JP2007322033A - 作業機械および作業機械の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 重量の重い作業装置をアームの先端に取り付けて作業を行う場合でも、アームの関節部を適切に保護することができる作業機械を提供する。
【解決手段】 作業領域を移動しながら作業を行う作業機械１は、関節部４１〜４３を含み地雷探知センサ４６が取り付けられたセンサアーム４と、地雷探知センサ４６により作業領域のうちの所定の作業領域の作業の終了後、次の作業領域に移動するまでの間にセンサアーム４を折り畳んだ状態で緊締する緊締装置６とを備える。そして、緊締装置６は、所定の作業領域の次の作業領域に移動後にセンサアーム４の緊締を解除する。センサアーム４は、地雷探知センサ４６を支持する支持部４７と、関節部４３と支持部４７間を接続する共に緊締装置６により把持される把持部４９とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、作業領域を移動しながら作業を行う作業機械および作業機械の制御方法に関する。

現在、世界には多くの数の地雷が埋設されている。これら地中に埋設された地雷の除去活動において、人手による作業では地雷を完全に除去するのに数百年から1千年を要するともいわれている。このような状況を踏まえ、近年では、様々な地雷処理装置が提案されている。

従来の地雷処理装置では、地表面に中性子を照射するための中性子発生源と、地表面からのγ線を検出する検出器と、この検出器からの検出信号を入力する波高分析器と、同分析器から特定エネルギースペクトルを入力して線量率を計測し地雷の有無を判断するサーベイメータとを備えている。そして、上記中性子発生源と検出器を地雷探査装置の前部に設けられたアームを駆動することにより地雷を探査している（特許文献１参照）。これによって、従来の装置では不可能であったプラスチック等が用いられた非金属性の地雷の探査を可能にしている。

また、他の地雷処理装置では、地雷を探知するセンサが先端に取り付けられたセンサアームと、地雷を処理するためのプロッディングアームとを前部に設け、センサアームを駆動して地雷を探知し、センサアームにより探知した地雷をプロッディングアームにより処理するようにしている（特許文献２参照）。

特開平７−２９４１９８号公報 特開２００５−３４４９５４号公報

しかしながら、上記従来技術では、重量が重い検出手段を関節部を有するアームを駆動して所定の探索領域を探査していたため、アームの関節部に使用されているベアリングや構造部材に振動や重力による荷重がかかり、その結果、アームの関節部が故障してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題点に解決するために、重量の重い作業装置をアームの先端に取り付けて作業を行う場合でも、アームの関節部を適切に保護することができる作業機械および作業機械の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、作業領域を移動しながら作業を行う作業機械であって、関節部を含み作業装置が取り付けられたアームと、前記作業装置による前記作業領域のうちの所定の作業領域の前記作業の終了後、次の作業領域に移動するまでの間に前記アームを折り畳んだ状態で緊締する緊締部とを備える。本発明によれば、所定の作業領域の作業が終了した後は、重量の重い作業装置が取り付けられたアームを折り畳んで緊締するため、アームの関節部のベアリング又は構造部材に振動や重力による荷重がかからないようにでき、関節部を有するアームを保護できる。これにより、アームを使って長期に渡って正確な作業を行うことができる。

前記アームは、好ましくは、前記緊締部により把持される把持部をさらに備えると良い。前記アームは、好ましくは、前記作業装置を支持する支持部と、前記関節部と前記支持部の間を接続する共に前記緊締部により把持される把持部とをさらに備えると良い。前記緊締部は、前記所定の作業領域の次の作業領域に移動後に前記アームの緊締を解除する。前記作業領域は、例えば対象物を探索する領域であり、前記作業装置は、例えば前記対象物を探索する装置である。ここで対象物は例えば地雷である。

