特許 7581582 コンクリート吹付け支援システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】コンクリート吹付け支援システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/10 20060101AFI20241106BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20241106BHJP

   H04N 7/18 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

E21D11/10 D

E21D9/00 C

H04N7/18 U

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021151294

(22)【出願日】2021-09-16

(65)【公開番号】P2023043588

(43)【公開日】2023-03-29

【審査請求日】2023-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】木下 勇人

(72)【発明者】

【氏名】谷 卓也

(72)【発明者】

【氏名】竹中 計行

(72)【発明者】

【氏名】友野 雄士

(72)【発明者】

【氏名】宮本 真吾

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１７９８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０９２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７７１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５５８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１１３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２６０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８５８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８５１５８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開平０８－０５２１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９９７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－０６９８３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１５－１４４４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８４５５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

Ｅ２１Ｄ １１／００－１９／０６

Ｅ２１Ｄ ２３／００－２３／２６

Ｈ０４Ｎ ７／１８

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｂ０５Ｂ １２／００－１２／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの切羽と側面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け機に装備される、コンクリート吹付け支援システムであって、
前記切羽に正対して配置されている前記コンクリート吹付け機のキャビンの前方及び／又は上方に設置されて、該コンクリート吹付け機の前方の全域を撮像する、第１撮像装置と、
前記コンクリート吹付け機のマンケージ、もしくはマンケージブームに設置され、該コンクリート吹付け機のオペレータの操作によって該マンケージブームが動作した際に、該オペレータが確認したい箇所や領域を撮像する、第２撮像装置と、
前記第１撮像装置による第１撮像データと、前記第２撮像装置による第２撮像データを取得する制御装置と、
前記制御装置から送信された、前記第１撮像データに基づく第１撮像画像と前記第２撮像データに基づく第２撮像画像を並列表示する表示装置と、を有することを特徴とする、コンクリート吹付け支援システム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第１撮像画像と前記第２撮像画像の一方をメイン画像である拡大画像とし、他方をサブ画像である縮小画像として切り替え自在であることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート吹付け支援システム。

【請求項3】

前記表示装置は、前記オペレータが装着するヘッドマウントディスプレイであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコンクリート吹付け支援システム。

【請求項4】

前記ヘッドマウントディスプレイには、前記オペレータの手元画像である第３撮像画像を撮像する第３撮像装置が装備され、該ヘッドマウントディスプレイにおける、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像の表示と、前記第３撮像画像の表示を切り替え自在な操作装置をさらに有していることを特徴とする、請求項３に記載のコンクリート吹付け支援システム。

【請求項5】

前記第１撮像装置と前記第２撮像装置はいずれも、固有の防護ボックスに収容され、
前記防護ボックスの前面には透明の強化ガラスが設けられ、
前記強化ガラスの前面が透明フィルムにより包囲され、
複数の前記透明フィルムが前記強化ガラスの前面に重ね貼りされ、汚れの度に剥がされるようになっている、もしくは、
前記透明フィルムが、自動もしくは手動にて汚れの度に巻き取られるようになっていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンクリート吹付け支援システム。

【請求項6】

前記キャビンの前方及び／又は上方に回転台が設けられており、該回転台に前記第１撮像装置が装備されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコンクリート吹付け支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート吹付け支援システムに関する。

【背景技術】

【0002】

山岳トンネルの施工においては、所定延長の掘削とずり出しを行った後、造成されたトンネルの側面と切羽に対してコンクリートの一次吹付けを（一次吹き）行い、支保工の建て込みを行い、二次吹付け（二次吹き）を行った後、必要に応じてロックボルトを打設する一連の施工サイクルが実施される。
一次吹付けと二次吹付けにおいては、オペレータの搭乗するキャビンや、吹付けノズルを先端に備えたブーム（吹付けノズルブーム）などを装備するコンクリート吹付け機が一般に適用される。このコンクリート吹付け機には、複数の吹付けノズルブームが装備されることも往々にしてあり、また、マンケージを先端に備えたブーム（マンケージブーム）が装備されるコンクリート吹付け機も一般的である。
キャビンに搭乗したオペレータは、吹付けコンクリートの吹付け状況を切羽から数ｍ程度離れた安全な位置で視認しながら、ブームの伸縮操作や回動操作を行い、吹付けノズルを介したコンクリートの吹付け操作を行うことにより、切羽等へのコンクリート吹付けが実行される。

【0003】

上記するように複数のブームを備えたコンクリート吹付け機を適用する場合、例えば、作動する吹付けノズルブームとマンケージやマンケージブームとの干渉やその危険性を確認するために、オペレータとは異なる別途の作業員が一般に配置される。この場合、干渉確認用の作業員は、コンクリート吹付け機と切羽の間に立って干渉の有無を確認し、オペレータに随時状況を報告することから、この作業員が作動するブームにより巻き込まれる事故や、切羽の近傍に立つことで切羽崩落による事故等の恐れがあり、作業安全性の課題が存在する。
また、コンクリート吹付け機が切羽等から離れていることから、キャビンに搭乗しているオペレータは、コンクリート吹付け作業の進捗によって随時変化する吹付け箇所のうち、自身で確認したい吹付け箇所を明りょうに視認し難いといった課題もある。

