JPH11237244A - 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】 あらたに、ファンレーザ等の発光源を測量機
に設けなくとも、従来の自動追尾トータルステーション
の動作を改良することにより、高精度な高さの自動施工
が可能な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を備えた建設作業機
械１と、追尾光を照射し追尾目標からの反射光を受光し
て水平座標位置を決定する測量機械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偏
差を演算する演算手段４１と、偏差のデータを作業現場
に向けて送信する送信手段１０とを備え、測量機械８
は、その水平座標位置で追尾中心があるべき高さの位置
に追尾光を照射すべく追尾光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１には、偏差のデータを受信する受信手段１
２と、受信結果に基づいて整地器具３を制御する器具制
御手段７とが設けられる。

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’から所定高さｈの箇所に基準面
Ｒｓ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
Ｈｏ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。なお、この仕上げ面の高さは主に平均海面を基準
とした標高が用いられる。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面高さ（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、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】ところで、従来の自動追尾式トータルステ
ーション８は、水平方向、高低角方向の両方向に対して
追尾を行う構成とされ、プリズム１１、発光素子等の追
尾目標の目標位置を望遠鏡を通して検出し、望遠鏡の鏡
筒部の光軸中心からの目標位置のズレ量（偏差）を、水
平・高低駆動のサーボモータにフィードバックし、光軸
中心に追尾目標が常時位置するようにコントロールされ
る。しかしながら、その応答時間には限界があり、追尾
目標の振動周期が速い場合には追従できず、不感帯が生
じる。また、この従来のものでは、仕上げ面高さデータ
に基づき整地器具３の高さを制御し、整地器具３の高さ
が変わるとこれに追尾光が追従し、この追尾光の追従に
よりハンチングを起こす場合もある。従って、荒れた路
面を建設作業機械１が走行する場合、上下方向の振動が
そのまま高さ位置検出の誤差になりかねない。

【００１４】また、建設作業機械１の整地器具３それ自
体も固有の応答速度をもって自動制御されているので、
建設作業機械１とトータルステーション８との双方で、
制御を繰り返すこととなり、仕上げ高さの精度が劣化す
る要因になっている。一般に整地、舗装を行う建設作業
機械１の場合、高さ方向の仕上げ精度が要求されてお
り、これが自動追尾トータルステーション８を使用する
場合の障害となっていた。

【００１５】そこで、米国特許出願０８／６５８６５５
号（１９９６年６月５日出願）に開示されているよう
に、自動追尾トータルステーション８に水平方向のみの
追尾を行わせ、垂直方向ついては、追尾を行わない構成
のものが提案されている。この自動コントロールシステ
ムは、トータルステーション８に水平方向に回転又は広
がりを持つファンレーザーを設け、水平方向の追尾によ
り水平座標位置を検出して、仕上がり形状を意味する仕
上げ面高さデータを記憶した記憶手段からその水平座標
位置における仕上げ面高さデータを呼び出して、その水
平座標位置における仕上げ面からの所定高さをファンビ
ームが指示するように高低角を制御する一方、建設作業
機械１にレーザーセンサを設け、このレーザーセンサに
よりファンビームを検出し、レーザーセンサの高さ方向
中心とファンビームの照射高さ位置との差に基づいて、
整地器具を制御する構成となっている。

【００１６】この構成によれば、トータルステーション
８は高低角については仕上げ面高さデータに対して追従
することとなるため、建設作業機械１の振動等に影響さ
れずに高精度な仕上げ面高さを得ることができる。建設
作業機械１の整地器具３の上下方向の制御もレーザセン
サの高さ方向中心でファンレーザを受光できるように制
御するのみであり、従来から行われているローティング
レーザによる制御と同等以上の制御を容易に達成できる
利点がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このコ
ントロールシステムでは、建設作業機械１の整地器具３
を制御するために、あらたに、ファンレーザを設けなけ
ればならず、測量機８の構造が複雑化する欠点がある。
更に、建設作業機械１の操作者に整地器具３の傾斜等の
施工情報を与えるためには、従来の自動追尾トータルス
テーションによるコントロールシステムと同様に、その
施工情報を通信する通信手段が別途必要である。

