土工作業機械の進行方向を制御する方法及び装置
【目的】土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する方法及び装置を提供する。
【構成】方法及び装置は、機械の所望のヘッディングを求めること、機械の実際のヘッディングを求めること、所望のヘッディングの関数としての機械がたどる直線通路を求めること、実際のヘッディングの所望のヘッディングからの変位置を求めること、変位置の関数として作業具の所望のチルト角を求めること、及び作業具のチルト角を所望のチルト角に制御しこれに応答して機械を直線通路上に操舵することを含んでいる。
【構成】方法及び装置は、機械の所望のヘッディングを求めること、機械の実際のヘッディングを求めること、所望のヘッディングの関数としての機械がたどる直線通路を求めること、実際のヘッディングの所望のヘッディングからの変位置を求めること、変位置の関数として作業具の所望のチルト角を求めること、及び作業具のチルト角を所望のチルト角に制御しこれに応答して機械を直線通路上に操舵することを含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には土工作業機械の進行方向を制御する方法及び装置に関し、より詳細には、土工作業機械の動作を所望の直線方向に維持するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
履帯式トラクタのような土工作業機械は、排土または整地工程の一部として土壌をある距離にわたって押送したり運んだりするのに使用される。一般に、土工作業機械を開始地点から所望の目的地点まで比較的直線的に動かすことが望まれる。しかし、巨岩や異なった土壌タイプ、例えば粘土、砂等のような押送される土壌の特質によって、機械のブレードに不均等な力が働く。これらの不均等な力は機械を所望の直線とは違った方向に押し、土工作業機械を所望の進行方向から変位置させがちである。加えて、土工作業機械の片方の履帯がスリップすることによって機械が所望の進行方向から変位置することがある。
【０００３】
米国特許第５，４８７，４２８号において、ヤマモト他は、ブルドーザが所望の直線進行方向から変位置させられる力を受けることによって、ブルドーザのヨーが変化したことを測定し、その測定に応じてブルドーザの操舵を制御するように、ブルドーザのブレードを傾斜させるシステムを開示している。しかし、機械のヨーは所望の進行方向を示さず、したがってオペレータは操舵の補償が行われた後に、新しい所望の直線を決定しなければならない。ブルドーザが所望の直線通路を確実に動き続けるようにする責任は、依然として機械のオペレータの役割とされる。加えて、ヨーが検出されるまでに、機械は既に所望のコースから相当程度外れて移動していることもある。機械の所望の直線通路をより敏速な応答方式で、かつオペレータの積極的な介入を必要とせずに維持することが望ましい。
【０００４】
多くの努力が、土工作業機械の多様な機能を自動化または半自動化する方向へ進められてきた。例えば、米国特許第５，５６０，４３１号において、ストラットン（Ｓｔｒａｔｔｏｎ）は、機械によってなされる仕事を最適化するために、運搬される土壌の中へ入れる土工作業機械のブレードの深さを制御するシステムを開示している。地上速度、履帯のスリップ、地面の傾斜、角度割合、及びブレードの先端位置等のパラメータを監視し、次いでブレードの最適な高さを求め、その高さにする。ストラットンによって開示された発明は、最適機械性能と信じられるものを得るためにブレードを上げ下げし続ける責任からオペレータを解放する。しかし、オペレータは、依然として機械の直線的な所望の進行通路を監視し、機械によって押送される土壌が所望の目的地点へ向かうように絶え間ない操舵調整をしなければならない。機械の直線操舵を自動化機能にし、かつストラットンによって開示されたようなブレード負荷最適化システムと共に機能させることができるシステムは、効率的な自動化または半自動化された土工作業機械を目指す好ましい付加システムであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記で説明したような問題を１つあるいはそれ以上克服することを目指している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１態様において、土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する方法が開示される。本方法は、作業現場の座標において、前記機械がたどるべき所望の直線通路を定めること、該直線通路に沿って機械を進行させるために必要な、機械の所望のヘッディングを求めること、機械位置判定システムを使用して機械の実際のヘッディングを求めること、所望のヘッディングからの実際のヘッディングの変位値を求めること、該変位値に基づいて、機械を所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を該直線経路に復帰させるために必要な作業具の所望のチルト角を求めること、作業具のチルト角を所望のチルト角に制御し、これによって直線通路からの機械の変位を修正し、座標における直線通路上を機械が進行するように該機械を操舵する、諸段階を含んでいる。
