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マシンコントロールの仕組み

1.建機の制御技術

油圧制御

かつて施工現場では、建機のオペレーターが設計値を反映した現場内の杭などを目視で確認して、レバーを操作して排土板の高さを制御していました。
当社は1994年に米国でAdvanced Grade Technology社を買収し、建機を自動的に施工させるための基礎技術である油圧制御技術等を獲得し、マシンコントロール市場に参入しました。

相対的な高さ位置を制御するマシンコントロールシステム

建機を自動的に施工させるには、油圧制御技術の他に、高さ情報や位置情報を外部機器から電子的に取得する必要があります。
最初に実用化されたのは、均平作業(地面を平坦にならす)用の機器です。高さの基準としてローテーティングレーザー(回転レーザー)を用いました。
次に実用化されたのは、自動追尾式トータルステーションを用いた3次元マシンコントロールシステムです。
この両方式ともに、基準となる機器の高さや位置と建機の相対的な位置を計測しています。

均平作業

ローテーティングレーザーから高さ情報を発信し、レーザーセンサーがその変化量を認識します。その変化量に基づいて、油圧の流量を電子的に制御して、自動的に排土板の高さを制御します。

制御用油圧バルブ+レーザー機器←高さ制御
ローテーティングレーザーによる2Dマシンコントロール

排土板の自動コントロールイメージ排土板の自動コントロールイメージ
2D-MCイメージ

マシンコントロールシステム(自動追尾式トータルステーション)

自動追尾式トータルステーションによる高精度3次元データにより、設計値に沿って、自動的に排土板を制御します。
制御用油圧バルブ+自動追尾式トータルステーション←3次元(位置)の制御
トータルステーションによる3次元マシンコントロール

2.GPS(GNSS)技術

測位衛星

測位は衛星からの電波

当社は2000年に米国のJavad Positioning Systems社を買収し、精密GPS受信機市場に参入しました。
マシンコントロールシステムの位置情報を取得するセンサーとして、精密GPS受信機を取り入れました。
ローテーティングレーザーやトータルステーションでは、それらの機器から発する光の到達範囲により、長くても数100mの範囲でしか作業することができませんでした。しかしながら、衛星から電波を受信するGPSを利用することにより、到達範囲の制限はなくなるため、より広範な現場で施工できるようになるとともに、同時に複数の建機を一元的に管理できるようになりました。また、利用する測位衛星は、GPSに加えロシアのGLONASS、欧州のGalileoを加え、総称してGNSS受信機と呼称しています。
更に、GNSS受信機を用いることにより、建機位置の絶対的な3次元座標を計測できるようになりました。

絶対的な位置を制御するマシンコントロール

3次元マシンコントロールシステム(GNSS受信機)

制御用油圧バルブ+GNSS受信機+コントローラー(現場の3次元CADデータ)
GNSSによる3次元マシンコントロール

キャビンに設置したコントロールボックスには、その現場の3次元CADデータを記録してあり、GNSS受信機で計測した建機の絶対位置を照会して、建機の排土板の高さを制御することにより、セミオート施工を行うシステムです。
現在、このGNSS受信機を利用したマシンコントロールシステムの世界市場では、当社と米国トリンブル社の2社が大きなシェアを保有しています。

マシンコントロールを使った施工現場