JP7698825B1 - 締固め管理ユニット及び締固め管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】経験の浅い作業者であっても、効率的に締固め作業を行うことができる締固め管理ユニット及び締固め管理システムを提供する。
【解決手段】右上画面Ｆ１では、バケット側方図形ｓ６１の外側面ｓ７を側方から見た側方線ｓ７１と、施工面ｐの側方線ｐ１とが併せて表示され、右下画面Ｆ２では、バケット正面図形ｓ６２の外側面ｓ７を運転席Ｓ３側から見た正面線ｓ７２と、施工面ｐの正面線ｐ２とが併せて表示される。これらの右上画面Ｆ１、右下画面Ｆ２により、操縦者は運転席から直接視認するとのできない位置にあるバケット及び施工面であっても、バケットを操作して正確にバケットの外側面を締固め作業前の位置合わせを行うことが可能である。作業者はバケットを操作して位置合わせを行った後に、外側面による締固め作業を行う。圧力センサからの出力信号に基づく連続締固め作業時間の計測を行うことで、施工面の締固め状態を管理することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ショベルカーにより傾斜した施工面に対する締固めを行う場合に用いられる締固め管理ユニット及び締固め管理システムに関するものである。

特許文献１には、締固手段と、この締固手段を支持して移動させる移動手段と、締固手段の位置を計測する位置計測手段と、締固手段による締固状況を管理する管理手段とを有する法肩締固管理装置が開示されている。

管理手段は、締固める場所ごとに締固手段による締固時間を積算し、この積算時間と締固必要時間とを比較して、積算時間が締固必要時間に達するとその旨の情報を表示部に表示するようにされている。

特開２０１２―２６１１３号公報

しかし、この特許文献１においては、傾斜した施工面とショベルカーのバケットとの関係、特に作業者がショベルカーの運転席からは直接視認できない側方断面情報を得ることができず、ショベルカーのバケットによる締固め作業を効率的に行うためには、作業者の経験が必要である。

本発明の目的は、上述の課題を解決し、経験の浅い作業者であっても、モニタ部の画面を確認しながらショベルカーを操作することで、効率的に締固め作業を行うことができる締固め管理ユニット及び締固め管理システムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る締固め管理ユニットは、作業者が運転操作する運転席を備えたショベルカーに取り付け可能であり、前記ショベルカーによる傾斜した施工面に対する締固め作業に伴う表示制御を行う締固め管理ユニットであって、基準位置及び前方向を特定する一対のＧＰＳ部と、前記ショベルカーの傾斜角を検出する傾斜センサと、前記ショベルカーにおける回動可能な複数の回動部のそれぞれの前記ショベルカーの載置面に対する角度を検出する複数の角度センサと、前記回動部の１つであるバケットの外側面の圧力を検出する圧力センサと、前記ＧＰＳ部、前記傾斜センサ、前記角度センサ及び前記圧力センサと接続し、入力される各種情報を処理する処理部と、該処理部により処理した情報を画面に表示するモニタ部とから構成され、前記処理部は、前記圧力センサから入力される締固め作業信号の入力時間の積算値が閾値に達した場合に、前記締固め作業の終了と判断し、前記締固め作業が終了したことを前記モニタ部に表示させ、前記施工面の傾斜角度に応じて、前記締固め作業を終了させる前記閾値を変更し、前記施工面の傾斜角度が大きくなる程、前記締固め作業を終了させる前記閾値を大きくすることを特徴とする。

また、本発明に係る締固め管理システムは、前記締固め管理ユニットと、運転席、及びバケットを含む複数の前記回動部を有し、前記締固め管理ユニットを取り付け可能なショベルカーとから構成されることを特徴とする。

このように、本発明に係る締固め管理ユニット及び締固め管理システムによれば経験の浅い作業者であっても、モニタ部の画面を確認しながらショベルカーを操作することで、効率的に締固め作業を行うことができる。特に、運転席から直接視認することのできない位置にあるバケット及び施工面に対して、作業者は正確にバケットの外側面の施工面に接地させ、外側面の位置合わせを行うことが可能である。

更に、処理部によって締固め作業を行った場所の締固め状態及び位置を管理することで、施工面に対して締固めが不十分であったり、締固めを部分的に忘れることもない。

締固め管理ユニットのブロック回路構成図である。 バケットが施工面に当接する前の状態を示すショベルカーの説明図である。 バケットが施工面に当接した状態を示すショベルカーの説明図である。 モニタ部に表示される画面例である。 メッシュ表示の施工面に対する締固面の説明図である。