本発明の方法は、さらに、前記土工作業機械の横揺れ角を求めることと、該横揺れ角に基づいて作業具の所望のチルト角を制限し、該作業具のチルト角を所望のチルト角に制御する段階を含むことができる。
【０００７】
本発明の別の態様において、土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する装置が開示される。該装置は、土工作業機械に取り付けられた機械位置判定システムと、該機械位置判定システムから土工作業機械の位置及びヘッディングに関する情報を含む機械位置情報を受け取り、この機械位置情報の関数として作業現場の位置座標における機械のたどる直線通路を求め、機械の実際のヘッディングと該機械が該直線通路をたどるために必要な所望のヘッディングとの間の変位値を求め、該機械を該所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を直線経路に復帰させるために必要な作業具の所望のチルト角を上記の変位値の関数として求めるための、土工作業機械に取り付けられたヘッディングコントローラと、該ヘッディングコントローラから所望のチルト角を受け取り、これに応答して作業具のチルト角を該所望のチルト角に制御するための、土工作業機械に取り付けられたチルトコントローラとを備える。
【０００８】
本発明の装置は、さらに、左の傾斜シリンダに取り付けられた左の傾斜シリンダ圧力センサと、土工作業機械の横揺れ角を求める横揺れ角シリンダ圧力センサを含み、ヘッディングコントローラが、該横揺れ角に基づいて所望のチルト角信号を制限するように構成することができる。また、チルトコントローラが、所望のチルト角信号の受信に応じて作業具のチルト角を制御するように構成することもできる。さらに、チルトコントローラは、その出力信号を所定の範囲に制限するする構成にすることもできる。
【発明の効果】
【０００９】
上記により、本発明は上記した課題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を使用するのに適した土工作業機械の概略図である。
【図２】本発明の実施形態を示すブロック線図である。
【図３】本発明の実施形態を示す制御ループ線図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す制御ループ線図である。
【図５】本発明の形態を示す流れ図である。
【図６】本発明の別の形態を示す流れ図である。
【図７】本発明の適用例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面、特許請求の範囲及び明細書に示すように、本発明は、土工作業具１０４を有する土工作業機械１０２の進行方向を制御する方法及び装置１００である。
特に図１を参照すれば、土工作業機械１０２は履帯式トラクタとして示されている。履帯式トラクタは土壌掘削運搬ブレードの形で土工作業具１０４を備えている。ブレードを備えた履帯式トラクタは通常開始地点から目的地点まで土壌を掘削して押送するのに使用される。
しかし、同様なまたは他のタイプの土工作業具１０４を備えた他のタイプの土工作業機械１０２にも、本発明は使用できることが解る。例えば、ブレードを備えたモータグレーダ、バケットを備えたローダ、及び農作業具を備えた農業機械に、本発明を用いることができる。
【００１２】
典型的には、土工作業機械１０２は、機械１０２及び作業対象の土壌に対する土工作業具１０４の相対的位置を制御する。例えば、図１の機械１０２は、油圧シリンダを使用して作業具１０４の位置を制御する。図１は、作業具１０４を上げ下げするのに使用される作業具リフトシリンダ１０６を示す。典型的には、図１に示されたタイプの機械１０２は、１つ以上のリフトシリンダ１０６、例えば作業具１０４の左端及び右端に対して間隔を空けた位置に取り付けられた２つのリフトシリンダ１０６、を備えている。作業具傾斜シリンダ１０８は、土工作業具１０４を傾斜するのに使用される。典型的には、図１に示されたタイプの機械１０２は、１つ以上の傾斜シリンダ１０８、例えば作業具１０４の左端及び右端に対して間隔を空けた位置に取り付けられた２つの傾斜シリンダ１０８、を備えている。作業具リフトシリンダ１０６は作業具１０４を上げるように構成され、作業具傾斜シリンダ１０８は作業具１０４の左端または右端の一方を傾斜するように、すなわち作業具１０４の一端を作業具１０４の他端に対し相対的に上げるかまたは下げるように構成されている。
