特開 2022-64219 動作制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022064219

(43)【公開日】2022-04-25

(54)【発明の名称】動作制御システム

(51)【国際特許分類】

   E02D 23/06 20060101AFI20220418BHJP

【ＦＩ】

E02D23/06 Z

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020172828

(22)【出願日】2020-10-13

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000103769

【氏名又は名称】オリエンタル白石株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(74)【代理人】

【識別番号】100198214

【弁理士】

【氏名又は名称】眞榮城 繁樹

(72)【発明者】

【氏名】亀井 聡

(72)【発明者】

【氏名】進藤 匡浩

(57)【要約】

【課題】自動運転中の複数のショベル同士の衝突を回避して掘削作業全体の遅延を防止することができる動作制御システムを提供する。
【解決手段】ニューマチックケーソン工法において用いられる作業室２内の複数のショベル１００の動作を制御する動作制御システムにおいて、上記複数のショベル１００のうちの一のショベル１００－２の故障を検知する故障検知手段と、上記故障検知手段により上記一のショベル１００－２の故障が検知された場合に、他のショベル１００を当該ショベル１００－２への接触を回避するように制御する動作制御手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニューマチックケーソン工法において用いられる作業室内の複数のショベルの動作を制御する動作制御システムにおいて、
上記複数のショベルのうちの一のショベルの故障を検知する故障検知手段と、
上記故障検知手段により上記一のショベルの故障が検知された場合に、他のショベルを当該ショベルへの接触を回避するように制御する動作制御手段とを備えること
を特徴とする動作制御システム。

【請求項2】

上記作業室の平面画像データを撮像する撮像手段と、
上記撮像手段により撮像された上記平面画像データを複数の領域に分割する画像分割手段を備え、
上記動作制御手段は、上記画像分割手段により分割された何れかの領域に、上記故障検知手段により故障が検知された上記一のショベルが含まれる場合に、上記他のショベルを当該領域に対応する上記作業室内の実空間への侵入を回避するように制御すること
を特徴とする請求項１記載の動作制御システム。

【請求項3】

上記故障検知手段は、上記一のショベルからの通信が途絶えた場合に、当該ショベルの故障を検知すること
を特徴とする請求項１又は２記載の動作制御システム。

【請求項4】

上記故障検知手段は、上記一のショベルの制御が不能である場合に、当該ショベルの故障を検知すること
を特徴とする請求項１又は２記載の動作制御システム。

【請求項5】

上記動作制御手段は、上記他のショベルの上記複数の領域に分割された上記作業室の実空間に対応する領域のうち上記一のショベルの最大可動範囲が含まれる領域への侵入を回避するように制御すること
を特徴とする請求項２記載の動作制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ニューマチックケーソン工法において用いられる作業室内の複数のショベルの動作を制御する動作制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、都市内の地下インフラ設備の増加に対するニーズに応えるためニューマチックケーソン工法が使用されている。ニューマチックケーソン工法では、ケーソン躯体に作業室を設け、作業室内で掘削・排土を行いながら徐々にケーソンを沈下させる。作業室内が地中深くなるにつれ、作業室内の気圧を高くする必要があり作業環境が悪くなる。そのため、作業員の気圧障害を防ぐために作業時間が制限されるという問題がある。この問題を解決するため、地上からの遠隔操作による自動掘削を含めた作業室内の無人化が一般的となっている。

【0003】

また、ニューマチックケーソン以外の分野において、作業現場での無人車両の使用に関する文献としては、例えば特許文献１が知られている。特許文献１には、複数の無人車両がコースエリア内を走行する例が開示されている。コースエリア内には、無人車両のみならず複数の有人車両が走行しており、走行中に無人・有人車両から積み荷が落下し、この落下した積み荷が無人車両にとっての障害物となることがある。あるいは、走行コース上に岩石が出現したりや穴やぬかるみが発生することにより、これらの路面状態の悪化も障害物となり得る。そこで、無人車両が障害物と干渉しないように障害物のデータを更新することで、走行コースの修正が行われてきた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５１６２７９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、例えば地上に設けられた遠隔操作室から作業室内の複数のショベルを遠隔操作するニューマチックケーソン工法では、ショベルに設けられるカメラの台数には制限がある、また、カメラの視野も狭いという都合上、遠隔操作室からのショベルの操作に際しては、ショベル同士が衝突して一部のショベルが故障する可能性が高い。そのため、故障したショベルに、他のショベルが接触してしまい、掘削作業に遅延が発生するという問題点があった。

