(57)【要約】【課題】密閉式グラブバケットを用いて、浚渫対象区域の水底を精度よく容易に一定の厚さで浚渫できるようにする浚渫支援システム提供する。【解決手段】バックホウ１のアーム４の先端部に軸支される密閉式のグラブバケット５を水平掘り可能な構成にし、複数のセンサ１９、２０、２１やＲＴＫ−ＧＰＳ受信機２４等の検知データに基づいて算出した垂直軸に対するグラブバケット５の傾斜データと、グラブバケット５の平面方向位置およびその平面方向位置での最大開口領域を示す平面方向データと、一対のシェル７、７の刃先位置に相当する高さ方向位置を示す高さ方向データとをリアルタイムで操縦室２ａのモニターに表示するとともに、既に浚渫した平面方向領域と、浚渫対象区域における予め設定した浚渫深さ位置を示す目標深さデータを表示する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックホウのアームの先端部に軸支された密閉式のグラブバケットを用いて浚渫する際に、センサの検知データに基づいて算出したグラブバケットの位置情報を操縦室に設置したモニターに表示するようにした浚渫支援システムであって、前記グラブバケットを、バケット開閉動作の際に一対のシェルの刃先が水平移動する水平掘り可能な構成にし、前記グラブバケットの位置情報を検知する複数のセンサと、該複数のセンサの検知データを送信する送信機と、該送信機が送信した検知データを受信する受信機と、前記検知データに基づいてグラブバケットの位置情報を算出する制御装置と、該制御装置が算出したグラブバケットの位置情報を表示するモニターとを備え、前記グラブバケットの位置情報として、垂直軸に対するグラブバケットの傾斜角度を示す傾斜データと、グラブバケットの平面方向位置およびその平面方向位置での最大開口領域を示す平面方向データと、前記一対のシェルの刃先位置に相当する高さ方向位置を示す高さ方向データとを前記モニターにリアルタイムで表示し、前記平面方向データとともに、既に浚渫した平面方向領域を表示し、前記高さ方向データとともに、浚渫対象区域における予め設定した浚渫深さ位置を示す目標深さデータを表示するようにした浚渫支援システム。
【請求項２】
前記垂直軸に対するグラブバケットの傾斜角度を示す傾斜データが、予め設定した許容範囲内であるか否かを、前記モニターに表示するようにした請求項１に記載の浚渫支援システム。
【請求項３】
前記既に浚渫した平面方向領域の表示が、一回のバケット開閉動作により浚渫した領域ごとに、予め設定した浚渫深さの許容範囲内であるか否かを、前記モニターに表示するものである請求項１または２に記載の浚渫支援システム。
【請求項４】
前記複数のセンサが、前記グラブバケットに設置したバケット傾斜センサと、前記シェルに設置したバケット開閉センサと、前記ブームを可動させるブームシリンダの伸縮量を検知するブーム変位センサと、前記アームを可動させるアームシリンダの伸縮量を検知するアーム変位センサと、前記グラブバケットの垂直軸に対する傾斜を変えるバケット傾斜用シリンダの伸縮量を検知するバケット変位センサと、前記バックホウに設置した機体傾斜センサ、旋回角度センサ、ＲＴＫ−ＧＰＳ受信機およびＧＰＳ方位計またはジャイロコンパスである請求項１〜３のいずれかに記載の浚渫支援システム。
【請求項５】
前記バケット開閉センサを、前記一対のシェルのそれぞれに設置した請求項４に記載の浚渫支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浚渫支援システムに関し、さらに詳しくは、密閉式グラブバケットを用いて、浚渫対象区域の水底を精度よく容易に一定の厚さで浚渫できるようにする浚渫支援システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
浚渫対象がダイオキシン類等の有害汚染物質を含む土壌の場合は、浚渫する際に水中で有害汚染物質が拡散することを防止するために、密閉式のグラブバケットを使用する必要がある。このような土壌を浚渫した後には、有害汚染物質を含んだ浚渫物（土壌および水分）を適正に処理しなければならない。ここで、例えば、バケットで無害の土壌や水分を余分にすくってしまうと、バケットの中で有害汚染物質と一緒になるため、本来、処理する必要のなかった土壌や水分も処理しなければならなくなり、処理時間および処理費用が増大する。そのため、無駄な土壌や水分をすくうことなく浚渫対象区域の水底を精度よく、一定の厚さで浚渫することが必要となってきた。
【０００３】
