特開 2024-143469 ずり搬出装置

(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】P2024143469

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】ずり搬出装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/12 20060101AFI20241003BHJP

   G05D 1/43 20240101ALI20241003BHJP

   G01S 17/89 20200101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

E21D9/12 B

G05D1/02 L

G01S17/89

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056177

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391015236

【氏名又は名称】大裕株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087538

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 和久

(74)【代理人】

【識別番号】100085213

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 洋

(72)【発明者】

【氏名】戸田 一生

(72)【発明者】

【氏名】今村 新吾

(72)【発明者】

【氏名】片山 雄介

(72)【発明者】

【氏名】笠原 伸正

【テーマコード（参考）】

2D054

5H301

5J084

【Ｆターム（参考）】

2D054AC20

2D054DA21

2D054DA32

2D054GA13

2D054GA25

2D054GA82

5H301AA01

5H301BB02

5H301GG08

5H301MM07

5H301MM10

5J084AA04

5J084AB20

5J084AC02

5J084EA26

5J084EA27

(57)【要約】

【課題】
運搬回数を重ねた場合においても誤差が発生することなく、クラッシャ装置のホッパーにホイールローダからずりを投入する。
【解決手段】
トンネル内を自動運転するホイールローダ２と、ホイールローダ２からずりを受け入れるホッパー３１を備えたクラッシャ装置３０と、ずりを搬送するベルトコンベア４と、を備える。遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７を備え、クラッシャ装置３０は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７を備える。ホイールローダ２は、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データと受信した広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報データに基づき、地図情報を最新の地図情報に更新し、更新された地図情報と、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データと受信した広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報データに基づきＳＬＡＭによる位置及び姿勢の算出を行う。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル内を自動運転するずり積込機と、ずりを積み込んだずり積込機からずりを受け入れるずり受入装置と、を備えるずり搬出装置であって、
前記ずり積込機は、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置と、地図情報を格納する第１記憶部と、ずり積込機用通信装置と、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと前記第１記憶部の地図情報に基づきＳＬＡＭによる前記ずり積込機の位置推定及び姿勢推定を行うずり積込機用制御装置とを備え、
前記ずり受入装置は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置と、ずり受入装置用通信装置とを備え、
前記ずり積込機用通信装置は、前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データを受信し、前記ずり積込機用制御装置は、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、前記第１記憶部に格納された地図情報を最新の地図情報に更新し、更新した地図情報を前記第１記憶部に格納させ、前記第１記憶部に格納された更新された地図情報と、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づきＳＬＡＭによる位置及び前記ずり積込機の姿勢の推定を行う、
ずり搬出装置。

【請求項2】

前記ずり受入装置は、地図情報を格納する第２記憶部と、ずり受入装置用制御装置を更に備え、
前記ずり受入装置用通信装置は、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データを受信し、
前記ずり受入装置用制御装置は、前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、前記第２記憶部に格納された地図情報を最新の地図情報に更新して、広域の地図情報を作成し、前記ずり受入装置用通信装置から広域の地図情報をトンネル坑外に送信する、
請求項１に記載のずり搬出装置。

【請求項3】

前記ずり受入装置用制御装置は、前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、トンネル内の３次元画像情報データを作成し、前記ずり受入装置用通信装置から前記３次元画像情報をトンネル坑外に送信する、
請求項２に記載のずり搬出装置。

【請求項4】

前記ずり受入装置は、ずりを積み込んだずり積込機からずりを受け入れるホッパーと、前記ホッパーに受け入れられたずりを粉砕するクラッシャ装置と、前記クラッシャ装置で粉砕されたずりを搬送するベルトコンベアと、を備える請求項１～３のいずれかに記載のずり搬出装置。