図１に示したシリンダ構成は、本発明において使用することが可能な１つの構成を示している。他のタイプの作業具制御配置も本発明の精神を変位置することなく用いることができる。
【００１３】
次ぎに図２には、本発明の好ましい実施形態を図示するブロック線図が示されている。機械１０２に取り付けられる制御システム２０２は、本発明に関連した機械１０２の操作を制御するようになっている。制御システム２０２は、ヘッディングコントローラ２０４及びチルトコントローラ２０６を備えているものとして示されている。１実施形態においては、ヘッディングコントローラ２０４とチルトコントローラ２０６とは、互いに情報を交換し合う独立したコントローラである。しかし、ヘッディングコントローラ２０４とチルトコントローラ２０６とは、ヘッディングコントローラ２０４及びチルトコントローラ２０６の独立した仕事を実行するようにされている１つのコントローラの部分であっても良い。
【００１４】
機械１０２上に取り付けられた機械位置決めシステム２０８は、位置座標において機械１０２の位置及びヘッディングを求めるようになっている。好ましくは、機械位置決めシステム２０８は地球投影位置決定衛星（ＧＰＳ）システムである。しかし、他のタイプの位置決めシステム、例えばレーザプレーン、推測航法、及びシステムの組み合わせも同様に使用することができる。位置決めシステムの使用は当業界では公知であり、これ以上議論しない。
【００１５】
機械横揺れ角センサ２１０、すなわち機械１０２の水平基準面に対する相対的な横揺れ角を求めるセンサは、本発明を用いて任意選択的に使用しても良い。機械横揺れ角センサ２１０の使用は、以下でさらに詳しく説明する。
【００１６】
図１の例示的な作業具シリンダ配置に関連して、左右のシリンダ位置センサが図２に示されている。１実施形態において、左右のリフトシリンダ位置センサ２１２、２１４が作業具リフトシリンダ１０６の位置を求めるのに使用される。他の実施形態において、左右の傾斜シリンダ位置センサ２１６、２１８が作業具傾斜シリンダ１０８の位置を求めるのに使用される。
左右のシリンダ位置センサは、電磁、高周波、赤外線、リゾルバ、摺動ポテンショメータ等を含む多様なタイプのどれであっても良いが、これらに限られるわけではない。
以下にさらに詳細に論じられる本発明の他の実施形態において、左の傾斜シリンダ圧センサ２２０及び右の傾斜シリンダ圧センサ２２２を使用しても良い。左右の傾斜シリンダ圧センサ２２０、２２２は、ひずみゲージ、油圧圧力センサ等を含む、傾斜シリンダ１０８に加えられる力を求めるのに適した多様なタイプのセンサのどれであっても良い。
【００１７】
さて図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態を図示する制御ループ線図が示されている。２つの制御ループが示されている。第一の制御ループはヘッディングコントローラ２０４の制御操作を表している。この第一の制御ループから出たコマンド信号は、チルトコントローラ２０６の制御操作を表す第二の制御ループに伝達される。
所望のヘッディング及び実際のヘッディングがヘッディングコントローラ２０４に入力される。好ましくは、所望のヘッディングは、機械１０２の進行開始時にオペレータによって定められる。また、所望のヘッディングは、ある仕事をするようにとの命令を与えられ、それからそれに応答して作業を実行するのに必要な所望のヘッディングを求める遠隔制御または自動システムによって定めても良い。
【００１８】
好ましい実施形態において、実際のヘッディングは、周期的または連続的に働く機械位置決めシステム２０８によって求められる。
所望のヘッディングと実際のヘッディングとの間の誤差信号は、実際のヘッディング信号から出る好ましくないノイズ要素を濾過除去するようにしたフィルタ３０２に伝達される。例えば、機械位置決めシステム２０８から出る過渡信号及びノイズは、精確な誤差信号を維持するために濾過除去する必要がある。
【００１９】
濾過された誤差信号は、それからヘッディングコントローラ２０４に伝達される。１実施形態では、ヘッディングコントローラ２０４は制御ループ内でＰＩＤネットワーク３０４を使用する。ＰＩＤネットワーク３０４を使用する利点はＰＩＤネットワーク３０４の比例利得を変更することによって許容ヘッディング誤差を調整し得ることである。より大きな制御が必要な状況においては、より小さな許容ヘッディング誤差によって土工作業機械１０２を大きく制御することができる。しかし、より小さく制御することが必要であれば、大きな許容ヘッディング誤差をヘッディングコントローラ２０４によって必要とされる制御作用の大きさに減少させるようにすることができる。
【００２０】
