特開 2025-16267 大深度掘削機の作業支援システム

(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】P2025016267

(43)【公開日】2025-01-31

(54)【発明の名称】大深度掘削機の作業支援システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20250124BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119423

(22)【出願日】2023-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】511091933

【氏名又は名称】株式会社宮本組

(74)【代理人】

【識別番号】100134979

【弁理士】

【氏名又は名称】中井 博

(74)【代理人】

【識別番号】100167427

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】川本 真司

【テーマコード（参考）】

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D015HA03

2D015HB05

(57)【要約】

【課題】オペレータが適切に作業状況を把握できしかも利便性の高い大深度掘削機の作業支援システムを提供する。
【解決手段】バケット１０を備えた掘削機１により大深度の竪穴内を掘削する作業を支援するシステム２０であって、竪穴Ｄ内に設置される撮影装置２１と、撮影装置２１が撮影した画像を表示する画像表示部２２と、撮影装置２１から撮影した画像の情報が供給され、画像表示部２２に対して画像表示部２２に表示する画像に関する情報を供給する制御部２５と、を備えており、撮影装置２１は、竪穴Ｄ内においてバケット１０によって掘削される位置を撮影するように配置されている。バケット１０によって掘削される位置を撮影装置２１によって撮影すれば、オペレータが掘削状況を視認できるので、掘削機１による掘削作業を適切に行うためのサポートをすることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バケットを備えた掘削機により大深度の竪穴内を掘削する作業を支援するシステムであって、
前記竪穴内に設置される撮影装置と、
該撮影装置が撮影した画像を表示する画像表示部と、
前記撮影装置から撮影した画像の情報が供給され、前記画像表示部に対して該画像表示部に表示する画像に関する情報を供給する制御部と、を備えており、
前記撮影装置は、
前記バケットによって掘削される位置を撮影するように竪穴内に配置されている
ことを特徴とする大深度掘削機の作業支援システム。

【請求項2】

前記撮影装置は、
前記竪穴内に一つ設けられており、該竪穴内において移動可能に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の大深度掘削機の作業支援システム。

【請求項3】

前記制御部は、
前記バケットに設けられた、該バケットより下方の距離を測定する距離測定装置を備えており、
該距離測定装置が測定した距離を、前記画像表示部または前記掘削機を操作する際に使用する操作画面に表示する機能を有している
ことを特徴とする請求項１記載の大深度掘削機の作業支援システム。

【請求項4】

前記バケットは、
開閉する一対のシェルと、
該一対のシェルが揺動可能に設けられるフレームと、を備えており、
前記距離測定装置は、
前記フレームにおいて、前記一対のシェルが閉じている状態における該一対のシェルの上方に位置し、該一対のシェルが開くと該距離測定装置の下方から前記一対のシェルが退避する位置に設置されている
ことを特徴とする請求項３記載の大深度掘削機の作業支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大深度掘削機の作業支援システムに関する。

【背景技術】

【0002】

各種の土木・建設工事において、竪穴の掘削にはバケットを備えたクローラクレーン等の掘削機が使用される（特許文献１参照）。かかる掘削機による掘削では、竪穴に降下させたバケットにより掘削が行われるが、竪穴が深い場合には、掘削機のオペレータがバケットによる掘削状況を直接視認することができない。このため、オペレータはバケットを吊り下げるワイヤーの弛みやバケットの着地による衝撃等を体感することによりバケットの状況を把握している。つまり、オペレータの勘や経験に頼って掘削状況などを把握しており、掘削機の操作に熟練を要している。また、オペレータが掘削機の操作に熟練したとしても、オペレータは掘削状況を直接視認できないため、掘削を正確に行うことは困難である。

【0003】

オペレータが掘削状況を直接視認できない状況でも掘削を正確に行うために、特許文献２には、掘削機に取り付けた複数の各種センサからの信号により掘削状況を検出し、検出した掘削状況の情報をオペレータ室のディスプレイに視覚的に表示するようにした技術が開示されている。しかし、特許文献２では、クラブバケットの高さや掘削状態はセンサからの信号に基づいてオペレータが推定しているにすぎず、クラブバケットの高さや掘削状態をオペレータは正確に把握することはできない。

