(57)【要約】  【課題】中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことがなく、かつ安価で穿孔装置の位置決めが行える制御方法を提供する。  【解決手段】走行可能な台車１４に対し、多関節ブーム１１を介して、削岩機１３を搭載したガイドシェル１２を支持したドリルジャンボ１における穿孔位置決め制御方法であって、ガイドシェル１２の少なくとも２箇所以上に超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１を設けるとともに、前記ドリルジャンボ１上の少なくとも３箇所以上に超音波受信器９Ａ〜９Ｃを夫々設け、穿孔前に、前記ドリルジャンボ１の座標及び姿勢、前記超音波受信器９Ａ〜９Ｃの各設置座標を既知とした状態で、前記各超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１から発せられた超音波を前記各超音波受信９Ａ〜９Ｃにより受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェル１２の位置及び方向を求め、前記削岩機１３を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。【選択図】図４
2006016781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも２箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車上の少なくとも３箇所以上に超音波受信器を夫々設け、
穿孔前に、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とした状態で、前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記各超音波受信により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項２】
走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも２箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車周囲の、設置点座標が既知とされる少なくとも３箇所以上に超音波受信器を夫々固定的に設け、
前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項３】
前記ガイドシェルに設ける超音波発信器は、それぞれガイドシェルの長手方向に間隔をおいた位置に夫々設ける請求項１，２いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項４】
前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に少なくとも２点以上の視準ターゲットを設けるとともに、前記削岩機搭載台車を視準できる位置であって、かつ設置点が既知とされる固定位置に測距・測角が可能な測量機器を設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを視準することにより求める請求項１、３いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項５】
前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に測距・測角が可能な測量機器を設けるとともに、該削岩機搭載台車上に前記測量機器との相対座標が既知とされる少なくとも１点以上の視準ターゲットを設け、かつ少なくとも２点以上の視準ターゲットを前記削岩機搭載台車の測量機器から視準できる位置であってかつ設置点が既知とされる固定位置に夫々設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを夫々視準することにより求める請求項１、３いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項６】
前記削岩機搭載台車は、多関節ブーム及びガイドシェルの可動部分に各種センサーを備えるとともに、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置に移動させる制御器を備え、前記超音波発信器及び超音波受信器により前記ガイドシェルの位置及び方向を求めたならば、前記所定削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させるようにする請求項１〜５いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法。
