JP5046710B2 - 柱体昇降作業装置 - Google Patents
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請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記環状機枠には、前記上部主車輪が第1上部主車輪及び第2上部主車輪として二箇所に設けられるとともに、前記下部主車輪が第1下部主車輪及び第2下部主車輪として二箇所に設けられ、前記上部補助車輪が第1上部補助車輪及び第2上部補助車輪として二箇所に設けられるとともに、前記下部補助車輪が第1下部補助車輪及び第2下部補助車輪として二箇所に設けられていることを要旨とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4において、前記各揺動アームの先端部には、前記補助車輪の進行方向を前記主車輪の操舵角度の変更に応じて前記主車輪とほぼ平行状態に変更する操舵機構がそれぞれ設けられていることを要旨とする。
最初に、柱体11を昇降する柱体昇降作業装置12の原理を図1及び図2に基づいて説明する。
前記柱体昇降作業装置12全体の重量中心Oは、前記柱体11の外部において前記下部駆動輪17よりも外側の前記ウエイト部13bに設定されている。柱体昇降作業装置12の重量M・g(Mは質量、gは重力加速度)が前記重量中心Oに作用すると、柱体11と、上部及び下部駆動輪15,17との接触点で押付力の反力として、上部でF1、下部でF2が環状機枠13に作用し、これにより、上部でμ1・F1、下部でμ2・F2の摩擦力が発生する。ここで、μ1,μ2は、摩擦係数である。このとき、力とモーメントの釣り合い式は、以下のようになる。
F1=F2
F1・h−μ1・F 1 D=Mg・w
ただし、Dは柱体11の直径、hは両駆動輪15,17の上下方向の距離、wは柱体11と前記重量中心Oとの水平方向の距離である。説明を簡素化するために、μ1=μ2=μとすると、μ=h/(D+2w)である。このμが上部駆動輪15、下部駆動輪17と柱体11の表面との摩擦係数より小さくなる設定としているので、柱体昇降作業装置12は重量M・gにより滑り落ちることなく、柱体11に沿って昇降することができる。
この枝打ち装置12Aの概略構成を図3及び図4に基づいて説明する。図4に示すように、平面視正四角環状の環状機枠13の四隅部に対し、第1〜第4車輪位置調整機構21A〜21Dが装着されている。前記第1及び第2車輪位置調整機構21A,21Bには、図3に示すように第1及び第2上部固定アーム22A,22Bが装着され、両アーム22A,22Bの先端部に第1及び第2上部駆動輪15A,15Bが装着されている。前記第3及び第4車輪位置調整機構21C,21Dには、第1及び第2下部固定アーム23A,23Bが装着され、両アーム23A,23Bの先端部に第1及び第2下部駆動輪17A,17Bが装着されている。
最初に、前記環状機枠13の構成について説明する。この環状機枠13は図9及び図10に示すように、ヒンジ機構27によって水平方向の開閉可能に連結された平面視コ字状の第1及び第2フレーム28,29によって、前記樹幹11Aの周囲に脱着可能に構成されている。前記第1及び第2フレーム28,29の前記ヒンジ機構27と反対側の両端部には、該両端部を互いに連結するための連結機構30が設けられている。この連結機構30は、第1フレーム28の端部に形成されたネジ孔28aに、第2フレーム29の端部に設けられた蝶ボルト30Aを螺合することにより第1フレーム28と、第2フレーム29を連結するように構成されている。
この枝払い機構60は、前記環状機枠13を構成する第1及び第2フレーム28,29の上面に対し、複数の支持ロッド61により支持された上下二段の環状リング62を備えている。この環状リング62は半円弧状に分割され、ヒンジ機構63により前記第1及び第2フレーム28,29の開閉動作に同期して開閉されるようになっている。前記両環状リング62には、旋回支持体64が環状リング62に沿って円周方向に往復旋回可能に装着されている。この旋回支持体64には旋回駆動源としてのサーボモータ65が装着され、このサーボモータ65にはチェーンソー67を備えた枝払い機構66が装着され、モータ65によりチェーンソー67を周回駆動するようにしている。