【0006】

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、自動運転中の複数のショベル同士の衝突を回避して掘削作業全体の遅延を防止することができる動作制御システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明を適用した動作制御システムは、ニューマチックケーソン工法において用いられる作業室内の複数のショベルの動作を制御する動作制御システムにおいて、上記複数のショベルのうちの一のショベルの故障を検知する故障検知手段と、上記故障検知手段により上記一のショベルの故障が検知された場合に、他のショベルを当該ショベルへの接触を回避するように制御する動作制御手段とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

上述した構成からなる本発明によれば、作業室内で一のショベルが故障した場合、他のショベルは故障したショベルを回避しながら作業を継続する。これにより、例えば、工場のようなオートメーションシステムにおいても、システム全体を停止することなく作業の遅延を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係るニューマチックケーソン工法の主要設備を示す縦断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る作業機の一例である掘削機の側面図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る掘削機における制御系統を示すブロック図である。

【図4】図４は、作業室の側面図である。

【図5】図５は、作業室の平面図である。

【図6】図６は、複数の領域に分割した作業室の模式図である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態に係る動作制御システムの動作の一例を示すフローチャートである。

【図8】図８は、本発明の実施の形態に係る侵入禁止領域を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を適用した動作制御システムについて、図面を参照しながら詳細に説明をする。

【0011】

図１は、本発明に係る作業機の一例である掘削機が用いられるニューマチックケーソン工法の主要設備の一例を示す図である。ニューマチックケーソン工法は、掘削設備Ｅ１、艤装設備Ｅ２、排土設備Ｅ３、送気設備Ｅ４及び予備・安全設備Ｅ５を用いて、鉄筋コンクリート製のケーソン１を地中に沈下させていくことにより、地下構造物を構築する。

【0012】

掘削設備Ｅ１は、例えば、掘削機１００（以下、ケーソンショベル１００という）と、土砂自動積込装置１１と、地上遠隔操作室１３とを備える。ケーソンショベル１００は、ケーソン１の底部に設けられた作業室２内に設置される。土砂自動積込装置１１は、ケーソンショベル１００により掘削された土砂を円筒状のアースバケット３１に積み込む。地上遠隔操作室１３は、ケーソンショベル１００の作動を地上から遠隔操作する遠隔操作装置１２を備える。

【0013】

艤装設備Ｅ２は、例えば、マンシャフト２１と、マンロック２２（エアロック）と、マテリアルシャフト２３と、マテリアルロック２４（エアロック）とを備える。マンシャフト２１は、作業者が作業室２へ出入りするために地上と作業室２とを繋ぐ円筒状の通路であり、例えば、螺旋階段２５が設けられている。マンロック２２は、マンシャフト２１に設けられ地上の大気圧と作業室２内の圧力差を調節する二重扉構造の気密扉である。マテリアルシャフト２３は、土砂自動積込装置１１により土砂が積み込まれたアースバケット３１を地上に運び出すために地上と作業室２とを繋ぐ円筒状の通路である。マテリアルロック２４は、材料等を搬出入するためのマテリアルシャフト２３に設けられた地上の大気圧と作業室２内の圧力差を調節する二重扉構造の気密扉である。マンロック２２及びマテリアルロック２４は、作業室２内の気圧が変化することを抑えて作業者やアースバケット３１を作業室２へ出入りさせることが可能になるように構成されている。

【0014】

排土設備Ｅ３は、例えば、アースバケット３１と、キャリア装置３２と、土砂ホッパー３３とを備える。アースバケット３１は、ケーソンショベル１００により掘削された土砂が積み込まれる有底円筒状の容器である。キャリア装置３２は、アースバケット３１を、マテリアルシャフト２３を介して地上まで引き上げて運び出す装置である。土砂ホッパー３３は、アースバケット３１及びキャリア装置３２により地上に運び出された土砂を一時的に貯めておく設備である。

【0015】

送気設備Ｅ４は、例えば、空気圧縮機４２と、空気清浄装置４３と、送気圧力調整装置４４と、自動減圧装置４５とを備える。空気圧縮機４２は、送気管４１及びケーソン１に形成された送気路３を介して作業室２内に圧縮空気を送る装置である。空気清浄装置４３は、空気圧縮機４２により送り込む圧縮空気を浄化する装置である。送気圧力調整装置４４は、作業室２内の気圧が地下水圧と略等しくなるように空気圧縮機４２から作業室２内へ送る圧縮空気の量（圧力）を調整する装置である。自動減圧装置４５は、マンロック２２内の気圧を減圧する装置である。

