JPH1051216A - 移動体に取り付けられる水平保持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体に設置する機器を、移動体の傾き、揺
れ、振動があっても水平に保持することができる移動体
に取り付けられる水平保持機構を提供すること。 【解決手段】 作業機械の車体に固定されたベース１０
の突出部１１、１２は揺動体２０の突出部２１、２２と
協動して揺動体２０を回動軸Ａ_Y まわりに回動自在に支
持する。揺動体２０の突出部２３、２４は揺動体３０の
突出部３１、３２と協動して揺動体３０を回動軸Ａ_X ま
わりに回動自在に支持する。揺動体３０には柱３３を介
して水平に保持されるべき台４０が支持される。揺動体
３０に固定されたモータ５０は揺動体２０、３０間に位
置するフライホイール６０を高速回転させる。移動体の
傾き、揺れ、振動があってもフライホイール６０の回転
で振動を抑制されながら回動軸Ａ_X 、Ａ_Y により台４０
が水平に保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業機械等の移動
体に備えられて電磁波による指向性の鋭い信号伝送を行
なうための移動体に取り付けられる水平保持機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル、油圧クレーン、ブルドー
ザ等の作業機械は、通常はオペレータが搭乗して作業を
行なうが、災害地、地下等の危険な個所や、高温な環
境、粉塵が発生する環境等劣悪な環境では、オペレータ
は搭乗せず、作業機械は遠隔地点にいるオペレータによ
り無人操縦（遠隔操縦）される。この場合、オペレータ
が作業現場を目視できるときは格別の支障はないが、充
分に又は全く目視できないときには、オペレータは作業
現場又は作業機械に設置されたカメラの映像を見ながら
遠隔操縦を行なう。この場合、遠隔地点のオペレータは
作業機械を遠隔操縦するための信号を作業機械に送信
し、一方、作業機械からは、上記カメラの映像信号や作
業機械の状態を知らせる信号が送信される。このような
遠隔地点間（例えば2 〜3 ｋｍ）での信号の授受には、
電波法で定められている無線従事者の免許を要しないこ
とから、50ＧＨｚ帯の周波数が用いられる。この50ＧＨ
ｚ帯の周波数では、信号の送受信に、通常、開口型のア
ンテナ（パラボラアンテナ）が使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】作業機械と遠隔地点と
の上記の通信を行なうには、作業機械のパラボラアンテ
ナを遠隔地点の基地局のパラボラアンテナに向ける必要
がある。例えば、作業機械にその位置が特定できるグロ
ーバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）等のセン
サを設置し、作業機械と基地局の平面上の座標が判明し
たうえで方位センサの信号と重ね合わせてアンテナを相
手へ向ける追尾手段がある。このような追尾手段は、追
尾装置が常時水平に保持されていることが前提となって
いる。

【０００４】しかし、作業機械はその作業中、絶えず大
きな傾き（最大25度）、揺れ、振動等が発生しており、
水平状態にあることの方が少ない。加えて、上記パラボ
ラアンテナはよく知られているように指向性が鋭く、信
号がミリ波の場合にはその半値指向角度（ゲインが 6ｄ
Ｂ低下する角度）が1.5 度と極めて狭い。したがって、
上記ＧＰＳを用いた通信は事実上不可能である。

【０００５】この問題を解決するため、高精度の光ファ
イバージャイロを使用する装置も提案されているが、ド
リフト等による誤差が累積し、別のセンサでこれを補正
しなければならず、又、特に油圧ショベルのような作業
機械では傾きが急激に発生するので上記補正も確実には
なし得ない。このような問題は、電波による通信のみな
らず、光通信においても同様に発生する問題である。