図5に鎖線で示すように、前記環状機枠13の第1フレーム28には、前記サーボモータ54、65を駆動する蓄電池や制御機器を収容した制御ボックス68が設けられている。この制御ボックス68の重量は、図4に示すウエイト部13bの機能を有するものである。そして、前記旋回支持体64が図5に示すように制御ボックス68から最も離隔された状態においても図3において、両駆動輪15A,15B及び駆動輪17A,17Bが樹幹11Aに適度に押し付けられるようにしている。
次に、前記のように構成された枝打ち装置12Aの動作について説明する。
(1)上記実施形態では、図1に示すように環状機枠13に対し回転軸14により上部駆動輪15を装着し、アーム部13cに回転軸16により下部駆動輪17を装着し、環状機枠13にウエイト部13bを設け、ウエイト部13bの重量中心Oを、前記下部駆動輪17の外側方に設定した。このため、柱体11の外周面に対し上部及び下部駆動輪15,17が所定の押圧力によって押し付けられることになり、柱体11の外周面に対し柱体昇降作業装置12の上部及び下部駆動輪15,17が所定の摩擦力によって滑り落ちるのが防止される。従って、従来必要であった上部及び下部駆動輪15,17を柱体11の外周面に強い力で押し付けるための付勢機構が不要となり、柱体昇降作業装置12の部品点数を低減して、軽量化を図ることができるとともに、装置12を一人の作業者によって容易に使用することもできる。
この実施形態においては、前記第1及び第2上部駆動輪15A,15B、第1及び第2下部駆動輪17A,17B、第1及び第2上部従動輪19A,19B、第1及び第2下部従動輪20A,20Bの進行方向を変更する操舵機構71を設けたものである。この操舵機構71について説明する。前記第1上部固定アーム22Aの先端部には、前記取付台座51に連結された回動軸72が図13(a)に示すように回転可能に支持され、この回動軸72にはホィール73が嵌合されている。前記第1上部固定アーム22Aの先端部には、前記ホィール73に噛み合わされるウォーム74を支持する回転軸75が支持されている。図12に示すように前記可動支持体35にはサーボモータ76が取り付けられ、その回転軸77と前記回転軸75との間には、タイミングベルト78を備えたベルト伝動機構79が設けられている。
・図5に示す前記操作ハンドル45に代えて、図14に示すようサーボモータ91を用いても良い。この実施形態においては、樹幹11Aの直径が枝打ち装置12Aの上昇とともに、小さくなると、前記サーボモータ91の制御により第1及び第2上部駆動輪15A,15B、第1及び第2下部駆動輪17A,17Bの位置が調整され、枝打ち装置12Aは、殆ど傾くことなく、樹幹11Aに対する姿勢が適正状態に保持される。このため許容される樹幹11Aの直径の範囲が広くなる。
前記樹幹11Aの直径と、樹幹11Aに対する環状機枠13の傾き角度は、第1上部固定アーム22Aと第1下部揺動アーム25Aの関節部に組み込まれ、かつ両アームのなす角度を検出するための角度センサからの検出信号と、サーボモータ91に組み込まれた例えばロータリーエンコーダ等の回転数を検出する回転数センサの検出信号(例えば駆動輪の位置信号)とに基づいて幾何学関係を考慮して後述する方法により演算される。演算された樹幹11Aに対する環状機枠13の傾き角度が所定の範囲にあればそのままとし、所定範囲を超えた場合には、サーボモータ91を駆動して、第1上部固定アーム22Aを適正な位置に変位させる。このようにして、枝打ち装置12Aの環状機枠13は、樹幹11Aに対して殆ど傾かないようにその姿勢が制御される。
ここで、図15に基づいて、樹幹11Aに対する環状機枠13の傾き角度α及び樹幹11Aの直径xを演算する方法について説明する。
初期状態では、各駆動輪及び従動輪が直径Dの樹幹11Aを接触点が長方形となるように挟んでいるとする。この初期状態から、樹幹11Aの直径Dが変化しxとなったときの状態を幾何学的に考察する。ここで、次の各記号を以下のように定義する。
d1 :第1上部駆動輪15Aの直径、d2 :第1下部従動輪20Aの直径、L1:第1上部固定アーム22Aの長さ、L2:第1下部揺動アーム25Aの長さ、D :初期設定の樹幹11Aの直径、x :樹幹11Aの直径、LAB: 二点A,Bの長さ、:∠AOB(既知)、:∠AOB’(計測値)、:∠LAO (既知)、:∠DAC (既知)、:∠EAC、:∠OAB’、:∠EAB’、:∠DAG(傾き角度)。
