特開 2024-60746 水中作業機械、水中作業機械システムおよび水中作業機械の制御方法

(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】P2024060746

(43)【公開日】2024-05-07

(54)【発明の名称】水中作業機械、水中作業機械システムおよび水中作業機械の制御方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240425BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 C

E02F9/20 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022168221

(22)【出願日】2022-10-20

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】深澤 敏彦

(72)【発明者】

【氏名】新納 保

(72)【発明者】

【氏名】小松 崇

(72)【発明者】

【氏名】大地 康史

(72)【発明者】

【氏名】中野 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 駿

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA02

2D003BA04

2D003FA01

(57)【要約】

【課題】水中においても作業機の正確な刃先位置を把握することが可能な水中作業機械、水中作業機械システムおよび水中作業機械の制御方法を提供する。
【解決手段】水中で作業する自走可能な水中作業機械１において、マスト７は、本体４から上方に延びる。作業機３は、本体４に対して相対移動可能で、刃先を有する。作業機姿勢センサ２３は、本体４に対する作業機３の位置を検出する。位置センサ８ａは、グローバル座標系での本体４の位置を示す衛星測位信号を受信し、水中作業機械１の水中での稼働時に水上に位置するようにマスト７に取り付けられている。コントローラ３０は、衛星測位信号と作業機姿勢センサ２３の検出結果とに基づいて、グローバル座標系での作業機３の刃先の位置を算出する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中で作業する自走可能な水中作業機械であって、
本体と、
前記本体から上方に延びるマストと、
前記本体に対して相対移動可能で、刃先を有する作業機と、
前記本体に対する前記作業機の位置を検出する作業機姿勢センサと、
グローバル座標系における前記本体の位置を示す衛星測位信号を受信し、前記水中作業機械の水中での稼働時に水上に位置するように前記マストに取り付けられた位置センサと、
前記衛星測位信号と前記作業機姿勢センサの検出結果とに基づいて、グローバル座標系における前記作業機の前記刃先の位置を算出するコントローラと、を備えた、水中作業機械。

【請求項2】

バッテリと、
前記バッテリに蓄えられた電力により駆動する電動モータと、を備え、
前記電動モータからの駆動力を得て動作する、請求項１に記載の水中作業機械。

【請求項3】

前記マストは上下方向の長さが伸縮可能である、請求項１または請求項２に記載の水中作業機械。

【請求項4】

水中で作業する自走可能な水中作業機械を含むシステムであって、
本体と、
前記本体から上方に延びるマストと、
前記本体に対して相対移動可能で、刃先を有する作業機と、
前記本体に対する前記作業機の位置を検出する作業機姿勢センサと、
グローバル座標系における前記本体の位置を示す衛星測位信号を受信し、前記水中作業機械の水中での稼働時に水上に位置するように前記マストに取り付けられた位置センサと、
前記衛星測位信号と前記作業機姿勢センサの検出結果とに基づいて、グローバル座標系における前記作業機の前記刃先の位置を算出するコントローラと、を備えた、水中作業機械システム。

【請求項5】

前記本体に取り付けられた周囲情報センサと、
前記水中作業機械の遠隔地に配置された表示装置と、さらに備え、
前記表示装置は、前記周囲情報センサにより検出された情報を表示する、請求項４に記載の水中作業機械システム。

【請求項6】

水中で作業する自走可能な水中作業機械の制御方法であって、
前記水中作業機械は、本体と、前記本体から上方に延びるマストと、前記本体に対して相対移動可能で刃先を有する作業機と、前記水中作業機械の水中での稼働時に水上に位置するように前記マストに取り付けられた位置センサと、を備え、
前記位置センサにより受信された、グローバル座標系における前記本体の位置を示す衛星測位信号を取得するステップと、
前記本体に対する前記作業機の位置に基づいてローカル座標系における前記作業機の前記刃先の位置を算出するステップと、
前記衛星測位信号とローカル座標系における前記作業機の前記刃先の前記位置とに基づいて、グローバル座標系における前記作業機の前記刃先の位置を算出するステップと、を備えた、水中作業機械の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水中作業機械、水中作業機械システムおよび水中作業機械の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開平８－６０６６２号公報（特許文献１）には、水深の深い場所で使用できる水中作業機が記載されている。特許文献１によれば、水中作業機を潜水士が操縦することによって水中での作業が行われる。

