(57)【要約】【課題】建設機械の操舵部に予め装備されている回転ハンドルに対し、回転ハンドル部分の改造を行わずに、容易に操舵部に装着して回転ハンドルの操舵制御が可能な建設機械用操舵装置を提供する。【解決手段】操舵装置１０は、ハンドルグリップＧが付設された回転ハンドルＨを操舵部Ｐに備える走行可能な振動ローラＸに用いられ、操舵部Ｐに装着可能な基台１と、ハンドルグリップＧに連結可能なグリップキャッチャ５を有するとともにグリップキャッチャ５を回転ハンドルＨに対する操舵量に応じた位置に回動可能に基台１に設けられたグリップ回動機構５０と、グリップ回動機構５０による操舵量を制御可能な制御機構６０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドルグリップが付設された回転ハンドルを操舵部に備える走行可能な建設機械に用いられる操舵装置であって、
前記操舵部に装着可能な基台と、該基台に一体で装備されて前記ハンドルグリップに連結可能なグリップキャッチャを有するとともに該グリップキャッチャを前記回転ハンドルに対する操舵量に応じた位置に回動可能に設けられたグリップ回動機構と、前記グリップ回動機構による操舵量を制御可能な操舵機構と、を備えることを特徴とする建設機械用操舵装置。
【請求項２】
前記操舵機構は、
前記建設機械の機外から所定のプログラムに基づく自動操舵運転またはオペレータが入力する操舵量に応じた遠隔操舵運転を実行させるための制御信号を送信する遠隔操作器と、前記基台側に装備されて前記遠隔操作器からの制御信号を受信可能な通信器と、前記基台側に装備されたコントローラ本体と、を備え、
前記コントローラ本体は、前記通信器が受信した前記制御信号に応じて、前記自動操舵運転または前記遠隔操舵運転に対応する操舵処理を実行する請求項１に記載の建設機械用操舵装置。
【請求項３】
前記基台は、前記操舵部に立設される複数の支持脚を備え、各支持脚には、各支持脚を前記操舵部に装着する部分に、工具を用いずに手で着脱可能な着脱機構が設けられている請求項１または２に記載の建設機械用操舵装置。
【請求項４】
前記基台に前記グリップ回動機構と一体で装備されて、前記基台が前記操舵部に装着され前記グリップ回動機構が前記ハンドルグリップに装着されたままの状態で前記回転ハンドルを手動で操舵可能な手動操舵機構を更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の建設機械用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転ハンドルによる操舵で走行可能な建設機械を操舵するための操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、現有する建設機械に対し、外付け可能な操舵装置を用いて建設機械を遠隔操舵する技術が提案されている。例えば特許文献１には、傾倒型レバーを遠隔操舵する装置による操舵技術が開示されている。現有する建設機械の操舵部に操舵装置を外付けして電子制御できれば、建設機械自体を買い替えせずに、少ない投資で遠隔操作を達成できる。
【０００３】
また、昨今は、国土交通省が推進する「ｉ−ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ」の流れや、激甚災害からの復旧・復興対策を踏まえ、無人化施工に再び脚光が当たっている。これに対し、この種の操舵装置によれば、災害復旧や劣悪環境下において無人化施工を行う際に、建設機械の遠隔操作や自動操舵運転等に用いることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、傾倒型レバーを遠隔操舵するものなので、現有する建設機械が、回転ハンドルを有する操舵部を備える場合、予め装備されている回転ハンドル部分の改造を行わずに、その操舵部に操舵装置を外付けして遠隔操舵を行う上で検討の余地がある。