【0004】

以上のことから、コンクリート吹付け機を使用したコンクリート吹付け作業において、オペレータが単独で、複数のブーム等の干渉の有無を確認したり、吹付け面における吹付け状況を明りょうに確認しながら、ブーム操作とコンクリート吹付け操作を実行できるコンクリート吹付け支援システムが望まれる。

【0005】

ここで、特許文献１には、センサの個数及び種類が少なく、作業者にトンネル壁面に対する吹き付けノズルの角度を把握させる、コンクリート吹き付け操作支援装置が提案されている。このコンクリート吹き付け操作支援装置は、コンクリート吹き付け機の吹き出しノズルを備えたノズルアーム機構に設けられて、吹き出しノズルのピッチ角度を検出するピッチ角度センサと、ノズルアーム機構に設けられて、吹き出しノズルのロール角度を検出するロール角度センサと、ノズルアーム機構に設けられて、水平面での方位を検出する方位センサと、検出ピッチ角度と検出ロール角度と検出方位とに基づいて、コンクリートを吹き付けるトンネル壁面に対する吹き付けノズルの向きを数値又は画像で視認可能に表示するモニター装置とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－１７９８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載のコンクリート吹き付け操作支援装置によれば、吹き付けノズルの向きをモニター装置にて確認することにより、吹き付けノズルの向きを対象地山と直角に制御することができ、吹付けコンクリートの付着力を高めてリバウンド量を低減できるとしている。しかしながら、このコンクリート吹き付け操作支援装置を適用したとしても、上記する課題、すなわち、コンクリート吹付け機を使用したコンクリート吹付け作業において、オペレータが単独で、複数のブーム等の干渉の有無を確認したり、吹付け面における吹付け状況を明りょうに確認しながら、ブーム操作とコンクリート吹付け操作を実行することは難しい。

【0008】

本発明は、オペレータが単独で、複数のブーム等の干渉の有無を確認したり、吹付け面における吹付け状況を明りょうに確認しながら、ブーム操作とコンクリート吹付け操作を実行することのできる、コンクリート吹付け支援システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成すべく、本発明によるコンクリート吹付け支援システムの一態様は、
トンネルの切羽と側面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け機に装備される、コンクリート吹付け支援システムであって、
前記コンクリート吹付け機のキャビンの前方及び／又は上方に設置されている、第１撮像装置と、
前記コンクリート吹付け機のマンケージ、もしくはマンケージブーム、もしくはキャビンの前方又は上方で前記第１撮像装置と異なる位置に設置されている、第２撮像装置と、
前記第１撮像装置による第１撮像データと、前記第２撮像装置による第２撮像データを取得する制御装置と、
前記制御装置から送信された、前記第１撮像データに基づく第１撮像画像と前記第２撮像データに基づく第２撮像画像を並列表示する表示装置と、を有することを特徴とする。

【0010】

本態様によれば、コンクリート吹付け機のキャビンの前方及び又は上方とマンケージ（もしくはマンケージブーム）に二台や三台（もしくは二組や三組）の撮像装置が設置され、それぞれの撮像装置による撮像データを制御装置を介して表示装置に送信し、表示装置にて双方の第１撮像画像と第２撮像画像を並列表示することにより、例えば一人のオペレータは、二方向からの撮像画像に基づいて複数のブーム等の干渉の有無を確認でき、かつ吹付け面における吹付け状況を明りょうに確認することができ、このような確認に基づいて吹付けノズルブームの操作とコンクリート吹付け操作を実行することが可能になる。
ここで、第１撮像装置と第２撮像装置としては、魚眼カメラや、ステレオカメラ（二台のカメラがいずれも魚眼カメラ等）が適用できる。魚眼カメラや、ステレオカメラを適用することにより、立体視が可能になり、映像に基づいて遠近感を把握しながらの操作が可能になる。また、第１撮像装置と第２撮像装置の具体的な組み合わせ形態には、キャビンの前方にある第１撮像装置とマンケージ（の例えば下方）にある第２撮像装置の組み合わせ形態、キャビンの上方にある第１撮像装置とマンケージにある第２撮像装置の組み合わせ形態、キャビンの前方にある第１撮像装置とキャビンの上方にある第２撮像装置の組み合わせ形態、キャビンの前方と上方にある二台の第１撮像装置とマンケージにある第２撮像装置の組み合わせ形態等、様々な組み合わせ形態がある。さらに、キャビンの前方と上方に第１撮像装置と第２撮像装置を設置する形態においては、例えば、キャビンの前方の第１撮像装置をコンクリート吹付け機のやや左側に設置し、キャビンの上方の第２撮像装置をコンクリート吹付け機のやや右側に設置すること（もしくは、その左右を逆に設置すること）等により、映像の死角位置を変更させることができ、死角そのものを解消できること等から好ましい。

