JP7108650B2 - 車両の自動遠隔操縦装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダなどの車両の自動遠隔操縦装置に関する。

例えば、建設車両の一つとしてホイールローダが広く知られている。
このホイールローダは、操縦者（運転手）が操縦席に着座して建設現場などで土砂や砕石などをダンプカーに積み込んだり、現場内で作業資材などを運搬したり、など広く用いられている。
このホイールローダは四輪駆動であるため、路面を掘り下げる能力を有し、不整地や軟弱路面あるいは急傾斜地などであっても走行することが可能であるため様々な場面で活躍している。

そこで、ホイールローダは、震災や土砂災害などの災害地にて発生している土砂や瓦礫などの除去・運搬などにも用いられている。
しかし、作業者などが立ち入り難い作業領域、例えば人体に悪影響を及ぼす有害物質が蔓延しているような状況下となっている災害作業領域、あるいは土砂災害が起きた後の二次災害が発生しやすいような状況下となっている災害作業領域などでは、ホイールローダなどの車両を操縦者が操縦席に着座して直接操縦するということは、多大な危険が伴うものである。

そこで、従来から自動操縦システムの提案が望まれているが、従来から提案されている自動車の自動操縦システムは、いずれも一般乗用車向けのものであって、かつ高度かつ高価なシステムであるためホイールローダなどの建設車両に採用するには到底困難なものであった。
また、建設車両の自動操縦システムとして特許文献1に開示のように、操作レバーを自動操縦するシステムが提案されているが、この技術的手段によると、新たに操作レバーの構造を構築しなければならず、既存の建設車両をそのまま利用することはできずコストの高騰化を招くという理由などから市場での利用は見受けられない。

実開昭５１－６９３０１号公報

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的とするところは、人体に悪影響を及ぼすような状況下となっている作業領域や二次災害が発生しやすいような状況下となっている作業領域等において、操縦者が乗車しなくても遠隔にて自動操縦可能な簡易かつ安価な構成の車両の自動遠隔操縦装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、第１の本発明は、車両のハンドルに一体に取り付け固定される第一のギア部と、
前記第一のギア部と噛み合って前記ハンドルに左右方向への回転動作を与える第二のギア部と、
前記第二のギア部に駆動信号を送る遠隔操作部と、
前記遠隔操作部は、前記駆動信号の送受信を無線にて行う送受信部を有し、
前記車両の操縦席周辺及び前記車両の外方周辺を撮影可能な撮像部と、
前記撮像部からの映像信号が前記送受信部を介して受信され映し出すモニタ部と、
前記ハンドルの近傍に設けられ前記送受信部からの回動動作信号によりライトスイッチが回動動作されるライトスイッチ切り換え部と、を含むことを特徴とする車両の自動遠隔操縦装置としたことである。

第２の本発明は、第１の本発明において、前記第一のギア部は、前記ハンドルと同径若しくは相似形の円環状に構成され、その内径面に第二のギア部と噛み合う第一の歯部が周方向に形成されていることを特徴とする車両の自動遠隔操縦装置としたことである。

第３の本発明は、第１の本発明又は第２の本発明において、前記第二のギア部は円柱状に構成され、前記第一のギア部の第一の歯部に噛み合う第二の歯部が外径面に形成されていることを特徴とする車両の自動遠隔操縦装置としたことである。

第４の本発明は、第１の本発明乃至第３の本発明のいずれかにおいて、前記第一のギア部は、着脱可能に構成されていることを特徴とする車両の自動遠隔操縦装置としたことである。

第５の本発明は、第１の本発明乃至第４の本発明のいずれかにおいて、前記ライトスイッチ切り換え部は、前記回動動作信号により回動可能とされるモータ部と、前記モータ部の回動を伝達する伝達ギア部とを備え、前記伝達ギアを介して前記車両のライトスイッチがオンオフ遠隔操作されることを特徴とする車両の自動遠隔操縦装置としたことである。

第６の本発明は、第１の本発明乃至第５の本発明のいずれかにおいて、前記操縦席周辺のコンソール上に突出して備えられ、前記遠隔操作部からの駆動信号によって前記車両のホイールローダのアタッチメントが遠隔操作される操作レバー部と、を含むことを特徴とする車両の自動遠隔操縦装置としたことである。

本発明によれば、人体に悪影響を及ぼすような状況下となっている作業領域や二次災害が発生しやすいような状況下となっている作業領域等において、操縦者が乗車しなくても遠隔にて自動操縦可能な簡易かつ安価な構成の車両の自動遠隔操縦装置を提供することができた。

