１１を追尾して既知
座標点Ｏからプリズム１１までの距離、基準方向からプ
リズム１１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少なくとも水平座標位
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９に転送する。

【００１１】パーソナルコンピュータ９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、無
線送信装置１０に転送する。無線送信装置１０は仕上げ
面高さデータを無線受信装置１２に送信し、油圧制御機
器７はその無線受信装置１２に受信された仕上げ面高さ
データに基づきブレード３を制御し、ブレード３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。

【００１２】この自動追尾式の測量機８を用いて建設作
業機械を自動的にコントロールするシステムは、施工デ
ータとしての仕上げ面高さデータに基づき、ブレード３
を制御する方法であるので、複雑形状の仕上げ面を工数
を増やすことなく造成できるというメリットがある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、作業現
場では作業員がトランシーバを使用して連絡を取り合っ
ていたり、建設作業機械が発生する電波ノイズが存在す
る。このシステムでは、測量機８から作業現場のブルド
ーザー１に向けて、施工データを無線で送受信する装置
が必須であるので、混信、通信障害が生じるおそれがあ
り、信頼性の観点で問題が残っている。

【００１４】本発明は、上記の事情に鑑みて為されたも
ので、電波ノイズ、混信等の影響を受けにくい建設作業
機械の自動コントロールシステムを提供する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の建設作業機械の
自動コントロールシステムは、上記課題を解決するた
め、作業現場に設けられかつ整地器具と追尾目標とレー
ザーセンサとを備えた建設作業機械と、既知点に設けら
れかつ前記追尾目標の座標位置を光学的に測定する座標
位置測定手段を有して求められた座標位置で仕上げ面に
対してあるべき高さを指示するレーザービームを前記レ
ーザーセンサに向けて照射する測量機械と、施工計画さ
れた各水平座標位置に対応する仕上げ面の高さを仕上げ
面高さデータとして記憶する仕上げ面高さデータ記憶手
段と、前記仕上げ面高さデータに基づき前記各水平座標
位置で追尾中心が前記仕上げ面に対してあるべき高さと
実際に検出された追尾中心の仕上げ面に対する高さの差
として定義される偏差を演算する演算手段と、前記各水
平座標位置での施工情報に基づき前記レーザービームを
変調して該施工情報のデータを前記作業現場に向けて送
信する変調手段と、前記レーザーセンサに受光されたレ
ーザービームに基づき前記施工情報を復調する復調手段
とを備え、前記測量機械は、前記レーザービームの前記
水平座標位置における高さが該水平座標位置で前記レー
ザーセンサの高さ方向中心が前記仕上げ面に対してある
べき高さとなるように前記レーザービームを回動手段に
より高低角方向に回動させる仕上げ高さデータ駆動モー
ドを備え、前記建設作業機械には、前記レーザービーム
の前記レーザセンサ上での照射位置に基づいて前記水平
座標位置における整地すべき土地が前記水平座標位置で
の前記仕上げ面高さとなるように前記整地器具を制御す
ると共に前記復調された施工情報に基づき該整地器具を
制御する整地器具制御手段が設けられている。

【００１６】前記測量機械は、その水平座標位置で前記
追尾目標を高さ方向の中心を含む水平面内に前記測量機
械の鏡筒部の光軸中心が存在するように前記回動手段を
制御する高さ方向自動追尾モードを備え、前記追尾目標
の座標位置が所定範囲外のときに、前記仕上げ高さデー
タ駆動モードから前記高さ方向自動追尾モードに切り替
えられることが望ましい。

【００１７】前記レーザーセンサと前記追尾目標とが前
記整地器具に一体に立設されていることが望ましい。

【００１８】前記演算手段は前記測量機械から前記追尾
目標の座標位置に関するデータが入力され、前記記憶手
段にあらかじめ記憶されている前記整地器具の下縁から
前記レーザーセンサの高さ方向中心までの目標高さデー
タと前記仕上げ面高さデータとに基づき前記回動手段を
制御する。

【００１９】前記測量機は既知点から追尾目標までの距
離を測定可能である。

【００２０】施工情報は、例えば、整地器具の傾斜情
報、道路施工の場合のセンターライン管理情報、建設機
械の駆動情報であり、高さ方向自動追尾モード時には、
高さ方向の偏差のデータである。

