JP5791999B2 - ショベル及びその異常管理システム - Google Patents

Description

本発明はキャビンの運転席で運転者が操縦して作業を行なうショベルに関する。

一般的に、ショベル等の建設機械は、運転者が乗り込むキャビンを有している。運転者は、キャビン内の運転席に着座して、周囲の操縦装置を動かしながらショベルの作業要素を操縦する。

ショベルを運転している際に、ショベルの周囲の音を運転者が聞きながら作業を行なう必要がある場合がある。例えば、ショベルの作業場において、ショベルの周囲にいる作業員がショベルの運転者に情報を伝達しようとしてキャビンの外から運転者に向かって声をかけることがある。ところが、キャビンには空調が施されている場合が多く、キャビンの窓は閉められていることが多い。また、ショベルの運転中はエンジンが駆動されており、エンジンの駆動音が大きく響いている。このような環境では、周囲の作業員が大声を出してキャビン内の運転者に話しかけても、運転者には届かないことが多い。周囲の作業員の声を聞くためにキャビンの窓を一々開けるのは、運転者にとって煩わしいことである。

また、例えば、混合産業廃棄物のリサイクルプラントにおいて、アタッチメントとしてフォークを取り付けたショベルが用いられることがある。具体的には、集積されたプラスチック廃棄物を拾い上げて、粉砕機に投入するために、アタッチメントとしてフォークが取り付けられたショベルが用いられる。フォークで拾い上げたプラスチック廃材を粉砕機で細かく粉砕するのであるが、プラスチック廃材に金属等の固いものが含まれていると粉砕機のブレードが損傷することがある。

このようなリサイクルプラントでは、ショベルの運転者が粉砕機の運転も制御していることが多く、粉砕機の駆動を停止するのは、ショベルの運転者である場合が多い。粉砕機のブレードに金属が挟まれるとブレードが金属を擦る音がするので、この金属摩擦音が聴こえたら粉砕機の駆動を停止して、ブレードの損傷を防止する必要がある。

そこで、キャビン内の運転者は、粉砕機から出てくる音を聴くために、キャビンの窓を開け放しにしておかなければならない。通常、キャビン内には空調が施されているのに、窓を開け放しにしておくため、運転者は空調の恩恵を受けることができない。また、ショベルのエンジンの駆動音がキャビン内に入ってくるので、キャビン内での騒音が大きくなる。このように、キャビンの周囲の音を聞くためにキャビンの窓を開け放しておくことは、キャビン内の運転者の環境を悪化させるだけでなく、キャビン内の空調に費やすエネルギを無駄に使用することとなり、最終的にはショベルのエンジンの燃費悪化につながるおそれもある。

ここで、マイクロフォンで運転室内の騒音を収集し、運転室内のスピーカから騒音とは逆位相の音波を出すことで、運転室内の騒音を低減する（消音する）技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−３１５１６号公報

特許文献１に開示された消音技術は、運転室内に入ってくる全ての音が消音の対象となってしまい、例えば作業員の声のようにショベルの周囲から運転室に入ってくる音も消音の対象となってしまう。したがって、ショベルの周囲の音を運転室の運転者に聞こえるようにするのとは逆効果である。

そこで、キャビンを含む上部旋回体が旋回する機構を有するショベルにおいて、ショベルの作業音以外でショベルの周囲で発生する音をうまく収集して運転者に聞こえるようにする技術の開発が望まれている。

本発明によれば、下部走行体と、該下部走行体に対して旋回可能に支持された上部旋回体と、該上部旋回体に設けられた運転室と、該運転室の前方の位置で作業を行なうように前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体とともに旋回する作業要素と、前記運転室の前方で発生する音以外の、ショベルの作業音以外である音を主に収集するように配置されたマイクロフォンにより収集された前記上部旋回体の周囲で発生する音を、前記運転室の内部で再生するスピーカとを有することを特徴とするショベルが提供される。

また、旋回可能な上部旋回体に設けられた運転室を有するショベルの異常管理システムであって、前記運転室の旋回位置に関係無く、前記運転室の前方以外の外部の特定の箇所から発生する音であって、ショベルの作業音以外の音を主に収集するように配置されたマイクロフォンと、該マイクロフォンからの音声信号を送受信する無線機と、該無線機で受信した音声信号を増幅する増幅器と、増幅された音声信号を前記運転室の内部で再生するスピーカとを有することを特徴とするショベルの異常管理システムが提供される。