【請求項5】

前記ずり積込機はホイールローダであり、前記クラッシャ装置は自走式クラッシャ装置である、
請求項４に記載のずり搬出装置。

【請求項6】

前記ホイールローダの天板にＬｉＤＡＲ用再帰性反射材を設け、前記クラッシャ装置のホッパーにＬｉＤＡＲ用再帰性反射材を設けた、
請求項５に記載のずり搬出装置。

【請求項7】

前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置は、測定距離が少なくとも１００ｍ、水平方向に３６０度測定可能であり、
前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲは、測定距離が少なくとも４０ｍ、水平方向に３６０度、垂直方向に少なくとも±４５度～５５度である、
請求項１～３のいずれかに記載のずり搬出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル坑内のずりを搬出するずり搬出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車両の自動運転技術の開発が盛んである。建設業界においても自動運転技術が注目されている。

【0003】

ＧＰＳ（global positioning system）等の位置情報が届かないトンネル坑内での無人建設機械の自動運転を行うことが提案されている(特許文献１)。

【0004】

上記特許文献１に記載された技術は、ＧＰＳ等の位置情報が届かないトンネル坑内での無人建設機械の自動運転を実現するために、建設機械の周辺環境を示す地図作成と自己位置推定を３次元で同時に行うＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術を用いて、位置情報を随時取得し、施工現場の周辺環境変化に的確に対応して自動運転する。

【0005】

上記特許文献１においては、周囲の情報を得るセンサとして、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）を用いることが開示されている。ＬｉＤＡＲは、レーザ光を照射して、その反射光の情報をもとに対象物までの距離や対象物の形などを計測するもので、トンネル内の環境が悪い状況においても周囲の情報を得ることができる。

【0006】

トンネル工事においては、トンネルの切羽で発生するずりをトンネル坑外に排出する。特許文献２には、切羽で発生したずりをホイールローダで掬い上げ、自走可能なクラッシャ装置に運搬し、クラッシャ装置で破砕されたずりをベルトコンベアで搬送し、トンネル坑外に搬出することが開示されている。１回の発破により生じたずりを運搬するために、ホイールローダは、切羽とクラッシャ装置の間を３０～１００回程度往復する。上述したように、建設現場での自動化が望まれており、ホイールローダでの作業においても自動化が望まれている。

【0007】

非特許文献１の「鹿島のトンネルの自動化施工がいよいよ実用化段階へ！実坑道での施工に挑戦」の記事には、ホイールローダでずりを掬い上げ、ホッパーへの投入まで、一連のずり出しを自動化することが記載されている。自動化を行うために、ＧＰＳが届かない坑内に「坑内ＧＰＳ」と坑内に高精度スキャナを設置し、自己位置推定と周辺地図を同時に作成するＳＬＡＭ技術を採用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０２３－１３４４１号公報

【特許文献2】特開２０２２－１１８４２７号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】「鹿島のトンネルの自動化施工がいよいよ実用化段階へ！実坑道での施工に挑戦」（ＵＲＬ：https://ken-it.world/it/2021/10/a4csel-for-tunnel-realized.html（２０２３年２月２１日最終閲覧））

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記した非特許文献１においては、ホイールローダでずりを掬い上げ、ホッパーへの投入まで、一連のずり出しを自動化することが記載されている。しかし、自動化を行うために、坑内にＧＰＳシステムの設置と高精度スキャナの設置を必要としている。このため、ずり出し作業の前に坑内へかかる設備の設置を行っておく必要がある。特に、トンネル工事の進行に伴い、これらの設備の更新が必要となり、作業性が悪い。

【0011】

ずり出し作業は、トンネルの掘削の発破直後に行うために、トンネルという閉空間においては、粉塵や火薬の煙が発生し、視界が非常に悪い。上記した特許文献１に開示されたＬｉＤＡＲを用いれば、トンネル内の周囲の情報を得ることができる。