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、建設機械の操舵部に予め装備されている回転ハンドルに対し、回転ハンドル部分の改造を行わずに、容易に操舵部に装着して回転ハンドルの操舵制御が可能な建設機械用操舵装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る建設機械用遠隔操舵装置は、ハンドルグリップが付設された回転ハンドルを操舵部に備える走行可能な建設機械に用いられる操舵装置であって、前記操舵部に装着可能な基台と、該基台に一体で装備されて前記ハンドルグリップに連結可能なグリップキャッチャを有するとともに該グリップキャッチャを前記回転ハンドルに対する操舵量に応じた位置に回動可能に設けられたグリップ回動機構と、前記グリップ回動機構による操舵量を制御可能な操舵機構と、を備えることを特徴とする。なお、ハンドルグリップは、操舵装置を装着する前であれば、後付けされたものであってもよい。
【０００８】
ここで、本発明の一態様に係る建設機械用操舵装置において、前記操舵機構は、前記建設機械の機外から所定のプログラムに基づく自動操舵運転またはオペレータが入力する操舵量に応じた遠隔操舵運転を実行させるための制御信号を送信する遠隔操作器と、前記基台側に装備されて前記遠隔操作器からの制御信号を受信可能な通信器と、前記基台側に装備されたコントローラ本体と、を備え、前記コントローラ本体は、前記通信器が受信した前記制御信号に応じて、前記自動操舵運転または前記遠隔操舵運転に対応する操舵処理を実行することは好ましい。
【０００９】
本発明の一態様に係る建設機械用操舵装置によれば、操舵機構は、グリップ回動機構による操舵量を制御可能であり、グリップ回動機構は、グリップキャッチャが回転ハンドルのハンドルグリップに連結可能であり、さらに、そのハンドルグリップを回転ハンドルに対する操舵量に応じた位置に回動可能なので、ハンドルグリップを利用して回転ハンドルを制御できる。
【００１０】
なお、本発明の一態様に係る建設機械用操舵装置の好適態様として、前記基台は、前記操舵部に立設される複数の支持脚を備え、各支持脚には、各支持脚を前記操舵部に装着する部分に、工具を用いずに手で着脱可能な着脱機構が設けられていることは好ましい。このような構成であれば、工具を用いずに手で着脱可能な着脱機構が設けられているので、当該操舵装置が不要で通常の運転を行いたい場合には、簡単に当該操舵装置を着脱することができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る建設機械用操舵装置の好適態様として、前記基台に前記グリップ回動機構と一体で装備されて、前記基台が前記操舵部に装着され前記グリップ回動機構が前記ハンドルグリップに装着されたままの状態で前記回転ハンドルを手動で操舵可能な手動操舵機構を更に備えることは好ましい。
このような構成であれば、手動操舵機構により、基台が操舵部に装着されるとともにグリップ回動機構がハンドルグリップに装着されたままの状態で回転ハンドルを手動で操舵できるので、当該操舵装置を建設機械の操舵部に設置したまま、手動でも回転ハンドルを操作できる。
【００１２】
よって、上記好適態様をも含む、本発明の一態様に係る建設機械用操舵装置によれば、建設機械の操舵部に予め装備されている回転ハンドルに対し、回転ハンドル部分の改造を行わずに、容易に操舵部に着脱し得るとともに、操舵部に装着した状態において、回転ハンドルの直接操舵運転および遠隔操舵運転ないし自動操舵運転が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
上述のように、本発明によれば、建設機械の操舵部に予め装備されている回転ハンドルに対し、回転ハンドル部分の改造を行わずに、容易に操舵部に装着して回転ハンドルを操舵できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係る操舵装置を装備した建設機械の一実施形態である振動ローラの模式的側面図である。