本発明によれば、ショベルの周囲で発生する音をマイクロフォンで収集して運転室内のスピーカで再生することができ、運転室の窓を閉めきった状態でも運転者は周囲の音を聞くことができる。

リサイクルプラントで稼働しているショベルの側面図である。 キャビンの内部の運転席及びその周辺を示す斜視図である。 第１実施形態によるショベルの側面図である。 マイクロフォンからスピーカまでの音声信号回路を示すブロック図である。 第２実施形態によるショベルの上部旋回体を上から見た平面図である。 マイクロフォンからスピーカまでの音声信号回路を示すブロック図である。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１はリサイクルプラントで稼働しているショベルの側面図である。図１に示すショベルは、アタッチメントとしてバケットの代わりにフォークが取り付けられたものであり、フォークにより廃棄物１００を掴んで破砕機１１０の投入口１１２まで搬送する作業を行なう。

破砕機１００は、ブレード１１４により大きな廃棄物１００を破砕して細かくする。破砕されて細かくなった廃棄物１００は、ベルトコンベア１２０により次の工程へと搬送される。

ショベルは、走行するための駆動部として下部走行体１を有する。下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にフォーク６が取り付けられている。ブーム４及びアーム５は、ブームシリンダ７及びアームシリンダ８によりそれぞれ油圧駆動される。

フォーク６は上フォーク６Ａと下フォーク６Ｂとよりなり、上フォーク６Ａと下フォーク６Ｂとの間に廃棄物１００を挟んで保持する。上フォーク６Ａはリンク１１Ａを介して上フォークシリンダ９Ａにより油圧駆動され、下フォークを６Ｂはリンク１１Ｂを介して下フォークシリンダ９Ｂにより油圧駆動される
また、上部旋回体３には、運転席及び操縦装置が配置された運転室としてキャビン１０が設けられる。上部旋回体３には、キャビン１０の後ろ側にエンジン等の動力源や油圧ポンプや油圧回路などが搭載される。

ショベルの駆動系の構成は、一般的なショベルの駆動系と同等であり、その説明は省略する。

図２はキャビン１０の内部の運転席及びその周辺を示す斜視図である。

キャビン１０内に配設される運転席１０Ａの右側及び左側には、コンソール１０Ｒ、１０Ｌがそれぞれ配設されている。コンソール１０Ｒ、１０Ｌには、操作レバー２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ配設されている。運転席１０Ａには、キャビン前方向に対して左側（コンソール１０Ｌの側）に乗降用ドア（図示せず）が設けられている。

レバー２６Ａは、旋回用電動機２１及びアーム５を操作するための操作レバーであり、レバー２６Ｂは、ブーム４及びバケット６を操作するための操作レバーである。一対のペダル２６Ｃは、下部走行体１を操作するための操作ペダルであり、運転席の足下に設けられる。

運転者がレバー２６Ａ及び２６Ｂとペダル２６Ｃの各々を操作すると、油圧ラインを通じてコントロールバルブが駆動される。これにより、下部走行体１の走行用油圧モータ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及び上フォークシリンダ９Ａ及び下フォークシリンダ９Ｂ内の油圧が制御され、下部走行体１、ブーム４、アーム５、及びフォーク６が駆動される。

サイドトリム１０Ｄの運転者に見えやすい部分に表示部１０Ｂが設けられている。表示部１０Ｂは例えば多色発光ダイオードのように複数の色に発光することで色彩表示を行なうものである。表示部１０Ｂは、後述のようにマイクロフォンで収集したショベルの周囲の音に基づいて色彩表示を行なうことで、周囲の音の状況を運転者に通知する。

また、マイクロフォンで収集したショベルの周囲の音は、運転席１０Ａの右側の肘置きの下に配置されたスピーカ１０Ｃにより再生することができる。すなわち、マイクロフォンで収集した音をスピーカ１０Ｃにより再生することで、運転者はキャビン１０外部の音をスピーカ１０Ｃを通して聴くことができる。