【0016】

予備・安全設備Ｅ５は、例えば、非常用空気圧縮機５１と、ホスピタルロック５３とを備える。非常用空気圧縮機５１は、空気圧縮機４２の故障又は点検などの時に空気圧縮機４２に代わって作業室２内に圧縮空気を送ることが可能な装置である。ホスピタルロック５３は、作業室２内で作業を行った作業者が入り、当該作業者の身体を徐々に大気圧に慣らしていくための減圧室である。

【0017】

次に、本発明に係るケーソンショベル１００について図２～図３を用いて説明する。ケーソンショベル１００は、図２に示すように、例えば、走行体１１０と、ブーム１３０と、バケットアタッチメント１５０とを備える。走行体１１０は、作業室２の天井部に設けられた左右一対の走行レール４に取り付けられ、左右の走行レール４に懸下された状態で走行レール４に沿って走行移動する。ブーム１３０は、走行体１１０の旋回フレーム１２１に上下方向に揺動可能に枢結される。バケットアタッチメント１５０は、ブーム１３０の先端部に取り付けられる。

【0018】

走行体１１０は、走行フレーム１１１と、旋回フレーム１２１と、走行ローラ１１３とを備える。旋回フレーム１２１は、走行フレーム１１１の下面側に旋回自在に設けられる。走行ローラ１１３は、走行フレーム１１１の上面側前後に、設けられている前後左右の４個のローラである。走行体１１０は、前後左右の走行ローラ１１３を回転駆動させて左右の走行レール４に沿って走行移動するように構成されている。

【0019】

ブーム１３０は、例えば、基端ブーム１３１と、先端ブーム１３２と、伸縮シリンダ１３３と、起伏シリンダ１３４とを備える。基端ブーム１３１は、旋回フレーム１２１に起伏自在（上下方向に揺動自在）に取り付けられる。先端ブーム１３２は、基端ブーム１３１に入れ子式に組み合わされ、構成される。伸縮シリンダ１３３は、基端ブーム１３１内に設けられている。起伏シリンダ１３４は、基端ブーム１３１の左右に２個設けられている。ブーム１３０は、伸縮シリンダ１３３を伸縮させると、基端ブーム１３１に対して先端ブーム１３２が長手方向に移動し、これによりブーム１３０が伸縮するように構成されている。２個の起伏シリンダ１３４の基端部は基端ブーム１３１の左右側部にそれぞれ回動自在に取り付けられている。

【0020】

バケットアタッチメント１５０は、ベース部材１５１と、バケット１５２と、バケットシリンダ１５３とを備える。ベース部材１５１は、先端ブーム１３２に取り付けられる。バケット１５２は、ベース部材１５１の先端部に上下揺動自在に取り付けられる。バケットシリンダ１５３は、ベース部材１５１に対してバケット１５２を上下揺動させるように構成される。

【0021】

コントロールユニット１６５は、図３に示すように、メインコントローラ１６５ａと、走行体用コントローラ１６５ｂと、ブーム・バケット用コントローラ１６５ｃとを備える。メインコントローラ１６５ａは、遠隔操作装置１２からの操作信号を受けて、その操作信号に応じた駆動制御信号を出力する。走行体用コントローラ１６５ｂは、メインコントローラ１６５ａから出力された駆動制御信号に応じて、走行体１１０を駆動させるように構成されている。メインコントローラ１６５ａ及び走行体用コントローラ１６５ｂは、走行体１１０の旋回フレーム１２１に配設されている。ブーム・バケット用コントローラ１６５ｃは、メインコントローラ１６５ａから出力された駆動制御信号に応じて、ブーム１３０及びバケットアタッチメント１５０を駆動させるように構成されている。ブーム・バケット用コントローラ１６５ｃは、ブーム１３０の基端ブーム１３１の側部に配設されている。

【0022】

ケーソンショベル１００は、図３に示すように、例えば、走行体位置センサ２０１と、旋回角度センサ２０２と、ブーム起伏角度センサ２０３と、ブーム伸長量センサ２０４と、バケット揺動角度センサ２０５と、外界センサ２０６とを備える。走行体位置センサ２０１は、走行体１１０が走行レール４の何処の位置に位置しているかを検出する。旋回角度センサ２０２、走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回角度を検出する。ブーム起伏角度センサ２０３は、旋回フレーム１２１に対するブーム１３０の起伏角度を検出する。ブーム伸長量センサ２０４は、ブーム１３０の伸長量を検出する。バケット揺動角度センサ２０５は、ブーム１３０（バケットアタッチメント１５０のベース部材１５１）に対するバケット１５２の揺動角度を検出する。外界センサ２０６は、走行体１１０に設けられて作業室２内の掘削地面Ｇまでの距離、掘削地面Ｇの形状などの情報を取得する。

