特開 2024-136319 アースバケット管理システム及びプログラム

(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】P2024136319

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】アースバケット管理システム及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   E02D 23/08 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

E02D23/08 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047403

(22)【出願日】2023-03-23

(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

(71)【出願人】

【識別番号】510129347

【氏名又は名称】有限会社ソクテック

(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】金 美貞

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 剛

(72)【発明者】

【氏名】松村 将希

(72)【発明者】

【氏名】浦川 洋介

(72)【発明者】

【氏名】山田 一希

(72)【発明者】

【氏名】村上 高志

(57)【要約】

【課題】アースバケットの位置を自動的に管理することが可能なアースバケット管理システム及びプログラムを提供する。
【解決手段】アースバケット管理システムは、ニューマチックケーソンの作業室と地上とを繋ぐマテリアルシャフトに設けられるＲＦＩＤセンサにより検出される、前記マテリアルシャフトを通過するアースバケットに取り付けられたＲＦＩＤタグに関する検出情報を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された検出情報に基づいて、前記アースバケットの位置が前記作業室内又は前記地上の何れかであることを示す位置情報を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニューマチックケーソンの作業室と地上とを繋ぐマテリアルシャフトに設けられるＲＦＩＤセンサにより検出される、前記マテリアルシャフトを通過するアースバケットに取り付けられたＲＦＩＤタグに関する検出情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された検出情報に基づいて、前記アースバケットの位置が前記作業室内又は前記地上の何れかであることを示す位置情報を算出する算出手段とを備えること
を特徴とするアースバケット管理システム。

【請求項2】

前記取得手段は、前記アースバケットが前記マテリアルシャフトを通過する回数に関する回数情報を含む前記検出情報を取得し、
前記算出手段は、前記取得手段により取得された検出情報に含まれる回数情報に基づいて、前記位置情報を算出すること
を特徴とする請求項１に記載のアースバケット管理システム。

【請求項3】

前記取得手段は、前記アースバケットに設けられた複数の前記ＲＦＩＤタグから前記検出情報が検出された時間に関する時間情報を含む前記検出情報をそれぞれ取得し、
前記算出手段は、前記取得手段により取得されたそれぞれの検出情報に含まれる時間情報に基づいて、前記アースバケットが前記マテリアルシャフトを通過する方向に関する方向情報を算出し、算出した前記方向情報に基づいて、前記位置情報を算出すること
を特徴とする請求項１に記載のアースバケット管理システム。

【請求項4】

前記取得手段は、前記アースバケットを識別する識別情報が記録された前記ＲＦＩＤタグから前記識別情報を含む前記検出情報を取得し、
前記算出手段は、前記取得手段により取得された検出情報に含まれる識別情報に基づいて、前記位置情報を算出すること
を特徴とする請求項１に記載のアースバケット管理システム。

【請求項5】

前記算出手段は、前記取得手段により取得された検出情報に含まれる識別情報に基づいて、前記アースバケットの積載の状態に関する積載情報を算出すること
を特徴とする請求項４に記載のアースバケット管理システム。

【請求項6】

前記アースバケットは、内側に複数の前記ＲＦＩＤタグが取り付けられること
を特徴とする請求項５に記載のアースバケット管理システム。

【請求項7】

前記取得手段は、前記ＲＦＩＤセンサにより前記アースバケットを識別する識別情報が記録されたＲＦＩＤタグから前記識別情報と、前記マテリアルシャフトに設けると共に前記ＲＦＩＤセンサと異なるセンサにより前記検出情報とを取得し、
前記算出手段は、前記取得手段により取得された識別情報と検出情報とに基づいて、前記アースバケットの積載の状態に関する積載情報を算出すること
を特徴とする請求項１に記載のアースバケット管理システム。

【請求項8】

前記取得手段は、前記アースバケットの質量を示す質量情報を取得し、
前記算出手段は、前記取得手段により取得された質量情報に基づいて、前記アースバケットの積載の状態に関する積載情報を算出すること
を特徴とする請求項１に記載のアースバケット管理システム。

【請求項9】

前記算出手段により算出された位置情報に基づいて、前記アースバケットの排土量を示す排土量情報を演算する演算手段をさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載のアースバケット管理システム。