【0011】

キャビンの前方もしくは上方にある第１撮像装置は、コンクリート吹付け機の前方の全域を撮像し、コンクリート吹付け機が切羽に正対して配設されている場合は、第１撮像装置は切羽に正対してその全域とその側方のトンネルの側面（掘削された側面）を撮像する。一方、マンケージやマンケージブームに設置されている第二撮像装置は、オペレータによるマンケージブームの操作により、様々な角度からオペレータが確認したい箇所や領域を撮像する。従って、オペレータは、切羽や側面の全域に関する第１撮像画像と、様々な角度から特定部位が拡大された第２撮像画像（特定の吹付け面の状況に関する画像等）や特定領域が俯瞰された第２撮像画像（各ブームの相互の位置関係に関する画像等）を同時に視認（確認）することができる。
尚、本態様を適用することにより、オペレータ単独でのコンクリート吹付け作業が実現でき、オペレータをサポートする他の作業員の巻き込まれ事故や切羽崩落事故が防止できるが、一方で、施工効率性の観点から、オペレータとオペレータをサポートする他の作業員との複数人によるコンクリート吹付け作業が実行されてもよい。

【0012】

また、本発明によるコンクリート吹付け支援システムの他の態様において、
前記制御装置は、前記第１撮像画像と前記第２撮像画像の一方をメイン画像とし、他方をサブ画像として切り替え自在であることを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、第１撮像画像と第２撮像画像の一方をメイン画像とし、他方をサブ画像として並列表示することにより、オペレータが視認したい画像をメイン画像として拡大画像とすることでオペレータの操作性が一層向上する。
ここで、通常の並列表示の際は、第１撮像画像と第２撮像画像の大きさは同じもしくは同程度に設定され、一方の画像をメイン画像とする場合は、当該一方の画像が拡大されて拡大画像となり、同時に他方の画像は縮小されてサブ画像となる形態であってもよいし、通常からメイン画像とサブ画像が並列表示される形態であってもよい。メイン画像とサブ画像の切り替えは、例えばオペレータが操作する操作装置等によって実行できる。

【0014】

例えば、一次吹付けの際は、切羽と切羽に連続する側面からなる吹付け対象の全体に対して速やかにコンクリート吹付けを実行することから、キャビンの前方に設置された第１撮像装置による第１撮像画像をメイン画像として、吹付け対象の全体を相対的に大画面で常時確認するのがよい。そして、第２撮像装置はマンケージブームの動作によって第１撮像装置の死角を解消する位置や、各ブーム等を俯瞰する位置等に都度移動し、サブ画像である第２撮像画像にて第１撮像装置の死角領域の確認や各ブームの相対位置関係等の確認を行う。

【0015】

一方、二次吹付けの際は、Ｈ形鋼等の支保工を巻き込んでコンクリート吹付けを行うことから、支保工の各細部や一次吹付け面と支保工との取り合い箇所等へのコンクリート吹付けが十分に行われていることを確認するべく、マンケージに設置された第２撮像装置による第２撮像画像をメイン画像として、吹付け箇所を拡大した細部を大画面で確認するのがよい。そして、第１撮像画像は各ブーム等を俯瞰し、サブ画像である第１撮像画像にて各ブームの相対位置関係等の確認を行う。

【0016】

また、本発明によるコンクリート吹付け支援システムの他の態様において、
前記表示装置は、オペレータが装着するヘッドマウントディスプレイであることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、表示装置がオペレータの装着するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Head Mounted Display）であることにより、オペレータが操作装置等を操作する姿勢を維持しながら（別途のコンピュータにある表示画面等を覗き込むことなく）、第１撮像画像と第２撮像画像を視認して、マンケージブームや吹付けノズルブームの操作とコンクリート吹付け操作を実行できることから、オペレータの操作性が良好になり、安全でかつスムーズなコンクリート吹付け施工を実現できる。また、表示装置がオペレータの装着するヘッドマウントディスプレイであることは、オペレータ単独でのコンクリート吹付け作業にとっても好適である。

【0018】

また、本発明によるコンクリート吹付け支援システムの他の態様において、
前記ヘッドマウントディスプレイには、前記オペレータの手元画像である第３撮像画像を撮像する第３撮像装置が装備され、該ヘッドマウントディスプレイにおける、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像の表示と、前記第３撮像画像の表示を切り替え自在な操作装置をさらに有していることを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、オペレータの手元画像である第３撮像画像を撮像する第３撮像装置をヘッドマウントディスプレイが装備し、ヘッドマウントディスプレイにおいて、第１撮像画像及び第２撮像画像の表示と、第３撮像画像の表示の切り替えを操作する操作装置をオペレータが操作することにより、オペレータによる操作装置の操作性が一層向上し、オペレータ単独でのコンクリート吹付け作業にとって好適となる。
ここで、操作装置には、吹付けノズルブームの操作ボタン（もしくは操作レバー）、吹付けノズルの作動（噴射）ボタン、マンケージブームの操作ボタンの他、画像表示切り替えボタン等がある。

