JP7076706B2 - 作業機 - Google Patents

Description

本発明は、作業装置を備え、遠隔から操向操作を行えるように構成されている作業機に関する。

上記のように構成された作業機として特許文献１には、機体に傾斜センサを備え、傾斜センサで計測される傾斜角度に基づいて左右の駆動モータの駆動時間を設定することにより、傾斜地面での直線的な走行を可能にする技術が記載されている。

特開平０６－１４１６１４号公報

作業機として、草を刈り取る草刈機を例に挙げると、特許文献１に記載されるように機体に傾斜センサを備えたものは、無線による制御を行う場合のように、オペレータが機体から離間した位置から制御を行う場合にも、オペレータが特別な操作を行わずとも機体の直進性能を向上させることも可能となる。

また、遠隔制御では、機体の傾斜角度をオペレータが把握し難い面もある。このため、例えば、河川の堤防や、道路の盛土部分等の傾斜面（法面）で機体を走行させて草の刈り取りを行う場合には、機体の転倒を未然に防止するため、機体に傾斜センサを備え、この傾斜センサで計測した傾斜角度をオペレータが操縦する操縦部に伝送することも考えられる。

傾斜センサに着目すると、アナログ型で傾斜角度の計測可能な範囲が小さいものほど低価格である。なお、傾斜センサに代えて機体に３軸ジャイロＩＭＵ（inertial measurement unit ）を機体に備えることも考えられる。しかしながら、３軸ジャイロＩＭＵは、高精度で加速度の計測も可能である反面、高価であるため、作業機の価格上昇に繋がるものであった。

このような理由から、機体の価格を上昇させることなく機体の左右方向での傾斜を計測できる作業機が求められる。

本発明の特徴は、走行自在な機体と、原動部からの駆動力により作業を行う作業装置と、前車輪と後車輪との少なくとも一方の遠隔からの操向制御を可能にする制御装置とを備える共に、前記機体の左右方向への傾斜姿勢を計測する傾斜計測部が、左右方向への傾斜を計測する複数の傾斜センサと、複数の前記傾斜センサの信号に基づいて前記機体の傾斜姿勢を計測する前記制御装置とを備え、前記傾斜センサは、傾斜計測領域を分割した分割数に等しい数が用いられ、前記傾斜計測領域を分割した複数の分割領域に複数の前記傾斜センサの計測範囲を振り分けるように複数の前記傾斜センサの夫々が互いに異なる姿勢で備えられ、前記制御装置は、前記機体の傾斜姿勢が、前記傾斜計測領域において複数の前記傾斜センサの１つの前記計測範囲の限界を超えて複数の前記傾斜センサの他の１つの前記計測範囲で計測可能な姿勢に移行した場合に、傾斜姿勢を計測する少なくとも２つの前記傾斜センサの信号の加算により傾斜姿勢を計測する点にある。

この特徴構成によると、機体の左右方向への傾斜姿勢を計測するための傾斜計測領域を複数に分割して複数の分割領域を設定し、各々の分割領域に傾斜センサの計測範囲を割り当てることが可能となる。これにより、夫々の分割領域毎に、分割領域に対応する傾斜センサで傾斜姿勢を計測することで、計測範囲が狭く、安価な傾斜センサを用いても傾斜計測領域での機体の傾斜角度の計測が可能となる。
従って、機体の価格を上昇させることなく機体の左右傾斜を計測できる作業機が構成された。

他の構成として、前記傾斜センサが、傾斜姿勢に対応した電圧信号を出力するアナログ型に構成されても良い。

これによると、傾斜センサとして構造が単純で安価なアナログ型のものを用いることが可能となる。

他の構成として、前記機体が水平姿勢にある状態から左右方向の一方への傾斜姿勢を計測するように前記傾斜計測部が構成されても良い。

これによると、例えば、河川の堤防や、道路の盛土部分等の傾斜面（法面）において、機体左右方向の決まった側面を、低い側に設定する作業を行うように作業形態が設定されたものでは、逆方向への傾斜を計測する必要がないため、用いる傾斜センサの数を増大させずに済み、一層の低廉化が可能となる。

