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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-01
(45)【発行日】2023-09-11
(54)【発明の名称】土砂ホッパー算出システム及びプログラム
(51)【国際特許分類】
E02D 23/06 20060101AFI20230904BHJP
【ＦＩ】
E02D23/06 Z
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023047411
(22)【出願日】2023-03-23
【審査請求日】2023-03-23
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】根岸 直人
(72)【発明者】
【氏名】福田 純平
(72)【発明者】
【氏名】進藤 匡浩
(72)【発明者】
【氏名】倉知 禎直
【審査官】柿原 巧弥
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－１９２１４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０３２９６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０３４４３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０４１６４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－０３４１２２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｄ ２３／０６
Ｅ０２Ｄ ２３／０８
Ｂ６５Ｇ ６７／０４
Ｂ６５Ｄ ８８／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ニューマチックケーソンにおいて、アースバケットの土砂の量を示す積載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積載情報が示す積載量の累計から、前記アースバケットにより作業室から地上へと排土された土砂を積載する土砂ホッパーの土砂の量を示す土砂情報を算出する算出手段とを備えること
を特徴とする土砂ホッパー算出システム。
【請求項2】
前記算出手段により算出された土砂情報が示す土砂の量が基準値より多い場合、前記土砂ホッパーに設けられたドアホッパーを開くように制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の土砂ホッパー算出システム。
【請求項3】
前記取得手段は、前記土砂ホッパーの下方を含む画像を示す画像情報を取得し、前記算出手段は、前記土砂ホッパーの下方の排出された土砂を運搬するための車両を模したモデルを参照し、前記取得手段により取得された画像情報に基づいて、前記車両の有無を示す車両情報を算出し、
前記制御手段は、前記算出手段により算出された土砂情報と車両情報とに基づいて、前記ドアホッパーを開くように制御すること
を特徴とする請求項２に記載の土砂ホッパー算出システム。
【請求項4】
前記取得手段は、前記土砂ホッパーの下方を含む画像を示す画像情報を取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された画像情報から、画像認識を用いて、前記土砂ホッパーの下方の予め設定された範囲に含まれる障害物に関する障害物情報を取得し、
前記制御手段は、前記算出手段により算出された土砂情報と障害物情報とに基づいて、前記ドアホッパーを開くように制御すること
を特徴とする請求項２に記載の土砂ホッパー算出システム。
【請求項5】
前記取得手段は、前記土砂ホッパーの下方の車両を含む画像を示す画像情報を取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された画像情報から、前記画像情報に含まれる前記車両を消去することにより、前記土砂ホッパーの下方の車両に積載された土砂に関する車両土砂情報を取得し、
前記制御手段は、前記算出手段により算出された土砂情報と車両土砂情報とに基づいて、前記ドアホッパーを開くように制御すること
を特徴とする請求項２に記載の土砂ホッパー算出システム。
【請求項6】
ニューマチックケーソンにおいて、アースバケットの土砂の量を示す積載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された積載情報が示す積載量の累計から、前記アースバケットにより作業室から地上へと排土された土砂を積載する土砂ホッパーの土砂の量を示す土砂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
を特徴とする土砂ホッパー算出プログラム。
【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の土砂を自動排土する土砂ホッパー算出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が積載された土砂ホッパーから車両に排土する工程がある。この排土操作は、作業員の操作により行われている。このため、車両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排土作業を行うことで、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土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、土砂ホッパーから車両に自動的に排土することが求められている。この排土工程の全自動化技術として、例えば特許文献１に示すニューマチックケーソン工法における自動排土法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、スケータ、マテリアルロック、土砂ホッパ、バケット転倒装置、センタホルダでなるニューマチックケーソン工法で、センサ、リミットスイッチ、荷重計を要所要所に配置し、遠隔地に設置された排土バケットの位置表示モニタを制御盤で監視しながら無人で排土作業を行うニューマチックケーソン工法における自動排土法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平９－７８５９４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、土砂ホッパーに積載された土砂を自動的に排出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、土砂ホッパーに積載された土砂の量を自動的に算出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、土砂ホッパーに積載された土砂の量を自動的に算出することが可能な土砂ホッパー算出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発明に係る土砂ホッパー算出システムは、ニューマチックケーソンにおいて、アースバケットの土砂の量を示す積載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積載情報が示す積載量の累計から、前記アースバケットにより作業室から地上へと排土された土砂を積載する土砂ホッパーの土砂の量を示す土砂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発明に係る土砂ホッパー算出システムは、第１発明において、前記算出手段により算出された土砂情報が示す土砂の量が基準値より多い場合、前記土砂ホッパーに設けられたドアホッパーを開くように制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【0011】
第３発明に係る土砂ホッパー算出システムは、第２発明において、前記取得手段は、前記土砂ホッパーの下方を含む画像を示す画像情報を取得し、前記算出手段は、前記土砂ホッパーの下方の排出された土砂を運搬するための車両を模したモデルを参照し、前記取得手段により取得された画像情報に基づいて、前記車両の有無を示す車両情報を算出し、前記制御手段は、前記算出手段により算出された土砂情報と車両情報とに基づいて、前記ドアホッパーを開くように制御することを特徴とする。
【0012】
第４発明に係る土砂ホッパー算出システムは、第２発明において、前記取得手段は、前記土砂ホッパーの下方を含む画像を示す画像情報を取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された画像情報から、画像認識を用いて、前記土砂ホッパーの下方の予め設定された範囲に含まれる障害物に関する障害物情報を取得し、前記制御手段は、前記算出手段により算出された土砂情報と障害物情報とに基づいて、前記ドアホッパーを開くように制御することを特徴とする。
【0013】
第５発明に係る土砂ホッパー算出システムは、第２発明において、前記取得手段は、前記土砂ホッパーの下方の車両を含む画像を示す画像情報を取得し、前記算出手段は、前記取得手段により取得された画像情報から、前記画像情報に含まれる前記車両を消去することにより、前記土砂ホッパーの下方の車両に積載された土砂に関する車両土砂情報を取得し、前記制御手段は、前記算出手段により算出された土砂情報と車両土砂情報とに基づいて、前記ドアホッパーを開くように制御することを特徴とする。
【0014】
第６発明に係る土砂ホッパー算出プログラムは、ニューマチックケーソンにおいて、アースバケットの土砂の量を示す積載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された積載情報が示す積載量の累計から、前記アースバケットにより作業室から地上へと排土された土砂を積載する土砂ホッパーの土砂の量を示す土砂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】
【0016】
第１発明～第６発明によれば、本発明の土砂ホッパー算出システムは、土砂情報を算出する。これによって、土砂ホッパーに積載された土砂の量を自動的に算出することが可能となる。また、第１発明によれば、本発明の土砂ホッパー算出システムは、積載情報に基づいて、土砂情報を算出する。これにより、積載情報の累計から土砂情報を算出することが可能となる。これによって、土砂ホッパーにセンサを設けることなく、土砂情報を算出することが可能となる。
【0018】
特に、第２発明によれば、本発明の土砂ホッパー算出システムは、土砂情報に基づいて、土砂ホッパーに設けられたドアホッパーの開閉を制御する。これにより、土砂ホッパーに積載された土砂の量に応じて、自動的且つ適切に土砂を排出することが可能となる。
【0019】
特に、第３発明によれば、本発明の土砂ホッパー算出システムは、土砂情報と車両情報とに基づいて、ドアホッパーの開閉を制御する。これにより、土砂ホッパーの積載状態と車両の有無とに応じて、自動的且つ適切に土砂を排土することが可能となる。
【0020】
特に、第４発明によれば、本発明の土砂ホッパー算出システムは、土砂情報と障害物情報とに基づいて、ドアホッパーの開閉を制御する。これにより、土砂ホッパーの積載状態と障害物の状況とに応じて、自動的且つ適切に土砂を排土することが可能となる。
【0021】
特に、第５発明によれば、本発明の土砂ホッパー算出システムは、土砂情報と車両土砂情報とに基づいて、前記ドアホッパーの開閉を制御する。これにより、土砂ホッパーの積載状態と車両の積載状況とに応じて、自動的且つ適切に土砂を排土することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【発明を実施するための形態】
【0023】
まず、本発明に係る土砂ホッパー自動制御システム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、本発明に係る土砂ホッパー自動制御システム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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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又はワイヤ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。クローラークレーン５は、アースバケット３１を吊るす図示しないワイヤを制御することにより、アースバケット３１の昇降及び運搬を制御する。また、クローラークレーン５は、クローラークレーン５に関する情報を検出するための図示しないセンサを備えてもよい。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
