特開 2024-164677 作業機械の回転角度検出装置

(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】P2024164677

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】作業機械の回転角度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/26 20060101AFI20241120BHJP

   G01B 21/22 20060101ALI20241120BHJP

   G01D 5/347 20060101ALI20241120BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

G01B11/26 Z

G01B21/22

G01D5/347 A

E02F9/20 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080338

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】513121513

【氏名又は名称】角 和樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(72)【発明者】

【氏名】角 和樹

(72)【発明者】

【氏名】石井 孝佳

【テーマコード（参考）】

2D003

2F065

2F069

2F103

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB02

2D003BA02

2D003BA03

2D003BA04

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB05

2F065AA06

2F065AA39

2F065BB15

2F065BB16

2F065CC11

2F065DD03

2F065FF11

2F065FF41

2F065GG04

2F065HH04

2F065MM04

2F065QQ25

2F069AA06

2F069AA83

2F069BB40

2F069DD19

2F069GG04

2F069GG07

2F069GG09

2F069HH09

2F069JJ17

2F103BA37

2F103CA03

2F103DA13

2F103EA05

2F103EA12

2F103EB02

(57)【要約】

【課題】土砂等の影響を受けにくく、本体部に対する移動部の回転角度をより正確に検出できる作業機械の回転角度検出装置を提供すること。
【解決手段】回転角度検出装置３０は、上部回転体と共に基準軸回りに回転可能であり、測定対象物までの距離を測定する距離測定センサ３２と、下部回転体と共に基準軸回りに回転可能であり、距離測定センサ３２と離間して設けられ、基準軸回りに１回転する間に距離測定センサ３２との間の距離が連続又は不連続に変化する測定対象物としての側面部１３１を有する反射体３１と、反射体３１が基準軸回りに１回転する間の距離測定センサ３２から側面部１３１までの距離と前記上部回転体に対する前記下部回転体の基準軸回りの回転角度とを対応付けたデータを記憶する記憶部３４と、距離測定センサ３２で測定された距離と前記記憶部３４に記憶されたデータとに基づいて、前記下部回転体の回転角度を取得する制御部３５とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基準軸回りに回転可能な上部回転体を有する本体部と、前記上部回転体に対して基準軸回りに回転可能に連結された下部回転体を有する移動部とを備え、前記本体部と前記移動部とが無限回転可能な作業機械の回転角度検出装置であって、
前記本体部に設けられ、前記上部回転体と共に基準軸回りに回転可能であり、測定対象物までの距離を測定する距離測定センサと、
前記下部回転体と共に基準軸回りに回転可能であり、前記距離測定センサと対向するように離間して設けられ、基準軸回りに１回転する間に前記距離測定センサとの間の距離が連続又は不連続に変化する測定対象物としての側面部を有する反射体と、
前記反射体が基準軸回りに１回転する間の前記距離測定センサから前記側面部までの距離と前記上部回転体に対する前記下部回転体の基準軸回りの回転角度とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、
前記距離測定センサで測定された前記側面部までの距離と、前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて、前記距離に対応付けられた前記上部回転体に対する前記下部回転体の基準軸回りの回転角度を取得する制御部と、
を備える作業機械の回転角度検出装置。

【請求項2】

前記側面部は、基準軸回りに１回転する間に曲率が一定の割合で変化するクロソイド曲線形状を有する、
請求項１に記載の作業機械の回転角度検出装置。

【請求項3】

前記反射体は、前記下部回転体の外周部分に設けられる、
請求項１又は２に記載の作業機械の回転角度検出装置。

【請求項4】

前記距離測定センサは、レーザ距離センサである、
請求項１又は２に記載の作業機械の回転角度検出装置。

【請求項5】

前記本体部の位置及び正面方向を検出するための位置情報を取得する位置情報取得装置を備える、
請求項１又は２に記載の作業機械の回転角度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械の回転角度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、バックホウ、パワーショベル等の作業機械を遠隔操作したり、自動運転したりするための技術が開発されている。例えば、ＧＰＳの位置情報に基づいて作業機械の位置や姿勢を検出するシステムが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４－２９６６８３号公報