【図２】図１の振動ローラの運転台に設けられた操舵部の模式的正面図である。
【図３】着脱機構（図２のＡ部）の着脱部を説明する図であり、同図（ａ）は外付け対応前の状態を示し、（ｂ）は外付け対応後の状態を示している。
【図４】グリップ回動機構（図２のＢ部）のカップリング部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。ここで、本実施形態の建設機械は、路面の転圧施工等に使用するマカダム型の振動ローラの例である。この振動ローラは、操舵に要する全回転量が３６０°を超える回転ハンドルを操舵部に備える。そして、本実施形態の遠隔操舵装置は、この振動ローラの操舵部に着脱可能に装備される例である。
【００１６】
なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の振動ローラＸは、車体Ｋと、平面視がコの字形のフレームＦとを有し、車体ＫとフレームＦとが、センターピンＣを介して相互に連結されたアーティキュレート式車両を備える。車体Ｋの上部には、座席Ｓを有する運転台Ｄが設けられている。運転台Ｄには、座席Ｓの正面に、回転ハンドルＨを有する操舵部Ｐが配置されている。
【００１８】
車体Ｋ側には、左右一対の右ロールＲ及び左ロールＬが同軸に配設され、フレームＦ側には、中央ロールＭが一対のロールＲ、Ｌの間の位置に配設されている。各ロールＲ、Ｌ、Ｍには、以下不図示の、各ロールＲ、Ｌ、Ｍを振動させる振動機構と、その振動機構を駆動する振動用油圧モータと、各ロールを回転させる走行用油圧モータとが装備されている。
【００１９】
さらに、車体Ｋには、油圧駆動される、以下不図示の操舵駆動機構が装備されている。操舵駆動機構は、車体ＫとフレームＦとの間に設けられた一対の操向用油圧シリンダと、上記回転ハンドルＨの操舵量に応じて比例動作する油圧パイロット式の操作弁と、その操作弁から導入されたパイロット圧油量に応じて上記一対の操向用油圧シリンダを比例制御する作動弁と、エンジンで駆動する油圧ポンプの圧油が供給される主油路と、操作弁にパイロット用の圧油を供給するパイロット油路と、を有する。
【００２０】
操作弁は、回転ハンドルＨの操作量に応じて生成された操作パイロット圧を作動弁の受圧部に出力可能とされている。作動弁は、操作パイロット圧に応じて、主油路から一対の操向用油圧シリンダへの圧油の流れ（流れ方向及び流量）を比例制御するように構成されている。これにより、一対の操向用油圧シリンダが回転ハンドルＨの操作量に応じた伸縮作動を行い、センターピンＣを支軸として車体ＫとフレームＦ相互を回動動作させ振動ローラＸを操向可能になっている。
【００２１】
ここで、この振動ローラＸの操舵部Ｐには、操舵装置１０が着脱可能に装着される。以下、この操舵装置１０について詳しく説明する。
図２に要部を拡大図示するように、本実施形態の操舵装置１０は、矩形平板状の基台１を備える。基台１の四隅には、４つの支持脚８が下方に張り出すように設けられている。各支持脚８の下端は、略Ｌ字状に曲げ加工されるとともに装着孔が形成された装着部８ｊとされている。
【００２２】
図３に、操舵部Ｐの操作パネルＰｎを固定する既設固定手段の部分（図２のＡ部詳細）を示す。同図（ａ）に示すように、本実施形態の例では、操作パネルＰｎの適所を固定する既設固定手段として固定ボルトＮが用いられている。本実施形態では、既設の固定ボルトＮの装着部Ｓを利用して、操舵装置１０の４本の支持脚８を機械的に固定する。
【００２３】
本実施形態では、同図（ｂ）に示すように、支持脚８の機械的固定手段として、手で操作可能なワンタッチ固定金具７を用いて着脱機構４０を構成している。ワンタッチ固定金具７は、ベーススタッド７ｊと、ベーススタッド７ｊの上部に手で着脱可能に形成されたワンタッチレバー７ｔとを有して構成される。