次に、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は、マテリアルシャフトを示す図である。マテリアルシャフト２３は、マテリアルロック２４と、マテリアルロック２４と地上Ｔとの間に設けられる第１センサ９０と、作業室２の天井２ａとマテリアルロック２４との間に設けられる第２センサ９１と、作業室２の天井２ａに設けられる第３センサ９２とを備える。
【0045】
第１センサ９０、第２センサ９１、及び第３センサ９２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。第１センサ９０、第２センサ９１、及び第３センサ９２は、例えば小型記録媒体３４から情報を読み取るためのセンサであってもよい。第１センサ９０、第２センサ９１、及び第３センサ９２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を用いたセンサであってもよい。また、第１センサ９０、第２センサ９１、及び第３センサ９２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、第１センサ９０、第２センサ９１、及び第３センサ９２は、レーザ等を用いた光学センサであってもよい。また、第１センサ９０、第２センサ９１、及び第３センサ９２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。
【0046】
第１センサ９０は、マテリアルロック２４と地上Ｔとの間に設けられるまた、第１センサ９０は、例えばマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａに設けられてもよい。また、第１センサ９０は、例えばマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａとマテリアルロック２４との間に設けられてもよい。第２センサ９１は、作業室２の天井２ａとマテリアルロック２４との間に設けられる。第２センサ９１は、例えばマテリアルロック２４の地下Ｇ方向の出口に設けられてもよい。第２センサ９１は、後述する下ドア２７の付近に設けられてもよい。第３センサ９２は、作業室２の天井２ａに設けられる。第３センサ９２は、作業室２の天井２ａのスラブ圧Ｍの間に設けられてもよい。
【0047】
また、アースバケット３１の楊重開始点Ｐと第１センサ９０との間をロック―横行開始点間とし、第１センサ９０と第２センサ９１との間をマテリアルロック上下間とし、第２センサ９１と第３センサ９２との間をロック―スラブ間とし、第３センサ９２から地盤までをスラブ―地盤間とする。ロック―横行開始点間とマテリアルロック上下間とスラブ―地盤間の長さは一定に決められている。また、ニューマチックケーソン工法の過程により、ロック―スラブ間の長さは、変動する。
【0048】
図５は、キャリア装置３２を示す図である。キャリア装置３２は、アースバケット３１を運搬する。また、キャリア装置３２は、例えばマテリアルシャフト２３から排出されたアースバケット３１を楊重開始点Ｐから昇降点Ｑを経由し、反転開始点Ｒまで運搬し、反転点Ｏでアースバケット３１を反転することにより、アースバケット３１に積載された土砂を土砂ホッパー３３に排出してもよい。キャリア装置３２は、アースバケット３１を吊るすワイヤ３８を操作するスケータ部６０と土砂ホッパー３３とを備える。また、キャリア装置３２は、ケーソン１のケーソンショベル１００の等の各設備に電源を送るための電源ケーブル４０２の長さを制御するための電源用リール４００と、電源ケーブル４０２に係る張力を示す張力情報を検出するための張力計４０１とを備えてもよい。楊重開始点Ｐは、マテリアルシャフト２３の上部のマテリアルシャフト２３へアースバケット３１を搬入する箇所である。昇降点Ｑは、任意の場所、及び任意の数だけ予め設定されたアースバケット３１を昇降させる箇所である。反転開始点Ｒは、アースバケット３１の反転動作を開始する箇所である。反転点Ｏは、土砂ホッパー３３の上部のアースバケット３１を反転させる箇所である。
【0049】
電源ケーブル４０２は、例えばマテリアルシャフト２３に挿通され、作業室２内に設けられるケーソンショベル１００等の各設備に接続される。また、電源ケーブル４０２は、ケーソン１のケーソンショベル１００の等の各設備に燃料を送るためのホースであってもよい。また、電源ケーブル４０２は、ケーソン１のケーソンショベル１００の等の各設備に信号を送るための信号線であってもよい。電源用リール４００は、遠隔操作装置１２から送信された制御信号に応じて、電源ケーブル４０２の長さを操作する。張力計４０１は、電源ケーブル４０２に係る張力を検出可能な任意のセンサが用いられてよい。また、張力計４０１は、測定した張力情報を遠隔操作装置１２に送信してもよい。
【0050】
図６は、スケータ部６０を示す図である。スケータ部６０は、アースバケット３１を吊るすワイヤ３８を巻き上げ又は巻き下げを行うことにより、アースバケット３１の上下方向ｚを制御するリール３９と、ガーター６１と、ガーター６１に吊るされた横行ワイヤ６２と、横行ワイヤ６２の長さを制御する横行ウィンチ６４と、横行ワイヤ６２の端部を固定する第１スケータ６５と、横行ワイヤ６２の長さに応じて横行方向ｘの位置が変動する第２スケータ６６と、第２スケータ６６とワイヤ３８とに接続される第３スケータとを備える。また、スケータ部６０は、第１スケータ６５と第２スケータ６６との距離Ｈを測定するための図示しない距離センサを備えてもよい。第２スケータ６５は、第３スケータ６７とワイヤ３８とを介して、アースバケット３１と接続される。また、第２スケータ６５の横行方向ｘの位置に応じて、アースバケット３１の横行方向の位置も変化する。このことから、第１スケータ６５と第２スケータ６６との距離Ｈを測定することにより、アースバケット３１の横行方向の位置を算出することが可能となる。また、横行ウィンチ６４は、遠隔操作装置から送信される制御信号に応じて、横行ワイヤ６２の長さを操作してもよい。
【0051】
図７は、反転開始点のキャリア装置を示す図である。キャリア装置３２は、反転開始点Ｐに反転フック３２２と、フックセンサ９６とを備える。フックセンサ９６は、アースバケット３１の底面に設けられるチェーン３６の位置を示すチェーン位置情報と、チェーン３６を緩嵌合する反転フック３２２の位置を示すフック位置情報とを取得するためのセンサである。フックセンサ９６は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサであってもよい。また、フックセンサ９６は、カメラであってもよい。ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサは、近赤外光や可視光、紫外線を使って対象物に光を照射し、その反射光を光センサでとらえ距離を測定するセンサである。フックセンサ９６は、検出した情報を遠隔操作装置１２に送信してもよい。
【0052】
図８（ａ）は、反転フック３２２の正面を示す図である。図８（ｂ）は、反転フック３２２を俯瞰した図である。反転フック３２２は、くの字型の形状のくの字部３２３と、くの字部３２３の中心に設けられると共にアースバケット３１の底面に設けられたチェーン３６が緩嵌合可能な嵌合部３２４とを備える。くの字部３２３は、アースバケット３１の横行方向ｘに対して凹となるようにくの字型で設けられる。嵌合部３２４は、チェーン３６が横行方向ｘから緩嵌合可能であり、チェーン３６が上下方向ｚに挿通可能であり、チェーン３６の先端に設けられたアンカー３７が上下方向ｚに挿通できないように設けられる。
【0053】
図９は、障害センサ９９を示す図である。キャリア装置３２は、障害センサ９９を備えてもよい。障害センサ９９は、予め設定された範囲に含まれる障害物に関する障害物情報を取得するためのセンサである。障害センサ９９は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサ又はカメラであってもよい。障害センサ９９は、例えばアースバケット３１が横行する範囲Ｆ内に人がいるかを検出する。障害センサ９９は、検出した情報を遠隔操作装置１２に送信する。アースバケット３１が横行する範囲Ｆは、アースバケット３１が横行する範囲の上方及び下方が含まれてもよい。
【0054】
図１０（ａ）は、土砂ホッパー３３を示す図である。図１０（ｂ）は、土砂ホッパー３３の内部を示す図である。図１１（ａ）は、車両の俯瞰図である。図１１（ｂ）は、車両の側面を示す図である。土砂ホッパー３３は、アースバケット３１により作業室２から地上Ｔへと排土された土砂を積載するホッパーである。また、土砂ホッパー３３は、土砂ホッパー３３の下方に設けられた車両７０の車両バケット７１に積載された土砂を排土する。土砂ホッパー３３は、土砂を排土するためのドアホッパー３３ａを備える。また、土砂ホッパー３３は、ホッパセンサ９７と車両センサ９８とを備える。
【0055】
ドアホッパー３３ａは、遠隔操作装置１２から送信された制御信号に応じて、開閉が行われる。また、ドアホッパー３３ａは、複数の区画に区切られ、それぞれの区画毎に独立してドアの開閉が制御されてもよい。ドアホッパー３３ａは、例えば４つの区画に区切られてもよい。
【0056】
ホッパセンサ９７は、土砂ホッパー３３の内部を撮像し、土砂ホッパー３３の積載状態を示す土砂情報を取得するためのセンサである。ホッパセンサ９７は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサ又はカメラであってもよい。ホッパセンサ９７は、土砂ホッパー３３内の一定の高さに設けられたレーザセンサであってもよい。車両センサ９８、土砂ホッパーの下方を含む画像情報を取得するためのセンサである。車両センサ９８は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサ又はカメラであってもよい。ホッパセンサ９７と車両センサ９８とは、検出した情報を遠隔操作装置１２に送信してもよい。
【0057】
図１２は、マテリアルシャフト２３の搬入口２３ａを示す図である。マテリアルシャフト２３は、図１２に示すように、搬入口２３ａと地上センサ９３とを備える。搬入口２３ａは、アースバケット３１をマテリアルシャフト２３に搬入するために地上に設けられる入口である。
【0058】
地上センサ９３は、アースバケット３１とマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａとのそれぞれの位置を示すバケット位置情報と入口位置情報とを検出する地上に設けられるセンサである。地上センサ９３は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサであってもよい。また、地上センサ９３は、カメラであってもよい。また、地上センサ９３は、アースバケット３１とマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａとを撮像する角度が異なるように、複数設けられてもよい。
【0059】
また、キャリア装置３２は、アースバケット３１と、アースバケット３１を吊るすワイヤ３８と、ワイヤ３８の長さを制御するリール３９とを備える。リール３９は、例えば遠隔操作装置１２から送られた信号に応じて、ワイヤ３８を巻き上げ、又は巻き下げを行うことにより、ワイヤ３８の長さを制御する。
【0060】
アースバケット３１は、底面にチェーン３６とチェーン３６の先端に設けられるアンカー３７とを備える。また、アースバケット３１は、図１３（ａ）に示すように、アースバケット３１の上面３１ａにつる４０と、つる４０に設けられたワイヤ３８とを備える。また、つる４０とアースバケット３１との接続箇所を支点Ａとする。また、つる４０とワイヤ３８との接続箇所を支点Ｂとする。また、ワイヤ３８上の点を支点Ｃとする。また、アースバケット３１の上面３１ａの中心点Ｄから支点Ｂを中心として、角度θに含まれる範囲Ｅをショベル侵入不可範囲とする。
【0061】
図１４は、マテリアルロック２４を示す図である。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が設けられる。マテリアルロック２４は、マテリアルロック２４内に搬入されたアースバケット３１を検出するためのマテリアルセンサ９５を備えていてもよい。また、マテリアルロック２４は、マテリアルセンサ９５間の間隔ｂがアースバケット３１の側面の高さａよりも小さくなるように、２以上のマテリアルセンサ９５を備えていてもよい。マテリアルセンサ９５は、マテリアルロック２４に搬入されたアースバケット３１を検出するためのセンサである。マテリアルセンサ９５は、例えば小型記録媒体３４から情報を読み取るためのセンサであってもよい。マテリアルセンサ９５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を用いたセンサであってもよい。また、マテリアルセンサ９５は、ループコイルセンサであってもよい。また、マテリアルセンサ９５は、レーザ等を用いた光学センサであってもよい。また、マテリアルセンサ９５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。