【００２１】演算手段により得られた偏差のデータを記
憶保存する構成とすれば、施工評価情報として用いるこ
とができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図４は本発明に係わるトータルス
テーションの外観図を示している。この図４において、
２０は基盤部、２１は装置本体部である。装置本体部２
１は鉛直軸Ｇを中心として水平面内で水平面内回動手段
２２により回転される。この装置本体部２１は表示部２
３、一対の托架部２４を有する。一対の托架部２４には
水平軸２５が設けられ、水平軸２５には鏡筒部２６が保
持され、鏡筒部２６は水平軸２５を中心にして垂直面内
で高低角回動手段２７により回転される。装置本体部２
１の水平面内での回転量、鏡筒部２４の鉛直面内での回
転量は図示を略す角度読み取り装置（ロータリーエンコ
ーダ）により検知される。

【００２３】鏡筒部２６は、図５に示すように、水平方
向の追尾光発生部２８及び追尾目標（プリズム）までの
距離を測定する光波距離計部２９からなる追尾測距ユニ
ット部３０と、ファン状のレーザービームＰ３を放射す
るレーザービームユニット部３１とにより構成される。

【００２４】追尾測距ユニット部３０は、追尾及び測距
に共用される対物レンズ３２を有する。光波距離計部
（以下、ＥＤＭ部という）２９は、発光素子２９ａ、受
光素子２９ｂ、分割ミラー２９ｃから概略なる。発光素
子２９ａから出射された特定周波数で変調された測距光
Ｐ１は分割ミラー２９ｃの反射面２９ｄ、ダイクロイッ
クミラー３３の反射面３３ａで反射され、対物レンズ３
２の下半分を通過して、追尾目標としてのプリズム３４
（図６参照）に導かれる。プリズム３４により反射され
た変調光は、対物レンズ３２の上半分で集光され、ダイ
クロイックミラー３３の反射面３３ａで反射され、分割
プリズム２９ｃの反射面２９ｅにより受光素子２９ｂに
導かれる。

【００２５】ＥＤＭ部２９は図示を略す処理回路を備
え、処理回路は特定の周波数で変調された発光信号と受
光信号との位相差を計測し、その位相差により既知点か
らプリズム３４までの距離を測定する。ダイクロイック
ミラー３３は反射面３３ｂを備え、反射面３３ｂは発光
素子２９ａから出射された測距光Ｐ１を透過し、後述す
る追尾光Ｐ２を反射する。

【００２６】追尾光発生部２８はレーザビームＰ２をＸ
−Ｚの２次元方向に走査する２次元走査部を有する。こ
の２次元走査部は、レーザダイオード、このレーザーダ
イオードから出射された追尾光Ｐ２としてのレーザ光を
平行光束に変換するコリメーションレンズ、振動ミラ
ー、音響光学素子等により構成される。その詳細構成は
既に公知であるので図示を略すが、必要ならば、例えば
特開平５−３２２５６９号公報の図３を参照されたい。

【００２７】２次元走査部から放射された追尾光として
の走査ビームＰ２は、ミラー３５ａ、ミラー３５ｂによ
り反射され、対物レンズ３２の中心穴３６を通り、プリ
ズム３４に向けられる。プリズム３４により反射された
追尾レーザ光Ｐ２は対物レンズ３２の全面により集光さ
れ、ダイクロイックミラー３３の反射面３３ｂにより反
射され、受光素子３７に集光される。その追尾光Ｐ２の
波長は発光素子２９ａから出射された測距光Ｐ１の波長
と異なる。

【００２８】プリズム３４の位置の検出は以下の通りに
行われる。

【００２９】図７に示すように、Ｘ−Ｚ方向にラスタ走
査されるビームは、プリズム３４に当たったとき反射さ
れて、受光素子３７に到達する。図示を略す処理回路
は、受光信号が走査のどのタイミングで受光されたかを
検知し、走査中心３８に対するプリズム３４の中心位置
（追尾中心）３４ａのＸ−Ｚ方向の偏差ΔＸ、ΔＺを計
測する。計測された偏差ΔＸ、ΔＹは、図４に示す托架
部２４の水平方向の回転量、鏡筒部２６の高低方向の回
転量に変換され、各回転手段（回動手段）２２、２７に
フィードバックされる。このようにして、自動追尾式の
トータルステーション８は、プリズム３４の中心を視準
するように制御可能である。対物レンズ３２は合焦・接
眼部３９と組み合わされて、全体として望遠鏡を構成し
ている。作業者はこの望遠鏡を通して追尾目標を視準で
きる。なお、この測量機８は仕上げ高さデータ駆動モー
ドと高さ方向自動追尾モードとを備えており、これらに
ついては後述する。

