JP2018090134A - 自走式作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】小型機から重機に至るまで幅広く適用が可能であって、かつ高い走破性を有するフリッパクローラを備える自走式作業機械を提供すること。
【解決手段】メインクローラ５０の前後において回動可能なフリッパクローラ６０を備える自走式作業機械１０であって、メインクローラ５０側に設けられる油圧シリンダ７１，７２による直線運動を、フリッパクローラ６０の回動に変換する直動回動変換機構を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、フリッパクローラを走行体に有する自走式作業機械に関する。

災害発生時、二次災害が起こる可能性のある作業環境や、放射線、火災、有毒ガス等の人間が入れないような過酷環境下での災害対応作業を行うために、遠隔操作型ロボットの導入が期待されている。従来、作業を行うために動作する複数の作業アームと、車輪やクローラ等からなる移動装置とを備え、予め定められた経路を自律移動する移動ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記移動ロボットにあっては、段差や瓦礫等が存在する不整地状態の地面を走行する際、車輪やクローラのサイズによっては、段差を乗り越えることができない等、不整地状態の地面の移動ができない場合が生じる。そのような段差があっても乗り越えられるように、クローラの前後にフリッパを備えさせ、フリッパを上下に回動させることにより、段差等の走破性を高めた走行車の開発が進められている（例えば、特許文献２参照）。

この種のフリッパクローラ式走行体は、一般に、メインクローラのスプロケットと同軸の位置に配置したモータ及び減速機構によりフリッパクローラが回動される構造を有している（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１４−２１０３０６号公報 特開２００８−１４３３５４号公報 特開２０１３−１３６３７４号公報

このようなフリッパクローラ式の作業機械においては、段差を乗り越える等のためフリッパで機体を起立させる際に大きな回動トルクが必要となる。しかし、メインクローラとフリッパクローラとの間には充分なスペースがなく、そこに大容量のモータや大型の減速機構を格納することは困難である。
特に、狭い作業空間に進入する機会が多い例えばレスキューロボットのような小型化した作業ロボットの場合、フリッパ回動モータを走行体内に如何にコンパクトに配置するかが設計上の問題となっている。更に、被災地での掘削や建物の解体作業ができる重機にフリッパクローラを適用する場合において、多機能の作業アームとカウンターウエイトを有する本体を、フリッパを折り曲げて持ち上げることは、フリッパの回動軸に極めて大きな負荷がかかる等の強度上の課題もあった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、災害現場等における多様な作業の要請に対応するため、小型機から重機に至るまで幅広く適用が可能であって、かつ高い走破性を有するフリッパクローラを備える自走式作業機械を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、メインクローラの前部及び／又は後部において回動可能なフリッパクローラを備える自走式作業機械であって、前記メインクローラ側に設けられる直動アクチュエータと、前記直動アクチュエータによる直線運動を前記フリッパクローラの回動に変換する直動回動変換機構と、を備えることを特徴とする。

また、上記構成において前記直動アクチュエータがシリンダであり、該シリンダのボトム側クレビスが前記メインクローラのフレームに枢支され、該シリンダのロッドが前記フリッパクローラの回動軸から所定距離だけ変位するピンに連結していることが好ましい。

また、前記シリンダのロッドが、前記メインクローラと前記フリッパクローラとを回動可能に接続する軸受部材から延びるカムアームに連結していることが好ましい。

また、前記シリンダのロッドが、前記フリッパクローラのフレームのボスに植設されるピンに連結していることが好ましい。

本発明の自走式作業機械によれば、フリッパクローラの回動に変換する直動回動変換機構をコンパクトに構成することができる。そのため、例えばレスキューロボットのような狭隘な現場に投入されるフリッパクローラを備える作業ロボットの小型化に貢献することができる。また、コンパクトでありながら高トルクのフリッパクローラ回動機構を実現することができるので、例えば被災地での掘削や建物の解体作業ができる油圧ショベル等の重機であっても、フリッパクローラを適用することが可能となる。

本発明の一実施形態である複腕移動ロボットの外観斜視図である。 図１の複腕移動ロボットの片側走行体を示す平面図である。 図１の複腕移動ロボットの走行体の側面図である。

以下、本発明に係るフリッパクローラを走行体に有する自走式作業機械のひとつの実施形態として複腕移動ロボットを説明する。図１に示す複腕移動ロボット１０は、災害現場等において、１台で複数の作業を同時に行えるようにするために、複数の作業アーム１１を備えている。また、無線で遠隔操作可能な構成であり、例えば人間が立ち入ることができないような危険な環境でも、複腕移動ロボット１０が目的地まで自律走行して安全に作業を行うことができる。