【００１８】本発明は上記の事情に鑑みて為されたもの
で、あらたに、ファンレーザ等の発光源を測量機に設け
なくとも、従来の自動追尾トータルステーションの動作
を改良することにより、高精度な高さの自動施工が可能
な建設作業機械の自動コントロールシステムを提供する
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を達成するための手段】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
標の追尾中心に向けて追尾光を照射しかつ該追尾目標か
らの追尾反射光を受光して座標面上で前記追尾目標の少
なくとも水平座標位置を決定する測量機械と、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
標位置で前記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
さとの差として定義できる偏差を演算する演算手段と、
前記偏差のデータを前記作業現場に向けて送信する送信
手段とを備え、前記測量機械は、該水平座標位置で前記
追尾中心が前記仕上げ面に対してあるべき高さの位置に
追尾光を照射すべく前記追尾光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、前記偏差のデータを受信する受
信手段と、該受信手段の受信結果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
器具制御手段とが設けられている。

【００２０】前記送信手段は前記追尾光を変調して前記
偏差のデータを前記受信手段に向けて送信しても良い
し、電波により無線通信しても良い。

【００２１】また、前記測量機械は、前記追尾目標の高
さ方向の中心と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、前記偏差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ようにしても良い。

【００２２】前記整地器具に前記追尾目標が一体に立設
されるのが望ましく、整地器具と追尾目標とが器具制御
手段により制御され、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追尾目標の高さ方向中心までの追尾
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のが好ましい。

【００２３】更に、前記演算手段は、前記仕上げ高さデ
ータ駆動モードのときに、前記鏡筒部の光軸中心として
定義される走査中心と前記追尾目標の高さ方向中心との
偏差を演算し、偏差データを記憶保存して施工評価デー
タとして用いても良い。前記測量機械はその既知点を基
準として前記追尾目標までの距離を測定可能である。

【００２４】

【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。

【００２５】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により構成される。

【００２６】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から出射されかつ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
３２の下半分を通過して、追尾目標としてのプリズム３
４（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。

【００２７】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。

【００２８】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、図７に示すようにレーザダイオード
２８Ａ、このレーザーダイオード２８Ａ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２８Ｂ、互いに直交して配設された音
響光学素子２８Ｃ、２８Ｄ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。なお、回転多面鏡とガルバノミラーとの組み合わ
せにより追尾光Ｐ２を走査させても良い。

【００２９】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。なお、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。

【００３０】プリズム３４の位置の検出は以下の通りに
行われる。

【００３１】図８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、ΔＺ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。

【００３２】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。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
れると共に、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４１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。

【００３３】整地器具３に立設されたポール４には、図
９に示す受光ユニットが４６が設けられている。この受
光ユニット４６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。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。

【００３４】このレーザービームの走査による場合、レ
ーザービーム自体の広がり角が狭いため、レーザービー
ムのエネルギー密度が高く、追尾目標が測量機械８から
はるかに遠くても追尾可能である。

【００３５】次に、作業手順を整理して以下に説明す
る。

【００３６】建設作業機械１の整地器具３にポール４を
用いて整地器具３の下縁３ａから所定の高さのところに
プリズム３４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からプリズム３４の高さ方
向中心位置３４ａまでの追尾目標高さとしての追尾目標
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をプリズム３４に向けて作業を開始する。

【００３７】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により既知点を基準としてプリズム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れば測距可能である。

【００３８】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。

【００３９】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）と照合して、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の追尾光Ｐ２のその水平座標位置で
の高さが、図１４に示すようにその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
に回転させる。

【００４０】鏡筒部２６の回転が終了した時点で、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、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
対する高さとの差として定義される偏差ΔＺ（図８を参
照）を演算し、この偏差のデータを無線送信装置１０に
出力する。同時に、この偏差のデータを施工評価データ
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。

【００４１】無線送信装置１０はその偏差のデータを無
線送信装置１２に出力する。無線受信装置１２はその偏
差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はその偏差のデータに従って整地器
具３を仕上げ面の高さがＺになるように上下方向にコン
トロールする。

【００４２】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６’に仕
上げられる。

【００４３】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。

【００４４】この実施例では、追尾光Ｐ２を走査するこ
とにより追尾目標の追尾を行っているが、これに限るも
のではなく、受光素子３７に２次元ＣＣＤセンサ、４分
割素子を用いて追尾を行う構成とすることもできる。こ
の場合、図５に示す追尾光発生部２８は、適当な広がり
角を持つ追尾光を放射する光源部に置換される。すなわ
ち、走査機構は不要である。