【0020】

また、本発明によるコンクリート吹付け支援システムの他の態様において、
前記表示装置は、マルチディスプレイであり、
前記コンクリート吹付け支援システムは、オペレータの装着するジャイロ付きヘルメットをさらに有し、
前記オペレータの頭部が回動した際に、前記第１撮像画像と前記第２撮像画像における該ヘルメットの回動方向の画像が表示されることを特徴とする。

【0021】

本態様によれば、表示装置がマルチディスプレイであり、ジャイロ付きヘルメットを装着するオペレータの頭部が回動した際に、第１撮像画像と第２撮像画像におけるヘルメットの回動方向の画像が表示されることにより、ヘッドマウントディスプレイの装着が困難なオペレータ単独でのコンクリート吹付け作業を実現することができる。
ヘッドマウントディスプレイを装着した際の閉塞感や酔い感を苦手とするオペレータにとっては、ヘッドマウントディスプレイの装着が困難であることから、ヘッドマウントディスプレイを装着する代わりに、マルチディスプレイを適用し、例えば二台のディスプレイを並べて、一方に第１撮像画像を表示させ、他方に第２撮像画像を表示させる。そして、ジャイロ付きヘルメットを装着するオペレータの頭部が回動した際に、各ディスプレイにおいてはヘルメットの回動に同期して回動方向の画像が表示されることにより、オペレータは見たい箇所をディスプレイを介して視認することができる。この際、オペレータはヘッドマウントディスプレイを装着していないことから、周囲の確認や操作装置の確認を直接行うことができる。
尚、キャビンには、ヘッドマウントディスプレイと、マルチディスプレイの双方が準備されていて、オペレータの好みに応じていずれか一方を選択できることが望ましい。

【0022】

また、本発明によるコンクリート吹付け支援システムの他の態様において、
前記第１撮像装置と前記第２撮像装置はいずれも、固有の防護ボックスに収容され、
前記防護ボックスの前面には透明の強化ガラスが設けられ、
前記強化ガラスの前面に透明フィルムが位置合わせされるようになっており、
複数の前記透明フィルムが前記強化ガラスの前面に重ね貼りされ、汚れの度に剥がされるようになっている、もしくは、
前記透明フィルムが、自動もしくは手動にて汚れの度に巻き取られるようになっていることを特徴とする。

【0023】

本態様によれば、第１撮像装置と第２撮像装置がいずれも、前面に透明の強化ガラスが設けられている固有の防護ボックスに収容されていることにより、撮像装置の前方の撮像を可能にしながらコンクリート吹付けの際のリバウンド材から透明の強化ガラスを防護することができる。さらに、強化ガラスの前面に透明フィルムが位置合わせされるようになっていて、複数の透明フィルムが強化ガラスの前面に重ね貼りされ、汚れの度に剥がされるようになっている形態や、透明フィルムが自動もしくは手動にて汚れの度に巻き取られるようになっている形態を有することにより、強化ガラスの前面の視界を常時確保して、撮像装置による撮像が可能な状態を維持できる。

【0024】

また、本発明によるコンクリート吹付け支援システムの他の態様において、
前記キャビンの前方及び／又は上方に回転台が設けられており、該回転台に前記第１撮像装置が装備されていることを特徴とする。

【0025】

キャビンの前方及び／又は上方に設けられている回転台に第１撮像装置が装備されていることにより、回転台を回動させることで第１撮像装置の角度調整が可能になり、第１撮像装置を収容する防護ボックスへの堆積リバウンドの清掃を容易に行うことが可能になる。ここで、キャビンの前方においては、オペレータの手の届く位置に回転台が設置されていて、オペレータが手で回転台を回動もしくは回転できるように構成されているのが好ましい。一方、キャビンの上方に回転台がある場合は、オペレータの手が回転台に届かない、もしくは届き難いことから、回転台を有線式もしくは無線式のリモコン操作型の形態として回転させるのが好ましい。

【発明の効果】

【0026】

本発明のコンクリート吹付け支援システムによれば、オペレータが単独で、複数のブーム等の干渉の有無を確認したり、吹付け面における吹付け状況を明りょうに確認しながら、ブーム操作とコンクリート吹付け操作を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】実施形態に係るコンクリート吹付け支援システムの一例を示す斜視図である。

【図2】表示装置の一例のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。

【図3】メイン画像とサブ画像の一例を示す図である。

【図4】メイン画像とサブ画像の他の例を示す図である。

【図5】手元画像の一例を示す図であって、操作装置の一例を画面表示している状態を示す図である。

【図6A】撮像装置が収容された防護ボックスとその周辺構造の一例を示す横断面図である。

【図6B】図６ＡのＢ方向矢視図であって、防護ボックスの正面図である。

【図7】コンクリート吹付け支援システムを構成する制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図8】表示装置の他の例をジャイロ付きヘルメットを装着したオペレータとともに示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、実施形態に係るコンクリート吹付け支援システムについて、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

