JP2017151516A - 作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】作業装置の位置によらず、作業装置と道路上の障害物との衝突が回避される作業車両を提供する。【解決手段】本発明の作業車両は、車体と、ＧＰＳ受信機２０と、方位センサ２２と、車体に対して移動自在に車体に装着された作業装置と、車体に対する作業装置の位置を検出する位置検出手段２４と、警報手段３６と、制御手段３８とを備える。制御手段３８は記憶手段４０を含む。記憶手段４０には、作業装置の形態データ及び道路上の障害物の位置データが記憶されている。制御手段３８は、ＧＰＳ受信機２０、方位センサ２２及び位置検出手段２４の各出力、並びに記憶手段４０に記憶されている形態データ及び位置データに基づいて、作業装置の外縁と道路上の障害物との間の距離を算出し、その距離が所定しきい値未満になると警報手段３６に作動信号を供給する。【選択図】図３

Description

本発明は、道路上の障害物との衝突が回避される作業車両に関する。

下記特許文献１には、道路上の障害物との衝突を回避するための作業車両の障害物警報装置が開示されている。この装置は、作業車両が障害物に接近中であることを条件として、障害物のデータとして記憶されている警報距離と作業車両の現在の位置データから、作業車両が警報距離内にあるか否かを判定し、作業車両が警報距離内にあると判定した場合には警報出力手段に警報を指令すると共に、作業車両が警報距離内にないと判定した場合には到達時間が障害物ごとにあらかじめ設定された障害物回避時間より小さいか否かを判定して到達時間が障害物回避時間より小さければ警報出力手段に警報を指令する。

特許第３２６４３６０号公報

作業車両には、車体に対して移動自在に作業装置が装着されているものがある。しかし、上記特許文献１に開示された装置では、車体に対する作業装置の位置は考慮されておらず、作業車両が警報距離内にないと判定されるような場合でも、車体に対する作業装置の位置によっては作業装置と道路上の障害物と衝突してしまうおそれがある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、作業装置の位置によらず、作業装置と道路上の障害物との衝突が回避される作業車両を提供することである。

上記課題を解決するために本発明が提供するのは以下の作業車両である。すなわち、車体と、前記車体に固定されたＧＰＳ受信機と、前記車体に固定された方位センサと、前記車体に対して移動自在に前記車体に装着された作業装置と、前記車体に対する前記作業装置の位置を検出する位置検出手段と、運転員に警報を発する警報手段と、前記ＧＰＳ受信機、前記方位センサ、前記位置検出手段及び前記警報手段に接続された制御手段とを備え、前記制御手段は、前記作業装置の形態データ及び道路上の障害物の位置データが記憶された記憶手段を含み、前記制御手段は、前記ＧＰＳ受信機の出力、前記方位センサの出力、前記位置検出手段の出力、並びに前記記憶手段に記憶されている前記形態データ及び前記位置データに基づいて、前記作業装置の外縁と道路上の障害物との間の距離を算出し、前記距離が所定しきい値未満になると前記警報手段に作動信号を供給する作業車両である。

好ましくは、前記作業装置は、前記車体に対して前記車体の幅方向に移動自在に前記車体に装着され、前記位置検出手段は、前記車体に対する前記作業装置の幅方向移動量を検出する移動量センサを含む。前記作業装置は、前記車体に対して回転自在に前記車体に装着され、前記位置検出手段は、前記車体に対する前記作業装置の角度を検出する角度センサを含むのが好適である。前記位置検出手段は、前記作業装置の回転中心に配置されたＧＰＳ受信機を含むのが好都合である。前記位置検出手段は、前記作業装置の幅方向両端に配置された一対のＧＰＳ受信機を含むのが好ましい。前記制御手段は、携行自在なコンピュータから構成されていて、前記ＧＰＳ受信機、前記方位センサ、前記位置検出手段及び前記警報手段に着脱自在に接続されるのが好適である。

本発明が提供する作業車両では、制御手段は、ＧＰＳ受信機、方位センサ及び位置検出手段の各出力、並びに記憶手段に記憶されている作業装置の形態データ及び道路上の障害物の位置データに基づいて、作業装置の外縁と道路上の障害物との間の距離を算出し、その距離が所定しきい値未満になると警報手段に作動信号を供給するので、警報手段の警報によって、作業装置の位置によらず運転員は作業装置と障害物との衝突を回避することができる。

本発明に従って構成されたモータグレーダの側面図。 図１に示すモータグレーダの平面図。 図１に示すモータグレーダの電気的構成の一部を示すブロック図。 図１に示すブレードの初期状態を示す模式図。 図４に示す状態からブレードが幅方向片側に移動した状態を示す模式図。 図５に示す状態からドローバに対してサークルと共にブレードが回転した状態を示す模式図。 図１に示すモータグレーダが実行する処理を示すフローチャート。

