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技術 測量装置

出願人 株式会社トプコン
発明者 大友文夫穴井哲治熊谷薫
出願日 2017年12月19日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2017-242818
公開日 2019年7月4日 (9ヶ月経過) 公開番号 2019-109154
状態 未査定
技術分野 測量一般
主要キーワード 対比データ 両手作業 検出傾斜角 スキャン軌跡 オーバラップ部分 花びら状 水平検出 機械中心
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

容易に短時間で設置可能であり、設置作業熟練を必要としない測量装置を提供する。

解決手段

基準点に設置される一脚3と、一脚3の軸心に対して、既知の距離と角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体4と、一脚3に設けられ、測量装置本体4とデータ通信可能な操作パネル7とを具備し、測量装置本体4は、測定対象2迄の距離を測定する測距部と、演算制御部と、測定対象を含む第1画像を取得する測定方向撮像部と、水平に対する2軸の傾斜を検出する姿勢検出部とを有し、操作パネルは、表示部と、演算部と、操作部とを有し、演算制御部、演算部の少なくとも一方は、姿勢検出部の検出結果に基づき一脚3の鉛直に対する傾斜角を演算し、基準光軸の水平に対する傾斜角、一脚3の鉛直に対する傾斜角及び測距部の測距結果に基づき基準点を基準とした測定対象の水平距離、鉛直距離を測定する様構成した。

概要

背景

測量装置を用いて測量を実施する場合、先ず測量装置を基準点上に設置する必要がある。

一般に測量装置を基準点上に設置する場合、三脚を用いて設置されるが、測量装置は三脚上で水平に整準され、又、測量装置の機械中心が前記基準点を通過する鉛直線上に正確に位置決めされなければならない。更に、基準点から前記機械中心迄の高さ(測量装置の器械高)も測定されなければならない。この為、測量装置の設置作業は、煩雑で時間と熟練が必要とされた。

概要

容易に短時間で設置可能であり、設置作業で熟練を必要としない測量装置を提供する。基準点に設置される一脚3と、一脚3の軸心に対して、既知の距離と角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体4と、一脚3に設けられ、測量装置本体4とデータ通信可能な操作パネル7とを具備し、測量装置本体4は、測定対象2迄の距離を測定する測距部と、演算制御部と、測定対象を含む第1画像を取得する測定方向撮像部と、水平に対する2軸の傾斜を検出する姿勢検出部とを有し、操作パネルは、表示部と、演算部と、操作部とを有し、演算制御部、演算部の少なくとも一方は、姿勢検出部の検出結果に基づき一脚3の鉛直に対する傾斜角を演算し、基準光軸の水平に対する傾斜角、一脚3の鉛直に対する傾斜角及び測距部の測距結果に基づき基準点を基準とした測定対象の水平距離、鉛直距離を測定する様構成した。

目的

本発明は、容易に短時間で設置可能であり、設置作業で熟練を必要としない測量装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、前記測量装置本体とデータ通信可能な操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測定対象迄の距離を測定する測距部と、演算制御部と、測定対象を含む第1画像を前記基準光軸と所定関係で取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平に対する2軸の傾斜を検出する姿勢検出部とを有し、前記操作パネルは、表示部と、演算部と、操作部とを有し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記姿勢検出部の検出結果に基づき前記基準光軸の水平に対する傾斜角及び前記一脚の鉛直に対する傾斜角を演算し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記基準光軸の水平に対する傾斜角、前記一脚の鉛直に対する傾斜角及び前記測距部の測距結果に基づき前記基準点を基準とした前記測定対象の水平距離、鉛直距離を測定する様構成した測量装置。

請求項2

前記測量装置本体に対して既知の位置に設けられた下方撮像部を具備し、該下方撮像部は、下方に向けられた下方撮像光軸を有し、前記一脚の下端及びその周囲を含む第2画像を取得し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記一脚の軸心を中心とする回転、或は下端を中心とする傾動、或は下端を中心とするみそすり回転に伴う前記第2画像間の変位を求め、該変位に基づき前記基準点を中心とした前記一脚の回転角を演算し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記一脚の回転角、前記基準光軸の水平に対する傾斜角、前記一脚の鉛直に対する傾斜角及び前記測距部の測距結果に基づき前記基準点を基準とした前記測定対象の3次元座標を測定する様構成した請求項1に記載の測量装置。

請求項3

前記測距部は測距光光源と、前記基準光軸に設けられた光軸偏向部と、該光軸偏向部で偏向されない状態で前記基準光軸に合致する測距光軸と、射出方向検出部とを有し、前記光軸偏向部は1対の光学プリズムを有し、該1対の光学プリズムそれぞれの回転制御で前記測距光軸を2次元に偏向可能であり、前記射出方向検出部は、前記光学プリズムのそれぞれの回転位置に基づき前記測距光軸の偏向方向を検出し、前記演算制御部は、前記光軸偏向部を制御して測距光を2次元に走査し、走査軌跡に沿って測定した測距結果と、前記一脚の回転角、前記基準光軸の水平に対する傾斜角、前記一脚の鉛直に対する傾斜角及び測距光軸の偏向方向に基づき3次元座標のデータを取得し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記走査軌跡に沿った前記3次元座標と前記第1画像とを関連付け、前記基準点を基準とした3次元座標付き画像を取得する様構成した請求項1に記載の測量装置。

請求項4

前記第1画像と前記第2画像はオーバラップ部分が形成される様に取得され、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記第1画像と前記第2画像を合成し、前記基準点から測定対象迄を含む観察画像を作成する請求項2に記載の測量装置。

請求項5

前記一脚は所定長さ毎に伸縮可能であり、前記測量装置本体は、前記一脚の伸縮部に取付けられ、前記下方撮像部は前記一脚の固定部に設けられた請求項2に記載の測量装置。

請求項6

前記一脚に該一脚の倒れ規制する補助脚が設けられた請求項1又は請求項4に記載の測量装置。

技術分野

0001

本発明は簡単に設置可能な測量装置に関するものである。

背景技術

0002

測量装置を用いて測量を実施する場合、先ず測量装置を基準点上に設置する必要がある。

0003

一般に測量装置を基準点上に設置する場合、三脚を用いて設置されるが、測量装置は三脚上で水平に整準され、又、測量装置の機械中心が前記基準点を通過する鉛直線上に正確に位置決めされなければならない。更に、基準点から前記機械中心迄の高さ(測量装置の器械高)も測定されなければならない。この為、測量装置の設置作業は、煩雑で時間と熟練が必要とされた。