【請求項10】

ニューマチックケーソンの作業室と地上とを繋ぐマテリアルシャフトに設けられるＲＦＩＤセンサにより検出される、前記マテリアルシャフトを通過するアースバケットに取り付けられたＲＦＩＤタグに関する検出情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにより取得した検出情報に基づいて、前記アースバケットの位置が前記作業室内又は前記地上の何れかであることを示す位置情報を算出する算出ステップとをコンピュータに実行させること
を特徴とするアースバケット管理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ケーソンの作業室内にあるアースバケットを管理するアースバケット管理システム及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

橋梁や建物の基礎、シールドトンネルの発進立坑などの地下構造物を構築する工法として、ニューマチックケーソン工法が知られている。ニューマチックケーソン工法は、ケーソンの本体下部に作業室を設け、その中に圧縮空気を送って高気圧状態にし、掘削作業が行なわれている。この高気圧作業室は、高気圧状態であるため、作業員が立ち入ることができる時間が制限されている。このためニューマチックケーソン工法において、水中や高気圧下の工事においては、作業効率の向上や作業環境の安全性の観点から、地上からの遠隔操作によって施工を行なう無人化施工が採用されている。また、近年、建設業では、デジタル技術の活用による安全性や生産性向上を目指す「i-Construction」が政府や大企業を中心に推進されている。これに伴い、ニューマチックケーソン工法においても、ＩＣＴ技術を活用した全自動化が必要とされている。

【0003】

一方、ニューマチックケーソン工法において、地下に存在するケーソン作業室にて掘削を行った際に発生する掘削土を地上に搬出するアースバケットに積載された掘削土を地上へ搬出する工程がある。この排出操作は、作業員の操作により行われている。このため、バケツ位置や操作タイミングの判断は作業員の経験に基づいて判断される。このことから、経験の浅い作業員が搬出作業を行うことで、アースバケットをマテリアルロックの扉に接触させる等により、設備を破損・故障させる可能性がある。

【0004】

これらのことから、ニューマチックケーソン工法において、アースバケットの排出工程の全自動化が求められている。このアースバケットの排出工程の全自動化の一環として、アースバケットを検出し、自動的に管理することが求められている。このアースバケットを検出する技術として、例えば特許文献１に示す土砂バケット清掃装置の技術が開示されている。

【0005】

特許文献１の開示技術によれば、ニューマチックケーソンの作業室の内部領域にある掘削した土砂を立管及びエアロックを通じて搬出する土砂バケットを検出し、清掃する土砂バケット清掃装置について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４－１１３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の開示技術では、アースバケットが搬出されることをセンサで検出することしか想定しておらず、アースバケットの位置を管理することを考慮していない。このため、特許文献１の開示技術では、アースバケットの位置を自動的に管理できないという問題点があった。

【0008】

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、アースバケットの位置を自動的に管理することが可能なアースバケット管理システム及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１発明に係るアースバケット管理システムは、ニューマチックケーソンの作業室と地上とを繋ぐマテリアルシャフトに設けられるＲＦＩＤセンサにより検出される、前記マテリアルシャフトを通過するアースバケットに取り付けられたＲＦＩＤタグに関する検出情報を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された検出情報に基づいて、前記アースバケットの位置が前記作業室内又は前記地上の何れかであることを示す位置情報を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

【0010】

第２発明に係るアースバケット管理システムは、第１発明において、前記取得手段は、前記アースバケットが前記マテリアルシャフトを通過する回数に関する回数情報を含む前記検出情報を取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された検出情報に含まれる回数情報に基づいて、前記位置情報を算出することを特徴とする。

【0011】

第３発明に係るアースバケット管理システムは、第１発明において、前記取得手段は、前記アースバケットに設けられた複数の前記ＲＦＩＤタグから前記検出情報が検出された時間に関する時間情報を含む前記検出情報をそれぞれ取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得されたそれぞれの検出情報に含まれる時間情報に基づいて、前記アースバケットが前記マテリアルシャフトを通過する方向に関する方向情報を算出し、算出した前記方向情報に基づいて、前記位置情報を算出することを特徴とする。

