JP6902246B2 - 除雪車の自動制御システム - Google Patents
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Description
本発明は、除雪車の自動制御システムの改良、詳しくは、視界不良の環境下でも圧雪整正の開始を適切なタイミングで行うことができ、また熟練されたオペレータでなくてもブレードの接地圧(押付け力)を適切に調整して圧雪の成長を阻止することができ、しかも、昼夜同じ方式で制御が行える除雪車の自動制御システムに関するものである。
周知のとおり、冬期の降雪時には、車体前方にスノープラウ、車体中央にトラックグレーダを備えた除雪車によって路面の除雪作業が行われることが多い。また除雪車を用いた除雪作業では、降雪初期の柔らかい新雪の除去をスノープラウで行い、踏み固められた固い積雪の圧雪整正をトラックグレーダのブレードで行うのが一般的である。
また、上記スノープラウによる除雪作業からトラックグレーダによる圧雪整正作業への移行タイミングの判断は、オペレータが路面を観察して行われるが、夜間や吹雪などの視界不良の際にはその移行タイミングの判断が難しいため、熟練のオペレータでないと圧雪整正の開始タイミングが遅れて圧雪を成長させてしまうことがあった。
一方、上記圧雪整正作業を終了するタイミングの判断についても、路面を観察して行う場合には経験や技能の習熟が求められたため、初心者のオペレータは判断が難しかった。また路面の残雪状況を目視で確認しながらの除雪作業は、オペレータにかかる身体的および精神的負担も大きかったため、オペレータの負担を軽減する工夫が求められていた。
ちなみに、上記「圧雪」に関しては、時間が経つほど硬く厚く成長し、更に気温が上昇すると凸凹の圧雪路面に変化して、自動車の走行が困難な状態となり、特に高速道路では、それが速度規制の解除の遅れを招いて交通に悪影響を及ぼす。また圧雪は、一旦成長すると除雪車等での除去が困難となるため、初期の柔らかいうちに除去する必要がある。
他方また、上記圧雪整正作業中においては、グレーダのブレード接地圧(路面に対する押付け力)を圧雪の硬さに応じて調整する必要があったが、この接地圧の操作も目視確認で行う場合、熟練の作業が求められた。そのため、従来においては、振動センサを用いてブレードの接地圧を自動制御する技術が開発され、本件出願人も以前に特許出願を行っている(特許文献１〜３参照)。
しかしながら、本件出願人が以前に開発した上記特許文献１に係る技術では、ブレードの振動加速度を入力として路面上の圧雪の有無を感知する方式であったため、舗装路面の状況によっては路面に圧雪がないときでも振動加速度が小さくなるケースがあり、路面にブレードを過度に押し付けてエッジ部を不要に摩耗させてしまうケースがあった。
また上記特許文献３に関しては、明細書中(段落番号[0023])に振動センサの代わりに光学的センサを用いる示唆があるものの、光学的センサを屋外の除雪作業で何の工夫もなく使用する場合、自然光の影響が大きくなるため、昼夜において別個の制御方式が求められるだけでなく、夕方や明け方の除雪作業では複雑な制御方式を採用する必要があった。
本発明は、上記の如き問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、視界不良の環境下でも新雪除去から圧雪整正への移行を適切なタイミングで行うことができ、また熟練されたオペレータでなくてもブレードの接地圧を適切に調整して、圧雪の成長やブレードの不要な摩耗を阻止することができ、しかも、昼夜同じ制御方式を採用できる除雪車の自動制御システムを提供することにある。
本発明者が上記課題を解決するために採用した手段を添付図面を参照して説明すれば次のとおりである。
即ち、本発明は、路面の残雪状況に応じてグレーダのブレードＢの接地圧を自動制御するための除雪車の自動制御システムを、制御信号の入力を受けたアクチュエータによってブレードＢの昇降および接地圧の変動を行うブレード昇降機構２と；路面の画像を電気信号に変換して画像データとして出力する撮像装置５と；この撮像装置５に併設された発光装置６と；一端が開口し、他端が塞がった筒状を成し、かつ、その内側に、前記撮像装置５と発光装置６が固定され、更に使用時に開口部41が路面近傍に下向きに配置されるように車体のブレードＢ後方に取り付けられた遮光ハウジング４とを含んで構成すると共に、前記ブレード昇降機構２と撮像装置５に対して、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を超えた場合に、或いは下回った場合に、ブレード昇降機構２に対し接地圧の増減開始の制御信号を出力する制御装置７を接続して構成した点に特徴がある(図１〜７参照)。
また本発明では、ブレードＢの振動の大きさを電気信号として出力する振動センサＶを制御装置７に接続すると共に、前記制御装置７に対して、撮像装置５から入力された画像データに基づく制御で、ブレード昇降機構２に接地圧の減少開始の制御信号が出力されなくても、振動センサから入力された振動の大きさが閾値を超えた場合に、ブレード昇降機構２に接地圧の減少開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んで接地圧の制御の精度を高めることができる(図５、図８参照)。
