特開 2024-114213 作業機械及び操縦方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024114213

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】作業機械及び操縦方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20240816BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023019840

(22)【出願日】2023-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】000195971

【氏名又は名称】西松建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】山本 悟

【テーマコード（参考）】

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D015HA03

(57)【要約】

【課題】本発明は、バケット等のような作業具から地盤等のような対象物までの距離を視覚的に捉えやすくすることを目的とする。
【解決手段】作業機械１は、対象物８０に対して施工作業を行う作業具１６と、前記作業具１６を移動させる作業機械本体２と、前記作業具１６に取り付けられ、レーザービーム２９Ｌが前記作業具１６の先方を横切るよう前記レーザービーム２９Ｌを投射する投光器２１Ｌと、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に対して施工作業を行う作業具と、
前記作業具を移動させる作業機械本体と、
前記作業具又は前記作業機械本体のアームに取り付けられ、光ビームが前記作業具の先方を横切るよう前記光ビームを投射する投光器と、
を備える作業機械。

【請求項2】

前記投光器が光ビームを投射する方向は、前記作業具の基端から前記作業具の先端に向かう方向に対して斜めである
請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記投光器と並んで前記作業具又は前記アームに取り付けられ、前記作業具及びその周囲を撮影するカメラ
を更に備え、
前記投光器は、前記カメラの撮影方向に前記光ビームを投射する
請求項１又は２に記載の作業機械。

【請求項4】

対象物に対して施工作業を行う作業具と、
前記作業具を移動させる作業機械本体と、
を備える作業機械を操縦するに際して、
前記作業具又は前記作業機械本体のアームに取り付けられた投光器から光ビームを投射して、光ビームが前記作業具の先方を横切る
操縦方法。

【請求項5】

前記作業具に取り付けられたカメラによって前記作業具及びその周囲を撮影し、前記カメラによって撮影された映像をディスプレイデバイスに即時的に表示し、その映像によって前記作業具及びその周囲を観察する
請求項４に記載の操縦方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械及び操縦方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１及び２は、作業機械を遠隔操縦するためのシステムを開示する。特許文献１及び２の記載によれば、操縦室が作業現場の作業機械から離れた場所にあり、リモートコントローラー及びディスプレイがその操縦室に設置されている。作業現場のカメラが作業機械を撮影し、その撮影映像が操縦室内のディスプレイに表示される。オペレータは、ディスプレイを見ながら、リモートコントローラーを用いて作業機械を遠隔操縦する。そうすると、作業機械のバケットが操られ、バケットによって地盤が掘削される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－７２７２７号公報

【特許文献2】特開２０１８－２１３９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ディスプレイに表示された映像では、オペレータにとって映像中の遠近感を捉えにくい。そのため、バケットが地盤に近づいたことを視覚的に判断することが難しい。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、バケット等のような作業具から地盤等のような対象物までの距離を視覚的に捉えやすくすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

以上の課題を解決するための本発明の第１の側面によれば、作業機械が、対象物に対して施工作業を行う作業具と、前記作業具を移動させる作業機械本体と、前記作業具又は前記作業機械本体のアームに取り付けられ、光ビームが前記作業具の先方を横切るよう前記光ビームを投射する投光器と、を備える。

【0006】

本発明の第２の側面によれば、前記投光器が光ビームを投射する方向は、前記作業具の基端から前記作業具の先端に向かう方向に対して斜めである。

【0007】

本発明の第３の側面によれば、前記作業機械が、前記投光器と並んで前記作業具又は前記アームに取り付けられ、前記作業具及びその周囲を撮影するカメラを更に備え、前記投光器は、前記カメラの撮影方向に前記光ビームを投射する。

【0008】

本発明の第４の側面によれば、対象物に対して施工作業を行う作業具と、前記作業具を移動させる作業機械本体と、を備える作業機械を操縦するに際して、前記作業具又は前記作業機械本体のアームに取り付けられた投光器から光ビームを投射して、光ビームが前記作業具の先方を横切る操縦方法が提供される。