他の実施形態において，ＰＩＤネットワーク３０４はファジー論理ネットワーク（図示せず）で代替しても良い。ファジー論理ネットワークはＰＩＤネットワークと同様な結果をもたらすが、制御作用は小さい。しかし、許容ヘッディング誤差を調整するようにファジー論理ネットワークを調節することは、より行うのが難しい。
本発明の精神を変位置することなく、ＰＩＤネットワーク３０４の代わりに他のタイプの制御ネットワークを使用することができる。ＰＩＤ及びファジー論理ネットワークは当業界では公知であり、これ以上議論する必要はあるまい。
【００２１】
傾斜リミッタ３０６は、土工作業具１０４の許容傾斜量を制限するために使用することができる。例えば、履帯式トラクタのブレードの傾斜を、ブレードに好ましくない負荷がかかるのを避けるために、僅か＋／−４．５度に制限することが望ましいことがある。
【００２２】
任意選択的に、土工作業機械１０２の横揺れの角度を求めるために、例えば、機械１０２は傾斜した表面上に位置する場合があるので、機械横揺れ角センサ２１０を使用する。機械１０２の横揺れ角は、次ぎに作業具１０４の許容傾斜量にさらに制限を加えるために使用することができる。例えば、もし機械１０２が傾斜した表面上にある場合、機械１０２が傾斜した表面上で過度に転換しないように、ブレード傾斜の許容量を減少することが望ましいことがある。
【００２３】
ヘッディングコントローラ２０４は、所望のチルト角コマンド信号を発信するようになっている。所望のチルト角コマンド信号は、チルトコントローラ２０６に伝達され、作業具１０４の実際のチルト角と比較される。
所望のチルト角と実際のチルト角との差、すなわちチルト角誤差信号が、チルトコントローラ２０６の制御ネットワーク、好ましくはＰＩＤネットワーク３０８に伝達される。しかし、他のタイプの制御ネットワーク、例えばファジー論理ネットワーク等も使用することができる。
チルトコントローラＰＩＤネットワーク３０８から出される出力信号は、傾斜システム３１２に、好ましくは電流リミッタ３１０を介して伝達される。電流リミッタは、過剰な電流が油圧傾斜システムの電動式油圧装置に印加されるのを防止する。例えば、電流リミッタ３１０によって、＋／−１アンペアを超えない電流のみが傾斜システム３１２へ伝達されることができる。
【００２４】
傾斜システム３１２は、土工作業具１０４の動作を制御するのに必要な油圧装置及び電動式油圧装置を含む。より詳細には、傾斜システム３１２は、作業具リフトシリンダ１０６及び作業具傾斜シリンダ１０８の操作を制御するようになっており、それらが順次、作業具１０４の動作を制御する。
左右のリフトシリンダ位置センサ２１２、２１４、及びそれらに代えて、左右の傾斜シリンダ位置センサ２１６、２１８が監視され、対象となるシリンダの動作の量を求める。好ましい実施形態において、左右のリフトシリンダ１０６が検出される。典型的には、リフトシリンダ１０６は他の目的のために既に、例えば電磁センサ技術を駆使したセンサ２１２、２１４を組み込んでいる。したがって、センサ２１２、２１４が既に機械１０２上に存在していることがあり、それで余分なセンサを付加する費用が節約される。加えて、作業具リフトシリンダ１０６に一般的に使用される形式のセンサは、比較的ノイズの干渉に強く、作業具傾斜シリンダ１０８用に機械１０２に付加されるセンサよりも信頼性があり故障が無い。
【００２５】
シリンダ位置をブレード傾斜位置情報に変換するために使用される変換器３１４は、作業具１０４の位置をシリンダ位置の関数として求めるために使用される。ブレード傾斜位置情報は、所望のチルト角と比較するためにチルトコントローラ２０６の入力へと返送される。
【００２６】
次ぎに図４には、本発明の他の実施形態が制御線図として表されている。この実施形態は、例えば機械位置決めシステム２０８が機械１０２の実際のヘッディングを求められない時に短期間、例えば十分な数のＧＰＳ衛星が利用できないような期間に、用いることができる。また、ヘッディング情報に基づいた制御システムの性能を高め補強するために別の実施形態を用いても良い。
【００２７】
Ｔ秒ごとの間隔で、左右の傾斜シリンダ圧２２０、２２２が求められる。これらの圧力は、例えば左右の傾斜シリンダ１０８に掛かる力を、例えば、ひずみゲージ、油圧センサ等のセンサを使用して検出することによって求めることができる。
左右の傾斜シリンダ圧２２０、２２２は、機械１０２が直線通路から変位置していることを示す力の差を求めるために比較器４０２によって互いに比較される。較差信号はヘッディングコントローラ２０４に伝達され、そこで作業具チルト角が図３に説明された制御システムによって制御される。
【００２８】
所望のチルト角コマンド信号は、シリンダを求めるために使用されるＴ秒より小さな時間間隔になるように選択されたｔ秒間隔でチルトコントローラ２０６に伝達される。このことは、圧力側定時の過渡信号を定常状態値に対応して平滑化することを可能にし、したがって、作業具１０４のチルト角の一層精確な制御を可能にする。例えば、時間間隔ｔは時間間隔Ｔのほぼ２分の１にすればよい。