【0062】
図１５は、アースバケット３１の土砂の積載を示す図である。作業室２は、例えばアースバケット３１の積載状態を示す積載情報を取得するための作業室センサ９４を備えていてもよい。作業室センサ９４は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）センサであってもよい。また、作業室センサ９４は、カメラであってもよい。
【0063】
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１６は、本発明を適用した土砂ホッパー自動制御システム６の全体構成を示すブロック図である。土砂ホッパー自動制御システム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の位置を検出する。土砂ホッパー自動制御システム６は、上述した第１センサ９０と、第２センサ９１と、第３センサ９２と、地上センサ９３と、作業室センサ９４と、マテリアルセンサ９５と、フックセンサ９６と、ホッパセンサ９７と、車両センサ９８と、障害センサ９９等の各種センサにより検出された情報を取得する遠隔操作装置１２と、遠隔操作装置１２から送信された信号に応じて、ワイヤ３８を制御するリール３９等の構成とを備える。
【0064】
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。各種センサ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の位置を算出してもよい。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に接続された制御部８２と提示部８３との機能を備える。
【0065】
取得部８０は、各種センサから検出された情報を取得する。取得部８０は、例えば第１センサ９０、第２センサ９１、第３センサ９２から検出された検出情報を取得する。また、取得部８０は、荷重計３５により計測されたワイヤ３８に係る荷重に関する荷重情報を取得してもよい。取得部８０は、例えば地上センサ９３により検出されたアースバケット３１とマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａとのそれぞれの位置を示すバケット位置情報と搬入口位置情報とを取得してもよい。取得部８０は、例えば作業室センサ９４から画像情報、第１点群データを取得してもよい。また、取得部８０は、マテリアルセンサ９５から、検出情報を取得してもよい。また、取得部８０は、フックセンサ９６から、チェーン位置情報とフック位置情報とを取得してもよい。また、取得部８０は、ホッパセンサ９７から土砂情報を取得してもよい。また、取得部８０は、車両センサ９８から画像情報を取得してもよい。また、取得部８０は、障害センサ９９から画像情報を取得してもよい。また、取得部８０は、張力計４０１から張力情報を取得してもよい。また、取得部８０は、土砂ホッパー自動制御システム６を利用するユーザから入力された各種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に出力する。
【0066】
算出部８１は、取得部８０から入力された各種情報に基づいて、各種処理を行う。算出部８１は、例えば、アースバケット３１の位置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制御部８２に出力する。
【0067】
制御部８２は、算出部８１から入力された位置情報に基づいて、リール３９を制御する。制御部８２は、制御信号をリール３９に出力してもよい。また、制御部８２は、ケーソンショベル１００、マテリアルロック２４、ワイヤ固定装置２４０、土砂ホッパー３３、横行ウィンチ６４、電源用リール４００及びその他の構成を制御してもよい。
【0068】
次に、本発明を適用した土砂ホッパー自動制御システム６の動作について図１７を用いて、説明をする。図１７（ａ）は、本発明を適用した土砂ホッパー自動制御システム６のアースバケット３１を作業室２に搬入する動作についてのフローチャートである。図１７（ｂ）は、本発明を適用した土砂ホッパー自動制御システム６のアースバケット３１を地上Ｔに搬出する動作についてのフローチャートである。図１７（ａ）に示すように、アースバケット３１を作業室２に搬入する場合、まずステップＳ１０において、楊重開始点Ｐにあるアースバケット３１を地上センサ９３が検出を行う。地上センサ９３は、マテリアルシャフト２３に搬入するアースバケット３１とマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａとのそれぞれの位置を示すバケット位置情報と搬入口位置情報とを検出する。バケット位置情報は、アースバケット３１の地上Ｔにおける位置を示す情報である。バケット位置情報は、例えばＬｉＤＡＲセンサにより検出されたアースバケット３１を含む点群データであってもよい。点群データは、３次元空間上の座標を示す点群により構成されるデータである。点群データは、例えばセンサの位置から取得対象までの距離情報を示す点群からなるデータである。バケット位置情報は、例えばカメラにより撮像された画像であってもよい。搬入口位置情報は、マテリアルシャフト２３の搬入口２３ａの位置を示す情報である。搬入口位置情報は、例えばＬｉＤＡＲセンサにより検出された搬入口２３ａを含む点群データであってもよい。また、搬入口位置情報は、例えばカメラにより撮像された画像であってもよい。かかる場合、搬入口位置情報は、アースバケット３１とマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａとを撮像する角度が異なるように、複数設けられたカメラにより、それぞれ撮像された画像に基づいて、算出された搬入口２３ａの３次元空間上の位置を示す情報であってもよい。地上センサ９３は、検出した情報を取得部８０に送信する。
【0069】
次に、ステップＳ１１において、取得部８０は、地上センサ９３から送信されたバケット位置情報及び搬入口位置情報を取得する。取得部８０は、取得したバケット位置情報と搬入口位置情報とを算出部８１に出力する。
【0070】
次に、ステップＳ１２において、算出部８１は、取得部８０から送信されたバケット位置情報と搬入口位置情報とに基づいて、アースバケット３１が搬入口２３ａに搬入可能かを判定する。例えば算出部８１は、バケット位置情報がアースバケット３１を含む点群データである場合、まず点群データからアースバケット３１を示す点群を抽出する。かかる場合、３次元空間上の円筒の側面を示す方程式を満たす座標の集合からなる数学モデルを用いて、アースバケット３１を示す点群を抽出する。
【0071】
数学モデルについて、図１８を用いて説明する。数学モデルは、３次元空間上の円筒の側面を示す方程式を満たす座標の集合からなるモデルである。図１８に示すように、垂直に交わるｘｙｚ軸の３次元空間上で、ｘｙ面に平行な底面を有し、原点を底面の中心とする円筒を基準円筒２２０とする。ｘｙｚ軸を軸とする３次元空間を、角度θだけビッチ回転（ｙ軸回転）させた後、角度φだけロール回転（ｘ軸回転）させたとき、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸が変化したものをそれぞれｘ′軸、ｙ′軸、ｚ′軸とする。ヨー回転（ｚ軸回転）については、円筒を回転しても変わらないため、考慮する必要がない。垂直に交わるｘ′軸、ｙ′軸、ｚ′軸の３次元空間上で、ｘ′ｙ′面に平行な底面を有し、上述した原点からさらにｘ方向、ｙ方向、ｚ方向にそれぞれＸ、Ｙ、Ｚだけ並進させた点を底面の中心とす
る円筒を一般化円筒２２１とする。
る円筒を一般化円筒２２１とする。
【0072】
数学モデルは、例えば式１のような基準円筒２２０の側面の基本方程式を満たす座標の集合である。
【数1】
【0073】
ｒは、認識の対象となるアースバケット３１の半径を表す定数であり、ｈは、上述したアースバケット３１の軸方向の長さを表す定数である。
【0074】
一般化円筒２２１上の点（ｘ′、ｙ′、ｚ′）は、基準円筒２２０上の点（ｘ、ｙ、ｚ）を用いて、式２のように表される。
【数2】
【0075】
この一般化円筒２２１上の点（ｘ′、ｙ′、ｚ′）を、座標データと仮定し、座標データをｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に並進させ、座標軸を回転させ、上述した数学モデルと比較することで、アースバケット３１の三次元空間上の位置及び姿勢を判断する。
【0076】
この式１で表される数学モデルと、座標データとして点（ｘp、ｙp、ｚp）を用いて、図１９で示すような手順で、アースバケット３１の三次元空間上の位置及び姿勢を認識する。アースバケット３１の認識は、例えば誤差関数を示す式３を用いて、座標データの点（ｘp、ｙp、ｚp）と、数学モデルを重ね合わせたときの誤差Ｅが最小となるＸ、Ｙ、Ｚ、θ、φの５変数を求めることによって可能となる。
【数3】
【0077】
具体的な手順としては、まずステップＳ１１０において、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、φの５つの
変数を仮変数として、仮変数を設定する。次にステップＳ１１１において、例えば上述したような仮変数と式３を用いて、誤差Ｅを算出する。
変数を仮変数として、仮変数を設定する。次にステップＳ１１１において、例えば上述したような仮変数と式３を用いて、誤差Ｅを算出する。
【0078】
次にステップＳ１１２において、先ほど算出した誤差Ｅに基づいて、誤差Ｅがより小さくなるように仮変数を補正する。ステップＳ１１２で仮変数を補正した後、再びステップＳ１１０に戻り、ステップＳ１１１で誤差Ｅを算出する。上記の手順を繰り返すことで、誤差Ｅが最小となるような仮変数を算出する。最も誤差が小さかった時の仮変数をアースバケット３１の三次元空間上の位置及び姿勢としてもよい。
【0079】
例えば、式４のように誤差Ｅをそれぞれ算出したとすると、最小の誤差Ｅはｔ回目に補正をした仮変数であるから、ｔ回目に補正した仮変数をアースバケット３１の三次元空間上の位置及び姿勢としてもよい。例えば誤差Ｅが最小となったときの仮変数がそれぞれＸ
＝Ｙ＝Ｚ＝２ｃｍ、θ＝φ＝５ｄｅｇであったならば、アースバケット３１は、基準点からｘ方向、ｙ方向、ｚ方向にそれぞれ２ｃｍずれた位置を底面の中心として、基準円筒２２０の状態から、５ｄｅｇビッチ回転し、５ｄｅｇロール回転した三次元空間上の位置及び姿勢であると判断できる。
＝Ｙ＝Ｚ＝２ｃｍ、θ＝φ＝５ｄｅｇであったならば、アースバケット３１は、基準点からｘ方向、ｙ方向、ｚ方向にそれぞれ２ｃｍずれた位置を底面の中心として、基準円筒２２０の状態から、５ｄｅｇビッチ回転し、５ｄｅｇロール回転した三次元空間上の位置及び姿勢であると判断できる。
【数4】
【0080】
最小の誤差Ｅを算出する方法として、例えば式５のように、最初の仮変数をＸ＝Ｙ＝Ｚ
＝θ＝φ＝０として、目的関数を誤差Ｅとした最急降下法で計算を行ってもよい。また、式５において、Ｚを求める方法として、例えば座標データの最下点を０として、θ＝φからＺを推測してもよい。また、例えばθ＝０のとき、Ｚ＝ｒｃｏｓφとなることから、Ｚを推定してもよい。
＝θ＝φ＝０として、目的関数を誤差Ｅとした最急降下法で計算を行ってもよい。また、式５において、Ｚを求める方法として、例えば座標データの最下点を０として、θ＝φからＺを推測してもよい。また、例えばθ＝０のとき、Ｚ＝ｒｃｏｓφとなることから、Ｚを推定してもよい。
【数5】
【0081】
また、数学モデル及びアースバケット３１が円筒であることから、ヨー回転を無視することが可能なことにより、繰り返し計算を行う場合にかかる計算時間を短くすることができる。
【0082】
また、アースバケット３１が、ワイヤ３８に吊るされていることから、ビッチ回転及びロール回転がほとんど起こらないため、初期姿勢の推測が容易なことから、繰り返し計算を行う場合にかかる計算時間を短くすることができる。
【0083】
また、アースバケット３１が、ワイヤ３８に吊るされていることから、アースバケット３１はワイヤ３８の直下にあることが推測できる。このため、Ｘ及びＹの並進の初期姿勢
の推測が容易なことから、繰り返し計算を行う場合にかかる計算時間を短くすることができる。
の推測が容易なことから、繰り返し計算を行う場合にかかる計算時間を短くすることができる。
【0084】
上述した理由により、Ｚ方向のみ、アースバケットの底面あるいは上面を認識して、正確に推定する必要がある。この場合、座標データのうち最もｚ座標の高い点をアースバケット３１の上面と推定することで、繰り返し計算を行う場合にかかる計算時間を短くすることができる。
【0085】