【0009】

本発明の第５の側面によれば、前記操縦方法において、前記作業具に取り付けられたカメラによって前記作業具及びその周囲を撮影し、前記カメラによって撮影された映像をディスプレイデバイスに即時的に表示し、その映像によって前記作業具及びその周囲を観察する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、光ビームが作業具の先端の先方を横切って対象物に入射すると、その入射箇所にはスポットが形成される。作業具の先端が対象物に近づくほど、スポットが作業具の先端に近づき、作業具の先端が対象物から離れるほど、スポットが作業具の先端から離れる。よって、スポット及びその位置は、作業具から対象物までの距離を視覚的に捉えやすくすることに貢献する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、作業機械を示す。

【図2】図２は、作業機械の遠隔操縦室を示す。

【図3】図３は、作業機械の作業具、投光器及びカメラを示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。実施形態の特徴及び技術的な効果は、以下の詳細な説明及び図面から理解される。ただし、本発明の範囲は、以下に開示された実施形態に限定されない。図面は例示のみのために提供されるため、本発明の範囲は図面の例示に限定されない。

【0013】

［１． 作業機械］
図１は、作業機械１の側面図である。
作業機械１は、コンクリート、床板、壁、切羽、岩盤及び地面等のような対象物８０に対して施工作業を実施する建設機械であり、より具体的には油圧ブレーカ付きショベルである。本実施形態では、施工作業の例として破砕が挙げられ、作業機械１が対象物８０を破砕する。

【0014】

作業機械１は、作業機械本体２及び作業具１６を備える。
作業機械本体２は、作業具１６を移動させることによって、作業具１６を対象物８０に対して接離させたり、作業具１６を対象物８０に押しつけたりする。作業機械本体２は下部走行体１１、上部旋回体１２、キャブ１３、ブーム１４及びアーム１５を備える。

【0015】

下部走行体１１は、地面上を走行するクローラにより構成されている。
上部旋回体１２は、下部走行体１１の上に搭載されているとともに、上下に延びた旋回軸の回りに下部走行体１１に対して旋回する。

【0016】

キャブ１３は、上部旋回体１２に搭載されている。キャブ１３内には、レバー等の操縦器が設けられている。現場オペレータは、キャブ１３に乗り込んで、操縦器の操作により作業機械１を操縦することができる。なお、作業機械１は、キャブ１３内における操縦のほか、遠隔操縦もされる。

【0017】

ブーム１４の基端がキャブ１３の右側において上部旋回体１２に回転可能に連結されている。ブーム１４は、油圧シリンダ１４ａの伸縮により、ブーム１４の基端を支点として上部旋回体１２に対して相対的に振り上げ・振り下げされる。ブーム１４の振り上げ・振り下げにより、後述の作業具１６が移動する。なお、ブーム１４のことを「ジブ」ということもある。

【0018】

アーム１５の基端がブーム１４の先端に回転可能に連結されている。アーム１５は、油圧シリンダ１５ａの伸縮により、アーム１５の基端を支点としてブーム１４に対して相対的に振り上げ・振り下げされる。アーム１５の振り上げ・振り下げにより、後述の作業具１６が移動する。

【0019】

作業具１６の基端がアーム１５の先端に回転可能に連結されている。作業具１６は、油圧シリンダ１６ａの伸縮により、作業具１６の基端を支点としてアーム１５に対して相対的に振り上げ・振り下げされる。
作業具１６は、対象物８０に対して、破砕、穿孔、掘削及び把持等のような作業をする作業器具である。本実施形態では、作業具１６は、対象物８０に打撃を与えて対象物８０を破砕するブレーカーである。ブレーカーとしての作業具１６は、起振機１６ｂ及びチゼル１６ｃ等を有する。

【0020】

なお、ブレーカー以外に掘削バケット、ドリル、ボーリングビット、グリッパー又は吹き付け具が作業具１６として採用され得る。掘削バケットは対象物８０の掘削作業に用いられ、ドリルは対象物８０の穿孔作業に用いられ、ボーリングビットは対象物８０の掘削作業に用いられ、グリッパーは対象物８０の把持作業に用いられる。吹き付け具は、モルタル、コンクリート及び塗料等のような塗布材を対象物８０に吹き付けるものである。