ベーススタッド７ｊは、下部に雄ねじが設けられ、この雄ねじが固定ボルトＮを取り外した後の装着部Ｓの雌ねじに螺着される。ベーススタッド７ｊには、上部に向けて拡径する逆円錐台状の装着部が形成されている。ワンタッチレバー７ｔ内には、上部に設けられた手動回動レバーの回動角に応じで軸方向に移動する拘束爪が内蔵されている。
【００２４】
各支持脚８を固定する際は、支持脚８の装着部８ｊに形成された装着孔をベーススタッド７ｊの逆円錐台状の装着部に上方から挿入し、次いで、装着部８ｊの上方から当該装着部８ｊを挟持するように、ワンタッチレバー７ｔをベーススタッド７ｊの装着部に嵌め合わせる。そして、ワンタッチレバー７ｔの手動回動レバーを拘束方向に手で回動操作することにより、ワンタッチレバー７ｔ内部の拘束爪が、ベーススタッド７ｊの逆円錐台状の装着部外面に対して「くさび」の作用をもって拘束方向に移動する。これにより、本実施形態の操舵装置１０は、着脱機構４０により、振動ローラＸの操舵部Ｐに対し、回転ハンドルＨ部分の改造を行わずに、基台１が容易に着脱可能になっている。
【００２５】
図２に戻り、基台１の裏面には、中央に操舵用モータ３が装着されるとともに、操舵用モータ３の近傍にコントローラ３０が装着されている。操舵用モータ３は、例えば両軸のステッピングモータである。操舵用モータ３の出力軸は、上下両軸が一体形成され、その両軸のうち、上方の出力軸は、基台１の中央の貫通穴を通って基台１の上面側に張り出しており、その先端が手動用ハンドル２の中心軸２ｊに連結されている。
【００２６】
一方、操舵用モータ３の下方に張り出す出力軸は、回転ハンドルＨに対向する位置に、水平方向に設けられた操舵アーム４の基端部に連結されている。操舵アーム４の先端には、回転ハンドルＨ側のハンドルグリップＧに対向する位置にグリップキャッチャ５が設けられ、グリップ回動機構５０のカップリング部を構成している。
【００２７】
図４に、グリップ回動機構５０のカップリング部（図２のＢ部詳細）を示す。同図に示すように、グリップキャッチャ５は、ハンドルグリップＧの外径よりも大きな内径であってハンドルグリップＧを上部から覆うことができる円筒状の被覆部５ｎを有する。グリップ回動機構５０を装着状態とする際は、円筒状のハンドルグリップＧに対してグリップキャッチャ５の被覆部５ｎを挿入し、その後に、相互間の空隙Ｋは、ウレタン等の緩衝材を介装して装着部分のガタを防止する。
【００２８】
これにより、本実施形態のグリップ回動機構５０は、グリップキャッチャ５を回転ハンドルＨのハンドルグリップＧに連結され、グリップキャッチャ５を回転ハンドルＨに対する操舵量に応じた位置に回動可能になっている。なお、同図において、離隔距離Ｄ１は、操舵装置１０側の操舵用モータ３の出力軸の軸心ＣＬ２とグリップキャッチャ５の中心との距離であり、離隔距離Ｄ２は、回転ハンドルＨの軸心ＣＬ１とハンドルグリップＧの中心との距離である。また、装着誤差ΔＤは、回転ハンドルＨの軸心ＣＬ１と操舵用モータ３の出力軸の軸心ＣＬ２とに存在する芯ずれの量である。
【００２９】
このように、本実施形態のグリップ回動機構５０は、グリップ回動機構５０のカップリング部にて装着誤差ΔＤを吸収できる。そのため、振動ローラＸの回転ハンドルＨの軸心ＣＬ１に対し、当該操舵装置１０を操舵部Ｐに着脱する位置を精密に位置決めしなくても、ハンドルグリップＧを利用して回転ハンドルＨを操舵可能に装着される。
【００３０】
さらに、本実施形態のグリップ回動機構５０では、操舵用モータ３は、操舵用モータ３が励磁されていない状態にあっては、上下に突設するいずれの軸端からでも他方の軸端を回動させることができる。これにより、本実施形態において、手動操舵機構７０が構成され、操舵用モータ３が非励磁状態であれば、当該操舵装置１０を操舵部Ｐに設置したままの状態で、手動用ハンドル２を回動操作することにより、操舵用モータ３の出力軸を介して、回転ハンドルＨを手動で操舵可能になっている。
【００３１】