【0012】

第４発明に係るアースバケット管理システムは、第１発明において、前記取得手段は、前記アースバケットを識別する識別情報が記録された前記ＲＦＩＤタグから前記識別情報を含む前記検出情報を取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された検出情報に含まれる識別情報に基づいて、前記位置情報を算出することを特徴とする。

【0013】

第５発明に係るアースバケット管理システムは、第４発明において、前記算出手段は、前記取得手段により取得された検出情報に含まれる識別情報に基づいて、前記アースバケットの積載の状態に関する積載情報を算出することを特徴とする。

【0014】

第６発明に係るアースバケット管理システムは、第５発明において、前記アースバケットは、内側に複数の前記ＲＦＩＤタグが取り付けられることを特徴とする。

【0015】

第７発明に係るアースバケット管理システムは、第１発明において、前記取得手段は、前記ＲＦＩＤセンサにより前記アースバケットを識別する識別情報が記録されたＲＦＩＤタグから前記識別情報と、前記マテリアルシャフトに設けると共に前記ＲＦＩＤセンサと異なるセンサにより前記検出情報とを取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された識別情報と検出情報とに基づいて、前記アースバケットの積載の状態に関する積載情報を算出することを特徴とする。

【0016】

第８発明に係るアースバケット管理システムは、第１発明において、前記取得手段は、前記アースバケットの質量を示す質量情報を取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された質量情報に基づいて、前記アースバケットの積載の状態に関する積載情報を算出することを特徴とする。

【0017】

第９発明に係るアースバケット管理システムは、第１発明において、前記算出手段により算出された位置情報に基づいて、前記アースバケットの排土量を示す排土量情報を演算する演算手段をさらに備えることを特徴とする。

【0018】

第１０発明に係るアースバケット管理プログラムは、ニューマチックケーソンの作業室と地上とを繋ぐマテリアルシャフトに設けられるＲＦＩＤセンサにより検出される、前記マテリアルシャフトを通過するアースバケットに取り付けられたＲＦＩＤタグに関する検出情報を取得する取得ステップと、前記取得ステップにより取得した検出情報に基づいて、前記アースバケットの位置が前記作業室内又は前記地上の何れかであることを示す位置情報を算出する算出ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

第１発明～第９発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、検出情報に基づいて、位置情報を算出する。これによって、アースバケットの位置を自動的に把握することが可能となり、アースバケットの位置を自動的に管理することができる。

【0020】

特に、第２発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、回数情報に基づいて、位置情報を算出することを特徴とする。これによって、例えばアースバケットの初期位置が地上である場合、アースバケットがマテリアルシャフトを通過した回数が奇数である場合、位置情報を作業室２内であるとし、回数が偶数である場合、位置情報を地上であるとして算出することができる。このため、アースバケットの位置を自動的に管理することができる。

【0021】

特に、第３発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、時間情報に基づいて、アースバケットがマテリアルシャフトを通過する方向に関する方向情報を算出し、算出した方向情報に基づいて、位置情報を算出する。これによって、時間情報の時間の差から、センサが検出した順番を判別することが可能となり、アースバケットがマテリアルシャフトを通過する方向を判断することが可能となる。これにより、アースバケットの位置を自動的に管理することができる。

【0022】

特に、第４発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、識別情報に基づいて、位置情報を算出する。これによって、例えば識別情報が示すアースバケットの識別番号毎に、センサがアースバケットを検出した回数が判断できるようになるため、アースバケットの識別番号毎に位置を自動的に管理することが可能となる。

【0023】

特に、第５発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、識別情報に基づいて、積載情報を算出する。これによって、例えば予め設定された識別番号を示す識別情報を取得した場合、アースバケットの積載の状態が空荷であるという積載情報を算出することにより、アースバケットが空荷であることを自動的に判断することが可能となる。

【0024】

特に、第６発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、アースバケットは、内側に複数のＲＦＩＤタグが取り付けられる。これにより、例えば高さが異なるように、アースバケットの内部にＲＦＩＤタグが取り付けられている場合、アースバケットの内部に積載した排土に覆われたＲＦＩＤタグから、センサは識別情報を読み取ることができなくなるため、読み取れた識別情報から、アースバケットの内部の排土の積載情報を算出することが可能となる。