【0012】

ところで、特許文献２に記載されているように、１回の発破により生じたずりを運搬するために、ホイールローダは、切羽とクラッシャ装置の間を３０～１００回程度往復する。

【0013】

特許文献１に記載されている自動運転システムを用いることにより、トンネル坑内において自動運転を行うことができる。しかし、１回の発破により生じたずりを運搬するために、切羽とクラッシャ装置の間を３０～１００回程度往復すると、ＳＬＡＭ技術を用いて自己位置を推定し、地図を更新していっても誤差が蓄積し、ホイールローダとクラッシャ装置との地図の位置がずれる。

【0014】

クラッシャ装置のホッパーにホイールローダから確実にずりを投入するためには、クラッシャ装置に対するホイールローダのトンネルの前後方向の位置とクラッシャ装置のホッパーの高さ方向の位置を正確に把握する必要がある。しかしながら、運搬回数を重ねる毎に誤差が蓄積すると、クラッシャ装置のホッパーにずりがうまく投入できずに周囲にずりが散乱する虞があった。

【0015】

本発明は、運搬回数を重ねた場合においても誤差が発生することなく、確実にクラッシャ装置のホッパーにホイールローダからずりを投入することができるずり搬送装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明者等は、運搬回数を重ねた場合においてもホイールローダとクラッシャ装置との推定位置の誤差の発生を抑制することを検討した。本発明者等は、鋭意検討の結果、以下のような構成に想到した。

【0017】

本発明の一実施形態に係るずり搬出装置は、トンネル内を自動運転するずり積込機と、ずりを積み込んだずり積込機からずりを受け入れるずり受入装置装置と、を備える。前記ずり積込機は、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置と、地図情報を格納する第１記憶部と、ずり積込機用通信装置と、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと前記第１記憶部の地図情報に基づきＳＬＡＭによる位置及び前記ずり積込機の姿勢の算出を行うずり積込機用制御装置とを備える。前記ずり受入装置は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置と、ずり受入装置用通信装置とを備える。前記ずり積込機用通信装置は、前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データを受信し、前記ずり積込機用制御装置は、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、前記第１記憶部に格納された地図情報を最新の地図情報に更新し、更新した地図情報を前記第１記憶部に格納させ、前記第１記憶部に格納された更新された地図情報と、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づきＳＬＡＭによる位置及び前記ずり積込機の姿勢の算出を行うように構成される。

【0018】

本発明の一実施形態に係るずり搬出装置は、ずり受入装置の広視野近距離ＬｉＤＡＲ装置からの情報データとずり積込機の遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、地図情報を最新の地図情報に更新する。これにより、地図情報は、ずり受入装置の位置を基準とした地図情報に更新されるので、運搬回数に関係なく、ずり受入装置の位置とずり積込機との位置を正確に推定することができる。さらに、広視野近距離ＬｉＤＡＲ装置からの情報データによりずり積込機の上下方向の姿勢も正確に推定できる。これにより、ずり受入装置にずりを正確に投入することができる。

【0019】

また、本発明の一実施形態に係るずり搬出装置は、ずり受入装置に、地図情報を格納する第２記憶部と、ずり受入装置用制御装置を更に備える。前記ずり受入装置用通信装置は、前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データを受信し、前記ずり受入装置用制御装置は、前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、前記第２記憶部に格納された地図情報を最新の地図情報に更新して、広域の地図情報を作成し、前記ずり受入装置用通信装置から広域の地図情報をトンネル坑外に送信するように構成することができる。

【0020】

上記のように、本発明の一実施形態に係るずり搬出装置のずり受入装置用制御装置は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、最新の広域の地図情報を作成し、その地図情報をトンネル坑外に通信する。これにより、粉塵や火薬の煙が発生し、視界が非常に悪いトンネルであってもトンネル坑外で作業している現場に最新の地図情報を与えることができる。

【0021】

また、本発明の一実施形態に係るずり搬出装置のずり受入装置用制御装置は、前記広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、トンネル内の３次元画像情報を作成し、前記ずり受入クラッシャ装置用通信装置から前記３次元画像情報をトンネル坑外に送信するように構成することができる。

