CN108603355A - 作业车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够高精度地获取作业对象的现况地形的作业车辆。机动平路机(1)具备车身框架(2)、刮板(42)以及相机(60)。刮板(42)配置在车身框架(2)的前端(2F)与车身框架(2)的后端(2R)之间。相机(60)构成为获取车身框架(2)的前方的现况地形。相机(60)装配于车身框架(2)。相机(60)配置在比刮板(42)靠前方的位置。

Description

作业车辆
技术领域
本发明涉及作业车辆。
背景技术
以往，作为作业车辆，已知有机动平路机。机动平路机是对路面、地面等平滑地进行平整的车轮式的作业车辆。美国专利申请公开第2014/0170617号说明书(专利文献1)公开了在车身框架搭载有操作员驾驶室、在操作员驾驶室的顶棚上搭载有相机的机动平路机。
另一方面，美国专利申请公开第2010/0046800号说明书(专利文献2)公开了具备对到地面上的多个点为止的距离连续地进行计测的扫描仪的作业车辆。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2014/0170617号说明书
专利文献2：美国专利申请公开第2010/0046800号说明书
发明内容
发明要解决的课题
为了提高建设作业中的施工工序的生产率，需要高精度且有效地计测作业对象的现况地形，并基于作业对象的目标形状即设计地形与现况地形这两方来对作业对象进行施工。
本发明的目的在于，提供一种能够高精度地获取作业对象的现况地形的作业车辆。
用于解决课题的方案
通常，在机动平路机中，在车身框架的前端与后端之间配置有刮板。前轮配置在比刮板靠前方的位置。在机动平路机进行前进行驶的情况下，前轮通过刮板要进行平整前的地面。当前轮通过具有凹凸的地面时，上下方向上的刮板的位置与地面的凹凸对应地变动。具体而言，当前轮通过凸部时，刮板的位置向上方移动，刮板远离地面而使平整作业变得不充分。当前轮通过凹部时，刮板的位置向下方移动，刮板侵蚀地面。其结果是，刮板通过后的地面与设计面不一致。
本发明人发现，为了提高使用机动平路机的平整作业的施工精度，需要高精度地获取前轮要通过的地形，从而完成本发明。
即，本发明的作业车辆具备车身框架、刮板、以及传感器。刮板配置在车身框架的前端与车身框架的后端之间。传感器构成为获取车身框架的前方的现况地形。传感器装配于车身框架。传感器配置在比刮板靠前方的位置。
发明效果
根据本发明，能够高精度地获取前轮要通过的地形。
附图说明
图1是概要地示出第一实施方式的机动平路机的结构的立体图。
图2是概要地示出第一实施方式的机动平路机的结构的侧视图。
图3是图2所示的机动平路机的前框架的前端部的放大立体图。
图4是示出立体相机的拍摄范围的示意图。
图5是第二实施方式的机动平路机的前框架的前端部的放大立体图。
图6是第二实施方式的机动平路机的前框架的前端部的放大立体图。
图7是概要地示出第三实施方式的机动平路机的结构的侧视图。
图8是图7所示的机动平路机的前框架的前端部的放大立体图。
图9是第四实施方式的机动平路机的前框架的前端部的放大立体图。
图10是示出雷达的扫描范围的示意图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式的作业车辆进行说明。在以下的说明中，对同一部件标注相同的附图标记。它们的名称以及功能也相同。因此，不再重复对它们的详细说明。
(第一实施方式)
首先，对能够应用本发明的思想的作业车辆的一例即机动平路机的结构进行说明。
图1是概要地示出第一实施方式的机动平路机1的结构的立体图。图2是概要地示出第一实施方式的机动平路机1的结构的侧视图。如图1、2所示，本实施方式的机动平路机1主要具备行驶轮11、12、车身框架2、驾驶室3、以及工作装置4。另外，机动平路机1具备配置于发动机室6的发动机等结构部件。工作装置4包含刮板42。机动平路机1能够利用刮板42来进行平整作业、除雪作业、轻切削、材料混合等作业。