【0025】

特に、第７発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、識別情報と検出情報とに基づいて、積載情報を算出する。かかる場合、アースバケットの内部に排土が積載されている場合、ＲＦＩＤセンサ等のセンサは、内部に積載された排土によりアースバケットの内部に取り付けられたＲＦＩＤタグから識別情報を読み取ることができない。一方で、ループコイルセンサ等のＲＦＩＤセンサと異なるセンサは、アースバケットの積載の状態に関わらず、アースバケットを検出することが可能であるため、検出情報のみを取得する。このことから、識別情報を取得できずに、検出情報のみが取得できた場合、アースバケットは排土が積載され、識別情報と検出情報とが取得できた場合、アースバケットが空荷であることを判断することが可能となる。このため、積載情報が自動的に算出することが可能となる。

【0026】

特に、第８発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、質量情報に基づいて、積載情報を算出することを特徴とする。かかる場合、例えば予め設定された閾値以下のアースバケットの質量を示す質量情報を取得した場合、アースバケットの積載の状態が空荷であることを示す積載情報を算出する。これにより、積載情報を自動的に算出することが可能となる。

【0027】

特に、第９発明によれば、本発明のアースバケット管理システムは、位置情報に基づいて、アースバケットの排土量を示す排土量情報を演算する。これによって、例えば位置情報に含まれるアースバケットの位置の履歴に基づいて、排土量情報を演算することが可能となる。このため、自動的に排土量情報を演算することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、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、掘削機を示す図である。

【図3】図３は、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（ａ）は、ＲＦＩＤを用いて、アースバケットを検出する場合のマテリアルロックを示す図である。図４（ｂ）は、ループコイルを用いて、アースバケットを検出する場合のマテリアルロックを示す図である。

【図5】図５は、本発明を適用したアースバケット管理システムの全体構成を示すブロック図である。

【図6】図６は、本発明を適用したアースバケット管理システムの動作についてのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

まず、本発明に係るアースバケット管理システム６が用いられるニューマチックケーソン工法の主要設備について図を用いて説明する。図１は、本発明に係るアースバケット管理システム６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ように構成されている。

【0030】

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等の各種設備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。

【0031】

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Ｔ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Ｔ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、アースバケット３１又は材料等を地上Ｔに搬出入するために、地上Ｔ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、マテリアルシャフト２３に設けられた地上Ｔ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。

【0032】

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、荷重計３５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金属製の有底円筒状の筒容器である。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およびキャリア装置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。荷重計３５は、アースバケット３１を吊る図示しないフックに係る負荷を計測することで、アースバケット３１の質量を示す質量情報を取得するためのセンサである。また、排土設備Ｅ３は、アースバケット３１を搬入出するためのクローラークレーン５を備えてもよい。

【0033】

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およびケーソン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。

【0034】

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。

【0035】

次に、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。

【0036】

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。

【0037】

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に起伏自在又は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。

【0038】

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。

【0039】

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。また、コントロールユニット１６５は、ケーソンショベル１００と、遠隔操作装置１２と接続されていてもよい。コントロールユニット１６５は、遠隔操作装置１２に内蔵されていてもよい。メインコントローラ１６５ａは、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とに接続され、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とに出力する。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およ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。

【0040】

ケーソンショベル１００は、図３に示すように、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は、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又は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内の掘削地面までの距離、地面の形状などの情報を取得する。また、ケーソンショベル１００は、遠隔操作装置１２と、コントロールユニット１６５と通信を行い、各センサ２０１～２０６で得たデータを、遠隔操作装置１２と、コントロールユニット１６５とに送信してもよい。

【0041】

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の端部又は作業室２の壁部に向けて照射して走行レール４の端部又は作業室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の端部又は作業室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の旋回方向及び位置を含める旋回角度を検出する。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。

【0042】

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の起伏角度又は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。

【0043】

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の伸長量として基端ブーム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。

【0044】

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又はブーム１３０に対するバケット１５２の揺動角度又は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。