【0021】

遠隔地のオペレータが作業機械１の遠隔操縦の際に作業機械１及びその周囲を観察するために、多数のカメラが作業機械１に設置されている。これらカメラは、例えば、キャブ１３若しくは上部旋回体１２又はこれら両方の前部・左部・右部・上部・後部などに取り付けられている。これらカメラによって撮影された映像は例えばインターネット及び専用回線等のような通信回線を通じて遠隔操縦室９０（図２参照）に転送される。

【0022】

［２． 遠隔操縦室］
図２は、作業機械１用の遠隔操縦室９０の内側を示した図である。
遠隔操縦室９０には、シート９１、複数のディスプレイデバイス９２及び遠隔操縦器９３が設置されている。

【0023】

ディスプレイデバイス９２は、シート９１の前方において上下左右に並べられているとともに、シート９１の方に向けられている。作業機械１に設置されたカメラによって撮影された映像は、ディスプレイデバイス９２に即時的に映し出される。即時的とは、リアルタイムのことをいう。

【0024】

遠隔操縦器９３は、複数の操作レバー等から構成されている。遠隔操縦器９３は、通信回線を通じて、作業機械１、特にその制御装置に接続される。オペレータが遠隔操縦器９３を操作すると、遠隔操縦器９３が操作内容に従った指令信号を作業機械１に転送し、作業機械１がその指令信号に従って動作する。これにより、オペレータが作業機械１を即時的に遠隔操縦して、作業機械１の作業具１６により対象物８０に対して施工作業（具体的には、破砕作業）をすることができる。

【0025】

ディスプレイデバイス９２に表示された映像では、遠隔操縦室９０内のオペレータにとって映像中の遠近感を捉えにくい。具体的には、オペレータが作業具１６を対象物８０に近づけるよう作業機械１を遠隔操作する際に、オペレータにとって、作業具１６から対象物８０までの距離を視覚的に捉えにくい。このような問題点を解消すべく、図３に示すように、作業機械１が投光器２１Ｒ，２１Ｌを有する。ここで、図３は、作業具１６の正面図である。図３には、左向きの矢印と右向きの矢印が示されている。左及び右の向きは上部旋回体１２及びキャブ１３を基準として定められる。つまり、キャブ１３から作業具１６への向きを前の向きとして、左及び右の向きが定められる。

【0026】

［３． 投光器］
投光器２１Ｌ，２１Ｒが作業具１６に一体的に取り付けられている。そのため、作業機械本体２は、作業具１６に対する投光器２１Ｌ，２１Ｒの相対的な位置及び向きを変更することなく、作業具１６と一緒に投光器２１Ｌ，２１Ｒを移動させる。つまり、投光器２１Ｌ，２１Ｒは、ブーム１４、アーム１５及び作業具１６の振り上げ・振り下げや上部旋回体１２の旋回に伴う作業具１６の動きに追従する。

【0027】

投光器２１Ｌ，２１Ｒの取り付けについて詳細に説明する。
左のブラケット２５Ｌが、作業具１６の基端に近位且つ作業具１６の先端から遠位において、作業具１６の左側面に固定されているとともに、その左側面から左方に延びている。投光器２１Ｌは、そのブラケット２５Ｌの左端に近位においてブラケット２５Ｌに取り付けられている。左の投光器２１Ｌは、作業具１６の先端の方へ、具体的にはチゼル１６ｃの先端の方へ向けられている。なお、作業具１６の先端とは、作業具１６のうち作業具１６の基端から最も遠い部分をいう。従って、作業具１６がその基端を中心にして振り上げ・振り下げされる際に作業具１６全体が描く軌道の最外周は、作業具１６がその基端を中心にして振り上げ・振り下げされる際に作業具１６の先端が描く軌道となる。