先行技術

0004

特開2016−151423号公報
特開2016−151422号公報
特開2016−161411号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、容易に短時間で設置可能であり、設置作業で熟練を必要としない測量装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、前記測量装置本体とデータ通信可能な操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測定対象迄の距離を測定する測距部と、演算制御部と、測定対象を含む第1画像を前記基準光軸と所定関係で取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平に対する2軸の傾斜を検出する姿勢検出部とを有し、前記操作パネルは、表示部と、演算部と、操作部とを有し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記姿勢検出部の検出結果に基づき前記基準光軸の水平に対する傾斜角及び前記一脚の鉛直に対する傾斜角を演算し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記基準光軸の水平に対する傾斜角、前記一脚の鉛直に対する傾斜角及び前記測距部の測距結果に基づき前記基準点を基準とした前記測定対象の水平距離、鉛直距離を測定する様構成した測量装置に係るものである。

0007

又本発明は、前記測量装置本体に対して既知の位置に設けられた下方撮像部を具備し、該下方撮像部は、下方に向けられた下方撮像光軸を有し、前記一脚の下端及びその周囲を含む第2画像を取得し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記一脚の軸心を中心とする回転、或は下端を中心とする傾動、或は下端を中心とするみそすり回転に伴う前記第2画像間の変位を求め、該変位に基づき前記基準点を中心とした前記一脚の回転角を演算し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記一脚の回転角、前記基準光軸の水平に対する傾斜角、前記一脚の鉛直に対する傾斜角及び前記測距部の測距結果に基づき前記基準点を基準とした前記測定対象の3次元座標を測定する様構成した測量装置に係るものである。

0008

又本発明は、前記測距部は測距光光源と、前記基準光軸に設けられた光軸偏向部と、該光軸偏向部で偏向されない状態で前記基準光軸に合致する測距光軸と、射出方向検出部とを有し、前記光軸偏向部は1対の光学プリズムを有し、該1対の光学プリズムそれぞれの回転制御で前記測距光軸を2次元に偏向可能であり、前記射出方向検出部は、前記光学プリズムのそれぞれの回転位置に基づき前記測距光軸の偏向方向を検出し、前記演算制御部は、前記光軸偏向部を制御して測距光を2次元に走査し、走査軌跡に沿って測定した測距結果と、前記一脚の回転角、前記基準光軸の水平に対する傾斜角、前記一脚の鉛直に対する傾斜角及び測距光軸の偏向方向に基づき3次元座標のデータを取得し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記走査軌跡に沿った前記3次元座標と前記第1画像とを関連付け、前記基準点を基準とした3次元座標付き画像を取得する様構成した測量装置に係るものである。

0009

又本発明は、前記第1画像と前記第2画像はオーバラップ部分が形成される様に取得され、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記第1画像と前記第2画像を合成し、前記基準点から測定対象迄を含む観察画像を作成する測量装置に係るものである。

0010

又本発明は、前記一脚は所定長さ毎に伸縮可能であり、前記測量装置本体は、前記一脚の伸縮部に取付けられ、前記下方撮像部は前記一脚の固定部に設けられた測量装置に係るものである。

0011

更に又本発明は、前記一脚に該一脚の倒れ規制する補助脚が設けられた測量装置に係るものである。

発明の効果

0012

本発明によれば、基準点に設置される一脚と、該一脚の下端から既知の距離と該一脚の軸心に対して既知の角度で設けられ、基準光軸を有する測量装置本体と、前記一脚に設けられ、前記測量装置本体とデータ通信可能な操作パネルとを具備し、前記測量装置本体は、測定対象迄の距離を測定する測距部と、演算制御部と、測定対象を含む第1画像を前記基準光軸と所定関係で取得する測定方向撮像部と、前記測量装置本体の水平に対する2軸の傾斜を検出する姿勢検出部とを有し、前記操作パネルは、表示部と、演算部と、操作部とを有し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記姿勢検出部の検出結果に基づき前記基準光軸の水平に対する傾斜角及び前記一脚の鉛直に対する傾斜角を演算し、前記演算制御部、前記演算部の少なくとも一方は、前記基準光軸の水平に対する傾斜角、前記一脚の鉛直に対する傾斜角及び前記測距部の測距結果に基づき前記基準点を基準とした前記測定対象の水平距離、鉛直距離を測定する様構成したので、整準作業は必要なく、前記一脚の下端を基準点に設置するのみで測定が可能となるという優れた効果を発揮する。

図面の簡単な説明

0013

第1の実施例を示す概略図である。
測量装置本体を示す概略ブロック図である。
光軸偏向部の要部説明図である。
(A)〜(C)は、前記光軸偏向部の作用説明図である。
操作パネルの概略ブロック図である。
測定方向撮像部、下方撮像部で取得した画像と測量装置本体によるスキャン軌跡との関係を示す図である。
第2の実施例を示す概略図である。
第3の実施例を示す概略図である。

実施例

0014

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

0015

図1は本発明の第1の実施例の概略を示す図であり、図1中、1は測量装置、2は測定対象を示す。

0016

前記測量装置1は、主に、一脚3、該一脚3の上端に設けられた測量装置本体4、前記一脚3の適宜位置に、例えば測定作業者立ち姿勢で操作し易い位置に、操作パネル7が設けられる。

0017

該操作パネル7は、前記一脚3に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。前記操作パネル7が前記一脚3に取付けられた状態で操作可能であると共に前記操作パネル7を前記一脚3から分離し、該操作パネル7単体で操作可能としても良い。該操作パネル7と前記測量装置本体4とは、有線無線等各種通信手段を解してデータ通信が可能となっている。