また本発明では、制御信号の入力を受けて圧雪整正の終了タイミングの通知を行う通知装置Ｍを制御装置７に接続すると共に、前記制御装置７に対して、ブレードＢの接地圧をゼロまで減少させても、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合に、通知装置Ｍに通知開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んで、オペレータに圧雪整正の終了タイミングを自動で知らせることができる(図５、図７参照)。
また本発明においては、制御信号の入力を受けたアクチュエータによってブレードＢの切削角を変動させる切削角調節機構３を制御装置７に接続すると共に、前記制御装置７に対して、ブレードＢの接地圧を最大値まで増加させても、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合に、切削角調節機構３に切削角の変動開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んで、圧雪に対するブレードＢのエッジ部の食い込みを改善することができる(図２、図５参照)。
一方、本発明では、路面の残雪状況に応じて運転席に除雪や圧雪整正の開始または終了タイミングを知らせるための除雪車の自動制御システムを、制御信号の入力を受けて除雪や圧雪整正の開始または終了タイミングの通知を行う通知装置Ｍと；路面の画像を電気信号に変換して画像データとして出力する撮像装置５と；この撮像装置５に併設された発光装置６と；一端が開口し、他端が塞がった筒状を成し、かつ、その内側には、前記撮像装置５及び発光装置６が固定され、更に使用時に開口部41が路面近傍に下向きに配置されるように車体に取り付けられた遮光ハウジング４とを含んで構成すると共に、前記通知装置Ｍと撮像装置５に対して、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を超えた場合に、或いは下回った場合に、通知装置Ｍに対し通知開始の制御信号を出力する制御装置７を接続することもできる(図５、図７参照)。
また上記除雪車の自動制御システムにおいては、制御装置７における画像データの処理を単純化するために、路面の画像をモノクロの二値画像データとして出力する撮像装置５を使用するのが好ましい(図４、図６参照)。
また上記除雪車の自動制御システムにおいては、遮光ハウジング４を、ハウジング昇降機構８を介して車体に取り付けることにより、不使用時に遮光ハウジング４を路面から離れた位置に配置することもできる(図１０参照)。
また上記除雪車の自動制御システムにおいては、路面の残雪状況をより正確に把握するために、撮像装置５及び発光装置６が内側に固定された遮光ハウジング４を、車体の左右方向に所定の間隔を空けて複数配置することもできる。
本発明では、除雪車のブレード昇降機構の自動制御システムに撮像装置を利用し、この撮像装置から出力された路面の画像データから残雪状況を判断して、ブレード接地圧が適切な大きさに自動調節されるように構成したことにより、習熟された技能を持たないオペレータであっても圧雪整正作業をブレードを不要に摩耗させずに効果的に行うことができる。
また本発明においては、除雪車の通知装置の自動制御システムに撮像装置を利用し、この撮像装置から出力された路面の画像データから残雪状況を判断して、オペレータに除雪作業や圧雪整正作業の開始・終了タイミングが自動通知されるように構成したことにより、夜間や吹雪等の視界不良時でも圧雪整正への移行を適切なタイミングで行うことができる。
しかも、本発明では、上記撮像装置に発光装置を併設すると共に、これらの周囲に遮光ハウジングを設けて、この遮光ハウジングの開口部を路面近傍に下向きに配置して構成しているため、路面の画像データを取得する際の自然光の影響を抑えて、昼間や夜間、夕方、明け方等の異なる時間帯であっても同一の方式で自動制御を行うことができる。
したがって、本発明により、熟練のオペレータが減少している現況において初心者のオペレータであっても身体的または精神的な負担を強いることなく適切に除雪車の操作を行えるサポート機能に優れた除雪車の自動制御システムを提供できることから、本発明の実用的利用価値は頗る高い。
『実施例１』
本発明の実施例１について、図１〜図１０に基いて説明する。なお同図において、符号Ｐで指示するものは、スノープラウであり、符号Ｂで指示するものは、ブレードである。また符号１で指示するものは、プラウ昇降機構であり、符号２で指示するものは、ブレード昇降機構である。また符号３で指示するものは、ブレードの切削角調節機構であり、符号４で指示するものは、遮光ハウジングである。また符号５で指示するものは、撮像装置であり、符号６で指示するものは、発光装置である。また符号７で指示するものは、制御装置であり、符号８で指示するものは、ハウジング昇降機構である。また符号Ｍで指示するものは、通知装置であり、符号Ｖで指示するものは、振動センサである。
本発明の実施例１について、図１〜図１０に基いて説明する。なお同図において、符号Ｐで指示するものは、スノープラウであり、符号Ｂで指示するものは、ブレードである。また符号１で指示するものは、プラウ昇降機構であり、符号２で指示するものは、ブレード昇降機構である。また符号３で指示するものは、ブレードの切削角調節機構であり、符号４で指示するものは、遮光ハウジングである。また符号５で指示するものは、撮像装置であり、符号６で指示するものは、発光装置である。また符号７で指示するものは、制御装置であり、符号８で指示するものは、ハウジング昇降機構である。また符号Ｍで指示するものは、通知装置であり、符号Ｖで指示するものは、振動センサである。