【0029】

［実施形態に係るコンクリート吹付け支援システム］
図１乃至図８を参照して、実施形態に係るコンクリート吹付け支援システムの一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係るコンクリート吹付け支援システムの一例を示す斜視図であり、図２は、表示装置の一例のヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。また、図３と図４はいずれも、メイン画像とサブ画像の一例を示す図であり、図５は、手元画像の一例を示す図であって、操作装置の一例を画面表示している状態を示す図である。さらに、図６Ａは、撮像装置が収容された防護ボックスとその周辺構造の一例を示す横断面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＢ方向矢視図であって、防護ボックスの正面図である。尚、以下の説明では、キャビンの前方に第１撮像装置が設けられ、マンケージの下方に第２撮像装置が設けられている形態を示して説明するが、その他、キャビンの上方にある第１撮像装置とマンケージにある第２撮像装置の形態や、キャビンの前方にある第１撮像装置とキャビンの上方に第２撮像装置の形態や、キャビンの前方と上方にある二台の第１撮像装置とマンケージにある第２撮像装置の形態等であってもよい。

【0030】

コンクリート吹付け支援システム１００は、トンネルＴの切羽Ｋと側面Ｓの吹付け面Ｆに対してコンクリートを吹付ける、コンクリート吹付け機１０に装備されるシステムである。

【0031】

山岳トンネルの施工においては、所定延長の掘削とずり出し、造成されたトンネルＴの側面Ｓと切羽Ｋに対するコンクリートの一次吹付けＣ１、支保工Ｅの建て込み、二次吹付けＣ２を一連の施工サイクルとし、この施工サイクルを繰り返しながら掘進していく。ここで、二次吹付けＣ２の後に、必要に応じてロックボルトを打設する施工方法もある。

【0032】

コンクリート吹付け機１０により、一次吹付けＣ１と二次吹付けＣ２が施工される。図１は、掘削とずり出しが終了し、吹付け面Ｆである切羽Ｋに対して、吹付けノズル２５からコンクリートをＹ１方向に吹付けることにより、一次吹付けを施工している状況を示している。

【0033】

コンクリート吹付け機１０は、キャビン１２を備えたクローラ式の吹付け台車１１と、吹付け台車１１に取り付けられている複数のブームとを有する。図示例のブームは、吹付けノズル２５を先端に備えた吹付けノズルブーム２０Ａと、別途の吹付けノズルを搭載可能な準備状態の他ブーム２０Ｂと、マンケージ２８を回動自在に備えたマンケージブーム２０Ｃである。吹付けノズルブーム２０Ａを例に説明すると、Ｘ１方向への伸縮、水平面や傾斜面におけるＸ２方向の回動、及び鉛直面におけるＸ３方向の回動が自在となっている。これらの各種動作は、他のブームにおいても同様に実行される。

【0034】

キャビン１２には制御装置５０が搭載されており、キャビン１２の前方（切羽側）には、水平面内でＺ１方向に回転する回転台１５が装備され、回転台１５の上には、第１撮像装置３０Ａが収容された防護ボックス４０Ａが載置されている。

【0035】

一方、マンケージ２８の下方の前方位置には、第２撮像装置３０Ｂが収容された防護ボックス４０Ｂが固定されている。

【0036】

ここで、第１撮像装置３０Ａと第２撮像装置３０Ｂはいずれもステレオカメラであり、ステレオカメラを構成する各カメラは魚眼カメラである。ステレオカメラを適用することにより、立体視が可能になり、オペレータＰは映像に基づいて遠近感を把握しながら各ブームの操作等が可能になる。

【0037】

第１撮像装置３０Ａにより撮像された第１撮像データと、第２撮像装置３０Ｂにより撮像された第２撮像データは制御装置５０に送信される。ここで、各撮像装置３０と制御装置５０は、有線にて接続されていてもよいし、無線通信にて撮像データを送受信可能に接続されていてもよい。

【0038】

キャビン１２に搭乗するオペレータＰは、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａ（表示装置の一例）を装着しており、制御装置５０から送信された、第１撮像データに基づく第１撮像画像と第２撮像データに基づく第２撮像画像が並列表示されるようになっている。

【0039】

図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａは、第３撮像装置６４を前方に備えたディスプレイ本体６１と、ヘッドバンド６２と、ディスプレイ本体６１の内側に装備された表示画面６３とを有する。

【0040】

表示画面６３では、切羽Ｋに正対する位置にある第１撮像装置３０Ａによる第１撮像画像と、マンケージブーム２０Ｃの移動に応じて移動する第２撮像装置３０Ｂによる第２撮像画像が並列表示される。ヘッドマウントディスプレイ６０Ａの表示画面６３における並列表示は、二つの撮像画像が上下に表示される形態や左右に表示される形態等がある。さらに、オペレータＰが見たい一方の画像をメイン画像として相対的に大きな画像とし、他方の画像をサブ画像として相対的に小さな画像とすることもできる。

