JP5228183B2 - 柱体昇降作業装置 - Google Patents
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Description
この種の柱体昇降作業装置の樹幹(柱体)に対する昇降の方法は、下記の(a)〜(c)の3種類に大別できる。
(b) 車輪による直動運動による昇降(特許文献6〜8)、
(c) 尺取虫型の直動運動による昇降(非特許文献1)
螺旋運動による昇降は、昇降と同時に枝刈りが可能であり、枝打ち機構部をレール案内等を用いて樹幹の外周を回るための機構を必要としない。しかし、枝刈りが必要でないときにも螺旋運動するため昇降にかかる時間が大となり作業効率が良くなかった。又、車輪部が樹表面で滑らないようにするために、車輪部を強く樹幹にバネ等により強く押し付けている。能動的な作動する車輪部をバネ等の弾性受動部品を用いる方法は幹径の大きな変化に対応が困難のため対象とする幹径を制限せざるをえない。又、バネ等の伸縮時には手動で大きな力を働かせる必要があり、操作性が良くなかった。
請求項3の発明は、請求項2において、前記車輪位置調整機構には、前記上部主車輪の下方に位置して、又は下部主車輪の上方に位置して、柱体の外周面を転動する副車輪が装着され、該副車輪は、付勢部材により前記柱体の外周面にそれぞれ押圧されてなることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項4又は請求項5において、前記固定アームの先端部には、駆動車輪の進行方向を変更する操舵機構が設けられていることを特徴とする。
請求項5の発明によれば、手動又はモータで動作する操作機構により可動支持体を介して車輪位置の調整ができる。
請求項7の発明によれば、サーボモータが停止された状態で、駆動車輪の回転が停止され、装置の自重によって、駆動車輪が回転することがなく、この結果、専用のブレーキ機構を設ける必要がないため、構造を簡素化でき、軽量化を図ることができる。
請求項11の発明によれば、枝打ち機構が枝打ちする際に、受動輪が、樹幹(柱体)に接触して、該枝打ち機構に働く反力に抗することができ、この結果、前記反力による柱体昇降作業装置の姿勢の変化を抑制することができる。
最初に、柱体としての樹幹11を昇降する柱体昇降作業装置(以下、柱体昇降作業装置を単に昇降作業装置という)12の原理を図17及び図18を参照して説明する。
次に、昇降作業装置12が樹幹11の表面に沿って昇降する原理について説明する。
F1=F2
F1・h−μ1・F1・D=Mg・w
ただし、Dは樹幹11の直径、hは両駆動輪15,17の上下方向の距離、wは樹幹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と樹幹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、昇降作業装置12は重量M・gにより滑り落ちることなく、樹幹11に沿って昇降することができる。
昇降作業装置20の概略構成について説明する。
図1、図2に示すように昇降作業装置20は前記環状機枠13に相当する環状機枠21を有する。環状機枠21は図4(a)、(b)に示すように、平面視円状に形成され、ヒンジ機構22によって水平方向の開閉可能に連結された平面視半円状の第1フレーム23及び第2フレーム24により、樹幹11の周囲に脱着可能に構成されている。なお、環状機枠13の形状は、平面視円状に限定されるものてばなく、形状は環状に形成されていればよい。
次に、揺動部材31を図2、図7を中心に参照して説明する。
図7に示すように第2フレーム24の円弧方向長さの中間部には、上下に一対の取付部材32,33が取付け固定され、取付部材32,33には環状機枠21の中心n(図2参照)から放射方向(すなわち、外方)へ一対の軸受片34が突出されている。なお、図7では取付部材33に固定された下方に位置する軸受片34は一部のみ図示されている。
次に、車輪位置調整機構部41〜44について説明する。
昇降作業装置20は、図1、2に示すように環状機枠21に取付けされた第1車輪位置調整機構部41、及び第2車輪位置調整機構部42、揺動部材31の両端に取付けされた第3車輪位置調整機構部43及び第4車輪位置調整機構部、並びに、環状機枠21に取付けされた第5車輪位置調整機構部45を備えている。