0018

又、前記一脚3の前記操作パネル7より下方の位置に1本の補助脚6が折畳み可能に取付けられている。

0019

前記一脚3の下端は尖端となっており、該下端は基準点R(測定の基準となる点)に設置される。又、前記一脚3の下端から前記測量装置本体4の機械中心(測定の基準となる点)迄の距離は既知となっている。

0020

前記測量装置本体4の光学系は、水平方向に延出する基準光軸Oを有し、該基準光軸Oは前記一脚3の軸心Pと直交する線に対して所定角度下方に傾斜する様に設定される。従って、前記一脚3が鉛直に設定されると前記基準光軸Oは水平に対して前記所定角度下方に傾斜する。

0021

前記補助脚6は、上端で前記一脚3に折畳み可能に連結され、前記補助脚6は折畳み状態では、前記一脚3と密着し、密着した状態を保持する様なロック機構が設けられる。或は簡易的に前記一脚3と前記補助脚6とを束ねバンド(図示せず)が設けられてもよい。

0022

前記補助脚6は、上端を中心に所定の角度、回転可能となっており、回転した位置で固定可能となっている。尚、前記補助脚6は、1本の場合を説明したが2本であってもよい。この場合、前記一脚3は自立可能となる。

0023

前記測量装置本体4は、測距部24(後述)、測定方向撮像部21(後述)を有し、又前記測量装置本体4には下方撮像部5が設けられている。前記測距部24の光学系の基準光軸が前記基準光軸Oである。前記測定方向撮像部21の光軸(以下、第1撮像光軸61)は前記基準光軸Oに対して所定角(例えば6°)上方に傾斜しており、又前記測定方向撮像部21と前記測距部24との距離及び位置関係は既知となっている。前記測距部24と前記測定方向撮像部21は前記測量装置本体4の筐体内部に収納されている。

0024

前記下方撮像部5は、CCD、CMOS等の撮像素子を有し、デジタル画像を取得可能な撮像装置が用いられる。又、撮像素子中の画素の位置が前記下方撮像部5の光軸(以下、第2撮像光軸8)を基準として検出可能となっている。前記下方撮像部5として、例えば、市販のデジタルカメラが用いられてもよい。

0025

前記下方撮像部5は前記測量装置本体4の筐体に固定され、前記下方撮像部5(即ち、該下方撮像部5の像形成位置)は前記測量装置本体4の機械中心に対して既知の位置に設けられる。前記第2撮像光軸8は、下方に向けられ、前記基準光軸Oに対して所定の既知の角度に設定され、前記第2撮像光軸8と前記基準光軸Oとは既知の関係となっている。尚、前記下方撮像部5は前記筐体に収納され、前記測量装置本体4と一体化されてもよい。

0026

前記測定方向撮像部21の画角はθ1であり、前記下方撮像部5の画角はθ2であり、θ1とθ2とは等しくても良く又異なっていても良い。又、前記測定方向撮像部21の画角と前記下方撮像部5の画角はオーバラップしていなくとも良いが、所定量オーバラップすることが好ましい。又、前記下方撮像部5の画角、前記第2撮像光軸8の方向は、前記一脚3の下端が画像中に含まれる様設定される。

0027

図2を参照して、前記測量装置本体4の概略構成を説明する。

0028

該測量装置本体4は、測距光射出部11、受光部12、測距演算部13、演算制御部14、第1記憶部15、撮像制御部16、画像処理部17、第1通信部18、光軸偏向部19、姿勢検出部20、前記測定方向撮像部21、射出方向検出部22、モータドライバ23を具備し、これらは筐体25に収納され、一体化されている。尚、前記測距光射出部11、前記受光部12、前記測距演算部13、前記光軸偏向部19等は、測距部24を構成する。

0029

前記測距光射出部11は、射出光軸26を有し、該射出光軸26上に発光素子27、例えばレーザダイオード(LD)が設けられている。又、前記射出光軸26上に投光レンズ28が設けられている。更に、前記射出光軸26上に設けられた偏向光学部材としての第1反射鏡29と、受光光軸31(後述)上に設けられた偏向光学部材としての第2反射鏡32とによって、前記射出光軸26は、前記受光光軸31と合致する様に偏向される。前記第1反射鏡29と前記第2反射鏡32とで射出光軸偏向部が構成される。

0030

前記測距演算部13は前記発光素子27を発光させ、前記発光素子27はレーザ光線を発する。前記測距光射出部11は、前記発光素子27から発せられたレーザ光線を測距光33として射出する。尚、レーザ光線としては、連続光或はパルス光、或は特許文献3に示される断続変調光のいずれが用いられてもよい。

0031

前記受光部12について説明する。該受光部12には、測定対象2からの反射測距光34が入射する。前記受光部12は、前記受光光軸31を有し、該受光光軸31には、前記第1反射鏡29、前記第2反射鏡32によって偏向された前記射出光軸26が合致する。尚、該射出光軸26と前記受光光軸31とが合致した状態を測距光軸35とする。

0032

前記基準光軸O上に前記光軸偏向部19が配設される。該光軸偏向部19の中心を透過する真直な光軸は、前記基準光軸Oとなっている。該基準光軸Oは、前記光軸偏向部19によって偏向されなかった時の前記射出光軸26又は前記受光光軸31又は前記測距光軸35と合致する。

0033

前記反射測距光34が前記光軸偏向部19を透過し、入射した前記受光光軸31上に結像レンズ38が配設される。又、前記受光光軸31上に受光素子39、例えばアバランシフォトダイオードAPD)が設けられている。前記結像レンズ38は、前記反射測距光34を前記受光素子39に結像する。該受光素子39は、前記反射測距光34を受光し、受光信号を発生する。受光信号は、前記測距演算部13に入力され、該測距演算部13は受光信号に基づき測距光の往復時間を演算し、測定対象2迄の測距を行う。

0034

前記第1通信部18は、前記測定方向撮像部21で取得した画像データ、測距部24が取得した測距データを前記操作パネル7に送信し、該操作パネル7からの操作コマンドを受信する。

0035

前記第1記憶部15には、撮像の制御プログラム画像処理プログラム、測距プログラム表示プログラム通信プログラム演算プログラム等の各種プログラムが格納される。又、測距データ、画像データ等の各種データが格納される。