【請求項７】
施工現場内を移動する建設機械の位置計測方法であって、前記建設機械に超音波発信器を設けるとともに、前記施工現場内であって座標が既知とされる３点に夫々超音波受信器を固定配置し、前記超音波発信器より発せられた超音波を前記各超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記超音波発信器が取り付けられた建設機械の位置を求めることを特徴とする建設機械の位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことが無いとともに、穿孔装置への改造を必要とせずに安価で穿孔の位置決めが行えるようにした穿孔装置の穿孔位置決め制御方法、及び施工現場内を移動する建設機械の位置計測を安価にかつリアルタイムに行えるようにした建設機械の位置計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドリルジャンボを用いた穿孔作業に係り、従来は、切羽断面上の穿孔位置に対してレーザー光を照射し、手作業によるマーキングを行っていたが、近年はトンネル掘削作業の自動化、作業の省力化等の要請に従って、削岩機を支持するガイドシェル、ブームの各関節に各種のセンサー（回転角センサ、変位センサ、近接センサ等）を取付けて、ドリルジャンボの基準点の位置を基に各関節の移動量、角度のデータをコンピュータにて演算処理を行い、削岩機の位置決め座標を算出するとともに、ガイドシェル、ブームを作動させるサーボ機構により、前記位置決め座標まで削岩機を自動的に移動させる穿孔位置決め方法（方法１）が採用されるようになってきた。
【０００３】
前記方法１においては、各ブーム、センサーの固有の誤差、たわみ、また稼働期間に応じて漸次増大していくピン、ブッシュの摩耗によるガタを含んだものとなり、設定された位置決め座標どおりに削岩機を位置決めしても実際には精度良く削岩機を位置決めできないことが多いため、近年は前記穿孔位置決め制御システムに関しても種々の改良が試みられ、精度向上が図られている。例えば、下記特許文献１では、ドリルジャンボを用いたトンネル掘削による穿孔作業において、省力化と高精度のトンネル掘削を実現するために、台車後方とさく岩機にレーザーターゲットを設け、トンネル抗口側に設置した測量器を用いてドリルジャンボの位置座標を計測し、次に削岩機に設置した視準ターゲットを連続的に視準してその位置を検出し、前記視準ターゲットの位置情報に基づく制御信号により削岩機のサーボ機構を介して削岩機を自動的に動作させ、予め計算された切羽面上の穿孔位置に削岩のビットを誘導して位置決めする穿孔位置決め方法（方法２）が開示されている。
【特許文献１】特開平５−１５６８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記方法２の場合は、穿孔点から次の穿孔点に削岩機を移動させる際、常にトンネル坑口側に設置した測量器からガイドシェル後端に取り付けた視準ターゲットを視認できることが条件となり、一時的にでも視準ターゲットと測量器との間に障害物が存在し視準できない場合にはブームの移動を行う事ができないとともに、レーザーの自動追尾機能を利用しているため、削岩機の移動速度をレーザー光の移動速度以下とする必要があり、作業性が悪いなどの問題があった。また、複数のブームを有するドリルジャンボに適用する場合、測量器を複数導入する必要があるとともに、センサー取付箇所に加工を施す必要があり、非常にコストが嵩む問題があった。
【０００５】
一方、従来より、施工現場を移動する建設機械等の移動体の位置計測においては、ＧＰＳ(Global Positioning System）を利用した位置計測が行われている。しかし、ＧＰＳを用いた計測では、低コストのものは望む精度が得られず、高精度のものはコストが掛かり過ぎるなどの問題があった。また、測位に多くの時間が掛かりリアルタイムに位置計測ができないため実用的でないとともに、深い木々や他の建設重機の移動等の障害によりＧＰＳデータが断片的にしか受信できなくなる場合があったり、狭隘な山岳地帯等で地形的な制約からＧＰＳが全く受信できない場合があるなどの問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の第１の課題は、中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことがなく、かつ安価で穿孔装置の位置決めが行える制御方法を提供することにある。
【０００７】