本発明の自動遠隔操縦装置が搭載される車両の一実施形態を示すホイールローダの概略全体側面図である。 本実施形態のホイールローダの操縦室内の概略側面図である。 本実施形態の自動遠隔操縦装置を備えたハンドルの概略平面図である。 図３に示すハンドルの概略側面図である。 本実施形態の自動操縦装置を備えた操作レバー部の概略斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。
なお、本実施形態は本発明の一例にすぎずなんらこれに限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。

本実施形態では、本発明の自動遠隔操縦装置を備えた車両の一例として、バケット１７を装着したホイールローダ１の一実施形態を想定する。バケット１７などのアタッチメントは図示例に限定されず、他の形状のバケット、あるいはフォークやブレードなど一般的なアタッチメントに交換可能であることは言うまでもない。

ホイールローダ１は、左右の前輪３と、左右の後輪５とを備えた四輪駆動式であって、ホイールローダ１の操縦室（コックピット）９内に備えられている円環状のハンドル１９を左右方向に回動操作させることで所定方向へ操舵可能である。
符号７はリフトアームで、リフトアーム７は、ホイールローダ１の操縦室９内に備えられているリフトアーム用レバー４５の操作によって、図示しないリフトシリンダのシリンダロッドを伸縮作動させることで起伏自在に構成されている。
また、図中、符合１１は油圧シリンダ、１３はベルクランク、１５はビームで、ホイールローダ１の操縦室９内に備えられているバケット用レバー４７の操作によって、油圧シリンダ１１のシリンダロッド１１ａを伸縮作動させることでバケット１７を回動操作自在に構成している。

ハンドル１９の下面側には第一のギア部２１が一体に固定されている。

第一のギア部２１は、ハンドル１９よりも僅かに小径である相似形の円環状に構成されている円環部２３と、その円環部２３の内径面に、均一なピッチで周方向に多数設けられている第一の歯部２５と、で構成されている。

第一のギア部２１は、その円環部２３の面部から一体に立設した取付部２７を備えている。
取付部２７は、円環部２３の周方向で均等に離間して三箇所備えられている。
それぞれの取付部２７は、基部２７ａと基部２７ａから立ち上げ形成されている当接部２７ｂと、基部２７ａに設けられている長孔に突設して円環部２３の面部に締め付け固定される締結部となるボルト２７ｃとで構成されている。
すなわち、当接部２７ｂの遊端側凹部２７ｄを、ハンドル１９の内径面側に押圧状に当て込んで、ボルト２７ｃを締め付け固定することで、取付部２７を介して着脱可能に一体に固定されている。

なお、着脱可能な取付部２７の構成は本実施形態に限定解釈されるものではなく、第一のギア部２１をハンドル１９に対して不意に外れたりすることなく確実に一体に固定可能な構成を採用することが好ましく、本発明の範囲内で設計変更可能である。例えば、取付部２７の当接部２７ｂを上下二分割にして組み合わせることで締め付け可能なリング状に形成し、ハンドル１９の外径を覆うようにして外径全域を締め付ける構成とすることも可能である。

そして、第一のギア部２１の第一の歯部２５には、第二のギア部２９が噛み合って備えられている。

なお、第一のギア部２１は、ハンドル１９と同径に形成されるものであってもよく、あるいはハンドル１９よりも大径に形成されるものであってもよく本発明の範囲内で設計変更可能である。

第二のギア部２９は、ホイールローダ１の操縦室９内の所定位置に取り付け固定され、ハンドル１９に左右方向への回転動作を与えるものである。本実施形態では、円柱状に構成されて第一のギア部２１の内径側に立ち上げて配設され、第一のギア部２１の第一の歯部２５に噛み合う第二の歯部３１が外径面に形成されているピニオンギアである。
このピニオンギア（第二のギア部）２９は、図示しない遠隔操作部によって遠隔操作可能に構成されているモータ部３３と連結されて左右方向に回転可能に構成されている。なお、ハンドル１９が一定の角度でその回動作動がとまるようにピニオンギア２９の回転作動が制御されている。

遠隔操作部は、ピニオンギア２９に駆動信号を送るもので、例えば、所定場所に設けられている遠隔操作室９０内にいる操作者（オペレータ）からの駆動信号を、無線部を介してホイールローダ１の所定位置に備えた送受信部３５に送信する。