上述した計算方法は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、φの５変数からなる５自由度の計算を繰り返し
行う必要があることから、計算に時間を要することが想定されるが、これらの方法によって、格段に計算を高速化することが可能となる。これにより、点群データからアースバケット３１を示す点群を抽出することができる。
行う必要があることから、計算に時間を要することが想定されるが、これらの方法によって、格段に計算を高速化することが可能となる。これにより、点群データからアースバケット３１を示す点群を抽出することができる。
【0086】
また、ステップＳ１２において、例えば算出部８１は、搬入口位置情報が搬入口２３ａを含む点群データである場合、点群データから搬入口２３ａを示す点群を抽出する。かかる場合、点群データからアースバケット３１を抽出するのと同様に、３次元空間上の円筒の側面を示す方程式を満たす座標の集合からなる数学モデルを用いて、搬入口２３ａを示す点群を抽出する。
【0087】
上述した方法により抽出されたアースバケット３１を示す点群と搬入口２３ａを示す点群とのｘｙ座標を比較し、アースバケット３１を示す点群のｘｙ座標が、搬入口２３ａを示す点群とのｘｙ座標に含まれている場合、アースバケット３１が搬入可能であると判断する。
【0088】
また、ステップＳ１２において、算出部８１は、バケット位置情報がアースバケット３１を含む複数の画像である場合、複数の画像からアースバケット３１の位置を判定する。かかる場合、アースバケット３１とマテリアルシャフト２３の搬入口２３ａとを撮像する角度が異なるように設けられたカメラにより撮像された画像から、アースバケット３１の位置を判定し、予め設定された基準位置内である場合、アースバケット３１が搬入可能であると判断する。
【0089】
ステップＳ１２において、アースバケット３１が搬入可能であると判断された場合、制御部８２は、ワイヤ３８を巻き下げるようにリール３９に制御信号を送信する。これにより、自動的に安全にアースバケット３１を搬入することが可能となる。
【0090】
次に、ステップＳ１３において、第１センサ９０がアースバケット３１を検出する。第１センサ９０は、検出した検出情報を取得部８０に送信する。検出情報は、第１センサ９０、第２センサ９１、又は第３センサ９２等の何れかのセンサによりアースバケット３１が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、例えば第１センサ９０、第２センサ９１、又は第３センサ９２の何れかのセンサ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、例えば第１センサ９０、第２センサ９１、又は第３センサ９２の何れかのセンサによりアースバケット３１が検出した回数の情報であってもよい。時間情報は、例えば第１センサ９０、第２センサ９１、又は第３センサ９２の何れかのセンサによりアースバケット３１が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。
【0091】
次に、ステップＳ１４において、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入する。ステップＳ１４において、取得部８０は、ステップＳ１３により送信された検出情報を算出部８１に出力する。算出部８１は、出力された検出情報に基づいて、アースバケット３１の位置を示す位置情報を算出する。位置情報は、アースバケット３１の位置を示す情報であり、例えばアースバケット３１が地上Ｔにあること示す情報であってもよい。また、位置情報は、例えばアースバケット３１がマテリアルロック上下間にあることを示す情報であってもよい。また、位置情報は、例えばアースバケット３１がロック―スラブ間にあることを示す情報であってもよい。また、位置情報は、例えばアースバケット３１がスラブ―地盤間にあることを示す情報であってもよい。また、位置情報は、アースバケット３１が第１センサ９０、第２センサ９１、又は第３センサ９２の何れかの位置にあることを示す情報であってもよい。算出部８１は、算出した位置情報を制御部８２に出力する。
【0092】
制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報に基づいて、リール３９を制御する。かかる場合、制御部８２は、位置情報が第１センサ９０の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけ巻き下げるようにリール３９を制御する。また、制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報とアースバケット３１の進行状況を示す進行情報とに基づいて、リール３９を制御してもよい。進行情報は、例えばアースバケット３１の目的位置を示す情報である。目的位置は、例えば地上Ｔ又は作業室２である。制御部８２は、進行情報が、作業室２が目的位置であることを示し、位置情報が第１センサ９０の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけ巻き下げるようにリール３９を制御する。制御部８２は、例えば土砂ホッパー自動制御システム６を利用するユーザにより入力された進行情報を取得してもよい。ステップＳ１４により、アースバケット３１をマテリアルロック２４の特定の位置に自動的に搬入することが可能となる。
【0093】
また、制御部８２は、マテリアルロック２４の状態に関するマテリアルロック情報に基づいて、リール３９を制御してもよい。マテリアルロック情報は、例えばマテリアルロック２４の内部の気圧に関する情報である。マテリアルロック情報は、例えば上ドア２６及び下ドア２７の開閉状態に関するである。制御部８２は、上ドア２６が開いており、下ドア２７が閉まっていることを示すマテリアルロック情報が出力された場合、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入するようにリールを制御してもよい。また、制御部８２は、例えばマテリアルロック２４に設けられた図示しないセンサ、カメラ、マテリアルロック２４内の気圧を測定する気圧計等により検出された情報から、マテリアルロック情報を取得してもよい。制御部８２は、例えばマテリアルロック２４に設けられた図示しない気圧計により検出された気圧の情報からマテリアルロック情報を取得してもよい。また、制御部８２は、例えばマテリアルロック２４に設けられた図示しないカメラ又はセンサにより検出された上ドア２６及び下ドア２の情報からマテリアルロック情報を取得してもよい。制御部８２は、例えばマテリアルロック２４の上ドア２６及び下ドア２の図示しない駆動機構に設けられた図示しない距離センサが検出した情報から上ドア２６及び下ドア２が全開もしくは全閉め状態であるかを示すマテリアルロック情報を取得してもよい。これにより、マテリアルロックの状態に応じて適切な動作を自動的に行うことが可能となる。
【0094】
また、制御部８２は、検出情報に基づいて、アースバケットの位置を示す位置情報を算出し、位置情報に基づいて、マテリアルロック２４の上ドア２６又は下ドア２７の開閉を制御してもよい。また、制御部８２は、マテリアルロック情報とマテリアルセンサ９５によりアースバケット３１が検出された検出情報とに基づいて、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入出させるために、リール３９及びマテリアルロック２４を制御してもよい。かかる場合、制御部８２は、例えばステップＳ４１において、マテリアルロック情報に基づいて、上ドア２６が閉じている場合、上ドア２６を開ける。かかる場合、制御部８２は、下ドア２７が閉じている場合、上ドア２６を開けるように制御してもよい。
【0095】
次に、ステップＳ４２において、制御部８２は、リール３９を巻き下げ、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入する。また、ステップＳ４２において、マテリアルロック２４にマテリアルセンサ９５が設けられていない場合、制御部８２は、予め設定された一定の長さだけリール３９を巻き下げてもよい。
【0096】
次にステップＳ４３において、取得部８０は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出した検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得した検出情報に基づいて、位置情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報に基づいて、リール３９の動作を停止させるように制御する。かかる場合、制御部８２は、マテリアルセンサ９５が２以上設けられている場合、２以上のマテリアルセンサ９５が同時にアースバケット３１を検出するまでリール３９を巻き下げるように制御してもよい。これにより、アースバケット３１をマテリアルロック２４内の特定の位置に自動的に静止させることが可能となる。
【0097】
次に、ステップＳ４４において、取得部８０は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出した検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得した検出情報に基づいて、位置情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報に基づいて、マテリアルロック２４の上ドア２６又は下ドア２７の開閉を制御してもよい。かかる場合、例えば取得部８０は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示す検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得した検出情報に基づいて、アースバケット３１がマテリアルロック２４内にあることを示す位置情報を算出し、制御部８２は、算出部８１が算出した位置情報に基づいて、上ドア２６を閉じるように制御してもよい。また、このとき取得部８０は、制御部８２からマテリアルロック２４に送られた制御信号に基づいて、上ドア２６が閉じたことを示すマテリアルロック情報を取得してもよい。これにより、マテリアルロック２４内のアースバケット３１の位置を算出することが可能となる。また、アースバケット３１の位置に応じて、適切なマテリアルロック２４のドアの開閉の制御の自動化が可能となる。
【0098】
また、ステップＳ４４において、取得部８０は、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出したそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれ検出情報に基づいて、位置情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報に基づいて、マテリアルロック２４の上ドア２６又は下ドア２７の開閉を制御してもよい。かかる場合、例えば取得部８０は、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示すそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれの検出情報に基づいて、アースバケット３１がマテリアルロック２４内の２以上のマテリアルセンサ９５により検出される位置にあることを示す位置情報を算出し、制御部８２は、算出部８１が算出した位置情報に基づいて、上ドア２６を閉じるように制御してもよい。これにより、より高精度にマテリアルロック２４内のアースバケット３１の位置を算出することが可能となる。
【0099】