【0022】

上記のように、本発明の一実施形態に係るずり搬出装置は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データと受信した前記遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、最新のトンネル内の３次元画像を作成し、その３次元画像をトンネル坑外に通信する。これにより、粉塵や火薬の煙が発生し、視界が非常に悪いトンネルであってもトンネル坑外で作業している現場の最新の３次元画像情報を与えることができ、作業の進捗状況をトンネル坑外で確認することができる。

【0023】

また、本発明の一実施形態に係るずり搬出装置のずり受入装置は、ずりを積み込んだずり積込機からずりを受け入れるホッパーと、前記ホッパーに受け入れられたずりを粉砕するクラッシャ装置と、前記クラッシャ装置で粉砕されたずりを搬送するベルトコンベアと、を備える。

【0024】

また、本発明の一実施形態に係るずり搬出装置は、前記ずり積込機をホイールローダ、前記クラッシャ装置を自走式クラッシャ装置で構成することができる。

【0025】

本発明の一実施形態に係るずり搬出装置は、自走式クラッシャ装置を用いることで、トンネルの掘削が進んだ時にはクラッシャ装置を前方に移動させ、トンネルの掘削が進んでもホイールローダの移動量を多くすることがなくなる。これにより、運搬時間が延びることが抑制できる。

【0026】

また、本発明の一実施形態に係るずり搬出装置は、前記ホイールローダの天板にＬｉＤＡＲ用再帰性反射材を設け、前記クラッシャ装置のホッパーにＬｉＤＡＲ用再帰性反射材を設けることができる。

【0027】

ＬｉＤＡＲ用再帰性反射材を設けることで、ホイールローダの位置、ホッパー位置を確実に推定することができる。これにより、ずりのホッパーへの投入が確実に行える。

【0028】

以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な例を述べる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な例がなくても本発明を実施できることが明らかである。

【0029】

よって、以下の開示は、本発明の例示として考慮されるべきであり、本発明を以下の図面または説明によって示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。

【発明の効果】

【0030】

本発明の一実施形態によれば、クラッシャ装置の広視野近距離ＬｉＤＡＲ装置からの情報データとずり積込機の遠距離用ＬｉＤＡＲ装置からの情報データに基づき、地図情報を最新の地図情報に更新することにより、地図情報は、クラッシャ装置の位置を基準とした地図情報に更新されるので、運搬回数に関係なく、クラッシャ装置の位置とずり積込機との位置を正確に推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るずり搬出装置の概略構成図であり、ホイールローダが切羽の近傍に位置する状態を示してる。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係るずり搬出装置の概略構成図であり、ホイールローダがクラッシャ装置の近傍に位置する状態を示してる。

【図3】図３は、本発明の実施形態に用いられるホイールローダがずりをホッパーに投入する状態を示す模式図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態に用いられるホイールローダを示す模式図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態に用いられるクラッシャ装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

次に、本発明の実施形態に係るずり搬出装置について図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係るずり搬出装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。

【0033】

以下の説明において単に「上流／下流」と言うときは、トンネル５の坑内５１におけるずり搬送の上流／下流を意味する。図１及び図２は、本発明の実施形態に係るずり搬出装置１の概略構成図であり、図１は、ホイールローダ２が切羽５３の近傍に位置する状態、図２は、ホイールローダ２がクラッシャ装置３０の近傍に位置する状態を示してる。

【0034】

ずり搬出装置１は、トンネル５の切羽５３の発破で発生したずり（岩石）５６を坑口５２側に搬送し、トンネル５の外に搬出する。すなわち、上流側は切羽５３側、下流側は坑口５２側である。図１及び図２に示すように、ずり搬出装置１は、切羽５３の近傍のずり５６を積み込むずり積込機としてのホイールローダ２と、ホイールローダ２に積み込まれたずりを受け入れるずり受入装置３とを備える。本実施形態において、ずり受入装置３は、ホッパー３１を備えたクラッシャ装置３０と、クラッシャ装置３０により粉砕されたずりを搬送するベルトコンベア４とを備えている。ベルトコンベア４は、クラッシャ装置３０の下流側に接続され、坑口５２近傍まで延在する。