【００３０】トータルステーション８は処理回路の一部
として機能する内蔵ＣＰＵを有する。この内蔵ＣＰＵは
追尾目標の座標位置を光学的に測定する座標位置測定手
段としての役割を果たす。内蔵ＣＰＵは測定により求め
られたプリズム３４までの距離、水平角度、高低角度に
基づき追尾目標の水平座標位置、高さ座標位置を演算す
る。この水平座標位置は表示部２３に表示され、追尾目
標の座標位置に関するデータが入出力ポート４０に出力
される。入出力ポート４０は通常ＲＳ-２３２Ｃにより
構成され、外部のパーソナルコンピュータ４１に接続さ
れている。パーソナルコンピュータ４１は内蔵ＣＰＵと
の間でデータの授受を行い、パーソナルコンピュータ４
１はここではトータルステーション８の動作モードのコ
ントロールを行う。

【００３１】レーザービームユニット部３１には、レー
ザーダイオード４２、コリメーションレンズ４３、シリ
ンドリカルレンズ４４により概略構成され、レーザダイ
オード４２から出射されたレーザー光はコリメーション
レンズ４３により平行光束に変換された後、シリンドリ
カルレンズ４４により、水平方向に広がりを持つファン
状のレーザービームＰ３に変換されて放射される。その
水平方向の広がり角θは、トータルステーション８の水
平方向の追尾角度よりやや広く設定される。これによ
り、追尾目標３４から追尾光Ｐ２が多少外れた場合で
も、ブルードーザ１の整地器具３に設置されたレーザセ
ンサ４５にファン状のレーザービームＰ３が当たること
になり、ブルドーザ１が向きを多少変えた場合でも整
地、舗装作業が保証されることになる。このファン状の
レーザービームＰ３には、後述する変調回路により整地
器具３をコントロールする施工情報データが変調されて
重畳される。

【００３２】整地器具３に立設されたポール４には、図
８に示す受光ユニットが４６設けられている。この受光
ユニット４６は段付き円柱から構成され、この段付き円
柱４６の下部側には大径円柱４７が設けられ、上部側に
は小径円柱４８が設けられている。大径円柱４７の外周
部にはその全周に渡ってプリズム３４が所定間隔を開け
て複数個設けられている。小径円柱４８の外周部にはそ
の全周に渡ってレーザーセンサ４５が所定間隔を開けて
複数個設けられている。これにより、トータルステーシ
ョン８はブルドーザが３６０度方向に向きを変えても追
尾できる。

【００３３】プリズム３４の中心位置３４ａとレーザー
センサー４５の中心位置４５ａのオフセット値Ｈ１は所
定の値であり、例えば、図４に示す対物レンズ３２の中
心とシリンドリカルレンズ４４の中心とのオフセット値
Ｈ２と同一とすることができる。レーザーセンサ４５は
建設作業機械１の上下方向の振動、油圧により制御され
る整地器具３の上下方向の追従精度をカバーできる長さ
を持つ。このレーザーセンサ４５はトータルステーショ
ン８から放射されるファン状のレーザービームＰ３が照
射された位置とレーザーセンサ４５の中心位置４５ａと
の偏差Ｈ３を出力する。この種のレーザセンサ４５とし
て、微小な受光素子を直列に多数配置した受光素子アレ
イ、ファン状のレーザービームＰ３の受光位置に対応す
る電流を出力するポジションセンサ（ＰＳＤ）等が利用
される。ファン状のレーザービームＰ３の照射位置とレ
ーザセンサ４５の中心位置４５ａとの偏差Ｈ３のデータ
は、コネクタ４６’を介して建設作業機械１に向けて出
力される。この偏差Ｈ３のデータは建設作業機械１の整
地器具３を上下方向に制御する油圧制御機器７のデータ
として用いられる。油圧制御機器７は整地器具３を上下
方向に駆動し、整地器具３はレーザーセンサー４５の中
心位置４５ａにファン状のレーザービームＰ３が当たる
ように制御され、土地６を掘削又は切削する。

