(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラブバケットを備えた掘削機に取り付けた複数の各種センサからの信号により、グラブバケットによる掘削深度、グラブバケットの平面位置、高さ位置及び開閉度、揚土を含むグラブバケットの重量並びに揚土量をオペレータ室のディスプレイに視覚的に表示するようにした掘削揚土作業支援システムにおいて、グラブバケットにより掘削された掘削深度をケーソンの刃口を基準に、深度に応じて、数段階に色彩、色の濃淡又は模様を変えて表示するようにしたことを特徴とする掘削揚土作業支援システム。
【請求項２】
グラブバケットが、水中掘削機用のレールに接触するおそれのある安全範囲表示内に入ると、音声又は警報音により聴覚的に表示するようにしたことを特徴とする請求項１記載の掘削揚土作業支援システム。
【請求項３】
掘削作業位置に対する掘削機の位置を、全地球測位システムにより管理することを特徴とする請求項１又は２記載の掘削揚土作業支援システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削揚土作業支援システムに関し、特に、グラブバケット（本明細書において、ドレッジャーバケット等の類似のバケット類を含み、単に、「グラブバケット」という。）による掘削揚土状況を、大深度や地下水位が高い場合にも、オペレータが視覚的に確認することができるようにすることにより、熟練を要することなく、精度よく、安全に、掘削揚土作業を行うことができる掘削揚土作業支援システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、オープンケーソン工法において、グラブバケットを備えたクローラクレーン等の掘削機を用いて掘削揚土作業を行う場合、特に、大深度や地下水位が高いときには、オペレータは、グラブバケットによる掘削揚土状況を、直接視覚的に確認することができないため、通常、グラブバケットの主ワイヤ及び副ワイヤの弛み、主ワイヤ及び副ワイヤに取り付けた目印等を目視することにより、あるいは、グラブバケットの着地による衝撃等を体感することにより、主ワイヤ及び副ワイヤの巻取操作を行うといった、オペレータの勘や経験に頼った方法で掘削揚土作業を行うようにしており、このため、掘削機の操作に熟練を要するという問題があった。
【０００３】
また、オペレータの勘や経験に頼った方法で掘削揚土作業を行うため、
(1) 大深度や地下水位が高く水中掘削となる場合等には、上記のようにグラブバケットによる掘削揚土状況をオペレータが直接視覚的に確認することができず、一定の深さの平面的な掘削を正確に行うことが困難である。
(2) 一定の深さの平面的な掘削を正確に行うために、オープンケーソン工法等において、掘削平面位置等の掘削揚土状況をオペレータに知らせるには、オペレータとは別に監視員が必要となり、また、地下水位が高く水中掘削となる場合には、この方法すら採用できない。
(3) グラブバケットの閉鎖不完全による土砂流出が発生しやすい。
(4) 着地時に、ワイヤを弛め過ぎることによりグラブバケットを倒してしまい、倒れ修正に時間を要する。
(5) 昇降時に主ワイヤと副ワイヤにかかる荷重の差が大きくなりやすく、グラブバケットが回転して主ワイヤと副ワイヤの絡み合いを生じ、作業効率が低下するとともに、ワイヤを傷める。
(6) 長時間の作業によりオペレータが疲労しやすい。
(7) １回の揚土量を瞬時に把握することが難しいため、掴み量不足が発生しやすい。
(8) 累積の揚土量を瞬時に把握することが難しいため、作業終了時期を把握しにくい。