本実施形態では、ホイールローダ１の操縦室９内（操縦席周辺）を撮影する撮像部３７と、ホイールローダ１の外方周辺、例えば本実施形態では、前方と後方を撮影する撮像部３９をそれぞれ所定位置に備えている。撮像部３７，３９は、その撮影した映像を、送受信部３５から無線部を介して映像信号として遠隔操作室９０へと送信し、送信された映像信号は遠隔操作室９０内に設置したモニタ部（図示省略）を介して視認可能である。すなわち、操縦者は、作業現場から離れた位置にいても、モニタ部に映し出された映像を見てホイールローダ１の遠隔操縦をすることができる。なお、ホイールローダ1を近距離で直視して操作可能な距離に操縦者がいられるような状況下にあってはモニタ部は不要である。

従って、本実施形態によれば、送受信部３５によって受信した駆動信号により、モータ部３３がピニオンギア２９に所定方向の回転動作を与える。これにより、ピニオンギア２９の第二の歯部３１が第一の歯部２５を介して第一のギア部２１と一体に固定されているハンドル１９に所定方向の回転作動を付与する。これにより、所定方向への操舵操作が自動遠隔操作可能である。

遠隔操作部は、特に限定されず、周知の手持ち式のラジコンタイプやタブレットなどの携帯端末などであってもよく、また、車両の操縦室と同様にハンドルや操作レバーなどを備え、操作者が着座して操作可能な周知のリアルな操作部であってもよく、本発明の範囲内で設計変更可能である。
また、必要に応じて無線基地局（例えば可搬式の無線基地局など）を一個乃至複数個配設することは本発明の範囲内である。

図中符号４１は操作レバー部で、本実施形態では３つの操作レバー４１をコンソール４３上に備え、それぞれの操作レバー部４１が自動遠隔操縦可能に構成されている。
図４にて、符合４５はリフトアーム操作用レバー、符号４７はバケット操作用レバー、符合４９はオプション操作用レバーを想定している。
それぞれのレバーは全て同一構造であるため、バケット操作用レバー４７をもってその構造を説明する。なお、操作レバーの配設数量は任意であって、その車両の仕様によって一個であったり二個であったり任意である。

バケット操作用レバー４７は、コンソール４３上に突出して備えられており、本実施形態では、このバケット操作用レバー４７を自動遠隔操作可能に構成している。

バケット操作用レバー４７の自動遠隔操縦構造は、バケット操作用レバー４７の上部に外嵌め可能な連結環部５１と、連結環部５１と一端側が揺動可能に連結される操作杆部５３と、操作杆部５３の他端側が揺動可能に連結される回動操作部５５と、回動操作部５５の基端側が軸支されるモータ部５７と、で構成されている。モータ部５７は、送受信部３５にて受信した操作部からの駆動信号によって動作可能に構成されている。

すなわち、本実施形態によれば、バケット操作用レバー４７を自動遠隔操縦可能に構成したため、所定の駆動信号を受信したモータ部５７の動作によって、回動操作部５５が前後いずれかの方向に回動し、操作杆部５３を介して連結環部５１が外嵌めされているバケット操作用レバー４７を前後いずれかの方向に移動操作することができる。

本実施形態では、ハンドル１９の近傍に備えられているライトスイッチ切り換え部７１を自動遠隔操縦可能に構成している（図２乃至図４参照。）。

ライトスイッチ切り換え部７１は、水平軸を中心に回動可能にＯＮ，ＯＦＦ切り換え可能な周知の円柱状構成であって、自動遠隔操縦装置は、この切り換え部７１の外径を覆うようにして締め付け固定して一体化される上下ギア部７３，７３を備えている。

上下ギア部７３，７３は、それぞれ、半円環部７３ａと、半円環部７３ａから延設される前後フランジ部７３ｂ，７３ｂとを備えて構成されており、それぞれの半円環部７３ａ，７３ａを、切り換え部７１を上下から挟み込むようにして備え、それぞれのフランジ部７３ｂ，７３ｂと７３ｂ，７３ｂとを対向させるとともに、対向するフランジ部７３ｂ，７３ｂ同士をボルト７３ｃにて締め付けて切り換え部７１と一体化させる。

上下ギア部７３，７３には、それぞれ、その側面位置に半円盤状の切り換えギア部７５，７５が一体に設けられており、上下ギア部７３，７３を切り換え部７１の外径にて一体化させると、それぞれの半円盤状の切り換えギア部７５，７５が連結されて所定径の円盤状の一つのギア部７７として構成される。

ギア部７７には、そのギア歯７７ａに噛み合うギア歯７９ａを外周に備えた伝達ギア部７９が噛み合い配設されている。
この伝達ギア部７９は、モータ部８１によって前後に回動可能に構成されている。モータ部８１は、送受信部３５にて受信した操作部からの駆動信号によって動作可能に構成されている。