また、第２の課題は、本発明を応用することにより、建設現場内を移動する建設機械の位置計測を安価にかつリアルタイムに行えるようにした建設機械の位置計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも２箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車上の少なくとも３箇所以上に超音波受信器を夫々設け、
穿孔前に、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とした状態で、前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記各超音波受信により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【０００９】
上記請求項１記載の本発明においては、ガイドシェルの少なくとも２箇所に、例えばガイドシェルの先端及び後端に夫々超音波発信器を設けるとともに、台車上の少なくとも３箇所以上に前記超音波発信器からの超音波を受信する超音波受信器を設けておき、穿孔前に、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とした状態で、前記超音波発信器より発せられた超音波を前記超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記超音波発信器の位置を求めるようにするものである。超音波発信機の位置が求まれば、ガイドシェルの座標位置及び方向が分かるため、この位置計測を繰り返し行うことにより、削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることが可能となる。
【００１０】
また、本方法の場合には、ガイドシェルの位置計測に超音波を利用するため、中間に障害物が存在しても、これを迂回して超音波が伝達されるため、測量作業に支障を来すことがないとともに、超音波発信器及び受信器を用いるため安価で位置計測が行えるようになる。
【００１１】
さらに、削岩機の誘導機能を有しない既存の削岩機搭載台車に対し、本発明を適用することにより、装置の大幅な改造を必要とすることなく極簡単に、穿孔位置決め機能を持たせることが可能となる。
【００１２】
請求項２記載の本発明として、走行可能な台車に対し、多関節ブームを介して、削岩機を搭載したガイドシェルを支持した削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法であって、
前記ガイドシェルの少なくとも２箇所以上に超音波発信器を設けるとともに、前記削岩機搭載台車周囲の、設置点座標が既知とされる少なくとも３箇所以上に超音波受信器を夫々固定的に設け、
前記各超音波発信器から発せられた超音波を前記超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記ガイドシェルの位置及び方向を求め、前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させることを特徴とする削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【００１３】
上記請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明と対比すると、超音波受信器を削岩機搭載台車ではなく、その周囲の設置点座標が既知とされる少なくとも３箇所以上に固定的に設けるようにしたものである。前記削岩機搭載台車が、例えば山岳トンネルの発破孔の削孔に用いられる場合には、切羽削孔時に前記削岩機搭載台車は切羽前面に位置し、発破時には待避のために後方側への移動を繰り返すことになる。
【００１４】
従って、請求項１記載の発明のように、超音波受信器を削岩機搭載台車上に設けた場合には、穿孔前に、必ず前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器群の各設置座標を既知とするための測量が必要となるが、本請求項２記載の発明の場合には、超音波受信器が座標既知点に固定的に設置されているため、削岩機搭載台車の座標及び姿勢、前記超音波受信器群の各設置座標を既知とする測量手間を省略しても、ガイドシェルの座標及び方向を特定できるようになる。
【００１５】
請求項３に係る本発明として、前記ガイドシェルに設ける超音波発信器は、それぞれガイドシェルの長手方向に間隔をおいた位置に夫々設ける請求項１，２いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。ガイドシェルの座標及び方向を正確に測量するには、前記超音波受信器はガイドシェルの長手方向に間隔をおいた位置に夫々設けるようにするのが望ましい。
【００１６】