本発明は、作業を行う作業機械であって、関節部を含み作業装置が取り付けられたアームと、前記作業装置による作業のうちの所定の作業の終了後、次の作業を行うまでの間に前記アームを折り畳んだ状態で緊締する緊締部とを備える。本発明によれば、作業のうちの所定の作業が終了した後は、重量の重い作業装置が取り付けられたアームを折り畳んで緊締するため、アームの関節部のベアリング又は構造部材に振動や重力による荷重がかからないようにでき、関節部を有するアームを保護できる。これにより、アームを使って長期に渡って正確な作業を行うことができる。

本発明は、作業装置が取り付けられたアームを含み、作業領域を移動しながら作業を行う作業機械の制御方法であって、前記作業装置により前記作業領域のうちの所定の作業領域の作業を行うステップと、前記作業装置により前記作業領域のうちの所定の作業領域の前記作業が終了後、次の作業領域に移動するまでの間に緊締部により前記アームを折り畳んだ状態で緊締するステップとを含む。本発明によれば、所定の作業領域の作業が終了した後は、重量の重い作業装置が取り付けられたアームを折り畳んで緊締するため、アームの関節部のベアリング又は構造部材に振動や重力による荷重がかからないようにでき、関節部を有するアームを保護できる。これにより、アームを使って長期に渡って正確な作業を行うことができる。

本発明は、前記緊締部により前記アームを緊締した後に前記所定の作業領域の次の作業領域に移動するステップと、前記次の作業領域へ移動後に前記アームの緊締状態を解除して前記次の作業領域の前記作業を行うステップとをさらに含む。前記アームを緊締するステップは、例えば、前記アームの所定箇所を把持することにより前記アームを緊締する。前記作業領域は、例えば対象物を探索する領域であり、前記作業装置は、例えば前記対象物を探索する装置である。ここで対象物は例えば地雷である。

本発明によれば、重量の重い作業装置をアームの先端に取り付けて作業を行う場合でも、アームの関節部を適切に保護する作業機械および作業機械の制御方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る作業機械と支援車両を示す図である。作業機械１は、作業領域を移動しながら作業を行うものである。この作業機械１は、ケーブル２０１により支援車両２００と接続されており、このケーブル２０１を介して情報の送受信や電力の供給が行われる。作業機械１は、支援車両２００からの指示に基づき無人により動作する。以下において作業領域は対象物を探索する領域である。ここでは対象物として地雷を例にとって説明する。したがって作業機械１は、地中に埋設された、または地表に設置された地雷を探知し、除去するのに用いられる。

図２は、本発明の実施形態に係る作業機械の構成を示す図である。図３は、本発明の実施形態に係る作業機械の正面図である。図２および図３に示すように、作業機械１は、車両本体２、クローラ３ａ〜３ｄ、センサアーム４、マニピュレータ５および緊締装置６を備える。図３では図２とは異なりセンサアーム４を折り畳んだ状態を示している。作業機械１は、作業者が遠隔操作により処理動作を行わせるものであり、センサアーム４とマニピュレータ５が前方に取り付けられている。なお、センサアーム４は、図２に示す前方の位置から図３に示す折り畳んだ位置に移動することができる。

クローラ３ａ〜３ｄは、例えば４つの油圧モータによりそれぞれ独立に形成された油圧駆動回路を介してそれぞれ独立に駆動される。センサアーム４は、後述するロボットコントローラにより制御され、地中内の地雷を探知する。このセンサアーム４は、関節部４１、４２、４３、アーム部４４、４５を備えている。このセンサアーム４の先端には、作業装置としての地雷探知センサ４６が取り付けられている。この地雷検知センサ４６は、そこから垂直方向に伸び地雷探知センサ４６を支持する支持部４７と、この支持部４７の途中から水平方向に伸び関節部４３と支持部４７間を接続する接続部４８とにより関節部４３に取り付けられている。また、接続部４８の延長部分には、緊締装置６により把持される把持部４９が設けられている。地雷探知センサ４６は、地中または地表における金属を探知する機能、又は地中に存在する物体を電波により可視化する地中レーダ機能を有する。尚、検知した場所には、例えばセンサアーム４が有するカラースプレー（図示せず）等によって、地表にマーキング処理が施される。