等、種々の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来のグラブバケットを備えたクローラクレーン等の掘削機を用いる掘削揚土作業における問題点に鑑み、グラブバケットによる掘削揚土状況を、大深度や地下水位が高い場合にも、オペレータが視覚的に確認することができるようにすることにより、熟練を要することなく、精度よく、安全に、掘削揚土作業を行うことができる掘削揚土作業支援システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の掘削揚土作業支援システムは、グラブバケットを備えた掘削機に取り付けた複数の各種センサからの信号により、グラブバケットによる掘削深度、グラブバケットの平面位置、高さ位置及び開閉度、揚土を含むグラブバケットの重量並びに揚土量をオペレータ室のディスプレイに視覚的に表示するようにした掘削揚土作業支援システムにおいて、グラブバケットにより掘削された掘削深度をケーソンの刃口を基準に、深度に応じて、数段階に色彩、色の濃淡又は模様を変えて表示するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
この掘削揚土作業支援システムは、オペレータ室に設置されたディスプレイに、グラブバケットを備えた掘削機に取り付けた複数の各種センサからの信号により、グラブバケットによる掘削揚土作業に必要な、グラブバケットによる掘削深度、グラブバケットの平面位置、高さ位置及び開閉度、揚土を含むグラブバケットの重量並びに揚土量をリアルタイムで表示するようにしているため、グラブバケットによる掘削揚土状況を、大深度や地下水位が高い場合にも、オペレータが視覚的に確認することができる。
【０００７】
この場合において、グラブバケットが、水中掘削機用のレールに接触するおそれのある安全範囲表示内に入ると、音声又は警報音により聴覚的に表示するようにすることができる。
【０００８】
これにより、グラブバケットが、水中掘削機用のレールに接触することを未然に防止することができる。
【０００９】
また、掘削作業位置に対する掘削機の位置を、全地球測位システム（global positioning system）（以下、本明細書において、「ＧＰＳ」という。）により管理することができる。
【００１０】
これにより、掘削機を移動しても、それまでの掘削揚土情報をそのまま利用して作業を継続して行うことができ、効率よく、掘削揚土作業を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の掘削揚土作業支援システムの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１に、本発明の掘削揚土作業支援システムに用いる掘削機の一例を示す。
ここでは、掘削機として、グラブバケット３を備えたクローラクレーンを例に説明するが、掘削機は、グラブバケット３を備えたものである限り、これに限定されるものではない。
【００１３】
クローラクレーンは、クレーン本体１の下部に無限軌道１Ｃを備えた走行台車１Ｐを配設することにより、走行可能としたもので、クレーン本体１に起伏自在に取り付けられたブーム２の先端位置に、２個のシーブＳ１，Ｓ２を配設し、シーブＳ１，Ｓ２に、主としてグラブバケット３を支持する主ワイヤーＷ１及び主としてグラブバケット３の開閉操作を行う副ワイヤーＷ２をそれぞれ掛け渡し、主ワイヤーＷ１及び副ワイヤーＷ２の先端側をグラブバケット３に係止するとともに、基端側をクレーン本体１側に搭載した巻取ドラムＤ１，Ｄ２にそれぞれ巻き取るように構成している。
【００１４】
そして、ワイヤＷ１，Ｗ２をそれぞれ巻き取るようにした巻取ドラムＤ１，Ｄ２には、主巻量検出器（センサ）４及び副巻量検出器（センサ）５をそれぞれ取り付けて、主ワイヤＷ１及び副ワイヤＷ２の巻量をそれぞれ検出するようにし、これにより、主ワイヤＷ１及び副ワイヤＷ２の巻き出されている長さ並びに巻き出されている長さの差によりグラブバケット３の開閉度を検出できるようにしている。
本例において、主巻量検出器４及び副巻量検出器５は、巻取ドラムＤ１，Ｄ２の外周側面に沿って磁気スケール（図示省略）を取り付け、主ワイヤＷ１及び副ワイヤＷ２の巻量をそれぞれ検出するようにしている。
【００１５】
そして、ブーム２には、クレーン本体１に係止する係止ワイヤ２２の基端側にブーム２全体にかかる荷重、すなわち、主ワイヤＷ１にかかる荷重Ｗｅ１と副ワイヤＷ２にかかる荷重Ｗｅ２を合わせた総荷重Ｗｅ０を検出する荷重検出器（センサ）２１を取り付けるようにしている。