【0041】

ここで、図３と図４を参照して、表示画面６３に表示される表示例について説明する。

【0042】

図３に示す例は、表示画面６３において、第１撮像画像をメイン画像ＭＩとして相対的に大画面表示し、その下に、第２撮像画像をサブ画像ＳＩとして相対的に小画面表示している。

【0043】

ここでは、第２撮像装置３０Ｂが、吹付けノズルブーム２０Ａの左側から、切羽Ｋに対する吹付けノズル２５の吹付け状況を撮像している。

【0044】

一次吹付けの際は、切羽Ｋと切羽Ｋに連続する側面Ｓからなる吹付け対象の全体に対して速やかにコンクリート吹付けを実行することから、第１撮像装置３０Ａによる第１撮像画像をメイン画像とすることにより、オペレータＰは吹付け対象の全体を相対的に大画面で常時確認できることから望ましい。

【0045】

また、マンケージブーム２０Ｃの動作によって、第２撮像装置３０Ｂを第１撮像装置３０Ａの死角を解消する位置や各ブーム等を俯瞰する位置等に都度移動させ、サブ画像である第２撮像画像にて第１撮像装置３０Ａの死角領域の確認や各ブームの相対位置関係等の確認を行うことにより、ブーム同士の干渉等を防止して施工安全性を確保しながら、吹付け領域における様々な細部の状況をオペレータＰが把握することが可能になる。

【0046】

以上のことから、一次吹付けの際は、第１撮像画像をメイン画像とし、第２撮像画像をサブ画像としながら、オペレータＰは各ブームの操作や吹付けノズル２５の操作を行うのが好ましい。

【0047】

一方、図４に示す例は、表示画面６３において、第２撮像画像をメイン画像ＭＩとして相対的に大画面表示し、その下に、第１撮像画像をサブ画像ＳＩとして相対的に小画面表示している。ここで、図３に示す例と図４に示す例のように、メイン画像ＭＩとサブ画像ＳＩの画像切り替えは、オペレータＰの手元にある操作装置８０（図５参照）により実行できるようになっている。

【0048】

ここでは、第２撮像装置３０Ｂが、吹付けノズルブーム２０Ａの左側から、右側の側面Ｓに対する吹付けノズル２５の吹付け状況を撮像している。

【0049】

二次吹付けの際は、支保工を巻き込んでコンクリート吹付けを行うことから、マンケージに設置された第２撮像装置３０Ｂによる第２撮像画像をメイン画像とすることにより、オペレータＰは、支保工の各細部や一次吹付け面と支保工との取り合い箇所等へのコンクリート吹付けが十分に行われていることを確認することができる。

【0050】

また、第１撮像装置３０Ａが各ブーム等を俯瞰して撮像することで、オペレータＰはサブ画像である第１撮像画像にて各ブームの相対位置関係等の確認を行うことにより、ブーム同士の干渉等を防止して施工安全性を確保することが可能になる。

【0051】

以上のことから、二次吹付けの際には、第２撮像画像をメイン画像とし、第１撮像画像をサブ画像としながら、オペレータＰは各ブームの操作や吹付けノズル２５の操作を行うのが好ましい。

【0052】

ヘッドマウントディスプレイ６０Ａを装備したオペレータＰは、自身の手元にある操作装置８０を直接確認することができない。そこで、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａに装備された第３撮像装置６４により、オペレータＰの手元にある操作装置８０を撮像し、この手元画像である第３撮像画像も表示画面６３に表示できるように構成されている。

【0053】

図５は、手元画像ＴＩに含まれる操作装置８０を示している。操作装置８０は、装置ボックス８１を備え、装置ボックス８１には、例えば、主スイッチ８２（主電源のＯＮ／ＯＦＦ）と、安否アンプ８３（各ブーム同士の接触や吹付けノズル２５の吹付け面Ｆ等への接触がない場合に緑点灯、接触等がある場合に赤転倒等）と、吹付けノズルブーム回動レバー８４と、マンケージブーム回動レバー８５と、他ブーム回動レバー８６と、吹付けノズル吐出ボタン８７と、画面切り替えスイッチ８８が設けられている。ここで、各スイッチやレバーは一例であり、様々なレバーやボタン、ダイヤル等が設けられていてよい。

【0054】

画面切り替えスイッチ８８は、図３や図４に示す第１撮像画像と第２撮像画像のメイン画像とサブ画像の切り替えや、第１撮像画像及び第２撮像画像を表示する画面と、図５に示すオペレータＰの手元画像とを切り替えるスイッチである。オペレータＰが手元画像を確認したい場合は、画面切り替えスイッチ８８を操作することにより、表示画面６３が手元画像ＴＩに切り替わり、各種レバーやのボタンの位置を確認することができる。

【0055】

このように、コンクリート吹付け支援システム１００が、キャビン１２の前方に設置されている第１撮像装置３０Ａと、マンケージ２８の下方に設置されている第２撮像装置３０Ｂを備え、オペレータＰの装着するヘッドマウントディスプレイ６０Ａの表示画面６３に各撮像装置３０による撮像画像が並列表示されること、及び、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａの備える第３撮像装置６４によるオペレータＰの手元画像に含まれる操作装置８０が同様に表示画面６３に切り替え表示されることにより、オペレータＰ単独でのコンクリート吹付け作業が実現でき、従来の施工のようにオペレータＰをサポートする他の作業員の巻き込まれ事故等を防止すことが可能になる。