【0003】

また以下の非特許文献１には、水陸両用ブルドーザの位置をＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）などで計測し、計測された位置座標データを予め入力された設計値と比較して、その差異情報をリアルタイムにオペレータに提供することで水陸両用ブルドーザの操縦をサポートすることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－６０６６２号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】坂本繁一、他２名、“７．水陸両用ブルドーザ施工支援システムの開発”、[online]、２０１６年、青木あすなろ建設 技術研究所報 第１項 ２０１６、<https://www.aaconst.co.jp/common/docs/upfile/2018/04/report_2016_07.pdf>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の水中作業機では、潜水士の視覚に頼って作業を行う必要がある。このため水中作業機の正確な位置を把握しながら作業を行うことは困難である。また潜水士はフェイスマスクのレンズ越しに作業状況を確認するため、レンズの屈折、水の透過度合いなどにより作業機の刃先位置を正確に把握することも困難である。

【0007】

一方、非特許文献１では、ＧＮＳＳなどを用いることにより水中での水陸両用ブルドーザの位置を知ることができるとされているが、作業機の正確な刃先位置を把握することはできない。

【0008】

本開示の目的は、水中においても作業機の正確な刃先位置を把握することが可能な水中作業機械、水中作業機械システムおよび水中作業機械の制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の水中作業機械は、水中で作業する自走可能な水中作業機械である。本開示の水中作業機械は、本体と、マストと、作業機と、作業機姿勢センサと、位置センサと、コントローラとを備えている。マストは、本体から上方に延びる。作業機は、本体に対して相対移動可能で、刃先を有する。作業機姿勢センサは、本体に対する作業機の位置を検出する。位置センサは、グローバル座標系における本体の位置を示す衛星測位信号を受信し、水中作業機械の水中での稼働時に水上に位置するようにマストに取り付けられている。コントローラは、衛星測位信号と作業機姿勢センサの検出結果とに基づいて、グローバル座標系における作業機の刃先の位置を算出する。

【0010】

本開示の水中作業機械システムは、水中で作業する自走可能な水中作業機械を含むシステムである。本開示の水中作業機械システムは、本体と、マストと、作業機と、作業機姿勢センサと、位置センサと、コントローラとを備えている。マストは、本体から上方に延びる。作業機は、本体に対して相対移動可能で、刃先を有する。作業機姿勢センサは、本体に対する作業機の位置を検出する。位置センサは、グローバル座標系における本体の位置を示す衛星測位信号を受信し、水中作業機械の水中での稼働時に水上に位置するようにマストに取り付けられている。コントローラは、衛星測位信号と作業機姿勢センサの検出結果とに基づいて、グローバル座標系における作業機の刃先の位置を算出する。

【0011】

本開示の水中作業機械の制御方法は、水中で作業する自走可能な水中作業機械の制御方法である。水中作業機械は、本体と、本体から上方に延びるマストと、本体に対して相対移動可能で刃先を有する作業機と、水中作業機械の水中での稼働時に水上に位置するようにマストに取り付けられた位置センサとを有している。本開示の水中作業機械の制御方法は、以下のステップを備える。

【0012】

位置センサにより受信された、グローバル座標系における本体の位置を示す衛星測位信号が取得される。作業機姿勢センサにより検出された本体に対する作業機の位置に基づいてローカル座標系における作業機の刃先の位置が算出される。衛星測位信号とローカル座標系における作業機の刃先の位置とに基づいて、グローバル座標系における作業機の刃先の位置が算出される。

【発明の効果】

【0013】

本開示によれば、水中においても作業機の正確な刃先位置を把握することが可能な水中作業機械、水中作業機械システムおよび水中作業機械の制御方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示の一実施形態における水中作業機械の構成を示す斜視図である。

【図2】本開示の一実施形態における水中作業機械の構成を示す上面図である。

【図3】本開示の一実施形態における水中作業機械システムの機能ブロックを示す図である。

【図4】図３に示すコントローラの機能ブロックを示す図である。

【図5】本開示の一実施形態における水中作業機械の制御方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施形態について、図面に基づいて説明する。

【0016】

明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。

【0017】

以下の説明において、水中作業機械１が直進走行する方向を、水中作業機械１の前後方向という。水中作業機械１の前後方向において、車体フレームに対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。水中作業機械１の左右方向とは、平坦な地面上にある水中作業機械１を平面視したときに前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。水中作業機械１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

【0018】

＜水中作業機械１の構成＞
本実施形態の水中作業機械１の構成について図１および図２を用いて説明する。

【0019】

図１および図２は、本開示の一実施形態における水中作業機械の構成を概略的に示す斜視図および上面図である。図２においては、作業機の図示が省略されている。

【0020】

図１に示されるように、本実施形態の水中作業機械１は、たとえばバッテリに蓄えられた電力により駆動する電動モータからの駆動力を得て動作する。水中作業機械１は、水中で作業する自走可能な作業機械である。水中作業機械１は、たとえば走行装置２で走行しながら作業機３により対象物を押して作業する押土式の作業機械である。