アーム部４４、４５、接続部４８は、関節部４１、４２および４３によって左右に所定の回転自由度を有する。これによって、センサアーム４の先端に設けられた地雷探知センサ４６が作業機械１の側方の所定のエリアを検知することができる。マニピュレータ５は、後述するロボットコントローラにより制御され、地雷探知センサ４６により探知した地雷の処理を行う。このマニピュレータ５は、関節部５１、５２、アーム部５３、５４および処理部５５を備える。アーム部５３、５４は、関節部５１および５２によって上下に所定の回転自由度を有する。これによって、マニピュレータ５の先端に設けられた処理部５５で、地雷探知センサ４６によって探知され地中内にある地雷に接触することにより地雷を処理することができる。緊締装置６は、後述するロボットコントローラにより制御され、地雷探知センサ４６により作業領域のうちの所定の作業領域の作業の終了後、次の作業領域に移動するまでの間にセンサアーム４を図３に示すように折り畳んだ状態で緊締する。そして、この緊締装置６は、所定の作業領域の次の作業領域に移動後にセンサアーム４の緊締を解除する。

図４は緊締装置６の側面図である。図４に示すように、この緊締装置６は、支持部６１、上部緊締部６２および下部緊締部６３を備える。支持部６１は、下端部が車両本体２のフレーム２１に固定されている。支持部６１の上端部には、上部緊締部６２および下部緊締部６３が空気圧により上下に移動可能に構成されている。そして、センサアーム４を駆動して地雷探知センサ４６により所定の探索領域の探索が終了すると、センサアーム４は、把持部４９が緊締装置６の上部緊締部６２と下部緊締部６３の間の位置にくるように移動する。緊締装置６は、センサアーム４の移動により把持部４９が上部緊締部６２と下部緊締部６３の間にきたときに、上部緊締部６２と下部緊締部６３を空気圧によりそれぞれ下と上に移動させて、把持部４９を把持する。これによりセンサアーム４が緊締される。

図５は、センサアーム４およびマニピュレータ５の制御系のブロック図である。図５において、センサアーム４、マニピュレータ５、地雷探知センサ４６、ＧＰＳ（Global
Positioning System）７１、距離センサ７２、衝突センサ７３は、作業機械１に設けられている。また、地雷センサＰＣ２１０、入力装置２１１、探索表示ＰＣ２１２、ロボットコントローラ２１３、ティーチングボックス２１４は、支援車両２００内に設けられている。なお、上記において説明した箇所についてその説明を省略する。

ＧＰＳ７１は、作業機械の緯度、経度および高度を測定する。距離センサ７２は、対地面用の距離センサであり、地雷探索センサ４６と地面との距離をセンシングする。衝突センサ７３は、地雷探索センサ４６の地面への衝突を検出するセンサであり、ひげのような部材が地面などに接触することにより地雷探知センサ４６が不整地の突起などへ衝突するのを検出する。

地雷センサＰＣ２１０は、ＣＰＵ（Central
Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＲＴディスプレイを備え、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域として所定のプログラムを実行することで、地雷探索センサ４６を制御する。入力装置２１１は、ボタンおよびジョイスティックを備え、センサアーム４、マニピュレータ５など作業機械１全体に対する操作指示を入力するためのものである。探索表示ＰＣ２１２は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＣＲＴディスプレイを備え、作業機械１の探索状況を表示するものである。ロボットコントローラ２１３は、例えばＣＰＵおよびメモリ等を用いて構成され、各装置から入力信号に基づいてセンサアーム４、マニピュレータ５の動作を制御する。ティーチングボックス２１４は、例えばテンキーおよび液晶ディスプレイを備え、ロボットコントローラ２１３へ与える入力情報を受け付けるものである。ロボットコントローラ２１３は、各装置からの信号に基づいてセンサアーム４およびマニピュレータ５を駆動し、センサアーム４が所定の位置に移動したときに上述した緊締装置６を駆動してセンサアーム４を緊締する。