また、ステップＳ４４において、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出したそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれ検出情報に基づいて、位置情報とアースバケット３１がマテリアルロック２４を通過する方向に関する通過方向情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報と通過方向情報とに基づいて、マテリアルロック２４の上ドア２６又は下ドア２７の開閉を制御してもよい。通過方向情報は、アースバケット３１が通過する方向を示す情報であり、例えばアースバケット３１の通過方向が作業室２の方向又は地上Ｔの方向を示す情報である。かかる場合、例えば取得部８０は、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示すそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれの検出情報が示すアースバケット３１を検出した時間に基づいて、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出した順番を算出し、算出した順番からアースバケット３１の通過方向が作業室２方向であることを示す通過方向情報を算出する。制御部８２は、例えばマテリアルロック２４に設けられた図示しない気圧計により検出された気圧の情報からマテリアルロック情報を取得してもよい。また、制御部８２は、例えばマテリアルロック２４に設けられた図示しないカメラ又はセンサにより検出された上ドア２６及び下ドア２の情報からマテリアルロック情報を取得してもよい。制御部８２は、例えばマテリアルロック２４の上ドア２６及び下ドア２の図示しない駆動機構に設けられた図示しない距離センサが検出した情報から上ドア２６及び下ドア２が全開もしくは全閉め状態であるかを示すマテリアルロック情報を取得してもよい。また、ステップＳ４４において、算出部８２は、マテリアルロック情報に基づいて、通過方向情報を算出してもよい。かかる場合、算出部８２は、例えばマテリアルロック情報が上ドア２６が開いており、下ドア２７が閉じており、マテリアルロック２４内の気圧が大気圧であることを示す場合、アースバケット３１の通過方向が地上Ｔ方向であることを示す通過方向情報を算出する。また、算出部８２は、例えばマテリアルロック情報が下ドア２７が開いており、上ドア２６が閉じており、マテリアルロック２４内の気圧が作業気圧であることを示す場合、アースバケット３１の通過方向が作業室２方向であることを示す通過方向情報を算出する。制御部８２は、位置情報と通過方向情報とに基づいて、上ドア２６を閉じるようにマテリアルロック２４を制御する。これにより、アースバケット３１の通過方向を自動的に算出することが可能となるため、通過方向に応じた適切な制御が自動的に可能となる。
【0100】
また、ステップＳ４４において、制御部８２は、上ドア２６を閉め、マテリアルロック２４内の気圧が作業室２内の気圧である作業気圧となるようにマテリアルロック２４の気圧を制御する。かかる場合、制御部８２は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示す検出情報と上ドア２６と下ドア２７とが閉まっていることを示すマテリアルロック情報とが入力された場合、マテリアルロック２４内の気圧を制御するようにしてもよい。また、このとき取得部８０は、制御部８２からマテリアルロック２４に送られた制御信号に基づいて、マテリアルロック２４内の気圧が作業気圧であることを示すマテリアルロック情報を取得してもよい。
【0101】
次に、ステップＳ４５において、制御部８２は、下ドア２７を開けるようにマテリアルロック２４を制御する。かかる場合、制御部８２は、上ドア２６と下ドア２７とが閉じていることを示すマテリアルロック情報が入力された場合、下ドア２７を開くようにマテリアルロック２４を制御してもよい。また、ステップＳ４５において、制御部８２は、マテリアルロック２４内の気圧が作業気圧であることを示すマテリアルロック情報と、ステップＳ４４において、算出した通過方向情報とに基づいて、下ドア２７を開けるように制御してもよい。
【0102】
次に、ステップＳ４６において、制御部８２は、アースバケット３１をマテリアルロック２４から搬出するようにリール３９を制御する。上述したステップＳ４１～Ｓ４６を行うことにより、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入及び搬出する動作が終了する。これにより、自動的にマテリアルロック２４にアースバケット３１を搬入及び搬出することが可能となる。
【0103】
次に、ステップＳ１５において、第２センサ９１がアースバケット３１を検出する。ステップＳ４６により、マテリアルロック２４から搬出されたアースバケット３１が、マテリアルロック２４内で圧力調整をした後、リール３９が巻き下げられ、第２センサ９１の位置に到達することで、第２センサ９１は、アースバケット３１を検出する。第２センサ９１は、検出した検出情報を取得部８０に送信する。
【0104】
次に、ステップＳ１６において、取得部８０は、ステップＳ１５により送信された検出情報を算出部８１に出力する。算出部８１は、出力された検出情報に基づいて、位置情報を算出する。算出部８１は、算出した位置情報を制御部８２に出力する。
【0105】
制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報に基づいて、リール３９を制御する。かかる場合、制御部８２は、位置情報が第２センサ９１の位置であることを示す場合、第３センサ９２によりアースバケット３１が検出されるまで、ワイヤ３８を巻き下げるようにリール３９を制御する。また、制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報と進行情報とに基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、進行情報が、作業室２が目的位置であることを示し、位置情報が第２センサ９１の位置であることを示す場合、第３センサ９２によりアースバケット３１が検出されるまで、ワイヤ３８を巻き下げるようにリール３９を制御する。
【0106】
次に、ステップＳ１７において、アースバケット３１の着地制御を行う。かかる場合、まず第３センサ９３は、ステップＳ１６により巻き下げられたアースバケット３１を検出する。第３センサ９３は、検出した検出情報を取得部８０に送信し、取得部８０は、出力された検出情報を算出部８１に出力する。算出部８１は、出力された検出情報に基づいて、位置情報を算出する。算出部８１は、算出した位置情報を制御部８２に出力する。制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報に基づいて、リール３９を制御する。かかる場合、制御部８２は、位置情報が第３センサ９２の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけワイヤ３８を巻き下げるようにリール３９を制御する。また、制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報と進行情報とに基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、進行情報が、作業室２が目的位置であることを示し、位置情報が第３センサ９２の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけワイヤ３８を巻き下げるようにリール３９を制御する。
【0107】
また、制御部８２は、荷重計３５から送信された荷重情報と位置情報とに基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、位置情報が第３センサ９２の位置であることを示す場合、荷重情報が示すワイヤ３８にかかる荷重が閾値以下となるまでワイヤ３８を巻き下げるようにリール３９を制御してもよい。また、制御部８２は、荷重計３５から送信された荷重情報に基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、例えば荷重計３５から送信された荷重情報が示す荷重が基準値以下となる場合、予め設定された長さだけワイヤ３８を巻き上げ、この後再び巻き下げを行うようにリール３９を制御してもよい。これにより、巻き下げ中にアースバケット３１が引っかかった場合においても、自動的に適切に対応することが可能となる。
【0108】
また、制御部８２は、位置情報が第３センサ９２の位置であることを示す場合、リール３９によりワイヤ３８を巻き下げる速度を低下させてもよい。
【0109】
上述した各ステップを行うことにより、アースバケット３１を作業室２に搬入する動作が終了する。これにより、自動的にかつ安全にアースバケット３１を作業室２に搬入することが可能となる。
【0110】
次に、アースバケット３１に土砂を積載する動作について説明する。土砂ホッパー自動制御システム６は、図２０に示すように、ケーソンショベル１００がアースバケット３１に土砂を積載する軌跡を示す軌跡情報を生成してもよい。かかる場合、まず、ステップＳ３０において、作業室センサ９４がアースバケット３１を含む作業室２内の第１点群データを検出する。第１点群データは、アースバケットを含む作業室２内の点群からなるデータである。作業室センサ９４は、第１点群データを取得部８０に送信する。
【0111】
次に、ステップＳ３１において、取得部８０は、第１点群データを取得する。取得部８０は、送信された第１点群データを算出部８１に出力する。
【0112】
次に、ステップＳ３２において、算出部８１は、出力された第１点群データから、作業室２内にあるアースバケット３１を示す第２点群データを抽出する。第２点群データは、アースバケット３１を示す点群からなるデータである。
【0113】
次に、ステップＳ３３において、算出部８１は、アースバケット３１に設けられたワイヤ３８を示す第３点群データを抽出する。第３点群データは、ワイヤ３８を示す点群からなるデータである。かかる場合、算出部８１は、ステップＳ３１により抽出した第１点群データにある直線上の点群を第３点群データとしてもよい。また、算出部８１は、ステップＳ３２により抽出した第２点群データが示すアースバケット３１から閾値内の距離にある直線上の点群を第３点群データとしてもよい。また、図１３（ｂ）に示す推定直線２３０との差が閾値以下となる点群を第３点群データとしてもよい。推定直線２３０は、３次元空間上の直線を示す方程式を満たす座標の集合からなるモデルである。
【0114】
また、ステップＳ３３において、算出部８１は、ステップＳ３２により抽出した第２点群データに基づいて、アースバケット３１のつる４０を示す第４点群データを抽出し、抽出した第４点群データに基づいて、第３点群データを抽出してもよい。かかる場合、算出部８１は、第２点群データから予め設定されたマッチング形状２３１のモデルと一致又は近似する点群データを第４点群データとして抽出してもよい。マッチング形状２３１のモデルは、３次元空間上のつる４０を示す方程式を満たす座標の集合からなるモデルである。かかる場合、例えばＲＡＮＳＡＣ（Random Sample Consensus）等を用いて点群データを抽出してもよい。
【0115】
ステップＳ３３において、抽出した第４点群データに基づいて、第３点群データを抽出してもよい。かかる場合、第４点群データに隣接する推定直線２３０を満たす点群データを第３点群データとして抽出してもよい。また、各点群データから、アースバケット３１の上面３１ａとつる４０との接点を支点Ａとし、つる４０とワイヤ３８との接点を支点Ｂとし、ワイヤ３８の上端を支点Ｃとして抽出してもよい。
【0116】
次に、ステップＳ３４において、ステップＳ３１により取得した第１点群データと、ステップＳ３２により抽出した第２点群データとに基づいて、アースバケット３１の積載状態を示す積載情報を算出する。算出部８１は、例えば第１点群データから、抽出した第２点群データを消去することにより、アースバケット３１の内部に積載された積載物を示す点群データを抽出し、抽出した積載物を示す点群データに基づいて、積載量を示す積載情報を取得してもよい。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の内部に積載された土砂の量を示す情報であってもよい。
【0117】
次に、ステップＳ３５において、ステップＳ３４により算出した積載情報に基づいて、アースバケット３１に土砂が積み込み可能かを判定する。かかる場合、算出部８１は、積載情報が示す土砂の量、又は高さが基準値以下の場合、積み込み可能と判定し、基準値以上の場合、積み込み不可と判定する。
【0118】
次に、ステップＳ３６において、ステップＳ３３により抽出した第３点群データに基づいて、ワイヤの位置を示すワイヤ位置情報を算出する。ワイヤ位置情報は、３次元空間上のワイヤ３８の位置を示す情報である。また、ワイヤ位置情報は、ワイヤ３８のアースバケット３１との相対位置を示す情報であってもよい。また、ワイヤ位置情報は、図１３（ｂ）に示すように、ワイヤ３８が支点Ａより方向ｘ側にあるか、方向ｘの逆側にあるかを示す情報であってもよい。また、ステップＳ３６において、提示部８３は、ワイヤ位置情報等の各情報をユーザに提示してもよい。
【0119】
次に、ステップＳ３７において、第３点群データに基づいて、作業室２内のケーソンショベル１００がアースバケット３１に土砂を積載可能な方向を示す方向情報を算出する。方向情報は、例えば図１３（ｂ）に示すように、方向ｘからケーソンショベル１００がアースバケット３１に土砂が積載可能であることを示す情報であってもよい。かかる場合、例えば算出部８１は、第３点群データに基づいて、ワイヤ位置情報を算出し、算出したワイヤ位置情報に基づいて、方向情報を算出してもよい。算出部８１は、例えばワイヤ位置情報が、ワイヤ３８が支点Ａより方向ｘ側にあることを示す場合、方向ｘに積載可能であることを示す方向情報を算出してもよい。また、ステップＳ３７において、提示部８３は、方向情報等の各情報をユーザに提示してもよい。これにより、ワイヤ３８とケーソンショベル１００とを接触させることなく、自動的にアースバケット３１に土砂を積載することが可能となる。