本発明に従って構成された作業車両の実施形態について、除雪用のモータグレーダを例に挙げ、図面を参照しつつ説明する。

図１において全体を符号２で示す除雪用のモータグレーダは、幅方向に屈折自在に連結された前車体４及び後車体６を備える。前車体４は、前後方向に延びる前フレーム８を含む。前フレーム８の後端にはキャブ１０が配置されている。前フレーム８の前端には、上下方向に延びる軸線に対して傾動自在に一対の前輪１２が連結されていると共に、幅方向に揺動自在にドローバ１４が連結されている。ドローバ１４の後端には、上下方向に延びる軸線を中心として回転自在にサークル１６が連結されている。サークル１６には、前車体４ないし後車体６の幅方向に移動自在にブレード１８が連結されている。なお、前輪１２の傾動手段やドローバ１４の揺動手段、サークル１６の回転手段、ブレード１８の移動手段については周知の構成でよいため、その説明を省略する。

図２を参照して説明する。キャブ１０には、モータグレーダ２の位置、進行方向及び速度に関する情報を取得するＧＰＳ受信機２０と、モータグレーダ２の向きを検知する方位センサ２２が固定されている。ＧＰＳ受信機２０はモータグレーダ２の幅方向中心に位置する。

モータグレーダ２は、前車体４ないし後車体６に対するブレード１８の位置を検出する位置検出手段２４を備える。図示の実施形態では図２及び図３に示すとおり、位置検出手段２４は、後車体６に対する前車体４の屈折角度αを検出する屈折角度センサ２６と、上下方向に延びる軸線に対する各前輪１２の傾動角度βを検出する傾動角度センサ２８と、前フレーム８に対するドローバ１４の揺動角度γを検出する揺動角度センサ３０と、ドローバ１４に対するサークル１６の回転角度θを検出する回転角度センサ３２と、サークル１６に対するブレード１８の幅方向移動量Ｌ_Ｂを検出する移動量センサ３４とを含む。屈折角度センサ２６は前車体４と後車体６との連結部に、傾動角度センサ２８及び揺動角度センサ３０は前フレーム８の前端に、回転角度センサ３２及び移動量センサ３４はサークル１６にそれぞれ配置されている。

位置検出手段２４は、上記の各角度センサ２６，２８，３０，３２及び移動量センサ３４以外のセンサを含んでもよい。たとえば、上記各センサのほか、前フレーム８に対するサークル１６の幅方向移動量を検出する移動センサを位置検出手段２４が更に含む場合には、前フレーム８に対するサークル１６の幅方向移動量の検出によって前車体４ないし後車体６に対するブレード１８の位置をより正確に検出することができる。また、上記の各角度センサ２６，２８，３０，３２及び移動量センサ３４に代えて、ブレード１８の幅方向両端に配置された一対のＧＰＳ受信機から位置検出手段２４が構成されていてもよい。あるいは、角度センサ、移動量センサ及びＧＰＳ受信機の組み合わせから位置検出手段２４が構成されていてもよい。この場合、上記回転角度センサ３２と、上記移動量センサ３４と、ブレード１８の回転中心（サークル１６の径方向中心）に配置されたＧＰＳ受信機と、サークル１６に配置され、上下方向に延びる軸線に対して側方からみたブレード１８の傾き角度を検出する傾き角度センサとの組み合わせから位置検出手段２４が構成され得る。なお、角度センサ及び移動量センサはポテンショメータ又はリモートで測距可能な光学センサから構成され得る。

キャブ１０内には、警報手段３６及び制御手段３８が配置されている。図３に示すとおり、ＧＰＳ受信機２０、方位センサ２２、位置検出手段２４及び警報手段３６に電気的に接続された制御手段３８には、ＧＰＳ受信機２０からモータグレーダ２の位置、進行方向及び速度に関する情報、方位センサ２２からモータグレーダ２の向き、位置検出手段２４から前車体４ないし後車体６に対するブレード１８の位置情報がそれぞれ出力される。制御手段３８は記憶手段４０を含み、記憶手段４０には、ブレード１８の形態データを含む車両形態情報と、道路上の障害物の位置データ及び非降雪期の道路の画像データを含む地図情報とがあらかじめ記憶されている。記憶手段４０に記憶されているブレード１８の形態データには、ブレード１８各部の寸法データのほか、ブレード１８の各部分と他の部材との間の寸法が含まれる。記憶手段４０に記憶されている道路上の障害物とは、マンホールの蓋や橋梁ジョイント、縁石、道路標識等である。そして制御手段３８は、ＧＰＳ受信機２０、方位センサ２２及び位置検出手段２４の各出力、並びにブレード１８の形態データ及び障害物の位置データに基づいて、モータグレーダ２の外縁から所定範囲の監視領域を設定すると共に、ブレード１８の外縁と道路上の障害物との間の距離を算出し、その距離が所定しきい値未満であり、監視領域内に道路上の障害物が存在すると判定した場合に警報手段３６に作動信号を供給する。