【0056】

次に、図６Ａと図６Ｂを参照して、撮像装置３０が収容された防護ボックス４０とその周辺構造について説明する。

【0057】

ステレオカメラである第１撮像装置３０Ａと第２撮像装置３０Ｂは、それぞれに固有の防護ボックス４０Ａ，４０Ｂの内部に収容され、固定治具４２に撮像装置３０が固定される。

【0058】

防護ボックス４０の前面には、透明強化ガラス４１が設けられており、透明強化ガラス４１の前面には、透明フィルム４６が位置合わせされるようになっている。

【0059】

防護ボックス４０の前面の左右端にはそれぞれ、パッキン４５が取り付けられている。また、一方の側面前方にはサーボモータ４３が装備され、他方の側面の前方にはアジャスタ４４が装備され、未使用透明フィルム４６Ａが巻装された状態で、かつ回転しながら巻き出し自在に取り付けられている。透明フィルム４６の一端は、サーボモータ４３の下方において巻き取り自在に巻き取り軸（図示せず）に固定されている。

【0060】

防護ボックス４０の前面の左右端にあるパッキン４５にて透明フィルム４６が支持された状態で、透明強化ガラス４１の前面を包囲し、アジャスタ４４により透明フィルム４６が固定される。この透明フィルム４６により、コンクリート吹付けの際のリバウンド材から透明強化ガラス４１を防護することができる。また、パッキン４５により、粉塵等の透明強化ガラス４１への浸入を防止することができる。

【0061】

そして、透明フィルム４６が汚れた際は、アジャスタ４４の固定を解除し、サーボモータ４３を駆動して透明フィルム４６をＹ２方向へ移動させて使用済透明フィルム４６Ｂとして巻き取るとともに、未使用透明フィルム４６Ａから新規の透明フィルム４６を巻き出して透明強化ガラス４１の前面に位置合わせし、アジャスタ４４にて未使用透明フィルム４６Ａを後方に移動させて透明フィルム４６を緊張した状態で固定する。

【0062】

図示例の構造によれば、強化ガラス４１をリバウンド材等から防護するとともに、強化ガラス４１の前面の視界を常時確保して、撮像装置３０による撮像が可能な状態を維持できる。

【0063】

ここで、図示例の他にも、サーボモータによることなく、手動にて透明フィルムが巻き取られる形態であってもよい。また、複数の透明フィルムが強化ガラスの前面に重ね貼りされ、汚れの度に剥がされる形態であってもよい。

【0064】

また、図１に示すように、第１撮像装置３０Ａを収容する防護ボックス４０Ａは、キャビン１２の前方にある回転台１５に載置されている。この回転台１５は、キャビン１２に搭乗しているオペレータＰの手の届く位置にある。従って、第１撮像装置３０Ａの角度を調整する際や、防護ボックス４０Ａへの堆積リバウンドの清掃等の際には、回転台１５を手動でＺ１方向に回動もしくは回転させることにより、第１撮像装置３０Ａの角度調整や堆積リバウンドの清掃を容易に行うことができる。

【0065】

次に、図７を参照して、コンクリート吹付け支援システム１００を構成する制御装置５０のハードウェア構成を説明する。ここで、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａも、同様のハードウェア構成を有していてよい。

【0066】

制御装置５０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）やワークステーション（ＷＳ：Work Station）等の情報処理装置からなり、コンピュータにより構成される。

【0067】

図２に示すように、制御装置５０は、接続バス５６により相互に接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、通信ＩＦ（interface）５４、及び入出力ＩＦ５５を備えている。主記憶装置５２と補助記憶装置５３は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。尚、上記の構成要素はそれぞれ個別に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。

【0068】

ＣＰＵ５１は、ＭＰＵ（Microprocessor）やプロセッサとも呼ばれ、ＣＰＵ５１は、単一のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサであってもよい。ＣＰＵ５１は、コンピュータからなる制御装置５０の全体の制御を行う中央演算処理装置である。ＣＰＵ５１は、例えば、補助記憶装置５３に記憶されたプログラムを主記憶装置５２の作業領域にて実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことにより、所定の目的に合致した機能を提供する。

【0069】

主記憶装置５２は、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置５２は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。補助記憶装置５３は、各種のプログラム及び各種のデータを読み書き自在に記録媒体に格納し、外部記憶装置とも呼ばれる。補助記憶装置５３には、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＯＳは、例えば、通信ＩＦ５４を介して接続される外部装置等とのデータの受け渡しを行う通信インターフェースプログラムを含む。外部装置等には、例えば、撮像装置３０の備える通信器や、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａの備える通信器、トンネル坑外にある作業所内にある管理用コンピュータ等が備える通信器（いずれも図示せず）が含まれる。尚、ネットワークには、インターネット等の公衆ネットワーク、携帯電話網等の無線ネットワーク、ＶＰＮ（Virtual Private Network）等の専用ネットワーク、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）等が含まれる。