以下に、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は締固め管理ユニットのブロック回路構成図であり、締固め管理ユニットは、作業者が運転操作する運転席を備えたショベルカーＳに取り付け可能としている。図２は後述するバケットが施工面に当接する前の状態を示すショベルカーＳの説明図であり、図３はバケットが施工面に当接した状態を示すショベルカーＳの説明図である。

図示のショベルカーＳは、バックホウとも呼ばれ、クローラＳ１に対して旋回可能な本体部Ｓ２に作業者が運転操作する運転席Ｓ３を備え、本体部Ｓ２には回動可能な複数の回動部が接続されている。これらの回動部として、本体部Ｓ２からブームＳ４、アームＳ５、バケットＳ６の順で連結されている。

このバケットＳ６は、幅広であって底面、つまり外側面Ｓ７が平たくなっており、土砂・土の掘削の他に、外側面Ｓ７を押し付けることで当接面を平坦にすることが可能である。なお、外側面Ｓ７の先端には多数の爪部が設けられている。

施工面Ｐはいわゆる切土や盛土により作られる人工的な斜面である法肩部分を意味している。図示する斜面部分を法面Ｐａ、頂部の肩になる個所を法肩Ｐｂ、最下部を法尻Ｐｃという。

締固め管理ユニット１０はショベルカーＳによる傾斜した施工面Ｐに対する締固め作業に伴う表示制御を行うものであり、締固め管理システム２０は上述のショベルカーＳと締固め管理ユニット１０とから構成されている。

締固め管理ユニット１０は、基準位置及び前方向を特定する一対のＧＰＳ部１１と、ショベルカーＳの水平面に対する傾斜角Ｄ０を検出する傾斜センサ１２と、ショベルカーＳにおける回動可能な複数の回動部のそれぞれの角度Ｄを検出する複数の角度センサ１３と、これらの回動部の１つであるバケットＳ６の外側面Ｓ７の圧力を検出する圧力センサ１４とを備えている。

また、ＧＰＳ部１１、傾斜センサ１２、角度センサ１３及び圧力センサ１４は、処理部１５に接続されており、この処理部１５より処理された情報は、画面Ｆに表示するモニタ部１６、無線通信部１７に接続されている。また、無線通信部１７は管理ユニット１０外の管理サーバＫと接続されている。

複数の角度センサ１３は、ショベルカーＳの載置面Ｃに対するブームＳ４の角度Ｄ１を検出するためのブーム用角度センサ１３１と、ショベルカーＳの載置面Ｃに対するアームＳ５の角度Ｄ２を検出するためのアーム用角度センサ１３２と、ショベルカーＳの載置面Ｃに対するバケットＳ６の角度Ｄ３を検出するためのバケット用角度センサ１３３とから構成されている。なお、これらの角度センサ１３１～１３３は、何れも同じ機能を有している。

ＧＰＳ部１１はショベルカーＳの本体部Ｓ２の前後に取り付けられ、ショベルカーＳの基準位置の特定、及び２つの位置情報から前方向、つまりバケットＳ６が存在する方向を特定することが可能である。傾斜センサ１２も図示を省略しているが本体部Ｓ２に取り付けられている。

また、ブームＳ４の先端にブーム用角度センサ１３１が、アームＳ５の先端にアーム用角度センサ１３２が、バケットＳ６の先端つまり爪先にバケット用角度センサ１３３がそれぞれ固定され、併せてバケットＳ６の外側面Ｓ７に圧力センサ１４が取り付けられている。

処理部１５は例えば演算部、記憶部、外部メモリのインタフェイス等を有する汎用性マイコンが使用され、モニタ部１６は例えば１０インチ程度の液晶ディスプレイが採用され、何れも運転席Ｓ３内に配置されている。

処理部１５の記憶部には、予めブームピンからアームピンまでの距離に相当するブームＳ４の長さ、アームピンからバケットピンまでの距離に相当するアームＳ５の長さ、バケットピンからバケット爪先までの外側面Ｓ７の距離に相当するバケットＳ６である回動部の長さ情報が記憶されている。更に、処理部１５の記憶部には、外部メモリ、又は管理サーバとの通信等を介して締固めの対象となる施工面Ｐの三次元位置情報が記憶されている。