モータグレーダ２に固定されたコントローラから構成され得る制御手段３８は、タブレット等の携行自在なコンピュータから構成されていてもよい。携行自在なコンピュータから制御手段３８が構成されている場合、ＧＰＳ受信機２０、方位センサ２２、位置検出手段２４及び警報手段３６のそれぞれに制御手段３８が着脱自在に接続されていてもよく、又はＧＰＳ受信機２０、方位センサ２２、位置検出手段２４及び警報手段３６に接続されたコントローラに制御手段３８が着脱自在に接続されていてもよい。

図４ないし図６を参照して、制御手段３８が行う、ブレード１８の外縁と道路上の障害物との間の距離の算出について代表的な例を説明する。ブレード１８が初期状態に位置する図４に示す場合には、下記式（１）によって制御手段３８はブレード１８の幅方向端部と縁石Ｘとの間の距離Ｌを算出する。
Ｌ＝Ｌ_Ｇ−（Ｂ／２） （１）

上記式（１）並びに下記式（２）及び（３）において、Ｌ_Ｇは、ＧＰＳ受信機２０から縁石Ｘまでの距離であり、ＧＰＳ受信機２０の出力及び記憶手段４０の地図情報に基づいて制御手段３８が求める。Ｂはブレード１８の幅方向寸法、Ａはサークル１６の径方向中心Ｏからブレード１８の幅方向端部までの寸法、φはサークル１６の径方向中心Ｏからブレード１８の幅方向端部までを結ぶ線分とブレード１８とがなす角度であり、Ｂ、Ａ及びφは記憶手段４０にあらかじめ記憶されている数値である。

図４に示す状態から、サークル１６に対してブレード１８が幅方向片側（図５では下側）にＬ_Ｂだけ移動した図５に示す状態では、下記式（２）によって制御手段３８は距離Ｌを算出する。なお図５には、図４に示すブレード１８の位置が二点鎖線で示されている。
Ｌ＝Ｌ_Ｇ−｛（Ｂ／２）＋Ｌ_Ｂ｝ （２）

図５に示す状態から、ドローバ１４に対してサークル１６と共にブレード１８が回転した図６に示す状態では、下記式（３）によって制御手段３８は距離Ｌを算出する。なお図６には、図５に示すブレード１８の位置が二点鎖線で示されている。
Ｌ＝Ｌ_Ｇ−［｛（Ｂ／２）＋Ｌ_Ｂ｝−Ａ^２｛１−ｃｏｓ（θ／２）｝ｓｉｎφ] （３）

図７を参照して、除雪作業を行っているモータグレーダ２が実行するステップＳ１からＳ８までの処理について説明する。ステップＳ１では、ＧＰＳ受信機２０が走行中のモータグレーダ２の位置、進行方向及び速度に関する情報を取得する。ステップＳ２では、方位センサ２２がモータグレーダ２の向きを検知する。ステップＳ３では、位置検出手段２４が前車体４ないし後車体６に対するブレード１８の位置を検出する。ステップＳ４では、制御手段３８がモータグレーダ２の外縁から所定範囲の監視領域を設定する。ステップＳ５では、制御手段３８がブレード１８の外縁と道路上の障害物との距離を算出する。ステップＳ６では、ステップ５で算出した距離に基づいて、監視領域内に道路上の障害物が存在するか否か制御手段３８が判定する。すなわち、ブレード１８の外縁と道路上の障害物との距離が所定しきい値未満であり、監視領域内に道路上の障害物が存在すると制御手段３８が判定した場合、処理はステップＳ７に進行する。一方、ブレード１８の外縁と道路上の障害物との距離が所定しきい値以上であり、監視領域内に道路上の障害物が存在しないと制御手段３８が判定した場合、処理はステップＳ１に戻る。ステップＳ７では、制御手段３８が警報手段３６に作動信号を供給する。そしてステップＳ８では、警報手段３６が作動して運転員に警報を発する。警報は、キャブ１０内に配置されたスピーカ（図示していない。）から警音を発することや、キャブ１０内に固定されたモニタ（図示していない。）に警告画像を表示することによってなされ得る。あるいは、制御手段３８がタブレット等のコンピュータから構成されている場合、その画面に警告画像を表示することによって警報がなされてもよい。

