JP2004183475A - 自律運転用オーバーショットローダー - Google Patents

Abstract

【課題】 自律運転用オーバーショットローダーを提供する。
【解決手段】 一組の地面係合部材、一組の地面係合部材に取り付けられたフレーム、フレームに可動に連結され、フレームの長手方向中央部内に配置されたリンク機構アセンブリを含むオーバーショットローダー。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般にオーバーショットローダーに関し、さらに詳細には自律運転用に構成されたオーバーショットローダーに関する。

オーバーヘッドローダーともいわれるオーバーショットローダーは、作業器具である通常はバケットが機械の一端の例えば前側から材料を積載し、機械の上部にわたって材料を吊上げて、機械のもう一端の例えば後部から材料を排出するという点で従来の積載機械とは異なっている。

特に、１９４０年代、１９５０年代や１９６０年代においては、オーバーショットローダーの特許文献が多く見受けられる。この例としては、（特許文献１）において、Ｂｒｅｋｅｌｂａｕｍらがオーバーショットの考え方を盛り込んだホィールローダーを開示している。また、（特許文献２）において、Ｐｕｅｓｃｈｎｅｒらはトラック形態の積載機械に基づいたオーバーヘッドローダーを開示している。また、（特許文献３）および（特許文献４）において、Ｈｏｏｖｅｒはオーバーショットローダーの種々の形態を検討している。

上記の時代のオーバーショットローダーは人間のオペレータが機械に搭乗しなければならない。従って、実際には全ての場合において、材料の負荷が機械の上を通過し、またオペレータの上をも通過していた。その結果、材料を積み込んで排出するという取扱いは一層効率的に行われて生産性が向上する可能性があるにも関わらず、オーバーショットローダーは広く普及していなかった。実際に、１９７０年代から現在まで、実質的にオーバーショットローダーに関する特許文献を見受けることもなく、またオーバーショットローダーも使用されていなくて、使用を全く検討されてもいなかった。

最近の技術進歩により、自律機械が実現可能になったが、単に実現可能というだけでなく、経済的にも実用的であり効率的にもなってきた。位置の判定、障害物の検出、エンジンや機械の制御また経路の設定などの機能をもたせることにより、自律機械には大きな可能性が開かれてきた。知能的自律性を持たせて設計されている場合には、真の意味での自律機械となり、人間が介入して拘束される必要はない。例えば、代表的な積載機械はオペレータ用運転室と制御装置を有していなければならない。オペレータの安全性と快適性は設計検討時の主要な要素であるので、運転室は機械設計時の重要な要因でなければならない。

自律的に作動し、またはせいぜい遠隔操作によって作動するように設計されたオーバーショットローダーは、手動操作により付加される拘束を受けないような構成になる場合もある。動力や駆動装置の配置、作業リンク機構の機能や作業器具は最適な生産性や効率が得られるように設計されていなければならない。従って、非手動操作用に設計され、構成されたオーバーショットローダーは、フロントショベルや大型掘削機などの遥かに高価で質量がある機械に匹敵する生産性の潜在能力を有している。

米国特許第３，２０３，５６４号明細書 米国特許第２，９３６，０８６号明細書 米国特許第２，４２７，９６８号明細書 米国特許第２，５２９，３３８号明細書

本発明は、上述した１つ以上の問題を克服することを目的とする。

本発明の一形態では、オーバーショットローダーを開示する。このオーバーショットローダーは、一組の地面係合部材と、一組の地面係合部材に取り付けられたフレームと、フレームに可動に連結され、フレームの長手方向中央部内に配置されたリンク機構アセンブリとを含んでいる。

本発明の他の形態では、オーバーショットローダーのリンク機構アセンブリを開示する。リンク機構アセンブリは、フレームに旋回可能に連結され、フレームの長手方向中央部と実質的に中心を合わせるとともにフレームの長手方向中央部に平行に配向された第一の端部を有するブームと、ブームの第二の端部に旋回可能に連結された第一の端部を有するスティックと、スティックの第二の端部に旋回可能に連結された作業器具とを含んでいる。