各車輪位置調整機構部は同様に構成されているため、揺動部材31に取付けされた第3車輪位置調整機構部43を図8、図9を参照して説明し、他の車輪位置調整機構部における同一構成、又は相当する構成については、第3車輪位置調整機構部43の構成に付した同一符号を付す。
ガイド棒55には可動支持体57がガイド棒55の長手方向に沿って摺動自在に貫通されている。又、可動支持体57はその下面がベース板50の上面に対して摺動自在に配置されている。
第1車輪位置調整機構部41の第1フレーム23に対する取付けは、図1に示すようにベース板50の一端と取付片53間に挟着部材60が取付け固定され、挟着部材60の先端に設けられた一対の挟着片61,62間に第1フレーム23を挟み込みしてボルト等により締付けされることにより行われている。第2車輪位置調整機構部42の第1フレーム23に対する取付けは、第1車輪位置調整機構部41と同様であるため、説明を省略する。第5車輪位置調整機構部45の第1フレーム23に対する取付けは、図4に示すように、第1フレーム23、又は第2フレーム24のいずれか一方に対して、ベース板50の一端及び取付片53が固定されている。
(下部昇降機構部A)
次に、第3車輪位置調整機構部43及び第4車輪位置調整機構部44に取付けされた下部昇降機構部Aを図8、図10(b)を参照して説明する。なお、第3車輪位置調整機構部43及び第4車輪位置調整機構部44にそれぞれ取付けされた下部昇降機構部Aは、同一構成のため、第3車輪位置調整機構部43に設けられた下部昇降機構部Aを中心に説明し、第4車輪位置調整機構部44の下部昇降機構部Aの構成部材については、第3車輪位置調整機構部43の下部昇降機構部Aの構成部材と同一符号を付す。
下部主車輪ユニット67Aは、前記操舵軸(図示しない)に固定されるとともに支持板65に対して回転するフォーク部材71と、該フォーク部材71にて回転自在に支持された下部主車輪72Aと、該下部主車輪72Aの車軸(図示しない)を回転駆動する駆動機構73を備えている。
次に、第3車輪位置調整機構部43、及び第4車輪位置調整機構部44に設けられた上部副車輪87及び上部副車輪87の支持機構部78を図8〜図10(a)を参照して説明する。なお、第4車輪位置調整機構部44の上部副車輪及び支持機構は、第3車輪位置調整機構部43の上部副車輪87及び支持機構部78と同一であるため、第3車輪位置調整機構部43の上部副車輪87及びその周辺構成について説明し、第4車輪位置調整機構部44の上部副車輪87及び支持機構部78の説明は省略する。
上部副車輪ユニット82は、支持板80に回転自在に貫通された前記操舵軸(図示しない)に固定されるとともに支持板80に対して回転するフォーク部材86と、該フォーク部材86にて回転自在に支持された上部副車輪87を備えている。
図1〜3に示すように、第1車輪位置調整機構部41及び第3車輪位置調整機構部43には、上部昇降機構部Bが設けられている。第1車輪位置調整機構部41と、第3車輪位置調整機構部43に設けられた上部昇降機構部Bは、同一構成のため、第1車輪位置調整機構部41の上部昇降機構部Bについて説明する。
次に、枝打ち機構90を図7、図13〜16を参照して説明する。
図7に示すように枝打ち機構90は、環状機枠21の揺動部材31を軸支する近位の部位において、前記取付部材32に固定されたベース板91(図14参照)を含む。ベース板91の長手方向は、環状機枠21の中心nに向かう方向と一致するように配置されている。ベース板91上には、ベース板91の上方空間を覆うように、略直方体をなす有蓋箱状のカバー体92がベース板91の長手方向に沿って摺動自在に載置されている。なお、図14では、カバー体92の一部が省略されて図示されている。カバー体92の両側外面の下部には、ベース板91に摺接する角柱状の摺動体93が固定されている。
枝打ち本体部120は、チェーンソー121を備えた枝払い機構122を備え、モータ123によりガイドバー124の周囲に設けられたチェーン121aを周回駆動するようにしている。
図7に示すように、枝打ち機構90の下方、すなわち、環状機枠21の下方に位置するように取付部材33には、ブラケット135が固定され、ブラケット135には、制御ボックス136が固定されている。制御ボックス136には、図示しない制御装置、及び該制御装置と前述した各サーボモータの電力源となる図示しないバッテリが収納されている。