また、本例においては、主としてグラブバケット３の開閉操作を行う副ワイヤＷ２を掛けるシーブＳ２の近傍位置には、荷重検出器（センサ）６を取り付けて、副ワイヤＷ２にかかる荷重Ｗｅ２を検出するようにしている。
これにより、荷重検出器２１により検出された総荷重Ｗｅ０及び荷重検出器６により検出された副ワイヤＷ２にかかる荷重Ｗｅ２により、主ワイヤＷ１にかかる荷重Ｗｅ１を、次式にて算出できるようにしている。
【００１６】
Ｗｅ１＝Ｗｅ０−Ｗｅ２
【００１７】
また、ブーム２の基端部には、ブーム２の起伏角度を検出する起伏角度検出器（センサ）７を取り付け、ブーム２の起伏角度をリアルタイムで検出し、さらに、起伏角度検出器７により検出されるブーム２の起伏角度と巻取ドラムＤ１に取り付けた主巻量検出器４により検出される主ワイヤＷ１の巻量から、グラブバケット３による掘削深度及びグラブバケット３の高さ位置を算出できるようにしている。
【００１８】
また、無限軌道１Ｃを備えた走行台車１Ｐに対するクレーン本体１の旋回角度を検出するロータリーエンコーダ等の旋回角度検出器（センサ）８を取り付け、クレーン本体１の旋回角度をリアルタイムで検出し、さらに、旋回角度検出器８により検出されるクレーン本体１の旋回角度と起伏角度検出器７により検出されるブーム２の起伏角度から、グラブバケット３の平面位置を算出できるようにしている。
【００１９】
さらに、必要に応じて、掘削作業位置に対するクレーン本体１の位置を、ＧＰＳにより管理することができるようにしている。
【００２０】
一方、クレーン本体１のオペレータ室１Ｒには、オペレータが操作及び視認しやすい位置に、ディスプレイ１０及び操作パネル２０を配設する。
【００２１】
ディスプレイ１０は、図２に示すように、例えば、液晶パネルで以て構成し、上記複数の各種センサ４，５，６，７，８，２１からの信号をシステム制御盤９に送信して検出、算出したケーソンＫ内に吊り降ろされているグラブバケット３による掘削深度、グラブバケット３の平面位置、高さ位置及び開閉度、揚土を含むグラブバケットの重量並びに揚土量等を視覚的に表示するようにしている。
【００２２】
そして、より具体的には、特に限定されるものではないが、
(1) ケーソンＫに対するグラブバケット３の平面位置表示１１
(2) グラブバケット３が、主ワイヤＷ１にかかる荷重Ｗｅ１と副ワイヤＷ２にかかる荷重Ｗｅ２の差により平面内で回転した場合の回転範囲表示１１Ａ
(3) グラブバケット３が平面内で回転しても、グラブバケット３が、ケーソンＫの躯体、より具体的には、ケーソンＫの刃口Ｋ２の近傍位置に設置する水中掘削機（図示省略）用のレールＫ１に接触しない安全範囲表示１１Ｂ
(4) グラブバケット３による掘削された掘削深度表示１２（ケーソンＫの刃口Ｋ２を基準に、深度に応じて、数段階に色彩、色の濃淡、模様等を変えて表示するようにする。）
(5) ケーソンＫの刃口Ｋ２の近傍位置に設置する水中掘削機による掘削範囲表示１３
(6) グラブバケット３の高さ位置表示１４（「クラム深度」（グラブバケット３の高さ位置）、「刃口深度」（ケーソンＫの刃口Ｋ２の深度及び位置）を表示するようにする。）
(7) ワイヤＷ１，Ｗ２にかかる荷重表示１５（主ワイヤＷ１にかかる荷重Ｗｅ１（「支持」又は「支持荷重」と表示）と副ワイヤＷ２にかかる荷重Ｗｅ２（「開閉」又は「開閉荷重」と表示）を表示するようにする。）
(8) グラブバケット３の開閉度表示１６
(9) グラブバケット３の揚土の重量表示１７（「今回土量」（現在グラブバケット３が揚土している土量）及び「累積土量」を表示するようにする。）
(10) グラブバケット３による掘削回数表示１８
を、数値若しくはグラフィックス又は両者を併用（例えば、グラブバケット３の高さ位置表示１４、ワイヤＷ１，Ｗ２にかかる荷重表示１５、グラブバケット３の開閉度表示１６等）することにより総合的に表示するようにしている。
【００２３】
そして、例えば、ケーソンＫに対するグラブバケット３の平面位置表示１１により、現在のグラブバケット３の平面位置を確認し、グラブバケット３による掘削された掘削深度表示１２に合わせて、一定の深さの平面的な掘削を行うことができるように、グラブバケット３を移動するようにする。