【0120】
次に、ステップＳ３８において、ステップＳ３７において算出した方向情報に基づいて、ケーソンショベル１００がアースバケット３１に土砂を積載する軌跡を示す軌跡情報を生成する。軌跡情報は、例えばケーソンショベル１００のバケット１５２の軌跡を示す情報であってもよい。また、軌跡情報は、例えば走行体１１０、ブーム１３０、及びバケットアタッチメント１５０等のケーソンショベル１００の各構成の動作を示す情報であってもよい。算出部８１は、方向情報が示すケーソンショベル１００がアースバケット３１に土砂を積載可能な方向からケーソンショベル１００によりアースバケット３１に土砂を積載するように軌道情報を生成する。
【0121】
上述したステップＳ３０～ステップＳ３８により、アースバケット３１に土砂を積載する動作が終了する。これにより、アースバケット３１に自動的に土砂を積載することが可能となる。
【0122】
次に、アースバケット３１を地上Ｔに搬出する動作について説明する。図１７（ｂ）に示すように、まずステップＳ２０において、作業室センサ９４がアースバケット３１を検出する。作業室センサ９４は、作業室２内の第１点群データを取得する。作業室センサ９４は、取得した第１点群データを取得部８０に送信する。
【0123】
次に、ステップＳ２１において、取得部８０は、送信された第１点群データを算出部８１に出力する。算出部８１は出力された第１点群データから、作業室２内にあるアースバケット３１を示す第２点群データを抽出する。かかる場合、算出部８１は、上述した数学モデルを用いて、アースバケット３１を示す第２点群データを抽出してもよい。算出部８１は、第１点群データと第２点群データとに基づいて、アースバケット３１の積載状態を示す積載情報を算出する。算出部８１は、算出した積載情報を制御部８２に出力してもよい。
【0124】
次に、ステップＳ２２において、制御部８２は、第３センサ９３の位置までワイヤを巻き上げるようにリール３９を制御する。制御部８２は、例えばステップＳ２１又はステップＳ３４により算出された積載情報に基づいて、ワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御する。かかる場合、制御部８２は、積載情報が示す土砂の積載量が基準値以上を示す場合、ワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御してもよい。これにより、自動的にアースバケット３１の搬出作業を適切に判断し、開始することが可能となる。
【0125】
また、ステップＳ２２において、制御部８２は、ワイヤを巻き上げるための制御信号が入力された場合、ワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御してもよい。かかる場合、制御信号は、ユーザにより入力されてもよい。
【0126】
次に、ステップＳ２３において、制御部８２は、第２センサ９１により、アースバケット３１が検出されるまでワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御する。ステップＳ２３において、制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報に基づいて、リール３９を制御する。かかる場合、制御部８２は、位置情報が第３センサ９２の位置であることを示す場合、第２センサ９１によりアースバケット３１が検出されるまで、ワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御する。また、制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報と進行情報とに基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、進行情報が、地上Ｔが目的位置であることを示し、位置情報が第３センサ９２の位置であることを示す場合、第２センサ９１によりアースバケット３１が検出されるまで、ワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御する。また、制御部８２は、荷重計３５から送信された荷重情報に基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、例えば荷重計３５から送信された荷重情報が示す荷重が基準値以上となる場合、予め設定された長さだけワイヤ３８を巻き下げ、この後再び巻き上げを行うようにリール３９を制御してもよい。これにより、巻き上げ中にアースバケット３１が引っかかった場合においても、自動的に適切に対応することが可能となる。
【0127】
次に、ステップＳ２４において、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入する。ステップＳ２４において、取得部８０は、ステップＳ２３により送信された検出情報を算出部８１に出力する。算出部８１は、出力された検出情報に基づいて、アースバケット３１の位置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制御部８２に出力する。
【0128】
制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報に基づいて、リール３９を制御する。かかる場合、制御部８２は、位置情報が第２センサ９１の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけ巻き上げるようにリール３９を制御する。また、制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報と進行情報とに基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、進行情報が、地上Ｔが目的位置であることを示し、位置情報が第２センサ９１の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけ巻き上げるようにリール３９を制御する。ステップＳ２４により、アースバケット３１をマテリアルロック２４の特定の位置に自動的に搬入することが可能となる。
【0129】
また、制御部８２は、マテリアルロック情報に基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、上ドア２６が閉じており、下ドア２７が開いていることを示すマテリアルロック情報が出力された場合、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入するようにリールを制御してもよい。これにより、マテリアルロックの状態に応じて適切な動作を自動的に行うことが可能となる。
【0130】
また、制御部８２は、マテリアルロック情報とマテリアルセンサ９５によりアースバケット３１が検出された検出情報とに基づいて、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入出させるために、リール３９及びマテリアルロック２４を制御してもよい。かかる場合、制御部８２は、例えばステップＳ５１において、マテリアルロック情報に基づいて、下ドア２７が閉じている場合、下ドア２７を開ける。かかる場合、制御部８２は、上ドア２６が閉じている場合、下ドア２７を開けるように制御してもよい。
【0131】
次に、ステップＳ５２において、制御部８２は、リール３９を巻き上げ、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入する。また、ステップＳ５２において、マテリアルロック２４にマテリアルセンサ９５が設けられていない場合、制御部８２は、予め設定された一定の長さだけリール３９を巻き上げてもよい。
【0132】
次にステップＳ５３において、取得部８０は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出した検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得した検出情報に基づいて、位置情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報に基づいて、リール３９の動作を停止させるように制御する。かかる場合、制御部８２は、マテリアルセンサ９５が２以上設けられている場合、２以上のマテリアルセンサ９５が同時にアースバケット３１を検出するまでリール３９を巻き上げるように制御してもよい。これにより、アースバケット３１をマテリアルロック２４内の特定の位置に自動的に静止させることが可能となる。
【0133】
次に、ステップＳ５４において、取得部８０は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出した検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得した検出情報に基づいて、位置情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報に基づいて、マテリアルロック２４の上ドア２６又は下ドア２７の開閉を制御してもよい。かかる場合、例えば取得部８０は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示す検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得した検出情報に基づいて、アースバケット３１がマテリアルロック２４内にあることを示す位置情報を算出し、制御部８２は、算出部８１が算出した位置情報に基づいて、下ドア２７を閉じるように制御してもよい。また、このとき取得部８０は、制御部８２からマテリアルロック２４に送られた制御信号に基づいて、下ドア２７が閉じたことを示すマテリアルロック情報を取得してもよい。これにより、マテリアルロック２４内のアースバケット３１の位置を算出することが可能となる。また、アースバケット３１の位置に応じて、適切なマテリアルロック２４のドアの開閉の制御の自動化が可能となる。
【0134】
また、ステップＳ５４において、取得部８０は、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出したそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれ検出情報に基づいて、位置情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報に基づいて、マテリアルロック２４の上ドア２６又は下ドア２７の開閉を制御してもよい。かかる場合、例えば取得部８０は、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示すそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれの検出情報に基づいて、アースバケット３１がマテリアルロック２４内の２以上のマテリアルセンサ９５により検出される位置にあることを示す位置情報を算出し、制御部８２は、算出部８１が算出した位置情報に基づいて、下ドア２７を閉じるように制御してもよい。これにより、より高精度にマテリアルロック２４内のアースバケット３１の位置を算出することが可能となる。また、ステップＳ５４において、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出したそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれ検出情報に基づいて、位置情報とアースバケット３１がマテリアルロック２４を通過する方向に関する通過方向情報を算出し、制御部８２は、算出した位置情報と通過方向情報とに基づいて、マテリアルロック２４の上ドア２６又は下ドア２７の開閉を制御してもよい。かかる場合、例えば取得部８０は、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示すそれぞれの検出情報を取得し、算出部８１は、取得部８０が取得したそれぞれの検出情報が示すアースバケット３１を検出した時間に基づいて、２以上のマテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出した順番を算出し、算出した順番からアースバケット３１の通過方向が地上Ｔ方向であることを示す通過方向情報を算出する。制御部８２は、位置情報と通過方向情報とに基づいて、下ドア２７を閉じるようにマテリアルロック２４を制御する。これにより、アースバケット３１の通過方向を自動的に算出することが可能となるため、通過方向に応じた適切な制御が自動的に可能となる。