請求項４に係る本発明として、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に少なくとも２点以上の視準ターゲットを設けるとともに、前記削岩機搭載台車を視準できる位置であって、かつ設置点が既知とされる固定位置に測距・測角が可能な測量機器を設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを視準することにより求める請求項１、３いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【００１７】
請求項５に係る本発明として、前記削岩機搭載台車の座標及び姿勢は、前記削岩機搭載台車上に測距・測角が可能な測量機器を設けるとともに、該削岩機搭載台車上に前記測量機器との相対座標が既知とされる少なくとも１点以上の視準ターゲットを設け、かつ少なくとも２点以上の視準ターゲットを前記削岩機搭載台車の測量機器から視準できる位置であってかつ設置点が既知とされる固定位置に夫々設け、前記測量機器により前記視準ターゲットを夫々視準することにより求める請求項１、３いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【００１８】
請求項６に係る本発明として、前記削岩機搭載台車は、多関節ブーム及びガイドシェルの可動部分に各種センサーを備えるとともに、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置に移動させる制御器を備え、前記超音波発信器及び超音波受信器により前記ガイドシェルの位置及び方向を求めたならば、前記所定削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置まで移動させるようにする請求項１〜５いずれかに記載の削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法が提供される。
【００１９】
本発明は、削岩機誘導機能を有しない既存の削岩機搭載台車に対して適用する場合には、装置の大幅な改造を必要とすることなく極簡単に、穿孔位置決め機能を持たせることが可能となるものであるが、この場合は頻繁にガイドシェルの位置計測を繰り返し行う必要がある。しかし、本請求項６記載の発明のように、削岩機搭載台車は、多関節ブーム及びガイドシェルの可動部分に各種センサーを備えるとともに、サーボ機構により前記削岩機を所定の穿孔位置に移動させる制御器を備える場合には、１回だけガイドシェルの位置計測を行えば、後は所定の削孔位置までの移動量は演算により求まるため、この移動を前記サーボ機構により行うようにすれば、測量作業を省力化できるようになる。
【００２０】
請求項７に係る本発明として、施工現場内を移動する建設機械の位置計測方法であって、前記建設機械に超音波発信器を設けるとともに、前記施工現場内であって座標が既知とされる３点に夫々超音波受信器を固定配置し、前記超音波発信器より発せられた超音波を前記各超音波受信器により受信し、その到達所要時間から前記超音波発信器が取り付けられた建設機械の位置を求めることを特徴とする建設機械の位置計測方法が提供される。
【００２１】
本請求項７記載の発明は、本発明を施工現場内を移動する建設機械の位置計測に応用したものである。従って、低コストで高精度の位置計測が可能になるとともに、リアルタイムに建設機械の位置を把握できるようになる。また、深い木々や他の建設重機による障害等の外的錯乱を排除できるようになるとともに、ＧＰＳが受信できない狭隘な山岳地帯等であっても何ら問題なく建設機械の位置計測が行えるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上詳説のとおり、請求項１〜６に係る本発明によれば、中間に障害物が存在していても測量作業に支障を来すことがなく、かつ安価で穿孔装置の位置決めが行えるようになる。
【００２３】
また、請求項７に係る本発明によれば、建設現場内を移動する建設機械の位置計測を安価にかつリアルタイムに行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
〔第１形態例〕
【００２５】
〔削岩機搭載台車１の構造〕
削岩機搭載台車１（以下、ドリルジャンボという。）は、図１に示されるように、多関節ブーム１１を介して、削岩機１３を搭載したガイドシェル１２を、走行可能な台車１４により支持した構造を成す穿孔装置である。
【００２６】
