特許 6878051 排土板の位置補正量取得方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6878051

(24)【登録日】2021年5月6日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】排土板の位置補正量取得方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20210517BHJP

   E02F 3/85 20060101ALI20210517BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 103A

   G01C15/00 102C

   G01C15/00 104D

   E02F3/85 D

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-42206(P2017-42206)

(22)【出願日】2017年3月6日

(65)【公開番号】特開2018-145693(P2018-145693A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2020年3月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(74)【代理人】

【識別番号】100089026

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 高明

(74)【代理人】

【識別番号】100091580

【弁理士】

【氏名又は名称】宮尾 雅文

(72)【発明者】

【氏名】小川 貴司

(72)【発明者】

【氏名】草場 亮一

(72)【発明者】

【氏名】村松 博

(72)【発明者】

【氏名】片山 康隆

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特表平１０−５０４９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２３７２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−１５０５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１４９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８０９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４８９５４４０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １／００− １／１４

Ｇ０１Ｃ ５／００−１５／１４

Ｅ０２Ｆ ３／８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建設作業機械の車体に接続部を介して配置された排土板の刃先位置と、前記車体に配置された位置取得装置との位置補正量を取得する方法であって、
前記建設作業機械の側方に配置した測量装置で前記位置取得装置の位置と、前記建設作業機械の各部の位置とを測定し、
これらの測定値から前記位置取得装置から前記排土板の刃先位置までの位置補正量を演算することを特徴とする排土板の位置補正量取得方法。

【請求項2】

前記測量装置は前記建設作業機械の中心軸を挟む両側から前記位置取得装置の位置と、前記建設作業機械の各部の位置とを測定することを特徴とする請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法。

【請求項3】

前記建設作業機械から離間した２つの定点を測定することを特徴とする請求項２に記載の排土板の位置補正量取得方法。

【請求項4】

前記測量装置は、自己の位置、測定箇所の方位角、前記測定箇所の俯角又は仰角、及び前記測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力するトータルステーションであることを特徴とする請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法。

【請求項5】

計算機に各測定結果を入力し、前記計算機が前記位置取得装置から前記排土板の刃先位置までの位置補正量を演算することを特徴とする請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法。

【請求項6】

前記測量装置の測定結果から測定時における前記建設作業機械の傾きを測定し、傾斜補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法。

【請求項7】

１台の前記測量装置により異なる複数箇所から測定を行うことを特徴とする請求項２に記載の排土板の位置補正量取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建設作業機械において、位置測定装置から排土板までの位置補正量を取得する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、土木、建設分野では、整地、舗装を行うに際し、建設作業機械としてブルドーザーが使用され、このブルドーザーの操作、即ちブルドーザーの移動や排土板（ブレード）の操作を予め指定して自動的に行ったり、オペレータによるブルドーザーの操作を補助したりする制御が行われている。このような制御を行うためには、排土板の刃先の位置を正確に把握しておく必要がある。

【0003】

従来、ブルドーザーの排土板の刃先の位置を把握するため、以下の方法が採用されている。図７は従来の排土板の位置補正量取得方法を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。この例では、ブルドーザー１００における排土板１２０の刃先１２１の位置（幅方向の中央位置）の位置を取得するため、排土板１２０の上縁の中央部にマスト１５０を立て、当該マストの上端にＧＰＳ装置で構成される位置測定装置１４０を配置する。そして、排土板１２０の傾きを取得するため、排土板１２０には、傾斜測定装置１６０を配置する。これにより、位置測定装置１４０からの距離と傾きを取得して位置補正量（オフセット量）Ｃ１を算出する。この場合、オフセット量を巻尺等で計ったとしても、排土板１２０と位置測定装置１４０はマスト１５０で連結されているため、誤差の累積は少なく、システム精度として許容範囲内となる。特許文献１には、排土板の上に配置したマスト上に位置取得手段を設置したブルドーザーについて記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−２３７２４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来のように排土板にマストを配置して位置取得装置を配置すると、マストが折れないようにするためのメンテナンスを行う必要がある他、マストがオペレータの視界を妨げることが懸念される。このため、位置測定装置を車体の天井に配置することが検討されている。この場合、位置測定装置から排土板の刃先までの位置補正量の設定が複雑となり、更に、車体と排土板は連動していないため、それぞれに傾斜測定装置が必要となる。