【0023】

走行体位置センサ２０１は、例えば、走行体１１０の走行フレーム１１１に配設されたレーザセンサによって構成される。走行体位置センサ２０１は、レーザ光を走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）に向けて照射して走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）において反射して戻ってくるまでの時間を測定する。走行体位置センサ２０１は、この時間に基づいて走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）から走行体１１０までの距離を検出する。旋回角度センサ２０２は、例えば、走行体１１０の旋回フレーム１２１に配設された光学式のロータリーエンコーダによって構成される。旋回角度センサ２０２は、走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回量を電気信号に変換する。旋回角度センサ２０２は、その信号を演算処理して旋回フレーム１２１の旋回角度（旋回方向及び位置）を検出する。なお、走行体位置センサ２０１及び旋回角度センサ２０２は一例を説明したもので、走行体の二次元的な位置を検出する他のセンサ、旋回フレーム１２１の旋回角度を検出する他のセンサをそれぞれ用いてもよい。

【0024】

ブーム起伏角度センサ２０３は、例えば、起伏シリンダ１３４のシリンダボトムの側部に配設されたレーザセンサによって構成される。ブーム起伏角度センサ２０３は、レーザ光を旋回フレーム１２１に向けて照射して旋回フレーム１２１において反射して戻ってくるまでの時間を測定する。ブーム起伏角度センサ２０３は、この時間に基づいて起伏シリンダ１３４の伸長量を検出し、その起伏シリンダ１３４の伸長量に基づいて旋回フレーム１２１に対するブーム１３０の起伏角度（起伏位置）を検出する。ブーム起伏角度センサ２０３も一例を説明したものであり、光学式ロータリーエンコーダ、ポテンショメータなどによりブーム１３０の起伏角を直接検出する他のセンサを用いてもよい。

【0025】

ブーム伸長量センサ２０４は、例えば、ブーム１３０の基端ブーム１３１に配設されたレーザセンサによって構成される。ブーム伸長量センサ２０４は、レーザ光を先端ブーム１３２の先端部に取り付けられたバケットアタッチメント１５０のベース部材１５１に向けて照射してベース部材１５１において反射して戻ってくるまでの時間を測定する。ブーム伸長量センサ２０４は、この時間に基づいてブーム１３０の伸長量（基端ブーム１３１に対する先端ブーム１３２の伸長量）を検出する。ブーム伸長量センサ２０４も一例を説明したものであり、ブーム伸縮とともに伸縮するケーブルの伸長量を直接測定する他のセンサを用いてもよい。

【0026】

バケット揺動角度センサ２０５は、例えば、バケットシリンダ１５３の油路に配設された流量センサによって構成される。バケット揺動角度センサ２０５は、バケットシリンダ１５３に供給される作動油の流量を検出し、その流量の積分値を算出する。バケット揺動角度センサ２０５は、この流量積分値に基づいてバケットシリンダ１５３のピストンロッドの伸長量を求め、そのバケットシリンダ１５３の伸長量に基づいて、バケットアタッチメント１５０のベース部材１５１（ブーム１３０）に対するバケット１５２の揺動角度（揺動位置）を検出する。バケット揺動角度センサ２０５も一例を説明したものであり、光学式ロータリーエンコーダ、ポテンショメータなどによりバケット１５２の揺動角度を直接検出する他のセンサや、レーザセンサによりバケットシリンダ１５３の伸長量を求める他のセンサを用いてもよい。

【0027】

外界センサ２０６は、例えば、走行体１１０の旋回フレーム１２１に配設されたＲＧＢ‐Ｄセンサによって構成される。外界センサ２０６は、掘削地面Ｇやケーソンショベル１００のＲＧＢ画像（カラー画像）及び距離画像を取得し、それらの画像に基づいて掘削地面Ｇまでの距離情報及び掘削地面Ｇの形状情報を取得する。外界センサ２０６は、ＲＧＢ‐Ｄセンサの他の例として、ステレオカメラや超音波距離計、レーザセンサなどを用いてもよい。