【0045】

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、掘削地面のＲＧＢ画像又はカラー画像および距離画像又は点群データを取得し、それらの画像に基づいて掘削地面までの距離情報、掘削地面の形状情報又はアースバケット３１を含める作業室内２の点群データ７０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。

【0046】

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とを備える。

【0047】

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の端部又は作業室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とを用いて、走行体１１０が作業室２内のどこに位置しているかを算出する。また、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に設定されてもよい。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又は走行体１１０の向きを含む位置を検出してもよい。

【0048】

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の旋回方向及び位置を含める旋回角度と、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の起伏角度又は起伏位置と、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の揺動角度又は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。

【0049】

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、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の旋回方向および位置を含める旋回角度とを用いて、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、外界センサ２０６により距離情報を取得する掘削地面の位置とを算出する。

【0050】

次に、本発明の実施形態を適用したマテリアルシャフト２３とアースバケット３１とについて、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、ＲＦＩＤを用いて、アースバケット３１を検出する場合のマテリアルロック２４を示す図である。図４（ｂ）は、ループコイルを用いて、アースバケットを検出する場合のマテリアルロック２４を示す図である。本発明の実施形態を適用したマテリアルシャフト２３は、マテリアルロック２４と、センサ２８とを備える。マテリアルロック２４は、地上Ｔの大気圧と作業室２内の圧力差を調節するための上ドア２６と下ドア２７との二重扉構造の気密扉を有する。

【0051】

センサ２８は、マテリアルシャフト２３を通過したアースバケット３１を検出するためのセンサである。センサ２８は、例えば小型記録媒体から情報を読み取るためのＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）を用いたセンサであってもよい。ＲＦＩＤは、ＩＣと小型アンテナが組み込まれたタグやカード状の小型記録媒体から、電波を介して情報を読み取る非接触型の自動認識技術である。また、センサ２８は、ループコイルセンサであってもよい。ループコイルセンサは、ループしたコイルに電流が流されることにより発生した磁界に金属が侵入することにより変化するインダクタンスを検出することにより、非接触で金属を検出することが可能なセンサである。また、センサ２８は、レーザ等を用いた光学センサであってもよい。また、センサ２８は、これに限らず、非接触で金属を検出することが可能な任意のセンサを用いてもよい。

【0052】

センサ２８は、例えば図４（ａ）に示すように、マテリアルロック２４の上ドアよりも、アースバケット３１の進行方向ｚの上方向に設けられてもよい。また、センサ２８は、図４（ｂ）に示すように、複数のセンサ２８がマテリアルシャフト２３に設けられてもよい。かかる場合、複数のセンサ２８は、方向ｚの高さが異なるように設けられる。また、センサ２８は複数種類のセンサが用いられてもよい。センサ２８は、例えばＲＦＩＤセンサとループコイルセンサとが用いられてもよい。

【0053】

アースバケット３１は、例えば図４（ａ）に示すように、アースバケット３１を識別する識別情報が記録されたＲＦＩＤタグ３４が設けられてもよい。また、アースバケット３１は、方向ｚの高さが異なるように複数のＲＦＩＤタグ３４が設けられてもよい。また、アースバケット３１は、内側にＲＦＩＤタグ３４が設けられてもよい。また、アースバケット３１は、内側に方向ｚの高さが異なるように複数のＲＦＩＤタグ３４が設けられてもよい。ＲＦＩＤタグ３４は、識別情報が記録された小型記録媒体である。

【0054】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図４は、本発明を適用したアースバケット管理システム６の全体構成を示すブロック図である。アースバケット管理システム６は、ニューマチックケーソン工法に使用されるアースバケット３１の位置を管理する。アースバケット管理システム６は、上述したセンサ２８と、センサ２８により検出された検出情報を取得する遠隔操作装置１２とを備えている。

【0055】

遠隔操作装置１２は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を始めとした電子機器で構成されているが、ＰＣ以外に、携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末等、他のあらゆる電子機器で具現化されるものであってもよい。センサ２８から入力されたデータに基づいて、遠隔操作装置１２は、アースバケット３１の位置を管理してもよい。遠隔操作装置１２は、取得部８０と、取得部８０に接続された算出部８１と、算出部８１に接続された演算部８２との機能を備える。