【特許文献2】特開平１０－８８６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バックホウやパワーショベル等の作業機械は、本体部と移動部とが無限回転可能に連結されている。この種の作業機械は、移動部にＧＰＳ受信機を設けるスペースがほとんどなく、無限回転のために電源ケーブルの配線も難しい。そのため、ＧＰＳ受信機は、本体部に設けられる。作業機械の本体部の位置及び正面方向は、本体部で受信するＧＰＳの位置情報により検出できる。しかし、移動部は、本体部と異なる方向にも回転するため、本体部で受信するＧＰＳの位置情報から、本体部に対する移動部の回転角度（旋回位置）を把握することはできない。作業機械を遠隔操作や自動運転で走行させる場合、本体部に対する移動部の回転角度が分からないと、作業機械を目的位置に誘導することが難しい。

【0005】

作業機械の本体部と移動部にロータリーセンサ、光学式エンコーダ等の回転角度センサを設けることにより、本体部に対する移動部の回転角度を検出できる。しかし、既存の作業機械のほとんどは、後付けで回転角度センサを設けることが難しい。既存の作業機械に後付けで回転角度センサと同じ機能を設ける場合、例えば、移動部の下部回転体の外周にベルトを装着し、そのベルトの回転をエンコーダで検出する構成が考えられる。しかし、作業機械の作業中にベルトとエンコーダとの間に土砂や泥（以下、「土砂等」ともいう）が詰まったり、土砂等の詰まりによりベルトやエンコーダの位置がずれたりして、回転角度の検出精度が低下することが懸念される。

【0006】

本開示の目的は、土砂等の影響を受けにくく、本体部に対する移動部の回転角度をより正確に検出できる作業機械の回転角度検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る作業機械の回転角度検出装置は、基準軸回りに回転可能な上部回転体を有する本体部と、前記上部回転体に対して基準軸回りに回転可能に連結された下部回転体を有する移動部とを備え、前記本体部と前記移動部とが無限回転可能な作業機械の回転角度検出装置であって、前記本体部に設けられ、前記上部回転体と共に基準軸回りに回転可能であり、測定対象物までの距離を測定する距離測定センサと、前記下部回転体と共に基準軸回りに回転可能であり、前記距離測定センサと対向するように離間して設けられ、基準軸回りに１回転する間に前記距離測定センサとの間の距離が連続又は不連続に変化する測定対象物としての側面部を有する反射体と、前記反射体が基準軸回りに１回転する間の前記距離測定センサから前記側面部までの距離と前記上部回転体に対する前記下部回転体の基準軸回りの回転角度とを対応付けたデータを記憶する記憶部と、前記距離測定センサで測定された前記側面部までの距離と、前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて、前記距離に対応付けられた前記上部回転体に対する前記下部回転体の基準軸回りの回転角度を取得する制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る作業機械の回転角度検出装置によれば、土砂等の影響を受けにくく、本体部に対する移動部の回転角度をより正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】回転角度検出装置３０を備える作業機械１の側面図である。

【図2】作業機械１の平面視における概念図である。

【図3】回転角度検出装置３０の構成を示すブロック図である。

【図4】反射体３１の構成例を示す図である。

【図5】記憶部３４に記憶される距離Ｄｓと回転角度θとを対応付けたデータの一例を示す図である。

【図6】（Ａ）～（Ｄ）は、移動部２０の回転角度θを説明する概念図である。

【図7】（Ａ）～（Ｄ）は、距離測定センサ３２と反射体３１との間の距離の変化を説明する概念図である。

【図8】回転角度検出装置３０で実行される回転角度検出処理の手順を示すフローチャートである。

【図9】反射体３１の側面部１３１のクロソイド曲線形状を多角形で構成した場合の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の一態様に係る作業機械の回転角度検出装置の実施形態について説明する。本明細書に添付した図面は、いずれも模式図又は概念図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。

【0011】

本明細書等においては、図１及び図２に示す作業機械１の前後方向をＸ（Ｘ１－Ｘ２）方向、左右方向をＹ（Ｙ１－Ｙ２）方向、上下方向となる高さ方向をＺ（Ｚ１－Ｚ２）方向として説明する。なお、作業機械１は、様々な方向に進行可能であるが、実施形態では、図１に示すキャビン１１の正面方向（操縦者から見て正面方向）を前方向Ｘ１として説明する。キャビン１１を記載していない図においては、キャビン１１の正面方向を矢印マークで示す。また、本明細書においては、「方向」を適宜に「側」ともいう。

【0012】

図１は、回転角度検出装置３０を備える作業機械１の側面図である。図２は、作業機械１の平面視における概念図である。図２では、本体部１０及び移動部２０の各部を適宜に簡略化又は省略している。図３は、回転角度検出装置３０の構成を示すブロック図である。図４は、記憶部３４に記憶される距離Ｄｓと回転角度θとを対応付けたデータの一例を示す図である。