さらに、本発明の他の形態においても、オーバーショットローダーを開示する。このオーバーショットローダーは、一組の地面係合部材と、一組の地面係合部材に取り付けられたフレームと、フレームに旋回可能に連結され、フレームの長手方向中央部と実質的に中心を合わせるとともにフレームの長手方向中央部に平行に配向された第一の端部を有するブームと、ブームの第二の端部に旋回可能に連結された第一の端部を有するスティックと、スティックの第二の端部に旋回可能に連結された作業器具と、フレームに旋回可能に連結された第一の端部とスティックに旋回可能に連結された第二の端部とを有する少なくとも一つの制御リンクとを含み、フレームは第一の４本バーのリンク機構の地面リンクを画定し、ブームは第一の４本バーリンク機構の動力リンクを画定し、ブームとスティックとの連結点から制御リンクとスティックとの連結点までのスティックの一部が第一の４本バーリンクのカプラーリンクを画定し、制御リンクは第一の４本バーリンク機構の制御リンクを画定している。

以下の文章、添付図面及び請求の範囲により自律運転用オーバーショットローダー１００を説明する。この場合、自律運転とは無人運転を意味することに留意されたい。即ち、ローダー１００は人間のオペレータが直接介在することなく作動するように構成されている。しかしながら、本文脈における自律運転は人間のオペレータによる遠隔操作をも意味している。例えば、人間のオペレータが遠隔位置からローダー１００の運転を制御してもよい。

図面、特に図１〜３を参照するに、オーバーショットローダー１００は、例えば、一組のタイヤ３１８等の一組の地面係合部材１０２を含んでいる。しかし、トラックまたはトラックタイヤの組み合わせ等の他の種類の地面係合部材１０２を使用してもよい。フレーム１０４は一組の地面係合部材１０２に取り付けられている。

リンク機構アセンブリ１０６は可動にフレーム１０４に連結され、フレーム１０４の長手方向中央部１０８内部に配設されている。さらに詳細には、リンク機構アセンブリ１０６は、フレーム１０４の長手方向中央部１０８と実質的に中心を合わせるとともにフレーム１０４の長手方向中央部１０８に平行に配向される。

リンク機構アセンブリ１０６は、旋回可能にフレーム１０４に連結された第一の端部１１２を有するブーム１１０と、ブーム１１０の第二の端部１１８に旋回可能に連結された第一の端部１１６を有するスティック１１４と、スティックの第二の端部１２２に旋回可能に連結された作業器具１２０とを含んでいる。また、リンク機構アセンブリ１０６は、フレーム１０４に旋回可能に連結された第一の端部１２６とスティック１１４に旋回可能に連結された第二の端部１２８を有する少なくとも一つの制御リンク１２４を含んでいる。例えば、図面において、各々がブームの各側部に配置されている二つの制御リンク１２４が示されている。

また、リンク機構アセンブリ１０６は、ブーム１１０に旋回可能に取り付けられた第一の端部４０８と作業器具１２０にと旋回可能に取り付けられた第二の端部４１０を有する少なくとも一つの作業器具用シリンダー４０６を含んでいる。特に図１と２においては、例えば、二つの作業器具用シリンダー４０６が示されている。好適な実施形態においては、作業器具用シリンダー４０６の第二の端部４１０は拡張可能である。

リンク機構アセンブリ１０６は、図４ａに示されるように、第一の４本バーリンク機構において構成される。線Ａによって示されるように、フレーム１０４は第一の４本バーリンク機構の地面リンクを画定している。線Ｂによって示されるように、ブーム１１０は第一の４本バーリンク機構の動力リンクを画定している。線Ｃによって示されるように、ブームとスティックとの連結点４０２から、制御リンクとスティックとの連結点４０４までのスティック１１４の一部は第一の４本バーリンク機構のカプラーリンクを画定している。線Ｄによって示されるように、制御リンク１２４は第一の４本バーリンク機構の制御リンクを画定している。

図５を参照するに、第一の４本バーリンク機構によりリンク機構アセンブリ１０６は堆積した材料を通して垂直に上昇し、オーバーショットローダー１００の上部にわたって低く積み荷を搬送することができるので、掘削サイクル中には制御性、安定性が得られ、エネルギーが節約できるようになる。

また、図４ｂに示されているように、リンク機構アセンブリ１０６は第二の４本バーリンク機構において構成されている。線Ｅによって示されるように、シリンダーとブームとの連結点４１２からのブーム１１０の一部は第二の４本バーリンク機構の第一のリンクを画定している。線Ｆによって示されるように、スティック１１４は第二の４本バーリンク機構の第二のリンクを画定している。線Ｇによって示されるように、器具とスティックとの連結点４１４から器具とシリンダーとの連結点４１６までの作業器具１２０の一部は第二の４本バーリンク機構の第三のリンクを画定している。線Ｈによって示されるように、作業器具用シリンダー４０６は第二の４本バーリンク機構の第四のリンクを画定している。