草刈機の平面図である。 傾斜地面での草刈機の後面図である。 草刈機の側面図である。 制御構成のブロック回路図である。 水平状態の傾斜計測部の構成を示す図である。 傾斜状態の傾斜計測部を示す図である。 大きく傾斜した状態の傾斜計測部を示す図である。 別実施形態（ａ）の傾斜計測部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１～図３に示すように、左右の前車輪１と左右の後車輪２とで走行自在に構成される機体Ａに刈刃ハウジングＣを備え、この刈刃ハウジングＣの内部に刈刃１４を収容し、左右の前車輪１と左右の後車輪２と刈刃１４とを駆動するエンジン３を備え、このエンジン３の下側に燃料タンク４を備えて作業機としての草刈機が構成されている。この草刈機ではエンジン３を有し、このエンジン３からの駆動力を取り出せる部位で原動部が構成されている。

図１～図３に示すように、図中のＦは「前方向」を示し、Ｂは「後方向」を示し、Ｒは「右方向」を示し、Ｌは「左方向」を示し、Ｕは「上方向」を示し、Ｄは「下方向」を示している。

この草刈機では、下方に開放する椀状の刈刃ハウジングＣと、これに収容された複数の刈刃１４と、複数の刈刃１４を駆動する駆動系とで刈取装置（作業装置の一例）が構成されている。エンジン３と燃料タンク４とは、機体Ａの前後方向で前車輪１と後車輪２との中間で、機体Ａの左右方向での中央より右外方に偏位した位置に配置されている。

図１～図３に示すように、機体Ａは、エンジン３、燃料タンク４、主伝動ケース２１、走行伝動ケース２２等を覆うように、板金材や樹脂で成るボディ５を有しており、このボディ５の前端部と後端部とにバンパー６を備えている。

この草刈機は、左右の前車輪１と左右の後車輪２との操向操作を行い、前進と後進との切換を行い、エンジン３のスロットルの調節等を行う制御装置３０と、無線信号による遠隔操作による情報を制御装置３０に伝える無線通信ユニット３１とを備えている。また、図４に示すように無線による遠隔操作を可能にするため、オペレータが操作する遠隔操作端末３２で操作可能に構成されている。この遠隔操作端末３２は、無線通信ユニット３１と情報の送信と受信とを可能に構成されるものであり、制御装置３０から送信された情報を表示するディスプレイ（図示せず）を備えている。

この草刈機は、河川の堤防や、道路の盛土部分等の傾斜地面（法面）での刈取作業を行えるように構成されたものであり、傾斜地面で機体Ａの転倒を防止するため機体の左右方向の一方に偏位した位置（この実施形態では右側）で、且つ、機体Ａの低い位置にエンジン３と燃料タンク４とを配置している。更に、左右の前車輪１と後車輪２とのうち、右側のものの幅Ｗ２より左側の幅Ｗ１を広く設定している。

この草刈機では、傾斜地面での転倒の防止性能を向上させるために、機体Ａの右側面から右外方に補助フレーム７を延出し、この補助フレーム７にバランサ８を取り付けている。尚、補助フレーム７は機体Ａに対し分離することが可能である。

この構成から傾斜地面で刈取作業を行う場合には、機体Ａの右側を、常に傾斜地面の高い側に配置して機体Ａを走行させることにより、エンジン３と燃料タンク４とバランサ８とが高い側に配置され、左側の前車輪１と左側の後車輪２との幅広の接地面から機体Ａの転倒を防止する状態での刈取作業を実現する。

〔刈刃ハウジング〕
図１～図３に示すように、刈刃ハウジングＣは、平坦な上壁１０の外周部を取り囲む部位に縦向き姿勢の縦壁１１を有している。この刈刃ハウジングＣの上壁１０の中央部を上下方向に貫通する駆動シャフト１２の下端に回転ディスク１３を備え、この回転ディスク１３の外周に複数のプレート状の刈刃１４を備えている。

このような構成から駆動シャフト１２が駆動回転することにより回転ディスク１３と複数の刈刃１４とが一体的に回転し、地面の草木等が切断される。

〔駆動構造〕
ボディ５の内部にはメインフレーム（図示せず）を備えており、このメインフレームにエンジン３と燃料タンク４とが支持されている。機体Ａの左右方向での中央には、メインフレームに支持される状態で主伝動ケース２１が配置されている。