「除雪車の自動制御システムの構成と機能」
[１]自動制御システムの基本構成について
本実施例の自動制御システムの基本構成について簡単に説明する。まず本実施例では、図１に示すように、車体前方にスノープラウＰ、車体中央下部にグレーダのブレードＢを備えた除雪車Ｃを使用している。また除雪車Ｃの車体前方には、スノープラウＰの昇降を行うプラウ昇降機構１を設けると共に、車体中央には、図２(a)に示すブレードＢの昇降および接地圧の変動を行うブレード昇降機構２、及び図２(b)に示すブレードＢの路面に対する切削角を調節する切削角調節機構３をそれぞれ設けている。
[１]自動制御システムの基本構成について
本実施例の自動制御システムの基本構成について簡単に説明する。まず本実施例では、図１に示すように、車体前方にスノープラウＰ、車体中央下部にグレーダのブレードＢを備えた除雪車Ｃを使用している。また除雪車Ｃの車体前方には、スノープラウＰの昇降を行うプラウ昇降機構１を設けると共に、車体中央には、図２(a)に示すブレードＢの昇降および接地圧の変動を行うブレード昇降機構２、及び図２(b)に示すブレードＢの路面に対する切削角を調節する切削角調節機構３をそれぞれ設けている。
また上記除雪車Ｃの車体後部には、図１、図３及び図４に示すように、一端が開口し、他端が塞がった不透明な筒状を成す遮光ハウジング４を、開口部41が路面近傍に下向きに配置されるように取り付けている。そして、この遮光ハウジング４の内側には、図４に示すように、開口部41下方の路面の画像を電気信号に変換して画像データとして出力する撮像装置５と、この撮像装置５に併設された発光装置６を固定している。
また図５に示すように、上記除雪車Ｃの運転席には、圧雪整正の開始と終了のタイミングを知らせる通知装置Ｍと、スノープラウＰの昇降操作およびブレードＢの昇降操作を行う操作部Ｋを設ける一方、除雪車ＣのブレードＢには、ブレードＢの振動の大きさを電気信号として出力する振動センサＶを付設している。そして、上記プラウ昇降機構１、ブレード昇降機構２、切削角調節機構３、撮像装置５、通知装置Ｍ、操作部Ｋおよび振動センサＶを、制御装置７に対し通信可能に接続している。
[２]自動制御プログラムについて
〔2-1〕通知開始(除雪開始)の自動制御プログラム
次に上記制御装置７の自動制御プログラムについて作業手順に沿って説明する。まず上記制御装置７には、スノープラウＰ及びブレードＢを上昇させた状態で、撮像装置５から入力された画像データ(図６の画像データ参照)の白色の画素数が閾値を超えた場合に、通知装置Ｍに除雪の開始タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりオペレータが路面の積雪を正確に目視確認できない状況でも適切なタイミングで除雪作業を開始することができる。
〔2-1〕通知開始(除雪開始)の自動制御プログラム
次に上記制御装置７の自動制御プログラムについて作業手順に沿って説明する。まず上記制御装置７には、スノープラウＰ及びブレードＢを上昇させた状態で、撮像装置５から入力された画像データ(図６の画像データ参照)の白色の画素数が閾値を超えた場合に、通知装置Ｍに除雪の開始タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりオペレータが路面の積雪を正確に目視確認できない状況でも適切なタイミングで除雪作業を開始することができる。
〔2-2〕通知開始(圧雪整正開始)の自動制御プログラム
また上記制御装置７には、図７のＳ1に示すように、スノープラウＰが下降位置、ブレードＢが上昇位置にある状態(スノープラウＰで除雪中の状態)で、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数が閾値を超えた場合に、通知装置Ｍに圧雪整正の開始タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりオペレータが路面の残雪状況を正確に目視確認できない場合でも適切なタイミングで圧雪の除去作業を開始することができる。
また上記制御装置７には、図７のＳ1に示すように、スノープラウＰが下降位置、ブレードＢが上昇位置にある状態(スノープラウＰで除雪中の状態)で、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数が閾値を超えた場合に、通知装置Ｍに圧雪整正の開始タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりオペレータが路面の残雪状況を正確に目視確認できない場合でも適切なタイミングで圧雪の除去作業を開始することができる。
〔2-3〕ブレード・プラウ昇降(圧雪整正開始)の自動制御プログラム
また上記制御装置７には、図７のＳ2に示すように、運転席の操作部Ｋからの圧雪整正開始の入力(ブレード下降スイッチオン)に応じて、ブレード昇降機構２にブレード下降開始の制御信号を出力すると共に、プラウ昇降機構１にプラウ上昇開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりブレードＢを路面に接地させると同時に、スノープラウＰを若干上昇させて圧雪整正を開始することができる。