【００２９】
次ぎに図５には、本発明の好ましい方法を図示する流れ図が示されている。
第１の制御ブロック５０２において、機械１０２の所望のヘッディングが求められる。所望のヘッディングは、機械１０２に搭乗するオペレータによって定めることができ、或いは、遠隔操作によって定めることもできるし、また当業界で公知の手段によって自動的に定めることもできる。
【００３０】
第２の制御ブロック５０４において、土工作業機械１０２の実際のヘッディングが求められる。好ましくは、実際のヘッディングは、ＧＰＳのような機械位置決めシステムを使用して求められる。しかし、実際のヘッディングは別に、上述したように左右の傾斜シリンダ１０８間の力の差を比較することによって求めることができる。
【００３１】
制御は次ぎに第３の制御ブロック５０６に進み、ここでは、機械１０２の直線通路が求められる。土壌掘削運搬用ブレードを備えた履帯式トラクタを使用した例では、土中に掘り進み、次いで運搬モードに切り替えて、土を開始地点から直線距離にある目的地点へブレードによって押送することが通常望ましい。
【００３２】
第４の制御ブロック５０８では、機械１０２の実際のヘッディングが所望のヘッディングと比較され、何らかの変位置があれば、その変位値が求められる。所望のヘッディングからの変位置は、機械１０２が前もって定められた直線通路から変位置し始めたときとして定義される。変位置は、例えばもし作業具１０４が大きな岩に遭遇したら生じるような不均等な力に遭遇すると生じる可能性がある。さらに、機械１０２は、もし機械１０２の左または右の履帯が、湿った、または砂地の地域等の土壌の特質の相違のために滑り始めると、所望のヘッディングから変位置する可能性がある。
【００３３】
第５の制御ブロック５１０では、ヘッディングコントローラ２０４が、所望のヘッディングからの何らかの変位置を補償するために機械１０２の操舵を補正する、所望のチルト角を求める。
【００３４】
制御は、次ぎに第６の制御ブロック５１２に進み、ここでは、作業具１０４のチルト角が、機械１０２が所望の直線通路へ操舵して戻ることができるように制御される。好ましくは、チルトコントローラ２０６が応答的に作業具１０４のチルト角を制御するリフト及び傾斜シリンダ１０６、１０８に必要な制御を供給する。
【００３５】
さて図６を参照すれば、本発明の他の実施形態を図示する流れ図が示されている。
第１の制御ブロック６０２では、左の傾斜シリンダ１０８にかかる圧力が求められる。第２の制御ブロック６０４では、右の傾斜シリンダ１０８にかかる圧力が求められる。第３の制御ブロック６０２では、左右の傾斜シリンダ圧が比較される。
【００３６】
第４の制御ブロック６０８では、所望の作業具チルト角は左右の傾斜シリンダ１０８間の圧力差の関数として求められる。制御は次ぎに第５の制御ブロック６１０に進み、ここで作業具１０４のチルト角が機械１０２を所望の直線通路に沿って操舵するように所望のチルト角に対応して制御される。
【００３７】
本発明の適用の例として、図７は土工作業機械１０２が進もうとする所望の直線通路７０２を示している。土工作業機械１０２は位置Ａで開始位置にあることが示されている。この第１の位置では、機械１０２は直線通路７０２上にあり、機械１０２のヘッディングは機械１０２の前進動作によって機械１０２が直線通路７０２に沿って進行するように向いている。
【００３８】
しかし位置Ｂにおいては、機械１０２は直線通路７０２の左方へ変位置していて、もしそうするままにしておけば望ましくないヘッディングで進み続けるであろうことを示している。図７において機械１０２の示されている位置は、正しい縮尺で描かれているのではなく、実際には明瞭に図示するために誇張してあることを言っておかなければならない。好ましい実施形態において、ヘッディングの変位置は誤差を僅かに０．５度で補償することが望ましい。この補償によって、土工作業機械１０２は本質的に所望の直線通路７０２上にとどまるであろう。
【００３９】
位置Ｃにおいて、機械１０２は直線通路７０２からのヘッディングの変位置を補正する過程を開始しており、直線通路７０２へ戻りつつあることを示している。好ましくは、この補償は、作業具１０４の右端を、好もしくは僅かに５度のブレード傾斜により土中に下ろすことによって達成され、機械１０２は作業具１０４の下げられた部分の周りに緩やかに旋回し、進行方向を右に変える。
【００４０】
位置Ｄにおいて、機械１０２は、何らかの力が機械１０２を再び所望のヘッディングから変位置させるまで、機械１０２が直線通路７０２に沿って進み続けるようにするヘッディングで所望の直線通路７０２上へと戻っていることを示している。位置Ｃから位置Ｄへと移っていくには、機械１０２を漸次所望のヘッディングに戻らせる追加のブレード傾斜コマンドをおそらく必要とするであろう。例えば、正味の結果として機械１０２が最終的に所望のヘッディングになるように、作業具１０４の左端を位置Ｃにおける初期補償を再補償するように土中へ傾斜し、機械１０２のヘッディングを左へシフトすることがおそらく必要であろう。