図６は、入力装置２１１を説明するための図である。図６に示すように、入力装置２１１は、センサアーム４を操作するためのジョイスティック２２０、マニピュレータ５を操作するためのジョイスティック２２１、アームを上げてアームの準備を行うアーム準備スイッチ（ＳＷ）２２２、センサアーム４の緊締を行うアーム緊締ＳＷ２２３、アームの停止するための停止ＳＷ２２４、地雷探知センサ４６によりセンシングを開始するためのセンシング開始ＳＷ２２５、予め用意されている複数のセンシングパターンの切替を行うパターン切替ＳＷ２２６、センサアーム４とマニピュレータ５の操作切替を行うアーム切替ＳＷ２２７、３６０度回転するジョイスティックを直交座標系で使用するための直交モードとマニピュレータ５の先端で使用する４つのツールをジョイスティックで操作するためのツールモードとマニピュレータ５の関節を操作するための関節モードの中から使用するＪＯＧモードを選択するためのＪＯＧモードＳＷ２２８を備える。

さらに、入力装置２１１は、低速と高速の作業速度の切替を行う作業速度切替ＳＷ２２９、サーボをオンオフするためのサーボオン／オフＳＷ２３０、作業速度切替のための作業速度切換ＳＷ２３１、システムを初期化するためのシステム初期化ＳＷ２３２、センサアーム４とマニピュレータ５による作業を終了するための作業終了ＳＷ２３３、エラー発生後に発生したエラーをリセットするためのエラーリセット２３４および予め決められたＪＯＧの切替を行うＪＯＧ切替ＳＷ２３５を備える。そして、アーム緊締ＳＷ２２３を押すことによりセンサアーム４が折り畳んだ緊締位置に移動される。

図７は、緊締装置６の空気配管接続図である。作業機械１は、コンプレッサ１００ａ、センサアーム緊締バンド１００ｂ、センサアーム緊締バンド１００ｃ、マニピュレータ緊締バンド１００ｄ、クイックカップリング１０１、ボールバルブ１０２、ダブルブランチ１０３、プラグ１０４、隔壁用ユニオン１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｆ、１０５ｅ、ハーフユニオン１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、ソレノイドバルブ（電磁バルブ）１０７ａ、１０７ｂおよびエルボユニオン１０８を備える。なお、上記では、センサアーム４だけに緊締装置を設ける例について説明したが、図７に示す例では、マニピュレータ５についても緊締装置を設けてこれを緊締することができる。
ここでは、センサアーム４の緊締について説明する。

所定の作業領域の作業が終了し、作業機械１が次の作業領域に移動するときに、作業機械１はセンサアーム４を図３で示した位置まで折り畳む。センサアーム４の位置が緊締位置にあることが検出されると、ロボットコントローラ２１３は、制御信号を送ってセンサアーム４用のソレノイドバルブ１０７ａによりエアーの量を調整して、緊締装置６の上部緊締部６２を下降させ、下部緊締部６３を上昇させることにより上述した把持部４９を把持し、センサアーム４を緊締する。なお、ここでは説明を省略するが、マニピュレータ５についても緊締装置を設ける場合にも同様の構成により実現することができる。

次に、作業機械１の動作について説明すると、まず、作業機械１は、移動を停止した状態で、センサアーム４を駆動させて地雷探知センサ４６により作業領域のうち車両本体２の左側方の所定の作業領域について地雷を探索する作業を行う。次に、作業機械１は、地雷探知センサ４６により作業領域のうちの所定の作業領域の作業が終了後、次の作業領域に移動するまでの間に緊締装置６によりセンサアーム４を折り畳んだ状態で緊締する。例えばセンサアーム４の所定箇所を把持することによりセンサアーム４を緊締する。次に、作業機械１は、緊締装置６によりセンサアーム４を緊締した後に所定の作業領域の次の作業領域に移動する。そして、作業機械１は、次の作業領域へ移動後にセンサアーム４の緊締状態を解除して次の作業領域の作業を行う。このようにして、全ての作業領域の作業が終了するまで上記処理を繰り返す。