【０００６】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、移動体に設置する機器を、移動体の傾き、
揺れ、振動があっても水平に保持することができる移動
体に取り付けられる水平保持機構を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、移動体に取り付けられるベースと、この
ベースに第１の軸まわりに回動自在に装架される揺動体
と、この揺動体に前記第１の軸と直交する第２の軸まわ
りに回動自在に装架されるとともに水平に保持すべき機
器を設置する台構造と、この台構造に固定され前記第１
の軸および前記第２の軸と直交する第３の軸方向に伸び
る回転軸と、この回転軸に取り付けられて回転すること
により当該回転軸を重力の方向に向けるように作用する
フライホイールとで構成されていることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
水平保持機構の斜視図である。この図で、Ｘ、Ｙ、Ｚは
座標軸を示す。１０は図示しない作業機械の車体に取り
付けられるベース、１１、１２はＹ軸方向において互い
に対向してベース１０から突出する突出部である。２０
はベース１０の上方にこれと間隔を置いて配置される揺
動体、２１、２２はＹ軸方向において互いに対向して揺
動体２０から突出する突出部、２３、２４はＸ軸方向に
おいて互いに対向して揺動体２０から突出する突出部で
ある。ベース１０の突出部１１、１２はそれぞれ揺動体
２０の突出部２１、２２を、Ｙ軸まわりに回動自在に支
持する。３０は揺動体２０の上方にこれと間隔を置いて
配置された揺動体、３１、３２はＸ軸方向において互い
に対向して揺動体３０から突出する突出部、３３は揺動
体３０に固定された４本の柱である。揺動体２０の突出
部２３、２４はそれぞれ揺動体３０の突出部３１、３２
をＸ軸まわりに回動自在に支持する。なお、揺動体２０
の回動軸がＡ_Y で示され、揺動体３０の回動軸がＡ_X で
示されている。

【０００９】４０は揺動体３０の各柱３３上に固定され
た台であり、この台４０に、水平に保持されるべき機
器、即ちパラボラアンテナ機構が載置、固定される。５
０は揺動体３０の中央部分に固定されたモータ、６０は
モータ５０を介して揺動体３０に吊り下げられモータ５
０により高速回転せしめられる慣性の大きなフライホイ
ールである。７０はベース１０と図示しない車体との間
に介在するゴム等の防振部材である。８０はベース１０
に揺動可能に支持される水平保持機構を示す。なお、上
記フライホイール６０は揺動体２０と揺動体３０との間
に位置し、これにより、水平保持機構８０の重心を揺動
体３０の支持点（回動軸Ａ_X 、Ａ_Y ）より下方に位置せ
しめる。

【００１０】次に、本実施の形態の動作を説明する。フ
ライホイール６０を高速回転させている状態で、作業機
械が駆動されていると、作業機械は地面の状態、そのと
きの作業の状態等により、傾き、揺れ、振動を生じる。
このような作業機械の車体の動きに応じて、水平保持機
構８０は回動軸Ａ_X 、Ａ_Y を中心として回動するが、重
心がこれらの下方にあるので、台４０はたとえ瞬間的に
揺れを生じても、常に最後には水平に保持される。加え
て、慣性の大きなフライホイール６０が高速回転してい
るので、回動軸Ａ_X 、Ａ_Y を中心とした回動が生じてフ
ライホイール６０の軸が重力方向を外れると、ジャイロ
効果により回転速度が０になる方向の回転モーメントが
発生し、その結果、上記の傾き、揺れ、振動による水平
保持機構８０の揺れ、ひいては台４０の揺れを抑制す
る。これにより、台４０は常時実質的に水平に保持され
ることになる。

【００１１】上記の動作の説明から、フライホイール６
０を超高速で回転させれば、台４０を完全に水平に保持
し得ることが判る。しかし、一般に使用されるサーボモ
ータ等では回転数4000ｒｐｍ程度が限界であり、それ以
上の回転数を得ようとする場合には、特殊なモータが必
要であり、そのようなモータは極めて高価であり、現実
的ではない。しかしながら、通常のモータを使用しても
慣性の大きなフライホイール６０を用いれば回転数の低
下をカバーすることができ、かつ、実験によると、揺れ
により信号伝送が瞬間的に中断しても直ちに信号伝送を
継続することができることが判った。これらのことか
ら、モータ５０には必ずしも特殊なモータを使用する必
要はない。

【００１２】図２はフライホイールの回転数の相違によ
る振動吸収の状態を示す図である。この図で、横軸には
時間、縦軸には台の傾きがとってある。実験では、水平
支持機構全体の重量は20ｋｇ、フライホイールは4 ×10
^-3ｋｇ・ｍ² 、重心位置は20ｃｍ、アンバランス量は5
ｋｇｆのものを用いた。回転数6000ｒｐｍでは振動は急
速に吸収されるが、回転数3000ｒｐｍでも充分な吸収が
みられる。