また上記制御装置７には、図７のＳ2に示すように、運転席の操作部Ｋからの圧雪整正開始の入力(ブレード下降スイッチオン)に応じて、ブレード昇降機構２にブレード下降開始の制御信号を出力すると共に、プラウ昇降機構１にプラウ上昇開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりブレードＢを路面に接地させると同時に、スノープラウＰを若干上昇させて圧雪整正を開始することができる。
〔2-4〕ブレードの接地圧増加(圧雪整正中)の自動制御プログラム
また上記制御装置７には、図７のＳ 3 に示すように、ブレードＢが下降位置にある状態(圧雪整正中の状態)で、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数が閾値を超えた場合に、ブレード昇降機構２に接地圧の増加開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりブレードＢの接地圧(押付け力)が小さすぎて路面に圧雪が残っている場合に、ブレードＢの接地圧(押付け力)を自動的に大きくして圧雪を効果的に除去できる。
また上記制御装置７には、図７のＳ 3 に示すように、ブレードＢが下降位置にある状態(圧雪整正中の状態)で、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数が閾値を超えた場合に、ブレード昇降機構２に接地圧の増加開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりブレードＢの接地圧(押付け力)が小さすぎて路面に圧雪が残っている場合に、ブレードＢの接地圧(押付け力)を自動的に大きくして圧雪を効果的に除去できる。
〔2-5〕ブレードの接地圧減少(圧雪整正中)の自動制御プログラム
また上記制御装置７には、図７のＳ 3 に示すように、ブレードＢが下降位置にある状態(圧雪整正中の状態)で、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数が閾値を下回っている場合に、ブレード昇降機構２に接地圧の減少開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これにより路面に圧雪がない状態でブレードＢを過度に押し付ける事態を防止することができる。
また上記制御装置７には、図７のＳ 3 に示すように、ブレードＢが下降位置にある状態(圧雪整正中の状態)で、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数が閾値を下回っている場合に、ブレード昇降機構２に接地圧の減少開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これにより路面に圧雪がない状態でブレードＢを過度に押し付ける事態を防止することができる。
また本実施例では、図８に示すように、撮像装置５から入力された画像データに基づく制御で、ブレード昇降機構２に接地圧の減少開始の制御信号が出力されない場合でも、振動センサＶから入力された振動の大きさが閾値を超えた場合に、ブレード昇降機構２に接地圧の減少開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これにより上記ブレードＢの過度の押し付けを防止する制御をより高い精度で行うことができる。
〔2-6〕ブレードの切削角変動(圧雪整正中)の自動制御プログラム
また上記制御装置７には、ブレードＢの接地圧を最大値まで増加させても、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合(白色の画素数が閾値を超えたままの場合)に、切削角調節機構３に切削角の変動開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これにより圧雪に対するブレードＢのエッジ部の食い込みを改善して圧雪を効果的に除去することができる。なおブレードＢの切削角の変更は、図９に示す順序で行われる。
また上記制御装置７には、ブレードＢの接地圧を最大値まで増加させても、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合(白色の画素数が閾値を超えたままの場合)に、切削角調節機構３に切削角の変動開始の制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これにより圧雪に対するブレードＢのエッジ部の食い込みを改善して圧雪を効果的に除去することができる。なおブレードＢの切削角の変更は、図９に示す順序で行われる。
〔2-7〕通知開始(圧雪整正終了)の自動制御プログラム
また上記制御装置７には、図７のＳ4に示すように、ブレードＢの接地圧をゼロまで減少させても、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合(白色の画素数が閾値を下回ったままの場合)に、通知装置Ｍに圧雪整正の終了タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりオペレータが残雪の有無を正確に目視確認できない状況でも適切なタイミングで圧雪整正を終了することができる。