・前記従動輪の操舵機構を省略してもよい。この場合には従動輪に方向性を持たない例えば球体を回転させる構成のものを使用するのが望ましい。
Claims (10)
- 柱体に対しその外周面を取り巻くように脱着される環状機枠の上部に対し、前記外周面を転動する上部主車輪を取り付けるとともに、環状機枠の下部に対し前記外周面を転動する下部主車輪を前記上部主車輪と前記柱体を挟んで反対側に位置するように取り付け、前記環状機枠に対し前記上部主車輪及び下部主車輪の少なくともいずれか一方を駆動する駆動機構を設け、同じく前記環状機枠に所定の作業を行う作業機を設け、前記環状機枠の重量中心の位置を、前記下部主車輪側において該下部主車輪よりも外側に設定した柱体昇降作業装置において、
前記環状機枠には前記上部主車輪及び下部主車輪の少なくともいずれか一方を前記柱体の直径方向に位置調整するための主車輪位置調整機構が設けられるとともに、前記環状機枠には上部主車輪の下方に位置して柱体の外周面を転動する下部補助車輪及び前記下部主車輪の上方に位置して柱体の外周面を転動する上部補助車輪が装着され、それらの補助車輪は、付勢機構により前記柱体の外周面にそれぞれ押圧されるように構成され、
前記主車輪位置調整機構により柱体の直径方向に位置調整される複数の可動支持体には、固定アームが傾斜状態でそれぞれ取り付けられ、各固定アームの先端部には前記主車輪がそれぞれ装着され、前記各可動支持体には、揺動アームが傾斜状態でそれぞれ取り付けられ、各揺動アームの先端部には前記補助車輪がそれぞれ取り付けられ、前記各揺動アームは、前記付勢機構により柱体に接近するように付勢されていることを特徴とする柱体昇降作業装置。 - 請求項1において、前記上部主車輪は一箇所又は二箇所に設けられ、前記下部主車輪は二箇所又は一箇所に設けられていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項1において、前記環状機枠には、前記上部主車輪が第1上部主車輪及び第2上部主車輪として二箇所に設けられるとともに、前記下部主車輪が第1下部主車輪及び第2下部主車輪として二箇所に設けられ、前記上部補助車輪が第1上部補助車輪及び第2上部補助車輪として二箇所に設けられるとともに、前記下部補助車輪が第1下部補助車輪及び第2下部補助車輪として二箇所に設けられていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、前記各固定アームの先端部には前記主車輪の進行方向をそれぞれ変更する操舵機構が設けられていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項4において、前記各揺動アームの先端部には、前記補助車輪の進行方向を前記主車輪の操舵角度の変更に応じて前記主車輪とほぼ平行状態に変更する操舵機構がそれぞれ設けられていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項において、前記主車輪位置調整機構は、前記柱体の直径寸法又は柱体に対する環状機枠の傾斜角度を演算し、これらの演算値に基づいてサーボモータにより前記主車輪の位置を制御するように構成されていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項1〜6のいずれか一項において、前記主車輪の駆動機構は、サーボモータにより回転されるウォームと、前記主車輪の回転軸に連結され、かつ前記ウォームに噛み合われたウォームホィールとにより構成されていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項において、前記各主車輪位置調整機構は、共通の手動操作ハンドル又は共通のサーボモータによって同期して調整されるように構成されていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項において、前記環状機枠には作業機としての枝打ち機構が装着されていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
- 請求項9において、前記枝打ち機構が柱体としての樹幹の周方向に旋回可能に構成されていることを特徴とする柱体昇降作業装置。
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