【0013】

図１に示す作業機械１は、例えば、バックホウ、パワーショベル等の建設現場で使用される重機である。後述するように、作業機械１は、回転角度検出装置３０を設けることを想定していない既存の作業機械である。作業機械１は、操縦者が搭乗することにより手動運転できるが、本実施形態では、作業機械１に操縦者が搭乗することなく遠隔操作や自動運転される場合について説明する。作業機械１は、本体部１０、移動部２０及び回転角度検出装置３０（図３参照）を備える。

【0014】

本体部１０は、作業アーム１２（後述）を動作させるための装置を有する筐体であり、移動部２０の上側Ｚ１に配置される。本体部１０は、キャビン１１、作業アーム１２、機構部１３、本体ベース１４、上部回転体１５等を備える。キャビン１１は、手動運転時に操縦者が搭乗する筐体である。キャビン１１には、左右の動輪（後述）の回転を独立して制御する走行レバーのほか、走行レバーを遠隔操作するための遠隔操縦装置（いずれも不図示）等が設けられる。また、キャビン１１には、回転角度検出装置３０の記憶部３４、制御部３５、通信部３６（後述）を一体化したコントロールボックス１３０が設けられる。

【0015】

作業アーム１２は、本体部１０に基端側が支持される構造体である。作業アーム１２は、アーム本体、油圧シリンダ、油圧ホース、バケット等（符号を省略）を有する。機構部１３は、移動部２０や作業アーム１２に油圧動力を供給する油圧装置のほか、作業アーム１２と釣り合いを取るためのカウンタウエイト等（いずれも不図示）を備える。キャビン１１、作業アーム１２、機構部１３は、本体ベース１４の上に設けられる。本体ベース１４は、上述したキャビン１１等を支持する構造体である。本体部１０は、本体ベース１４の下側Ｚ２に上部回転体１５を備える。上部回転体１５は、本体部１０と共に回転する部材であり、基準軸ＯＡ（後述）回りに回転可能に構成されている。図１及び図２に示すように、本体部１０は、本体ベース１４の下側Ｚ２において、上部回転体１５と離間した位置に距離測定センサ３２を備える。また、図１及び図２に示すように、本体部１０は、一対のＧＰＳ受信機３３を備える。距離測定センサ３２、ＧＰＳ受信機３３については、後述する。

【0016】

移動部２０は、本体部１０を移動させるための機構を備える構造体である。移動部２０は、本体部１０の下側Ｚ２に設けられる。図１に示すように、移動部２０は、クローラ２１、走行ベース２２、下部回転体２５等を備える。クローラ２１は、左右独立して制御される走行装置である。図２に示すように、クローラ２１は、作業機械１の左右方向Ｙの両側にそれぞれ設けられる。図１に示すように、クローラ２１は、動輪２３、走行ベルト２４を備える。動輪２３は、機構部１３から供給される油圧動力により駆動される車輪である。一対の動輪２３は、前後方向Ｘの両端にそれぞれ設けられる。走行ベルト２４は、動輪２３により駆動される無端状のベルト部材である。走行ベルト２４は、一対の動輪２３の間に架け渡されている。左右一対のクローラ２１は、走行ベース２２に支持されている。

【0017】

走行ベース２２は、クローラ２１、下部回転体２５（後述）を支持する構造体である。下部回転体２５は、上部回転体１５に対して基準軸ＯＡ回りに回転可能に連結された部材である。下部回転体２５及び前述の上部回転体１５は、鉄鋼材料（例えば、鋳鉄、炭素鋼等）により構成されている。基準軸ＯＡは、上部回転体１５と下部回転体２５の共通の回転中心となる軸である。「基準軸ＯＡ回りに回転可能」とは、基準軸ＯＡを中心に時計回り、反時計回りに回転可能なことをいう。本体部１０と移動部２０は、上部回転体１５と下部回転体２５において、互いに独立して無限回転可能に構成されている。図２において、「ＣＬ１」は、本体部１０の基準軸ＯＡを通る中心線である。同じく「ＣＬ２」は、移動部２０の基準軸ＯＡを通る中心線である。図２に示す作業機械１において、本体部１０の中心線ＣＬ１と、移動部２０の中心線ＣＬ２は、重なり合った状態となる。