本発明のその他の態様、目的、及び特徴は、図面、詳細な説明、及び添付する特許請求の範囲を詳細に検討することによって理解することができるであろう。
【符号の説明】
【００４１】
１００ 進行方向を制御する方法及び装置
１０２ 土工作業機械
１０４ 土工作業具
１０６ 作業具リフトシリンダ
１０８ 作業具傾斜シリンダ
２０４ ヘッディングコントローラ
２０６ チルトコントローラ
２０８ 機械位置決めシステム
２１０ 機械横揺れ角センサ
２１２ 左のリフトシリンダ位置センサ
２１４ 右のリフトシリンダ位置センサ
２１６ 左の傾斜シリンダ位置センサ
２１８ 右の傾斜シリンダ位置センサ
２２０ 左の傾斜シリンダ圧センサ
２２２ 右の傾斜シリンダ圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には土工作業機械の進行方向を制御する方法及び装置に関し、より詳細には、土工作業機械の動作を所望の直線方向に維持するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
履帯式トラクタのような土工作業機械は、排土または整地工程の一部として土壌をある距離にわたって押送したり運んだりするのに使用される。一般に、土工作業機械を開始地点から所望の目的地点まで比較的直線的に動かすことが望まれる。しかし、巨岩や異なった土壌タイプ、例えば粘土、砂等のような押送される土壌の特質によって、機械のブレードに不均等な力が働く。これらの不均等な力は機械を所望の直線とは違った方向に押し、土工作業機械を所望の進行方向から変位置させがちである。加えて、土工作業機械の片方の履帯がスリップすることによって機械が所望の進行方向から変位置することがある。
【０００３】
米国特許第５，４８７，４２８号において、ヤマモト他は、ブルドーザが所望の直線進行方向から変位置させられる力を受けることによって、ブルドーザのヨーが変化したことを測定し、その測定に応じてブルドーザの操舵を制御するように、ブルドーザのブレードを傾斜させるシステムを開示している。しかし、機械のヨーは所望の進行方向を示さず、したがってオペレータは操舵の補償が行われた後に、新しい所望の直線を決定しなければならない。ブルドーザが所望の直線通路を確実に動き続けるようにする責任は、依然として機械のオペレータの役割とされる。加えて、ヨーが検出されるまでに、機械は既に所望のコースから相当程度外れて移動していることもある。機械の所望の直線通路をより敏速な応答方式で、かつオペレータの積極的な介入を必要とせずに維持することが望ましい。
【０００４】
多くの努力が、土工作業機械の多様な機能を自動化または半自動化する方向へ進められてきた。例えば、米国特許第５，５６０，４３１号において、ストラットン（Ｓｔｒａｔｔｏｎ）は、機械によってなされる仕事を最適化するために、運搬される土壌の中へ入れる土工作業機械のブレードの深さを制御するシステムを開示している。地上速度、履帯のスリップ、地面の傾斜、角度割合、及びブレードの先端位置等のパラメータを監視し、次いでブレードの最適な高さを求め、その高さにする。ストラットンによって開示された発明は、最適機械性能と信じられるものを得るためにブレードを上げ下げし続ける責任からオペレータを解放する。しかし、オペレータは、依然として機械の直線的な所望の進行通路を監視し、機械によって押送される土壌が所望の目的地点へ向かうように絶え間ない操舵調整をしなければならない。機械の直線操舵を自動化機能にし、かつストラットンによって開示されたようなブレード負荷最適化システムと共に機能させることができるシステムは、効率的な自動化または半自動化された土工作業機械を目指す好ましい付加システムであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記で説明したような問題を１つあるいはそれ以上克服することを目指している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１態様において、土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する方法が開示される。本方法は、作業現場の座標において、前記機械がたどるべき所望の直線通路を定めること、該直線通路に沿って機械を進行させるために必要な、機械の所望のヘッディングを求めること、機械位置判定システムを使用して機械の実際のヘッディングを求めること、所望のヘッディングからの実際のヘッディングの変位値を求めること、該変位値に基づいて、機械を所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を該直線経路に復帰させるために必要な作業具の所望のチルト角を求めること、作業具のチルト角を所望のチルト角に制御し、これによって直線通路からの機械の変位を修正し、座標における直線通路上を機械が進行するように該機械を操舵する、諸段階を含んでいる。