【００１３】図３はフライホイールの重心位置の相違に
よる振動の状態を示す図である。この図で、横軸には時
間が、縦軸には台の傾きがとってあり、図２に示すもの
と同じフライホイールが使用されている。図から判るよ
うに、重心位置が回動軸Ａ_X、Ａ_Y に近いほど振動が少
ない。このことから、理想的には重心位置を回動軸に一
致させることが望ましいが、そのようにすると万一上下
が逆転したとき復元不可能になるので、重心位置は回転
軸の下方に選定される。図１に示す各柱３３に長さの調
整装置を設けることにより、重心位置の調整をすること
ができる。柱３３を長くすれば重心位置は上方に、短く
すれば下方に移動する。

【００１４】このように、本実施の形態では、Ｙ軸まわ
りに回動自在な揺動体２０と、Ｘ軸まわりに回動自在な
揺動体３０と、これに固定された台４０と、揺動体３０
から下方に伸びる回転軸に取り付けられて高速回転する
フライホイールとで水平保持機構を構成したので、移動
体が傾き、揺れ、又は振動しても、高価なジャイロ等を
使用することなく、台４０を実質的に水平に保持するこ
とができる。

【００１５】図４は本発明の他の実施の形態に係る水平
保持機構の側面図である。この図で、図１に示す部分と
同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略す
る。９０は水平保持機構８０の台４０に固定された旋回
台、９１は旋回台９０に上下方向に傾斜自在に設置され
た無線機、９２はパラボラアンテナである。作業機械は
当該無線機９１およびパラボラアンテナ９２により遠隔
地の基地局と通信を行なう。１００は水平保持機構８０
から下方に伸びる軸を示す。この軸は、図１では、台４
０に固定され揺動体３０、２０を貫通して下方に伸びる
こととなる。

【００１６】１０１は軸１００の先端のモータ固定部、
１０２は作業機械の図示しない車体に取り付けられた取
付けベースである。１０３は取付けベース１０２に構成
され、Ｘ軸まわりおよびＹ軸まわりで揺動可能な自動調
芯軸受であり、軸１００が傾いてもこれを支障なく取付
けベース１０２に支承する。１０４は重心位置調整金具
であり、この重心位置調整金具１０４により、吊り下げ
られているフライホイール６０の上下方向の位置を容易
に調整することができる。１０５は水平保持機構８０の
旋回（紙面に平行な上下方向軸まわりの旋回）を阻止す
る回転防止具であり、その他の回転は許容する。このよ
うに、本実施の形態では、水平保持機構８０から下方に
軸１００を伸ばし、その先端にモータ５０およびフライ
ホイール６０を設けるようにしたので、さきの実施の形
態と同じ効果を奏するとともに、重心位置の広範囲な調
整が可能である。

【００１７】なお、上記実施の形態の説明では、移動体
として作業機械を例示して説明したが、作業機械に限る
ことはなく、その他の移動体、例えば通常の走行車両に
も適用することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、第１の
軸まわりに回動自在な揺動体と、第２の軸まわりに回動
自在な揺動体と、これに固定された台と、高速回転する
フライホイールとで水平保持機構を構成したので、移動
体が傾き、揺れ、又は振動しても、高価なジャイロ等を
使用することなく、上記台を実質的に水平に保持するこ
とができ、ひいては、移動体と基地局との間で指向性の
鋭い通信を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る水平保持機構の斜視
図である。

【図２】フライホイール回転数の相違による振動吸収の
状態を示す図である。

【図３】重心位置の相違による振動の状態を示す図であ
る。

【図４】本発明の他の実施の形態に係る水平保持機構の
側面図である。

【符号の説明】

１０ ベース ２０、３０ 揺動体 ４０ 台 ５０ モータ ６０ フライホイール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体に取り付けられるベースと、この
   ベースに第１の軸まわりに回動自在に装架される揺動体
   と、この揺動体に前記第１の軸と直交する第２の軸まわ
   りに回動自在に装架されるとともに水平に保持すべき機
   器を設置する台構造と、この台構造に固定され前記第１
   の軸および前記第２の軸と直交する第３の軸方向に伸び
   る回転軸と、この回転軸に取り付けられて回転すること
   により当該回転軸を重力の方向に向けるように作用する
   フライホイールとで構成されていることを特徴とする移
   動体に取り付けられる水平保持機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記フライホイール
   の位置は前記第３の軸方向に沿って調整可能であること
   を特徴とする移動体に取り付けられる水平保持機構。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記機器は、パラボ
   ラアンテナを備えた通信機であることを特徴とする移動
   体に取り付けられる水平保持機構。