先ず、本実施形態による複腕移動ロボット１０の概略構成を説明する。図１において、複腕移動ロボット１０は、フリッパクローラ６０を備える走行体１５と、走行体１５により移動可能であるとともに複数の作業アーム１１を搭載する本体１４とを備え構成される。

本体１４は厚板鋼板を溶接により形成した中空の箱状体である。本体１４の内部には、図示はしないが、複腕移動ロボット１０の油圧動力源であるエンジン、エンジンにより駆動される油圧ポンプ、油圧ポンプが吐出する高圧油を操作装置からの指令に従って作業アーム１１の油圧シリンダ２８，２９等及び走行体１５のモータ等に安定的に分配するコントロールバルブ、作動油を貯留する油圧タンク等が格納されている。

本体１４の上面中央には、制御ユニット１７が搭載されている。制御ユニット１７は、複腕移動ロボット１０の位置や姿勢など現在の状況を把握するための検出装置、操作装置から無線で送信される指令信号を受信する受信装置、指令信号に応じてコントロールバルブを制御するバルブ制御装置等により構成されている。

本体１４の上面四隅部には、作業アーム１１を旋回可能に搭載する円形の旋回マウント盤２２が設置されている。旋回マウント盤２２は、本体１４に固定された旋回台２１の上に、その中心軸周りで旋回可能なように設けられている。この旋回マウント盤２２には、旋回モータ２７が取り付けられ、旋回モータ２７の駆動シャフトに設けたギアが旋回台２１の内部の内歯歯車に噛合している。したがって、旋回マウント盤２２は、旋回モータ２７を駆動することにより、作業アーム１１とともに旋回台２１の中心軸周り略水平面上で左右に旋回する。

各作業アーム１１は、旋回マウント盤２２を基端として、本体１４の前後左右それぞれ外方に向かって延びるように配置されている。本実施形態において、４本の作業アーム１１は相互に同一の構成である。ただし、それぞれ異なる機能の作業機（例えば、バケット、シェアリングカッター、ブレーカ、チェーンソー、ホイールソー等のアタッチメント）を作業アーム先端に取り付けてもよいし、作業アームのいくつかをスイング式にしたり、又はオフセットブームを採用するなど、関節の自由度を適宜変更してもよい。

本実施形態による作業アーム１１は、旋回マウント盤２２にその基端部を起伏可能に取り付けたブーム２３と、ブーム２３の先端部で上下方向に揺動可能に取り付けたアーム２４と、アーム２４の先端部で上下方向に揺動可能に取り付けたフォークグラップル２５とを備えている。

ブーム２３は、旋回マウント盤２２にボトム側を回動可能に取り付けたブームシリンダ２８により所定角度範囲で起伏動作する。アーム２４は、ブーム２３の屈曲部にボトム側を回動可能に取り付けたアームシリンダ２９により所定角度範囲で揺動動作する。フォークグラップル２５は、アーム２４にボトム側を回動可能に取り付けた作業機シリンダ３０により所定角度範囲で揺動動作する。

本実施形態によるフォークグラップル２５は、更に、グラブシリンダ３１を備え、グラブシリンダ３１の伸縮動作によりフォークが開閉するように構成されている。

これら作業アーム１１は、地面に接触しながら本体１４の移動をアシスト可能にするように、フォークグラップル２５の先端が走行体１５よりも下方まで延伸可能なサイズに設けられることが好ましい。

走行体１５は、本体１４の左右両側に設けられるメインクローラ５０と、メインクローラ５０の前部及び後部において回動可能なフリッパクローラ（以下、「フリッパ」と略称する。）６０とから構成される。メインクローラ５０及びその前後のフリッパ６０からなる３体のクローラは、本体１４の左右においてそれぞれ独立して動作する。

次に図２及び図３を参照して、走行体１５の構成を更に詳細に説明する。
メインクローラ５０は、ドライブスプロケット５３と、アイドラ５４との間に巻回される無限軌道をなすゴム履帯５２とを備えている。ドライブスプロケット５３を回転駆動してゴム履帯５２を周回させる走行油圧モータ５６は、メインクローラフレーム５１の一方の端部（図２ではフレームの左部）に固定される。他方、プロケット５３と略同径のアイドラ５４は、フレーム５１の他方の端部（図２ではフレームの右部）に回転自在に枢支されている。また、メインクローラフレーム５１の下部に複数のトラックローラ５５，５５,・・・が回転自在に設けられている。