従来、クレーンに吊設されたグラブバケットの側面方向における刃先位置の移動軌跡を画像表示して、容易に水底を平らに浚渫できるようにした装置および方法が提案されている（特許文献１参照）。この提案の装置および方法によれば、バケットの刃先の移動軌跡がモニターに表示されるので刃先を水平移動させ易くなるが、刃先が水平移動するようにクレーンを操作するには、一定の操縦スキルが必要であった。また、側面方向における刃先位置の移動軌跡の表示では、順次浚渫する領域が、平面方向に隙間をあけないように、或いは、重複しないようにすることは容易ではなかった。
【特許文献１】特開２００６−２７８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、密閉式グラブバケットを用いて、浚渫対象区域の水底を精度よく容易に一定の厚さで浚渫できるようにする浚渫支援システム提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため本発明の浚渫支援システムは、バックホウのアームの先端部に軸支された密閉式のグラブバケットを用いて浚渫する際に、センサの検知データに基づいて算出したグラブバケットの位置情報を操縦室に設置したモニターに表示するようにした浚渫支援システムであって、前記グラブバケットを、バケット開閉動作の際に一対のシェルの刃先が水平移動する水平掘り可能な構成にし、前記グラブバケットの位置情報を検知する複数のセンサと、該複数のセンサの検知データを送信する送信機と、該送信機が送信した検知データを受信する受信機と、前記検知データに基づいてグラブバケットの位置情報を算出する制御装置と、該制御装置が算出したグラブバケットの位置情報を表示するモニターとを備え、前記グラブバケットの位置情報として、垂直軸に対するグラブバケットの傾斜角度を示す傾斜データと、グラブバケットの平面方向位置およびその平面方向位置での最大開口領域を示す平面方向データと、前記一対のシェルの刃先位置に相当する高さ方向位置を示す高さ方向データとを前記モニターにリアルタイムで表示し、前記平面方向データとともに、既に浚渫した平面方向領域を表示し、前記高さ方向データとともに、浚渫対象区域における予め設定した浚渫深さ位置を示す目標深さデータを表示するようにしたことを特徴とするものである。
【０００６】
ここで、前記垂直軸に対するグラブバケットの傾斜角度を示す傾斜データが、予め設定した許容範囲内であるか否かを、前記モニターに表示するようにすることもできる。また、前記既に浚渫した平面方向領域の表示として、一回のバケット開閉動作により浚渫した領域ごとに、予め設定した浚渫深さの許容範囲内であるか否かを、前記モニターに表示することもできる。また、前記複数のセンサが、前記グラブバケットに設置したバケット傾斜センサと、前記シェルに設置したバケット開閉センサと、前記ブームを可動させるブームシリンダの伸縮量を検知するブーム変位センサと、前記アームを可動させるアームシリンダの伸縮量を検知するアーム変位センサと、前記グラブバケットの垂直軸に対する傾斜を変えるバケット傾斜用シリンダの伸縮量を検知するバケット変位センサと、前記バックホウに設置した機体傾斜センサ、旋回角度センサ、ＲＴＫ−ＧＰＳ受信機およびＧＰＳ方位計またはジャイロコンパスとすることもできる。また、前記バケット開閉センサを、前記一対のシェルのそれぞれに設置することもできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の浚渫支援システムによれば、バックホウのアームの先端部に軸支された密閉式のグラブバケットを水平掘り可能な構成にし、グラブバケットの位置情報を検知する複数のセンサと、該複数のセンサの検知データを送信する送信機と、該送信機が送信した検知データを受信する受信機と、前記検知データに基づいてグラブバケットの位置情報を算出する制御装置と、該制御装置が算出したグラブバケットの位置情報を表示するモニターとを備え、操縦室に設置されたモニターに、垂直軸に対するグラブバケットの傾斜角度を示す傾斜データと、グラブバケットの平面方向位置およびその平面方向位置での最大開口領域を示す平面方向データと、一対のシェルの刃先位置に相当する高さ方向位置を示す高さ方向データとを、リアルタイムで表示し、さらに平面方向データとともに、既に浚渫した平面方向領域を表示し、高さ方向データとともに、浚渫対象区域における予め設定した浚渫深さ位置を示す目標深さデータを表示するので、オペレータは、モニターに表示されたグラブバケットの平面方向および高さ方向の位置情報を確認しながら、浚渫対象区域の水底を精度よく容易に一定の厚さで浚渫することができる。