【００４５】この構成の場合、対物レンズ３２を通して
光源部から放射される追尾光Ｐ２がプリズム３４を照射
し、プリズム３４から反射された追尾光Ｐ２は、再び対
物レンズ３２を通って受光素子３７に結像される。この
受光素子３７上の像の位置を検出して、サーボ系にフィ
ードバックすることにより、自動追尾が行われる。図１
０には受光素子３７として、４分割素子３７Ａを用いた
例が示されている。この４分割素子３７Ａは、４つの受
光面３７Ｂ〜３７Ｅからなり、その中心が光軸に合致す
るように配置される。受光面３７Ｂ〜３７Ｅに結像され
たプリズム３４からの反射光Ｐ２は、各受光面３７Ｂ〜
３７Ｅに当たった面積に比例する出力を発生する。従っ
て、４つの受光面３７Ｂ〜３７Ｅの出力から、追尾光Ｐ
２の位置の変位を検出できる。このコントロールシステ
ムによれば、測量機８から追尾光Ｐ２を受光素子３７に
向けて照射せず、プリズム３４の近傍に追尾用の光源を
配置し、その追尾用の光源の像を、測量機の８の受光素
子３７としてのＣＣＤ、４分割素子３７Ａで受光し、光
軸中心と受光位置と偏差を求めることにより追尾目標を
追尾させることができる。

【００４６】なお、このコントロールシステムによれ
ば、ビーム走査機構を必要としないので、測量機８の構
成は簡略化されるが、プリズム３４又は自動追尾トータ
ルステーション本体８を確実に照射するため、ある程度
広がった追尾光が必要となり、追尾可能距離が制限され
ることととなる。

【００４７】ところで、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、その水平座標位置で追尾目標の仕上げ面６’に対し
てあるべき高さが設計データに基づく追尾光Ｐ２によっ
て常に指示されるため、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、追尾範囲内からプリズム３４が逸脱す
ることとなり測距不能となる。仕上げ面高さに対して一
様に荒仕上げの地盤が上又は下にずれている場合、仕上
げ面高さデータに一定のオフセットを与えることによ
り、プリズム３４が追尾範囲内から逸脱することを避け
ることができるが、複雑形状の土地を整地する場合、プ
リズム３４を上下方向に多数並べたり、測距光Ｐ１の広
がり角を大きくしなければならず、コントロールシステ
ムが複雑化し、コストが高くなると共に測距可能距離が
短くなる。

【００４８】以下に説明する実施例によれば、プリズム
３４を上下方向に多数並べなくとも、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。

【００４９】通常ＥＤＭ部２９の測距光Ｐ１は、数分の
広がり角を持っている。従って、この広がり角の範囲内
にプリズム３４が存在していれば測距可能である。例え
ば、広がり角が５分で、５０ｍ先にプリズム３４がある
場合、ビームの広がりは約７ｃｍとなる。従って、±
３．５cm以内の偏差であれば測距可能である。よって、
一回目の施工で設計値に対して±３．５cm以内に施工で
きれば、常時、測距可能であり、問題はない。

【００５０】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±３．５cm以内に施
工できないとき、追尾光Ｐ２がプリズム３４から大きく
離れ、受光素子３７は追尾光Ｐ２を受光できなくなる。

【００５１】ところで、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。

【００５２】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、±３cm）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。

【００５３】すなわち、トータルステーション８は、偏
差△Ｚが±３cm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。すなわ
ち、鏡筒部２６の光軸中心が追尾目標の高さ方向中心位
置３４ａに合うように追尾光Ｐ２が偏向される。

【００５４】この場合にも、自動追尾トータルステーシ
ョン８から送信される偏差Ｚのデータ（追尾中心が仕上
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との差）が制御データとして使
用される。この偏差のデータは無線送信装置１０から無
線受信装置１２に送信される。

【００５５】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、もともと設計データ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。

【００５６】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、±２cm）に連続して入る
ようになれば、高低方向の自動追尾を停止し、再び仕上
げ高さデータ駆動モードに切り替える。

【００５７】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８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。

【００５８】以上の説明では、偏差ΔＺのデータを無線
送信装置１０と無線受信装置１２とにより建設作業機械
１に向けて送受信する構成としたが、以下に説明する光
通信手段を用いれば、偏差ΔＺのデータを通信障害、混
信を受けることなく、建設作業機械１に向けて送信でき
る。