【0004】

一方、クレーン等のブームやフックにカメラを設けて、カメラで撮影した画像によってクレーン等のフックや吊荷の状態を確認し、作業状況や作業者に危険がないかなどを把握できるようにした技術が開示されている（特許文献３～５参照）。この技術のようにカメラで撮影した画像でクレーン等のフックや吊荷の状態等をオペレータが確認できれば、センサからの信号だけに基づく作業状況などの把握に比べて、オペレータが作業状況などを適切に把握できる。しかし、この技術でも、クレーン等のフックや吊荷を上方から撮影した画像しか得られないので、フックや吊荷等の地面等からの高さや地面等との関係性を適切に把握することは難しい。

【0005】

特許文献６には、クレーンのブームやフック以外の場所に設けられたカメラによって作業状況を撮影し、オペレータの操作画面にカメラで撮影した画像を提供する技術が開示されている。この技術では、据付カメラや、人が身に着けるウェアラブル端末に搭載されたカメラ、ドローン等に搭載されたカメラ等の複数のカメラによって作業状況を撮影することが開示されている。そして、クレーンの状態に応じて制御装置がオペレータの操作画面に表示する画像を切り換えて表示することや、クレーンの状態に応じて複数の画像を操作画面に表示する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７‐１２７３７１号公報

【特許文献2】特開２００１‐６４９９３号公報

【特許文献3】特開２０２２‐１６４９７号公報

【特許文献4】特開２０２２‐８２９７４号公報

【特許文献5】特開２０２２‐１４３２２４号公報

【特許文献6】実用新案登録第３２２６６３７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、特許文献６のように、クレーンの状態に応じて制御装置が複数の画像を切り換えて表示する場合、必ずしもオペレータが確認したい画像が制御装置によって選択されて操作画面に表示されるとは限られない。
また、操作画面に複数の画像が同時に表示されれば、その中にオペレータが見たい画像が含まれている可能性はあるが、オペレータは画像以外にも様々な計器やインジケータを確認しなければならず、複数の画像が表示されることは必ずしもオペレータの作業状況把握に役立つとは限らず、複数の画像が表示されることによってオペレータが誤った認識をする可能性もある。とくに、画像が多くなればなるほど、オペレータが誤った認識をする可能性は高くなる。
つまり、特許文献６の技術は、オペレータによるクレーンの作業状況把握を必ずしも十分にサポートするものとはいえず、クレーン等の作業において、オペレータが適切に作業状況を把握できしかも利便性の高い作業支援システムが求められている。

【0008】

本発明は上記事情に鑑み、オペレータが適切に作業状況を把握できしかも利便性の高い大深度掘削機の作業支援システム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】

【0009】

第１発明の大深度掘削機の作業支援システムは、バケットを備えた掘削機により大深度の竪穴内を掘削する作業を支援するシステムであって、前記竪穴内に設置される撮影装置と、該撮影装置が撮影した画像を表示する画像表示部と、前記撮影装置から撮影した画像の情報が供給され、前記画像表示部に対して該画像表示部に表示する画像に関する情報を供給する制御部と、を備えており、前記撮影装置は、前記バケットによって掘削される位置を撮影するように竪穴内に配置されていることを特徴とする。
第２発明の大深度掘削機の作業支援システムは、第１発明において、前記撮影装置は、前記竪穴内に一つ設けられており、該竪穴内において移動可能に設けられていることを特徴とする。
第３発明の大深度掘削機の作業支援システムは、第１発明において、前記制御部は、前記バケットに設けられた、該バケットより下方の距離を測定する距離測定装置を備えており、該距離測定装置が測定した距離を、前記画像表示部または前記掘削機を操作する際に使用する操作画面に表示する機能を有していることを特徴とする。
第４発明の大深度掘削機の作業支援システムは、第３発明において、前記バケットは、開閉する一対のシェルと、該一対のシェルが揺動可能に設けられるフレームと、を備えており、前記距離測定装置は、前記フレームにおいて、前記一対のシェルが閉じている状態における該一対のシェルの上方に位置し、該一対のシェルが開くと該距離測定装置の下方から前記一対のシェルが退避する位置に設置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