【0021】

水中作業機械１は、走行装置２と、作業機３と、本体４とを主に有している。本体４は、車体フレームを有している。

【0022】

走行装置２は、左右１対の走行体２Ｒ、２Ｌを有している。左右１対の走行体２Ｒ、２Ｌは、本体４を左右方向（車幅方向）に挟み込んでいる。左右１対の走行体２Ｒ、２Ｌの各々は、本体４の車体フレームに取り付けられている。

【0023】

左右１対の走行体２Ｒ、２Ｌの各々は、たとえば走行モータ２ａからの駆動力を得て動作する。左右１対の走行体２Ｒ、２Ｌの動作により水中作業機械１は走行可能である。左右１対の走行体２Ｒ、２Ｌは、たとえば左右１対の履帯装置よりなっている。左右１対の走行体２Ｒ、２Ｌの各々は、履帯を有している。

【0024】

作業機３は、本体４の車体フレームなどに取り付けられている。作業機３は、本体４に対して相対移動可能である。作業機３は、ブレード３ａと、エプロン３ｂと、左右１対のフレーム３ｃと、チルトシリンダ３ｄと、左右１対のリフトシリンダ３ｅと、左右１対のエプロン用シリンダ３ｆとを主に有している。

【0025】

ブレード３ａおよびエプロン３ｂは、本体４および走行装置２の前方に配置されている。ブレード３ａはたとえば整地などに用いられる。ブレード３ａは整地などに際して地面に接する刃先を有している。左右１対のフレーム３ｃの各々は、本体４とブレード３ａとに接続されている。左右１対のフレーム３ｃの各々は、ブレード３ａの背面に接続されている。

【0026】

ブレード３ａは、チルトシリンダ３ｄの伸縮に応じて左右１対のリフトシリンダ３ｅの一方が伸び、他方が縮むことによりチルトする。ブレード３ａは、リフトシリンダ３ｅの伸縮によって、フレーム３ｃの本体４への支持部を中心にして上下方向に移動する。

【0027】

エプロン３ｂは、ブレード３ａに回動可能に取り付けられている。エプロン３ｂは、エプロン用シリンダ３ｆの伸縮によって、エプロン３ｂのブレード３ａへの支持部を中心に回動する。これによりエプロン３ｂは、ブレード３ａの前面を覆ったり、開放したりすることができる。

【0028】

エプロン３ｂがブレード３ａの前面を開放した状態では、ブレード３ａによる掘削が可能である。エプロン３ｂがブレード３ａの前面を覆った状態では、ブレード３ａにより掘削された掘削対象物をエプロン３ｂとブレード３ａとにより抱え込んで運搬することができる。エプロン３ｂを閉じることにより（エプロン３ｂでブレード３ａの前面を覆うことにより）、エプロン３ｂとブレード３ａとにより抱え込んだ掘削対象物（たとえば泥など）が水中で拡散することが抑制される。

【0029】

本実施形態の水中作業機械１は、マスト７と、送受信機８とをさらに有している。マスト７は本体４（たとえば車体フレーム）に取り付けられ、本体４から上方に向かって延びている。マスト７の上端には送受信機８が取り付けられている。送受信機８は、水中作業機械１の水中での稼働時に水上に位置するようにマスト７に取り付けられている。マスト７は、水中作業機械１が水中で作業する際に送受信機８を水上に位置させる役割をなす。すなわち、本実施形態の水中作業機械１は、送受信機８が水面下に潜らない程度の水深での作業を前提とした機械である。

【0030】

マスト７は、本体４からたとえば７ｍ以上であり、地面からたとえば８ｍ以上の長さで上方へ延びている。マスト７は、たとえば上下方向の長さが伸縮可能に構成されていてもよい。マスト７は、たとえばテレスコピック機構により上下方向の長さが伸縮可能とされていてもよい。

【0031】

送受信機８は、位置センサ８ａを含む。位置センサ８ａは、たとえばＧＮＳＳ受信機である。ＧＮＳＳ受信機は、グローバル座標系における本体４の位置を示す衛星測位信号を衛星から受信する。また送受信機８は、通信機８ｂを含む。通信機８ｂは、たとえば特定小電力無線送受信機または無線ＬＡＮ（Local Area Network）送受信機である。これにより送受信機８は、水中作業機械１から離れた場所（遠隔地）にいるオペレータからの操作信号を受信する。位置センサ８ａおよび通信機８ｂの各々は、水中作業機械１の水中での稼働時に水上に位置するようにマスト７に取り付けられている。