また上記制御装置７には、図７のＳ4に示すように、ブレードＢの接地圧をゼロまで減少させても、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合(白色の画素数が閾値を下回ったままの場合)に、通知装置Ｍに圧雪整正の終了タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込んでいる。これによりオペレータが残雪の有無を正確に目視確認できない状況でも適切なタイミングで圧雪整正を終了することができる。
[３]自動制御プログラムの変更例について
〔3-1〕閾値とする画像データの色
本実施例では、路面の画像データの白色の画素数を利用して自動制御を行っているが、図６に示すモノクロの二値画像データを使用する場合には、黒色の画素数を利用して自動制御を行うこともできる。但しその場合には、閾値や閾値をまたぐ方向を変更する必要がある(例えば、ブレードＢの接地圧増加の自動制御は、黒色の画素数が閾値を下回った場合に行う必要がある)。またカラーやグレースケール等の多値画像データを使用する場合には、複数の色の画素数を制御に利用することもできる。
〔3-1〕閾値とする画像データの色
本実施例では、路面の画像データの白色の画素数を利用して自動制御を行っているが、図６に示すモノクロの二値画像データを使用する場合には、黒色の画素数を利用して自動制御を行うこともできる。但しその場合には、閾値や閾値をまたぐ方向を変更する必要がある(例えば、ブレードＢの接地圧増加の自動制御は、黒色の画素数が閾値を下回った場合に行う必要がある)。またカラーやグレースケール等の多値画像データを使用する場合には、複数の色の画素数を制御に利用することもできる。
〔3-2〕通知開始(切削角変動開始)の自動制御プログラム
本実施例では、ブレードＢの切削角の変更を自動制御によって行っているが、切削角の変更を手動操作(スイッチ)で行う場合には、運転席にそのタイミングを通知することもできる。具体的には、上記制御装置７に対し、ブレードＢの接地圧を最大値まで増加させても、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合に、通知装置Ｍに切削角変動の開始タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込むこともできる。
本実施例では、ブレードＢの切削角の変更を自動制御によって行っているが、切削角の変更を手動操作(スイッチ)で行う場合には、運転席にそのタイミングを通知することもできる。具体的には、上記制御装置７に対し、ブレードＢの接地圧を最大値まで増加させても、撮像装置５から入力された画像データの白色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合に、通知装置Ｍに切削角変動の開始タイミングを知らせる制御信号を出力するプログラムを組み込むこともできる。
〔3-3〕プラウ昇降(除雪開始・除雪終了)の自動制御プログラム
本実施例では、除雪開始時のスノープラウＰの下降および除雪終了時のスノープラウＰの上昇を手動操作(スイッチ)により行っているが、画像データを利用した自動制御により行うこともできる。具体的には、上記制御装置７に、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を下回った場合に、或いは超えた場合に、プラウ昇降機構１に昇降開始の制御信号を出力する制御プログラムを組み込むこともできる。
本実施例では、除雪開始時のスノープラウＰの下降および除雪終了時のスノープラウＰの上昇を手動操作(スイッチ)により行っているが、画像データを利用した自動制御により行うこともできる。具体的には、上記制御装置７に、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を下回った場合に、或いは超えた場合に、プラウ昇降機構１に昇降開始の制御信号を出力する制御プログラムを組み込むこともできる。
〔3-4〕ブレード昇降(圧雪整正開始・圧雪整正終了)の自動制御プログラム
本実施例では、圧雪整正開始時のブレードＢの下降および圧雪整正終了時のブレードＢの上昇を手動操作(スイッチ)により行っているが、画像データを利用した自動制御により行うこともできる。具体的には、上記制御装置７に、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を下回った場合に、或いは超えた場合に、ブレード昇降機構２に昇降開始の制御信号を出力する制御プログラムを組み込むこともできる。
本実施例では、圧雪整正開始時のブレードＢの下降および圧雪整正終了時のブレードＢの上昇を手動操作(スイッチ)により行っているが、画像データを利用した自動制御により行うこともできる。具体的には、上記制御装置７に、撮像装置５から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を下回った場合に、或いは超えた場合に、ブレード昇降機構２に昇降開始の制御信号を出力する制御プログラムを組み込むこともできる。
[４]各構成要素について
〔4-1〕プラウ昇降機構