行驶轮11、12包含前轮11和后轮12。在图1、2中，示出由每侧具有一个轮的两个前轮11和每侧具有两个轮的四个后轮12构成的共六个轮的行驶轮，但前轮以及后轮的个数以及配置不局限于图1、2所示的例子。
需要说明的是，在下图的说明中，将机动平路机1直行行驶的方向称为机动平路机1的前后方向。在机动平路机1的前后方向上，相对于工作装置4而言将配置有前轮11的一侧设为前方向。在机动平路机1的前后方向上，相对于工作装置4而言将配置有后轮12的一侧设为后方向。机动平路机1的左右方向是在俯视观察下与前后方向正交的方向。观察前方向时的左右方向的右侧、左侧分别为右方向、左方向。机动平路机1的上下方向是与由前后方向以及左右方向决定的平面正交的方向。在上下方向上，处于地面的一侧为下侧，处于空中的一侧为上侧。
前后方向是落座于驾驶室3内的驾驶席的操作员的前后方向。左右方向是落座于驾驶席的操作员的左右方向。左右方向是机动平路机1的车宽方向。上下方向是落座于驾驶席的操作员的上下方向。落座于驾驶席的操作员所正对的方向为前方向，落座于驾驶席的操作员的背后方向为后方向。落座于驾驶席的操作员与正面正对时的右侧、左侧分别为右方向、左方向。落座于驾驶席的操作员的脚部侧为下侧、头顶侧为上侧。
前轮11具有最后部11R。最后部11R是前轮11中的位于最后方的部分。
车身框架2在前后方向(图2中的左右方向)上延伸。车身框架2具有最前部的前端2F和最后部的后端2R。车身框架2包含后框架21和前框架22。
后框架21对外装罩25和配置于发动机室6的发动机等结构部件进行支承。外装罩25覆盖发动机室6。上述的例如四个后轮12分别以在来自发动机的驱动力下能够旋转驱动的方式安装于后框架21。
前框架22安装于后框架21的前方。前框架22能够转动地与后框架21连结。前框架22在前后方向上延伸。前框架22具有与后框架21连结的基端部和与基端部相反的一侧的前端部。前框架22的基端部通过铅垂的中心销而与后框架21的前端部连结。
在前框架22与后框架21之间安装有铰接缸23。前框架22以通过铰接缸23的伸缩而相对于后框架21能够转动的方式设置。铰接缸23设置为通过设于驾驶室3的内部的操作杆的操作而能够伸缩。
前框架22具有前端22F。前端22F包含在前框架22的前端部。上述的例如两个前轮11能够旋转地安装于前框架22的前端部。前轮11以通过转向缸7的伸缩而能够相对于前框架22回转的方式安装。机动平路机1能够通过转向缸7的伸缩来改变行进方向。转向缸7能够通过设于驾驶室3的内部的驾驶盘或转向操作杆的操作进行伸缩。
前框架22具有上表面22U。上表面22U包含前部上表面22U1和后部上表面22U2。前部上表面22U1构成前框架22的前端部的上表面。后部上表面22U2构成前框架22的基端部的上表面。前部上表面22U1朝向前方斜下方向倾斜。前框架22具有上表面朝向前方斜下方向倾斜的倾斜区域。前部上表面22U1构成倾斜区域的上表面。
在前框架22的前端22F(或车身框架2的前端2F)安装有配重51。配重51是安装于前框架22的附属件的一种。配重51装配于前框架22，以增加向前轮11施加的朝下的载荷，从而能够在转向的同时增加刮板42的按压载荷。
驾驶室3载置于前框架22。在驾驶室3的内部设置有驾驶盘、变速杆、工作装置4的操作杆、制动器，加速踏板，微动踏板等操作部(未图示)。需要说明的是，驾驶室3也可以载置于后框架21。
工作装置4主要具有牵引杆40、回转圆盘41以及刮板42。
牵引杆40的前端部以能够摆动的方式安装于前框架22的前端部。牵引杆40的后端部被一对提升缸44、45支承于前框架22。通过提升缸44、45的伸缩，牵引杆40的后端部能够相对于前框架22上下升降。另外，牵引杆40通过提升缸44、45的伸缩，能够以沿着车辆行进方向的轴为中心而上下摆动。另外，牵引杆40通过牵引杆移位缸46的伸缩，能够相对于前框架22左右移动。