【0032】

本実施形態の水中作業機械１は、周囲情報センサ２１をさらに有している。周囲情報センサ２１は、たとえば本体４の上面であって前端付近に取り付けられている。周囲情報センサ２１は、たとえば本体４の前方を撮像可能に配置されている。周囲情報センサ２１は、たとえば作業機３の刃先付近を撮像可能に配置されている。

【0033】

複数個の周囲情報センサ２１が本体４に配置されていてもよい。複数個の周囲情報センサ２１は、本体４の前方、左右側方および後方を撮像可能に配置されていてもよい。

【0034】

図２に示されるように、本体４は、バッテリ１１と、油圧機器１２、１３と、電気機器１４、１５と、コントローラ３０と、作動油タンクＴＡとを有している。バッテリ１１、油圧機器１２、１３、電気機器１４、１５、コントローラ３０および作動油タンクＴＡの各々は、本体４の外装カバーに覆われている。

【0035】

バッテリ１１は、たとえば複数のバッテリモジュールを含み、複数のバッテリモジュールの各々はバッテリセルを有している。バッテリ１１は、二次電池（充電池、蓄電池）であり、外部電源から得た電気エネルギーを蓄える。バッテリ１１は、蓄えた電気エネルギーを起電力として取り出す。バッテリ１１は、リチウムイオンバッテリ、全固体電池、鉛蓄電池などである。

【0036】

油圧機器１２、１３は、たとえば油圧ポンプ１２と、メインバルブ１３とを有している。油圧ポンプ１２は、たとえばチャージポンプと、作業機ポンプと、ＨＳＴ（Hydro Static Transmission）用ポンプとを含んでいる。電気機器１４、１５は、たとえばインバータ１４と、電動モータ１５とを有している。

【0037】

コントローラ３０は、オペレータからの操作信号に基づいて、メインバルブ１３、インバータ１４および電動モータ１５を制御するための信号を出力する。これによりオペレータの運転操作に応じて、水中作業機械１の本体４および作業機３を作動させることができる。なお遠隔地にいるオペレータの操作信号は、送受信機８によって受信され、コントローラ３０へ出力される。

【0038】

＜水中作業機械システム＞
次に、本実施形態における水中作業機械システムについて図３を用いて説明する。

【0039】

図３は、本開示の一実施形態における水中作業機械システムの機能ブロック図を示す図である。図３において１本線は電気回路を示し、２本線は油圧回路を示し、破線は機械的な連結を示している。

【0040】

図３に示されるように、バッテリ１１は、電気配線を通じてコントローラ３０およびインバータ１４の各々に接続されている。コントローラ３０は、電気配線で接続されたインバータ１４に制御信号を与える。バッテリ１１は、インバータ１４を通じて、動力源としての電動モータ１５に電力を供給する。

【0041】

インバータ１４は、コントローラ３０からの制御信号に基づいて、バッテリ１１の出力である直流電力を周波数などを制御した交流電力に変換する。インバータ１４は、電気配線を通じて電動モータ１５に交流電力を供給する。これにより電動モータ１５は、バッテリ１１を電源として、インバータ１４から供給された交流電力により駆動する。

【0042】

電動モータ１５と油圧ポンプ１２とは機械的に連結されている。電動モータ１５の駆動力が油圧ポンプ１２に伝達されることにより油圧ポンプ１２が駆動する。油圧ポンプ１２は、駆動することにより、作動油タンクＴＡから作動油を汲み出す。油圧ポンプ１２は、作動油タンクＴＡから汲み出した作動油をメインバルブ（切替バルブ）１３を通じて各油圧アクチュエータ（走行モータ２ａ、各作業機アクチュエータ３ｄ、３ｅ、３ｆ）に供給する。なお作業機アクチュエータにはチルトシリンダも含まれる。

【0043】

メインバルブ１３は、多数の制御弁、パイロット弁などの集合体として構成されている。メインバルブ１３は、各油圧アクチュエータと油圧ポンプ１２との間の油路（油配管）に配置されている。メインバルブ１３は、作動油タンクＴＡから油圧ポンプ１２により汲み出された作動油を、各油圧アクチュエータに給排する。メインバルブ１３からの作動油の給排により各油圧アクチュエータが作動する。