再度、図５を参照するに、リンク機構アセンブリ１０６がオーバーショットローダー１００の上を掘削位置から排出位置まで移動すると、第二の４本バーリンク機構により作業器具１２０が自動的に垂直状態で移動するようになる。スティック１１４とブーム１１０の動作により、またブーム１１０に連結されている作業器具用シリンダー４０６に対するこの動作の効果により垂直状態が達成される。一体的に垂直を保持した動作をするので、作業器具１２０内に積み込まれた材料はこぼれ落ちることがない。

好ましくは、作業器具１２０はバケット６０２である。図６ａを参照するに、バケット６０２は掘削位置に配置されるリンク機構アセンブリ１０６によって画定される上部６０４を含む。即ち、バケット６０２は地面付近に配置され、掘削するために堆積物６０６に近づこうとする。器具とスティックとの連結点４１４はバケット６０２の上部６０４上に配置される。リンク機構アセンブリ１０６が掘削位置に配置されている場合には、器具とシリンダーとの連結点４１６は、器具とスティックとの連結点４１４より低い点でバケット６０２の上部６０４上に配置される。このような構成により、掘削動作中にバケット６０２が材料の堆積物を通って移動すると、揺動運動が発生し、この運動によりバケット６０２は堆積物中を「すくい上げ」て、材料を積み込むことができる。

図３を参照するに、ブーム１１０は、フレーム１０４の長手方向中央部１０８と中心を合わせるとともにフレーム１０４の長手方向中央部１０８に対して平行に延在する主要部２０２を含んでいる。さらに、ブーム１１０の第一の端部１１２の幅はブーム１１０の主要部２０２の幅よりも広くなっている。好ましくは、ブーム１１０の第一の端部１１２は、旋回可能にフレーム１０４に連結された二つの端部３０２と中空中央部３０４を含んでいる。二つの端部３０２と中空中央部３０４はフォーク状端部を画定している。ブーム１１０の第一の端部１１２は広くなっているので、フレーム１０４への取り付け幅を広くすることができて、横方向のバケットの力とバケット内での偏った積み込みを補償することができる。中空中央部３０４もローダー１００内へのエンジンの搭載に対応するのに役立つ。

また、オーバーショットローダー１００はフレーム１０４内に配置された原動機３０８を含み、ローダー１００に動力を提供して機動性をもたせている。原動機３０８はエンジン３１０とエンジン３１０に駆動可能に連結された駆動トレーン３１２を含んでいる。駆動トレーン３１２は一組の地面係合部材１０２に駆動可能に係合するように構成される。

好ましくは、エンジン３１０によって発生する熱を除去するための熱交換器３１４がフレーム１０４の片側にあり、フレーム１０４の長手方向中央部１０８に平行に配置される。熱交換器３１４を側部に配置しているので、オーバーショットローダー１００は最小長さになるように設計され、積込み材の必要上昇高さを最小限に抑えることができる。図示されていないが、熱交換器３１４はシュラウドによって囲まれていて、地面係合部材１０２からの埃やゴミを低減している。好適な実施形態においては、熱交換器３１４はラジエータ３１６である。

好ましくは、地面係合部材１０２は一組のタイヤ３１８を含んでいる。タイヤ３０８は、このような機械に一般的に使用されている空圧、空気充填タイヤであってもよい。あるいは、タイヤ３１８は、図７ａに示されるような中実非空圧であってもよい。中実タイヤを使用するとさらに安定性が高くなり、パンクが発生してもタイヤが扁平しない。しかし、中実タイヤを使用するとフレームの重量が重くなる。従って、このようなタイヤを所望する場合には、中実タイヤに対応できるようにフレーム１０４を設計する必要がある。図７ｂと７ｃはホィール（図示せず）に組み込んで、一体のタイヤになる中実タイヤ７０２の区画部分７０４を示している。区画中実タイヤを使用すると、輸送が簡単になり、タイヤの一部を交換する必要がある場合には、その部分だけを個別に交換することができる。

図６ａと６ｂまた図５では、本発明の適用例を示している。

図６ａにおいては、オーバーショットローダー１００は掘削位置で示されている。即ち、ローダー１００が材料の堆積物６０６に近づくと、バケット６０２は地面に降下する。図５において、掘削位置はＤＩＧのラベルが付いたバケットによっても示されている。

バケット６０２が堆積物６０６に進入すると、図５においてＬＩＦＴのラベルが付いたバケットによって示されるように、リンク機構アセンブリ１０６によって堆積物から積載物を積み込んだバケット６０２が持ち上げられる。