主伝動ケース２１を基準にエンジン３と反対側に走行伝動ケース２２が配置され、機体Ａの前部位置に前部駆動ケース２３が配置され、機体Ａの後部位置に後部駆動ケース２４が配置されている。

この草刈機では、エンジン３の駆動力を主伝動ケース２１に伝え、この主伝動ケース２１からの駆動力を駆動シャフト１２から回転ディスク１３を介して刈刃１４に伝えることにより草木等の刈り取りを可能にする。また、主伝動ケース２１からの駆動力を走行伝動ケース２２に伝え、更に、前部駆動ケース２３から左右の前車輪１に伝え、後部駆動ケース２４から左右の後車輪２に伝えることで機体Ａの走行を可能にしている。

尚、図面には示していないが、エンジン３の駆動力を主伝動ケース２１に伝える伝動部に遠心クラッチと、駆動系の全体に制動力を作用させるブレーキとを備えている。主伝動ケース２１には、駆動シャフト１２に伝える駆動力を断続する作業クラッチ機構と、走行伝動ケース２２に伝えられる駆動力の回転方向を正逆に切り換える前後進切換機構とを内蔵している。

〔操向操作構造等〕
左右の前車輪１と、左右の後車輪２とは、機体Ａに対して操向作動自在に支持されている。左右の前車輪１は、タイロッド等により連係され、前部操向モータ２５の駆動力により操向作動自在に構成されている。これと同様に左右の後車輪２は、タイロッドにより連係され、後部操向モータ２６の駆動力により操向作動自在に構成されている。

この走行操作構造による前後車輪の操向操作と、前述した前後進切換機構による前後進の切換と、作業クラッチ機構による駆動力の断続等は、前述した無線信号により遠隔から操作される。

この草刈機では、機体Ａから離間した位置のオペレータが遠隔操作端末３２を操作することにより無線による遠隔制御を実現するものであり、オペレータの操作を補助するため、機体Ａの前方を撮影する前部カメラ１６と、後部カメラ１７とを備え、機体Ａの左右方向での傾斜姿勢を計測する傾斜計測部Ｓを備えている。

図１～図３に示すように、ボディ５の内部には、変速制御、操向制御等を実現する制御装置３０を備えると共に、無線信号を受信して制御装置３０に与える無線通信ユニット３１を備えている。

〔制御構成〕
図４に示すように、制御装置３０は、前部カメラ１６で撮影された画像情報と、後部カメラ１７で撮影された画像情報と、機体Ａの左右方向での傾斜を計測する傾斜計測部Ｓとからの情報とが入力する。また、この制御装置３０は、前部操向モータ２５と、後部操向モータ２６と、主伝動ケース２１での変速を行う変速制御部３３と、エンジン３の回転数を制御するスロットル制御部３４とに制御信号を出力する。

制御装置３０は、情報を処理するためにマイクロプロセッサやＤＳＰ（digital signal processor）等と、処理に必要なメモリとを備えると共に、マニュアル制御部３０ａと、自動制御部３０ｂと、傾斜角度取得部３０ｃとを備えている。

これらマニュアル制御部３０ａと、自動制御部３０ｂと、傾斜角度取得部３０ｃとは、ソフトウエアで構成されるものを想定しているが、一部をロジック回路等のハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで構成しても良い。

マニュアル制御部３０ａは、遠隔操作端末３２での操作に対応して走行を行うことや、機体Ａの各部の制御を実現する。自動制御部３０ｂは、前部カメラ１６と後部カメラ１７とで撮影した画像情報から、既刈領域と未刈領域との境界を判別し、この境界に沿って自動走行することや、作業対象領域の外部に達した場合には、走行方向を切り換える自動スイッチバック等の制御を実現する。また、この自動制御部３０ｂは、傾斜角度取得部３０ｃで取得した傾斜角度に基づいて、機体Ａの走行速度を減じ、走行を停止し、機体Ａの転倒を防止する方向への操向操作も行う。

傾斜角度取得部３０ｃは、傾斜計測部Ｓを構成する２つの傾斜センサ１８からの信号に基づき機体Ａの左右方向への傾斜角度を計測すると共に、計測された傾斜角度をオペレータが把握できるように遠隔操作端末３２に送信する。