【００３４】これまでの作業手順を整理して図６を参照
しながら以下に説明する。建設作業機械１の整地器具３
にポール４を用いて所定の高さのところにプリズム３４
及びレーザセンサ４５を設置する。自動追尾トータルス
テーション８を作業現場の見通しの良い場所で既知の座
標点Ｏに設置する。自動追尾トータルステーション８を
作業現場の３次元の設計データ（施工計画された各水平
座標位置に対応す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）が格納されたパーソナルコンピュー
タ４１に接続する。パーソナルコンピュータ４１に、自
動追尾トータルステーション８の既知点の水平座標位
置、機械高さ、整地器具３のエッジ３ａからレーザセン
サ４５の高さ方向中心位置４５ａまでの目標高さとして
の目標高さデータを入力する。自動追尾トータルステー
ション８をレーザセンサ４５、プリズム３４に向けて作
業を開始する。

【００３５】自動追尾トータルステーション８はプリズ
ム３４の水平方向の動きに対して、常に追尾する。ＥＤ
Ｍ部２９により既知点からプリズム３４までの距離を測
定する。このとき、上下方向は追尾していない。従っ
て、測距光軸に対してプリズム３４の位置が正対してい
ない場合もあるが、ＥＤＭ部２９の測距光Ｐ１に適当な
広がりを持たせることにより測距可能としている。

【００３６】自動追尾トータルステーション８の角度読
みとり装置の角度データと測距データとから、レーザセ
ンサ４５の水平座標Ｘ、Ｙを計算して、パーソナルコン
ピュータ４１に出力する。

【００３７】パーソナルコンピュータ４１はＸ、Ｙ座標
を設計データ（仕上げ面高さデータ）と照合し、その水
平座標における仕上げ面高さＺを求め、自動追尾トータ
ルステーション８のその水平座標位置でのファン状のレ
ーザービームＰ３の高さが、図１１に示すようにその水
平座標位置でレーザーセンサ４５の中心４５ａが仕上げ
面６’に対してあるべき高さとなるように回動手段２７
に指令を出力する。自動追尾トータルステーション８
は、その指令に従って鏡筒部２６を高低方向に回動させ
る。

【００３８】鏡筒部２６の回動が終了した時点で、パー
ソナルコンピュータ４１はプリズム３４の上下方向の偏
差ΔＺ（図７参照）、すなわち、追尾中心が仕上げ面
６’に対してあるべき高さと実際に検出された追尾中心
の仕上げ面６’に対する高さの差として定義される偏差
ΔＺを検出し、施工評価データとしてパーソナルコンピ
ュータ４１に出力する。パーソナルコンピュータ４１は
この施工評価データをメモリに記録する。レーザセンサ
４５はファン状のレーザービームＰ３がレーザセンサ４
５上のどの箇所に照射されているかを検知し、中心位置
４５ａと照射箇所との偏差Ｈ３のデータを油圧制御機器
７の駆動制御装置に出力する。油圧制御機器７はその偏
差Ｈ３に従って整地器具３を仕上げ面高さがＺとなるよ
うに上下方向にコントロールする。

【００３９】本発明に係わるコントロールシステムで
は、自動追尾トータルステーション８が距離を測定する
毎にこれを繰り返す。このようにして、土地６が整地器
具３により切削又は掘削され、所望の仕上げ面に仕上げ
られる。

【００４０】本実施例によれば、自動追尾トータルステ
ーション８は、振動しかつ上下方向に制御される建設作
業機械１の整地器具３に設置された追尾目標に対して高
さ方向に追尾することなく、パーソナルコンピュータ４
１から送信される設計データ（仕上げ面高さデータ）に
追従するため、高精度な施工が可能となる。また、自動
追尾トータルステーション８は、プリズム３４の上下方
向の偏差ΔＺを常に検出しているため、これを記録保存
することにより、施工評価データとして使用できる。

【００４１】ところで、道路等を施工する場合、整地器
具３は上下方向に制御されるだけでなく、斜めに制御さ
れることがある。例えば、道路のカーブ部分のバンク角
の勾配、水はけ勾配を作るとき、整地器具３は斜めに傾
けられる。

【００４２】従来の非自動化の施工方法の場合、傾斜量
（パーセント表示）を立て札等で適当な間隔毎に示し、
建設作業機械１のオペレータがそれを視認して、整地器
具３を手動で制御していた。また、平面的に広がった宅
地・農地等の整地と異なり、道路施工の場合、基本的に
センターライン等の平面上の位置が管理され、オペレー
タは正確にそれをトレースする必要がある。従来、これ
もオペレータの目視により行っていた。