なお、スピーカ１０Ｃはラジオ放送等の公衆放送を聴くためのスピーカでもある。すなわち、キャビン１０にはＡＭ／ＦＭ放送等の公衆放送信号を受信する公衆放送受信機が設けられており、公衆放送受信機で受信した音声信号をスピーカ１０Ｃで再生することができる。

次に、本発明の第１実施形態について説明する。図３は第１実施形態によるショベルの側面図である。図３において、図１に示す構成部品と同等な部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。

第１実施形態では、粉砕機１１０の作動音を収集するワイヤレスマイクロフォン４０が粉砕機１１０の近傍に配置される。ワイヤレスマイクロフォン４０は、アンプと無線送信機を内蔵したマイクロフォンである。そして、ワイヤレスマイクロフォン４０からの無線信号を受信する受信機５０がショベルのキャビン１０の上部に設けられる。

ワイヤレスマイクロフォン４０で収集した粉砕機１１０の作動音は、無線信号に変換されて発信される。この無線信号を受信機５０で受信し、スピーカ１０Ｃで再生することで、運転者はキャビン１０内にいながら、粉砕機１１０の作動音を聴くことができる。例えば、粉砕機１１０の作動音に金属音が含まれていた場合、運転者は、粉砕機１１０に投入した廃棄物に金属が混ざっていると判断することができる。この場合、運転者は粉砕機１１０の作動を停止して金属を取り除く等の対応をとることができる。

受信機５０で受信した無線信号による音声信号をスピーカ１０Ｃに供給する音声再生回路がキャビン１０内に設けられる。図４はワイヤレスマイクロフォン４０からスピーカ１０Ｃまでの音声信号回路を示すブロック図である。

ワイヤレスマイクロフォン４０は、音声を電気信号に変換して出力するマイクロフォン４２と、電気信号（音声信号）を増幅するアンプ４４と、増幅された電気信号（音声信号）を無線信号に変換して送信する送信機４６とを含む。アンプ４４及び送信機４６の電気回路としては周知の回路を用いることができるので、ここでアンプ４４と送信機４６の詳細な説明は省略する。

ワイヤレスマイクロフォン４０の送信機４６から発信された無線信号を、ショベルの受信機５０が受信する。受信機５０は受信した無線信号を電気信号（音声信号）に変換し、電気信号をフィルタ５２に供給する。フィルタ５２は所定の周波数帯域の電気信号のみを通過させるバンドパスフィルタである。フィルタ５２で通過させる周波数帯域として、例えば金属と金属が擦れ合う時に発生する金属音の周波数帯域とする。これにより、粉砕機１１０の中で金属がクラッシャで押しつぶされているときの音に対応する音声信号のみを選択的にスピーカ１０Ｃに供給することができる。

フィルタ５２から出力される音声信号は、アンプ５４で増幅され、スピーカ１０Ｃに供給されて再生される。したがって、ワイヤレスマイクロフォン４０で収集した粉砕機１１０の作動音がキャビン１０内のスピーカ１０Ｃで再生され、運転者はあたかも粉砕機１１０の近傍にいるように作動音を聴くことができる。

ワイヤレスマイクロフォン４０は、ショベルのキャビン１０から離れた場所に設置することができる。また、ワイヤレスマイクロフォン４０からの音声信号は無線信号で受信機５０に送られるので、ショベルの上部旋回体３が旋回してフォーク６が粉砕機１１０に向いていない状態でも（すなわち運転者が粉砕機１１０の方向に向いていない状態でも）、問題なく粉砕機１１０の作動音をキャビン１０内で聴くことができる。

図４に戻り説明を続ける。フィルタ５２から出力される音声信号は、アンプ５４に供給されるとともに、判定部５６にも供給される。判定部５６はフィルタ５２からの音声信号が所定のレベル以上であるかを判定する。フィルタ５２からの音声信号が所定のレベル以上である場合は、ワイヤレスマイクロフォン４０で収集した粉砕機１１０の作動音の中の金属音が大きいことを意味する。この場合、粉砕機１１０の作動を中止して金属を取り除く必要があると判断することができる。そこで、判定部５６は表示部１０Ｂに信号を送り、表示部１０Ｂが所定の色（例えば警告を意味する赤色）で光るように制御する。