図２に戻り、本実施形態の操舵装置１０の制御機構６０は、振動ローラＸ側に設けられて通信器３１を有するコントローラ３０と、通信器３１との間で制御信号等の必要なデータを無線通信で授受する遠隔操作器２０とを備える。本実施形態の制御機構６０が、上記課題を解決する手段に記載する「操舵機構」に対応している。
詳しくは、コントローラ３０は、遠隔操作器２０からの制御信号を受信可能な通信器３１と、コントローラ本体３２とを有する。コントローラ本体３２は、振動ローラＸの車体Ｋ側に装備されたバッテリ（不図示）に対し、電源用のケーブル６Ａのコネクタ６ｔが接続されるとともに、操舵用モータ３に対しては、必要な電力の供給および制御信号の授受が可能なケーブル６Ｂを介して接続されている。
【００３２】
遠隔操作器２０は、コントローラ３０に向けて、振動ローラＸの機外から所定のプログラムに基づく自動操舵運転またはオペレータが入力する操舵量に応じた遠隔操舵運転を実行させるための制御信号を送信する。コントローラ３０は、通信器３１が制御信号を受信し、コントローラ本体３２は、受信した制御信号に応じて、自動操舵運転または遠隔操舵運転に対応する操舵処理を実行し、グリップ回動機構５０による操舵量を制御する。なお、自動操舵運転の実行に際しては、本願発明者らが既に提案している、自律走行用制御技術（例えば特開２０１６−１２６６２５号公報参照）を適用することで実現できる。
【００３３】
本実施形態の制御機構６０では、複数の周波数チャンネルが区分けされて割り当てられており、そのうちの一の周波数チャンネルを使用チャンネルとして選択してこれを無線通信に用いる。例えば、４２９ＭＨｚ帯の特定小電力型の無線通信を用い、複数の周波数チャンネルのうち、キャリアセンスを行って、空きチャンネルから一の周波数チャンネルを任意に選択して使用するようになっている。
【００３４】
本実施形態の遠隔操作器２０は、振動ローラＸを操舵するための傾倒型操舵レバーの他、振動ローラＸの各アクチュエータを動作させるための、複数の選択スイッチと、振動ローラＸの作動速度を制御する速度レバーとを有する。そして、遠隔操作器２０からは、オペレータによる遠隔でのローラ作業時には、傾倒型操舵レバーの傾倒方向および傾倒量の情報の他、オペレータによる選択スイッチ操作および速度レバー操作により、振動ローラＸの各アクチュエータを作動させる実行指令となる所定の操作データが、コントローラ３０の通信器３１に送信される。
【００３５】
また、コントローラ３０の側からは、その通信器３１から遠隔操作器２０に向けて、操舵やローラ作業に必要なフィードバックデータが送信される。これにより、本実施形態の制御機構６０では、建設機械側のコントローラ３０と遠隔操作器２０との間で操舵やローラ作業に必要なデータが授受され、コントローラ本体３２は、遠隔操作器２０によるアクチュエータの選択と操作量等の操作データに応じ、振動ローラＸの対応する各アクチュエータを制御可能になっている。
【００３６】
次に、本実施形態の操舵装置１０の動作および作用効果について説明する。
本実施形態の操舵装置１０は、図１および図２に示したように、振動ローラＸの操舵部Ｐに装備される。ここで、上述したように、本実施形態の操舵装置１０は、振動ローラＸの操舵部Ｐに着脱可能な着脱機構４０を有する。つまり、基台１は、各支持脚８それぞれの装着部８ｊが、既設の固定ボルトＮの装着部Ｓを利用し、ワンタッチ固定金具７によって手で着脱可能なので、オペレータは、当該操舵装置１０が不要で通常運転を行いたい場合には、簡単に操舵装置１０を着脱することができる。
【００３７】
本実施形態の操舵装置１０によって操舵制御をする際は、オペレータが振動ローラＸのイグニションキーを「ＯＮ」にすると、車体Ｋ側のバッテリからコントローラ３０に電力が供給され、コントローラ３０で所定の操舵プログラムが起動する。また、オペレータが遠隔操作器２０の起動スイッチを「ＯＮ」にすると、キャリアセンスを行って、空きチャンネルから一の周波数チャンネルを任意に選択し、無線通信環境が設定される。
【００３８】