【0056】

取得部８０は、センサ２８から検出された検出情報を取得する。また、取得部８０は、アースバケット３１を識別する識別情報を取得してもよい。また、取得部８０は、荷重計３５により計測されたアースバケット３１の質量を示す質量情報を取得してもよい。取得部８０は、取得した各種データを算出部８１に算出する。

【0057】

算出部８１は、取得部８０から入力された検出情報に基づいて、アースバケット３１の位置が作業室２内又は地上Ｔの何れかであることを示す位置情報を算出する。算出部８１は、算出した位置情報を演算部８２に算出する。

【0058】

演算部８２は、算出部８１から入力されたアースバケット３１の排土量を示す排土量情報を演算する。演算部８２は、演算した排土量情報を任意のモニターに表示させてもよい。また、演算部８２は、演算した排土量情報を任意のメモリに記録させてもよい。

【0059】

次に、本発明を適用したアースバケット管理システム６の動作について図６を用いて、説明をする。まずステップＳ１０において、センサ２８がアースバケット３１を検出する。かかる場合、センサ２８は、マテリアルシャフト２３を通過するアースバケット３１を検出し、検出情報を取得部８０に算出する。

【0060】

検出情報は、センサ２８により検出された情報である。検出情報は、例えばアースバケット３１がマテリアルシャフト２３を通過した回数に関する回数情報を含んでもよい。検出情報は、例えばセンサ２８によりアースバケット３１が検出された時間に関する時間情報を含んでもよい。検出情報は、例えばアースバケット３１を識別する識別情報が記録されてもよい。回数情報は、例えばセンサ２８がアースバケット３１を検出した回数の情報であってもよい。時間情報は、例えばアースバケット３１を検出したセンサ２８の順番の情報であってもよい。時間情報は、例えば図４（ａ）に示すように、センサ２８がＲＦＩＤタグ３４ａとＲＦＩＤタグ３４ｂとからそれぞれの識別情報を取得した順番の情報であってもよい。時間情報は、例えば図４（ｂ）に示すセンサ２８ａとセンサ２８ｂとがアースバケット３１を検出した順番の情報であってもよい。識別情報は、例えばアースバケット３１にそれぞれ付与された識別番号の情報であってもよい。また、識別情報は、アースバケット３１の内部が空であることを示す空荷情報であってもよい。

【0061】

また、ステップＳ１０において、センサ２８は、アースバケット３１に取り付けられたＲＦＩＤタグ３４から識別情報を取得し、取得部８０に算出してもよい。

【0062】

次に、ステップＳ１１において、取得部８０は、センサ２８から各種情報を取得する。取得部８０は、例えばセンサ２８から検出情報を取得する。また、取得部８０は、センサ２８から識別情報を取得してもよい。また、取得部８０は、荷重計３５からアースバケット３１の質量を示す質量情報を取得してもよい。また、取得部８０は、アースバケット３１の初期の位置情報を示す初期位置情報を取得してもよい。かかる場合、取得部８０は、例えばアースバケット管理システム６を利用するユーザにより入力された初期位置情報を取得してもよい。また、取得部８０は、作業開始前のアースバケット３１の位置を初期位置情報として取得してもよい。位置情報は、アースバケット３１の位置が作業室２内又は地上Ｔの何れかであることを示す情報である。また、位置情報は、アースバケット３１の位置が作業室２内又は地上Ｔの何れかから移動した履歴の情報であってもよい。取得部８０が、各種情報を取得するタイミングは任意のタイミングで行ってもよい。取得部８０は、取得した各種情報を算出部８１に算出する。

【0063】

また、ステップＳ１１において、取得部８０は、複数種類のセンサ２８からそれぞれ識別情報又は検出情報を取得してもよい。かかる場合、取得部８０は、ＲＦＩＤセンサ等のセンサ２８ａにより、ＲＦＩＤタグ３４から識別情報と、ループコイルセンサ等のＲＦＩＤセンサと異なるセンサ２８ｂにより検出情報とを取得してもよい。また、取得部８０は、ＲＦＩＤセンサ等のセンサ２８ａにより、アースバケット３１の内部に取り付けられたＲＦＩＤタグ３４から識別情報を取得してもよい。