【０００８】
また、水平掘り可能なグラブバケットを用いることにより、シェルの刃先を水平移動させるために難しい操作をする必要がなく、グラブバケットを傾斜させずに垂直軸に対するグラブバケットの傾斜角度をゼロ度の状態にして、バケット開閉動作をするだけで所定の一定厚さで浚渫することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の浚渫支援システムについて図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１０】
図１、２に例示するように、本発明の浚渫支援システムは、バックホウ１のアーム４の先端部に軸支された密閉式のグラブバケット５を用いて浚渫を行なう際に適用されるものである。作業船３１に積載されたバックホウ１の上部旋回体２には、ブーム３を可動させるブームシリンダ３ａの伸縮量を検知するブーム変位センサ１９、アーム４を可動させるアームシリンダ４ａの伸縮量を検知するアーム変位センサ２０、グラブバケット５の垂直軸に対する傾斜角度を変えるバケット傾斜用シリンダ６の伸縮量を検知するバケット変位センサ２１とが設置されている。これらセンサ１９、２０、２１と検知対象となるそれぞれのシリンダ３ａ、４ａ、６とは、コントロールワイヤにより接続されている。
【００１１】
また、上部旋回体２には、機体傾斜センサ２２、上部旋回体２の旋回角度を検知する旋回角度センサ２３、バックホウ１の位置を検知するＲＴＫ−ＧＰＳ受信機２４、バックホウ１の向き（車台の向き）を検知する２基のＧＰＳ方位計２５、２５が設置されている。２基のＧＰＳ方位計２５、２５に替えてジャイロコンパスを設置することもできる。
【００１２】
グラブバケット５には、垂直軸に対するグラブバケット５の傾斜角度を検知するバケット傾斜センサ１７が設置され、一対のシェル７、７のそれぞれには、シェル７、７（グラブバケット５）の開閉角度を検知するバケット開閉センサ１８、１８が設置されている。さらに、上部旋回体２には、上記の各センサ類の検知データが入力される制御装置２６が送信機２７に接続されて設置されている。
【００１３】
操縦室２ａには、受信機２８およびモニター３０に接続された制御装置２９が設置されている。受信機２８は、送信機２７から無線送信された各種センサ類の検知データを受信し、これら検知データに基づいて制御装置２９により、グラブバケット５の位置情報が算出される。算出されたグラブバケット５の位置情報は、モニター３０にリアルタイムで表示される。送信機２７と受信機２８とは通信ケーブルで接続してもよい。
【００１４】
本発明で用いるグラブバケット５は、図３〜６に例示するように、バケット開閉装置８により一対のシェル７、７を開閉すると、シェル７、７の刃先が水平移動して水平掘りができる構造になっている。その構造を以下に説明する。
【００１５】
アーム４の先端部に軸支される対向する一対のカバープレート９、９の間には開閉シリンダ１３が設けられ、開閉シリンダ１３のシリンダロッドには、スライドブロック１４が固定されている。カバープレート９の内側面には、２つのガイド１０、１０が突設され、互いが平行に配置されている。尚、図３、５、６は、一対のカバープレート９、９のうち、表面側のカバープレート９を省略してグラブバケット５の内部構造を側面で示している。
【００１６】
カバープレート９は、支軸１６ｆによりアーム４の先端部に軸支され、支軸１６ｆと左右対称位置にある支軸１６ｇによりバケット傾斜用シリンダ６のシリンダロッドと連結している。したがって、バケット傾斜用シリンダ６のシリンダロッドの進退移動により、支軸１６ｆを中心にしてグラブバケット５が回動、傾斜するようになっている。
【００１７】
対向するガイド１０、１０の間には、ガイド１０の長手方向にスライドするスライドベース１１が設けられている。このスライドベース１１の開口部を通じて、スライドブロック１４と開閉シリンダ１３のシリンダロッドとが固定されている。スライドベース１１の表面には、２つのガイド１１ａ、１１ａが突設され、互いが平行に配置されている。この対向するガイド１１ａ、１１ａの間をスライドブロック１４が、ガイド１１ａの長手方向にスライドする。
【００１８】
一対のシェル７、７の上面から背面にかけてアームプレート１２が接合され、アームプレート１２の突出部先端と、カバープレート９のガイド１０の外側位置とは、両端を支軸１６ｂ、１６ｅにより軸支されたリンク部材１５ｂを介して連結されている。また、アームプレート１２の突出部根元と、スライドブロック１４とは、両端を支軸１６ｃ、１６ｄにより軸支されたリンク部材１５ａを介して連結されている。さらに、アームプレート１２の角部と、スライドプレート１１の下端部とは、支軸１６ａにより連結されている。