次に、図６ｂに示されているように、オーバーショットローダー１００は材料が積み込まれたバケットをローダー１００の上部にわたって搬送し、排出作業を行う。図５において、バケット６０２のこの位置はＤＵＭＰのラベルが付いたバケットによっても示される。排出が完了すると、リンク機構アセンブリ１０６はローダー１００の上を通過して掘削位置に戻り、このサイクルを繰返す。

図示されているオーバーショットローダー１００は、ローダーの方向を変えることなく、掘削−排出の全サイクルを実行することができるので、時間を節約できて、生産性が向上し、効率化を図ることができる。さらに、本発明のオーバーショットローダー１００は各掘削−排出サイクル中に必要な作業を最小限に抑えるように設計することによって、さらに生産性が向上する。

他の形態は、図面、明細書および添付した請求の範囲の検討によって得られる。

本発明のオーバーショットローダーの概略図である。 図１のオーバーショットローダーを他の方向から見た図である。 オーバーショットローダーをさらに他の方向から見た図である。 本発明のオーバーショットローダーの第一の４本バーリンク機構の概略図である。 オーバーショットローダーの第二の４本バーリンク機構の概略図である。 オーバーショットローダーにおけるリンク機構アセンブリのいくつかの位置を示す概略図である。 掘削位置におけるオーバーショットローダーの概略図である。 排出位置におけるオーバーショットローダーの概略図である。 区画されたタイヤの概略図である。 図７ａの区画されたタイヤの一部の概略図である。 図７ｂの部分を別の方向から見た図である。

符号の説明

１００ オーバーショットローダー
１０２ 地面係合部材
１０４ フレーム
１０６ リンク機構アセンブリ
１０８ フレームの長手方向中央部
１１０ ブーム
１１２ ブームの第一の端部
１１４ スティック
１１６ スティックの第一の端部
１１８ ブームの第二の端部
１２０ 作業器具
１２２ スティックの第二の端部
１２４ 制御リンク
１２６ 制御リンクの第一の端部
１２８ 制御リンクの第二の端部
２０２ ブームの主要部
３０２ ブーム端部
３０４ ブームの中空中央部
３０６ ブームのフォーク状端部
３０８ 原動機
３１０ エンジン
３１２ 駆動トレーン
３１４ 熱交換器
３１６ ラジエータ
３１８ タイヤ
４０２ ブームとスティックとの連結点
４０４ 制御リンクとスティックとの連結点
４０６ 作業器具用シリンダー
４０８ 作業器具用シリンダーの第一の端部
４１０ 作業器具用シリンダーの第二の端部
４１２ シリンダーとブームとの連結点
４１４ 器具とスティックとの連結点
４１６ 器具とシリンダーとの連結点
６０２ バケット
６０４ バケット上部
６０６ 堆積物
７０２ 中実、非空圧タイヤ
７０４ タイヤ区画部

Claims (23)