回转圆盘41能够回转(旋转)地安装于牵引杆40的后端部。回转圆盘41由液压马达49驱动为能够相对于牵引杆40绕从车辆上方观察时的顺时针方向和逆时针方向这两方进行回转。通过回转圆盘41的回转驱动，刮板42相对于机动平路机1的前后方向的倾斜角度得以调整。通过回转圆盘41的回转驱动，刮板42相对于前框架22的长边方向的倾斜角度得以调整。
刮板42配置在前轮11与后轮12之间。刮板42配置在车身框架2的前端2F(或前框架22的前端22F)与车身框架2的后端2R之间。刮板42支承于回转圆盘41。刮板42经由回转圆盘41以及牵引杆40而支承于前框架22。
刮板42以能够沿左右方向移动的方式支承于回转圆盘41。具体而言，刮板移位缸47安装于回转圆盘41以及刮板42，且沿刮板42的长边方向配置。在刮板移位缸47的作用下，刮板42能够相对于回转圆盘41沿左右方向移动。刮板42能够在与前框架22的长边方向交叉的方向上移动。
另外，刮板42以能够以沿刮板42的长边方向延伸的轴为中心进行摆动的方式支承于回转圆盘41。具体而言，未图示的倾转缸安装于回转圆盘41以及刮板42。通过使该倾转缸伸缩，刮板42能够相对于回转圆盘41以沿刮板42的长边方向延伸的轴为中心进行摆动，从而变更刮板42相对于车辆行进方向的倾斜角度。
如以上那样，刮板42构成为，能够经由牵引杆40和回转圆盘41，进行相对于车辆的上下的升降、以沿着车辆行进方向的轴为中心的摆动、相对于前后方向的倾斜角度的变更、左右方向的移动、以及以沿刮板42的长边方向延伸的轴为中心的摆动。
在前框架22的上表面22U固定有相机60。相机60是用于通过拍摄比车辆主体靠前方的前方区域而获取前方区域的现况地形的拍摄装置。相机60构成为能够获取车身框架2的前方的现况地形。相机60能够拍摄比前轮11靠前方的地面。
相机60装配于构成车身框架2的前框架22和后框架21中的前框架22。相机60固定于前框架22的前部上表面22U1。相机60配置在前框架22的前端部。相机60配置在前框架22的倾斜区域内。相机60配置在比驾驶室3靠前方的位置。相机60配置在比刮板42靠前方的位置。相机60配置在比提升缸44靠前方的位置。相机60配置在比前轮11的最后部11R靠前方的位置。
图3是图2所示的机动平路机1的、前框架22的前端部的放大立体图。图3图示出从车身的右前方的上方观察到的前框架22的前端部。如图3所示，相机60具有第一拍摄部61和第二拍摄部62。第一拍摄部61和第二拍摄部62彼此同步，构成立体相机。
第一拍摄部61与第二拍摄部62配置为相同高度。第一拍摄部61与第二拍摄部62在左右方向上并排配置。第一拍摄部61配置在比第二拍摄部62靠左右方向的右侧的位置。第二拍摄部62配置在比第一拍摄部61靠左右方向的左侧的位置。第一拍摄部61与第二拍摄部62为相同的装置。
各个拍摄部具备光学处理部、受光处理部以及图像处理部。光学处理部具有聚光用的透镜。拍摄部的光轴是穿过透镜面中央且与透镜面垂直的轴。受光处理部具有拍摄元件。拍摄元件例如为CMOS。拍摄元件具有受光面。受光面是与拍摄部的光轴正交的面。受光面是平坦的矩形状。
图4是示出立体相机的拍摄范围的示意图。图4中以单点划线所示的光轴AX示出相机60的光轴。光轴AX在机动平路机1的车辆主体的前方形成相对于水平方向朝下的角度。光轴AX在车辆主体的前方相对于水平方向呈俯角地倾斜。
图4中所示的相机60处于顶点的位置的四角锥示出相机60的视场角V。图4中斜线所示的实施了阴影的范围示出相机60的拍摄范围IR。相机60拍摄视场角V所含的地形。相机60对拍摄范围IR内的现况地形进行拍摄。