【００１９】
このように、グラブバケット５は、一対のシェル７、７の対向する当接面の位置を中心軸にして左右対称の構造になっている。また、図４に示すように平面視においても左右対称の構造になっている。
【００２０】
図３に例示するように、一対のシェル７、７（グラブバケット５）が開口した状態で、開閉用シリンダ１３のシリンダロッドを前進させて伸ばすと、スライドブロック１４も前進（図３では下方移動）する。これに連動してリンク部材１５ａ、１５ｂを介して一対のシェル７、７が互いに近接するように支軸１６ａ、１６ａを中心にして回動するとともに、リンク部材１５ａを介してスライドブロック１４が後退して支軸１６ａ、１６ａに連結されているスライドベース１１も後退（図３では上方移動）することにより、順次、図５、図６に例示するように、一対のシェル７、７の刃先位置は、一定の浚渫深さ位置を示す線分ＢＬ上を移動してグラブバケット５が閉口する。
【００２１】
即ち、開閉用シリンダ１３の軸方向が垂直になるように、グラブバケット５を傾斜させずに垂直軸に対する傾斜角度をゼロ度にして定位置に固定すれば、バケット開閉動作をするだけで、所定の一定厚さで浚渫を行なうことができる。尚、本発明で用いる密閉式のグラブバケット５は、水平掘りができるものであれば、上記説明した構造に限定されるものではない。
【００２２】
このグラブバケット５は、左右一対のシェル７、７を有して左右対称の構造になっているので、いずれか１つのシェル７に、バケット開閉センサ１８を１つ設置すれば、一対のシェル７、７（グラブバケット５）の開閉角度を検知することができる。しかしながら、例えば、一方のシェル７が正常に開閉し、他方のシェル７が異物に引っ掛かる等により正常に開閉しない場合に、正常に開閉したシェル７のみにバケット開閉センサ１８を設置していると、グラブバケット５が閉口していなくても閉口したと誤認する可能性がある。そこで、この実施形態のように、それぞれのシェル７、７にバケット開閉センサ１８、１８を設けることにより、確実にグラブバケット５の開閉状態を把握することが可能になる。
【００２３】
次いで、操縦室２ａに設置されたモニター３０に表示される内容について説明する。制御装置２９により算出されるグラブバケット５の位置情報は、垂直軸に対するグラブバケット５の傾斜角度を示す傾斜データ、グラブバケット５の平面方向位置およびその平面方向位置での最大開口領域を示す平面方向データ、一対のシェル７、７の刃先位置に相当する高さ方向位置を示す高さ方向データである。
【００２４】
制御装置２９には、予め設定した浚渫深さ位置を示す目標深さデータ、既に浚渫した平面方向領域を示すデータが記憶されている。制御装置２９には、さらに、グラブバケット５の傾斜角度が適正か否かの判断基準となる許容範囲データ、既に浚渫した平面方向領域の浚渫深さが適正か否かの判断基準となる許容範囲データを記憶するようにしてもよい。
【００２５】
制御装置２９により算出されたグラブバケット５の位置情報のうち、平面方向データは、図７に例示するように、既に浚渫した平面方向領域とともに、モニター３０に平面視で図画表示される。例えば、現在のグラブバケット５の平面方向位置およびその平面方向位置での最大開口領域は、四角枠Ｆｎで表示され、既に浚渫された平面方向領域は、現在の位置を示す四角枠Ｆｎとは識別できるように、色や枠の太さを等を変えた四角枠Ｆｐで表示される（図７では枠の太さを変えて示している）。グラブバケット５の平面方向中心位置を示す先端座標Ｐ１を表示するようにしてもよい。
【００２６】
この表示内容を確認しながら浚渫作業をすることにより、容易に、順次浚渫する領域が、平面方向に隙間をあけないように、或いは、重複しないようにすることができる。
【００２７】
高さ方向データは、図８に例示するように、浚渫対象区域における予め設定した浚渫深さ位置を示す目標深さデータとともに、モニター３０に側面視で図画表示される。この際に、垂直軸に対するグラブバケット５の傾斜角度を示す傾斜データも数値等で表示される。
【００２８】
例えば、現在のグラブバケット５の刃先位置に相当する高さ位置が分かるように、グラブバケット５の側面図が図画表示され、目標深さデータとして線分ＢＬが表示される。グラブバケット５の刃先位置に相当する高さ位置として、グラブバケット５を閉じた際の刃先位置である先端座標Ｐ２を表示するようにしてもよい。