前記多関節ブーム１１、ガイドシェル１２及び削岩機１３からなる穿孔装置本体１０は、具体的には図２に示されるように、台車１４の基台１５上にブーム台１６を旋回軸１７によって枢着し、このブーム台１６に伸縮ブーム１８の基端を俯仰軸１９によって枢着している。伸縮ブーム１８は基端ブーム１８Ａと先端ブーム１８Ｂとからなり、先端ブーム１８Ｂが基端ブーム１８Ａに対して伸縮自在にスライドするようになっている。前記基台１５とブーム台１６との間には旋回用油圧シリンダ２０、伸縮ブーム１８の基端ブーム１８Ａとブーム台１６との間には俯仰用油圧シリンダ２１が設けられており、これによって伸縮ブーム１８は、旋回、俯仰可能となっている。
【００２７】
先端ブーム１８Ｂの先端部には、チルトボデイ２２がチルト軸２３によって枢着され、先端ブーム１８Ｂとの間にチルト用油圧シリンダ２４を設けチルト可能になっている。チルトボデイ２２には、スイングボデイ２５がスイング軸２６によって枢着され、チルトボデイ２２との間にスイング用油圧シリンダ（図示略）を設けてスイング可能になっている。スイングボデイ２５にはガイドロータリ２７が設けられており、ロータリ軸２８を中心としてローテーション可能になっている。ガイドロータリ２７には、マウント軸３０でガイドマウンチング２９が支持され、このガイドマウンチング２９でガイドシェル１２を前後スライド可能に支承している。ガイドシェル１２には、先端にビット１３ａを取付けたロッド１３ｂが挿着されている削岩機１３が搭載されており、削岩機１３は前後方向への送りが与えられて切羽Ｓの岩盤に穿孔する。
【００２８】
このドリルジャンボの伸縮ブーム１８の旋回軸１７、俯仰軸１９、チルト軸２３、スイング軸２６、ロータリ軸２８、及び伸縮ブーム１８、ガイドマウンチング２９、ガイドシェル１２のスライド部の各可動部分には、その作動量を検出するための検出器（図示略）が設置されており、旋回角θ1 、俯仰角θ2 、チルト角θ3 、スイング角θ4 、ロータリ角θ5 、ブームスライド長Ｌ1 、ガイドスライド長Ｌ2 、さく岩機フィード長Ｌ3 が検出されるようになっている。
【００２９】
このドリルジャンボ１において、削岩機１３を搭載したガイドシェル１２及びガイドシェル１２をガイドマウンチング２９で支承する伸縮ブーム１８からなる穿孔装置本体１０の作動の基準点Ｊは、ブーム台１６の旋回軸１７上にある。
【００３０】
図１に示すように、このドリルジャンボ１にはコンピュータを用いたサーボ用制御装置２と無線通信機３が搭載されている。サーボ用制御装置２は、予め計画された穿孔パターンに従った位置決め用演算座標データが入力されており、移動量を与えれば、サーボ機構により各可動部分のアクチュエーターを所定量だけ稼働させ、削岩機１３のビット１３ａを所定の穿孔位置に対し位置決めすることが可能となっている。この際、削岩機１３の基準点Ｊに対するビット１３ａ先端の座標は、前記検出器の各検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 ）の関数Ｆとして、また、削岩機１３の基準方向に対するガイドシェル１２の方向は検出値（θ1 ，θ2 ，θ3 ，θ4 ，θ5 ）の関数Ｇとして前記サーボ用制御装置２のコンピュータで演算し求められる。
【００３１】
〔ガイドシェル１２の位置計測のための機器〕
前記ドリルジャンボ１に対し、図１、図３及び図４に示されるように、前記ガイドシェル１２の少なくとも２箇所以上、図示例ではガイドシェル１２の前端及び後端に夫々超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１（８Ａ２、８Ｂ２）を設けるとともに、前記ドリルジャンボ１上の少なくとも３箇所以上、図示例では３箇所に超音波受信器９Ａ〜９Ｃを夫々設ける。前記超音波受信器９Ａ〜９Ｃの設置位置は、ドリルジャンボ１の後方側に設けた後述の視準ターゲット７Ａ、７Ｂに対する相対座標が既知とされ、前記視準ターゲット７Ａ、７Ｂの座標とドリルジャンボ１の姿勢が分かれば、演算により前記超音波受信器９Ａ〜９Ｃの座標は求まるようになっている。また、ドリルジャンボ１上には、キャリブレーション用の超音波発信器Ｔ０を設けておく。このキャリブレーション用超音波発信器Ｔ０も前記超音波受信器９Ａ〜９Ｃとの距離は既知である。
【００３２】
前記超音波送信器８Ａ１、８Ｂ１（８Ａ２、８Ｂ２）及び超音波受信器９Ａ〜９Ｃはそれぞれ、ドリルジャンボ１上に搭載された制御演算器３１と信号線によって接続されているとともに、前記制御演算器３１は前記サーボ用制御装置２と信号線によって接続されている。
【００３３】