【００２４】
この場合、グラブバケット３が、水中掘削機用のレールＫ１に接触するおそれのある安全範囲表示１１Ｂ内に入ると、オペレータに音声、警報音等により聴覚的に表示するようにし、グラブバケット３が、水中掘削機用のレールＫ１に接触することを未然に防止するようにする。
【００２５】
また、グラブバケット３の高さ位置表示１４により、現在のグラブバケット３の高さ位置を視覚的に確認することができるようにする。
【００２６】
この場合、グラブバケット３の降下時、グラブバケット３がケーソンＫの刃口Ｋ２から所定の高さ位置、例えば、６ｍの位置に達したとき、オペレータに音声、警報音等により聴覚的に表示するようにし、これにより、グラブバケット３の降下終了の操作タイミング、すなわち、グラブバケット３を一旦停止させるためのブレーキを掛けるタイミングを、オペレータに視覚的及び聴覚的に知らせるようにする。
そして、オペレータは、グラブバケット３を、ケーソンＫの刃口Ｋ２から所定の高さ位置、例えば、２〜３ｍの位置で一旦停止させた後、グラブバケット３を開いた状態で落下させることにより、ワイヤＷ１，Ｗ２の過度の弛みによる巻取ドラムＤ１，Ｄ２におけるワイヤＷ１，Ｗ２の乱巻を防止し、併せて、グラブバケット３の倒れに起因する作業時間のロスを防止して、グラブバケット３による土砂の掴み取りを確実に行うことができるようにする。
【００２７】
また、グラブバケット３の開閉度表示１６により、現在のグラブバケット３の開閉度を視覚的に確認することができるようにする。
【００２８】
この場合、グラブバケット３による土砂の掴み取り時、グラブバケット３が閉動作を完了したとき、オペレータに音声、警報音等により聴覚的に表示して、グラブバケット３の上昇開始の操作タイミングを知らせるようにし、これにより、効率よく掘削揚土作業を行うことができるようにするとともに、グラブバケット３の閉鎖不完全による土砂流出の発生を防止するようにする。
【００２９】
また、ワイヤＷ１，Ｗ２にかかる荷重表示１５は、主ワイヤＷ１にかかる荷重Ｗｅ１と副ワイヤＷ２にかかる荷重Ｗｅ２の差が適切な範囲になるようにして、グラブバケット３が平面内で回転することを防止するとともに、この差が適切な範囲を越えたときは、オペレータに音声、警報音等により聴覚的に表示するようにする。
【００３０】
また、グラブバケット３の揚土の重量表示１７は、現在グラブバケット３が揚土している土量及び累積土量を表示し、グラブバケット３による掘削回数表示１８と併せて、掘削揚土作業量をリアルタイムで、オペレータに視覚的に知らせるようにする。
【００３１】
このように、この掘削揚土作業支援システムは、オペレータ室１Ｒに設置されたディスプレイ１０に、クローラクレーンに取り付けた複数の各種センサ４，５，６，７，８，２１からの信号により、グラブバケット３による掘削揚土作業に必要な、グラブバケット３による掘削深度、グラブバケットの平面位置、高さ位置及び開閉度、揚土を含むグラブバケットの重量並びに揚土量をリアルタイムで表示するようにしているため、グラブバケット３による掘削揚土状況を、大深度や地下水位が高い場合にも、オペレータがディスプレイ１０を見て視覚的に、また、必要に応じて、音声、警報音等により聴覚的に確認することができ、精度よく、安全に、効率よく、掘削揚土作業を行うことを可能にする。
【００３２】
また、掘削揚土状況の情報は、クローラクレーンのオペレータ室１Ｒだけでなく、クローラクレーンに設置した送受信機１９Ａを介して、クローラクレーンから離れた場所にある事務所等の管理室Ｒに設置した送受信機１９Ｂに送り、これにより、管理室Ｒでもパソコン１９Ｃ等に表示したり、さらに、掘削揚土状況の情報をハードコピーあるいは保存することができるようにする。
さらには、事務所等の管理室Ｒから、クローラクレーンのオペレータ室１Ｒに掘削揚土作業についての適正な指示を与えることもできる。
【００３３】