0036

図3を参照して、前記光軸偏向部19について説明する。

0037

該光軸偏向部19は、一対の光学プリズム41,42から構成される。該光学プリズム41,42は、それぞれ同径の円板形であり、前記測距光軸35上に該測距光軸35と直交して同心に配置され、所定間隔で平行に配置されている。前記光学プリズム41は、光学ガラスにて成形され、平行に配置された3つの三角プリズム43a,43b,43cを有している。前記光学プリズム42は、光学ガラスにて成形され、平行に配置された3つの三角プリズム44a,44b,44cを有している。尚、前記三角プリズム43a,43b,43cと前記三角プリズム44a,44b,44cは、全て同一偏角光学特性を有している。

0038

尚、中心に位置する前記三角プリズム43a,44aの幅は、前記測距光33のビーム径よりも大きくなっており、該測距光33は前記三角プリズム43a,44aのみを透過する様になっている。

0039

前記光軸偏向部19の中央部(前記三角プリズム43a,44a)は、前記測距光33が透過し、射出される第1光軸偏向部である測距光偏向部となっている。前記光軸偏向部19の中央部を除く部分(前記三角プリズム43a,44aの両端部及び前記三角プリズム43b,43c、前記三角プリズム44b,44c)は、前記反射測距光34が透過し、入射する第2光軸偏向部である反射測距光偏向部となっている。

0040

前記光学プリズム41,42は、それぞれ前記受光光軸31を中心に独立して個別に回転可能に配設されている。前記光学プリズム41,42は、回転方向、回転量、回転速度が独立して制御されることで、射出される前記測距光33の前記射出光軸26を任意の方向に偏向し、又受光される前記反射測距光34の前記受光光軸31を前記射出光軸26と平行に偏向する。

0041

前記光学プリズム41,42の外形形状は、それぞれ前記測距光軸35(基準光軸O)を中心とする円形であり、前記反射測距光34の広がりを考慮し、充分な光量を取得できる様、前記光学プリズム41,42の直径が設定されている。

0042

前記光学プリズム41の外周にはリングギア45が嵌設され、前記光学プリズム42の外周にはリングギア46が嵌設されている。

0043

前記リングギア45には駆動ギア47が噛合し、該駆動ギア47はモータ48の出力軸に固着されている。同様に、前記リングギア46には駆動ギア49が噛合し、該駆動ギア49はモータ50の出力軸に固着されている。前記モータ48,50は、前記モータドライバ23に電気的に接続されている。

0044

前記モータ48,50は、回転角を検出できるもの、或は駆動入力値に対応した回転をするもの、例えばパルスモータが用いられる。或は、モータの回転量(回転角)を検出する回転角検出器、例えばエンコーダ等を用いて前記モータ48,50の回転量を検出してもよい。該モータ48,50の回転量がそれぞれ検出され、前記モータドライバ23により前記モータ48,50が個別に制御される。尚、エンコーダを直接リンギア45,46にそれぞれ取付け、エンコーダにより前記リングギア45,46の回転角を直接検出する様にしてもよい。

0045

前記駆動ギア47,49、前記モータ48,50は、前記測距光射出部11と干渉しない位置、例えば前記リングギア45,46の下側に設けられている。

0046

前記投光レンズ28、前記第1反射鏡29、前記第2反射鏡32、前記測距光偏向部等は、投光光学系を構成する。又、前記反射測距光偏向部、前記結像レンズ38等は、受光光学系を構成する。

0047

前記測距演算部13は、前記発光素子27を制御し、前記測距光33としてレーザ光線をパルス発光又はバースト発光(断続発光)させる。該測距光33が前記三角プリズム43a,44a(測距光偏向部)により、測定対象2に向う様前記射出光軸26(即ち、前記測距光軸35)が偏向される。前記測距光軸35が、測定対象2を視準した状態で測距が行われる。

0048

前記測定対象2から反射された前記反射測距光34は、前記三角プリズム43b,43c及び前記三角プリズム44b,44c(反射測距光偏向部)、前記結像レンズ38を介して入射し、前記受光素子39に受光される。該受光素子39は、受光信号を前記測距演算部13に送出し、該測距演算部13は前記受光素子39からの受光信号に基づき、パルス光毎に測定点(測距光が照射された点)の測距を行い、測距データは前記第1記憶部15に格納される。

0049

前記射出方向検出部22は、前記モータ48,50に入力する駆動パルスカウントすることで、前記モータ48,50の回転角を検出する。或は、エンコーダからの信号に基づき、前記モータ48,50の回転角を検出する。又、前記射出方向検出部22は、前記モータ48,50の回転角に基づき、前記光学プリズム41,42の回転位置を演算する。

0050

更に、前記射出方向検出部22は、前記光学プリズム41,42の屈折率と、該光学プリズム41,42を一体とした時の回転位置、両光学プリズム41,42間の相対回転角とに基づき、各パルス光毎の前記測距光33の偏角、射出方向を演算する。演算結果(測角結果)は、測距結果に関連付けられて前記演算制御部14に入力される。尚、前記測距光33がバースト発光される場合は、断続測距光毎に測距が実行される。

0051

前記演算制御部14は、前記モータ48,50の回転方向、回転速度、前記モータ48,50間の回転比を制御することで、前記光学プリズム41,42の相対回転、全体回転を制御し、前記光軸偏向部19による偏向作用を制御する。又、前記測距光33の偏角、射出方向から、前記測距光軸35に対する測定点の水平角鉛直角を演算する。更に、測定点についての水平角、鉛直角を前記測距データに関連付けることで、測定対象2の3次元データを求めることができる。而して、前記測量装置1は、トータルステーションとして機能する。

0052

次に、前記姿勢検出部20について説明する。尚、該姿勢検出部20としては、特許文献1に開示された姿勢検出部を使用することができる。

0053

該姿勢検出部20について簡単に説明する。該姿勢検出部20は、フレーム54を有している。該フレーム54は、前記筐体25に固定され、或は構造部材に固定され、前記測量装置本体4と一体となっている。