【0028】

走行体位置センサ２０１、旋回角度センサ２０２、ブーム起伏角度センサ２０３、ブーム伸長量センサ２０４、バケット揺動角度センサ２０５及び外界センサ２０６により検出されたそれぞれの情報は、コントロールユニット１６５のメインコントローラ１６５ａに送信される。メインコントローラ１６５ａは、走行体位置測定部２１１と、バケット位置測定部２１２と、地盤形状測定部２１３と、画像分割部２１４と、故障検知部２１５とを備える。また、本実施の形態に係る動作制御システム２００は、外界センサ２０６、画像分割部２１４と、故障検知部２１５とを含んで構成されている。

【0029】

走行体位置測定部２１１は、走行体位置センサ２０１により検出された走行レール４の端部（もしくは作業室２の壁部）から走行体１１０までの距離情報と、当該走行レール４が作業室２内の何処の位置に設けられた走行レールであるかという情報（この情報は、走行体１１０が取り付けられた走行レール４の情報であり、走行体１１０が取り付けられたときに走行体位置測定部２１１に設定される）とを用いて、走行体１１０が作業室２内の何処に位置しているかを算出する。また、走行体位置センサ２０１による距離情報の検出を周囲複数箇所に対して検出することにより走行体１１０の天井内における二次元的な位置（走行体１１０の向きを含む位置）を検出してもよい。

【0030】

バケット位置測定部２１２は、旋回角度センサ２０２により検出された走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回角度（旋回方向及び位置）と、ブーム起伏角度センサ２０３により検出された旋回フレーム１２１に対するブーム１３０の起伏角度（起伏位置）と、ブーム伸長量センサ２０４により検出されたブーム１３０の伸長量と、バケット揺動角度センサ２０５により検出されたブーム１３０に対するバケット１５２の揺動角度（揺動位置）とを用いて、走行体１１０の走行フレーム１１１に対するバケット１５２の位置を算出する。

【0031】

地盤形状測定部２１３は、走行体位置測定部２１１により求められた作業室２内における走行体１１０の位置と、及び旋回角度センサ２０２により検出された走行フレーム１１１に対する旋回フレーム１２１の旋回角度（旋回方向及び位置）とを用いて、旋回フレーム１２１に設けられた外界センサ２０６の位置と、外界センサ２０６により距離情報を取得する方向とを特定することにより、距離情報から地盤形状の情報に変換する。

【0032】

画像分割部２１４は、外界センサ２０６により取得された掘削地面Ｇ及びケーソンショベル１００等のＲＧＢ画像等を分割する。例えば、作業室２内における掘削地面Ｇ及びケーソンショベル１００等の画像をｘｙ平面上で複数の格子状の画像領域に分割する。なお、分割の対象となる作業室２の範囲及び画像領域の個数は特に限定されるものではない。

【0033】

故障検知部２１５は、複数のケーソンショベル１００のうち、特定のケーソンショベル１００の故障を検知する。なお、故障検知部２１５は、複数のケーソンショベル１００のうちの、特定のケーソンショベル１００からの通信が途絶えた場合に、ケーソンショベル１００の故障を検知してもよく、あるいは特定のケーソンショベル１００の制御が不能である場合に、このケーソンショベル１００の故障を検知してもよい。なお、ケーソンショベル１００の故障の情報は、各ケーソンショベル１００同士が通信することにより共有されてもよく、動作制御システム２００が集中的に一元管理してもよい。

【0034】

コントロールユニット１６５は、故障検知部２１５により特定のケーソンショベル１００の故障が検知された場合、作業室２内に侵入禁止領域を設定し、この侵入禁止領域に故障していないケーソンショベル１００が侵入して故障したケーソンショベル１００に接触することを回避するよう制御する。また、コントロールユニット１６５は、画像分割部２１４により分割された何れかの領域に、故障検知部２１５により故障が検知されたケーソンショベル１００が含まれる場合に、他のケーソンショベル１００の故障が検知されたケーソンショベル１００が含まれる領域に対応する作業室２内の実空間への侵入を回避するように制御する。分割された何れかの領域に故障が検知されたケーソンショベル１００が含まれるか否かは、例えば外界センサ２０６により撮像された作業室２の平面画像データに故障したケーソンショベル１００が含まれているか否かに基づいて判定すればよい。さらに、コントロールユニット１６５は、他のケーソンショベル１００の複数の領域に分割された作業室２の実空間に対応する領域のうち故障が検知されたケーソンショベル１００の最大可動範囲が含まれる領域への侵入を回避するように制御する。