【００４３】本発明に係わる自動追尾トータルステーシ
ョン８と、設計データが格納されたパーソナルコンピュ
ータ４１とを組み合わせたコントロールシステムの場
合、自動追尾トータルステーション８により建設作業機
械１の水平座標位置を測定することができ、パーソナル
コンピュータ４１には設計データが格納されている。従
って、施工に要求される施工情報（傾斜角等）はパーソ
ナルコンピュータ４１により全て算出できる。この算出
された施工情報は、建設作業機械１の駆動情報として用
いられ、従来、図３に示すように、無線通信により送信
されていたが、通信障害等の様々な問題がある。

【００４４】本発明によれば、以下に説明する光通信手
段を用いることにより、施工情報を通信障害、混信等を
受けることなく、建設作業機械１に向けて送信すること
ができる。

【００４５】すなわち、本発明では、施工情報はファン
状のレーザービームＰ３に変調して送出され、レーザセ
ンサ４５により受光後、復調することにより、施工情報
が取り出される。

【００４６】図９はデータ変調の一例を示し、図９
（ａ）はＡＳＫ方式によりデータ変調された信号を示し
ている。図９（ａ）において、Ｓはデータブロックのス
タートを示す同期パターン、ａ１、ａ２、ａ３、…は各
シリアルデータのビットを表している。図９（ａ）で
は、同期パターンＳは検出を容易とするため、その幅が
データビットａ１、ａ２、ａ３、…の各幅よりも数倍以
上大きい。同期パターンＳに続く各ビットは、２進数
（例えば、１、０、１、…）からなるデータを示してい
る。

【００４７】図９（ｂ）は変調回路を示し、４９は発振
器、５０はゲート回路で、発振器４９は搬送波を出力
し、ゲート回路５０はパーソナルコンピュータ４１から
送出されるシリアルデータをＡＳＫ変調し、ドライブ回
路５１はレーザダイオード４２をシリアルデータに基づ
き変調しながら発光させ、ファン状のレーザービームＰ
３はデータ変調されてレーザーセンサ４５に送出され
る。これにより、施工情報がレーザーセンサ４５に送信
される。

【００４８】図１０（ａ）はレーザセンサ４５によるデ
ータ復調回路を示している。ここでは、レーザセンサ４
５として、ポジションセンサ（ＰＳＤ）が用いられてい
る。ここで、ファン状のレーザービームＰ３の照射位置
の検出方法も説明する。図１０（ｂ）において、Ｓ’、
ａ１’、ａ２’、…は変調されたファン状のレーザービ
ームＰ３を示し、ファン状のレーザービームＰ３は送信
中にノイズが重畳されるため、波形がくずれる。

【００４９】レーザーセンサ４５は２本の出力線４５
ｂ、４５ｃを持つ。このレーザーセンサ４５はファン状
のレーザービームＰ３の照射位置（ａ、ｂ）に比例した
振幅の電気信号を、ａ’、ｂ’を出力する。この電気信
号ａ’、ｂ’は加算回路５２に入力されて加算され、こ
れにより受光された全信号が得られる。加算回路５２の
出力は包絡線検波回路５３に入力され、包絡線検波回路
５３は包絡線波形信号５５’を検出し、包絡線波形信号
５５’は、波形成形回路５４に入力されて矩形波５
５’’とされ、この矩形波５５’’は建築作業機械１の
ＣＰＵ５５に入力される。ＣＰＵ５５は一定間隔以上 "
１" が続く同期パターンＳを検出し、検出された同期パ
ターンＳの立ち下がりタイミングから、一定期間毎に入
力された信号が"０"か"1"かを判断することにより、施
工情報を復調する。

【００５０】また、加算回路５２の出力と出力線４５ｂ
の出力ｂ’とはＡ／Ｄ変換器５６、５７に入力され、Ｃ
ＰＵ５５は同期パターンＳが検出されたタイミングで各
Ａ／Ｄ変換器５６、５７の出力を読み込み、ａ’／
（ａ’＋ｂ’）の式に基づく演算を行うことによりファ
ン状のレーザービームＰ３の高さ方向の照射位置を検出
する。