以上、本発明の掘削揚土作業支援システムについて、掘削機として、グラブバケット３を備えたクローラクレーンを使用して行うオープンケーソン工法を例に説明したが、掘削機は、グラブバケット３を備えたものである限り、これに限定されるものではなく、例えば、門型クレーンを使用して行う掘削揚土作業に適用することができ、また、グラブバケット３も副ワイヤＷ２により開閉操作を行うもののほか、油圧シリンダ等のアクチュエータを使用するものに適用することができ、さらに、適用できる工法もオープンケーソン工法に限定されるものではない。
【００３４】
また、本実施例においては、水中掘削機をレールＫ１から取り外した状態でグラブバケット３による掘削揚土作業を行うようにしているため、水中掘削機の表示を省略したが、同時に作業を行う場合には、必要に応じて、システム制御盤９に、グラブバケット３及び水中掘削機の両者をディスプレイ１０に表示し、両者の接触を防止する制御機構を組み込むようにすることができる。
さらに、掘削作業位置に対して移動可能な掘削機を使用する場合には、掘削機の位置を、ＧＰＳにより管理することにより、掘削機を移動しても、それまでの掘削揚土情報をそのまま利用して作業を継続して行うことができ、これにより、効率よく、掘削揚土作業を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の掘削揚土作業支援システムによれば、オペレータ室に設置されたディスプレイに、グラブバケットを備えた掘削機に取り付けた複数の各種センサからの信号により、グラブバケットによる掘削揚土作業に必要な、グラブバケットによる掘削深度、グラブバケットの平面位置、高さ位置及び開閉度、揚土を含むグラブバケットの重量並びに揚土量をリアルタイムで表示するようにしているため、グラブバケットによる掘削揚土状況を、大深度や地下水位が高い場合にも、オペレータが視覚的に確認することができ、これにより、熟練を要することなく、また、掘削平面位置等の掘削揚土状況を知らせる監視員等の補助者を必要とせず、従来のグラブバケットを備えたクローラクレーン等の掘削機を用いる掘削揚土作業において問題点とされていた事項を解消し、精度よく、安全に、掘削揚土作業を行うことができる。
【００３６】
また、グラブバケットが、水中掘削機用のレールに接触するおそれのある安全範囲表示内に入ると、音声又は警報音により聴覚的に表示するようにすることにより、グラブバケットが、水中掘削機用のレールに接触することを未然に防止することができる。
【００３７】
また、掘削作業位置に対する掘削機の位置を、ＧＰＳにより管理することにより、掘削機を移動しても、それまでの掘削揚土情報をそのまま利用して作業を継続して行うことができ、これにより、効率よく、掘削揚土作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の掘削揚土作業支援システムに用いるクローラクレーンの説明図である。
【図２】  ディスプレイの説明図である。
【図３】  管理室の説明図である。
【符号の説明】
１    クレーン本体
１Ｃ  無限軌道
１Ｐ  走行台車
１Ｒ  オペレータ室
２    ブーム
３    グラブバケット
４    主巻量検出器（センサ）
５    副巻量検出器（センサ）
６    荷重検出器（センサ）
７    起伏角度検出器（センサ）
８    旋回角度検出器（センサ）
９    システム制御盤
１０  ディスプレイ
１１  平面位置表示
１１Ａ  回転範囲表示
１１Ｂ  安全範囲表示
１２  掘削深度表示
１３  水中掘削機による掘削範囲表示
１４  高さ位置表示
１５  ワイヤにかかる荷重表示
１６  開閉度表示
１７  揚土の重量表示
１８  掘削回数表示
１９Ａ  送受信機
１９Ｂ  送受信機
１９Ｃ  パソコン
２０  操作パネル
２１  荷重検出器（センサ）
Ｒ    管理室
Ｗ１  主ワイヤ
Ｗ２  副ワイヤ
Ｗｅ０  総荷重
Ｗｅ１  主ワイヤにかかる荷重
Ｗｅ２  副ワイヤにかかる荷重
Ｄ１  巻取ドラム
Ｄ２  巻取ドラム
Ｓ１  シーブ
Ｓ２  シーブ
Ｋ    ケーソン
Ｋ１  水中掘削機用のレール
Ｋ２  ケーソンの刃口
【図１】
0004318807.tif 000002
【図２】
0004318807.tif 000003
【図３】
0004318807.tif 000004