【0028】

投光器２１Ｌは、レーザー発振器及びコリメータ等を有する。投光器２１Ｌは、例えば赤色光、緑色光及び白色光等のような可視光のレーザービーム２９Ｌを作業具１６の先端のやや先の方へ投射する。そのため、レーザービーム２９Ｌは、作業具１６に入射することなく、作業具１６の先端のやや先を右へ斜めに横切る。ここでいう「斜め」とは、レーザービーム２９Ｌの光軸が作業具１６のチゼル１６ｃの中心軸に対して斜めであることをいう。チゼル１６ｃの中心軸は、作業具１６の基端から作業具１６の先端に向かって延びている。なお、投光器２１Ｌが作業具１６から離れるにつれて、作業具１６のチゼル１６ｃの中心軸に対するレーザービーム２９Ｌの光軸の角度が増える。

【0029】

レーザービーム２９Ｌが対象物８０に入射すると、その入射箇所には明るいスポット２８Ｌが形成される。作業具１６の先端が対象物８０に近づくほど、スポット２８Ｌが作業具１６の先端に近づく。作業具１６の先端が対象物８０から離れるほど、スポット２８Ｌが作業具１６の先端から右へ離れる。従って、オペレータは、ディスプレイデバイス９２の映像中のスポット２８Ｌを視認することによって、作業具１６から対象物８０までの距離を感覚的に把握できる。

【0030】

右のブラケット２５Ｒが、作業具１６の基端に近位且つ作業具１６の先端から遠位において、作業具１６の右側面に固定されているとともに、その右側面から右方に延びている。右の投光器２１Ｒは、そのブラケット２５Ｒの右端に近位においてブラケット２５Ｒに取り付けられている。投光器２１Ｒは、作業具１６の先端の方へ向けられている。投光器２１Ｒはレーザービーム２９Ｒを作業具１６の先端のやや先の方へ投射する。そのため、レーザービーム２９Ｒは、作業具１６に入射することなく、作業具１６の先端のやや先を左へ斜めに横切る。

【0031】

作業具１６の先端が対象物８０に近づくほど、スポット２８Ｒが作業具１６の先端に近づく。作業具１６の先端が対象物８０から離れるほど、スポット２８Ｒが作業具１６の先端から左へ離れる。そのため、レーザービーム２９Ｒのスポット２８Ｒも、作業具１６から対象物８０までの距離の感覚的な把握に役立つ。

【0032】

対象物８０がコンクリート構造物であれば、その色が薄グレーである。そのため、レーザービーム２９Ｌ，２９Ｒが赤色光又は緑色光であると、スポット２８Ｌ，２８Ｒが目立つ。なお、レーザービーム２９Ｌの色とレーザービーム２９Ｒの色が異なっていてもよい。

【0033】

［４． カメラ］
作業具１６及びレーザービーム２９Ｌ，２９Ｒを観察するカメラ３１Ｌ，３１Ｒについて説明する。
カメラ３１Ｌ，３１Ｒが作業具１６に一体的に取り付けられている。そのため、作業機械本体２は、作業具１６及び投光器２１Ｌ，２１Ｒに対するカメラ３１Ｌ，３１Ｒの相対的な位置及び向きを変更することなく、作業具１６及び投光器２１Ｌ，２１Ｒと一緒にカメラ３１Ｌ，３１Ｒを移動させる。つまり、カメラ３１Ｌ，３１Ｒは、ブーム１４、アーム１５及び作業具１６の振り上げ・振り下げや上部旋回体１２の旋回に伴う作業具１６の動きに追従する。