【0035】

本実施形態のホイールローダ２は、トンネル５の坑内５１を下流側から上流側に自動運転によって移動し、切羽５３近傍で自動運転によりずりを積み込む。そして、ホイールローダ２は、下流側へ自動運転により移動し、ずり受入装置３まで来ると停止する。そして、ホイールローダ２に積み込まれたずりをずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０のホッパー３１へ投入する(図３参照)。ホイールローダ２は、これらの動作を自動運転により行う。さらに、このホイールローダ２は、遠隔操作と作業者による手動運転を行うことができる。

【0036】

本実施形態のずり受入装置３を構成するクラッシャ装置３０は、クローラ３２を備えた自走式クラッシャ装置である。切羽５３と自走式クラッシャ装置３０との間は、５０ｍ～１００ｍ程度離れており、ホイールローダ２は、この５０ｍ～１００ｍの間を３０～１００回程度、自動運転により往復し、ずり出し作業を行う。

【0037】

工事の進捗に伴い自走式のクラッシャ装置３０は、上流側に移動し、ずり出し作業の段取り替えが行われる。段取り替え時には、自動運転の準備工程が行われる。自動運転の準備工程として、作業者がトンネル５の坑内５１を手動運転によりホイールローダ２を運転し、切羽５３近傍のずり５６を積み込み、自走式のクラッシャ装置３０の位置まで戻り、ホッパー３１にずり５６を投入するまでの作業を行う。この一連の作業により、自動運転に必要な地図情報、作業の姿勢情報を取得し、地図情報及び姿勢情報を含む自動運転に関する自動運転用制御情報を第１記憶部２１及び第２記憶部３３（図４、図５参照）に格納する。この格納された自動運転用制御情報に基づいて、ＳＬＡＭによるホイールローダ２の位置推定及び姿勢推定を行って、ホイールローダ２の自動運転が行われる。

【0038】

トンネル５の坑内５１においては、測位用衛星からの電波が届かず、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を使用することができない。そこで、本実施形態においては、ＳＬＡＭ技術を用いて、自動運転時のホイールローダ２の位置推定とホイールローダ２の姿勢推定を行う。

【0039】

図１及び図２に従い、本発明の実施形態につき説明する。
図１及び図２に示すずり搬出装置１は、トンネル５の坑内５１を自動運転によってずり積込機としてのホイールローダ２が切羽５３近傍とずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０との間を移動する。ずり搬出装置１は、トンネルの種類を限定せずに様々な種類のトンネルに用いることができる。また、ずり積込機は、ホイールローダには限らず、ずりを積み込み、搬送する建設機械であればその種類は限定されない。

【0040】

最初に、図１及び図２を参照して、ずり搬出装置１における自動運転の仕組みの概要を説明する。予め、作業者によるずり搬出動作により得られた地図情報及び姿勢情報を含む自動運転に関する自動運転用制御情報がホイールローダ２の第１記憶部２１及びずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０の第２記憶部３３に格納されている。

【0041】

ホイールローダ２は、第１記憶部２１に格納された地図情報に設定された経路上を移動する。ホイールローダ２が移動する経路は、準備工程により予め設定されている。ホイールローダ２は、その経路上をなぞるようにして移動する。

【0042】

トンネル５の坑内５１には測位用衛星からの電波が届かず、ＧＮＳＳを用いた自己位置の推定を行えない。そのため、本実施形態ではＳＬＡＭを用いた位置推定技術により、準備工程時のホイールローダ２の位置推定および自動運転時におけるホイールローダ２の位置推定を行う。

【0043】

ホイールローダ２は、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７を備え、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７は、ホイールローダ２の位置である計測位置からみた計測範囲における物体表面の各被計測点を座標点として、各座標点の位置（座標）を点群データとして取得する。この点群データを用いてＳＬＡＭによる位置推定が行われる。