次に、図4(a)、図11、及び図12を参照して、第5車輪位置調整機構部45に設けられた反力対応の受動輪140を説明する。
又、第5車輪位置調整機構部45には、固定アーム64の代わりに固定部材64Cが設けられており、固定部材64Cの側面には、ストッパ164aが固定されている。固定部材64C前記揺動アーム79Cの揺動範囲は該ストッパ164aにより規制されている。
次に、昇降作業装置20の作用を説明する。
なお、説明の便宜上、第1〜第5車輪位置調整機構部41〜45の可動支持体57は、十分に端板51側へ近接位置しているものとし、枝打ち本体部120の姿勢は、反樹幹側へ傾いているものとする。
枝打ち機構90により、枝打ちが行われる際に、枝打ち機構90及び環状機枠21に反力が働き、昇降作業装置20の姿勢が傾こうとするが、この反力に対して、環状機枠21の下方に設けられた受動輪140が、樹幹に対して接触して抗することができるため、昇降作業装置20の姿勢変化を抑制できる。
(1)本実施形態では、昇降作業装置20は、揺動部材31が柱体(樹幹)の外周面へその両端が接近離間移動可能に、揺動部材31の中間部にて環状機枠21に対し揺動自在に支持するようし、該揺動部材31の両端に下部主車輪72Aが取付けられている。
この結果、手動で動作する操作機構により可動支持体57を介して車輪位置の調整ができる。
サーボモータ68が停止された状態で、フォーク部材71の回転が停止され、装置の自重によって、フォーク部材71が回転することがなく、この結果、専用のブレーキ機構を設ける必要がないため、操舵機構66A、66Bの構造を簡素化でき、軽量化を図ることができる。又、操舵機構81、81Cに関しても、上記と同じ理由から上記と同様の効果を奏する。
(11) 本実施形態では、昇降作業装置20は、環状機枠21には、枝打ち機構90が枝打ちする際に、該枝打ち機構90に働く反力に抗するための受動輪140が柱体に対して接触可能に設けられている。この結果、枝打ち機構90が枝打ちする際に、受動輪140が、樹幹(柱体)に接触して、該枝打ち機構90に働く反力に抗することができ、この結果、前記反力による昇降作業装置20の姿勢の変化を抑制することができる。
・ 前記実施形態において、一対の該上部主車輪72Bを、一対の下部主車輪72Aと同様に環状機枠21に、一対の下部主車輪72Aの揺動部材とは別に、或いは、一対の下部主車輪72Aの揺動部材を省略する代わりに、揺動自在に支持した揺動部材に設けるようにしてもよい。すなわち、互いに柱体を挟んだ反対側に一対の揺動部材を設けて、各揺動部材に、一対の該上部主車輪72B、及び一対の下部主車輪72Aを支持、或いは、別の揺動部材に、一対の該上部主車輪72Bを支持するようにしてもよい。
・ 前記実施形態では、第1検出手段として、接触センサ116を接触スイッチにて構成したが、圧力センサとしてもよい。圧力センサとした場合、所定距離は圧力がかかって検出作動したときの距離となる。又、第1検出手段を、力センサとしてもよく、この場合、所定距離とは力センサが検出作動したときの、該センサと樹幹の外表面との距離となる。又、第1検出手段として距離センサとしても良く、距離センサの場合は、柱体との離間距離が予め設定された距離か否かを判定する機能をもてばよい。
・ なお、下部主車輪72Aは、前記実施形態では説明していないが、リムホイールの外周側に設けられたリムに対してタイヤが装着されている。この場合、昇降作業装置20が柱体(樹幹)を螺旋昇降する際、該装置の自重によりタイヤの側面が膨出することによる変形が大きくなり、リムに対するタイヤの内周側装着部分が外れる虞がある。このタイヤ変形を押さえるために、前記実施形態において、図10(b)に示すように、下部主車輪72Aのリムホイールの内周側にフランジfを形成して、該フランジfによりタイヤの側面を押さえるようにしてもよい。
43…第3車輪位置調整機構部(車輪位置調整機構)、
44…第4車輪位置調整機構部(車輪位置調整機構)、
57…可動支持体、64,89…固定アーム、
66A,66B,81…操舵機構、
68,74,83,95…サーボモータ、
69,75,84,96,107…ウォームギヤ、
70,76,85…ウォームホイール、
72A…下部主車輪、72B…上部主車輪、73…駆動機構、90…枝打ち機構、120…枝打ち本体部、140…受動輪。