0054

前記フレーム54にはジンバルを介してセンサブロック55が取付けられている。該センサブロック55は、直交する2軸を中心に2方向にそれぞれ360°回転自在となっている。

0055

該センサブロック55には、第1傾斜センサ56、第2傾斜センサ57が取付けられている。前記第1傾斜センサ56は水平を高精度に検出するものであり、例えば水平液面に検出光を入射させ反射光反射角度の変化で水平を検出する傾斜検出器、或は封入した気泡位置変化で傾斜を検出する気泡管である。又、前記第2傾斜センサ57は傾斜変化高応答性で検出するものであり、例えば加速度センサである。

0056

前記センサブロック55の、前記フレーム54に対する2軸についての各相対回転角は、エンコーダ58,59によってそれぞれ検出される様になっている。

0057

又、前記センサブロック55を回転させ、水平に維持するモータ(図示せず)が前記2軸に関してそれぞれ設けられている。該モータは、前記第1傾斜センサ56、前記第2傾斜センサ57からの検出結果に基づき、前記センサブロック55を水平に維持する様に前記演算制御部14によって制御される。

0058

前記センサブロック55が傾斜していた場合(前記測量装置本体4が傾斜していた場合)、前記センサブロック55(水平)に対する前記フレーム54の各軸方向の相対回転角が前記エンコーダ58,59によってそれぞれ検出される。該エンコーダ58,59の検出結果に基づき、前記測量装置本体4の2軸についての傾斜角、2軸の傾斜の合成によって傾斜方向が検出される。

0059

前記センサブロック55は、2軸について360°回転自在であるので、前記姿勢検出部20がどの様な姿勢となろうとも、例えば該姿勢検出部20の天地が逆になった場合でも、全方向での姿勢検出(水平に対する傾斜角、傾斜方向)が可能である。

0060

姿勢検出に於いて、高応答性を要求する場合は、前記第2傾斜センサ57の検出結果に基づき姿勢検出と姿勢制御が行われるが、該第2傾斜センサ57は前記第1傾斜センサ56に比べ検出精度が悪いのが一般的である。

0061

前記姿勢検出部20では、高精度の前記第1傾斜センサ56と高応答性の前記第2傾斜センサ57を具備することで、該第2傾斜センサ57の検出結果に基づき姿勢制御を行い、更に前記第1傾斜センサ56により高精度の姿勢検出を可能とする。

0062

該第1傾斜センサ56の検出結果で、前記第2傾斜センサ57の検出結果を較正することができる。即ち、前記第1傾斜センサ56が水平を検出した時の前記エンコーダ58,59の値、即ち実際の傾斜角と前記第2傾斜センサ57が検出した傾斜角との間で偏差を生じれば、該偏差に基づき前記第2傾斜センサ57の傾斜角を較正することができる。

0063

従って、予め、該第2傾斜センサ57の検出傾斜角と、前記第1傾斜センサ56による水平検出と前記エンコーダ58,59の検出結果に基づき求めた傾斜角との関係を取得しておけば、前記第2傾斜センサ57に検出された傾斜角の較正(キャリブレーション)をすることができ、該第2傾斜センサ57による高応答性での姿勢検出の精度を向上させることができる。環境変化(温度等)の少ない状態では、傾斜検出は前記第2傾斜センサ57の検出結果と補正値で求めてもよい。

0064

前記演算制御部14は、傾斜の変動が大きい時、傾斜の変化が速い時は、前記第2傾斜センサ57からの信号に基づき、前記モータを制御する。又、前記演算制御部14は、傾斜の変動が小さい時、傾斜の変化が緩やかな時、即ち前記第1傾斜センサ56が追従可能な状態では、該第1傾斜センサ56からの信号に基づき、前記モータを制御する。尚、常時、前記第2傾斜センサ57に検出された傾斜角を較正することで、該第2傾斜センサ57からの検出結果に基づき前記姿勢検出部20による姿勢検出を行ってもよい。

0065

尚、前記第1記憶部15には、前記第1傾斜センサ56の検出結果と前記第2傾斜センサ57の検出結果との比較結果を示す対比データが格納されている。前記第1傾斜センサ56からの信号に基づき、該第2傾斜センサ57による検出結果を較正する。この較正により、該第2傾斜センサ57による検出結果を前記第1傾斜センサ56の検出精度迄高めることができる。よって、前記姿勢検出部20による姿勢検出に於いて、高精度を維持しつつ高応答性を実現することができる。

0066

前記測定方向撮像部21は、前記測量装置本体4の前記基準光軸Oと平行な前記第1撮像光軸61と、該第1撮像光軸61に配置された撮像レンズ62とを有している。前記測定方向撮像部21は、前記光学プリズム41,42による最大偏角θ/2(例えば±30°)と略等しい、例えば50°〜60°の画角を有するカメラである。前記第1撮像光軸61と前記射出光軸26及び前記基準光軸Oとの関係は既知であり、前記第1撮像光軸61と前記射出光軸26及び前記基準光軸Oとは平行であり、又各光軸間の距離は既知の値となっている。

0067

又、前記測定方向撮像部21は、静止画像又は連続画像或は動画像が取得可能である。前記測定方向撮像部21で取得された画像は、前記操作パネル7に送信され、該操作パネル7の表示部68(後述)に表示され、作業者は該表示部68に表示された画像を観察して測定作業を実行できる。

0068

前記撮像制御部16は、前記測定方向撮像部21の撮像を制御する。前記撮像制御部16は、前記測定方向撮像部21が前記動画像、又は連続画像を撮像する場合に、該動画像、又は連続画像を構成するフレーム画像を取得するタイミングと前記測量装置本体4でスキャンするタイミングとの同期を取っている。前記演算制御部14は画像と測定データ(測距データ、測角データ)との関連付けも実行する。又、前記撮像制御部16は、前記第1通信部18、第2通信部67を介して前記測定方向撮像部21と前記下方撮像部5との撮像タイミング同期制御を行っている。