前記制御演算器３１は、前記超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１（８Ａ２、８Ｂ２）から超音波を発信するように指令を出し、その超音波を前記３つの超音波受信器９Ａ〜９Ｃにより受信させ、その到達所要時間に基づき、超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１（８Ａ２、８Ｂ２）から超音波受信器９Ａ〜９Ｃまでの距離を演算により求める。そして、前記超音波受信器９Ａ〜９Ｃは、後述の要領により座標が既知とされるため、前記各距離から超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１（８Ａ２、８Ｂ２）の座標を演算により求め、ガイドシェル１２の座標位置と方向とを求める。なお、ガイドシェル１２の座標位置は、実際には削孔点となる削岩機１３のビット１３ａの点での座標とするのが望ましい。
【００３４】
〔ドリルジャンボ１の座標及び姿勢計測のための機器〕
前記ドリルジャンボ１の後方側には、図１に示されるように、その後部２箇所に視準ターゲット７Ａ、７Ｂを設置するとともに、前記ドリルジャンボ１の後方側に前記視準ターゲット７Ａ、７Ｂの座標を測定可能な測量機器４（例えば、トータルステーション）を設置する。また、前記測量機器４には無線通信機５が接続され、前記ドリルジャンボ１のサーボ用制御器２に接続された無線通信機３と通信可能になっているとともに、前記無線通信機５にはコンピューター６が接続され、該コンピューター６の情報も前記サーボ用制御器２と無線通信機３，５を介して送受信可能となっている。なお、前記サーボ用制御器２と測量機器４，コンピューター６との通信は有線によって行ってもよい。
【００３５】
ドリルジャンボ１の座標および姿勢を把握するには、前記ドリルジャンボ１の後部に設置した２つの視準ターゲット７Ａ、７Ｂを、ドリルジャンボ１の後方側に設置した前記測量機器４により視準し、前記視準ターゲット７Ａ、７Ｂの座標を求めることにより行う。この場合、前記ドリルジャンボ１の後部に設置した２つの視準ターゲット７Ａ、７Ｂは、水平方向に離間するとともに、上下方向に高さを異ならせて設置することにより、ドリルジャンボ１の設置座標とともに、ドリルジャンボ１の姿勢状態（ロール角、ピッチ角、ヨー角）を知ることが可能となる。なお、前記ドリルジャンボ１の位置及び姿勢は、後部に１つの視準ターゲットを設置するとともに、３軸角度センサーを機体に取り付け、前記視準ターゲットにより座標を取得し、かつ前記３軸角度センサーにより姿勢状態を把握するようにしてもよい。
【００３６】
或いは、図７に示されるように、前記ドリルジャンボ１の座標及び姿勢は、前記ドリルジャンボ１上に測距・測角が可能な測量機器４を設けるとともに、該ドリルジャンボ上に前記測量機器４との相対座標が既知とされる少なくとも１点以上の視準ターゲット３３を設け、かつ少なくとも２点以上の視準ターゲット３２Ａ、３２Ｂを前記ドリルジャンボ１の測量機器４から視準できる位置であってかつ設置点が既知とされる固定位置に夫々設け、前記測量機器４により前記視準ターゲット３２Ａ、３２Ｂ、３３を夫々視準することにより求めるようにしてもよい。
【００３７】
〔削岩機の穿孔位置決め制御〕
以下、前記削岩機１３の穿孔位置決め制御方法について、手順に従いながら詳述する。
【００３８】
先ず最初に、図１に示されるように、ドリルジャンボ１を切羽Ｓへの穿孔のために切羽手前に定位させる。ドリルジャンボ１を定位させたならば、測量機器４により、ドリルジャンボ１の後方面に設けた視準ターゲット７Ａ、７Ｂを視準することにより、ドリルジャンボ１の位置座標及び姿勢を算出するとともに、ドリルジャンボ１上に設けた超音波受信器９Ａ〜９Ｃの設置座標を演算により求め確定する。
【００３９】
また、前記超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１（８Ａ２、８Ｂ２）及び超音波受信器９Ａ〜９Ｃによる距離測定に先立ち、補正係数を求めるためにキャリブレーションを行う。キャリブレーションは、図５に示されるように、超音波発信器Ｔ０より超音波を発信し（Ｓ１）、超音波受信器９Ａ〜９Ｃのいずれかによりこの超音波を受信する（Ｓ２）。そして、超音波発信器Ｔ０から超音波受信器９Ａ〜９Ｃまでの到達所要時間を計測したならば、超音波の波長は既知であるから周波数（波の繰り返し回数）により、超音波発信器Ｔ０から各受信器９Ａ〜９Ｃまでの距離ｌ０を算出（Ｓ３）し、超音波発信器Ｔ０から超音波受信器９Ａ〜９Ｃまでの真の距離Ｌ０（測量により既知）とするならば、この真距離Ｌ０を計測された距離ｌ０で除して補正係数ｋを求める（Ｓ４）。
【００４０】
以上の準備測量が完了したならば、本計測に入る。以下、図５のフロー図に従いながら、前記本計測について詳述する。
【００４１】