第１発明によれば、バケットによって掘削される位置を撮影装置によって撮影すれば、オペレータが掘削位置の掘削状況を視認できるので、掘削機による掘削作業を適切に行うためのサポートをすることができる。
第２発明によれば、撮影装置によって得られる画像が一つであるので、オペレータが掘削状況の状況を容易に把握できる。
第３、第４発明によれば、距離測定装置が測定した距離によってオペレータがバケットの位置を把握できる。すると、オペレータは必要なときだけ画像を確認すればよいので、オペレータの掘削機の操作や掘削状況確認が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（Ａ）は大深度掘削機の作業支援システム２０の概略ブロック図であり、（Ｂ）は画像表示部２２の概略説明図である。

【図2】大深度掘削機の作業支援システム２０を備えた掘削機１による掘削作業の概略説明図である。

【図3】バケット１０の概略説明図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。

【図4】バケット１０の概略断面説明図であり、（Ａ）はバケット１０の一対のシェル１１，１１を閉じた状態であり、（Ｂ）はバケット１０の一対のシェル１１，１１を開いた状態である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本実施形態の大深度掘削機の作業支援システムは、大深度掘削機による掘削作業を支援するシステムであり、例えば、深さ４０ｍ以上の大深度の竪穴内の地面を掘削する際に安全かつ効率よく実施することができるようにしたことに特徴を有している。

【0013】

＜掘削機１＞
まず、本実施形態の大深度掘削機の作業支援システムの詳細を説明する前に、本実施形態の大深度掘削機の作業支援システムを利用する掘削機１について説明する。

【0014】

図２に示すように、本実施形態の大深度掘削機の作業支援システムを利用する掘削機１は、掘削機本体２と、この掘削機本体２に設けられたブーム５と、ワイヤー６によってブーム５に吊り下られたバケット１０と、を備えている。

【0015】

掘削機本体２は駆動用のクローラ２ｃを備えたものである。この掘削機本体２には、ブーム５の基端が連結されている。具体的には、ブーム５は掘削機本体２に対して左右上下方向への揺動が可能となるように連結されており、ブーム５を揺動させることによってブーム５の先端の位置、つまり、バケット１０を配置する位置を調整できるようになっている。なお、掘削機本体２やブーム５は一般的なクレーン等と同等の構成を有していればよく、その構造や形状はとくに限定されない。

【0016】

図２に示すように、バケット１０は、ブーム５の先端にワイヤー６によって吊り下げられており、ワイヤー６によって昇降が制御されている。具体的には、掘削機本体２に設けられたドラム３から繰り出されているワイヤー６は、バケット１０に設けられたシーブ１０ａ（図３参照）に巻き掛けられており、このワイヤー６の一端はブーム５の先端に固定されている。したがって、ドラム３によってワイヤー６を繰り出し巻取りすることによって、バケット１０をブーム５の先端に対して昇降させることができる。

【0017】

図３および図４に示すように、バケット１０は、先端部に爪１１ａを有する一対のシェル１１，１１を有しており、この一対のシェル１１，１１はフレーム１２に設けられた軸１３にそれぞれ独立して揺動可能に取り付けられている。この一対のシェル１１，１１は、フレーム１２との間に設けられた一対の油圧シリンダ１５，１５によってそれぞれ独立して上下方向に揺動することができるようになっている。つまり、一対の油圧シリンダ１５，１５を作動することによって、バケット１０の一対のシェル１１，１１を開閉させることができるようになっている（図４（Ａ）、（Ｂ）参照）。

【0018】

以上のような構造であるので、以下のように掘削機１を作動させれば、竪穴Ｄの地面を掘削して、掘削した土などを排出することができる。

【0019】

まず、掘削作業を実施する竪穴Ｄの近傍に掘削機１を配置し、ブーム５を揺動させてブーム５の先端を竪穴Ｄ上に配置する。つまり、バケット１０を竪穴Ｄ上に配置する。その状態からワイヤー６を繰り出せば、バケット１０を竪穴Ｄ内に降ろすことができる。