次に上記自動制御システムを構成する各構成要素について説明する。まず図１に示すプラウ昇降機構１に関しては、制御信号の入力を受けた油圧シリンダ等のアクチュエータによって、スノープラウＰの昇降動作を行うものを採用することができる。具体的には、スノープラウＰが固定されたアームをアクチュエータで動かして、スノープラウＰの昇降させるものを採用できる。
〔4-1〕プラウ昇降機構
次に上記自動制御システムを構成する各構成要素について説明する。まず図１に示すプラウ昇降機構１に関しては、制御信号の入力を受けた油圧シリンダ等のアクチュエータによって、スノープラウＰの昇降動作を行うものを採用することができる。具体的には、スノープラウＰが固定されたアームをアクチュエータで動かして、スノープラウＰの昇降させるものを採用できる。
〔4-2〕ブレード昇降機構
また図２(a)に示すブレード昇降機構２に関しても、制御信号の入力を受けた油圧シリンダ等のアクチュエータＡによってブレードＢの昇降動作と接地圧の変動を行うものを採用することができる。具体的には、ブレードＢが固定されたリンク機構をアクチュエータＡで変形させて、ブレードＢの昇降や接地圧の変動を行うものを採用できる(具体的な構造については、本件出願人が以前に出願した特許第2571535号の段落番号[0014]参照)。
また図２(a)に示すブレード昇降機構２に関しても、制御信号の入力を受けた油圧シリンダ等のアクチュエータＡによってブレードＢの昇降動作と接地圧の変動を行うものを採用することができる。具体的には、ブレードＢが固定されたリンク機構をアクチュエータＡで変形させて、ブレードＢの昇降や接地圧の変動を行うものを採用できる(具体的な構造については、本件出願人が以前に出願した特許第2571535号の段落番号[0014]参照)。
〔4-3〕切削角調節機構
また図２(b)に示すブレードＢの切削角調節機構３に関しても、制御信号の入力を受けたアクチュエータＡによってブレードＢの切削角を変更するものを採用することができる。具体的には、ブレードＢが固定されたリンク機構をアクチュエータＡで変形させて、ブレードＢの切削角を変動させるものを採用できる(具体的な構造については、本件出願人が以前に出願した特許第2571535号の段落番号[0019]参照)。
また図２(b)に示すブレードＢの切削角調節機構３に関しても、制御信号の入力を受けたアクチュエータＡによってブレードＢの切削角を変更するものを採用することができる。具体的には、ブレードＢが固定されたリンク機構をアクチュエータＡで変形させて、ブレードＢの切削角を変動させるものを採用できる(具体的な構造については、本件出願人が以前に出願した特許第2571535号の段落番号[0019]参照)。
〔4-4〕遮光ハウジング
また図３及び図４に示す遮光ハウジング４に関しては、本実施例では、上面側が連結部材を介して車体に取り付けられ、下面側に撮像装置５と発光装置６が固定される天板部42を金属材料から形成し、胴部43をエラストマー材料から形成しているが、これらを同一の不透明材料から形成することもできる。また材料としては、遮光性を有するものであれば、金属材料やエラストマー材料の他、プラスチック材料などを使用することもできる。
また図３及び図４に示す遮光ハウジング４に関しては、本実施例では、上面側が連結部材を介して車体に取り付けられ、下面側に撮像装置５と発光装置６が固定される天板部42を金属材料から形成し、胴部43をエラストマー材料から形成しているが、これらを同一の不透明材料から形成することもできる。また材料としては、遮光性を有するものであれば、金属材料やエラストマー材料の他、プラスチック材料などを使用することもできる。
また本実施例では、図４に示すように、上記金属製の天板部42の下面側に、外周縁に沿って孔付きの突起部を所定間隔で設け、更にこれらの突起部の外側にエラストマー製のシート材を巻き付けて、このシート材を突起部にボルト留めして胴部43を形成することにより遮光ハウジング４を分解・組立て可能に構成しているが、溶接や一体成形等により天板部42と胴部43を一体的に構成することもできる。
また本実施例では、図１及び図３に示すように、撮像装置５と発光装置６が内側に固定された遮光ハウジング４を車体後部に配置しているが、ブレードＢ後方の位置であれば、ブレードＢに近い位置に遮光ハウジング４を配置することもできる。また本実施例では、撮像装置５と発光装置６が内側に固定された遮光ハウジング４を車体の左右中央位置に一つだけ配置しているが、車体の左右方向に所定の間隔を空けて複数配置することもでき、その場合には、画像データによる自動制御をより高い精度で行うことができる。
〔4-5〕撮像装置
また図４に示す撮像装置５に関しては、本実施例では、路面の画像を高解像度(800×600画素)の二値(モノクロ)画像データとして出力する撮像装置５(コグネックス社製 In-Sight EZ-700)を使用しているが、路面の画像を電気信号に変換して画像データとして出力するものであれば、多値画像データとして出力する撮像装置５を使用することもできる。また本実施例では、画像データを102枚/秒の非常に短い周期で断続的に出力する撮像装置５を使用しているが、画像データの出力周期については、求められる自動制御の精度に応じて任意に変更できる。