前記超音波発信器８Ａ１より超音波を発信させ（Ｓ５）、超音波受信器９Ａ〜９Ｃで夫々受信する（Ｓ６）。次に、超音波発信器８Ａ１から超音波受信器９Ａ〜９Ｃ各々までの距離ｌ１、ｌ２、ｌ３を制御演算器３１により算出する（Ｓ７）。続いて、ｌ１、ｌ２、ｌ３の各値に前記補正係数ｋを乗じて補正を行い、真の超音波発信器８Ａ１から各超音波受信器９Ａ〜９Ｃまでの距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を夫々求める（Ｓ８）。この後、各距離Ｌ１〜Ｌ３および超音波受信器９Ａ〜９Ｃの設置位置座標は既知とされるから、下式（１）により超音波発信器８Ａ１の座標を演算により求める（Ｓ９）。
【００４２】
前記演算は、具体的に図６に示されるように、仮に、超音波発信器８Ａ１の設置位置座標をＴ（ｘ，ｙ，ｚ）、計算を簡単にするため、超音波受信器９Ａ〜９Ｃ設置位置の座標を、Ｒ１（０，０，０）、Ｒ２（ａ，０，０）、Ｒ３（ｂ，ｃ，０）とすると、前記超音波発信器８から各受信器９Ａ〜９Ｃまでの距離をｓ、ｔ、ｕ、超音波受信器９Ａから超音波受信器９Ｂまでの距離をｐ、超音波受信器９Ｂから超音波受信器９Ｃまでの距離をｑとすると、前記超音波発信器８Ａ１の座標ＴＡ（ＸＡ、ＹＡ、ＺＡ）は、以下の式（１）により求めることができる。
【数１】
2006016781.tif 000003
【００４３】
次に、超音波発信器８Ｂ１についても同様の要領により、座標ＴＢ（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）を求める。
【００４４】
ガイドシェル１２について、前記超音波発信器８Ａ１の座標ＴＡ（ＸＡ、ＹＡ、ＺＡ）と、超音波発信器８Ｂ１の座標ＴＢ（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）とが求まれば、前記超音波発信器８Ａ１及び超音波発信器８Ｂ１との相対位置から削岩機１３のビット１３ａの位置座標と方向とを求めることができる。
【００４５】
その後は、削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機１３を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。
【００４６】
一方のガイドシェル１２についても全く同様の手順により、前記超音波発信器８Ａ２の座標ＴＡ（ＸＡ、ＹＡ、ＺＡ）と、超音波発信器８Ｂ２の座標ＴＢ（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）とを求め、前記超音波発信器８Ａ２及び超音波発信器８Ｂ２との相対位置から削岩機１３のビット１３ａの位置座標と方向とが求まり、前記所定削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機１３を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。
【００４７】
〔第２形態例〕
本第２形態例は、第１形態例ではドリルジャンボ１上に設けた超音波受信器９Ａ〜９Ｃをドリルジャンボ１周囲の、設置点座標が既知とされる少なくとも３箇所以上に夫々固定的に設けるようにし、穿孔前に、前記ドリルジャンボ１の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とするための測量作業を省略可能としたものである。
【００４８】
具体的には、図８に示されるように、３つの超音波受信器９Ａ〜９Ｃを、それぞれトンネル内壁の両側壁及び天端に固定的に設ける。超音波受信器９Ａ〜９Ｃの設置点は、測量を行い既知としておく。
【００４９】
後は、前記第１形態例と同様に、超音波発信器８Ａ１より超音波を発信させ（Ｓ５）、超音波受信器９Ａ〜９Ｃで夫々受信する（Ｓ６）。次に、超音波発信器８Ａ１から超音波受信器９Ａ〜９Ｃ各々までの距離ｌ１、ｌ２、ｌ３を制御演算器３１により算出する（Ｓ７）。続いて、ｌ１、ｌ２、ｌ３の各値に前記補正係数ｋを乗じて補正を行い、真の超音波発信器８Ａ１から各超音波受信器９Ａ〜９Ｃまでの距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を夫々求める（Ｓ８）。この後、各距離Ｌ１〜Ｌ３および超音波受信器９Ａ〜９Ｃの設置位置座標は既知とされるから、超音波発信器８Ａ１の座標を演算により求める（Ｓ９）。また、超音波発信器８Ｂ１についても同様の要領により、座標ＴＢ（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）を求める。
【００５０】
前記超音波発信器８Ａ１の座標ＴＡ（ＸＡ、ＹＡ、ＺＡ）と、超音波発信器８Ｂ１の座標ＴＢ（ＸＢ、ＹＢ、ＺＢ）とが求まれば、前記超音波発信器８Ａ１及び超音波発信器８Ｂ１との相対位置から削岩機１３のビット１３ａの位置座標と方向とを求め、その後は、削孔位置までの移動量を演算し、サーボ機構により前記削岩機１３を所定の穿孔位置まで移動させるようにする。
【００５１】