【0006】

誤差の累積を少なくするには、位置補正量を正確に求める必要がある。既存のブルドーザーに位置測定装置を配置して位置補正量を設定するときには、設計図等に基づく各部材の寸法についての情報を用いることができる。しかし、既存のブルドーザーの中にはこの情報がない場合があり、この場合は車体や車体から排土板を支持するリンク等の寸法を正確に測定する必要がある。この寸法の測定時に、測定箇所がカバーで覆われている等の理由で巻尺等では正確に測定できないことがある。

【0007】

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、建設作業機械の車体に配置した位置測定装置と排土板の刃先との位置補正量を簡単かつ正確に取得することができる排土板の位置補正量取得方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決する請求項１に記載の発明は建設作業機械の車体に接続部を介して配置された排土板の刃先位置と、前記車体に配置された位置取得装置との位置補正量を取得する方法であって、前記建設作業機械の側方に配置した測量装置で前記位置取得装置の位置と、前記建設作業機械の各部の位置とを測定し、これらの測定値から前記位置取得装置から前記排土板の刃先位置までの位置補正量を演算することを特徴とする排土板の位置補正量取得方法である。

【0009】

同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法において、前記測量装置は前記建設作業機械の中心軸を挟む両側から前記位置取得装置の位置と、前記建設作業機械の各部の位置とを測定することを特徴とする。

【0010】

同じく請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の排土板の位置補正量取得方法において、前記建設作業機械から離間した２つの定点を測定することを特徴とする。

【0011】

同じく請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法において、前記測量装置は、自己の位置、測定箇所の方位角、前記測定箇所の俯角又は仰角、及び前記測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力するトータルステーションであることを特徴とする。

【0012】

同じく請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法において、計算機に各測定結果を入力し、前記計算機が前記位置取得装置から前記排土板の刃先位置までの位置補正量を演算することを特徴とする。

【0013】

同じく請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法において、前記測量装置の測定結果から測定時における前記建設作業機械の傾きを測定し、傾斜補正を行うことを特徴とする。

【0014】

同じく請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法において、１台の前記測量装置により異なる複数箇所から測定を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る排土板の位置補正量取得方法によれば、建設作業機械において位置測定装置を車体本体の天井に配置しても、排土板の刃先位置まで位置補正量を簡単かつ正確に求めることができ、ひいては測定誤差による建設作業機械の操作による整地精度低下させることがない。

【0016】

即ち、請求項１に記載の排土板の位置補正量取得方法によれば、建設作業機械の側方に配置した測量装置で測定した位置取得装置の位置と、建設作業機械の各部の位置とから位置取得装置から排土板の刃先位置までの位置補正量を演算する。
よって、直接測定できない箇所の測定が可能となる他、測定誤差の累積による誤差の発生を防止でき、排土板の刃先位置まで位置補正量を簡単かつ正確に求めることができる。

【0017】

また、請求項２に記載の排土板の位置補正量取得方法によれば、測量装置は建設作業機械の中心軸を挟む両側から位置取得装置の位置と、建設作業機械の各部の位置とを測定する。
よって、建設作業機械の両側からの測定ができ正確な位置補正量を取得できる。

【0018】

また、請求項３に記載の排土板の位置補正量取得方法によれば、測量装置で建設作業機械から離間した２つの定点を測定する。
よって、２台の測量装置の位置を確定でき、位置測定装置及び建設作業機械の各部の位置を水平面に対して測定できる。

【0019】

また、請求項４に記載の排土板の位置補正量取得方法によれば、測量装置は、トータルステーションであり測定箇所の方位角、前記測定箇所の俯角又は仰角包囲価格、及び測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力する。
よって、位置測定装置及び建設作業機械の各部の位置を正確かつ迅速に測定してデジタル出力する。

【0020】

また、請求項５に記載の排土板の位置補正量取得方法によれば、計算機に各測定結果を入力し、計算機により前記位置取得装置から前記排土板の刃先位置までの位置補正量を演算する。
よって、演算を自動的に正確かつ迅速に行うことができる。

【0021】

更に、請求項６に記載の排土板の位置補正量取得方法によれば、前記測量装置の測定結果から測定時における前記建設作業機械の傾きを測定し、傾斜補正を行う。
よって、建設作業機械の傾斜状態を検出して、傾斜がない状態での位置補正量を取得できる。