【0044】

ホイールローダ２は、ＳＬＡＭを用いて位置推定を行い、切羽５３へ移動し、ずり５６の検出を行う。ホイールローダ２は、ずり５６の検出を行うとずりを積み込む。ずりを積み込んだホイールローダ２は下流側のずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０へ移動する。ホイールローダ２は、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０まで、ＳＬＡＭを用いた位置推定技術により移動する。ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０まで到達すると、ホイールローダ２は停止する。そして、ホイールローダ２はずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０のホッパー３１へずりを投入する。投入後、ホイールローダ２は、上流側の切羽５３に向かって移動し、ずりの積み込みを行う。ずりがなくなるまで上記の動作を繰り返す。

【0045】

本実施形態は、ホイールローダ２は遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７を、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０は広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７を備える。そして、ホイールローダ２とクラッシャ装置３０との間でそれぞれ取得した点群データを送受信する。このため、ホイールローダ２とずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０は通信装置を備え、相互の情報の送受信が行われる。

【0046】

図４に示すように、ホイールローダ２は、ずり積込機用通信装置２２を備え、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７で取得した遠距離点群データをずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０に送信する。また、図５に示すように、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０は、ずり受入装置用通信装置３４を備え、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７で取得した広視野近距離点群データをホイールローダ２に送信する。

【0047】

ホイールローダ２のずり積込機用通信装置２２は、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０から送信された広視野近距離点群データを受信する。ホイールローダ２は遠距離点群データと広視野近距離点群データを統合する。

【0048】

ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０のずれ受入装置用通信装置３４は、ホイールローダ２から送信された遠距離点群データを受信する。ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０は、広視野近距離点群データと遠距離点群データを統合する。

【0049】

ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０の広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７は、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０の固定位置を中心とした位置情報と環境情報の広視野近距離点群データを取得する。この位置情報と環境情報の広視野近距離点群データは、ホイールローダ２に通信により与えられ、後述するように、ホイールローダ２の第１記憶部２１に格納された地図情報は、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０を基準とした最新の地図情報に更新される。ホイールローダ２はクラッシャ装置３０を基準とした最新の地図情報に基づき、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０のホッパー３１にずりを投入する。

【0050】

上述したように、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０とホイールローダ２とは、相互通信を行い、互いの点群データからなる情報を統合し、トンネル５の坑内５１におけるホイールローダ２の位置、ホイールローダ２とずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０の各位置関係など情報を算出する。そして、トンネル５の坑内５１とホイールローダ２、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０の各位置関係の情報に基づく広域の地図情報をトンネル５の坑外の監視室８に送信する。監視室８内には、モニタ(図示せず)を備え、モニタにトンネル５の坑内５１の状況が表示される。これにより、作業者は、監視室８内でトンネル５の坑内５１の状況を把握することができる。

【0051】

次に、本実施形態のずり積込機としてのホイールローダ２の構成について、図４を参照して説明する。

【0052】

ホイールローダ２は、トンネル工事に利用される車両であり、トンネル５の坑内５１を移動可能である。ホイールローダ２は、車体部２０、第１記憶部２１と、ずり積込機用通信装置２２、ずり積込機用制御装置２３と、センサ部２４と、ホイール部２５、バケット２６と、を備える。

【0053】

車体部２０は、運転を行う運転室２０ａを有する。運転室２０ａの天板２０ｂには、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７が設置されている。天板２０ｂには、ＬｉＤＡＲ用再帰性反射材２０ｃが設けられている。ＬｉＤＡＲ用再帰性反射材２０ｃを設けることにより、クラッシャ装置３０の広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７によるホイールローダ２の位置認識を容易にする。