傾斜角度取得部３０ｃは、傾斜計測部Ｓで計測された傾斜角度の情報を自動制御部３０ｂに与えるように構成されている。そして、自動制御部３０ｂは、取得した傾斜角度が、予め設定された設定角度を超えた場合に機体Ａの転倒を防止するため、走行速度を減ずることや、走行を停止すること、あるいは、走行方向を傾斜地面の低い方向に向ける走行操作を自動的に行えるように制御形態が設定されている。

〔傾斜計測部〕
図５に示すように、傾斜計測部Ｓを構成する２つの傾斜センサ１８は、夫々とも計測可能な計測範囲θが等しく、計測結果を電圧信号で出力するアナログ型のものが用いられている。つまり、傾斜計測部Ｓで計測可能な領域を傾斜計測領域としており、この傾斜計測可能領域を２つに等しく分割した領域を分割領域と称しており、この分割領域が、傾斜センサ１８の計測範囲θとなる。

傾斜センサ１８は、計測範囲θの一方の端部から他方の端部に達する領域において、傾斜姿勢に対応して異なる電圧信号を出力する。特に、２つの傾斜センサ１８は、支持プレート１９に対して異なる姿勢で備えられ、支持プレート１９は機体Ａに固定される。

傾斜地面での刈取作業では、図２に示すように機体Ａを左右方向で決まった方向に傾斜させるため、傾斜計測部Ｓは、水平姿勢を基準に作業時に機体Ａが傾斜する傾斜領域においてのみ機体Ａの傾斜を計測するように構成されている。また、この傾斜計測部Ｓでは、傾斜地面での刈取作業において機体Ａの傾斜姿勢を計測できるように、前述した傾斜計測領域が、水平を基準として左右方向の一方に偏る領域に配置され、図５に示す２つの傾斜センサ１８の計測範囲θを加算した範囲が、傾斜計測領域となり、この傾斜計測領域を等しく２分した領域が分割領域となり、この２つの分割領域（計測範囲θと一致する）において対応する傾斜センサ１８で傾斜姿勢が計測される。

つまり、図５に示す２つの傾斜センサ１８の一方を第１センサＳ１と称し、他方を第２センサＳ２と称すると、第１センサＳ１は、機体Ａが水平姿勢にある場合に計測範囲θの一方の端部において傾斜角度を計測し得る状態にある。重力の作用方向から説明すると、水平姿勢では、重力作用方向Ｇが、第１センサＳ１の計測範囲θの一方の端部（同図で右端）にある。そして、機体Ａの傾斜角度が増大した場合には、図６に示すように、重力作用方向Ｇが計測範囲θの他方の端部側（同図で左側）に変位する。

また、第２センサＳ２は、図５に示すように機体Ａが水平姿勢にある状態では、重力作用方向Ｇが第２センサＳ２の計測範囲θの外部にあり、計測不能な状態にある。この水平姿勢から機体Ａの傾斜角度が増大し、重力作用方向Ｇが第１センサＳ１の計測範囲θを超えた（計測範囲θの他方の端部を超えた）場合には、図７に示すように、第２センサＳ２の計測範囲θの内部に重力作用方向Ｇが含まれる状態に達する。これにより、図７に示す傾斜姿勢では、第２センサＳ２で機体Ａの傾斜角度を計測する。

制御装置３０には、２つの傾斜センサ１８からの電圧信号を各別に量子化するＡ／Ｄ変換器を備えており、第１センサＳ１からの信号が計測範囲θの限界を超えたことを判定した場合には、第２センサＳ２からの信号を取得すると共に、この第２センサＳ２からの信号をＡ／Ｄ変換器で変換したデジタル信号に対し、第１センサＳ１の計測範囲θの限界に対応するデジタル信号の値を常に加算するように処理形態が設定されている。

これにより、傾斜計測部Ｓは、２つの傾斜センサ１８の計測範囲θの２倍の範囲で傾斜姿勢の計測が可能となる。尚、前述した加算に必要な処理は、制御装置３０のロジック等を用いることでハードウエア的に行うものを想定しているが、ソフトウエアでの処理で実現しても良い。