前記ドリルジャンボ１は、切羽削孔時に切羽前面に位置し、発破時には待避のために後方側への移動を繰り返すことになるため、その度にドリルジャンボ１の座標及び姿勢、前記超音波受信器の各設置座標を既知とするための測量作業が必要となり作業が繁雑となる。従って、本第２形態例のように、前記超音波受信器９Ａ〜９Ｃを座標が既知とされる点に固定配置し、ガイドシェル１２の位置及び方向のみを計測するようにすれば、ドリルジャンボ１の位置は問題とならないため、測量作業を大幅に省力化できるようになる。なお、前記ドリルジャンボ１は、トンネル内を自由に移動するため、同図に示されるように、制御演算器３１と超音波受信器９Ａ〜９Ｃとは無線により信号伝送可能とするのが望ましい。
【００５２】
〔第３形態例〕
本第３形態例は、本発明を施工現場を移動する建設機械の位置計測に応用するものである。
【００５３】
具体的には、図９に示されるように、施工現場内を移動する建設機械３４（図示の例ではブルドーザー）に超音波受信器８を設けるとともに、前記施工現場内であって座標が既知とされる３点に夫々超音波受信器９Ａ〜９Ｃを固定配置するようにする。
【００５４】
後は、前記第１、第２形態例と同様に、超音波発信器８より超音波を発信させ、超音波受信器９Ａ〜９Ｃで夫々受信する。次に、超音波発信器８から超音波受信器９Ａ〜９Ｃ各々までの距離ｌ１、ｌ２、ｌ３を制御演算器３１により算出する。続いて、ｌ１、ｌ２、ｌ３の各値に前記補正係数ｋを乗じて補正を行い、真の超音波発信器８から各超音波受信器９Ａ〜９Ｃまでの距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を夫々求める。この後、各距離Ｌ１〜Ｌ３および超音波受信器９Ａ〜９Ｃの設置位置座標は既知とされるから、超音波発信器８の座標を演算により求め、建設機械３４の位置を知ることができる。
【００５５】
なお、前記建設機械３４は建設現場内を自由に移動するため、制御演算器３１と超音波発信器８とは無線により信号伝送可能とするのが望ましい。前記建設機械３４としては、前記ブルドーザーに限らず、例えばパワーショベル、トラック等、移動する建設機械であればどのようなものであっても良い。
【００５６】
〔他の形態例〕
(1)上記第１、第２形態例では、前記超音波発信器８は、ガイドシェル１２の先端及び後端の２箇所に設置するようにしたが、例えば先端部、中間部及び後端部の３箇所に設置するようにしてもよいし、それ以上の個数を設置するようにしてもよい。
(2)上記第１、第２形態例では、ドリルジャンボ１は、サーボ機構を有し削岩機誘導機能を有するドリルジャンボとしたが、削岩機誘導機能を有しないドリルジャンボに対し適用することも可能である。この場合には、頻繁にガイドシェル１２の位置計測を繰り返して、所定の削孔位置まで誘導するようにする。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１形態例に係るドリルジャンボ１の穿孔位置決め要領を示す、(A)は側面図、(B)は平面図である。
【図２】穿孔装置本体１０部分の要部拡大図である。
【図３】超音波発信器８Ａ１、８Ｂ１（８Ａ２、８Ｂ２）及び受信器９Ａ〜９Ｃを備えたドリルジャンボ１の平面図である。
【図４】ガイドシェル１２（８Ａ１、８Ｂ１、８Ａ２、８Ｂ２位置）の位置計測要領の概念図である。
【図５】ガイドシェル１２（８Ａ１、８Ｂ１、８Ａ２、８Ｂ２位置）の位置計測要領のフロー図である。
【図６】超音波発信器８Ａ１の座標演算要領を示す座標図である。
【図７】ドリルジャンボ１の位置及び姿勢計測方法の他例を示す図である。
【図８】第２形態例に係るドリルジャンボ１の穿孔位置決め要領を示す、(A)は側面図、(B)は平面図である。
【図９】建設機械の位置計測要領を示す概念平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…ドリルジャンボ、２…サーボ用制御器、３・５…無線通信機、４…測量機器、６…コンピューター、７Ａ・７Ｂ・３２Ａ・３２Ｂ・３３…視準ターゲット、８Ａ１・８Ｂ１・８Ａ２・８Ｂ２・８…超音波発信器、９Ａ〜９Ｃ…超音波受信器、１０…穿孔装置本体、３１…制御演算器、３４…建設機械、Ｓ…切羽
【図１】
2006016781.tif 000004
【図２】
2006016781.tif 000005
【図３】
2006016781.tif 000006
【図４】
2006016781.tif 000007
【図５】
2006016781.tif 000008
【図６】
2006016781.tif 000009
【図７】
2006016781.tif 000010
【図８】
2006016781.tif 000011
【図９】
2006016781.tif 000012