【0018】

図１及び図２に示すように、下部回転体２５の外周部分には、反射体３１が装着されている。反射体３１は、下部回転体２５と共に基準軸ＯＡ回りに回転可能な部材である。反射体３１は、距離測定センサ３２と対向するように離間して設けられている。反射体３１は、下部回転体２５の外周部分に後付けで装着できる。すなわち、反射体３１は、回転角度検出装置３０を設けることを想定していない既存の作業機械１に装着できる。反射体３１（側面部１３１）については、後述する。

【0019】

図３に示すように、回転角度検出装置３０は、反射体３１、距離測定センサ３２、ＧＰＳ受信機３３、記憶部３４、制御部３５及び通信部３６を備える。前述したように、反射体３１は、移動部２０の下部回転体２５に設けられる（図２参照）。距離測定センサ３２、ＧＰＳ受信機３３は、本体部１０に設けられる（図１参照）。また、記憶部３４、制御部３５及び通信部３６は、図１に示すように、コントロールボックス１３０に一体化され、本体部１０のキャビン１１に設けられる。

【0020】

図２に示すように、反射体３１は、側面部１３１を有する。側面部１３１は、反射体３１が基準軸ＯＡ回りに１回転する間に、距離測定センサ３２との間の距離が連続的に変化する。本実施形態の反射体３１において、側面部１３１は、基準軸ＯＡ回りに１回転する間に曲率が一定の割合で変化するクロソイド曲線形状を有する。すなわち、側面部１３１は、基準軸ＯＡ回りに１回転する間に、距離測定センサ３２との間の距離が連続的に変化し、距離測定センサ３２との間の距離が異なる位置で同じになることはない。

【0021】

反射体３１の側面部１３１は、距離測定センサ３２（後述）の測定方式により、光反射率を高くしてもよいし、高くしなくてもよい。反射体３１の側面部１３１の光反射率を高くする場合、例えば、側面部１３１に反射テープを装着することにより光反射率を高くできる。反射体３１に適用可能な反射テープ又は反射テープの基材として、例えば、レトロリフレクティブシート、メタライズドポリエステルフィルム、光学フィルム、アルミニウム箔、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）シート等が挙げられる。また、反射体３１の側面部１３１の光反射率を高くしない場合、反射体３１の外表面に黒色等の塗料を塗布してもよいし、側面部１３１を構成する部材（例えば、後述の金属板）の生地色のままとしてもよい。

【0022】

ここで、本実施形態における反射体３１の構成について説明する。図４は、反射体３１の構成を示す図である。図４に示す反射体３１は、マグネットベルト３３１、サポート材３３２及び反射部３３３を備える。マグネットベルト３３１は、ゴム、樹脂等に粉末状の磁性材料（フェライト等）を混入させた帯状の部材である。マグネットベルト３３１は、磁力を有するため、そのまま下部回転体２５に装着できる。マグネットベルト３３１の磁力は、作業機械１の動作中に、下部回転体２５から外れたり、位置がずれたりしない程度に設定される。なお、マグネットベルト３３１の代わりに、磁性材料を含まないゴム又は樹脂のベルトを用いてもよい。その場合、ベルトを下部回転体２５に接着剤等により取り付けることができる。

【0023】

サポート材３３２は、反射部３３３を支持する部材である。サポート材３３２は、マグネットベルト３３１上に、間隔を空けて配置されている。サポート材３３２は、マグネットベルト３３１上に配置される位置により高さが異なる。図４に示す起点１３１ａから時計回りで徐々に高さが小さくなるように形成されている。各サポート材３３２の高さは、反射体３１を下部回転体２５に装着した状態で、頂部を結ぶ仮想線がクロソイド曲線形状なるように設定される。サポート材３３２としては、例えば、ゴム、樹脂等を用いることができる。各サポート材３３２は、例えば、接着剤によりマグネットベルト３３１に取り付けることができる。反射部３３３は、反射体３１の側面部１３１を構成する細長い帯状の部材である。反射部３３３としては、例えば、金属板、樹脂板等を用いることができる。反射部３３３は、例えば、接着剤によりサポート材３３２に取り付けることができる。前述したように、側面部１３１の光反射率を高くする場合、反射部３３３の外周表面に前述の反射テープ等を貼り付けてもよい。また、側面部１３１の光反射率を高くしない場合、反射体３１の外表面に黒色等の塗料を塗布してもよいし、側面部１３１を構成する部材の生地色のままとしてもよい。