【0044】

メインバルブ１３は、たとえば作業機用電磁制御弁１６と、走行モータ用電磁制御弁１７とを含んでいる。作業機用電磁制御弁１６は、油圧ポンプ１２と作業機アクチュエータ３ｄ、３ｅ、３ｆの各々との間の油路に配置されている。走行モータ用電磁制御弁１７は、油圧ポンプ１２と走行モータ２ａとの間の油路に配置されている。

【0045】

コントローラ３０は、作業機用電磁制御弁１６の開閉を制御する。これにより作業機アクチュエータ３ｄ、３ｅ、３ｆの各々の駆動が制御される。コントローラ３０は、走行モータ用電磁制御弁１７の開閉を制御する。これにより走行モータ２ａの駆動が制御される。

【0046】

遠隔操作装置４０は、オペレータが遠隔地から水中作業機械１を操作するための装置である。遠隔操作装置４０は、たとえば通信装置４１と、操作装置４２と、表示装置４３とを有している。通信装置４１、操作装置４２および表示装置４３の各々は、水中作業機械１の遠隔地に配置されている。

【0047】

通信装置４１は、通信機８ｂと無線で通信可能である。通信装置４１と通信機８ｂとの無線通信は、たとえば特定小電力無線または無線ＬＡＮを用いて行われる。

【0048】

操作装置４２は、たとえばオペレータが操作するための操作レバー、操作スイッチなどを含む。オペレータにより操作装置４２に入力された操作信号は、通信装置４１を通じて通信機８ｂにより受信され、水中作業機械１のコントローラ３０へ出力される。

【0049】

表示装置４３は、水中作業機械１の作業状況、現況地形、設計地形、水中の撮像画像などの各種情報を表示する。表示装置４３は、通信機８ｂおよび通信装置４１を通じて水中作業機械１から取得した情報を表示することができる。

【0050】

通信機８ｂは、遠隔操作装置４０からの操作信号を受信する。通信機８ｂはコントローラ３０と電気配線により接続されている。通信機８ｂは、受信した操作信号をコントローラ３０へ出力する。

【0051】

コントローラ３０は、取得した操作信号に基づいて、インバータ１４、作業機用電磁制御弁１６および走行モータ用電磁制御弁１７への制御信号を出力する。これにより遠隔操作装置４０からの操作信号に基づいて水中作業機械１の走行装置２および作業機３を操作することができる。

【0052】

位置センサ８ａは、グローバル座標系における本体４の位置を示す衛星測位信号を衛星から受信する。位置センサ８ａはコントローラ３０と電気配線により接続されている。位置センサ８ａは、受信した衛星測位信号をコントローラ３０へ出力する。

【0053】

周囲情報センサ２１、車体姿勢センサ２２および作業機姿勢センサ２３の各々は、コントローラ３０と電気配線により接続されている。周囲情報センサ２１は、たとえば光学カメラ、音響ソナー、音響カメラなどである。周囲情報センサ２１として光学カメラを用いることにより透明な水中において水中作業機械１の周囲を撮像することができる。また周囲情報センサ２１として音響ソナーまたは音響カメラを用いることにより、濁った水中においても水中作業機械１の周囲を撮像することができる。周囲情報センサ２１は、撮像した情報をコントローラ３０へ出力する。

【0054】

車体姿勢センサ２２は、ローカル座標系における本体４の姿勢を検出する。車体姿勢センサ２２は、本体４に設けられる。車体姿勢センサ２２は、たとえば慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を含む。本体４の姿勢は、前後方向に延びる軸を中心とする本体４の傾斜角度を示すロール角、左右方向に延びる軸を中心とする本体４の傾斜角度を示すピッチ角、および上下方向に延びる軸を中心とする本体４の傾斜角度を示すヨー角を含む。車体姿勢センサ２２は、検出したローカル座標系における本体４の姿勢に関する情報をコントローラ３０へ出力する。

【0055】

作業機姿勢センサ２３は、本体４に対する作業機３の姿勢（位置）を検出する。作業機姿勢センサ２３は、ローカル座標系における作業機３の姿勢を検出する。作業機姿勢センサ２３は、たとえばストロークセンサであってもよい。作業機姿勢センサ２３がストロークセンサである場合、たとえばピッチシリンダ３ｄ、リフトシリンダ３ｅ、チルトシリンダ、およびエプロン用シリンダの各々にストロークセンサが取り付けられる。ストロークセンサにより各シリンダのストローク量を検出することができる。このストローク量と、作業機３の各要素の寸法などによりフレーム３ｃおよびブレード３ａの姿勢を検出することができる。作業機姿勢センサ２３は、検出した作業機３の姿勢に関する情報をコントローラ３０へ出力する。