图4中所示的机动平路机1在地面G上行驶。拍摄范围IR包含机动平路机1的前方的现况地形。拍摄范围IR包含比前轮11靠前方的地面G。典型地是，拍摄范围IR包含比机动平路机1的车身靠前方1～3m的地面G。拍摄范围IR包含在机动平路机1前进行驶的情况下前轮11要通过的地形。相机60所拍摄的地面G是前进行驶的机动平路机1的前轮11在刚拍摄之后通过的地面G。相机60对前轮11通过的地面G在前轮11将要通过该地面之前进行拍摄。
相机60的第一拍摄部61与第二拍摄部62分别拍摄二维图像。通过对第一拍摄部61与第二拍摄部62从不同角度同时拍摄到的二维图像进行立体匹配，从而算出作为拍摄对象的前方区域的三维形状的图像数据。更具体而言，基于第一拍摄部61与第二拍摄部62的视差，使用三角测量的原理，算出第一拍摄部61至拍摄范围IR的距离以及第二拍摄部62至拍摄范围IR的距离，求出前方区域的三维形状。
这样，使用相机60，求出车辆主体的前方的地形的三维形状。能够高精度地获取前轮11要通过的地形的三维形状，因此，通过将该地形的数据用于刮板42的动作，能够实现高精度且高效率的平整作业。例如，通过在设置于驾驶室3内的监视器中显示地形的数据，能够使乘坐于驾驶室3的操作员准确地掌握地形的三维形状，因此，操作员能够考虑按照地形的凹凸的前轮11的动作而对刮板42进行操作。另外，还能够基于地形的数据对刮板42的动作进行自动控制。
能够抑制因现况地形的凹凸的原因而使刮板42的位置从设计面脱离，因此，能够提高施工精度，能够使施工后的地形接近设计面。由此，能够降低平整作业所需的机动平路机1的行驶次数，因此，能够缩短施工时间。
(第二实施方式)
图5以及图6是第二实施方式的机动平路机1的前框架22的前端部的放大立体图。在上述的第一实施方式中，相机60固定于前框架22的上表面22U，但相机60的配置不局限于该例子。在第二实施方式中，如图5、6所示，相机60固定于前框架22的左右两侧。使用这样配置的相机60，与第一实施方式同样地，能够高精度地获取车辆主体的前方的、前轮11要通过的地形的三维形状。
如图5所示，前框架22具有右表面22R。在右表面22R固定有托架63。在托架63的前端安装有第一拍摄部61。
如图6所示，前框架22具有左表面22L。在左表面22L固定有托架64。在托架64的前端安装有第二拍摄部62。
为了提高由立体相机拍摄的拍摄数据的精度，在三角测量的原理上，期望增大构成立体相机的两个拍摄部的间隔。在第二实施方式中，第一拍摄部61与第二拍摄部62在左右方向上隔开间隔地配置。因此，相机60的拍摄数据的精度提高。由于能够高精度地拍摄车身框架2的前方的现况地形，因此，通过将该地形的数据用于刮板42的动作，能够进行高精度且高效率的平整作业。
(第三实施方式)
图7是概要地示出第三实施方式的机动平路机1的结构的侧视图。图8是图7所示的机动平路机1的前框架22的前端部的放大立体图。在上述的第一实施方式中，相机60直接固定于前框架22的上表面22U，但相机60的配置不局限于该例。相机60也可以固定于在前框架22固定的其他设备或构件，经由该其他设备或构件而间接地装配于前框架22。
如图7、8所示，第三实施方式的相机60固定于安装在车身框架2的前端2F(前框架22的前端22F)的配重51。配重51如图8所示那样具有上表面51U和前面51F。
第三实施方式的相机60固定于配重51的上表面51U。相机60具有在第一实施方式中说明的第一拍摄部61和第二拍摄部62。相机60配置在比成为前轮11的旋转中心的旋转轴11A靠前方的位置。相机60配置在比车身框架2的前端2F(前框架22的前端22F)靠前方的位置。
使用这样配置的相机60，与第一实施方式同样地，能够高精度地获取车辆主体的前方的、前轮11要通过的地形的三维形状。通过在配重51的上表面51U配置相机60，与第一实施方式相比，相机60配置在更靠前方的位置。因此，机动平路机1的构成要素难以存在于相机60的视场角V(图4)内。在相机60的拍摄范围IR内能够包含车身框架2的前方地面的更宽的范围，因此，能够可靠地获取车辆主体的前方的、前轮11要通过的地形的三维形状。