【0024】

上記のように構成された反射体３１は、下部回転体２５への取り付け部分（マグネットベルト３３１）に磁力を有するため、接着剤等を用いることなしに、下部回転体２５に取り付けることができる。なお、下部回転体２５に取り付けた反射体３１の位置が適切でない場合、反射体３１（マグネットベルト３３１）を下部回転体２５から簡単に引き剥がすことができる。そのため、反射体３１の位置を修正して、下部回転体２５に再度取り付ける作業を容易に行うことができる。また、下部回転体２５に反射体３１を取り付けた状態において、反射体３１と距離測定センサ３２との間は離間しており、作業機械１の動作中に接触することがない。そのため、マグネットベルト３３１の磁力を適切に設定することにより、作業機械１の動作中に、反射体３１が下部回転体２５から外れたり、位置がずれたりすることを抑制できる。

【0025】

図３に戻り、距離測定センサ３２は、反射体３１の側面部（測定対象物）１３１までの距離を測定する光学測定装置である。本実施形態の距離測定センサは、レーザ距離センサである。距離測定センサで測定された側面部１３１までの距離（以下、「距離Ｄｓ」ともいう）は、制御部３５に送信される。

【0026】

ＧＰＳ受信機３３は、ＧＰＳ衛星から送信される電波（衛星信号）を受信し、３次元位相等の計算方法により位置情報を取得する機器（位置情報取得装置）である。一対のＧＰＳ受信機３３で取得されたそれぞれの位置情報は、制御部３５に送信される。図２に示すように、一対のＧＰＳ受信機３３は、本体部１０の中心線ＣＬ１を間に挟んで所定位置に等間隔で配置されている。本体部１０（キャビン１１）と一対のＧＰＳ受信機３３との位置関係は固定されているため、制御部３５（後述）において、２つのＧＰＳ受信機３３のそれぞれの位置で取得された位置情報に基づいて、中心線ＣＬ１を基準とする本体部１０の正面方向を算出できる。

【0027】

なお、位置情報を取得するための位置情報取得装置は、上述したＧＰＳ受信機に限定されない。位置情報取得装置として、例えば、固定ＬｉＤＡＲ（光学式レーダ）、無線ビーコン、測量機器（トータルステーション）等を用いることができる。特に、作業機械１を屋内（工場、倉庫等の建物内）で使用する場合、ＧＰＳの電波が届きにくく、位置情報の取得が難しい。そのため、位置情報取得装置として、ＧＰＳの電波に依存しない固定ＬｉＤＡＲ等を用いることにより、本体部１０の位置情報をより適切に取得できる。

【0028】

記憶部３４は、図４に示すように、反射体３１が基準軸ＯＡ回りに１回転する間の距離測定センサ３２から側面部１３１までの距離Ｄと、上部回転体１５（本体部１０）に対する下部回転体２５（移動部２０）の基準軸ＯＡ回りの回転角度θとを対応付けたデータを記憶する記憶装置である。なお、図４に示す距離Ｄと回転角度θの数値は一例であり、図４に記載した数値に限定されない。例えば、距離Ｄの範囲は、距離測定センサ３２の精度にもよるが、１００～２００ｍｍ程度であってもよい。

【0029】

図３に戻り、通信部３６は、遠隔操作や自動運転のシステム装置（不図示）との間で無線通信によりデータの送受信を行う通信インターフェースである。
制御部３５は、距離測定センサ３２から取得した距離Ｄｓ、記憶部３４に記載されたデータ、ＧＰＳ受信機３３から取得した位置情報等に基づいて、後述する回転角度検出装置３０の動作を制御する制御ユニットであり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ等を含むマイクロプロセッサにより構成される。なお、制御部３５の機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェアのみで実現されてもよい。

【0030】

制御部３５は、距離測定センサ３２から取得した距離Ｄｓと、記憶部３４に記憶されたデータ（図４参照）とに基づいて、本体部１０に対する移動部２０の基準軸ＯＡ回りの回転角度θ（以下、「移動部２０の回転角度θ」ともいう）を取得する。具体的には、制御部３５は、記憶部３４に記憶されたデータの中から、距離Ｄｓに対応する距離Ｄを検索し、その距離Ｄに対応付けられた回転角度θを取得する。なお、距離測定センサ３２から取得した距離Ｄｓが１．０ｍｍ未満の数値を含む場合、端数処理により距離Ｄｓの近似値を求めてもよい。例えば、測定された距離Ｄｓが５１．３ｍｍであれば、小数点以下の数値を四捨五入して得た５１．０ｍｍを距離Ｄｓとしてもよい。