0069

前記測定方向撮像部21の撮像素子63は、画素の集合体であるCCD、或はCMOSセンサであり、各画素は画像素子上での位置が特定できる様になっている。例えば、各画素は、前記第1撮像光軸61を原点とした座標系での画素座標を有し、該画素座標によって画像素子上での位置が特定される。又、前記第1撮像光軸61と前記基準光軸Oとの関係が既知であるので、前記測距部24による測定位置と前記撮像素子63上での位置との相互関連付けが可能である。前記撮像素子63から出力される画像信号は、前記撮像制御部16を介して前記画像処理部17に入力される。

0070

前記光軸偏向部19の偏向作用、スキャン作用について、図4(A)〜図4(C)を参照して説明する。

0071

尚、図4(A)では、説明を簡略化する為、前記光学プリズム41,42について、前記三角プリズム43a,44aと、前記三角プリズム43b,43c,44b,44cとを分離して示している。又、図4(A)は、前記三角プリズム43a,44a、前記三角プリズム43b,43c,44b,44cが同方向に位置した状態を示しており、この状態では最大の偏角(例えば、30°)が得られる。又、最少の偏角は、前記光学プリズム41,42のいずれか一方が180°回転した位置であり、該光学プリズム41,42の相互の光学作用が相殺され、偏角は0°となる。従って、前記光学プリズム41,42を経て射出、受光されるレーザ光線の光軸(前記測距光軸35)は、前記基準光軸Oと合致する。

0072

前記発光素子27から前記測距光33が発せられ、該測距光33は前記投光レンズ28で平行光束とされ、前記測距光偏向部(前記三角プリズム43a,44a)を透過して測定対象2に向けて射出される。ここで、前記測距光偏向部を透過することで、前記測距光33は前記三角プリズム43a,44aによって所要の方向に偏向されて射出される(図4(A))。

0073

前記測定対象2で反射された前記反射測距光34は、前記反射測距光偏向部を透過して入射され、前記結像レンズ38により前記受光素子39に集光される。

0074

前記反射測距光34が前記反射測距光偏向部を透過することで、前記反射測距光34の光軸は、前記受光光軸31と合致する様に前記三角プリズム43b,43c及び前記三角プリズム44b,44cによって偏向される(図4(A))。

0075

前記光学プリズム41と前記光学プリズム42との回転位置の組合わせにより、射出する前記測距光33の偏向方向、偏角を任意に変更することができる。

0076

又、前記光学プリズム41と前記光学プリズム42との位置関係を固定した状態で(前記光学プリズム41と前記光学プリズム42とで得られる偏角を固定した状態で)、前記モータ48,50により、前記光学プリズム41と前記光学プリズム42とを一体に回転すると、前記測距光偏向部を透過した前記測距光33が描く軌跡は前記基準光軸O(図2参照)を中心とした円となる。

0077

従って、前記発光素子27よりレーザ光線を発光させつつ、前記光軸偏向部19を回転させれば、前記測距光33を円の軌跡でスキャンさせることができる。尚、前記反射測距光偏向部は、前記測距光偏向部と一体に回転していることは言う迄もない。

0078

図4(B)は、前記光学プリズム41と前記光学プリズム42とを相対回転させた場合を示している。前記光学プリズム41により偏向された光軸の偏向方向を偏向Aとし、前記光学プリズム42により偏向された光軸の偏向方向を偏向Bとすると、前記光学プリズム41,42による光軸の偏向は、該光学プリズム41,42間の角度差θとして、合成偏向Cとなる。

0079

従って、前記光学プリズム41と前記光学プリズム42を逆向きに同期して等速度で往復回転させた場合、前記光学プリズム41,42を透過した前記測距光33は、直線状にスキャンされる。従って、前記光学プリズム41と前記光学プリズム42とを逆向きに等速度で往復回転させることで、図4(B)に示される様に、前記測距光33を合成偏向C方向に直線の軌跡64で往復スキャンさせることができる。

0080

更に、図4(C)に示される様に、前記光学プリズム41の回転速度に対して遅い回転速度で前記光学プリズム42を回転させれば、角度差θは漸次増大しつつ前記測距光33が回転される。従って、該測距光33のスキャン軌跡はスパイラル状となる。

0081

又、前記光学プリズム41、前記光学プリズム42の回転方向、回転速度を個々に制御することで、前記測距光33のスキャン軌跡を前記基準光軸Oを中心とした種々の2次元のスキャンパターンが得られる。

0082

例えば、前記光学プリズム41と前記光学プリズム42の、一方の光学プリズム41を25回転、他方の光学プリズム42を逆方向に5回転することで、図6に示される様な、花びら状の2次元の閉ループスキャンパターン(花びらパターン74(内トロコイド曲線))が得られる。

0083

前記下方撮像部5について説明する。

0084

該下方撮像部5は、前記測量装置本体4と電気的に接続されており、前記下方撮像部5で取得された画像データは前記測量装置本体4に入力される。

0085

前記下方撮像部5の撮像は、前記撮像制御部16によって前記測定方向撮像部21の撮像、前記測距部24の測距と同期制御される。前記下方撮像部5は、前記測量装置本体4の機械中心に対して既知の位置に設けられており、前記下方撮像部5と前記一脚3下端との距離も既知となっている。

0086

更に、前記下方撮像部5の前記第2撮像光軸8は前記基準光軸Oと既知の関係にあり、前記下方撮像部5で取得した画像データは、前記演算制御部14によって前記測定方向撮像部21で取得した画像、前記測距部24で測定した測距データと関連付けられて前記第1記憶部15に格納される。

0087

前記操作パネル7について図5を参照して略述する。

0088

該操作パネル7は、上記した様に、前記一脚3に対して固定的に設けられてもよく、或は着脱可能であってもよい。又、着脱可能な場合は、前記操作パネル7を前記一脚3から取外し、前記操作パネル7単体の状態で、作業者が保持し、操作可能としてもよい。

0089

前記操作パネル7は、主に演算部65、第2記憶部66、前記第2通信部67、前記表示部68、操作部69を具備している。尚、前記表示部68をタッチパネルとし、前記表示部68に前記操作部69を兼用させてもよい。又、前記表示部68をタッチパネルとした場合は、前記操作部69は省略してもよい。