【0056】

作業機姿勢センサ２３は、上記のストロークセンサに限定されず、ロータリーエンコーダ、慣性計測装置、ポテンショメータ、視覚センサなどであってもよい。

【0057】

作業機姿勢センサ２３としてロータリーエンコーダが用いられる場合、たとえば本体４に対するフレーム３ｃの回転軸付近と、フレーム３ｃに対するブレード３ａの回転軸付近とにロータリエンコーダが取り付けられる。ロータリエンコーダにより検出された本体４に対するフレーム３ｃの角度と、フレーム３ｃに対するブレード３ａの角度と、作業機３の各要素の寸法などによりフレーム３ｃおよびブレード３ａの姿勢（作業機３の姿勢）を検出することができる。

【0058】

作業機姿勢センサ２３として慣性計測装置が用いられる場合、たとえばフレーム３ｃおよびブレード３ａの各々に慣性計測装置が取り付けられる。各慣性計測装置は、３軸の角度（または角速度）と加速度とを検出する。慣性計測装置により検出された３軸の角度（または角速度）と加速度とによりフレーム３ｃおよびブレード３ａの各々の姿勢を検出することができる。

【0059】

作業機姿勢センサ２３としてポテンショメータが用いられる場合、たとえばフレーム３ｃと本体４との接続部付近と、ブレード３ａとフレーム３ｃとの接続部付近とにポテンショメータが取り付けられる。各ポテンショメータにより、本体４に対するフレーム３ｃの回転角度、フレーム３ｃに対するブレード３ａの回転角度の各々を検出することができる。これらの回転角度からフレーム３ｃおよびブレード３ａの各々の姿勢を検出することができる。

【0060】

作業機姿勢センサ２３として視覚センサが用いられる場合、視覚センサによりフレーム３ｃおよびブレード３ａの状態が撮像される。視覚センサにより撮像された撮像情報から、フレーム３ｃおよびブレード３ａの各々の姿勢を検出することができる。視覚センサは、たとえばカメラなどの撮像装置である。

【0061】

水中作業機械１は、記憶部２４を有している。記憶部２４は、コントローラ３０とは別に設けられていてもよく、またコントローラ３０内に設けられていてもよい。記憶部２４には、たとえば現況地形データ、設計地形データ、作業機データなどが格納されている。現況地形データは、施工現場の現況地形データであり、たとえば周囲情報センサ２１により検出されたデータであってもよく、また他の装置により検出されたデータであってもよい。設計地形データは、施工現場における地面の目標形状であり、たとえば施工会社により作成されたデータであってもよい。作業機データは、作業機３を構成する要素（ブレード３ａ、フレーム３ｃなど）の寸法を示すデータである。

【0062】

＜コントローラ３０＞
次に、コントローラ３０の機能ブロックについて図４を用いて説明する。

【0063】

図４は、図３に示すコントローラの機能ブロック図を示す図である。図４に示されるように、コントローラ３０は、データ取得部３１と、算出部３２と、制御部３３とを有している。

【0064】

データ取得部３１は、周囲情報取得部３１Ａと、位置情報取得部３１Ｂと、車体姿勢データ取得部３１Ｃと、作業機姿勢データ取得部３１Ｄと、現況地形データ取得部３１Ｅと、設計地形データ取得部３１Ｆと、作業機データ取得部３１Ｇとを有している。

【0065】

周囲情報取得部３１Ａは、周囲情報センサ２１の検出結果を取得する。位置情報取得部３１Ｂは、位置センサ８ａが受信した測位衛星信号を取得する。車体姿勢データ取得部３１Ｃは、車体姿勢センサ２２の検出結果を取得する。作業機姿勢データ取得部３１Ｄは、作業機姿勢センサ２３の検出結果を取得する。現況地形データ取得部３１Ｅは、記憶部２４に格納された現況地形データを取得する。設計地形データ取得部３１Ｆは、記憶部２４に格納された設計地形データを取得する。作業機データ取得部３１Ｇは、記憶部２４に格納された作業機データを取得する。

【0066】

算出部３２は、ローカル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ａと、グローバル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ｂと、施工計画データ算出部３２Ｃとを有している。ローカル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ａは、作業機姿勢データ取得部３１Ｄにより取得された作業機３の姿勢データと作業機データ取得部３１Ｇにより取得された作業機データとに基づいて、ローカル座標系における作業機３の刃先の位置を算出する。