また、作業時には、遠隔操作端末３２のディスプレイに対し、機体Ａから送信された傾斜角度が表示され、オペレータは、ディスプレイに表示された傾斜角度から機体Ａの姿勢を常時把握できる。そして、機体Ａが転倒する可能性のある傾斜角度に達した場合には自動的に走行速度を減ずることや、走行を停止する制御が行われ、また、転倒を防止する方向に自動的な操向操作が行われる。

特に、アナログ型で、計測範囲θが狭い傾斜センサ１８は比較的安価であるため、草刈機のコスト上昇を抑制できる。また、傾斜地面で刈取作業を行う際に傾斜計測部Ｓで計測可能な範囲を、機体Ａが一方に設定し、２つの傾斜センサ１８の計測範囲θを２倍にするように制御装置３０の傾斜角度取得部３０ｃの処理形態を設定することにより、傾斜センサ１８の数を増大させることなく、計測可能の拡大を実現する。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図８に示すように、機体Ａが水平姿勢にある状態から左右方向の何れに傾斜した場合でも、２つの傾斜センサ１８によって傾斜角度を計測できるように傾斜計測部Ｓを構成する。この構成では、２つの傾斜センサ１８の計測範囲θの２倍の計測領域が、傾斜計測領域となり、これを２分割した分割領域が計測範囲θとなる。

この別実施形態（ａ）では、傾斜計測部Ｓとして、実施形態で説明したものと同様の傾斜センサ１８を用いると共に、機体Ａが水平姿勢にある場合に、２つの傾斜センサ１８の一方が、計測範囲θの一方の端部に重力作用方向Ｇを含み、２つの傾斜センサ１８の他方が、計測範囲θの一方の端部に重力作用方向Ｇを含むように配置されている。

このような構成から、機体Ａが水平方向から左右方向の何れの方向に傾斜しても、２つの傾斜センサ１８の一方で機体Ａの傾斜姿勢を計測できる。

（ｂ）傾斜センサ１８を３つ以上用いて傾斜計測部Ｓを構成する。このように３つ以上の傾斜センサ１８を用いることにより、安価な傾斜センサ１８を用いても計測可能な範囲の拡大が可能となる。

（ｃ）この作業機では原動部にエンジン３を備えているが、エンジン３に代えて電動モータを備えるものでも良い。このように構成することにより電動モータの駆動力作業を行い、走行を行うことが可能となる。

（ｄ）前車輪１と後車輪２との一方だけ操向操作自在に構成する。このように構成することにより、機体Ａの構成を簡素にして草刈機の価格の一層の低減が可能となる。

本発明は、作業装置を備え、遠隔操作自在に構成されている作業機に利用できる。

１ 前車輪
２ 後車輪
１８ 傾斜センサ
３０ 制御装置
Ａ 機体
Ｓ 傾斜計測部

Claims (3)

1. 走行自在な機体と、原動部からの駆動力により作業を行う作業装置と、前車輪と後車輪との少なくとも一方の遠隔からの操向制御を可能にする制御装置とを備える共に、
   前記機体の左右方向への傾斜姿勢を計測する傾斜計測部が、左右方向への傾斜を計測する複数の傾斜センサと、複数の前記傾斜センサの信号に基づいて前記機体の傾斜姿勢を計測する前記制御装置とを備え、
   前記傾斜センサは、傾斜計測領域を分割した分割数に等しい数が用いられ、前記傾斜計測領域を分割した複数の分割領域に複数の前記傾斜センサの計測範囲を振り分けるように複数の前記傾斜センサの夫々が互いに異なる姿勢で備えられ、
   前記制御装置は、前記機体の傾斜姿勢が、前記傾斜計測領域において複数の前記傾斜センサの１つの前記計測範囲の限界を超えて複数の前記傾斜センサの他の１つの前記計測範囲で計測可能な姿勢に移行した場合に、傾斜姿勢を計測する少なくとも２つの前記傾斜センサの信号の加算により傾斜姿勢を計測する作業機。
2. 前記傾斜センサが、傾斜姿勢に対応した電圧信号を出力するアナログ型に構成されている請求項１に記載の作業機。
3. 前記機体が水平姿勢にある状態から左右方向の一方への傾斜姿勢を計測するように前記傾斜計測部が構成されている請求項１又は２に記載の作業機。

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