【0031】

制御部３５は、ＧＰＳ受信機で受信した位置情報に基づいて、作業機械１の位置及び正面方向を算出する。また、制御部３５は、算出した作業機械１（本体部１０）の正面方向と本体部１０に対する移動部２０の回転角度θとに基づいて、移動部２０の向き（中心線ＣＬ２の向き）を算出する。制御部３５は、本体部１０に対する移動部２０の回転角度θ、作業機械１の位置及び正面方向に関する情報、移動部２０の向きに関する情報を、通信部３６を介して遠隔操作や自動運転のシステム装置（不図示）に送信する。遠隔操作のシステム装置において、上記情報に基づいて作業機械１の位置、姿勢（本体部１０及び移動部２０の向き）等をモニタ上にグラフィック表示することにより、遠隔操作のオペレータは、作業機械１の進行方向や本体部１０及び移動部２０の回転角度等をリアルタイムに把握できる。また、自動運転のシステム装置において、上記情報に基づいて作業機械１の進行方向や本体部１０及び移動部２０の回転角度等を制御することにより、作業機械１を目的位置により正確に誘導できる。

【0032】

次に、本体部１０に対して移動部２０が基準軸ＯＡ回りに回転したときの距離測定センサ３２と反射体３１（側面部１３１）との間の距離の変化について説明する。図６（Ａ）～（Ｄ）は、移動部２０の回転角度θを説明する概念図である。図６（Ａ）～（Ｄ）は、本体部１０に対して移動部２０が反時計回りに回転した様子を９０°毎に示している。図７（Ａ）～（Ｄ）は、距離測定センサ３２と反射体３１との間の距離の変化を説明する概念図である。図７（Ａ）～（Ｄ）は、図６（Ａ）～（Ｄ）に対応する図であって、本体部１０に対して移動部２０が反時計回りに回転したときの様子を示している。すなわち、図７（Ａ）～（Ｄ）は、上部回転体１５に対して反射体３１（下部回転体２５）が反時計回りに回転したときの距離測定センサ３２との間の距離の変化を９０°毎に示している。以下の説明においては、図７（Ａ）に示すように、反射体３１の側面部１３１の起点１３１ａが距離測定センサ３２の測定面（中心）３２ａと対向する位置を基準位置とする。

【0033】

図６（Ａ）に示すように、作業機械１において、本体部１０の中心線ＣＬ１と移動部２０の中心線ＣＬ２とが重なり合っている場合、すなわち、本体部１０に対して移動部２０が回転していない場合、図７（Ａ）に示すように、反射体３１の起点１３１ａは、距離測定センサ３２の測定面３２ａと対向する位置（基準位置）にある。基準位置において、距離測定センサ３２との間の距離Ｄｓ（Ｄｓ０）は最小となる。制御部３５は、距離測定センサ３２で取得された距離Ｄｓ０（本例では５０ｍｍ）と、記憶部３４に記憶されたデータ（図４参照）とに基づいて、反射体３１の回転角度θ（０°）を取得する。

【0034】

図６（Ｂ）に示すように、作業機械１において、本体部１０に対して移動部２０が反時計方向に９０°回転した場合、図７（Ｂ）に示すように、反射体３１と距離測定センサ３２との間の距離Ｄｓ（Ｄｓ１）は、回転角度０°のときの距離Ｄｓ０より長くなる。制御部３５は、距離測定センサ３２で取得された距離Ｄｓ１（本例では６２．５ｍｍ）と、記憶部３４に記憶されたデータとに基づいて、反射体３１の回転角度θ（９０°）を取得する。

【0035】

図６（Ｃ）に示すように、作業機械１において、本体部１０に対して移動部２０が反時計方向に１８０°回転した場合、図７（Ｃ）に示すように、反射体３１と距離測定センサ３２との間の距離Ｄｓ（Ｄｓ２）は、回転角度９０°のときの距離Ｄｓ１より長くなる。制御部３５は、距離測定センサ３２で取得された距離Ｄｓ２（本例では７５．０ｍｍ）と、記憶部３４に記憶されたデータとに基づいて、反射体３１の回転角度θ（１８０°）を取得する。

【0036】

図６（Ｄ）に示すように、作業機械１において、本体部１０に対して移動部２０が反時計方向に２７０°回転した場合、図７（Ｄ）に示すように、反射体３１と距離測定センサ３２との間の距離Ｄｓ（Ｄｓ３）は、回転角度１８０°のときの距離Ｄｓ２より長くなる。制御部３５は、距離測定センサ３２で取得された距離Ｄｓ３（本例では８７．５ｍｍ）と、記憶部３４に記憶されたデータとに基づいて、反射体３１の回転角度θ（２７０°）を取得する。