(第四实施方式)
图9是第四实施方式的机动平路机1的前框架22的前端部的放大立体图。与第三实施方式同样地，相机60固定于在车身框架2的前端2F(前框架22的前端22F)安装的配重51。第四实施方式的相机60以埋入配重51的方式配置。第一拍摄部61与第二拍摄部62的光学处理部在配重51的前面51F露出。
使用这样配置的相机60，与第一实施方式同样地，能够高精度地获取车辆主体的前方的、前轮11要通过的地形的三维形状。由于相机60以在配重51的前面51F露出的方式配置，因此，与第一实施方式相比，相机60配置在更靠前方。因此，机动平路机1的构成要素难以存在于相机60的视场角V(图4)内。相机60的拍摄范围IR能够包含车身框架2的前方地面的更宽的范围，因此，能够可靠地获取车辆主体的前方的、前轮11要通过的地形的三维形状。
需要说明的是，在机动平路机1中，为了增加向前轮11施加的朝下的载荷而设置有配重51。但是，在前框架22例如安装有松土机等的较重的附属件的情况下，也存在不在前框架22装配配重51的情况。在这样的情况下，如第一以及第二实施方式中说明的那样，构成为在前框架22固定相机60即可。
(第五实施方式)
图10是示出雷达的扫描范围的示意图。在目前为止说明的实施方式中，针对机动平路机1具备用于拍摄现况地形的相机60的例子进行了说明。代替该例，机动平路机1也可以如图10所示那样具备扫描现况地形的雷达70。
在该情况下，通过使用雷达70来扫描地面，能够高精度地获取车辆主体的前方的、前轮11要通过的地形的三维形状。由于能够高精度地获取前轮11要通过的地形的三维形状，因此，通过将该地形的数据用于刮板42的动作，能够实现高精度且高效率的平整作业。
接着，对上述实施方式的作用效果进行说明。
如图2所示，作为实施方式中的作业车辆的一例的机动平路机1具备车身框架2和刮板42。车身框架2具有前框架22和后框架21。刮板42配置在车身框架2的前端2F与车身框架2的后端2R之间。
机动平路机1还具备构成为获取车身框架2的前方的现况地形的传感器。如图2、3所示，传感器也可以为拍摄现况地形的相机60。或者如图10所示，传感器也可以为操作现况地形的雷达70。传感器装配于前框架22。传感器配置在比刮板42靠前方的位置。
实施方式中的机动平路机1能够使用传感器来计测车身框架2的前方的现况地形。由于能够高精度地获取前轮11要通过的地形的形状，因此，通过将该地形的数据用于刮板42的动作，能够实现高精度且高效率的平整作业。
另外，如图3、5～6所示，传感器配置在前框架22的前端部。这样，能够在更接近应使用传感器获取现况地形的车身框架2的前方的地面的位置配置传感器，能够进一步高精度地获取车身框架2的前方的现况地形。另外，机动平路机1的构成要素难以存在于传感器的视场角内，从而抑制机动平路机1的构成要素相对于使用传感器的现况地形的获取而言成为障碍物。由此，能够可靠地获得车身框架2的前方的更宽范围的现况地形。
另外，如图2所示，机动平路机1还具备在前框架22与后框架21之间安装的铰接缸23。通过使铰接缸23伸缩，能够使前框架22相对于后框架21转动，从而使前框架22相对于后框架21弯曲。由此，能够减小机动平路机1的回转时的回转半径。另外，能够实现基于机动平路机1的偏移行驶的槽挖掘作业以及法面切削作业。需要说明的是，偏移行驶是指，通过使前框架22相对于后框架21弯曲的方向和使前轮11相对于前框架22回转的方向分别为反方向，从而使机动平路机1直行行驶。
另外，如图2、7所示，机动平路机1还具备能够旋转地安装于前框架22的前轮11。传感器配置在比前轮11的最后部11R靠前方的位置。这样，能够使用传感器而可靠地获取前轮11的前方的现况地形，因此，能够高精度地获取前轮11要通过的地形的形状。