フリッパ６０は、メインクローラ５０の前部及び後部の外側に配置される。フリッパ６０もメインクローラ５０と同様にゴム履帯６２により構成される。すなわち、ゴム履帯６２が、スプロケット６３とアイドラ６４との間に巻回されて無限軌道が形成され、その高さ（スプロケット径）はメインクローラ５０と同じとなっている。

特に図２に示すように、フロント側（図２では左側）のフリッパ（これを「フロントフリッパ」という。）６０においては、走行油圧モータ５６のドライブシャフト５７が、フリッパ６０を回動させるフリッパカム６５の内部を貫通してフリッパ６０のスプロケット６３に同軸に接続している。一方、リア側（図２では右側）のフリッパ（これを「リアフリッパ」という。）６０においては、メインクローラ５０のアイドラ５４と、フリッパ６０のスプロケット６３とがジョイントアイドラシャフトを介して同軸に連結している。

すなわち、走行油圧モータ５６を駆動することにより生じるトルクは、ドライブシャフト５７を介して、メインクローラ５０及びフロントフリッパ６０の各プロケット５３、６３に伝達される。同時に、走行油圧モータ５６からのトルクは、無限軌道であるゴム履帯５２を介して、アイドラ５４に直結するリアフリッパ６０のスプロケット６３に伝達される。これらの動力伝達機構により、メインクローラ５０及びその前後のフリッパ６０からなる走行体１５は、３帯のゴム履帯５２，６２，６２が、同一方向かつ同一速度で周回するように構成されている。

なお、これら左右の走行体１５は、それぞれ独立して動作する。すなわち、接地する左右の走行体１５のクローラを、それぞれ同じ速度で周回させることで、複腕移動ロボット１０を直進（前進又は後退）させることができる。左右の走行体１５のクローラの周回速度を変えることで、複腕移動ロボット１０を旋回移動させることができ、更には左右のクローラの周回を互いに逆方向とすることで、その場で方向転換をすることも可能である。

次に、本発明において特徴的なフリッパ６０の回動機構を説明する。先ず、フロント側の直動回動変換機構について説明する。メインクローラ５０に対向する側のフリッパフレーム６１面には、メインクローラ５０とフリッパ６０とを、相対的に回動可能に接続する軸受部材である上述したフリッパカム６５のアウターブッシュが、溶接等の接合手段により強固に接合されている。フリッパ６０の回動軸部の曲げ剛性をより高めるために、このアウターブッシュと、フリッパフレーム６１との接合に際して、例えば厚板鋼板からなる補強部材６６を介装することが好ましい。

アウターブッシュには、垂直に対し若干後方に傾斜した斜め上方に延びる２つのカムアーム６７が一体形成されている。そしてカムアーム６７の先端部に、フリッパカム６５の軸と平行にピン６８を挿通支持するためのピン孔が開口形成されている。
フリッパカム６５のインナーシャフトは、アウターブッシュに摺動回転可能に挿入され、ブッシュから露出する基端部６９がメインクローラ５０側の走行油圧モータ５６のケースに一体に接合している。インナーシャフトを、図示しない補強部材を介してメインクローラフレーム５１に溶接してもよい。

また、カムアーム６７によりフリッパ６０の回動軸から所定距離だけ変位するピン６８には、第一の直動アクチュエータである油圧シリンダ７１のロッドが連結している。一方、油圧シリンダ７１のボトム側のクレビス７１ａは、メインクローラフレーム５１のボス部に枢支されている。

このようなフロントフリッパ６０の回動機構によれば、フリッパカム６５により、油圧シリンダ７１の直線運動がフリッパ６０の回転運動に変換される。すなわち、油圧シリンダ７１のロッドを伸長させると、フリッパ６０を下方に回動させて複腕移動ロボット１０を起立させることができる。逆に油圧シリンダ７１のロッドを縮退させると、フリッパ６０を上方に回動させることができる。一つの実施例によるフリッパ６０の回動範囲は、水平に対し上方に最大で４８度、下方に最大で６０度である。