【0022】

そして、請求項７に記載の排土板の位置補正量取得方法によれば、１台の前記測量装置により異なる複数箇所から測定を行う。
よって、１台の測量装置で建設作業機械の傾斜補正を含む位置補正量の測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法の実施状態を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。

【図3】同排土板の位置補正量取得方法における処理の流れを示す模式図である。

【図4】同排土板の位置補正量取得方法で取得できる各部の寸法を示す模式図である。

【図5】実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法における計測の一例を示すものであり、（ａ）（i）（ii）（iii）は測定位置を示す写真、（ｂ）は測定結果を入力した状態の表を示す図である。

【図6】同排土板の位置補正量取得方法の処理を示すフローチャートである。

【図7】従来の排土板の位置補正量取得方法を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明を実施するための形態に係る排土板の位置補正量取得方法について説明する。図１は本発明の実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、図２は本発明の実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法の実施状態を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、図３は同排土板の位置補正量取得方法における処理の流れを示す模式図、図４は同排土板の位置補正量取得方法で取得できる各部の寸法を示す模式図であり、（ａ）は左右側面と上から見た平面図、（ｂ）及び（ｃ）は正面図である。

【0025】

実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法では、図１に示すように、建設作業機械であるブルドーザー１００の車体１１０に接続部１３０を介して配置された排土板１２０の刃先１２１の位置と、車体１１０に配置された位置取得装置２１０との位置補正量Ｃを取得する。位置取得装置２１０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）装置で構成され、実施形態では位置取得装置２１０の位置はＧＮＳＳアンテナの位置を基準とする。この位置補正量Ｃを正確に取得することにより、ブルドーザーの自動運転制御や運転支援制御を行う。

【0026】

本実施形態では、図２に示すように、平面Ｇに配置したブルドーザー１００の中心軸の両側方に２台の測量装置２２０、２２０を配置し、この測量装置２２０、２２０により、車体１１０に配置した位置取得装置２１０の位置と、ブルドーザーの各部の位置と、ブルドーザー１００から離間して設置した２つの定点２３０、２３０の位置とを測定する。両側から測定するのは、ブルドーザー１００が設置された平面Ｇに傾きある場合、この傾きを計測するためである。また、定点２３０、２３０を計測することにより、２台の測量装置２２０、２２０の高低差を把握できる。

【0027】

そして、図３に示すように、これら測定値を計算機２５０に入力して、ソフトウエアにより位置取得装置２１０から排土板１２０の刃先１２１位置までの位置補正量Ｃを演算する。ここで、測量装置２２０を１台としてブルドーザー１００の一方の側方から測定をした後、他方の側方から測定を行うことができる。この場合、１台の測量装置で測定を行うことができる。ソフトウエアとしては表計算ソフトウエアを使用することができる。

【0028】

本実施形態で使用する測量装置２２０は、トータルステーションであり、測定箇所の方位角、測定箇所の俯角又は仰角包囲価格、及び測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力する。測量装置２２０はミラーやプリズムからの反射光を受信して計測するプリズムモード、及び測定対象物からの反射光を受信して計測を行うノンプリズムモードでの測定ができる。

【0029】

次に本実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法における具体的なブルドーザー１００の測定箇所について説明する。図５は実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法における計測の一例を示すものであり、（ａ）（i）（ii）（iii）は測定位置を示す写真、（ｂ）は測定結果を入力した状態の表を示す図である。

【0030】

本実施形態では、測量装置２２０から視認でき直接測定できる場合は、測量装置２２０のノンプリズムモードで測定し、測定箇所が視認できない場合は、反射用のミラー等を先端に配置した補助具を用いて、プリズムモードで測定を行う。測定補助具を使用する場合は、測定後補助具の寸法を高さ位置から差し引く。

【0031】

測定箇所は、例えば以下の２１箇所とすることができる。この例では、ブルドーザー１００には、前後２台の位置取得装置を備えている。後述する位置補正量Ｃの計算には、前側の位置取得装置の位置（前ＧＮＳＳアンテナ中心）を使用する。なお、この測定箇所は必要に応じて変更できる。