1. 一組の地面係合部材と、
   一組の地面係合部材に取り付けられたフレームと、
   フレームに可動に連結され、フレームの長手方向中央部内に配置されたリンク機構アセンブリとを備える自律運転用オーバーショットローダー。
2. リンク機構アセンブリは、
   フレームに旋回可能に連結された第一の端部を有するブームと、
   ブームの第二の端部に旋回可能に連結された第一の端部を有するスティックと、
   スティックの第二の端部に旋回可能に連結された作業器具と、
   フレームに旋回可能に連結された第一の端部とスティックに旋回可能に連結された第二の端部とを有する少なくとも一つの制御リンクとを含む、請求項１に記載のオーバーショットローダー。
3. フレームは第一の４本バーリンク機構の地面リンクを画定し、ブームは第一の４本バーリンク機構の動力リンクを画定し、ブームとスティックとの連結点から制御リンクとスティックの連結点のスティックの一部は第一の４本バーリンク機構のカプラーリンクを画定し、制御リンクは第一の４本バーリンクの制御リンクを画定する、請求項２に記載のオーバーショットローダー。
4. リンク機構アセンブリは、ブームに旋回可能に取り付けられた第一の端部と作業器具に旋回可能に取り付けられた第二の端部とを有する少なくとも一つの作業器具用シリンダーをさらに含む、請求項２に記載のオーバーショットローダー。
5. 作業器具用シリンダーの第二の端部は拡張可能である、請求項４に記載のオーバーショットローダー。
6. シリンダーとブームとの連結点からブームとスティックとの連結点までのブームの一部は第二の４本バーリンク機構の第一のリンクを画定し、スティックは第二の４本バーリンク機構の第二のリンクを画定し、器具とスティックとの連結点から器具とシリンダーとの連結点までの作業器具の一部は第二の４本バーリンク機構の第三のリンクを画定し、作業器具用シリンダーは第二の４本バーリンク機構の第四のリンクを画定する、請求項５に記載のオーバーショットローダー。
7. 作業器具は掘削位置に配置されるリンク機構アセンブリによって画定される上部を有するバケットである、請求項４に記載のオーバーショットローダー。
8. 器具とスティックとの連結点はバケットの上部に配置される、請求項７に記載のオーバーショットローダー。
9. リンク機構アセンブリが掘削位置に配置されると、器具とシリンダーとの連結点は、器具とスティックとの連結点より低い位置でバケットの上部に配置される、請求項８に記載のオーバーショットローダー。
10. ブームは、フレームの長手方向中央部と中心を合わせるとともにフレームの長手方向中央部に平行に延在する主要部を含み、かつブームの第一の端部の幅はブームの主要部の幅よりも広い、請求項２に記載のオーバーショットローダー。
11. ブームの第一の端部はフレームに旋回可能に連結された二つの端部と中空中央部とを有し、二つの端部と中央部はフォーク状端部を画定する、請求項１０に記載のオーバーショットローダー。
12. フレーム内に配置された原動機をさらに含み、原動機は、
    エンジンと、
    エンジンに駆動可能に連結された駆動トレーンとを含み、さらに駆動トレーンは一組の地面係合部材に駆動可能に係合するように構成される、請求項１に記載のオーバーショットローダー。
13. エンジンにより発生する熱を除去するための熱交換器をさらに含む、請求項１２に記載のオーバーショットローダー。
14. 熱交換器はフレームの片側にあり、フレームの長手方向中央部に平行に配置される、請求項１３に記載のオーバーショットローダー。
15. 熱交換器はラジエータである、請求項１４に記載のオーバーショットローダー。
16. 一組の地面係合部材は一組のタイヤを含む、請求項１に記載のオーバーショットローダー。
17. 各タイヤは中実、非空圧タイヤである、請求項１６に記載のオーバーショットローダー。
18. 各中実タイヤは複数の区画部を含む、請求項１７に記載のオーバーショットローダー。
19. フレームに旋回可能に連結され、フレームの長手方向中央部と実質的に中心を合わせるとともにフレームの長手方向中央部に平行に配向された第一の端部を有するブームと、
    ブームの第二の端部に旋回可能に連結された第一の端部を有するスティックと、
    スティックの第二の端部に旋回可能に連結された作業器具とを備える自律オーバーショットローダー用のリンク機構アセンブリ。
20. ブームの第一の端部はフレームに旋回可能に連結された二つの端部と中空中央部を有し、二つの端部と中央部はフォーク状端部を画定する、請求項１９に記載のリンク機構アセンブリ。
21. 一組の地面係合部材と、
    一組の地面係合部材に取り付けられたフレームと、
    フレームに旋回可能に連結され、フレームの長手方向中央部と実質的に中心を合わせるとともにフレームの長手方向中央部に平行に配向された第一の端部を有するブームと、
    ブームの第二の端部に旋回可能に連結された第一の端部を有するスティックと、
    スティックの第二の端部に旋回可能に連結された作業器具と、
    フレームに旋回可能に連結された第一の端部とスティックに旋回可能に連結された第二の端部とを有する少なくとも一つの制御リンクとを備える自律運転用オーバーショットローダーであって、
    フレームは第一の４本バーリンク機構の地面リンクを画定し、ブームは第一の４本バーリンク機構の動力リンクを画定し、ブームとスティックとの連結点から制御リンクとスティックとの連結点までのスティックの一部は第一の４本バーリンク機構のカプラーリンクを画定し、制御リンクは第一の４本バーリンク機構の制御リンクを画定するオーバーショットローダー。
22. ブームに旋回可能に取り付けられた第一の端部と、作業器具に旋回可能に取り付けられた第二の端部とを有する少なくとも一つの作業器具用シリンダーをさらに含み、
    作業器具用シリンダーの第二の端部は拡張可能である、請求項２１に記載オーバーショットローダー。
23. シリンダーとブームとの連結点からブームとスティックとの連結点までのブームの一部は、第二の４本バーリンク機構の第一のリンクを画定し、スティックは第二の４本バーリンク機構の第二のリンクを画定し、器具とスティックとの連結点から器具とシリンダーとの連結点までの作業器具の部分は第二の４本バーリンク機構の第三のリンクを画定し、作業器具用シリンダーは第二の４本バーリンク機構の第四のリンクを画定する、請求項２２に記載のオーバーショットローダー。

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