従って、送受信部３５にて受信した操作部からの所定方向の回動動作信号（ＯＮ，ＯＦＦいずれかの方向へ切り換える回動動作信号）により、モータ部８１が動作を開始して伝達ギア部７９を所定方向に回動させる。すると、その回動動作によりギア部７７が所定方向に回動する。このギア部７７の所定方向への回動動作によって切り換え部７１が一体に回動動作をすることとなるため、遠隔操作によりライトのＯＮ，ＯＦＦが自動に遠隔操作可能である。

なお、本実施形態のホイールローダ１は、ブレーキ装置（ブレーキペダル）６１やアクセル装置（アクセルペダル）６３にあっては、所定位置に備えた図示しないブレーキサーボモータ及びアクセルサーボモータを遠隔操作して、これらブレーキサーボモータやアクセルサーボモータに連携したブレーキ装置（ブレーキペダル）６１やアクセル装置（アクセルペダル）６３を自動遠隔操作可能に構成されているが、ここでの説明は省略する。

本実施形態によれば、このようにホイールローダ１のハンドル１９と操作レバー部４１（４５，４７，４９）を自動遠隔操縦可能に構成したため、ホイールローダ１の操縦者（作業者）が実際にホイールローダ１の操縦室９に乗車していなくても、無線室などの遠隔操作室内から無人状態で遠隔操縦可能である。

従って、作業者などが立ち入り難い作業領域、例えば人体に悪影響を及ぼす有害物質が蔓延しているような状況下となっている災害作業領域や二次災害が発生しやすいような状況下となっている作業領域等であっても、ホイールローダ１などの車両を、操縦者が車両の操縦室に乗車して直接操縦しなくても良いため、安全かつ確実に作業が可能となる。

また、ホイールローダ１のハンドル１９に第一のギア部２１を取り付けるとともに、第一のギア部２１の第一の歯部２５に第二の歯部３１を噛み合わせて第二のギア部２９を備えるだけで済む簡易な構造であるため安価に提案でき、既存のホイールローダ１がそのまま利用でき、建設作業車などにも広く普及させることが可能となる。

本発明は、ハンドルを備え、建設現場や災害現場などで用いられる車両全般あるいはトラクターなどの車両にも利用可能である。

１ ホイールローダ（車両）
１７ バケット
１９ ハンドル
２１ 第一のギア部
２３ 円環部
２５ 第一の歯部
２７ 取付部
２９ 第二のギア部（ピニオンギア）
３１ 第二の歯部
３３ モータ部
３５ 送受信部
３７，３９ 撮像部
４１ 操作レバー部
４５ バケット操作用レバー
５１ 連結環部
５３ 操作杆部
５５ 回動操作部
５７ モータ部

Claims (6)

1. 車両のハンドルに一体に取り付け固定される第一のギア部と、
   前記第一のギア部と噛み合って前記ハンドルに左右方向への回転動作を与える第二のギア部と、
   前記第二のギア部に駆動信号を送る遠隔操作部と、
   前記遠隔操作部は、前記駆動信号の送受信を無線にて行う送受信部を有し、
   前記車両の操縦席周辺及び前記車両の外方周辺を撮影可能な撮像部と、
   前記撮像部からの映像信号が前記送受信部を介して受信され映し出すモニタ部と、
   前記ハンドルの近傍に設けられ前記送受信部からの回動動作信号によりライトスイッチが回動動作されるライトスイッチ切り換え部と、
   を含むことを特徴とする車両の自動遠隔操縦装置。
2. 前記第一のギア部は、前記ハンドルと同径若しくは相似形の円環状に構成され、その内径面に第二のギア部と噛み合う第一の歯部が周方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の自動遠隔操縦装置。
3. 前記第二のギア部は円柱状に構成され、前記第一のギア部の第一の歯部に噛み合う第二の歯部が外径面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の自動遠隔操縦装置。
4. 前記第一のギア部は、着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両の自動遠隔操縦装置。
5. 前記ライトスイッチ切り換え部は、前記回動動作信号により回動可能とされるモータ部と、前記モータ部の回動を伝達する伝達ギア部とを備え、前記伝達ギアを介して前記車両のライトスイッチがオンオフ遠隔操作されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両の自動遠隔操縦装置。
6. 前記操縦席周辺のコンソール上に突出して備えられ、前記遠隔操作部からの駆動信号によって前記車両のホイールローダのアタッチメントが遠隔操作される操作レバー部と、を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両の自動遠隔操縦装置。

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