そして、処理部１５は、上述の記憶している回動部の長さ情報と、ＧＰＳ部１１から入力される基準位置及び前方向の情報と、傾斜センサ１２から入力される傾斜角Ｄ０の傾斜情報と、角度センサ１３１～１３３から入力される角度Ｄ１～Ｄ３のセンサ情報とに基づいて、バケットＳ６の外側面Ｓ７の三次元位置が計測でき、後述するモニタ部１６への表示が可能となる。

更に、処理部１５は、上述の予め記憶している施工面Ｐの三次元位置情報と、計測したバケットＳ６の外側面Ｓ７の三次元位置情報とに基づいて、後述するモニタ部１６への表示が可能とされている。

図４はモニタ部１６に表示される画面Ｆの１例である。なお、図２、図３に示すショベルカーＳの大文字で表示される各部位の名称は、画面Ｆ内の表示と区別するため、画面Ｆでは小文字を用いて説明している。

前述の施工面Ｐの三次元位置情報及びバケットＳ６の外側面Ｓ７の三次元位置情報に基づいて、右上画面Ｆ１に対して傾斜した施工面ｐの側方線ｐ１と、バケットＳ６のバケット側方図形ｓ６１とを相対表示している。併せて、右下画面Ｆ２に対して、運転席Ｓ３側から見た際の施工面ｐの正面線ｐ２と、バケット正面図形ｓ６２とを相対表示している。

右上画面Ｆ１では、バケット側方図形ｓ６１の外側面ｓ７を側方から見た側方線ｓ７１と、側方から見た施工面ｐの側方線ｐ１とが併せて表示され、右下画面Ｆ２では、バケット正面図形ｓ６２の外側面ｓ７を運転席Ｓ３側から見た正面線ｓ７２と、運転席Ｓ３側から見た施工面ｐの正面線ｐ２とが併せて表示される。

操縦者は、バケットＳ６を駆動操作して、図示するように施工面ｐの側方線ｐ１と外側面ｓ７を示す側方線ｓ７１とを平行にし、更に施工面ｐの正面線ｐ２と、外側面Ｓ７を示す正面線ｓ７２とを平行にする。この際に、これらの平行線間の距離を右下画面Ｆ２の下端に表示する。

図４においては、施工面Ｐの三次元位置とバケットＳ６の外側面Ｓ７の三次元位置との間隔が０．０２ｍであることを意味している。この間隔が所定値以下になった場合に、バケットＳ６の位置合わせは完了となる。

なお、バケットｓ６の外側面ｓ７と施工面ｐとを相対表示することに関しては、締固め作業の前の位置合わせとして、バケットＳ６が施工面Ｐに接地する前だけであっても良いし、締固め作業の前、つまり外側面Ｓ７が施工面Ｐ間に間隔がある状態から、締固め作業完了つまりこの間隔がなくなり、外側面Ｓ７が施工面Ｐに接地した状態になるまでであってもよい。

左側画面Ｆ３には、傾斜した施工面ｐを含む二次元の地図上に、平面状のショベルカーｓを表示した俯瞰図が表示されている。締固め作業を必要する施工面ｐの場所は、例えば図示するよう境界線Ｌ１、Ｌ２を挟んだ帯状に表示される。この帯状の面積が図２、図３に示す法面Ｐａに相当し、境界線Ｌ１が法肩Ｐｂに相当し、境界線Ｌ１が法尻Ｐｃに相当している。

運転席Ｓ３の作業者が、ショベルカーＳを操作して移動することで、左側画面Ｆ３上のショベルカーｓも移動する。ショベルカーｓを中心に周辺の地図が移動することになる。

図５はメッシュ表示の施工面ｐに対するバケットｓ６の締固面Ｔの説明図であり、左側画面Ｆ３の傾斜した施工面ｐは、図５に示すように一辺の長さが例えば０．２５ｍの正方形のブロックＢに分割されたメッシュ面であり、この施工面ｐに外側面ｓ７による締固面Ｔが表示される。

図５は傾斜した施工面ｐに対して垂直方向の上方から俯瞰したメッシュ面であり、ブロックＢは正方形となる。施工面ｐと平行としたバケットｓ６の外側面ｓ７は、ブロックＢの一部を締固めた場合にこのブロックＢの全体を締固めたと判定する。

従って、バケットｓ６の外側面ｓ７による締固めた際に、複数のブロックＢから構成される長方形状の斜線で示す締固面Ｔが形成され、この締固面Ｔに対して、左側画面Ｆ３に示すように締固め作業の時間に応じて異なる色で表示される。