【0064】

次に、ステップＳ１２において、算出部８１は、ステップＳ１１により取得した各種情報に基づいて、位置情報を算出する。算出部８１は、例えば検出情報に含まれる回数情報に基づいて、位置情報を算出する。算出部８１は、例えば回数情報と初期位置情報とに基づいて、位置情報を算出する。かかる場合、算出部８１は、アースバケット３１の初期位置情報が地上Ｔである場合、アースバケット３１がマテリアルシャフト２３を通過した回数が奇数である場合、位置情報を作業室２内であるとし、回数が偶数である場合、位置情報を地上Ｔであるとして算出してもよい。

【0065】

また、ステップＳ１２において、算出部８１は、ステップＳ１１において取得した検出情報に含まれる時間情報に基づいて、アースバケット３１がマテリアルシャフト２３を通過する方向に関する方向情報を算出し、算出した方向情報に基づいて、位置情報を算出してもよい。かかる場合、算出部８１は、例えば時間情報に含まれるアースバケット３１を検出したセンサ２８の順番の情報に基づいて、方向情報を算出する。かかる場合、図４（ｂ）に示す、センサ２８ａが先にアースバケット３１を検出した後、一定時間内にセンサ２８ｂがアースバケット３１を検出した場合、方向ｚの下向きを方向情報として算出する。また、算出部８１は、図４（ａ）に示すように、センサ２８がＲＦＩＤタグ３４ａとＲＦＩＤタグ３４ｂとからそれぞれの識別情報を取得した順番に基づいて、方向情報を算出してもよい。ステップＳ１２において、算出部８１は、方向情報が方向ｚの上向きである場合、アースバケット３１の位置が地上Ｔであることを示す位置情報を算出する。算出部８１は、方向情報が方向ｚの下向きである場合、アースバケット３１の位置が作業室２内であることを示す位置情報を算出する。

【0066】

次に、ステップＳ１２において、算出部８１は、ステップＳ１１により取得した検出情報に含まれる識別情報に基づいて、位置情報を算出してもよい。かかる場合、算出部８１は、例えば識別情報が示すアースバケット３１の識別番号毎に、センサ２８がアースバケット３１を検出した回数と、アースバケット３１の識別番号毎の初期位置情報とに基づいて、アースバケット３１の位置情報を算出してもよい。また、算出部８１は、例えば識別情報が示すアースバケット３１の識別番号毎に、アースバケット３１がマテリアルシャフト２３を通過する方向に関する方向情報を算出し、算出した方向情報に基づいて、位置情報を算出してもよい。

【0067】

また、ステップＳ１２において、算出部８１は、ステップＳ１１により取得した検出情報に含まれる識別情報に基づいて、アースバケット３１の積載状態に関する積載情報を算出してもよい。積載情報は、アースバケット３１の積載状態を示す情報であり、例えばアースバケット３１が空荷であることを示す情報であってもよい。算出部８１は、予め設定された識別番号を示す識別情報を取得した場合、アースバケット３１の積載の状態が空荷であることを示す積載情報を算出する。また、ステップＳ１２において、算出部８１は、例えば高さが異なるように、アースバケット３１の内部に方向ｚに高さが異なるようにＲＦＩＤタグ３４が複数取り付けられている場合、アースバケット３１の内部に積載した排土に覆われたＲＦＩＤタグ３４から、センサ２８は、識別情報を読み取ることができなくなるため、読み取れた識別情報から、アースバケット３１の内部の排土の積載情報を算出することが可能となる。

【0068】

また、ステップＳ１２において、算出部８１は、ステップＳ１１により取得した質量情報に基づいて、積載情報を算出してもよい。算出部８１は、予め設定された閾値以下のアースバケット３１の質量を示す質量情報を取得した場合、アースバケット３１の積載の状態が空荷であることを示す積載情報を算出する。