0090

前記第2記憶部66には、前記測量装置本体4との間で通信を行う為の通信プログラム、前記下方撮像部5で取得した画像、前記測定方向撮像部21で取得した画像の合成等の処理を行う画像処理プログラム、前記下方撮像部5で取得した画像、前記測定方向撮像部21で取得した画像、前記測距部24で測定した測定情報を前記表示部68に表示させる為の表示プログラム、前記操作部69で操作された情報から前記測量装置本体4へのコマンドを作成する為のコマンド作成プログラム等の各種プログラムが格納されている。

0091

前記第2通信部67は前記画像処理部17との間で、測定データ、画像データ、コマンド等のデータを前記演算制御部14、前記第1通信部18を経由して、通信する。

0092

前記表示部68は、前記測量装置本体4の測定状態測定結果等を表示し、又前記下方撮像部5、前記測定方向撮像部21が取得した画像を表示する。前記操作部69から前記測量装置本体4に測定作業に関する指令等、各種指令を入力できる様になっている。

0093

前記操作パネル7として、例えばスマートフォンタブレットが用いられてもよい。又、前記操作パネル7がデータコレクタとして使用されてもよい。

0094

図1図6を参照して、前記測量装置1の測定作用について説明する。以下の測定作用は、前記第1記憶部15に格納されたプログラムを前記演算制御部14が実行することでなされる。

0095

測定を開始する準備として、前記一脚3の下端を基準点Rに位置決めし、前記一脚3を略垂直として作業者が保持する。尚、前記操作パネル7は前記一脚3に取付けられた状態とする。又、前記下方撮像部5、前記測定方向撮像部21は作動状態で前記測量装置1の設置は行われる。

0096

前記一脚3を前記一脚3の下端を中心に回転し、或は前記一脚3を前後、左右に傾斜し、或はみそすり回転し、更に前記測量装置本体4の前記光軸偏向部19を用いて前記測距光33を測定対象2に向ける。前記測距光33が前記測定対象2に向けられ、前記表示部68に表示された前記測定方向撮像部21の撮像画像上に前記測距光33の方向が表示される。

0097

前記測距光33を前記測定対象2に合わせた状態に、測定作業者が前記一脚3を保持してもよいし、或は前記補助脚6を引出し、前記一脚3を前記補助脚6で支持してもよい。

0098

該補助脚6で前記一脚3を支持することで、前記一脚3の前後方向の倒れ、前記一脚3の下端を中心とする回転が規制され、前記測量装置1の支持状態が安定する。

0099

尚、前記測量装置1の水平に対する傾斜は、前記姿勢検出部20によってリアルタイムで検出されるので、前記測量装置1の水平に対する傾斜角、傾斜方向がリアルタイムで検出され、検出結果に基づき測定結果をリアルタイムで補正することができる。従って、前記測量装置1を水平に調整する為の整準作業は必要なく、又前記一脚3を作業者が保持することで生じる微小揺れ等による傾斜角の変動についても、リアルタイムで補正することができる。

0100

次に、図6を参照して前記一脚3の下端を中心とする回転角の検出について説明する。

0101

図6中、71は前記測定方向撮像部21の第1画像取得範囲、72は前記下方撮像部5の第2画像取得範囲、73は前記光軸偏向部19による前記測距光軸35の偏向範囲、74は測距光を複数回照射しつつ前記光軸偏向部19により花びらパターンでスキャンした場合の軌跡を示している。前記花びらパターン74に示されるドットは複数回の測距光の照射点を示す。又、75は前記第1画像取得範囲71の画像中心(該画像中心75は前記第1撮像光軸61と合致する)、76は前記第2画像取得範囲72の画像中心(該画像中心76は、前記第2撮像光軸8と合致する)を示している。

0102

又、図1に於いて、θ1は前記測定方向撮像部21の画角、θ2は前記下方撮像部5の画角、θ3は前記測量装置本体4のスキャン範囲をそれぞれ示している。

0103

更に、図6は、前記第1撮像光軸61と前記第2撮像光軸8間の角度が例えば60°に設定され、前記基準光軸Oが前記第1撮像光軸61に対して例えば6°下方に傾斜している、つまり、θ4は54°となる。又前記一脚3が後方(前記測定対象2から離反する方向)に5゜傾いて保持された状態を示している。

0104

前記第2撮像光軸8は、下方に向けられ、前記一脚3の下端を含む様に、画像取得範囲が設定されている。従って、前記下方撮像部5が取得する画像には、前記基準点Rを含み、更に測定者側の範囲(図示では略80゜の範囲)の画像が含まれている。

0105

この前記基準点Rを中心とした所定半径回転検出画像77として設定し、リアルタイムで取得する。

0106

測定開始時の前記回転検出画像77を取得し、該回転検出画像77を回転基準画像77aとして設定する。

0107

測定開始以降の回転角を検出する場合は、前記回転基準画像77aに対する前記回転検出画像77の前記基準点Rを中心とした回転変化を検出し、回転変化に基づき前記回転角を演算する。前記回転角は前記姿勢検出部20の検出結果に基づき水平角に変換される。尚、前記水平角の検出は、前記回転検出画像77を前記姿勢検出部20の検出結果に基づき射影変換を施して、水平画像に変換してから水平回転変化検出して水平角を求めてもよい。

0108

次に、図1に示される様に、前記測量装置本体4により前記測定対象2を測定すると、前記測定対象2迄の斜距離が測定され、更に前記第1撮像光軸61に対する前記基準光軸Oの偏角(図6では6゜)と前記基準光軸Oに対する前記測距光軸35の偏角が前記射出方向検出部22によって検出され、又前記測量装置本体4の水平に対する傾斜角が前記姿勢検出部20によって検出され、前記測距光軸35の水平に対する傾斜角が演算され、前記一脚3の水平回転変化が前記回転検出画像77から検出される。

0109

前記測距光軸35の水平に対する傾斜角に基づき、前記斜距離が水平角に補正され、前記測距光軸35の水平に対する傾斜角、検出された前記水平角に基づき方向角が演算される。又、前記一脚3の長さと前記第1撮像光軸61に対する前記一脚3の倒れが既知であることから、前記一脚3の下端(即ち、前記基準点R)を基準とした前記測定対象2の3次元座標が求められる。