上記実施形態では、制御手段３８は、ＧＰＳ受信機２０、方位センサ２２及び位置検出手段２４の各出力、並びに記憶手段４０に記憶されているブレード１８の形態データ及び道路上の障害物の位置データに基づいて、ブレード１８の外縁と道路上の障害物との間の距離を算出し、その距離が所定しきい値未満になると警報手段３６に作動信号を供給するので、警報手段３６の警報によって、ブレード１８の位置によらず運転員はブレード１８と障害物との衝突を回避することができる。

上記実施形態では、ブレード１８の幅方向端部と縁石Ｘとの間の距離Ｌを制御手段３８が算出する例を説明したが、ブレード１８の前縁と前方の障害物との間の距離を制御手段３８が算出するようにしてもよい。モータグレーダ２が後退している場合には、ブレード１８の後縁と後方の障害物との間の距離を制御手段３８が算出するようにしてもよい。プラウ等のブレード１８以外の作業装置がモータグレーダ２に装着されている場合には、作業装置ごとに前方、後方及び側方の障害物との距離を制御手段３８が算出するようにしてもよい。

ＧＰＳ受信機２０の出力及び記憶手段４０の地図情報に基づいて、モータグレーダ２が走行している道路の非降雪期における画像を地図と共に、タブレット等の画面に表示するようにしてもよい。道路の非降雪期における画像をタブレット等の画面に表示する場合、作業車両の運転席に座った運転員から見える道路の画像であるのが好ましい。なお、本発明は、除雪用のモータグレーダ以外の作業車両（たとえばホイールローダ）にも適用されるのはいうまでもない。

２：モータグレーダ（作業車両）
４：前車体
６：後車体
１６：サークル
１８：ブレード（作業装置）
２０：ＧＰＳ受信機
２２：方位センサ
２４：位置検出手段
２６：屈折角度センサ
２８：傾動角度センサ
３０：揺動角度センサ
３２：回転角度センサ
３４：移動量センサ
３６：警報手段
３８：制御手段
４０：記憶手段
α：後車体に対する前車体の屈折角度
β：上下方向に延びる軸線に対する各前輪の傾動角度
γ：前フレームに対するドローバの揺動角度
θ：ドローバに対するサークルの回転角度
Ｌ_Ｂ：サークルに対するブレードの幅方向移動量
Ｘ：縁石（道路上の障害物）
Ｌ：ブレードの幅方向端部と縁石との間の幅方向距離
Ｌ_Ｇ：ＧＰＳ受信機から縁石までの距離
Ｂ：ブレードの幅方向寸法
Ｏ：サークルの径方向中心
Ａ：サークルの径方向中心からブレードの幅方向端部までの寸法
φ：サークルの径方向中心からブレードの幅方向端部までを結ぶ線分とブレードとがなす角度

Claims (6)

1. 車体と、前記車体に固定されたＧＰＳ受信機と、前記車体に固定された方位センサと、前記車体に対して移動自在に前記車体に装着された作業装置と、前記車体に対する前記作業装置の位置を検出する位置検出手段と、運転員に警報を発する警報手段と、前記ＧＰＳ受信機、前記方位センサ、前記位置検出手段及び前記警報手段に接続された制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記作業装置の形態データ及び道路上の障害物の位置データが記憶された記憶手段を含み、
   前記制御手段は、前記ＧＰＳ受信機の出力、前記方位センサの出力、前記位置検出手段の出力、並びに前記記憶手段に記憶されている前記形態データ及び前記位置データに基づいて、前記作業装置の外縁と道路上の障害物との間の距離を算出し、前記距離が所定しきい値未満になると前記警報手段に作動信号を供給する作業車両。
2. 前記作業装置は、前記車体に対して前記車体の幅方向に移動自在に前記車体に装着され、
   前記位置検出手段は、前記車体に対する前記作業装置の幅方向移動量を検出する移動量センサを含む、請求項１記載の作業車両。
3. 前記作業装置は、前記車体に対して回転自在に前記車体に装着され、
   前記位置検出手段は、前記車体に対する前記作業装置の角度を検出する角度センサを含む、請求項１記載の作業車両。
4. 前記位置検出手段は、前記作業装置の回転中心に配置されたＧＰＳ受信機を含む、請求項３記載の作業車両。
5. 前記位置検出手段は、前記作業装置の幅方向両端に配置された一対のＧＰＳ受信機を含む、請求項１記載の作業車両。
6. 前記制御手段は、携行自在なコンピュータから構成されていて、前記ＧＰＳ受信機、前記方位センサ、前記位置検出手段及び前記警報手段に着脱自在に接続される、請求項１記載の作業車両。