なお、左側画面Ｆ３の施工面ｐにおける締固面Ｔは、施工面ｐの傾斜角度に応じて縦幅が変化する。傾斜角度が急であれば締固面Ｔの縦幅は短く表示され、傾斜角度が緩やかであれば締固面Ｔの縦幅は長く表示される。

作業者は左側画面Ｆ３を見ながらショベルカーＳを移動させた後に、表示色が基準色、例えば白色の施工面ｐ上に、バケットｓ６を操作して移動させる。このように左側画面Ｆ３によってショベルカーＳの移動と大まかなバケットｓ６の操作をした後に、前述の右上画面Ｆ１、右下画面Ｆ２を用いて、バケットｓ６の外側面ｓ７の正確な位置合わせを行う。

右上画面Ｆ１、右下画面Ｆ２により、操縦者は運転席Ｓ３から直接視認できない位置にあるバケットＳ６及び施工面Ｐであっても、バケットＳ６を操作して正確に外側面Ｓ７を締固め作業前の位置合わせを行うことが可能である。

このようにして、作業者は施工面ｐの側方線ｐ１と外側面Ｓ７を示す側方線ｓ７１とが近接し、更に施工面ｐの正面線ｐ２と外側面Ｓ７を示す正面線ｓ７２とが近接する表示となるように、バケットＳ６を操作して位置合わせを行った後に、外側面Ｓ７による締固め作業を行う。

この際の締固め作業信号は、外側面Ｓ７に設けた圧力センサ１４からの出力信号であり、処理部１５はこの出力信号に基づく連続締固め作業時間の計測を行うことで、施工面Ｐの締固め状態を管理することができる。

処理部１５は圧力センサ１４からの出力信号に基づいて、施工面ｐの締固め場所における連続締固め作業時間を計測し、左側画面Ｆ３に示すように締固め作業の時間に応じて施工面ｐに対して異なる色の表示を行う。

これらの表示色は、締固めを行う秒数に応じて黄色、橙色、赤色と変色していき、赤色が締固め完了を意味している。このように、締固め作業の終了までに作業程度に伴う積分時間である積算値の大きさに応じて、メッシュの色を段階的に変更する表示を行う。

締固め完了の表示色の表示を確認した作業者は、赤色となった締固面Ｔに隣接する締固め作業前の基準色の施工面ｐの締固め場所にバケットＳ６を移動させて、上述の画面Ｆを用いた締固め作業を行う。作業者はこの作業を施工面ｐの全面に対して、繰り返し行う。

この際に、締固め作業完了の表示色の表示と共に、締固め作業が完了した旨を文字や音声で作業者に通知するようにしてもよい。同様に、締固め作業前に、右上画面Ｆ１の施工面ｐの側方線ｐ１と外側面ｓ７を示す側方線ｓ７１とを平行にし、右下画面Ｆ２の施工面ｐの正面線ｐ２と、外側面Ｓ７を示す正面線ｓ７２とを平行とし、これらの平行線間の距離を所定値以下にした場合にも、バケットＳ６の位置合わせが完了した旨を文字や音声で作業者に通知するようにしてもよい。

更に、処理部１５は予め記憶している施工面Ｐの傾斜角度に応じて、締固め作業を終了させる閾値を変更するようにしてもよい。施工面Ｐの傾斜角度が大きくなる程、締固め作業を終了させる閾値を大きくする。即ち、施工面Ｐの傾斜角度が大きくなる程、閾値である、締固め作業信号の入力する時間の積算値を大きくする。これは傾斜角度が急である程、鉛直方向への圧力が低下するため、鉛直方向に十分に加圧するように長い時間締固め作業を行うことが必要だからである。

処理部１５は無線通信部１７を介して、ネットワーク経由で外部の管理サーバＫと通信することが可能である。この管理サーバＫは、１個又は複数の締固め管理ユニット１０から送信される施工面Ｐの締固め作業状況を集中的に管理することができる。

また、締固め管理ユニット１０同士を無線通信部１７を介して通信させて、施工面Ｐの締固め作業状況を共有することもできる。なお、締固め管理ユニット１０を単独に運用する場合には、無線通信部１７を設ける必要はない。

このように、締固め管理ユニット１０及び締固め管理システム２０によれば、経験の浅い作業者であっても、モニタ部１６の画面を確認しながらショベルカーＳを操作することで、効率的に締固め作業を行うことができる。特に、運転席から直接視認することのできない位置にあるバケットＳ６及び施工面Ｐに対して、作業者は正確にバケットＳ６の外側面Ｓ７を施工面Ｐに接地させ、外側面Ｓ７の位置合わせを行うことが可能である。