したがって、表示部１０Ｂが所定の色（例えば警告を意味する赤色）で光った場合、ショベルの運転者は粉砕機１１０を停止する必要があること認識することができる。これにより、ショベルの運転者は、粉砕機１１０の停止操作を行ない、停止したところで粉砕機１１０の中から問題の金属を取り除くことができる。

以上のように、ワイヤレスマイクロフォン４０と、受信機５０と、フィルタ５２と、アンプ５４（必要な場合）と、判定部５６と、表示部１０Ｂとで、ショベルの周囲における異常を検知して運転者に通知する異常管理システムが構築される。この異常管理システムは、粉砕機１１０での異常（ブレード１１４が金属を噛み込んだこと）検知し、粉砕機１１２から離れたキャビン１０内にいる運転者に異常を通知する。

なお、スピーカ１０Ｃには、アンプ６０を介してラジオ受信機６２（公衆放送受信機）が接続されており、ラジオ放送（公衆放送）をスピーカ１０Ｃを通じて聴くこともできる。このようなラジオ放送を聴くためのスピーカは、通常のショベルには最初から備えられているものであり、特に本実施形態を実現するためにスピーカを新たに組み込む必要はない。

上述の表示部１０Ｂによる表示は、警告の赤色の光を発することに限られず、例えば、異常発生であると判断されない場合（すなわち、フィルタ５２からの音声信号のレベルが所定値未満の場合）には、緑色の光を発するようにすることもできる。表示部１０Ｂによる色彩表示は上述の表示に限られず、また色彩表示に限られず、他の様々は表示方法が考えられる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図５は第２実施形態によるショベルの上部旋回体を上から見た平面図である。第２実施形態では、ショベルから離れた場所に設置できるワイヤレスマイクロフォン４０の代わりに、ショベルの上部旋回体３の外周部の複数箇所（図５では３箇所）にマイクロフォン７０Ｌ，７０Ｒ，７０Ｂが取り付けられている。

マイクロフォン７０Ｌは上部旋回体３の左側の側部に設けられており、主に上部旋回体３の左側周辺の音を収集する。マイクロフォン７０Ｒは上部旋回体３の右側の側部に設けられており、主に上部旋回体３の右側周辺の音を収集する。マイクロフォン７０Ｂは上部旋回体３の後側に設けられており、主に上部旋回体３の後側周辺の音を収集する。

図６はマイクロフォン７０Ｌ，７０Ｒ，７０Ｂからスピーカ１０Ｃまでの音声信号回路を示すブロック図である。マイクロフォン７０Ｌ，７０Ｒ，７０Ｂはワイヤレスマイクロフォンではなく、信号線によりフィルタ５２に接続されている。フィルタ５２、アンプ５４、判定部５６等は上述の第１実施形態におけるフィルタ５２、アンプ５４、判定部５６等と同じ機能を有するものであり、その説明は省略する。

本実施形態では、マイクロフォン７０Ｌ，７０Ｒ，７０Ｂと、フィルタ５２と、アンプ５４と、スピーカ１０Ｃと、判定部５６と、表示分１０Ｂとで異常管理システムが構築される。

例えば、上部旋回体３の右側、左側、後側はキャビン１０内の運転者が見ることのできない部分であり、この部分何かが接触しているような場合は、よほど強い接触となって大きな音が発生しないと、運転者は接触を認識することができない。しかし、本実施形態では、上部旋回体３の右側、左側に設けられたマイクロフォン７０Ｌ，７０Ｒ，７０Ｂで収集した音を判定部５６で判定することにより、接触音を小さな段階で認識することができる。

上述の第１及び第２実施形態では、フィルタ５２で金属接触時に発生する特定の周波数帯域の音声信号のみを通過させてスピーカ１０Ｃに供給しているが、フィルタの通過周波数帯域は金属接触時の音の周波数帯域に限られず、例えば、人の声の周波数帯域とするなど、様々な周波数帯域に設定することができる。また、フィルタ５２を必ずしも設ける必要はなく、マイクロフォンで収集した全ての音をスピーカで再生することとしてもよい。この場合、判定部５６にバンドパスフィルタを組み込んで、判定部５６では特定の周波数帯域の音を監視することとしてもよい。