オペレータは、遠隔操作を行う場合には、無線通信環境の設定後に、遠隔操作器２０により、傾倒型操舵レバーの傾倒方向および傾倒量を操作する他、複数の選択スイッチと速度レバーとを操作し、振動ローラＸの各アクチュエータを作動させる実行指令となる所定の操作データを、コントローラ３０の通信器３１に送信する。コントローラ３０は、受信した操作データに基づき、振動ローラＸの操舵を含む各アクチュエータを制御する。
【００３９】
ここで、この操舵装置１０によれば、遠隔操作器２０とコントローラ３０とにより操舵量を制御可能な制御機構６０が構成されており、この制御機構６０は、グリップ回動機構５０の操舵用モータ３を駆動することにより、グリップ回動機構５０による操舵量を制御することができる。
そして、グリップ回動機構５０は、グリップキャッチャ５が回転ハンドルＨのハンドルグリップＧに連結可能であり、そのハンドルグリップＧを回転ハンドルＨに対する操舵量に応じた位置に回動可能に構成されているので、振動ローラＸの回転ハンドルＨの回転中心に対し、当該操舵装置１０を操舵部Ｐに着脱する位置を精密に位置決めしなくても、ハンドルグリップＧを利用し、回転ハンドルＨを遠隔操作や自動操舵運転に応じた操舵が可能である。
【００４０】
そして、手動操舵機構７０は、両軸ステッピングモータである操舵用モータ３の両端を利用し、操舵用モータ３が非励磁状態のときに、当該操舵装置１０を操舵部Ｐに設置したままの状態で、手動用ハンドル２によって回転ハンドルＨを手動操舵できるので、当該操舵装置１０を振動ローラＸの回転ハンドルＨ部分に設置したまま、手動でも回転ハンドルＨを操作できる。
【００４１】
以上説明したように、この操舵装置１０によれば、建設機械である振動ローラＸの操舵部Ｐに予め装備されている回転ハンドルＨに対し、回転ハンドルＨ部分の改造を行わずに後付にて容易に着脱可能である。さらに、この操舵装置１０によれば、操舵部Ｐに装着したままの状態において、回転ハンドルＨを手動操作、遠隔操作、または自動運転により操舵することができる。なお、本発明に係る操舵装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
【００４２】
例えば、本発明に係る操舵装置は、適用対象とする建設機械が振動ローラに限定されず、回転ハンドルを操舵部に備える走行可能な建設機械であれば、現有する種々の建設機械の操舵部に外付けして回転ハンドルを操舵可能であり、無人化施工現場や大規模土工事現場に適用することができる。
建設機械としては、振動ローラの他、例えばホイールローダ等、回転ハンドルによる回転操作で操舵する建設機械であって、特に、３６０°以上の回転操作をしないと１００％操作量に達しない回転ハンドル機構を有するものに好適である。
【符号の説明】
【００４３】
１    基台
２    手動用ハンドル（手動操舵機構）
３    操舵用モータ（制御機構、手動操舵機構）
４    操舵アーム（グリップ回動機構）
５    グリップキャッチャ（グリップ回動機構）
６Ａ、６Ｂ    ケーブル
７    ワンタッチ固定金具（着脱機構）
８    支持脚（着脱機構）
１０    操舵装置
２０    遠隔操作器
３０    コントローラ
３１    通信器
３２    コントローラ本体
４０    着脱機構
５０    グリップ回動機構
６０    制御機構（操舵機構）
７０    手動操舵機構
Ｄ    運転台
Ｇ    ハンドルグリップ
Ｈ    回転ハンドル
Ｎ    固定ボルト（既設固定手段）
Ｐ    操舵部
Ｐｎ    操作パネル
Ｓ    固定ボルトの装着部
Ｘ    振動ローラ（建設機械）
ＣＬ１    ハンドル軸心
ＣＬ２    操舵軸心
【図１】
2018192953.tif 000003
【図２】
2018192953.tif 000004
【図３】
2018192953.tif 000005
【図４】
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