【0035】

図４は、作業室２の側面図であり、図５は、作業室２の平面図である。以下の例では、２本の走行レール４にケーソンショベル１００が２台ずつ懸下された場合を例に説明する。一方の走行レール４－１にはケーソンショベル１００－１及びケーソンショベル１００－２が懸下され、他方の走行レール４－２にはケーソンショベル１００－３及びケーソンショベル１００－４が懸下される。なお、作業室２に設けられる走行レール４の本数、走行レール４に懸下されるケーソンショベル１００の台数は、特に限定されるものではない。

【0036】

走行レール４に沿った走行及びブーム１３０の旋回に伴い、各ケーソンショベル１００は、作業室２内の所定の範囲を占有する。例えば、領域Ｘ１はケーソンショベル１００－１の最大可動範囲であり、領域Ｘ２はケーソンショベル１００－２の最大可動範囲であり、領域Ｘ３はケーソンショベル１００－３の最大可動範囲であり、領域Ｘ４はケーソンショベル１００－４の最大可動範囲であるとする。ケーソンショベル１００の最大可動範囲は、予めケーソンショベル１００毎に設定されているものとする。なお、ケーソンショベル１００の最大可動範囲は、全てのケーソンショベル１００について同じ範囲であってもよいし、ケーソンショベル１００毎に異なっていてもよい。

【0037】

図６は、作業室２の画像データを複数の領域に分割した図である。図６に示すように、例えば作業室２を水平面に沿ってｘ方向に５分割、ｙ方向に１２分割した場合、予めケーソンショベル１００毎に設定されている領域Ｘ１、領域Ｘ２、領域Ｘ３、領域Ｘ４が占める範囲を示す。領域Ｘ１はＲ（１、２）、Ｒ（２、２）、Ｒ（３、２）からＲ（１、７）、Ｒ（２、７）、Ｒ（３、７）までの領域を占め、領域Ｘ２はＲ（１、６）、Ｒ（２、６）、Ｒ（３、６）からＲ（１、１１）、Ｒ（２、１１）、Ｒ（３、１１）までの領域を占め、領域Ｘ３はＲ（３、２）、Ｒ（４、２）、Ｒ（５、２）からＲ（３、７）、Ｒ（４、７）、Ｒ（５、７）までの領域を占め、領域Ｘ４はＲ（４、６）、Ｒ（５、６）、Ｒ（６、６）からＲ（３、１１）、Ｒ（４、１１）、Ｒ（５、１１）までの領域を占める。

【0038】

領域Ｘ１と領域Ｘ２は、Ｒ（１、６）、Ｒ（２、６）、Ｒ（３、６）、Ｒ（１、７）、Ｒ（２、７）、Ｒ（３、７）において重複している。これは、ケーソンショベル１００－１とケーソンショベル１００－２との作業領域が一部重なることを示している。また、領域Ｘ１と領域Ｘ３は、Ｒ（３、２）、Ｒ（３、３）、Ｒ（３、４）、Ｒ（３、５）、Ｒ（３、６）、Ｒ（３、７）において重複している。これは、ケーソンショベル１００－１とケーソンショベル１００－３との作業領域が一部重なることを示している。さらに、領域Ｘ１、領域Ｘ２、領域Ｘ３、領域Ｘ４は、Ｒ（３、６）、Ｒ（３、７）において重複している。これは、ケーソンショベル１００－１、ケーソンショベル１００－２、ケーソンショベル１００－３、ケーソンショベル１００－４との作業領域が一部重なることを示している。なお、作業室２の水平面に沿った分割は、これに限定されるものではない。

【0039】

次に、本実施形態に係る動作制御システム２００の動作の一例について説明する。図７は、本実施形態に係る動作制御システム２００の動作の一例を示すフローチャートである。

【0040】

ステップＳ１１０において、外界センサ２０６は、作業室２の平面画像データを撮像する。具体的には、外界センサ２０６は、図５に示すような作業室２内における掘削地面Ｇ及びケーソンショベル１００の平面画像データ（ｘｙ平面の画像データ）を撮像する。

【0041】

ステップＳ１２０において、画像分割部２１４は、外界センサ２０６により取得された掘削地面ＧのＲＧＢ画像等を分割する。画像分割部２１４は、例えば、作業室２内における掘削地面Ｇ及びケーソンショベル１００の平面画像データを図６に示すようなｘｙ平面上における複数の格子状の画像領域に分割する。