また図４に示す撮像装置５に関しては、本実施例では、路面の画像を高解像度(800×600画素)の二値(モノクロ)画像データとして出力する撮像装置５(コグネックス社製 In-Sight EZ-700)を使用しているが、路面の画像を電気信号に変換して画像データとして出力するものであれば、多値画像データとして出力する撮像装置５を使用することもできる。また本実施例では、画像データを102枚/秒の非常に短い周期で断続的に出力する撮像装置５を使用しているが、画像データの出力周期については、求められる自動制御の精度に応じて任意に変更できる。
〔4-6〕発光装置
また図４に示す発光装置６に関しては、本実施例では、撮像装置５と一体に併設しているが(撮像装置５と発光装置６が一体となったカメラを使用)、発光装置６を撮像装置５と別体の状態で遮光ハウジング４内に併設することもできる。また発光装置６は、撮像装置５と一緒に使用するため、撮像装置５に連動させるのが好ましい。
また図４に示す発光装置６に関しては、本実施例では、撮像装置５と一体に併設しているが(撮像装置５と発光装置６が一体となったカメラを使用)、発光装置６を撮像装置５と別体の状態で遮光ハウジング４内に併設することもできる。また発光装置６は、撮像装置５と一緒に使用するため、撮像装置５に連動させるのが好ましい。
〔4-7〕ハウジング昇降機構
また本実施例では、図１０に示すように、上記遮光ハウジング４を不使用時に路面から離れた位置に配置できるように、ハウジング昇降機構８を介して遮光ハウジング４を車体に取り付けることもできる。またハウジング昇降機構８としては、図１０に示すようなアクチュエータによって遮光ハウジング４を昇降ガイド上で昇降させるものだけでなく、アクチュエータによりリンク機構を変形させて遮光ハウジング４の昇降動作を行うものも採用できる。
また本実施例では、図１０に示すように、上記遮光ハウジング４を不使用時に路面から離れた位置に配置できるように、ハウジング昇降機構８を介して遮光ハウジング４を車体に取り付けることもできる。またハウジング昇降機構８としては、図１０に示すようなアクチュエータによって遮光ハウジング４を昇降ガイド上で昇降させるものだけでなく、アクチュエータによりリンク機構を変形させて遮光ハウジング４の昇降動作を行うものも採用できる。
〔4-8〕制御装置
また図５に示す制御装置７に関しては、プラウ昇降機構１、ブレード昇降機構２、切削角調節機構３、撮像装置５、通知装置Ｍ、操作部Ｋおよび振動センサＶに対して、有線または無線で接続できるものを採用できる。また制御装置７については、制御プログラムに応じて複数に分割して構成することもできる。
また図５に示す制御装置７に関しては、プラウ昇降機構１、ブレード昇降機構２、切削角調節機構３、撮像装置５、通知装置Ｍ、操作部Ｋおよび振動センサＶに対して、有線または無線で接続できるものを採用できる。また制御装置７については、制御プログラムに応じて複数に分割して構成することもできる。
〔4-9〕通知装置
また図５に示す通知装置Ｍに関しては、本実施例では、運転席のオペレータに対し画面表示で通知を行えるモニタと音声で通知を行える音声装置を使用しているが(図７参照)、光や音、振動などによって通知を行うことができれば、ランプやブザー、バイブレータ等を通知装置Ｍとして使用することもできる。
また図５に示す通知装置Ｍに関しては、本実施例では、運転席のオペレータに対し画面表示で通知を行えるモニタと音声で通知を行える音声装置を使用しているが(図７参照)、光や音、振動などによって通知を行うことができれば、ランプやブザー、バイブレータ等を通知装置Ｍとして使用することもできる。
〔4-10〕振動センサ
また図５に示す振動センサＶに関しては、本実施例では、加速度を振動の大きさの尺度とし、ブレードＢの振動から検出された加速度を電気信号に変換して出力するものを使用しているが(具体的には、本件出願人が以前に出願した特許第2571535号の段落番号[0011]参照)、振動の大きさの尺度として変位や速度を利用する他の方式の振動センサを使用することもできる。
また図５に示す振動センサＶに関しては、本実施例では、加速度を振動の大きさの尺度とし、ブレードＢの振動から検出された加速度を電気信号に変換して出力するものを使用しているが(具体的には、本件出願人が以前に出願した特許第2571535号の段落番号[0011]参照)、振動の大きさの尺度として変位や速度を利用する他の方式の振動センサを使用することもできる。
本発明は、概ね上記のように構成されるが、本発明は図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、除雪車ＣのブレードＢの接地圧制御に関しては、左側部位と右側部位の接地圧を別個に調節できるようにブレード昇降機構２を構成すると共に、車体の左右両側に撮像装置を配置して、ブレードＢの左右の接地圧を個別に制御することもでき、何れのものも本発明の技術的範囲に属する。
１ プラウ昇降機構
２ ブレード昇降機構
３ 切削角調節機構
４ 遮光ハウジング
41 開口部
42 天板部
43 胴部
５ 撮像装置
６ 発光装置
７ 制御装置
８ ハウジング昇降機構
Ｃ 除雪車
Ｐ スノープラウ
Ｂ ブレード
Ｍ 通知装置
Ｖ 振動センサ
Ａ アクチュエータ
２ ブレード昇降機構
３ 切削角調節機構
４ 遮光ハウジング
41 開口部
42 天板部
43 胴部
５ 撮像装置
６ 発光装置
７ 制御装置
８ ハウジング昇降機構
Ｃ 除雪車
Ｐ スノープラウ
Ｂ ブレード
Ｍ 通知装置
Ｖ 振動センサ
Ａ アクチュエータ
Claims (8)