更に、処理部１５によって締固め作業を行った場所の締固め状態及び位置を管理することで、施工面Ｐに対して締固めが不十分であったり、締固めを部分的に忘れることもない。

１０ 締固め管理ユニット
１１ ＧＰＳ部
１２ 傾斜センサ
１３ 角度センサ
１４ 圧力センサ
１５ 処理部
１６ モニタ部
２０ 締固め管理システム
Ｂ ブロック
Ｆ 画面
Ｄ０ 傾斜角
Ｄ１～Ｄ３ 角度
Ｐ、ｐ 施工面
Ｓ、ｓ ショベルカー
Ｓ２ 本体部
Ｓ３ 運転席
Ｓ６、ｓ６ バケット
ｓ６１ バケット側方図形
ｓ６２ バケット正面図形
Ｓ７、ｓ７ 外側面
ｓ７１ 側方線
ｓ７２ 正面線
Ｔ 締固面

Claims (8)

1. 作業者が運転操作する運転席を備えたショベルカーに取り付け可能であり、前記ショベルカーによる傾斜した施工面に対する締固め作業に伴う表示制御を行う締固め管理ユニットであって、
   基準位置及び前方向を特定する一対のＧＰＳ部と、前記ショベルカーの傾斜角を検出する傾斜センサと、前記ショベルカーにおける回動可能な複数の回動部のそれぞれの前記ショベルカーの載置面に対する角度を検出する複数の角度センサと、前記回動部の１つであるバケットの外側面の圧力を検出する圧力センサと、前記ＧＰＳ部、前記傾斜センサ、前記角度センサ及び前記圧力センサと接続し、入力される各種情報を処理する処理部と、該処理部により処理した情報を画面に表示するモニタ部とから構成され、
   前記処理部は、前記圧力センサから入力される締固め作業信号の入力時間の積算値が閾値に達した場合に、前記締固め作業の終了と判断し、前記締固め作業が終了したことを前記モニタ部に表示させ、前記施工面の傾斜角度に応じて、前記締固め作業を終了させる前記閾値を変更し、前記施工面の傾斜角度が大きくなる程、前記締固め作業を終了させる前記閾値を大きくすることを特徴とする締固め管理ユニット。
2. 前記処理部は、予め記憶している前記回動部の長さ情報と、前記ＧＰＳ部からの基準位置及び前方向の情報と、前記傾斜センサからの傾斜情報と、前記角度センサからの角度情報とに基づいて、前記バケットの前記外側面の三次元位置を計測すると共に、前記モニタ部に前記バケットの前記外側面の位置を前記モニタ部の前記画面の地図上に表示させることを特徴とする請求項１に記載の締固め管理ユニット。
3. 前記処理部は、予め記憶している前記締固め作業を行う施工面の三次元位置情報と、前記バケットの前記外側面の三次元位置情報とに基づいて、前記傾斜した施工面の側方図形と、前記バケットの側方図形とを前記モニタ部の前記画面に相対表示させることを特徴とする請求項２に記載の締固め管理ユニット。
4. 前記処理部は、前記モニタ部の画面に対して、バケット側方図形の外側面を側方から見た側方線と、側方から見た施工面の側方線とを相対表示させ、バケット正面図形の外側面を運転席側から見た正面線と、運転席側から見た施工面の正面線とを相対表示させることを特徴とする請求項３に記載の締固め管理ユニット。
5. 前記施工面を所定の長さの正方形のブロックに分割したメッシュ面とし、
   処理部は、前記施工面と平行となる前記バケットの前記外側面が前記ブロックの一部を締固めた場合に該ブロックの全体を締固めたと判定し、
   複数の前記ブロックから構成される長方形状の締固面を前記モニタ部に表示させることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の締固め管理ユニット。
6. 前記処理部は、前記締固め作業の終了表示として、前記締固面の色を前記締固め作作業の終了前から終了後に異なる色へ変更することを特徴とする請求項５に記載の締固め管理ユニット。
7. 前記処理部は、前記締固め作業の終了までに作業程度に伴う前記積算値の大きさに応じて前記締固面の色を段階的に変更することを特徴とする請求項６に記載の締固め管理ユニット。
8. 請求項１～４の何れか１項に記載の締固め管理ユニットと、
   前記運転席、及び前記バケットを含む複数の前記回動部を有し、前記締固め管理ユニットを取り付け可能なショベルカーとから構成されることを特徴とする締固め管理システム。

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