【0054】

遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７は、レーザセンサ（距離センサ）の技術を用いて周囲の物体の形状を検出する。遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７は、周囲に多数のレーザ光を照射し、物体に当たって反射したレーザ光を受光する。これにより、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７は、周囲の物体の表面の形状を、表面を覆い尽くすような点の座標の集合（点群データ）として取得する。点群データは、例えば相対座標（遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７の設置位置を原点としたローカル座標）である。

【0055】

遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７は、測定距離が少なくとも１００ｍ、水平方向に３６０度、垂直方向に±２２．５度の範囲で測定可能である。トンネル５という閉空間においては、粉塵や火薬の煙が発生し、視界が非常に悪いが、ＬｉＤＡＲであれば、粉塵や火薬の煙などに影響されずに、周囲の物体の表面の形状を得ることができる。

【0056】

ずり積込機用通信装置２２は、入力された遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７の遠距離点群データをクラッシャ装置用通信装置３４へ送信する。また、ずり積込機用通信装置２２は、ずり受入装置用通信装置３４から送信された広視野近距離点群データ（情報データ）を受信する。受信した情報データはずり積込機用制御装置２３に与えられる。ずり積込機用制御装置は、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの遠距離点群データ（情報データ）と受信した広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの広視野近距離用点群データ（情報データ）に基づき、第１記憶部２１に格納された地図情報を最新の地図情報に更新する。

【0057】

ホイールローダ２は、ホイールローダ２自体の動作を検出するセンサ部２４を備える。センサ部２４は、例えば、ホイール部２５の回転を検出する速度センサ、バケット２６の昇降動作等を行う各種油圧シリンダの動作検出センサ、バケット２６の重量センサなどの各種センサを含む。これらセンサの出力がずり積込機用制御装置２３に与えられる。ずり積込機用制御装置２３は、センサ部２４からの出力に基づき、各種動作を制御する。

【0058】

図示はしないが、運転室２０ａにカメラが設置されており、このカメラにより、ホイールローダ２の周囲を撮影する。この撮影データは、ずり積込機用通信装置２２を介して監視室８に送信される。監視室８は、カメラによる画像をモニタに表示させることもできる。

【0059】

第１記憶部２１は、自動運転用のプログラム、自動運転用の地図情報などが格納されている。ずり積込機用制御装置２３は、自動運転用のプログラムに従ってホイールローダ２の動作を制御する。

【0060】

ずり積込機用制御装置２３は、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データと第１記憶部２１の地図情報に基づきＳＬＡＭによるホイールローダ２の位置及び姿勢の算出を行う。ずり積込機用制御装置２３は、算出したホイールローダ２の位置及び姿勢からホイールローダ２の移動及び動作を制御する。ずり積込機用制御装置２３は、算出したホイールローダ２の位置及び姿勢の情報を第１記憶部２１に出力し、第１記憶部２１の地図情報等を更新する。

【0061】

次に、本実施形態のずり受入装置３について、図５を参照して説明する。ずり受入装置３は、ずりが投入されるホッパー３１と、ホッパー３１に投入されたずりを粉砕し、粉砕したずりをベルトコンベア４に排出するクラッシャ装置３０と、クローラ３２とを備える。

【0062】

本実施形態のずり受入装置３は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７が設けられ、クラッシャ装置３０の固定位置を中心とした位置情報と環境情報を取得する。広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７は、測定距離が少なくとも４０ｍ、水平方向に３６０度、垂直方向に少なくとも±４５度～５５度である。広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７は、近距離の座標点の密度が高く、クラッシャ装置３０に近くの物体の上下、左右の点群データを出力する。これにより、クラッシャ装置３０の固定位置を中心とした物体の位置、姿勢を詳細に検出することができる。

【0063】

自走式クラッシャ装置３は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７と、クラッシャ装置用通信装置３４と、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの点群データ(情報データ)とホイールローダ２から送信される点群データ(情報データ)を格納する第２記憶部３３と、これらの制御を行うクラッシャ装置用制御装置３５を備える。