【0034】

左のカメラ３１Ｌは、投光器２１Ｌの近傍においてブラケット２５Ｌに取り付けられている。カメラ３１Ｌと投光器２１Ｌは左右に並んでいる。カメラ３１Ｌと投光器２１Ｌを比較すると、カメラ３１Ｌが作業具１６に対して近位に配置され、投光器２１Ｌが作業具１６Ｌに対して遠位に配置されている。そのため、投光器２１Ｌがカメラ３１Ｌによって干渉されることなく、作業具１６のチゼル１６ｃの中心軸に対するレーザービーム２９Ｌの光軸の角度を大きく取ることができる。但し、カメラ３１Ｌが作業具１６に対して遠位に配置され、投光器２１Ｌが作業具１６Ｌに対して近位に配置されていてもよい。
カメラ３１Ｌは、作業具１６の先端の方へ、具体的にはチゼル１６ｃの先端の方へ向けられており、投光器２１Ｌは、カメラ３１Ｌの撮影方向にレーザービーム２９Ｌを投射する。カメラ３１Ｌによって撮影された映像は、複数のディスプレイデバイス９２のうち左のディスプレイデバイス９２Ｌに表示される。その映像では、作業具１６の先端が映像の中央に位置する。その映像では、対象物８０が作業具１６の奥の方に背景として表示される。

【0035】

左のカメラ３１Ｌと同様に、右のカメラ３１Ｒは、投光器２１Ｒの近傍においてブラケット２５Ｒに取り付けられている。カメラ３１Ｒは、作業具１６の先端の方へ向けられており、投光器２１Ｒは、カメラ３１Ｒの撮影方向にレーザービーム２９Ｒを投射する。カメラ３１Ｒは、作業具１６の先端及びその周囲を撮影する。カメラ３１Ｒによって撮影された映像は、複数のディスプレイデバイス９２のうち右のディスプレイデバイス９２Ｒに表示される。

【0036】

作業具１６の先端が対象物８０に近い場合、スポット２８Ｌが左のカメラ３１Ｌの視野に入り、スポット２８Ｒが右のカメラ３１Ｒの視野に入る。そのため、スポット２８Ｌは左のカメラ３１Ｌによって撮影されて、左のディスプレイデバイス９２Ｌに映し出され、スポット２８Ｒは右のカメラ３１Ｒによって撮影されて、右のディスプレイデバイス９２Ｒに映し出される。
作業具１６の先端が対象物８０に近い場合に、作業具１６の先端が対象物８０から離れるにつれて、左のディスプレイデバイス９２Ｌの映像中のスポット２８Ｌが右に変位し、右のディスプレイデバイス９２Ｒの映像中のスポット２８Ｒが左に変位する。作業具１６の先端が対象物８０に近い場合に、作業具１６の先端が対象物８０に近づくにつれて、左のディスプレイデバイス９２Ｌの映像中のスポット２８Ｌが左に変位し、右のディスプレイデバイス９２Ｒの映像中のスポット２８Ｒが右に変位する。

【0037】

作業具１６の先端が対象物８０から遠い場合、スポット２８Ｌが右のカメラ３１Ｒの視野に入り、スポット２８Ｒが左のカメラ３１Ｌの視野に入る。そのため、スポット２８Ｌは右のカメラ３１Ｒによって撮影されて、右のディスプレイデバイス９２Ｒに映し出され、スポット２８Ｒは左のカメラ３１Ｌによって撮影されて、左のディスプレイデバイス９２Ｌに映し出される。
作業具１６の先端が対象物８０から遠い場合に、作業具１６の先端が対象物８０から離れるにつれて、右のディスプレイデバイス９２Ｒの映像中のスポット２８Ｌが右に変位し、左のディスプレイデバイス９２Ｌの映像中のスポット２８Ｒが左に変位する。作業具１６の先端が対象物８０から遠い場合に、作業具１６の先端が対象物８０に近づくにつれて、右のディスプレイデバイス９２Ｒの映像中のスポット２８Ｌが左に変位し、左のディスプレイデバイス９２Ｌの映像中のスポット２８Ｒが右に変位する。

【0038】

作業具１６の先端が対象物８０から更に遠い場合、スポット２８Ｌ，２８Ｒが左右のカメラ３１Ｌ，３１Ｒの視野から外れる。そのため、スポット２８Ｌ，２８Ｒが左右のディスプレイデバイス９２Ｌ，９２Ｒに表示されない。