【0067】

グローバル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ｂは、位置情報取得部３１Ｂにより取得されたグローバル座標系における本体４の位置（衛星測位信号）と、算出されたローカル座標系における作業機３の刃先の位置（作業機姿勢センサ２３の検出結果）とに基づいて、グローバル座標系における作業機３の刃先の位置を算出する。

【0068】

グローバル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ｂは、グローバル座標系における作業機３の刃先の位置を算出する際に、車体姿勢データ取得部３１Ｃにより取得されたローカル座標系における本体４の姿勢を考慮してもよい。たとえば本体４が水平面に対して傾斜している場合には、車体姿勢センサ２２により検出された本体４の傾斜角度を加味してグローバル座標系における作業機３の刃先の位置が算出されてもよい。

【0069】

施工計画データ算出部３２Ｃは、現況地形データ取得部３１Ｅにより取得された現況地形データと、設計地形データ取得部３１Ｆにより取得された設計地形データとに基づいて施工計画を算出する。施工計画データ算出部３２Ｃは、施工計画を算出する際に、作業機データ取得部３１Ｇにより取得された作業機データを考慮して施工計画を算出してもよい。施工計画データ算出部３２Ｃは、施工計画を算出する際に、施工のための作業機３の刃先の移動経路を算出する。

【0070】

制御部３３は、表示制御部３３Ａと、作業機制御部３３Ｂと、走行制御部３３Ｃとを有している。表示制御部３３Ａは、通信機８ｂを通じて遠隔操作装置４０における表示装置４３（図３）の表示内容を制御する。表示装置４３には、たとえば周囲情報センサ２１により検出された周囲情報が表示されてもよく、現況地形データ、設計地形データ、作業機３の刃先位置などが表示されてもよく、施工計画データが表示されてもよい。

【0071】

作業機制御部３３Ｂは、作業機用電磁制御弁１６の動作を制御する。また走行制御部３３Ｃは、走行モータ用電磁制御弁１７の動作を制御する。たとえば作業機制御部３３Ｂおよび走行制御部３３Ｃは、施工計画データ算出部３２Ｃにより算出された施工計画における作業機３の刃先の移動経路に沿って作業機３の刃先が移動するように作業機用電磁制御弁１６および走行モータ用電磁制御弁１７の各々の動作を制御する。

【0072】

上記のように施工計画データ算出部３２Ｃにより作業機３における刃先の移動経路を算出し、その移動経路に沿って作業機３の刃先が移動するように作業機３および走行装置２が制御されることによりブレード３ａの自動制御が可能となる。

【0073】

またグローバル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ｂにより、グローバル座標系における作業機３の刃先の位置を算出することができる。このためオペレータによる遠隔操作においても正確な施工が可能となる。

【0074】

コントローラ３０は、水中作業機械１に搭載されていてもよく、水中作業機械１の外部に離れて配置されていてもよい。コントローラ３０は、水中作業機械１の外部にある遠隔操作装置４０、サーバなどに配置されていてもよい。コントローラは、たとえばプロセッサであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。記憶部２４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリであってもよい。

【0075】

＜水中作業機械１の制御方法＞
次に、本実施形態における水中作業機械１の制御方法について図４および図５を用いて説明する。

【0076】

図５は、本開示の一実施形態における水中作業機械の制御方法を示すフロー図である。図４および図５に示されるように、コントローラ３０は、作業機姿勢データ取得部３１Ｄにて、作業機姿勢センサ２３から作業機姿勢データを取得する（ステップＳ１ａ：図５）。コントローラ３０は、作業機データ取得部３１Ｇにて、記憶部２４から作業機データを取得する（ステップＳ１ｂ：図５）。コントローラ３０は、ローカル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ａにて、作業機姿勢データ取得部３１Ｄにより取得された作業機３の姿勢データと作業機データ取得部３１Ｇにより取得された作業機データとに基づいて、ローカル座標系における作業機３の刃先の位置を算出する（ステップＳ２：図５）。

【0077】

コントローラ３０は、位置情報取得部３１Ｂにて、位置センサ８ａからグローバル座標系における本体４の位置を取得する（ステップＳ１ｃ：図５）。またコントローラ３０は、車体姿勢データ取得部３１Ｃにて、車体姿勢センサ２２から車体姿勢データを取得する（ステップＳ１ｄ：図５）。