【0064】

ずり受入装置用通信装置３４は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの点群データ(情報データ)をホイールローダ２に送信すると共にホイールローダ２から送信される点群データ(情報データ)を受信する。ずり受入装置用通信装置３４は、広視野近距離点群データと遠距離点群データを統合したデータを監視室８に送信する。

【0065】

本実施形態においては、クラッシャ装置３０のホッパー３１にＬｉＤＡＲ用再帰性反射材３１ａを設けている。このＬｉＤＡＲ用再帰性反射材３１ａにより、ホイールローダ２の遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７がホッパー３１の位置の認識を容易にする。

【0066】

次に、本実施形態の動作につき説明する。ホイールローダ２が自走式クラッシャ装置３に近づくと、ホイールローダ２のずり積込機用通信装置２２は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報データを受信する。ずり積込機用制御装置２３は、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データと受信した広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報データに基づき、第１記憶部２１に格納された地図情報を最新の地図情報に更新する。

【0067】

ずり積込機用制御装置２３は、更新した地図情報を第１記憶部２１に格納させ、第１記憶部２１に格納された更新された地図情報と、遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データと受信した広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報に基づきＳＬＡＭによる位置及びホイールローダ２の姿勢の算出を行う。

【0068】

上記したように、第１記憶部２１に格納された地図情報は、ずり受入装置３としてのクラッシャ装置３０の位置を基準とした地図情報に更新される。この結果、ホイールローダ２の運搬回数に関係なく、クラッシャ装置３０の位置とホイールローダ２との位置を正確に推定することができる。さらに、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報によりホイールローダ２の上下方向の姿勢も正確に推定できる。これにより、クラッシャ装置３０のホッパー３１にずり５６を正確に投入することができる。

【0069】

上記したように、ずり受入装置用通信装置３４は、ホイールローダ２の遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データを受信する。ずり受入装置用制御装置３５は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報データと受信した遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データに基づき、第２記憶部３３に格納された地図情報を最新の地図情報に更新して、広域の地図情報を作成する。そして、ずり受入装置用通信装置３４から広域の地図情報をトンネル坑外の監視室８に送信する。これにより、粉塵や火薬の煙が発生し、視界が非常に悪いトンネル５であってもトンネル坑外で作業している現場に最新の地図情報を与えることができる。

【0070】

ずり受入装置用制御装置３５は、広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置３７からの情報データと受信した遠距離用ＬｉＤＡＲ装置２７からの情報データに基づき、トンネル５内の３次元画像情報データを作成する。そして、ずり受入装置用通信装置３４から３次元画像情報データをトンネル坑外の監視室８に送信する。これにより、粉塵や火薬の煙が発生し、視界が非常に悪いトンネル５であってもトンネル坑外で作業している現場に最新の３次元画像情報を与えることができ、作業の進捗状況をトンネル坑外の監視室８で確認することができる。

【0071】

また、本実施形態においては、自走式のクラッシャ装置を用いることで、トンネル５の掘削が進んだ時には自走式クラッシャ装置を前方に移動させ、トンネル５の掘削が進んでもホイールローダ２の移動量を多くすることがなくなる。これにより、運搬時間が延びることが抑制できる。

【0072】

ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、トンネル坑内のずりをトンネル坑外に排出するずり搬出装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１ ：ずり搬出装置
２ ：ホイールローダ
３ ：ずり受入装置
４ ：ベルトコンベア
５ ：トンネル
２０ｂ ：天板
２０ｃ ：ＬｉＤＡＲ用再帰性反射材
２１ ：第１記憶部
２２ ：ずり積込機用通信装置
２３ ：ずり積込機用制御装置
２７ ：遠距離用ＬｉＤＡＲ装置
３０ ：クラッシャ装置
３１ ：ホッパー
３１ａ ：ＬｉＤＡＲ用再帰性反射材
３３ ：第２記憶部
３４ ：ずり受入装置用通信装置
３５ ：ずり受入装置用制御装置
３７ ：広視野近距離用ＬｉＤＡＲ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】