本発明の方法は、さらに、前記土工作業機械の横揺れ角を求めることと、該横揺れ角に基づいて作業具の所望のチルト角を制限し、該作業具のチルト角を所望のチルト角に制御する段階を含むことができる。
【０００７】
本発明の別の態様において、土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する装置が開示される。該装置は、土工作業機械に取り付けられた機械位置判定システムと、該機械位置判定システムから土工作業機械の位置及びヘッディングに関する情報を含む機械位置情報を受け取り、この機械位置情報の関数として作業現場の位置座標における機械のたどる直線通路を求め、機械の実際のヘッディングと該機械が該直線通路をたどるために必要な所望のヘッディングとの間の変位値を求め、該機械を該所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を直線経路に復帰させるために必要な作業具の所望のチルト角を上記の変位値の関数として求めるための、土工作業機械に取り付けられたヘッディングコントローラと、該ヘッディングコントローラから所望のチルト角を受け取り、これに応答して作業具のチルト角を該所望のチルト角に制御するための、土工作業機械に取り付けられたチルトコントローラとを備える。
【０００８】
本発明の装置は、さらに、左の傾斜シリンダに取り付けられた左の傾斜シリンダ圧力センサと、土工作業機械の横揺れ角を求める横揺れ角シリンダ圧力センサを含み、ヘッディングコントローラが、該横揺れ角に基づいて所望のチルト角信号を制限するように構成することができる。また、チルトコントローラが、所望のチルト角信号の受信に応じて作業具のチルト角を制御するように構成することもできる。さらに、チルトコントローラは、その出力信号を所定の範囲に制限するする構成にすることもできる。
【発明の効果】
【０００９】
上記により、本発明は上記した課題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を使用するのに適した土工作業機械の概略図である。
【図２】本発明の実施形態を示すブロック線図である。
【図３】本発明の実施形態を示す制御ループ線図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す制御ループ線図である。
【図５】本発明の形態を示す流れ図である。
【図６】本発明の別の形態を示す流れ図である。
【図７】本発明の適用例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面、特許請求の範囲及び明細書に示すように、本発明は、土工作業具１０４を有する土工作業機械１０２の進行方向を制御する方法及び装置１００である。
特に図１を参照すれば、土工作業機械１０２は履帯式トラクタとして示されている。履帯式トラクタは土壌掘削運搬ブレードの形で土工作業具１０４を備えている。ブレードを備えた履帯式トラクタは通常開始地点から目的地点まで土壌を掘削して押送するのに使用される。
しかし、同様なまたは他のタイプの土工作業具１０４を備えた他のタイプの土工作業機械１０２にも、本発明は使用できることが解る。例えば、ブレードを備えたモータグレーダ、バケットを備えたローダ、及び農作業具を備えた農業機械に、本発明を用いることができる。
【００１２】
典型的には、土工作業機械１０２は、機械１０２及び作業対象の土壌に対する土工作業具１０４の相対的位置を制御する。例えば、図１の機械１０２は、油圧シリンダを使用して作業具１０４の位置を制御する。図１は、作業具１０４を上げ下げするのに使用される作業具リフトシリンダ１０６を示す。典型的には、図１に示されたタイプの機械１０２は、１つ以上のリフトシリンダ１０６、例えば作業具１０４の左端及び右端に対して間隔を空けた位置に取り付けられた２つのリフトシリンダ１０６、を備えている。作業具傾斜シリンダ１０８は、土工作業具１０４を傾斜するのに使用される。典型的には、図１に示されたタイプの機械１０２は、１つ以上の傾斜シリンダ１０８、例えば作業具１０４の左端及び右端に対して間隔を空けた位置に取り付けられた２つの傾斜シリンダ１０８、を備えている。作業具リフトシリンダ１０６は作業具１０４を上げるように構成され、作業具傾斜シリンダ１０８は作業具１０４の左端または右端の一方を傾斜するように、すなわち作業具１０４の一端を作業具１０４の他端に対し相対的に上げるかまたは下げるように構成されている。
図１に示したシリンダ構成は、本発明において使用することが可能な１つの構成を示している。他のタイプの作業具制御配置も本発明の精神を変位置することなく用いることができる。