【0135】
また、ステップＳ５４において、制御部８２は、下ドア２７を閉め、マテリアルロック２４内の気圧が作業室２内の気圧である作業気圧となるようにマテリアルロック２４の気圧を制御する。かかる場合、制御部８２は、マテリアルセンサ９５がアースバケット３１を検出していることを示す検出情報と上ドア２６と下ドア２７とが閉まっていることを示すマテリアルロック情報とが入力された場合、マテリアルロック２４内の気圧を制御するようにしてもよい。また、このとき取得部８０は、制御部８２からマテリアルロック２４に送られた制御信号に基づいて、マテリアルロック２４内の気圧が大気圧であることを示すマテリアルロック情報を取得してもよい。
【0136】
次に、ステップＳ５５において、制御部８２は、上ドア２６を開けるようにマテリアルロック２４を制御する。かかる場合、制御部８２は、上ドア２６と下ドア２７とが閉じていることを示すマテリアルロック情報が入力された場合、上ドア２６を開くようにマテリアルロック２４を制御してもよい。また、ステップＳ４５において、制御部８２は、マテリアルロック２４内の気圧が大気圧であることを示すマテリアルロック情報と、ステップＳ４４において、算出した通過方向情報とに基づいて、上ドア２６を開けるように制御してもよい。
【0137】
上述したステップＳ５１～Ｓ５６を行うことにより、アースバケット３１をマテリアルロック２４に搬入及び搬出する動作が終了する。これにより、自動的にマテリアルロック２４にアースバケット３１を搬入及び搬出することが可能となる。
【0138】
次に、ステップＳ２５において、第１センサ９０がアースバケット３１を検出する。ステップＳ５６により、マテリアルロック２４に搬出されたアースバケット３１が、第１センサ９０の位置に到達することで、第１センサ９０は、アースバケット３１を検出する。第１センサ９０は、検出した検出情報を取得部８０に送信する。取得部８０は、送信された検出情報を算出部８１に出力する。算出部８１は、出力された検出情報に基づいて、位置情報を算出する。算出部８１は、算出した位置情報を制御部８２に出力する。
【0139】
次に、ステップＳ２６において、アースバケット３１をマテリアルシャフト２３から搬出する。ステップＳ２６において、制御部８２は、ステップＳ２５において、算出部８１から出力された位置情報に基づいて、リール３９を制御する。かかる場合、制御部８２は、位置情報が第１センサ９０の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけ、ワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御する。また、制御部８２は、算出部８１から出力された位置情報と進行情報とに基づいて、リール３９を制御してもよい。制御部８２は、進行情報が、地上Ｔが目的位置であることを示し、位置情報が第１センサ９０の位置であることを示す場合、予め設定された長さだけ、ワイヤ３８を巻き上げるようにリール３９を制御する。
【0140】
上述した各ステップを行うことにより、アースバケット３１を地上Ｔに搬出する動作が終了する。これにより、自動的にかつ安全にアースバケット３１を地上Ｔに搬出することが可能となる。
【0141】
次に、地上Ｔに搬出したアースバケット３１の土砂を土砂ホッパー３３に排土する動作について説明する。図２１に示すように、まずステップＳ６０において、地上検出情報を検出する。地上検出情報は、地上に設けられたセンサにより検出された、アースバケット３１に関する情報である。地上検出情報は、例えば楊重開始点Ｐから昇降点Ｑを経由し、反転開始点Ｒへと運搬される地上Ｔに排出されたアースバケット３１を検出する情報であってもよい。地上検出情報は、例えば図示しない距離センサにより検出された、第１スケータ６５と第２スケータ６６との距離Ｈを示す情報であってもよい。地上検出情報は、例えばアースバケット３１を吊るすワイヤ３８を制御するクローラークレーン５に関する情報であってもよい。かかる場合、地上検出情報は、例えばクローラークレーン５に取り付けられた任意の図示しないセンサにより検出されたクローラークレーン５の旋回角度、クレーンの仰角、ジブ長、ワイヤ３８の巻き量を示す情報であってもよい。地上検出情報を検出したセンサは、取得部８０に検出した情報を送信する。
【0142】
次に、ステップＳ６１において、算出部８１は、ステップＳ６１により取得した地上検出情報に基づいて、アースバケット３１の地上での位置を示す地上位置情報を算出する。地上位置情報は、例えばアースバケット３１が楊重開始点Ｐから反転点Ｏの何れの位置にあるかを示す情報であってもよい。算出部８１、例えば、地上検出情報が第１スケータ６５と第２スケータ６６との距離Ｈを示す情報である場合、距離Ｈに応じて予め決定された位置を示す地上位置情報を算出する。また、算出部８１は、地上検出情報がクローラークレーン５に取り付けられた任意のセンサにより検出されたクローラークレーン５の旋回角度、クレーンの仰角、ジブ長、ワイヤ３８の巻き量を示す情報である場合、クローラークレーン５の旋回角度、クレーンの仰角、ジブ長、ワイヤ３８の巻き量を変数として、地上での位置を算出する任意の関数を用いて、地上位置情報を算出してもよい。かかる場合、算出部８１は、例えばクローラークレーン５の旋回角度、クレーンの仰角、ジブ長を変数とする極座標系から直交座標系を算出し、ワイヤ３８の巻き量を補正することで地上位置情報を算出してもよい。
【0143】
ステップＳ６２において、取得部８０は、障害センサ９９により検出した予め設定された範囲に含まれる障害物に関する障害物情報を取得する。障害物情報は、予め設定された範囲に含まれる障害物に関する情報である。障害物情報は、例えば範囲Ｆを含む画像の情報であってもよい。かかる場合、障害センサ９９は、例えばアースバケット３１が横行する範囲Ｆを含む画像を撮像し、取得部８０に送信してもよい。
【0144】
次に、ステップＳ６３において、取得部８０は、土砂ホッパー３３の積載状態を示す土砂情報を取得する。土砂情報は、例えば土砂ホッパー３３に積載された土砂の量を示す情報であってもよい。また、土砂情報は、土砂ホッパー３３に積載された土砂の量が基準値より大きいか小さいかを示す情報であってもよい。かかる場合、例えばホッパセンサ９７により検出された画像情報に基づいて、土砂情報を算出してもよい。かかる場合、画像情報は、例えばホッパセンサ９７により撮像された土砂ホッパー３３に積載された土砂を含む画像であってもよい。また、画像情報は、例えばホッパセンサ９７により撮像された土砂ホッパー３３に積載された土砂の点群を含む画像であってもよい。例えば算出部８１は、画像情報に基づいて、土砂情報を算出してもよい。かかる場合、例えば算出部８１は、画像情報に含まれる点群の高さの積分値に基づいて土砂情報を算出してもよい。
【0145】
また、ステップＳ６３において、算出部８１は、ステップＳ３４により算出された積載情報に基づいて、土砂情報を算出してもよい。かかる場合、算出部８１は、例えば作業室２から排出されたアースバケット３１の積載情報が示す土砂の量の累計を土砂情報として算出してもよい。これにより、土砂ホッパー３３にセンサを設けることなく、土砂情報を算出することが可能となる。
【0146】
次に、ステップＳ６４において、制御部８２は、アースバケット３１の運搬を制御する。制御部８２は、例えばステップＳ６１により算出された地上位置情報に基づいて、横行ウィンチ６４及びリール３９の動作を制御することにより、アースバケット３１を運搬する。制御部８２は、例えばステップＳ６１により算出された地上位置情報が楊重開始点Ｐにアースバケット３１があることを示す場合、楊重開始点Ｐから昇降点Ｑにアースバケット３１を運搬するように横行ウィンチ６４を制御する。また、制御部８２は、例えばステップＳ６１により算出された地上位置情報が昇降点Ｑにアースバケット３１があることを示す場合、予め設定された高さ分アースバケット３１を昇降させるようにリール３９を制御してもよい。また、制御部８２は、制御部８２は、例えばステップＳ６１により算出された地上位置情報に基づいて、クローラークレーン５の動作を制御することにより、アースバケット３１を運搬してもよい。これにより、昇降点Ｑに障害物等があった場合においても、自動的に障害物とアースバケット３１の接触を防止することが可能となる。
【0147】
また、制御部８２は、例えばステップＳ６１により算出された地上位置情報が昇降点Ｑにアースバケット３１があることを示す場合、反転開始点Ｒまでアースバケット３１を運搬するように横行ウィンチ６４を制御する。これにより、アースバケット３１の地上での位置に応じて、自動的で適切な運搬が可能となる。
【0148】
また、制御部８２は、例えばステップＳ６２により取得した障害物情報に基づいて、アースバケット３１の運搬を制御してもよい。かかる場合、制御部８２は、障害物情報が範囲Ｆに障害物があることを示す場合、アースバケットの運搬を停止させるように制御してもよい。また、算出部８１は、例えばステップＳ６２により取得した障害物情報が範囲Ｆを含む画像である場合、画像から障害物を認識し、範囲Ｆに障害物があるかどうかを判定してもよい。かかる場合、制御部８２は、算出部８１により算出された判定の結果に基づいてアースバケット３１の運搬を制御してもよい。これにより、アースバケット３１の運搬経路に作業員等が侵入した場合においても、自動的に動作を停止させることが可能となる。
【0149】
次に、ステップＳ６５において、フックセンサ９６は、アースバケット３１の底面に設けられるチェーン３６の位置を示すチェーン位置情報と、チェーン３６を緩嵌合する反転フック３２２の位置を示すフック位置情報とを検出する。チェーン位置情報は、チェーン３６の位置を示す情報である。チェーン位置情報は、例えばＬｉＤＡＲセンサにより検出されたチェーン３６を含む点群データであってもよい。また、チェーン位置情報は、例えばＬｉＤＡＲセンサにより検出されたアースバケット３１とチェーン３６とを含む点群データであってもよい。また、チェーン位置情報は、例えばカメラにより撮像された画像であってもよい。フック位置情報は、反転フック３２２の位置を示す情報である。フック位置情報は、例えばＬｉＤＡＲセンサにより検出された反転フック３２２を含む点群データであってもよい。フック位置情報は、例えばＬｉＤＡＲセンサにより検出された反転フック３２２を含む点群データであってもよい。また、チェーン位置情報は、例えばカメラにより撮像された画像であってもよい。またフック位置情報は、予め設定された範囲を示す座標等であってもよい。フックセンサ９６は、検出した情報を取得部８０に送信する。取得部８０は、取得した情報を算出部８１に出力する。
【0150】
次に、ステップＳ６６において、算出部８１は、取得部８０から送信されたチェーン位置情報とフック位置情報とに基づいて、チェーン３６が反転フック３２２に緩嵌合可能かを示す判定結果を算出する。例えば算出部８１は、チェーン位置情報がチェーン３６を含む点群データである場合、まず点群データからチェーン３６を示す点群を抽出する。かかる場合、３次元空間上の直線を示す方程式を満たす座標の集合からなる数学モデルを用いて、チェーン３６を示す点群を抽出する。また、算出部８１は、チェーン位置情報がアースバケット３１とチェーン３６とを含む点群データである場合、アースバケット３１を示す点群を抽出し、抽出したアースバケット３１に点群から一定範囲の距離内にある直線を示す点群をチェーン３６として抽出してもよい。
【0151】
また、ステップＳ６６において、例えば算出部８１は、フック位置情報が反転フック３２２を含む点群データである場合、点群データから反転フック３２２を示す点群を抽出する。かかる場合、点群データから、反転フック３２２を模した３次元空間上の数学モデルを用いて、反転フック３２２を示す点群を抽出する。
【0152】
上述した方法により抽出されたチェーン３６を示す点群と反転フック３２２を示す点群との座標を比較し、チェーン３６を示す点群の座標が、反転フック３２２を示す点群の座標に応じて決定される範囲に含まれている場合、チェーン３６が反転フック３２２に緩嵌合可能である判定結果を算出する。かかる場合、例えば算出部８１は、チェーン３６を示す点群が、反転フック３２２のくの字部３２３を示す点群の座標の範囲内に含まれている場合、チェーン３６が反転フック３２２に緩嵌合可能である判定結果を算出する。
【0153】
次に、ステップＳ６７において、制御部８１は、ステップＳ６６により判定した判定結果に基づいて、アースバケット３１を反転させる反転動作を制御する。制御部８１は、ステップＳ６６により判定した判定結果が緩嵌合可能であることを示す場合、アースバケット３１を反転させる反転動作を制御する。かかる場合、制御部８１は、横行ウィンチ６４を制御することで、アースバケット３１を反転点Ｏまでアースバケット３１を運搬する。また、制御部８１は、横行ウィンチ６４の制御と同時に、リール３９を制御し、ワイヤ３８を巻き下げる。横行ウィンチ６４及びリール３９の動作の速度は予め設定された速度で動作させてもよいが、これに限らず任意の速度で動作させてもよい。これにより、アースバケット３１のアンカー３７が反転フック３２２に係止されることにより、アースバケット３１が反転し、アースバケット３１から土砂ホッパー３３へ土砂を自動的に排出することが可能となる。