【0070】

補助記憶装置５３は、例えば、主記憶装置５２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータ等を記憶する。補助記憶装置５３は、不揮発性半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）装置、ソリッドステートドライブ装置等である。また、補助記憶装置５３として、ＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置、ＢＤドライブ装置といった着脱可能な記録媒体の駆動装置が例示され、着脱可能な記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等が例示される。

【0071】

通信ＩＦ５４は、制御装置５０が接続するネットワークとのインターフェイスである。通信ＩＦ５４は、ネットワークを介して、各撮像装置３０の備える通信器から、撮像データを受信し、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａや管理用コンピュータ等に対して撮像データを送信する。

【0072】

入出力ＩＦ５５は、制御装置５０に接続する機器との間でデータの入出力を行うインターフェイスである。入出力ＩＦ５５には、例えば、キーボード、タッチパネルやマウス等のポインティングデバイス、マイクロフォン等の入力デバイス等が接続する。制御装置５０は、入出力ＩＦ５５を介し、入力デバイスを操作する操作者からの操作指示等を受け付ける。

【0073】

また、入出力ＩＦ５５には、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬパネル（ＥＬ：Electroluminescence）等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスが接続される。例えば、ヘッドマウントディスプレイ６０Ａの表示画面６３と同様の画像が表示デバイスに表示される。

【0074】

＜表示装置の他の例＞
次に、図８を参照して、表示装置の他の例について説明する。ここで、図８は、表示装置の他の例をジャイロ付きヘルメットを装着したオペレータとともに示す図である。

【0075】

図示する表示装置は、二台のディスプレイ６０ａ，６０ｂが並列配置されたマルチディスプレイ６０Ｂにより構成される。

【0076】

防護マスクＭを付けたオペレータＰは、図１等に示すようにヘッドマウントディスプレイを装着しておらず、代わりに、ジャイロ９２が取り付けられているヘルメット９０を装着している。

【0077】

ヘッドマウントディスプレイを装着した際の閉塞感や酔い感を苦手とするオペレータＰにとっては、ヘッドマウントディスプレイの装着が困難であることから、ヘッドマウントディスプレイを装着する代わりに、図示例のように、マルチディスプレイ６０Ｂを適用する。

【0078】

二台のディスプレイ６０ａ，６０ｂを並べて、一方に第１撮像画像を表示させ、他方に第２撮像画像を表示させることにより、双方の画像が並列表示される。そして、ジャイロ９２の付いたヘルメット９０を装着するオペレータＰの頭部がＺ２方向に回動した際に、各ディスプレイ６０ａ，６０ｂでは、ヘルメット９０の回動に同期して回動方向の画像が表示されるようになっている。

【0079】

このことにより、オペレータＰは、見たい箇所をディスプレイ６０ａ、６０ｂを介して視認することができる。この際、オペレータＰは，ヘッドマウントディスプレイを装着していないことから、周囲の確認や手元にある操作装置８０の確認を直接行うことができる。

【0080】

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

【符号の説明】

【0081】

１０：コンクリート吹付け機
１１：吹付け台車
１２：キャビン（オペレータキャビン）
１５：回転台
２０Ａ：吹付けノズルブーム
２０Ｂ：他ブーム
２０Ｃ：マンケージブーム
２５：吹付けノズル
２８：マンケージ
３０：撮像装置
３０Ａ：第１撮像装置
３０Ｂ：第２撮像装置
４０、４０Ａ，４０Ｂ：防護ボックス
４１：透明強化ガラス
４２：固定治具
４３：サーボモータ
４４：アジャスタ
４５：パッキン
４６：透明フィルム
４６Ａ：未使用透明フィルム
４６Ｂ：使用済透明フィルム
５０：制御装置
６０：表示装置
６０Ａ：ヘッドマウントディスプレイ
６０Ｂ：マルチディスプレイ
６０ａ，６０ｂ：ディスプレイ
６１：ディスプレイ本体
６２：ヘッドバンド
６３：表示画面
６４：第３撮像装置
８０：操作装置
８１：装置ボックス
８２：主スイッチ
８３：安否アンプ
８４：吹付けノズルブーム回動レバー
８５：マンケージブーム回動レバー
８６：他ブーム回動レバー
８７：吹付けノズル吐出ボタン
８８：画面切り替えスイッチ
９０：ヘルメット
９２：ジャイロ
１００：コンクリート吹付け支援システム
Ｔ：トンネル（山岳トンネル）
Ｋ：切羽
Ｓ：側面
Ｆ：吹付け面
Ｃ１：一次吹付け
Ｅ：支保工
Ｃ２：二次吹付け
Ｐ：オペレータ
ＭＩ：メイン画像
ＳＩ：サブ画像
ＴＩ：手元画像
Ｍ：防護マスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】