【００５１】ここでは、ＡＳＫ変調・復調について説明
したが、公知の他の方式であるＰＳＫ方式等を利用して
も良い。また、受光素子としてここでは、ＰＳＤを使用
した例を説明したが、受光素子アレイ、他の同等な機能
を持つ素子を用いても良い。

【００５２】また、レーザセンサ４５の受光素子には、
ＥＤＭ部２９の測距光Ｐ１、追尾光Ｐ２も入射する可能
性があり、この光がノイズとなる場合も想定される。こ
の場合、これらの光Ｐ１、Ｐ２とファン状のレーザービ
ームの光Ｐ３を分離するため、光Ｐ１、Ｐ２の波長と光
Ｐ３の波長とを異ならせ、レーザーセンサ４５の前面に
波長選択型の光学フィルターを配置し、測距光Ｐ１、追
尾光Ｐ２がレーザーセンサ４５に入射しないように構成
すれば良い。

【００５３】測距、追尾、通信の各ステップを時分割し
て行うこともできる。このようにすれば、同期パターン
Ｓが検出された以後、他の光Ｐ１、Ｐ２は照射されない
ため、レーザーセンサ４５は安定して光Ｐ３を受信でき
る。この場合、全体の処理スピードが遅くなるが、各光
Ｐ１〜Ｐ３の干渉を防ぐために、高価な波長選択型フィ
ルターが不必要であるという利点がある。

【００５４】本発明によれば、自動追尾トータルステー
ション８は上下方向について追尾目標３４を追尾せず、
パーソナルコンピュータ４１により格納された設計デー
タに基づき整地器具１を制御する。この構成により、整
地器具３が上下方向に移動制御されたとき、追尾光Ｐ２
が上下方向に追尾目標３４を追尾して、この追尾により
ファン状のレーザービームＰ３の高さ方向の位置が変化
し、整地器具３がレーザーセンサ４５のファン状のレー
ザービームの照射位置の変化により上下方向に制御され
て、ハンチング現象を起こすという従来システムの欠点
が避けられ、高さ方向に精度の良い施工が可能となる。

【００５５】しかしながら、最終仕上げ以前の施工で
は、高精度は要求されておらず、何回も施工が繰り返さ
れ、この作業の繰り返しにより、徐々に設計データの通
りに造成作業が行われる。すなわち、初期の施工におい
ては、設計データに対して現状路面が大きくズレている
ことが多い。このような場合、これまで述べた実施例に
よれば、追尾目標の水平座標位置におけるファン状のレ
ーザービームＰ３の高さが常に設計データで指示される
ため、荒仕上げの地盤が設計高さから大きくずれていた
場合、荒仕上げの地盤が他の地盤よりも堅い場合には、
これに対応する長さのレーザセンサ４５が必要である。
設計高さに対して一様に荒仕上げの地盤が上又は下にず
れている場合、設計高さデータに一定のオフセットを与
えることにより、レーザーセンサ４５の長さを長くする
ことを避けることができるが、複雑形状の土地を整地す
る場合、レーザセンサ４５を長くしなければならず、コ
ストが高くなる。

【００５６】以下に説明する実施例によれば、レーザー
センサ４５を長くしなくとも、荒仕上げの地盤が設計高
さから大きくズレている場合、部分的に荒仕上げの地盤
が他の場所の地盤と較べて堅くても施工を正確に行うこ
とができる。

【００５７】例えば、最終仕上げ時の要求施工精度を±
５mmとする。そして、レーザセンサ４５の受光面の縦方
向の長さが、その１０倍、±５cmであるとする。この場
合、一回の施工で設計データに対して±５cm以内に施工
できれば、レーザーセンサ４５は、施工区間内で自動追
尾トータルステーション８から照射されるファン状のレ
ーザービームＰ３を確実に受光可能であり、問題はな
い。しかしながら、現状の路面状態が悪く、例えば、設
計データに対してズレが多い場合、又は路盤が部分的に
堅くて、一回の施工作業で±５cm以内に施工できないと
き、レーザセンサ４５がファン状のレーザービームＰ３
から大きく離れ、レーザーセンサ４５はファン状のレー
ザービームＰ３を受光できなくなる。

【００５８】しかしながら、自動追尾トータルステーシ
ョン８は、プリズム３４の上下方向の位置を常に検知し
ている。従って、設計データに対して現在の施工状態が
どれくらいずれているかを知ることができる。