【００５９】すなわち、この実施例では、偏差ΔＺのデ
ータは追尾光Ｐ２に変調して送出され、図１１に示す受
光素子４５により復調することにより、偏差ΔＺのデー
タが取り出される。

【００６０】図８に示すように２次元ラスタ走査をする
場合、１ラインの水平走査時間を0.1msecとし、垂直走
査が走査線１００本で構成されているとすると、例え
ば、全走査完了するのに10msecが必要となる。データ通
信のための変調は、全走査完了後、追尾光Ｐ２を追尾中
心位置３８に戻して行う。

【００６１】受光信号は、後段の電気回路で処理され
る。受光素子４５がプリズム３４の上部に配置されてい
る場合、受信を正確に行うため、自動追尾トータルステ
ーション８側からの走査ビームＰ２は、追尾中心位置３
８ではなく、追尾中心位置３８のやや上の受光素子４５
に戻すことが望ましい。走査ビームＰ２を中心からどの
程度上部に偏向させるかは、プリズム３４と受光素子４
５のオフセットＨ１が既知であり、またプリズム３４ま
での距離が自動追尾トータルステーション８自体により
測定されているため、容易に計算できる。この実施例で
は、高低方向には追尾せず、設計データで制御されてい
るため、ポール４に固定されたプリズム３４、受光素子
４５の位置は視準軸に対して常に同じ位置とは限らな
い。この場合でも、追尾のための走査を行った時点で、
視準軸に対してプリズム３４がどのようにずれているか
を判断できるため、その方向に走査ビームＰ２を偏向さ
せれば良い。

【００６２】図１２は追尾光走査方式によるデータ変調
の一例を示し、図１２（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１２（ａ）において、
Ｔ１は追尾のためにラスタ走査を行ってプリズム３４の
位置を検出している期間、Ｔ２は走査ビームＰ２を受光
素子４５に向けて偏向させるための期間、Ｔ３はデータ
通信を行っている期間を表している。

【００６３】図１２（ａ）の期間Ｔ３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、ａ
２、ａ３、…は各シリアルデータのビットを表してい
る。データビットは連続して「１」の状態が続かないよ
うに、同じ幅の「０」で区切られている。この例では、
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。

【００６４】図１２（ｂ）は変調回路を示し、５５は発
振器、５６はゲート回路で、発振器５５は搬送波を出力
し、ゲート回路５６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５７はレーザダイオード２８Ａをシリアルデータに基
づき変調しながら発光させ、追尾光Ｐ２はデータ変調さ
れて受光素子４５に送出される。これにより、偏差ΔＺ
のデータが受光素子４５に送信される。ここでは、同期
パターンＳの幅は１ｍｓｅｃ、各ビームの幅は０．１ｍ
ｓｅｃ、区切りの幅は０．１ｍｓｅｃであり、１０ビッ
トのデータの通信に必要な時間は３ｍｓｅｃであり、一
方、追尾を行うためにラスタ走査する時間は１０ｍｓｅ
ｃであるので、送信中の時間は問題とならない。

【００６５】受光素子４５にはラスタ走査時の追尾光Ｐ
２も入射するが、これは、同期パターンＳと比べて連続
して入射するものではないので、同期パターンＳの検出
を妨げる要因とはならない。また、同様にＥＤＭ部２９
の測距光Ｐ１も受光素子４５に入射するが、これは、Ｅ
ＤＭ部２９の変調周波数（通常、１５Ｍｈｚと７５Ｋｈ
ｚとが使用される。）と異なった搬送波周波数、例え
ば、５００Ｋｈｚ等をデータ変調用の周波数として用
い、図示を略すフィルター回路により周波数を弁別すれ
ばよい。

【００６６】受光素子４５で受光された光は、図１１に
示すように、増幅器５０で適当なレベルに増幅された
後、包絡線検波回路５１により搬送波が除去された後、
波形成形回路５２で整形され、コンピュータ５３に入力
される。コンピュータ５３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
立ち下がりのタイミングから、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、データを復
調する。コンピュータ５３はデータを復調した後、それ
を表示器５４、または、図示を略す出力コネクタに出力
する。