【0078】

コントローラ３０は、グローバル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ｂにて、ローカル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ａにより算出されたローカル座標系における作業機３の刃先位置と、位置情報取得部３１Ｂにより取得されたグローバル座標系における本体４の位置とに基づいて、グローバル座標系における作業機３の刃先位置を算出する（ステップＳ３：図５）。この際、コントローラ３０は、車体姿勢データ取得部３１Ｃにより取得された本体４の姿勢データを考慮して、グローバル座標系における作業機３の刃先位置を算出してもよい。

【0079】

コントローラ３０は、算出されたグローバル座標系における作業機３の刃先位置に基づいて表示装置４３、作業機３および走行装置２を制御する（ステップＳ４：図５）。コントローラ３０は、表示制御部３３Ａにて、たとえばグローバル座標系における作業機３の刃先位置を現況地形または設計地形などとともに表示装置４３（図３）に表示するよう制御する。またコントローラ３０は、たとえば施工計画データ算出部３２Ｃにより算出された施工計画における作業機３の刃先の移動経路に沿って作業機３の刃先が移動するように作業機制御部３３Ｂおよび走行制御部３３Ｃにより作業機用電磁制御弁１６および走行モータ用電磁制御弁１７の各々の開閉動作を制御する。

【0080】

＜効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。

【0081】

本実施形態においては図４に示されるように、グローバル座標系における作業機刃先位置算出部３２Ｂにより、グローバル座標系における作業機３の刃先の位置を算出することができる。このためオペレータによる遠隔操作で水中作業機械１を水中で稼働させる場合においても作業機３の正確な刃先位置を把握することが可能となり、正確な施工が可能となる。

【0082】

また図４に示されるように、施工計画データ算出部３２Ｃにより作業機３における刃先の移動経路を算出し、その移動経路に沿って作業機３の刃先が移動するように作業機３および走行装置２が制御される。これによりブレード３ａの自動制御が可能となる。

【0083】

また本実施形態においては図３に示されるように、水中作業機械１は、バッテリ１１に蓄えられた電力により駆動する電動モータ１５からの駆動力を得て動作する。このように水中作業機械１は内燃機関を用いることなしにバッテリ１１により駆動されるため、内燃機関からの排気ガスを排出する必要がない。

【0084】

また本実施形態においては図３に示されるように、水中作業機械１のシステムは、本体４に取り付けられた周囲情報センサ２１と、水中作業機械１の遠隔地に配置された表示装置４３とを有している。表示装置４３は、周囲情報センサ２１により検出された情報を表示する。これによりオペレータは、周囲情報センサ２１により検出された水中作業機械１の周囲の状況を表示装置４３にて視認することができる。このため水中の作業を正確に行うことが可能となる。

【0085】

また本実施形態においては図１に示されるマスト７の上下方向の長さが伸縮可能である。このため水深に応じてマスト７の長さを調整することが可能となる。マスト７の長さを短くすることで水中作業機械１の重心位置を下方に下げることができ安定した動作が可能となる。またマスト７の長さを長くすることで水深が深くなった場合においても送受信機８を水上に位置させることが容易となる。

【0086】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0087】

１ 水中作業機械、２ 走行装置、２Ｌ，２Ｒ 走行体、２ａ 走行モータ、３ 作業機、３ａ ブレード、３ｂ エプロン、３ｃ フレーム、３ｄ ピッチシリンダ、３ｅ リフトシリンダ、３ｆ エプロン用シリンダ、４ 本体、７ マスト、８ 送受信機、８ａ 位置センサ、８ｂ 通信機、１１ バッテリ、１２ 油圧ポンプ、１３ メインバルブ、１４ インバータ、１５ 電動モータ、１６ 作業機用電磁制御弁、１７ 走行モータ用電磁制御弁、２１ 周囲情報センサ、２２ 車体姿勢センサ、２３ 作業機姿勢センサ、２４ 記憶部、３０ コントローラ、３１ データ取得部、３１Ａ 周囲情報取得部、３１Ｂ 位置情報取得部、３１Ｃ 車体姿勢データ取得部、３１Ｄ 作業機姿勢データ取得部、３１Ｅ 現況地形データ取得部、３１Ｆ 設計地形データ取得部、３１Ｇ 作業機データ取得部、３２ 算出部、３２Ａ ローカル座標系における作業機刃先位置算出部、３２Ｂ グローバル座標系における作業機刃先位置算出部、３２Ｃ 施工計画データ算出部、３３ 制御部、３３Ａ 表示制御部、３３Ｂ 作業機制御部、３３Ｃ 走行制御部、４０ 遠隔操作装置、４１ 通信装置、４２ 操作装置、４３ 表示装置、ＴＡ 作動油タンク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】