【0032】

右後輪中心（図５（ａ）（i）中「ａ」）
右後輪履帯下（同「ｂ」）
右前輪中心（同「ｃ」）
右前輪履帯下（同「ｄ」）
後ＧＮＳＳアンテナ中心（同「ｅ」）
後ＧＮＳＳアンテナ台（同「ｆ」）
前ＧＮＳＳアンテナ台（同「ｇ」）
前ＧＮＳＳアンテナ中心（同「ｈ」）
車体MC2+（同「ｉ」）
右アームピポット（同「ｊ」）
排土板MC2+（同「ｋ」）
COR（図５（ａ）（iii）「ｌ」）
COR上方（同「ｍ」）
排土板左端（図５（ａ）（ii）「ｎ」）
排土板中央（同「ｏ」）
排土板右端（同「ｐ」）
左後輪履帯下（同「ｑ」）
左後輪中心（同「ｒ」）
左前輪中心（同「ｓ」）
左前輪履帯下（同「ｔ」）
左アームピポット（同「ｕ」）

【0033】

オペレータは、これらの測定値を計算機２５０のソフトウエアに入力する。入力状態を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、各部の位置が３次元情報（Ｘ，Ｙ，Ｈ）として入力される。なお、表中のミラー高は、補助具の高さ寸法である。

【0034】

なお、排土板１２０の幅寸法「ｗ」を測量装置２２０での測定値を巻尺での実測値と比較することや、ブルドーザー１００の傾斜角を傾斜計で測定した実測値と比較して更に正確な値とすることができる。

【0035】

次に実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法の処理について説明する。図６は同排土板の位置補正量取得方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法によって排土板の位置補正量Ｃを取得するには、まず、ブルドーザー１００を平面Ｇに配置する（ステップＳＴ１）。ブルドーザーを配置する箇所は水平であることが望ましいが、平面Ｇが多少傾斜していても後の処理で補正するので差し支えない。

【0036】

そして、図１に示すように、ブルドーザー１００の両側から測量装置２２０、２２０で車体１１０に配置された位置取得装置２１０の位置、上述したブルドーザー１００の各部の位置、及び２つの定点２３０、２３０の位置を測定する（ステップＳＴ２）。これにより、図６（ａ）に示す接続部１３０の長さ寸法「Ｌ」、同図（ｂ）に示す位置取得装置２１０の平面からの高さ寸法「ｈ１」、同図（ｃ）に示す排土板１２０の幅寸法「Ｗ」等を取得できる。

【0037】

次いで、この測定結果を計算機２５０のソフトウエアに入力すると、計算機２５０は、ブルドーザー１００を配置した平面の傾斜を計算し（ステップＳＴ３）、傾斜補正が必要であるかを確認する（ステップＳＴ４）。傾斜は、計測した右後輪履帯下（図５（ａ）（i）「ｂ」）、右前輪履帯下（同「ｄ」）、左後輪履帯下（図５（ａ）（ii）「ｑ」）、左前輪履帯下（同「ｔ」）の位置から計算することができる。

【0038】

図４（ｂ）に示すようにブルドーザー１００を配置した平面Ｇに傾斜「α」があり、傾斜補正が必要な場合（ステップＳＴ６のＹｅｓ）、計算機２５０が傾斜補正量を計算し（ステップＳＴ５）、この傾斜補正量を補正した位置取得装置２１０の高さ寸法「ｈ０」を計算する（ステップＳＴ６）。この傾斜補正した高さ寸法「ｈ０」や前ＧＮＳＳアンテナ中心（図５（ａ）（i）「ｈ」）に基づいて位置補正量Ｃを計算する（ステップＳＴ６）。傾斜補正が必要ない場合（ステップＳＴ４のＮｏ）にはそのまま位置補正量Ｃを計算する（ステップＳＴ６）。

【0039】

以上のように、本実施形態に係る排土板の位置補正量取得方法によれば、容易かつ正確に排土板１２０の位置取得装置２１０に対する位置補正量Ｃが求まる。ブルドーザー１００の自動運転制御や、運転支援にこの位置補正量Ｃを使用して正確な制御を行うことができる。なお、本発明は、上記実施例に記載したようにブルドーザー１００に搭載したＧＮＳＳ装置を使用するのに代えてトータルステーションとプリズム等を用いた位置計測システムを使用することによって同様に実施することができる。

【符号の説明】

【0040】

１００：ブルドーザー（建設作業機械）
１１０：車体
１２０：排土板
１２１：刃先
１３０：接続部
２１０：位置取得装置
２２０：測量装置
２３０：定点
２５０：計算機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】