【0020】

バケット１０が所定の高さまで降下すると、バケット１０の一対のシェル１１，１１を開き、一対のシェル１１，１１を開いた状態でバケット１０をさらに下降させれば、一対のシェル１１，１１の爪１１ａが地面に突き刺さる状態となる。その状態から一対のシェル１１，１１を閉じれば、竪穴Ｄの地面を掘削して掘削した土などをバケット１０内に収容することができる。

【0021】

土などをバケット１０内に収容すると、ワイヤー６を巻き取ってバケット１０を上昇させる。そして、バケット１０が竪穴Ｄから出ると、ブーム５を揺動させて、竪穴Ｄの近傍に配置されているトラックなどの荷台上までバケット１０を移動する。その状態でバケット１０の一対のシェル１１，１１を開けば、バケット１０内の土などをトラックなどの荷台に積載することができる。

【0022】

トラックなどの荷台への土などの積載が終了すると、一対のシェル１１，１１を閉じ、再びブーム５を揺動させてブーム５の先端を竪穴Ｄ上に配置する。そして、上記作業を繰り返せば、竪穴Ｄの地面を掘削することができる。

【0023】

＜本実施形態の大深度掘削機の作業支援システム２０＞
上述したような掘削機１による竪穴Ｄ内の地面の掘削作業を実施する場合、竪穴Ｄの深さが深い場合、例えば、竪穴Ｄの深さが４０ｍ以上もある場合、掘削機１を操作する作業者からはバケット１０の状態、つまり、バケット１０の竪穴Ｄの地面からの高さや、竪穴Ｄ内におけるバケット１０の一対のシェル１１，１１と地面との相対的な位置等は直接視認することは難しい。そこで、本実施形態の大深度掘削機の作業支援システム２０では、竪穴Ｄの状況を把握する撮影装置２１を設けることによって、掘削機１を操作する作業者が竪穴Ｄにおけるバケット１０の状態を把握できるようにしている。

【0024】

図１（Ａ）に示すように、大深度掘削機の作業支援システム２０は、竪穴Ｄ内に設置される撮影装置２１と、撮影装置２１が撮影した画像を表示する画像表示部２２と、この画像表示部２２に表示する画像を制御する制御部２５と、を有している。

【0025】

＜撮影装置２１＞
図２に示すように、撮影装置２１は、竪穴Ｄ内においてバケット１０によって掘削を行う場所を撮影できる位置に設けられるものである。この撮影装置２１は、一般的なカメラ２１ａ（例えば、ＣＣＤカメラや映像素子等）を備えた装置である。具体的には、図１（Ａ）に示すように、撮影装置２１は、フレーム２１ｂ内にカメラ２１ａと、このカメラ２１ａの作動するために必要な制御機器２１ｃ（電源や制御器等）と、カメラ２１ａで撮影した画像（以下現場画像という場合がある）を制御部２５に対して送信する通信機器２１ｄと、を備えている。

【0026】

＜画像表示部２２＞
画像表示部２２は、掘削機１のオペレータ室に設けられている。この画像表示部２２は、掘削機１の操作画面とは別に設けられた表示装置であり、図１（Ｂ）に示すように、撮影装置２１の現場画像２２ａを表示するものである。なお、掘削機１の操作画面に現場画像２２ａを表示できる機能を有している場合には、掘削機１の操作画面に現場画像２２ａを表示してもよい。しかし、掘削機１の操作画面とは別に画像表示部２２を設ければ、現場画像２２ａの表示サイズや表示する場所をオペレータが自由に設定できるので、オペレータによる現場画像２２ａの把握が容易になる。

【0027】

＜制御部２５＞
制御部２５は、撮影装置２１から供給される現場画像２２ａを受信し、受信した現場画像２２ａを画像表示部２２に表示する機能を有している。例えば、制御部２５は、撮影装置２１から現場画像２２ａが供給されると、現場画像２２ａをほぼリアルタイムで画像表示部２２に表示する機能を有している。