0110

尚、前記水平角の演算、前記測距光軸35の傾斜角の演算、水平距離の演算等の演算については、前記演算制御部14が実行してもよく、或は前記演算部65が実行してもよい。

0111

上記説明では、前記測距光軸35を固定した状態で、トータルステーションと同様な作用で測定したが、レーザスキャナとしても測定することができる。

0112

図6に示される様に、前記光軸偏向部19は前記偏向範囲73の範囲で、前記測距光軸35を自在に偏向できる。前記光学プリズム41と前記光学プリズム42の回転を制御することで、前記花びらパターン74の軌跡でスキャンさせることができる。スキャン過程パルス測距光を照射することで、前記花びらパターン74の軌跡に沿った測距データを取得することができる。又、測距データ密度を上げる場合は、前記花びらパターン74が1パターンスキャンされる度に前記花びらパターン74を周方向に所定角度回転させればよい。又、スキャンと同期して第1画像、第2画像が取得される。

0113

又、スキャン中心を変更する場合(スキャン範囲を変更する場合)は、前記一脚3を軸心を中心に回転させるか、或は下端を中心にみそすり回転させるか、或は前記一脚3の倒れ角を変更する。而して、所望の方向の、所望の範囲の測距データを容易に取得することができる。

0114

又、前記測定方向撮像部21で取得した第1画像と、前記下方撮像部5で取得した第2画像とを合成する場合は、両画像のオーバラップ部分を用いて行うことができる。或は、図6に示される様に、前記花びらパターン74の一部が前記第2画像取得範囲72に含まれる様にスキャンを実行し、前記第1画像中の軌跡に沿った測距データ、前記第2画像中の軌跡に沿った測距データを用いて直ちに前記第1画像と前記第2画像との合成が可能である。

0115

尚、合成に用いられる軌跡に沿ったデータは、前記第1画像、前記第2画像に共通に含まれる軌跡に沿ったデータを用いてもよく、或は前記第1画像、前記第2画像の個別に含まれる軌跡に沿ったデータの座標値を用いて前記第1画像と前記第2画像とを合成してもよい。

0116

前記第1画像と前記第2画像を合成することで、前記基準点Rから測定対象2迄を含む広範囲の観察画像が取得でき、測定範囲、測定位置の確認が容易になり、作業性が向上する。又、第1画像、或は合成画像と2次元スキャンで得られた軌跡に沿ったデータとを関連付けることで3次元データ付の画像が取得できる。

0117

図7は第2の実施例を示している。図7中、図1中で示したものと同等のものには同符号を付しその説明を省略する。

0118

第2の実施例では、一脚3が伸縮可能であり、該一脚3は既知の所定間隔(例えば、10cm間隔)毎に伸縮し、且つ伸縮した長さが固定できる構造を有している。

0119

又、第2の実施例では、下方撮像部5が測量装置本体4に対して分離可能となっており、該測量装置本体4が前記一脚3の伸縮部に取付けられ、前記下方撮像部5が前記一脚3の固定部に取付けられ、前記一脚3を伸縮した場合、前記測量装置本体4の高さのみが変更される構成である。

0120

第2の実施例では、測定対象2の高さに対応して前記測量装置本体4の高さが変更でき、測距データの補正等が容易となる。

0121

図8は、第3の実施例を示している。図8中、図1中で示したものと同等のものには同符号を付しその説明を省略する。

0122

第3の実施例では、補助脚6の回転範囲を拡大し、該補助脚6を略水平、或は水平以上に回転可能としている。更に、前記補助脚6を伸縮可能な構造としている。

0123

第3の実施例の測定作業の1態様としては、前記補助脚6を短縮させ、該補助脚6を作業者の脇に挟み、一脚3を固定する。第3の実施例では、作業者の両手が明き、両手作業が可能となる。更に、前記補助脚6を前記一脚3の軸心を中心として回転させる場合、或は下端を中心として傾動、或はみそすり回転させる場合のハンドルとして使用でき、作業性が向上する。

0124

尚、上記実施例では、測量装置本体として光軸偏向部19を有し、2次元スキャン可能な測量装置本体4を用いたが、測距機能のみを有する測量装置本体を設けてもよい。この場合、走査データは取得できないが、測量装置1を整準作業等の設置作業が不要で簡単に設置でき、所望の測定点の3次元座標の測定が可能である。

0125

更に、この場合、市販のレーザ距離計を測量装置本体4として使用することができ、測量装置1を安価に構成することができる。

0126

1測量装置
2測定対象
3 一脚
4 測量装置本体
5 下方撮像部
6補助脚
7操作パネル
8 第2撮像光軸
11 測距光射出部
12受光部
13 測距演算部
14演算制御部
15 第1記憶部
18 第1通信部
19光軸偏向部
20姿勢検出部
21測定方向撮像部
22射出方向検出部
24 測距部
27発光素子
33 測距光
34反射測距光
35 測距光軸
41,42光学プリズム
65演算部
67 第2通信部
68 表示部
69 操作部
71 第1画像取得範囲
72 第2画像取得範囲
73 偏向範囲

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  • 三井住友建設株式会社の「 構造物の出来形計測方法及び計測システム」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】表面形状が複雑な構造物に対しても適用できる構造物の出来形計測方法を提供する。【解決手段】計測対象面を含む構造物の表面を走査して表面の点群を取得し、点群から計測対象面の輪郭線Cを抽出し、輪郭線C... 詳細

  • 株式会社クボタの「 外形形状算出システム及び外形形状算出方法」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】圃場及び未作業地の外形形状を容易に算出することを目的とする。【解決手段】衛星からの衛星信号を受信する衛星アンテナと、衛星信号に基づいて自車位置に対応する測位データを出力する衛星測位モジュールと... 詳細

  • 株式会社小松製作所の「 作業機械」が 公開されました。( 2020/02/06)

    【課題】素材の土質を簡便かつ精度良く取得できる技術を提供する。【解決手段】作業機械は、バケットを有する作業機と、地形を計測する地形センサと、バケットによる掘削経路を取得し、バケットが抱えている素材の重... 詳細

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