另外，如图2所示，前框架22具有上表面22U朝向前方斜下方向倾斜的倾斜区域。传感器配置在倾斜区域内。通过利用倾斜区域来配置传感器，能够容易地配置传感器。另外，由于能抑制传感器妨碍驾驶室3内的操作员的视野，因此，能够将操作员的视野确保得较宽。
另外，如图2～4、10所示，传感器固定于前框架22的上表面22U。通过在前框架22中的最上方的位置即上表面22U固定传感器，从而能够可靠地获取车身框架2的前方的更宽范围的现况地形。
另外，如图5、6所示，传感器固定在前框架22的左右两侧。通过在左右方向上隔开间隔地配置传感器，能够高精度地拍摄车身框架2的前方的现况地形。
另外，如图7～9所示，机动平路机1还具备作为在车身框架2的前端2F安装的附属件的一例的配重51。传感器固定于配重51。这样，机动平路机1的构成要素难以存在于传感器的视场角内，从而能抑制机动平路机1的构成要素相对于使用传感器的现况地形的获取而言成为障碍物。由此，能够可靠地获取车身框架2的前方的更宽范围的现况地形。
需要说明的是，在目前为止说明的实施方式中，机动平路机1具有驾驶室3，但机动平路机1也可以不必具有驾驶室3。机动平路机1不局限于操作员乘坐于机动平路机1来操作机动平路机1的规格，也可以为通过来自外部的远程操作来进行动作的规格。在该情况下，机动平路机1无需用于供操作员乘坐的驾驶室3，因此也可以不具有驾驶室3。
此次公开的实施方式的所有方面均是例示，不应认为用于限制本发明。本发明的范围由权利请求保护的范围示出而非上述说明，包含与权利请求保护的范围同等的含义以及范围内的全部变更。
附图标记说明
1机动平路机，2车身框架，2F、22F前端，2R后端，3驾驶室，4工作装置，11前轮，11A旋转轴，11R最后部，12后轮，21后框架，22前框架，22L左面，22R右面，22U、51U上表面，22U1前部上表面，22U2后部上表面，25外装罩，40牵引杆，41回转圆盘，42刮板，44提升缸，51配重，51F前面，60相机，61第一拍摄部，62第二拍摄部，63、64托架，70雷达，AX光轴，IR拍摄范围，V视场角。

Claims (11)

1.一种作业车辆，其具备：
车身框架；
刮板，其配置在所述车身框架的前端与所述车身框架的后端之间；以及
传感器，其装配于所述车身框架，且配置在比所述刮板靠前方的位置，构成为获取所述车身框架的前方的现况地形。
2.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，
所述车身框架具有前框架和后框架，
所述传感器装配于所述前框架。
3.根据权利要求2所述的作业车辆，其中，
所述作业车辆还具备在所述前框架与所述后框架之间安装的铰接缸。
4.根据权利要求2所述的作业车辆，其中，
所述作业车辆还具备能够旋转地安装于所述前框架的前轮，
所述传感器配置在比所述前轮的最后部靠前方的位置。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的作业车辆，其中，
所述传感器配置在所述前框架的前端部。
6.根据权利要求4所述的作业车辆，其中，
所述前框架具有上表面朝向前方斜下方向倾斜的倾斜区域，
所述传感器配置在所述倾斜区域内。
7.根据权利要求4所述的作业车辆，其中，
所述传感器固定于所述前框架的上表面。
8.根据权利要求4所述的作业车辆，其中，
所述传感器固定在所述前框架的左右两侧。
9.根据权利要求1所述的作业车辆，其中，
所述作业车辆还具备在所述车身框架的所述前端安装的附属件，
所述传感器固定于所述附属件。
10.根据权利要求9所述的作业车辆，其中，
所述附属件是配重。
11.根据权利要求1至4、9至10中任一项所述的作业车辆，其中，
所述传感器是拍摄所述现况地形的相机以及扫描所述现况地形的雷达中的至少任一方。
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