【0028】

また、制御部２５は、バケット１０より下方の距離を測定する距離測定装置２６を備えている。具体的には、図３および図４に示すように、距離測定装置２６は、バケット１０のフレーム１２に設けられている。より詳しくは、距離測定装置２６は、一対のシェル１１，１１が閉じている状態では一対のシェル１１，１１の上方に位置し、一対のシェル１１，１１が開くと距離測定装置２６の下方から一対のシェル１１，１１が退避する位置に設置されている。つまり、一対のシェル１１，１１が開くと竪穴Ｄの地面までの距離が測定できる位置に距離測定装置２６が設けられている。

【0029】

また、制御部２５は、画像表示部２２または操作画面に、距離測定装置２６の測定結果に基づいてバケット１０から竪穴Ｄの地面までの距離を算出し算出した距離を表示する機能も有している。例えば、図１（Ｂ）に示すように、制御部２５は、画像表示部２２の距離表示部２２ｂにバケット１０から竪穴Ｄの地面までの距離を表示する機能も有している。

【0030】

＜大深度掘削機の作業支援システム２０＞
大深度掘削機の作業支援システム２０は、以上のような構成を有しているので、オペレータは、画像表示部２２に表示されている現場画像２２ａを確認すれば、掘削状態を画像として確認できる。したがって、バケット１０の一対のシェル１１，１１と竪穴Ｄの地面とがどのように接触するかを画像として確認できるので、掘削機１による掘削作業のサポートを適切に行うことができる。

【0031】

しかも、距離測定装置２６が設けられておりバケット１０の位置を具体的な数値としてもオペレータが把握できるので、オペレータがバケット１０の操作を適切に行うことができる。つまり、バケット１０の昇降とバケット１０の一対のシェル１１，１１の開閉を適切に行うことができる。例えば、バケット１０の昇降はワイヤー６の繰り出し量や巻取り量で把握できるが、バケット１０が竪穴Ｄの地面に近づくと、ワイヤー６の繰り出し量や巻取り量ではバケット１０と竪穴Ｄの地面との距離を精度よく把握することができない。しかし、バケット１０と竪穴Ｄの地面との距離がある程度近づいた状態でバケット１０の一対のシェル１１，１１が開けば、距離測定装置２６がバケット１０と竪穴Ｄの地面との距離を精度よく把握できる。すると、距離測定装置２６が測定した距離と現場画像２２ａの両方を利用してオペレータがバケット１０による掘削を制御できるので、掘削機１による掘削作業のサポートを適切に行うことができる。

【0032】

＜撮影装置２１について＞
撮影装置２１の制御機器２１ｃは、カメラ２１ａによって撮影された現場画像２２ａを常時制御部２５に送信するようにしてもよいし、制御部２５からの信号に応じて撮影された現場画像２２ａを制御部２５に送信するようにしてもよい。

【0033】

また、撮影装置２１は、図２に示すように竪穴Ｄ内の地面に直接配置するようにしてもよいし、三脚等の保持器具によって地面に配置してもよい。フレーム２１ｂの底面をある程度大きくした箱状としこの底面が竪穴Ｄ内の地面に直接載せられた状態となるように配置すれば、バケット１０が掘削を行った際に振動などが発生しても、その振動などによる撮影装置２１の移動を防止しやすくなる。つまり、バケット１０によって掘削を行った際に生じる振動などによって撮影位置がずれることを防止しやすくなるので、オペレータが掘削状況を安定して把握できる。なお、撮影装置２１は、上記条件を満たしつつ、作業者が容易に持ち運びできる大きさや重量になっていることが望ましい。

【0034】

撮影装置２１は、無線通信によって撮影装置２１から制御部２５に現場画像２２ａを送信するようにすれば、竪穴Ｄの深さなどに係わらず現場画像２２ａを制御部２５に供給できるし、竪穴Ｄ内において撮影装置２１を配置する場所を自由に設定することができる。しかし、撮影装置２１は、竪穴Ｄの深さがある程度の深さまでであれば、制御部２５と通信線によって接続されていてもよい。