【００６７】次に、４分割素子３７Ａを使用する場合に
ついて説明する。

【００６８】受光素子３７として４分割素子３７Ａを使
用する場合、常にプリズム３４と受光素子３７Ａとに追
尾光Ｐ２が照射されているので、追尾と通信を時分割す
る必要はない。この場合、データ変調された追尾光Ｐ２
がプリズム３４から反射してくるので、４分割素子３７
Ａによる受光の際、データによらず安定して発光してい
る同期パターンＳを検出し、その同期パターンＳの信号
レベルにより追尾光Ｐ２の受光位置を検出すれば良い。
例えば、図１３に示すように、４分割素子３７Ａの受光
面３７Ｂの出力は、増幅器５８により適当なレベルに増
幅され、包絡線検波回路５９により搬送波が除去された
後、波形整形回路６０により整形され、パーソナルコン
ピュータ４１に送られる。パーソナルコンピュータ４１
は一定間隔以上 "１" が続く同期パターンＳを検出し、
そのときのＡ／Ｄ変換器６０の出力を取り込む。他の受
光面３７Ｃ〜３７Ｅについても同様の回路で処理し、各
受光面のＡ／Ｄ変換出力値から、受光位置を演算し、サ
ーボ系にフィードバックする。

【００６９】このものによれば、データ送信中でも追尾
できる。

【００７０】以上説明したように、追尾光にデータを乗
せ、追尾目標のプリズム３４の近傍に受光素子を設置す
ることにより光通信が可能となり、電波無線通信装置は
必要でない。

【００７１】以上、ＡＳＫ変調、復調による実施例につ
いて説明したが、変調方式として、公知の他の方式で、
例えば、ＰＳＫ方式等を利用しても良い。

【００７２】

【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、あらたに、ファンレーザ等の発光
源を測量機に設けなくとも、従来の自動追尾トータルス
テーションの動作を改良することにより、高精度な高さ
の自動施工が可能である効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のローティティ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】従来のローティティ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】追尾部の概略構成を示す斜視図である。

【図８】追尾光の走査の一例の説明図である。

【図９】本発明に係わる追尾目標としてのプリズムを示
す斜視図である。

【図１０】４分割素子の一例を示す平面図である。

【図１１】本発明に係わる復調の一例を示し、復調回路
のブロック図を示す。

【図１２】本発明に係わる変調の一例を示し、（ａ）は
変調された追尾光を示し、（ｂ）は変調回路を示すブロ
ック図である。

【図１３】４分割素子による受光位置の検出を示す。

【図１４】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 １０…送信手段 １２…受信手段 ２７…回動手段 ４１…パーソナルコンピュータ（記憶手段、演算手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｃ 15/06 Ｇ０１Ｃ 15/06 Ｔ Ｇ０８Ｃ 17/00 Ｇ０８Ｃ 17/00 Ａ

Claims (8)

【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追尾中心に向けて
   追尾光を照射しかつ該追尾目標からの追尾反射光を受光
   して座標面上で前記追尾目標の少なくとも水平座標位置
   を決定する測量機械と、 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
   前記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との差
   として定義できる偏差を演算する演算手段と、 前記偏差のデータを前記作業現場に向けて送信する送信
   手段とを備え、 前記測量機械は、該水平座標位置で前記追尾中心が前記
   仕上げ面に対してあるべき高さの位置に追尾光を照射す
   べく前記追尾光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、前記偏差のデータを受信する受信手段と、該受
   信手段の受信結果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器具制御手段と
   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】前記送信手段が前記追尾光を変調して前記
   偏差のデータを前記受信手段に向けて送信する請求項１
   に記載の建設作業機械の自動コントロールシステム。
3. 【請求項３】前記送信手段と前記受信手段とが無線通信
   装置から構成されている請求項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】前記測量機械は、前記追尾目標の高さ方向
   の中心と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、前記偏差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。
5. 【請求項５】前記整地器具に前記追尾目標が一体に立設
   され、該整地器具と前記追尾目標とが前記器具制御手段
   により制御される請求項１に記載の建設作業機械の自動
   コントロールシステム。
6. 【請求項６】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
   から前記追尾目標の高さ方向中心までの追尾目標高さデ
   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。
7. 【請求項７】前記演算手段は、前記仕上げ高さデータ駆
   動モードのときに、前記鏡筒部の光軸中心として定義さ
   れる走査中心と前記追尾目標の高さ方向中心との偏差を
   演算し、該偏差のデータが記憶保存されて施工評価デー
   タ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。
8. 【請求項８】前記測量機械は前記既知点から前記追尾目
   標までの距離を測定可能である請求項１に記載の建設作
   業機械の自動コントロールシステム。