【0069】

また、ステップＳ１２において、算出部８１は、ステップＳ１１により取得した識別情報と検出情報とに基づいてアースバケット３１の積載情報を算出してもよい。算出部８１は、例えばステップＳ１１により、ＲＦＩＤセンサ等のセンサ２８ａにより、アースバケット３１の内部に取り付けられたＲＦＩＤタグ３４から取得した識別情報と、ループコイルセンサ等のＲＦＩＤセンサと異なるセンサ２８ｂにより取得した検出情報とに基づいて、アースバケット３１の積載情報を算出してもよい。かかる場合、アースバケット３１の内部に排土が積載されている場合、ＲＦＩＤセンサ等のセンサ２８ａは、内部に積載された排土によりアースバケット３１の内部に取り付けられたＲＦＩＤタグ３４から識別情報を読み取ることができない。一方で、ループコイルセンサ等のＲＦＩＤセンサと異なるセンサ２８ｂは、アースバケット３１の積載の状態に関わらず、アースバケット３１を検出することが可能であるため、算出部８１は、検出情報のみを取得する。このことから、識別情報を取得できずに、検出情報のみが取得できた場合、アースバケット３１は排土が積載され、識別情報と検出情報とが取得できた場合、アースバケット３１が空荷であることを判断することが可能となる。

【0070】

次に、ステップＳ１３において、演算部８２は、ステップＳ１２により算出部８１により算出された位置情報に基づいて、アースバケット３１の排土量を示す排土量情報を演算する。演算部８２は、位置情報に含まれるアースバケット３１の位置が作業室２内又は地上Ｔの何れかから移動した履歴の情報に基づいて、排土量情報を演算する。かかる場合、演算部８２は、予め設定されたアースバケット３１の積載可能な容量の情報を参照し、アースバケット３１の位置が作業室２から地上Ｔに移動した回数に応じて排土量情報を演算してもよい。また、ステップＳ１３において、演算部８２は、ステップＳ１２により算出部８１により算出された位置情報と積載情報とに基づいて、排土量情報を演算してもよい。かかる場合、演算部８２は、予め設定されたアースバケット３１の積載可能な容量の情報を参照し、アースバケット３１の位置が作業室２から地上Ｔに移動した回数と積載情報が空荷であることを示す回数との差に応じて排土量情報を演算してもよい。

【0071】

上述した各ステップを行うことにより、アースバケット管理システム６の動作が終了する。本発明のアースバケット管理システム６は、検出情報に基づいて、位置情報を算出する。これによって、アースバケット３１の位置を自動的に把握することが可能となり、アースバケット３１の位置を自動的に管理することができる。

【0072】

本発明の実施形態を説明したが、こ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】

【0073】

１ ケーソン
２ 作業室
３ 送気路
４ 走行レール
５ クローラークレーン
６ アースバケット管理システム
１１ 土砂自動積込装置
１２ 遠隔操作装置
１３ 地上遠隔操作室
２１ マンシャフト
２２ マンロック
２３ マテリアルシャフト
２４ マテリアルロック
２５ 螺旋階段
２６ 上ドア
２７ 下ドア
２８ センサ
３１ アースバケット
３２ キャリア装置
３３ 土砂ホッパー
３４ ＲＦＩＤタグ
３５ 荷重計
４１ 送気管
４２ 空気圧縮機
４３ 空気清浄装置
４４ 送気圧力調整装置
４５ 自動減圧装置
５１ 非常用空気圧縮機
５３ ホスピタルロック
８０ 取得部
８１ 算出部
８２ 演算部
１００ ケーソンショベル
１１０ 走行体
１１１ 走行フレーム
１１３ 走行ローラ
１２１ 旋回フレーム
１３０ ブーム
１３１ 基端ブーム
１３２ 先端ブーム
１３３ 伸縮シリンダ
１３４ 起伏シリンダ
１５０ バケットアタッチメント
１５１ ベース部材
１５２ バケット
１５３ バケットシリンダ
１６５ コントロールユニット
１６５ａ メインコントローラ
１６５ｂ 走行体用コントローラ
１６５ｃ ブーム・バケット用コントローラ
２０１ 走行体位置センサ
２０２ 旋回角度センサ
２０３ ブーム起伏角度センサ
２０４ ブーム伸長量センサ
２０５ バケット揺動角度センサ
２０６ 外界センサ
２１１ 走行体位置測定部
２１２ バケット位置測定部
２１３ 地盤形状測定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】