【００２９】
この表示内容を確認しながら、グラブバケット５を傾斜させずに、垂直軸に対するグラブバケット５の傾斜角度がゼロ度（０°）になるようにして、グラブバケット５の刃先位置に相当する高さ位置を線分ＢＬに一致させる。水平掘り可能なグラブバケット５なので、この状態でバケット開閉動作をするだけで、容易に目標どおりの一定厚さで浚渫することができる。
【００３０】
このように、本発明によれば、オペレータは、モニター３０に表示されたグラブバケット５の平面方向および高さ方向の位置情報を確認しながら、浚渫対象区域の水底を精度よく容易に一定の厚さで浚渫することができる。また、シェル７の刃先を水平移動させるために難しい操作をする必要もなくなる。したがって、浚渫対象がダイオキシン類等の有害汚染物質を含む土壌の場合には、無害な余分な水分や土壌をすくうこともなく、効率的に浚渫をすることができる。
【００３１】
既に浚渫した平面方向領域の表示として、一回のバケット開閉動作により浚渫した領域ごとに、予め設定した浚渫深さの許容範囲内であるか否かを表示するようにしてもよい。例えば、図７に例示するように、既に浚渫した平面方向領域が、設定した浚渫深さの許容範囲内と範囲外の場合とで四角枠Ｆｐの内側を異なる色で表示する（図７では四角枠Ｆｐの内部の斜線の向きを変えて異なる色を示している）。これにより、適正な深さで浚渫された領域を一見して把握することができ、一段と容易に高精度の浚渫を行なうことが可能になる。
【００３２】
また、垂直軸に対するグラブバケット５の傾斜角度を示す傾斜データが、予め設定した許容範囲内であるか否かを表示するようにしてもよい。例えば、図８に例示した表示において、傾斜データが、設定した許容範囲内と範囲外の場合とで表示されている図画の一部を異なる色で表示する。これにより、グラブバケット５が垂直軸に対して傾斜しているか否かを一見して把握することができ、一段と容易に高精度の浚渫を行なうことが可能になる。
【００３３】
モニター３０には、図画表示ととも各データを数値で表示することもできる。グラブバケット５の先端位置Ｐ１およびＰ２を、３次元の公共座標で表示してもよい。また、平面方向データと高さ方向データとは、同時にモニター３０に表示することもでき、選択的にいずれか一方のデータを表示することもできる。
【００３４】
実施形態では、作業船３１に載ったバックホウ１によって浚渫作業を行なうようにしているが、本発明は、作業船３１を用いることなく岸辺等の陸地から直接、バックホウ１により浚渫作業する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の浚渫支援システムの全体概要を示す説明図である。
【図２】図１の浚渫支援システムが適用されたバックホウを例示する側面図である。
【図３】図２のグラブバケットが開いた状態を例示する側面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】図３のグラブバケットが閉じる過程を例示する側面図である。
【図６】図３のグラブバケットが閉じた状態を例示する側面図である。
【図７】図１のモニターの表示画面を例示する説明図である。
【図８】図１のモニターの表示画面を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  バックホウ
２  上部旋回体
２ａ  操縦室
３  ブーム
３ａ  ブームシリンダ
４  アーム
４ａ  アームシリンダ
５  密閉式グラブバケット
６  バケット傾斜用シリンダ
７  シェル
８  バケット開閉装置
９  カバープレート
１０  ガイド
１１  スライドベース    １１ａ  ガイド
１２  アームプレート
１３  開閉用シリンダ
１４  スライドブロック
１５ａ、１５ｂ  リンク部材
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ  支軸
１７  バケット傾斜センサ
１８  バケット開閉センサ
１９  ブーム変位センサ
２０  アーム変位センサ
２１  バケット変位センサ
２２  機体傾斜センサ
２３  旋回角度センサ
２４  ＲＴＫ−ＧＰＳ受信機
２５  ＧＰＳ方位計
２６  制御装置
２７  送信機
２８  受信機
２９  制御装置
３０  モニター
３１  作業船
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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