【0154】
上述した各ステップを行うことにより、アースバケット３１から土砂ホッパー３３に土砂を排出する動作が終了する。これにより、自動的にかつ安全にアースバケット３１から土砂ホッパー３３に土砂を排出することが可能となる。
【0155】
次に、土砂ホッパー３３の土砂を車両７０に排土する動作について説明する。図２２に示すように、まずステップＳ７０において、ホッパセンサ９７が検出を行う。ホッパセンサ９７は、例えば土砂ホッパー３３を含む画像を示す画像情報を検出する。また、ホッパセンサ９７は、例えば土砂ホッパー３３を示す点群を含む点群データを検出してもよい。また、ホッパセンサ９７が土砂ホッパー３３内の一定の高さに設けられたレーザセンサである場合、ホッパセンサ９７は、土砂ホッパー３３に積載された土砂の高さが一定以上になることを示す情報を検出してもよい。ホッパセンサ９７は、検出した情報を取得部８０に送信する。取得部８０は送信された情報を算出部８１に出力する。
【0156】
次に、ステップＳ７１において、車両センサ９８は、土砂ホッパー３３の下方を含む画像を示す画像情報を検出する。画像情報は、土砂ホッパー３３の下方を含む点群を示す点群データであってもよい。車両センサ９８は、検出した情報を取得部８０に送信する。取得部８０は送信された情報を算出部８１に出力する。
【0157】
次に、ステップＳ７２において、算出部８１は、土砂ホッパー３３の積載状態を示す土砂情報を算出する。かかる場合、算出部８１は、ステップＳ６３と同様に、土砂情報を算出してもよい。また、算出部８１は、土砂ホッパー３３の内部を区分けし、区分けした領域ごとの土砂の積載状態を示す土砂情報を算出してもよい。かかる場合、算出部８１は、例えば土砂ホッパー３３に積載された土砂の点群を含む画像を示す画像情報に基づいて、ドアホッパー３３ａの区画に応じて区分けされた領域ごとの土砂の積載状態を示す土砂情報を算出してもよい。ドアホッパー３３ａの区画に応じて区分けされた領域は、例えばドアホッパー３３ａが４つの区画に区切られている場合、その区画にそれぞれ対応して区分けされた４つの領域である。
【0158】
次に、ステップＳ７３において、算出部８１は、ステップＳ７１により取得した画像情報に基づいて、土砂ホッパー３３の下方にある車両７０の有無を示す車両情報を算出する。車両情報は、土砂ホッパー３３の下方にある車両７０の有無を示す情報である。算出部８１は、予め設定された車両７０を模したモデルを参照し、画像情報から車両７０を認識し、車両の有無を判定し、車両情報を算出する。また、算出部８１は、予め設定された車両７０を模したモデルを参照し、画像情報に含まれる点群データから、車両７０を示す点群を抽出し、車両情報を算出してもよい。
【0159】
また、ステップＳ７３において、算出部８１は、ステップＳ７１により取得した画像情報に基づいて、土砂ホッパー３３の下方の車両７０に積載された土砂に関する車両土砂情報を算出する。車両土砂情報は、車両７０の車両タンク７１に積載された土砂の量を示す情報であってもよい。また、車両土砂情報は、ドアホッパー３３ａの区画に応じて区分けされた車両タンク７１の領域毎に積載された土砂の量を示す情報であってもよい。また、算出部８１は、算出した車両７０を示す点群を画像情報から消去することで、車両７０に積載された土砂を示す点群を抽出し、抽出した車両７０に積載された土砂を示す点群に基づいて、車両７０に積載された土砂の量を算出してもよい。また、算出部８１は、車両７０に積載された土砂を示す点群を抽出し、抽出した車両７０に積載された土砂を示す点群に基づいて、車両７０の区分けされた領域毎に積載された土砂の量を算出してもよい。
【0160】
次に、ステップＳ７４において、算出部８１は、ステップＳ７１により取得した画像情報に基づいて、土砂ホッパー３３の下方の予め設定された範囲に含まれる障害物に関する障害物情報を算出する。算出部８１は、例えばステップＳ７１により取得した画像情報が土砂ホッパー３３の下方を含む画像である場合、画像から障害物を認識し、予め設定された土砂ホッパー３３の下方の範囲に障害物があるかどうかを判定してもよい。
【0161】
次に、ステップＳ７５において、制御部８２は、ドアホッパー３３ａの開閉を制御する。制御部８２は、例えばステップＳ７２により算出した土砂情報に基づいて、ドアホッパー３３ａの開閉を制御する。かかる場合、制御部８２は、土砂情報が示す土砂の量が予め設定された基準値より多い場合、ドアホッパー３３ａを開くように制御してもよい。また、制御部８２は、ステップＳ７２により算出した土砂情報が区分けされた領域毎の土砂情報である場合、領域毎の土砂の量が予め設定された基準値より多い場合、領域に対応するドアホッパー３３ａの区画を開くように制御してもよい。これにより、土砂ホッパー３３の積載状態に応じて、自動的且つ適切に土砂を排土することが可能となる。
【0162】
また、ステップＳ７５において、制御部８２は、ステップＳ７２により算出した土砂情報とステップＳ７３により算出した車両情報とに基づいて、ドアホッパー３３ａの開閉を制御してもよい。かかる場合、制御部８２は、土砂情報が示す土砂の量が予め設定された基準値より多く、車両情報が土砂ホッパー３３の下方に車両７０があることを示す場合、ドアホッパー３３ａを開くように制御してもよい。これにより、土砂ホッパー３３の積載状態と車両７０の有無とに応じて、自動的且つ適切に土砂を排土することが可能となる。
【0163】
また、ステップＳ７５において、制御部８２は、ステップＳ７２により算出した土砂情報とステップＳ７３により算出した車両７０の土砂の量を示す車両土砂情報とに基づいて、ドアホッパー３３ａの開閉を制御してもよい。かかる場合、制御部８２は、土砂情報が示す土砂の量が予め設定された基準値より多く、車両土砂情報が示す車両７０に積載された土砂の量が予め設定された基準値より少ない場合、ドアホッパー３３ａを開くように制御してもよい。また、制御部８２は、ステップＳ７３により算出した車両土砂情報が区分けされた領域毎の土砂の量を示す情報である場合、領域毎の土砂の量が予め設定された基準値より少ない場合、領域に対応するドアホッパー３３ａの区画を開くように制御してもよい。これにより、土砂ホッパー３３の積載状態と車両７０の積載状態とに応じて、自動的且つ適切に土砂を排土することが可能となる。
【0164】
また、ステップＳ７５において、制御部８２は、ステップＳ７２により算出した土砂情報とステップＳ７４により算出した障害物情報とに基づいて、ドアホッパー３３ａの開閉を制御してもよい。かかる場合、制御部８２は、土砂情報が示す土砂の量が予め設定された基準値より多く、障害物情報が土砂ホッパー３３の下方の領域に障害物が無いことを示す場合、ドアホッパー３３ａを開くように制御してもよい。これにより、土砂ホッパー３３の積載状態と障害物の状況とに応じて、自動的且つ適切に土砂を排土することが可能となる。
【0165】
上述した各ステップを行うことにより、土砂ホッパー３３から土砂を排出する動作が終了する。これにより、自動的にかつ安全に土砂ホッパー３３から土砂を排出することが可能となる。
【0166】
次に、電源用リール４００が、電源ケーブル４０２の長さを制御する動作について説明する。まず、張力計４０１は、電源ケーブル４０２に係る張力を示す張力情報を検出する。張力情報は、電源ケーブル４０２に係る張力を示す情報である。張力計４０１は、検出した張力情報を取得部８０に送信する。取得部８０は、取得した張力情報を制御部８２に出力する。
【0167】
次に、制御部８２は、取得部８０から出力された張力情報に基づいて、電源用リール４００を制御する。かかる場合、制御部８２は、張力情報が予め設定された基準値より大きい張力を示す場合、電源ケーブル４０２の長さを長くするように電源用リール４００を制御する。かかる場合、制御部８２は、張力情報が示す張力が予め設定された基準値より小さくなるまで電源ケーブル４０２の長さを長くするように電源用リール４００を制御する。また、制御部８２は、張力情報が予め設定された基準値より小さい張力を示す場合、電源ケーブル４０２の長さを短くするように電源用リール４００を制御してもよい。これにより、必要以上に長くなり、垂れた電源ケーブル４０２が作業者や吊り荷と接触することがなくなるため、安全性がさらに向上する。これにより、電線に係る張力に応じて適切に電源用リール４００を制御することが可能となる。
【0168】
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】
【0169】
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 土砂ホッパー自動制御システム
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
３１ アースバケット
３２ キャリア装置
３３ 土砂ホッパー
３４ 小型記録媒体
３５ 荷重計
３６ チェーン
３７ アンカー
３８ ワイヤ
３９ リール
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
６０ スケータ部
６１ ガーター
６２ 横行ワイヤ
６４ 横行ウィンチ
６５ 第１スケータ
６６ 第２スケータ
６７ 第３スケータ
７０ 車両
７１ 車両バケット
８０ 取得部
８１ 算出部
８２ 制御部
８３ 提示部
９０ 第１センサ
９１ 第２センサ
９２ 第３センサ
９３ 地上センサ
９４ 作業室センサ
９５ マテリアルセンサ
９６ フックセンサ
９７ ホッパセンサ
９８ 車両センサ
９９ 障害センサ
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
２２０ 基準円筒
２２１ 一般化円筒
２３０ 推定直線
２３１ マッチング形状
２４０ ワイヤ固定装置
２４１ スライドレール
２４２ スライドバー
３２１ 先端部
３２２ 反転フック
３２３ くの字部
３２４ 嵌合部
４００ 電源用リール
４０１ 張力計
４０２ 電源ケーブル
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 土砂ホッパー自動制御システム
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
３１ アースバケット
３２ キャリア装置
３３ 土砂ホッパー
３４ 小型記録媒体
３５ 荷重計
３６ チェーン
３７ アンカー
３８ ワイヤ
３９ リール
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
６０ スケータ部
６１ ガーター
６２ 横行ワイヤ
６４ 横行ウィンチ
６５ 第１スケータ
６６ 第２スケータ
６７ 第３スケータ
７０ 車両
７１ 車両バケット
８０ 取得部
８１ 算出部
８２ 制御部
８３ 提示部
９０ 第１センサ
９１ 第２センサ
９２ 第３センサ
９３ 地上センサ
９４ 作業室センサ
９５ マテリアルセンサ
９６ フックセンサ
９７ ホッパセンサ
９８ 車両センサ
９９ 障害センサ
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
２２０ 基準円筒
２２１ 一般化円筒
２３０ 推定直線
２３１ マッチング形状
２４０ ワイヤ固定装置
２４１ スライドレール
２４２ スライドバー
３２１ 先端部
３２２ 反転フック
３２３ くの字部
３２４ 嵌合部
４００ 電源用リール
４０１ 張力計
４０２ 電源ケーブル
【要約】
【課題】土砂ホッパーに積載された土砂の量を自動的に算出することが可能な土砂ホッパー算出システム及びプログラムを提供する。
【解決手段】土砂ホッパー算出システムは、ニューマチックケーソンにおいて、アースバケットにより作業室から地上へと排土された土砂を積載する土砂ホッパーの積載状態を示す土砂情報を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された土砂情報に基づいて、前記土砂ホッパーに設けられたドアホッパーの開閉を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】土砂ホッパー算出システムは、ニューマチックケーソンにおいて、アースバケットにより作業室から地上へと排土された土砂を積載する土砂ホッパーの積載状態を示す土砂情報を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された土砂情報に基づいて、前記土砂ホッパーに設けられたドアホッパーの開閉を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【選択図】図４
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】