【0039】

オペレータは、ディスプレイデバイス９２Ｌ，９２Ｒに即時的に表示された映像を通じて、作業具１６、対象物８０及びスポット２８Ｌ，２８Ｒを観察しながら、遠隔操縦器９３を操作する。そうすると、作業機械１がオペレータによって操縦される。

【0040】

なお、ディスプレイデバイスがキャブ１３内に設置され、カメラ３１Ｌ，３１Ｒによって撮影された映像がキャブ１３内にディスプレイデバイスに表示されてもよい。現場のオペレータは、そのディスプレイデバイスに即時的に表示された映像を通じて、作業具１６、対象物８０及びスポット２８Ｌ，２８Ｒを観察しながら、作業機械１を操縦する。

【0041】

［５． まとめ］
スポット２８Ｌ，２８Ｒの位置が作業具１６の先端から対象物８０までの距離に応じて変わり、映像中では、スポット２８Ｌ，２８Ｒの位置が作業具１６の先端から対象物８０までの距離に応じて左右方向に変わる。スポット２８Ｌ，２８Ｒ及びそれらの位置は、作業具１６から対象物８０までの距離を視覚的に捉えやすくすることに貢献する。

【0042】

［６． 変形例］
以上、実施形態について説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態及び図示例に限定されるものではない。以下に、上記の実施形態から変更した幾つかの変形例を挙げる。

【0043】

（１） 上記実施形態では、作業機械本体２がショベル本体である。それに対して、作業機械本体２が例えば自由断面掘削機本体又はドリルジャンボ本体であってもよい。作業機械本体２が自由断面掘削機本体である場合、作業具１６がボーリングビットであり、作業機械本体２がドリルジャンボ本体である場合、作業具１６がドリルである。

【0044】

（２） 上記実施形態では、投光器２１Ｌ，２１Ｒ及びカメラ３１Ｌ，３１Ｒが作業具１６に取り付けられている。それに対して、投光器２１Ｌ，２１Ｒ及びカメラ３１Ｌ，３１Ｒがアーム１５、特にその先端に取り付けられてもよい。この場合、作業具１６がアーム１５に対して相対的に振り上げ・振り下げされない。そのため、作業具１６の先端がカメラ３１Ｌ，３１Ｒの視野から外れない。更に、投光器２１Ｌ，２１Ｒから出射するレーザー２９Ｌ，２９Ｒが作業具１６の先方、特に作業具１６の先端の先方を常に横切り、作業具１６に対するレーザー２９Ｌ，２９Ｒの光軸の相対的な位置は変化しない。

【0045】

（３） 作業具１６が掘削バケットである場合、投光器２１Ｌ，２１Ｒ及びカメラ３１Ｌ，３１Ｒがアーム１５に取り付けられてもよい。例えば、上記実施形態のように投光器２１Ｌ及びカメラ３１Ｌがブラケット２５Ｌを介して作業具１６の左側面に取り付けられているのと同様に、投光器２１Ｌ及びカメラ３１Ｌがブラケット２５Ｌを介してアーム１５の左側面に取り付けられていてもよい。同様に、投光器２１Ｒ及びカメラ３１Ｒがブラケット２５Ｒを介してアーム１５の右側面に取り付けられていてもよい。この場合、カメラ３１Ｌ，３２Ｒは掘削バケット及びその周囲を撮影する。投光器２１Ｌ，２１Ｒが掘削バケットの先方へレーザービームを投光し、レーザービームが掘削バケットに入射することなく掘削バケットの先方を横切る。つまり、レーザービームの光軸は、アーム１５に対する掘削バケットの相対的な振り上げ・振り下げの円弧状軌道から径方向外側に避けられている。

【符号の説明】

【0046】

１ 作業機械
２ 作業機械本体
１５ アーム
１６ 作業具
２１Ｌ，２１Ｒ 投光器
２８Ｌ，２８Ｒ スポット
２９Ｌ，２９Ｒ レーザービーム
３１Ｌ，３１Ｒ カメラ
９２Ｌ，９２Ｒ ディスプレイデバイス

【図1】

【図2】

【図3】