【0037】

図６（Ｄ）に示す状態から、移動部２０が反時計方向に更に９０°回転した場合、すなわち、本体部１０に対して移動部２０が反時計方向に３６０°回転した場合、再び図７（Ａ）に示すように、反射体３１の起点１３１ａは、距離測定センサ３２の測定面３２ａと対向する基準位置に戻る。これにより、距離測定センサ３２との間の距離Ｄｓ（Ｄｓ０）は再び最小となるため、制御部３５は、距離測定センサ３２で取得された距離Ｄｓ０（本例では５０ｍｍ）と、記憶部３４に記憶されたデータとに基づいて、反射体３１の回転角度θ（０°）を取得する。

【0038】

なお、図６（Ａ）～（Ｄ）及び図７（Ａ）～（Ｄ）では、本体部１０に対して移動部２０が反時計回りに回転する場合の例を示しているが、本体部１０に対して移動部２０が時計回りに回転した場合も同様であり、距離測定センサ３２との間の距離Ｄｓに応じて移動部２０の回転角度θを検出できる。また、本体部１０に対する移動部２０の回転角度は、０°（３６０°）、９０°、１８０°、２７０°を例として挙げたが、これに限らず、どのような回転角度であってもよい。

【0039】

次に、上述した回転角度検出装置３０で実行される回転角度検出の処理内容について、図８を参照しながら説明する。図８は、回転角度検出装置３０で実行される回転角度検出処理の手順を示すフローチャートである。図８に示す回転角度検出処理は、作業機械１の稼働中において、例えば、数十ｍｓ～１００ｍｓ程度の間隔で繰り返し実行される。

【0040】

図８に示すステップＳ１０１において、制御部３５は、距離測定センサ３２から距離Ｄｓを取得する。
ステップＳ１０２において、制御部３５は、記憶部３４に記憶されているデータ（図４参照）の中から、測定された距離Ｄｓに対応する距離Ｄを検索する。なお、前述したように、距離Ｄｓが１．０ｍｍ未満の数値を含む場合、端数処理により距離Ｄｓの近似値を求めてもよい。

【0041】

ステップＳ１０３において、制御部３５は、検索した距離Ｄと、記憶部３４に記憶されているデータとに基づいて、本体部１０に対する移動部２０の基準軸ＯＡ回りの回転角度θを取得する。
ステップＳ１０４において、制御部３５は、取得した回転角度θを含むデータを、通信部３６を介して遠隔操作や自動運転のシステム装置に送信する。ステップＳ１０４において、データの送信が終了すると、本フローチャートの処理は終了する（ステップＳ１０１へリターンする）。なお、図８に示すフローチャートの処理は一例であり、他の処理が含まれてもよい。

【0042】

上述した本実施形態の回転角度検出装置３０によれば、例えば、以下のような効果を奏する。
回転角度検出装置３０は、上部回転体１５と共に回転可能な距離測定センサ３２と、距離測定センサ３２とは離間して設けられ、下部回転体２５と共に回転可能であり、１回転する間に距離測定センサ３２との距離が変化する側面部１３１を有する反射体３１と、を備える。本構成によれば、距離測定センサ３２と反射体３１との間は離間しているため、両者の間に土砂等が詰まりにくく、土砂等の付着による位置ずれも生じにくい。したがって、本実施形態の回転角度検出装置３０は、下部回転体の外周に装着したベルトの回転をエンコーダで検出する構成に比べて土砂等の影響を受けにくく、検出精度の低下を抑制できる。

【0043】

また、回転角度検出装置３０は、距離測定センサ３２との間の距離と移動部２０の回転角度とを対応付けたデータを記憶する記憶部３４と、距離測定センサ３２で測定された距離と記憶部３４に記憶されているデータとに基づいて、距離に対応付けられた移動部２０の回転角度を取得する制御部３５と、を備える。本構成によれば、距離測定センサ３２で測定された反射体３１までの距離と移動部２０の回転角度とを対応付けたデータを用いて移動部２０の回転角度を取得するため、エンコーダのように回転による位置の変化を電気信号に変換して移動部の回転角度を算出する方式に比べて、土砂等の付着や振動による誤差の発生を抑制できる。したがって、本実施形態の回転角度検出装置３０によれば、土砂等の影響を受けにくく、本体部１０に対する移動部２０の回転角度をより正確に検出できる。