次に、リア側の直動回動変換機構について説明する。メインクローラ５０とリアフリッパ６０とは、上述のジョイントアイドラシャフトが摺動回転可能に貫通している軸受部材７５を介して相対的に回動可能に接続している。軸受部材７５のアウターブッシュは、メインクローラフレーム５１に、溶接等の接合手段により強固に接合されている。フリッパ６０の回動軸部の曲げ剛性をより高めるために、このアウターブッシュ７６が、例えば厚板鋼板からなる補強部材７６を介してメインクローラフレーム５１に支承されることが好ましい。

リアのフリッパフレーム６１には、軸受部材７５の位置から若干後方の斜め上方部にピン７８を植設するボス７７が溶接等により一体形成されている。リアフリッパ６０の回動軸から所定距離だけ変位するピン７８には、第二の直動アクチュエータである油圧シリンダ７２のロッドが連結している。一方、油圧シリンダ７２のボトム側のクレビス７２ａは、メインクローラフレーム５１のボス部に枢支されている。

このようなリアフリッパ６０の回動機構によれば、フロント側と同様に、油圧シリンダ７２のロッドを伸長させると、フリッパ６０を下方に回動させて複腕移動ロボット１０を起立させることができる。逆に油圧シリンダ７２のロッドを縮退させると、フリッパ６０を上方に回動させることができる。本実施例によるリアフリッパ６０の回動範囲は、フロントフリッパと同様に、例えば水平に対し上方に最大で４８度、下方に最大で６０度である。

前後左右の各フリッパ６０も、それぞれ独立して回動可能に構成される。そのため、段差、溝、障害物等の有無に応じてこれらフリッパ６０を適宜回動させることで、従来のクローラ式の自走作業機よりも優れた走破性を発揮することができる。また、前後左右のフリッパ６０を同期して下方に回動させれば、複腕移動ロボット１０の本体を水平姿勢に保持して立ち上げることができる。そのため、従来届かなかった高い位置での作業が可能になる等、作業範囲を拡大することができる。

また、本実施形態では、メインクローラ５０側に設けられる油圧シリンダ７１，７２による直線運動をフリッパクローラ６０の回動に変換する直動回動変換機構を採用している。これにより、大容量のモータや大型の減速機構を設けなくても、複腕移動ロボット１０を起立させるのに十分な回動トルクを得ることができる。

本発明に係るフリッパクローラを有する自走式作業機械は、上述した複腕移動ロボット以外にも、例えば被災地での掘削や建物の解体作業ができる油圧ショベル等の建設機械であってもよい。油圧ショベルのような重機であっても、本発明に係るコンパクトで高トルクのフリッパ回動機構により、高い走破性を確保し、多様な作業の要請に応えることがきる。

１０ 複腕移動ロボット
１１ 作業アーム
１４ 本体
１５ 走行体
２３ ブーム
２４ アーム
２５ フォークグラップル
２８ ブームシリンダ
２９ アームシリンダ
３０ 作業機シリンダ
５０ メインクローラ
５１ メインクローラフレーム
５２ ゴム履帯
５３ ドライブスプロケット
５４ アイドラ
５５ トラックローラ
５６ 走行油圧モータ
５７ ドライブシャフト
６０ フリッパクローラ（フリッパ）
６１ フリッパフレーム
６２ ゴム履帯
６３ スプロケット
６４ アイドラ
６５ フリッパカム
６６ 補強部材
６７ カムアーム
６８ ピン
６９ 基端部
７１，７２ 油圧シリンダ
７５ 軸受部材
７６ 補強部材
７７ ボス
７８ ピン

Claims (4)

1. メインクローラの前部及び／又は後部において回動可能なフリッパクローラを備える自走式作業機械であって、
   前記メインクローラ側に設けられる直動アクチュエータと、
   前記直動アクチュエータによる直線運動を前記フリッパクローラの回動に変換する直動回動変換機構と、を備えることを特徴とする自走式作業機械。
2. 前記直動アクチュエータがシリンダであり、該シリンダのボトム側クレビスが前記メインクローラのフレームに枢支され、該シリンダのロッドが前記フリッパクローラの回動軸から所定距離だけ変位するピンに連結している、請求項１に記載の自走式作業機械。
3. 前記シリンダのロッドが、前記メインクローラと前記フリッパクローラとを回動可能に接続する軸受部材から延びるカムアームに連結している、請求項２に記載の自走式作業機械。
4. 前記シリンダのロッドが、前記フリッパクローラのフレームのボスに植設されるピンに連結している、請求項２に記載の自走式作業機械。
   

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