【００５９】そこで、自動追尾トータルステーション８
に、予め設定された範囲（例えば、±４cm）以上施工が
ずれると、自動的に標準的な自動追尾トータルステーシ
ョンと同様に、水平方向の追尾のみならず、上下方向の
追尾も開始させる構成とする。

【００６０】すなわち、トータルステーション８は、偏
差△Ｚが±４cmを越えたとき、仕上げ高さデータ駆動モ
ードから高さ方向自動追尾モードとなり、回動手段２７
により追尾光Ｐ２がプリズム３４の高さ方向中心位置３
４ａに位置するように追尾光Ｐ２を偏向させる。

【００６１】この時には、高さ制御データとして、ファ
ン状のレーザービームＰ３の受光位置のデータは使用さ
れず、自動追尾トータルステーション８から送信される
高さ偏差ΔＺのデータ（設計データと検出されたプリズ
ム高さとの差）が制御データとして使用される。この偏
差ΔＺのデータはファン状のレーザービームＰ３を変調
することによりレーザーセンサ４５に送信される。この
切り替えは、自動追尾トータルステーション８から送信
される制御データに含まれたステータス情報を用いて行
われる。

【００６２】この場合、自動追尾トータルステーション
８も上下方向の追尾を行うこととなり、精度が劣化する
が、もともと設計値からのズレ量が大きい路盤の施工を
行うため、支障は生じない。

【００６３】設計データからのズレ量が大きい路盤は、
この方法により施工を繰り返し行い、設計データからの
ズレ量が一定の範囲（例えば、±３cm）に連続して入る
ようになれば、高低方向の追尾を停止し、再び仕上げ高
さデータ駆動モードに切り替える。

【００６４】ここでは、レーザーセンサ４５の長さを±
５cmとしているため、この精度以内で上下方向の追尾を
行えば、データ通信のためのビームを常時レーザーセン
サ４５に受信できる。これは、自動追尾トータルステー
ション８の追従性能にとって支障のない数値である。

【００６５】また、自動追尾トータルステーション８の
上下方向（高低）の追尾サーボの応答を、重機（建設作
業機械）の振動等に追従しない程度に落とし、細かい偏
差は図７に示す偏差ΔＺのデータを使用して補正を行う
ことにすると、精度が向上する。

【００６６】本発明では、全体の構成を変えること無
く、ファン状のレーザービームＰ３を用いた高精度な施
工と、ファン状のレーザービームＰ３をデーター通信の
みに使用する高さ方向に制限のない施工とを行うことが
できる。

【００６７】ここでは、自動追尾トータルステーション
８の方式として、レーザを二次元方向に走査する場合に
ついて説明したが、追尾目標として発光素子を用い、Ｃ
ＣＤ等で受光する方式を用いても良いし、本発明の趣旨
を変更しない範囲で様々な展開を行うことができる。

【００６８】

【発明の効果】本発明の建設作業機械の自動コントロー
ルシステムによれば、電波ノイズ、混信等の影響を受け
にくいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のローテイテイングレーザー装置を用いた
建設作業機械の自動コントロールシステムの説明図であ
る。