- 路面の残雪状況に応じてグレーダのブレード(Ｂ)の接地圧を自動制御するための除雪車の自動制御システムであって、
制御信号の入力を受けたアクチュエータによってブレード(Ｂ)の昇降および接地圧の変動を行うブレード昇降機構(２)と；路面の画像を電気信号に変換して画像データとして出力する撮像装置(５)と；この撮像装置(５)に併設された発光装置(６)と；一端が開口し、他端が塞がった筒状を成し、かつ、その内側に、前記撮像装置(５)と発光装置(６)が固定され、更に使用時に開口部(41)が路面近傍に下向きに配置されるように車体のブレード(Ｂ)後方に取り付けられた遮光ハウジング(４)とを含んで構成される一方、
前記ブレード昇降機構(２)と撮像装置(５)には、撮像装置(５)から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を超えた場合に、或いは下回った場合に、ブレード昇降機構(２)に対し接地圧の増減開始の制御信号を出力する制御装置(７)が接続されていることを特徴とする除雪車の自動制御システム。 - ブレード(Ｂ)の振動の大きさを電気信号として出力する振動センサ(Ｓ)が制御装置(７)に接続されると共に、前記制御装置(７)には、撮像装置(５)から入力された画像データに基づく制御で、ブレード昇降機構(２)に接地圧の減少開始の制御信号が出力されなくても、振動センサから入力された振動の大きさが閾値を超えた場合に、ブレード昇降機構(２)に接地圧の減少開始の制御信号を出力するプログラムが組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の除雪車の自動制御システム。
- 制御信号の入力を受けて圧雪整正の終了タイミングの通知を行う通知装置(Ｍ)が制御装置(７)に接続されると共に、前記制御装置(７)には、ブレード(Ｂ)の接地圧をゼロまで減少させても、撮像装置(５)から入力された画像データの所定色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合に、通知装置(Ｍ)に通知開始の制御信号を出力するプログラムが組み込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の除雪車の自動制御システム。
- 制御信号の入力を受けたアクチュエータによってブレード(Ｂ)の切削角を変動させる切削角調節機構(３)が制御装置(７)に接続されると共に、前記制御装置(７)には、ブレード(Ｂ)の接地圧を最大値まで増加させても、撮像装置(５)から入力された画像データの所定色の画素数に閾値をまたぐ変化がない場合に、切削角調節機構(３)に切削角の変動開始の制御信号を出力するプログラムが組み込まれていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の除雪車の自動制御システム。
- 路面の残雪状況に応じて運転席に除雪や圧雪整正の開始または終了タイミングを知らせるための除雪車の自動制御システムであって、
制御信号の入力を受けて除雪や圧雪整正の開始または終了タイミングの通知を行う通知装置(Ｍ)と；路面の画像を電気信号に変換して画像データとして出力する撮像装置(５)と；この撮像装置(５)に併設された発光装置(６)と；一端が開口し、他端が塞がった筒状を成し、かつ、その内側に、前記撮像装置(５)と発光装置(６)が固定され、更に使用時に開口部(41)が路面近傍に下向きに配置されるように車体に取り付けられた遮光ハウジング(４)とを含んで構成される一方、
前記通知装置(Ｍ)と撮像装置(５)には、撮像装置(５)から入力された画像データの所定色の画素数が閾値を超えた場合に、或いは下回った場合に、通知装置(Ｍ)に対し通知開始の制御信号を出力する制御装置(７)が接続されていることを特徴とする除雪車の自動制御システム。 - 路面の画像をモノクロの二値画像データとして出力する撮像装置(５)が使用されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の除雪車の自動制御システム。
- 遮光ハウジング(４)がハウジング昇降機構(８)を介して車体に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の除雪車の自動制御システム。
- 撮像装置(５)及び発光装置(６)が内側に固定された遮光ハウジング(４)が、車体の左右方向に所定の間隔を空けて複数配置されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載の除雪車の自動制御システム。
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| JP2017172484A JP6902246B2 (ja) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | 除雪車の自動制御システム |
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| JP2017172484A JP6902246B2 (ja) | 2017-09-07 | 2017-09-07 | 除雪車の自動制御システム |
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