【0042】

ステップＳ１３０において、故障検知部２１５は、作業室２内において何れかのケーソンショベル１００に故障が発生した場合、このケーソンショベル１００の故障を検知する。例えば、ケーソンショベル１００－２からの通信が途絶えた場合、あるいはケーソンショベル１００－２の制御が不能である場合、故障検知部２１５はケーソンショベル１００－２の故障を検知する。

【0043】

ステップＳ１４０において、コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００が故障したケーソンショベル１００に接触しないように制御する。具体的には、コントロールユニット１６５は、故障したケーソンショベル１００－２の侵入禁止領域に他のケーソンショベル１００が侵入しないよう制御する。

【0044】

コントロールユニット１６５は、外界センサ２０６により撮像された掘削地面Ｇ及びケーソンショベル１００の平面画像データを分析するとともに、画像分割部２１４により分割された複数の格子状の画像領域を照合して、ケーソンショベル１００がどの位置を占めるか判定する。あるいは、走行体位置センサ２０１からの情報によりケーソンショベル１００の位置情報を取得することにより、ケーソンショベル１００がどの位置を占めるか判定してもよい。

【0045】

いずれかのケーソンショベル１００の走行体位置センサ２０１や旋回角度センサ２０２等により検出された情報がコントロールユニット１６５に送信されなくなった場合、コントロールユニット１６５は、そのケーソンショベル１００の故障を検知する。コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００の故障を検知すると、外界センサ２０６から取得した画像データに基づいて画像分割部２１４により分割された複数の格子状の画像領域を照合して、故障したケーソンショベル１００が占める領域を特定する。コントロールユニット１６５は、外界センサ２０６から逐次取得する他のケーソンショベル１００の画像データと、故障したケーソンショベル１００の画像データとを外界センサ２０６から画像データを取得する度に比較する。比較の結果、コントロールユニット１６５は、他のケーソンショベル１００と故障したケーソンショベル１００との距離が所定値以下になったと判定した場合、故障したケーソンショベル１００に近づきつつあるケーソンショベル１００に対し、侵入禁止領域への接近を通知する。なお、ケーソンショベル１００同士の距離が所定値以下となった場合、あるいはケーソンショベル１００の画像領域と侵入禁止領域との距離が所定値以下となった場合に、他のケーソンショベル１００が故障したケーソンショベル１００に接触する程度まで近づいたと判定すればよいが、これに限定されるものではない。コントロールユニット１６５は、侵入禁止領域への接近が通知されたケーソンショベル１００があると判定した場合、このケーソンショベル１００が故障したケーソンショベル１００に衝突しないよう、走行体用コントローラ１６５ｂとブーム・バケット用コントローラ１６５ｃを制御する。

【0046】

図８に、ケーソンショベル１００－２が故障した場合の例を示す。例えば、ケーソンショベル１００－２の走行体位置センサ２０１や旋回角度センサ２０２等により検出された情報がコントロールユニット１６５に送信されなくなった場合、コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００－２の故障を検知する。コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００－２の故障を検知すると、外界センサ２０６から取得した画像データに基づいて画像分割部２１４により分割された複数の格子状の画像領域を照合して、ケーソンショベル１００－２が占める領域を特定する。即ち、コントロールユニット１６５は、複数の領域に分割された作業室２の画像データのうち、ケーソンショベル１００－２が占める領域を特定する。例えば、コントロールユニット１６５は、領域Ｒ（２、９）、Ｒ（３、９）、Ｒ（２、１０）、Ｒ（３、１０）、Ｒ（２、１１）をケーソンショベル１００－２が占める領域であると特定し、これらの領域を侵入禁止領域Ｐ（図中ハッチング部分）に設定する。コントロールユニット１６５は、外界センサ２０６から逐次取得するケーソンショベル１００の画像データと、ケーソンショベル１００－２の画像データとを外界センサ２０６から画像データを取得する度に比較する。比較の結果、コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００と侵入禁止領域Ｐとの距離が所定値以下になったと判定した場合、侵入禁止領域Ｐに近づきつつあるケーソンショベル１００に対し、侵入禁止領域Ｐへのそれ以上の接近を通知する。コントロールユニット１６５は、侵入禁止領域Ｐへの接近が通知されたケーソンショベル１００が故障したケーソンショベル１００－２に衝突しないよう、走行体用コントローラ１６５ｂとブーム・バケット用コントローラ１６５ｃを制御する。なお、コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００－２の最大可動範囲である領域Ｘ２を、侵入禁止領域Ｐとしてもよい。