【図２】従来のローテイテイングレーザー装置を用いた
建設作業機械の自動コントロールシステムの不具合を説
明するための図である。

【図３】自動追尾式測量機を用いた建設作業機械の自動
コントロールシステムの説明図である。

【図４】本発明に係わる自動追尾式測量機の概要図であ
る。

【図５】図４に示す鏡筒部の内部の構成を概略示す光学
図である。

【図６】本発明に係わる整地作業の一例を説明するため
の概要図である。

【図７】追尾光の走査の一例の説明図である。

【図８】本発明に係わる追尾目標としてのプリズムとレ
ーザーセンサとを示す斜視図である。

【図９】本発明に係わる変調の一例を示し、（ａ）は変
調されたファン状のレーザービームを示し、（ｂ）は変
調回路を示すブロック図である。

【図１０】本発明に係わる復調の一例を示し、（ａ）は
復調回路のブロック図を示し、（ｂ）は復調信号を示
す。

【図１１】 図６に示す整地作業の一例を更に理解しや
すくして示した概要図である。

【符号の説明】

１…建設作業機械 ３…整地器具 ７…整地器具制御手段 ８…測量機械 ４１…パーソナルコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーノン ジェイ．ブラベック アメリカ合衆国 94588 カリフォルニア 州、プレザントン、ダブリュー・ラス ポ ジタス ビーエルヴィディー 5758、トプ コンレーザーシステムズインコーポレーシ ョン内 (72)発明者 平野 聡 東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプ コン内 (72)発明者 大森 誠 東京都板橋区蓮沼町75番１号株式会社トプ コン内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業現場に設けられかつ整地器具と追尾目
   標とレーザーセンサとを備えた建設作業機械と、 既知点に設けられかつ前記追尾目標の座標位置を光学的
   に測定する座標位置測定手段を有して求められた座標位
   置で仕上げ面に対してあるべき高さを指示するレーザー
   ビームを前記レーザーセンサに向けて照射する測量機械
   と、 施工計画された各水平座標位置に対応する仕上げ面の高
   さを仕上げ面高さデータとして記憶する仕上げ面高さデ
   ータ記憶手段と、 前記仕上げ面高さデータに基づき前記各水平座標位置で
   追尾中心が前記仕上げ面に対してあるべき高さと実際に
   検出された追尾中心の仕上げ面に対する高さの差として
   定義できる偏差を演算する演算手段と、 前記各水平座標位置での施工情報に基づき前記レーザー
   ビームを変調して前記施工情報のデータを前記作業現場
   に向けて送信する変調手段と、 前記レーザーセンサに受光されたレーザービームに基づ
   き前記施工情報を復調する復調手段とを備え、 前記測量機械は、前記レーザービームの前記水平座標位
   置における高さが該水平座標位置で前記レーザーセンサ
   の高さ方向中心が前記仕上げ面に対してあるべき高さと
   なるように前記レーザービームを回動手段により高低角
   方向に回動させる仕上げ高さデータ駆動モードを備え、
   前記建設作業機械には、前記レーザービームの前記レー
   ザセンサ上の照射位置に基づいて前記水平座標位置にお
   ける前記整地すべき土地が前記水平座標位置での前記仕
   上げ面高さとなるように前記整地器具を制御すると共に
   前記復調された施工情報に基づき該整地器具を制御する
   整地器具制御手段が設けられている建設作業機械の自動
   コントロールシステム。
2. 【請求項２】前記測量機械は、その水平座標位置で前記
   追尾目標を高さ方向の中心を含む面内に前記測量機械の
   鏡筒部の光軸中心とが一致するように前記回動手段を制
   御する高さ方向自動追尾モードを備え、前記追尾目標の
   座標位置が所定範囲外のときに、前記仕上げ高さデータ
   駆動モードから前記高さ方向自動追尾モードに切り替え
   られる請求項１に記載の建設作業機械の自動コントロー
   ルシステム。
3. 【請求項３】前記整地器具に前記レーザーセンサと前記
   追尾目標とが一体に立設されている請求項１に記載の建
   設作業機械の自動コントロールシステム。
4. 【請求項４】前記演算手段は前記測量機械から前記追尾
   目標の座標位置に関するデータが入力されると、前記記
   憶手段あらかじめ記憶されている前記整地器具の下縁か
   ら前記レーザーセンサの高さ方向中心までの仕上がり高
   さデータと前記仕上げ面高さデータとに基づき前記回動
   手段を制御する請求項１に記載の建設作業機械の自動コ
   ントロールシステム。
5. 【請求項５】前記測量機は既知点から追尾目標までの距
   離を測定可能である請求項１ないし請求項４のいずれか
   １項に記載の建設作業機械の自動コントロールシステ
   ム。
6. 【請求項６】前記施工情報が前記整地器具の傾斜情報で
   ある請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の建
   設作業機械の自動コントロールシステム。
7. 【請求項７】前記施工情報が道路施工のセンターライン
   の管理情報である請求項１ないし請求項４のいずれか１
   項に記載の建設作業機械の自動コントロールシステム。
8. 【請求項８】前記施工情報が建設作業機械の駆動情報で
   ある請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の建
   設作業機械の自動コントロールシステム。
9. 【請求項９】前記施工情報が高さ方向自動追尾モード時
   の高さ方向の偏差のデータである請求項２ないし請求項
   ４のいずれか１項に記載の建設作業機械の自動コントロ
   ールシステム。
10. 【請求項１０】前記偏差のデータが記憶保存されて、施
    工評価情報として用いられる請求項１に記載の建設作業
    機械の自動コントロールシステム。