【0035】

また、図１および図２では、撮影装置２１は、竪穴Ｄ内に一つだけ設け、その撮影装置２１から供給される現場画像２２ａだけを画像表示部２２に表示する場合を説明している。この場合、オペレータが視認する現場画像２２ａが一つだけになるので、現場画像２２ａの確認作業が容易になり、オペレータが現場画像２２ａを使用して掘削状況の状況を容易に把握できる。
一方、撮影装置２１は複数設けることもでき、画像表示部２２に複数の現場画像２２ａを表示するようにしてもよい。例えば、撮影装置２１を２つ設け、２つの現場画像２２ａを表示するようにする。この場合、２つの撮影装置２１を両者のカメラ２１ａの光軸がほぼ直交するように配置すれば、バケット１０の作業状況をオペレータが詳細に把握できる。例えば、一つの撮影装置２１はバケット１０をほぼ側方（図３（Ｂ）参照）から撮影し、もう一つの撮影装置２１はバケット１０をほぼ正面（図４参照）から撮影するように設置すれば、バケット１０の作業状況をオペレータが詳細に把握できる。

【0036】

＜制御部２５について＞
上記例では、制御部２５が、撮影装置２１から供給される現場画像２２ａをほぼリアルタイムで画像表示部２２に表示する機能を有している場合を説明した。制御部２５は、撮影装置２１から供給された現場画像２２ａを一定の条件を満たしたときに現場画像２２ａを画像表示部２２に表示するようにしてもよい。例えば、距離測定装置２６が測定する距離が一定の距離になったときに現場画像２２ａを画像表示部２２に表示するようにしてもよい。また、上記のように距離測定装置２６が設けられている場合には、バケット１０の一対のシェル１１，１１が完全に開いた後、つまり、距離測定装置２６によって竪穴Ｄの地面までの距離を測定できるようになった段階で、現場画像２２ａを画像表示部２２に表示するようにしてもよい。

【0037】

距離測定装置２６はとくに限定されず、距離測定装置２６が設置された位置、つまり、バケット１０のフレーム１１から竪穴Ｄの地面までの距離を測定できる機能を有するものであればよい。例えば、レーザー距離計や超音波距離計、ロータリーエンコーダ等を採用することができる。

【0038】

距離測定装置２６を設ける数はとくに限定されず、１つでもよいし複数設けてもよい。例えば、図３および図４に示すように、距離測定装置２６を４カ所設けることができる。複数の距離測定装置２６を設ければ、複数の距離測定装置２６が測定した距離によってバケット１０と竪穴Ｄの地面との距離を適切に把握できるので、掘削作業を適切に行うことができる。例えば、複数の距離測定装置２６が測定した距離を平均してバケット１０と竪穴Ｄの地面との距離とすることができる。また、竪穴Ｄの地面に凹凸や一部に大きな盛り上がりやくぼみがあった場合には、一部の距離測定装置２６が測定した距離が他の距離測定装置２６が測定した距離から大きく異なる可能性がある。この場合には、他の距離測定装置２６が測定した距離から大きく異なる大きく測定値を除いて、その他の測定値の平均値をバケット１０と竪穴Ｄの地面との距離とすることができる。

【0039】

また、制御部２５は、必ずしも距離測定装置２６を有していなくてもよいが、距離測定装置２６を有していれば、オペレータがバケット１０の位置、つまり、竪穴Ｄの地面からバケット１０までの距離を把握できる。すると、バケット１０から竪穴Ｄの地面までの距離を確認して必要な状況になったときに現場画像を確認すればよくなるので、オペレータが掘削画像を確認する手間を少なくできる。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明の大深度掘削機の作業支援システムは、残置回収などの工事現場などにおいて大深度の竪穴内などにおける掘削を行う作業を支援するシステムとして適している。

【符号の説明】

【0041】

１ 掘削機
１０ バケット
１１ シェル
１２ フレーム
２０ システム
２１ 撮影装置
２２ 画像表示部
２５ 制御部
２６ 距離測定装置
Ｄ 竪穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】