【0047】

なお、コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００－２が通常の動作を開始した場合には、侵入禁止領域Ｐの解除を行うよう作業データを更新する。また、他のケーソンショベル１００が故障した場合には、そのケーソンショベル１００に対応する領域が侵入禁止領域Ｐとなるようにデータを更新する。

【0048】

上述した構成からなる本発明によれば、作業室内で一のケーソンショベル１００が故障した場合、他のケーソンショベル１００は故障したケーソンショベル１００を回避しながら作業を継続することができる。これにより、例えば、複数のケーソンショベル１００が自動運転により掘削作業を行っていた場合において、一のケーソンショベル１００が故障した場合でも、システム全体を停止することなく掘削作業の遅延を防止することができる。また、複数のケーソンショベル１００が設置される作業室２内の画像データを水平面上で複数の領域に分割し、コントロールユニット１６５は、他のケーソンショベル１００の故障したケーソンショベル１００が含まれる侵入禁止領域Ｐに対応する作業室２内の実空間への侵入を回避するように制御する。これにより、作業室２内におけるケーソンショベル１００の動作の安全性を確保することができる。なお、一のケーソンショベル１００からの通信が途絶えた場合に、このケーソンショベル１００の故障を検知してもよい。これにより、故障したケーソンショベル１００を容易に特定することができる。また、一のケーソンショベル１００の制御が不能である場合に、このケーソンショベル１００の故障を検知してもよい。これにより、故障したケーソンショベル１００以外のケーソンショベル１００の動作の安全性をより高めることができる。また、故障したケーソンショベル１００の最大可動範囲を侵入禁止領域Ｐとしてもよい。これにより、一のケーソンショベル１００の他のケーソンショベル１００の接触をより確実に回避することができる。

【0049】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１ ケーソン
２ 作業室
３ 送気路
４ 走行レール
１１ 土砂自動積込装置
１２ 遠隔操作装置
１３ 地上遠隔操作室
１００ 掘削機（ケーソンショベル）
１１０ 走行体
１３０ ブーム
１５０ バケットアタッチメント
１６５ コントロールユニット
２００ 動作制御システム
２０６ 外界センサ
２１４ 画像分割部
２１５ 故障検知部
Ｇ 掘削地面
Ｐ 侵入禁止領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【手続補正書】

【提出日】2021-02-04

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニューマチックケーソン工法において用いられる作業室内の複数のショベルの動作を制御する動作制御システムにおいて、
上記複数のショベルのうちの一のショベルの故障を検知する故障検知手段と、
上記故障検知手段により上記一のショベルの故障が検知された場合に、他のショベルを当該ショベルへの接触を回避するように制御する動作制御手段と、
上記作業室の平面画像データを撮像する撮像手段と、
上記撮像手段により撮像された上記平面画像データを複数の領域に分割する画像分割手段とを備え、
上記動作制御手段は、上記画像分割手段により分割された何れかの領域に、上記故障検知手段により故障が検知された上記一のショベルが含まれる場合に、上記他のショベルを当該領域に対応する上記作業室内の実空間への侵入を回避するように制御すること
を特徴とする動作制御システム。

【請求項2】

上記故障検知手段は、上記一のショベルからの通信が途絶えた場合に、当該ショベルの故障を検知すること
を特徴とする請求項１記載の動作制御システム。

【請求項3】

上記故障検知手段は、上記一のショベルの制御が不能である場合に、当該ショベルの故障を検知すること
を特徴とする請求項１記載の動作制御システム。

【請求項4】

上記動作制御手段は、上記他のショベルの上記複数の領域に分割された上記作業室の実空間に対応する領域のうち上記一のショベルの最大可動範囲が含まれる領域への侵入を回避するように制御すること
を特徴とする請求項１記載の動作制御システム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

本発明を適用した動作制御システムは、ニューマチックケーソン工法において用いられる作業室内の複数のショベルの動作を制御する動作制御システムにおいて、上記複数のショベルのうちの一のショベルの故障を検知する故障検知手段と、上記故障検知手段により上記一のショベルの故障が検知された場合に、他のショベルを当該ショベルへの接触を回避するように制御する動作制御手段と、上記作業室の平面画像データを撮像する撮像手段と、上記撮像手段により撮像された上記平面画像データを複数の領域に分割する画像分割手段とを備え、上記動作制御手段は、上記画像分割手段により分割された何れかの領域に、上記故障検知手段により故障が検知された上記一のショベルが含まれる場合に、上記他のショベルを当該領域に対応する上記作業室内の実空間への侵入を回避するように制御することを特徴とする。