Claims (11)
- 柱体の外周面を取り巻くように配置可能であり、作業機を搭載する環状機枠と、該環状機枠の上方において配置されるとともに前記外周面を転動する上部主車輪と、前記環状機枠の下方において配置されるとともに前記上部主車輪とは前記柱体を挟んで反対側に位置するように設けられて前記外周面を転動する下部主車輪と、前記上部主車輪又は下部主車輪の少なくともいずれか一方(以下、駆動車輪という)に設けられて該駆動車輪を駆動する駆動機構及び駆動車輪を操舵する操舵機構とを含み、前記駆動車輪により前記柱体の周囲を回転して昇降する柱体昇降作業装置において、
単数の揺動部材、又は互いに柱体を挟んだ反対側に一対の揺動部材が前記柱体の外周面へその両端が接近離間移動可能に、該揺動部材の中間部にて前記環状機枠に対し揺動自在に支持され、
前記単数の揺動部材の両端に前記下部主車輪又は上部主車輪が取付けられ、或いは一対の揺動部材のうち一方の揺動部材の両端に前記上部主車輪が取付けられるとともに他方の揺動部材の両端に前記下部主車輪が取付けられていることを特徴とする柱体昇降作業装置。 - 前記駆動車輪を、前記柱体の直径方向に位置調整するための車輪位置調整機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の柱体昇降作業装置。
- 前記車輪位置調整機構には、前記上部主車輪の下方に位置して、又は下部主車輪の上方に位置して、柱体の外周面を転動する副車輪が装着され、該副車輪は、付勢部材により前記柱体の外周面にそれぞれ押圧されてなることを特徴とする請求項2に記載の柱体昇降作業装置。
- 前記車輪位置調整機構により前記柱体の直径方向に位置調整される可動支持体が設けられ、該可動支持体には、固定アームが取り付けられ、前記固定アームの先端部には前記駆動車輪が装着されていることを特徴とする請求項2に記載の柱体昇降作業装置。
- 前記車輪位置調整機構は、前記可動支持体を手動で移動する操作機構、又はモータによる操作機構を含むことを特徴とする請求項4に記載の柱体昇降作業装置。
- 前記固定アームの先端部には、駆動車輪の進行方向を変更する操舵機構が設けられていることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の柱体昇降作業装置。
- 前記駆動機構は、サーボモータにより回転するウォームギヤと、前記駆動車輪の車軸に連結され、かつ、前記ウォームギヤに噛合したウォームホイールを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちいずれか1項に記載の柱体昇降作業装置。
- 前記操舵機構は、サーボモータにより回転するウォームギヤと、前記駆動車輪を支持するフォーク部材に連結され、かつ、前記ウォームギヤに噛合したウォームホイールを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項7のうちいずれか1項に記載の柱体昇降作業装置。
- 前記環状機枠には、作業機としての枝打ち機構が搭載され、
該枝打ち機構は、
枝打ちを行う枝打ち本体部と、前記柱体の直径方向において、該枝打ち本体部を第1駆動源の駆動により位置調整する枝打ち位置調整機構部と、第2駆動源により該枝打ち本体部を鉛直方向に対する角度(以下、姿勢という)を調整する姿勢調整機構部を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちいずれか1項に記載の柱体昇降作業装置。 - 前記枝打ち本体部には、
反柱体側に該枝打ち本体部が傾斜した状態で枝打ち位置調整機構部により柱体に対し所定距離接近した際に、該所定距離に達したことを検出し、前記第1駆動源の駆動を停止させて、第2駆動源を駆動させる第1検出手段と、
前記枝打ち本体部の姿勢が前記姿勢調整機構部により所定姿勢となったことを検出して、前記第2駆動源を停止する第2検出手段とを備えることを特徴とする請求項9に記載の柱体昇降作業装置。 - 前記環状機枠には、枝打ち機構が枝打ちする際に、該枝打ち機構に働く反力に抗するための受動輪が柱体に対して接触可能に設けられていることを特徴とする請求項8乃至請求項10のうちいずれか1項に記載の柱体昇降作業装置。
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