【0044】

回転角度検出装置３０において、反射体３１の側面部１３１は、基準軸ＯＡ回りに１回転する間に曲率が一定の割合で変化するクロソイド曲線形状を有する。本構成によれば、本体部１０に対して移動部２０が基準軸ＯＡ回りに３６０°回転する間、反射体３１と距離測定センサ３２との間の距離は連続的に変化し、１回転中に同じ距離が測定されることはない。そのため、本体部１０に対する移動部２０の回転角度θを、より正確に検出できる。

【0045】

回転角度検出装置３０において、反射体３１は、下部回転体２５の外周部分に設けられるため、既存の作業機械に後付けで装着することが容易であり、振動による位置ずれも生じにくい。
回転角度検出装置３０において、距離測定センサ３２は、レーザ距離センサであるため、反射体３１（側面部１３１）との間の距離を、より正確に測定できある。また、距離測定センサ３２は、上部回転体１５（本体部１０）に設けられるため、電力の供給も容易となる。

【0046】

回転角度検出装置３０は、ＧＰＳ受信機３３を備えるため、ＧＰＳ受信機で受信した位置情報に基づいて、作業機械１の位置及び正面方向を算出することにより、本体部１０に対する移動部２０の回転角度θだけでなく、作業機械１の位置及び正面方向に関する情報を遠隔操作や自動運転のシステム装置（不図示）に送信できる。これにより、遠隔操作のシステム装置においては、上記情報に基づいて作業機械１の位置、姿勢（本体部１０及び移動部２０の向き）等をモニタ上にグラフィック表示することにより、遠隔操作のオペレータは、作業機械１の進行方向や本体部１０及び移動部２０の回転角度等をリアルタイムに把握できる。また、自動運転のシステム装置においては、上記情報に基づいて作業機械１の進行方向や本体部１０及び移動部２０の回転角度等を制御することにより、作業機械１を目的位置により正確に誘導できる。

【0047】

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本開示の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本開示から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

【0048】

（変形形態）
実施形態では、回転角度検出装置３０の記憶部３４、制御部３５及び通信部３６をコントロールボックス１３０に一体化して、本体部１０のキャビン１１に設ける例について説明したが、これに限定されない。記憶部３４、制御部３５及び通信部３６の少なくとも１つ又はすべてを、遠隔操作や自動運転のシステム装置に設けてもよい。記憶部３４、制御部３５及び通信部３６を作業機械１と離間した位置に設けた場合、無線通信によりデータの送受信を行うことができる。

【0049】

実施形態では、距離測定センサ３２としてレーザ距離センサを用いた例について説明したが、距離測定センサ３２は、反射体３１（側面部１３１）との間の距離を測定できれば、どのような方式のセンサを用いてもよい。例えば、距離測定センサ３２として超音波センサ、ＬＥＤセンサ、赤外線センサ、深度センサ（ＴＯＦ）、磁力センサ等を用いてもよい。距離測定センサ３２として使用可能なセンサは、作業機械１の用途や使用環境等により選択すればよい。

【0050】

実施形態では、反射体３１の側面部１３１をクロソイド曲線形状とした例について説明したが、これに限定されない。側面部１３１は、基準軸ＯＡ回りに１回転する間に、距離測定センサ３２との間の距離が連続又は不連続に変化する形状であれば、どのような形状であってもよい。図９は、反射体３１の側面部１３１のクロソイド曲線形状を多角形で構成した場合の概念図である。図９に示すように、側面部１３１のクロソイド曲線形状を、複数の直線部分１３１ｂからなる多角形とすることにより、基準軸ＯＡ回りに１回転する間に、距離測定センサ３２との間の距離が不連続に変化する形状とすることができる。なお、このような多角形の構成は、クロソイド曲線に限らず、例えば、渦巻き曲線等にも適用できる。

【0051】

実施形態では、作業機械の例として、バックホウ、パワーショベル等の自走式の重機を例として説明したが、これに限定されない。作業機械は、例えば、レール、ベルトコンベア等の移動体に下部が固定された状態で移動し、上部のみが回転する構造を有するものであってもよい。また、作業機械は、建設現場での作業に限らず、各種の現場において「監視」、「撮影」、「物品の搬送」等を行うものであってもよい。

【符号の説明】

【0052】

１ 作業機械
１０ 本体部
１５ 上部回転体
２０ 移動部
２５ 下部回転体
３０ 回転角度検出装置
３１ 反射体
１３１ 側面部
３２ 距離測定センサ
３３ ＧＰＳ受信機
３４ 記憶部
３５ 制御部
３６ 通信部
１３１ 側面部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】