また、上述の第１及び第２実施形態では、スピーカ１０Ｃとしてラジオのスピーカを共用しているが、アンプ５４からの出力を携帯情報端末に接続し、携帯情報端末をスピーカ１０Ｃの代わりに用いることもできる。

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ フォーク
６Ａ 上フォーク
６Ｂ 下フォーク
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９Ａ 上フォークシリンダ
９Ｂ 下フォークシリンダ
１０ キャビン
１０Ａ 運転席
１０Ｂ 表示部
１０Ｃ スピーカ
１０Ｄ サイドトリム
１０Ｒ，１０Ｌ コンソール
１１Ａ，１１Ｂ リンク
２６Ａ，２６Ｂ レバー
２６Ｃ ペダル
４０ ワイヤレスマイクロフォン
４２ マイクロフォン
４４ アンプ
４６ 送信機
５０ 受信機
５２ フィルタ
５４ アンプ
５６ 判定部
６０ アンプ
６２ ラジオ受信機
１００ 廃棄物
１１０ 粉砕機
１１２ 投入口
１１４ ブレード
１２０ ベルトコンベヤ

Claims (9)

1. 下部走行体と、
   該下部走行体に対して旋回可能に支持された上部旋回体と、
   該上部旋回体に設けられた運転室と、
   該運転室の前方の位置で作業を行なうように前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体とともに旋回する作業要素と、
   前記運転室の前方で発生する音以外の、ショベルの作業音以外である音を主に収集するように前記上部旋回体から離れた位置にあるマイクロフォンにより収集された前記上部旋回体の周囲で発生する音を、前記運転室の内部で再生するスピーカと、
   前記上部旋回体に備えられ且つ前記マイクロフォンからの音声信号を受信する受信機と
   を有することを特徴とするショベル。
2. 下部走行体と、
   該下部走行体に対して旋回可能に支持された上部旋回体と、
   該上部旋回体に設けられた運転室と、
   該運転室の前方の位置で作業を行なうように前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体とともに旋回する作業要素と、
   前記運転室の前方で発生する音以外の、ショベルの作業音以外である音を主に収集するように配置されたマイクロフォンにより収集された前記上部旋回体の周囲で発生する音を、前記運転室の内部で再生するスピーカと、
   前記運転室内に設けられ且つ前記マイクロフォンで収集した音の有無に応じて表示色が変化する表示部と
   を有することを特徴とするショベル。
3. 下部走行体と、
   該下部走行体に対して旋回可能に支持された上部旋回体と、
   該上部旋回体に設けられた運転室と、
   該運転室の前方の位置で作業を行なうように前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体とともに旋回する作業要素と、
   前記運転室の前方で発生する音以外の、ショベルの作業音以外である音を主に収集するように配置されたマイクロフォンにより収集された前記上部旋回体の周囲で発生する音を、前記運転室の内部で再生するスピーカと、
   公衆放送を受信する公衆放送受信機とを有し、
   前記スピーカは該公衆放送受信機で受信した音声信号も再生することを特徴とするショベル。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のショベルであって、
   前記マイクロフォンは前記上部旋回体の外周に複数個備えられ、該複数のマイクロフォンは互いに異なる方向に向いていることを特徴とするショベル。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のショベルであって、
   前記スピーカで再生する音を、予め設定された周波数帯域の音に規制する帯域規制部を有することを特徴とするショベル。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項記載のショベルであって、
   前記スピーカは携帯情報端末のスピーカであることを特徴とするショベル。
7. 旋回可能な上部旋回体に設けられた運転室を有するショベルの異常管理システムであって、
   前記運転室の旋回位置に関係無く、前記運転室の前方以外の外部の特定の箇所から発生する音であって、ショベルの作業音以外の音を主に収集するように配置されたマイクロフォンと、
   該マイクロフォンからの音声信号を送受信する無線機と、
   該無線機で受信した音声信号を増幅する増幅器と、
   増幅された音声信号を前記運転室の内部で再生するスピーカと
   を有することを特徴とするショベルの異常管理システム。
8. 請求項７記載のショベルの異常管理システムであって、
   前記スピーカは前記運転室に備えられていることを特徴とするショベルの異常管理システム。
9. 請求項７記載のショベルの異常管理システムであって、
   前記スピーカは携帯情報端末のスピーカであることを特徴とするショベルの異常管理システム。

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