上記実施形態によれば、所定の作業領域の作業が終了した後は、重量の重い地雷探知センサ４６が取り付けられたセンサアーム４を折り畳んで緊締するため、センサアーム４の関節部４１、４２、４３のベアリング又は構造部材に振動や重力による荷重がかからないようにでき、センサアーム４を保護できる。これにより、センサアームを使って長期に渡って正確な作業を行うことができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。なお、上記では作業装置の例として対象物を探索装置である地雷探索センサを例にとって説明しているが本発明はこれに限定されることはない。また対象物として地雷を例にとって説明しているがこれに限定されることはない。さらに、作業機械の例として作業領域を移動しながら作業を行うものを例にとって説明したが本発明ではこれに限定されることなく作業領域を移動しないロボットなどの作業機械にも適用することができる。

本発明の実施形態に係る作業機械と支援車を示す図である。 本発明の実施形態に係る作業機械の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る作業機械の正面図である。 緊締装置の側面図である。 センサアームおよびマニピュレータの制御系のブロック図である。 入力装置を説明するための図である。 緊締装置の空気配管接続図である。

符号の説明

１ 作業機械
２ 車両本体
３ａ〜３ｄ クローラ
４ センサアーム
４１〜４３ ジョイント
４４、４５ アーム部
４６ 地雷探知センサ
５ マニピュレータ
６ 緊締装置
２００ 支援車両

Claims (11)

1. 作業領域を移動しながら作業を行う作業機械であって、
   関節部を含み作業装置が取り付けられたアームと、
   前記作業装置による前記作業領域のうちの所定の作業領域の前記作業の終了後、次の作業領域に移動するまでの間に前記アームを折り畳んだ状態で緊締する緊締部と、
   を備える作業機械。
2. 前記アームは、前記緊締部により把持される把持部をさらに備える請求項１に記載の作業機械。
3. 前記アームは、前記作業装置を支持する支持部と、
   前記関節部と前記支持部の間を接続する共に前記緊締部により把持される把持部と、をさらに備える請求項１に記載の作業機械。
4. 前記緊締部は、前記所定の作業領域の次の作業領域に移動後に前記アームの緊締を解除する請求項１から請求項３のいずれかに記載の作業機械。
5. 前記作業領域は、対象物を探索する領域であり、
   前記作業装置は、前記対象物を探索する装置である請求項１から請求項４のいずれかに記載の作業機械。
6. 前記対象物は、地雷である請求項５に記載の作業機械。
7. 作業を行う作業機械であって、
   関節部を含み作業装置が取り付けられたアームと、
   前記作業装置による作業のうちの所定の作業の終了後、次の作業を行うまでの間に前記アームを折り畳んだ状態で緊締する緊締部と、
   を備える作業機械。
8. 作業装置が取り付けられたアームを含み、作業領域を移動しながら作業を行う作業機械の制御方法であって、
   前記作業装置により前記作業領域のうちの所定の作業領域の前記作業を行うステップと、
   前記作業装置により前記作業領域のうちの所定の作業領域の前記作業が終了後、次の作業領域に移動するまでの間に緊締部により前記アームを折り畳んだ状態で緊締するステップと、
   を含む作業機械の制御方法。
9. 前記緊締部により前記アームを緊締した後に前記所定の作業領域の次の作業領域に移動するステップと、
   前記次の作業領域へ移動後に前記アームの緊締状態を解除して前記次の作業領域の前記作業を行うステップと、
   をさらに含む請求項８に記載の作業機械の制御方法。
10. 前記アームを緊締するステップは、前記アームの所定箇所を把持することにより前記アームを緊締することを特徴とする請求項８に記載の作業機械の制御方法。
11. 前記作業領域は、対象物を探索する領域であり、
    前記作業装置は、前記対象物を探索する装置である請求項８から請求項１０のいずれかに記載の作業機械の制御方法。

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