【００１３】
次ぎに図２には、本発明の好ましい実施形態を図示するブロック線図が示されている。機械１０２に取り付けられる制御システム２０２は、本発明に関連した機械１０２の操作を制御するようになっている。制御システム２０２は、ヘッディングコントローラ２０４及びチルトコントローラ２０６を備えているものとして示されている。１実施形態においては、ヘッディングコントローラ２０４とチルトコントローラ２０６とは、互いに情報を交換し合う独立したコントローラである。しかし、ヘッディングコントローラ２０４とチルトコントローラ２０６とは、ヘッディングコントローラ２０４及びチルトコントローラ２０６の独立した仕事を実行するようにされている１つのコントローラの部分であっても良い。
【００１４】
機械１０２上に取り付けられた機械位置決めシステム２０８は、位置座標において機械１０２の位置及びヘッディングを求めるようになっている。好ましくは、機械位置決めシステム２０８は地球投影位置決定衛星（ＧＰＳ）システムである。しかし、他のタイプの位置決めシステム、例えばレーザプレーン、推測航法、及びシステムの組み合わせも同様に使用することができる。位置決めシステムの使用は当業界では公知であり、これ以上議論しない。
【００１５】
機械横揺れ角センサ２１０、すなわち機械１０２の水平基準面に対する相対的な横揺れ角を求めるセンサは、本発明を用いて任意選択的に使用しても良い。機械横揺れ角センサ２１０の使用は、以下でさらに詳しく説明する。
【００１６】
図１の例示的な作業具シリンダ配置に関連して、左右のシリンダ位置センサが図２に示されている。１実施形態において、左右のリフトシリンダ位置センサ２１２、２１４が作業具リフトシリンダ１０６の位置を求めるのに使用される。他の実施形態において、左右の傾斜シリンダ位置センサ２１６、２１８が作業具傾斜シリンダ１０８の位置を求めるのに使用される。
左右のシリンダ位置センサは、電磁、高周波、赤外線、リゾルバ、摺動ポテンショメータ等を含む多様なタイプのどれであっても良いが、これらに限られるわけではない。
以下にさらに詳細に論じられる本発明の他の実施形態において、左の傾斜シリンダ圧センサ２２０及び右の傾斜シリンダ圧センサ２２２を使用しても良い。左右の傾斜シリンダ圧センサ２２０、２２２は、ひずみゲージ、油圧圧力センサ等を含む、傾斜シリンダ１０８に加えられる力を求めるのに適した多様なタイプのセンサのどれであっても良い。
【００１７】
さて図３を参照すると、本発明の好ましい実施形態を図示する制御ループ線図が示されている。２つの制御ループが示されている。第一の制御ループはヘッディングコントローラ２０４の制御操作を表している。この第一の制御ループから出たコマンド信号は、チルトコントローラ２０６の制御操作を表す第二の制御ループに伝達される。
所望のヘッディング及び実際のヘッディングがヘッディングコントローラ２０４に入力される。好ましくは、所望のヘッディングは、機械１０２の進行開始時にオペレータによって定められる。また、所望のヘッディングは、ある仕事をするようにとの命令を与えられ、それからそれに応答して作業を実行するのに必要な所望のヘッディングを求める遠隔制御または自動システムによって定めても良い。
【００１８】
好ましい実施形態において、実際のヘッディングは、周期的または連続的に働く機械位置決めシステム２０８によって求められる。
所望のヘッディングと実際のヘッディングとの間の誤差信号は、実際のヘッディング信号から出る好ましくないノイズ要素を濾過除去するようにしたフィルタ３０２に伝達される。例えば、機械位置決めシステム２０８から出る過渡信号及びノイズは、精確な誤差信号を維持するために濾過除去する必要がある。
【００１９】
濾過された誤差信号は、それからヘッディングコントローラ２０４に伝達される。１実施形態では、ヘッディングコントローラ２０４は制御ループ内でＰＩＤネットワーク３０４を使用する。ＰＩＤネットワーク３０４を使用する利点はＰＩＤネットワーク３０４の比例利得を変更することによって許容ヘッディング誤差を調整し得ることである。より大きな制御が必要な状況においては、より小さな許容ヘッディング誤差によって土工作業機械１０２を大きく制御することができる。しかし、より小さく制御することが必要であれば、大きな許容ヘッディング誤差をヘッディングコントローラ２０４によって必要とされる制御作用の大きさに減少させるようにすることができる。
【００２０】
他の実施形態において，ＰＩＤネットワーク３０４はファジー論理ネットワーク（図示せず）で代替しても良い。ファジー論理ネットワークはＰＩＤネットワークと同様な結果をもたらすが、制御作用は小さい。しかし、許容ヘッディング誤差を調整するようにファジー論理ネットワークを調節することは、より行うのが難しい。
本発明の精神を変位置することなく、ＰＩＤネットワーク３０４の代わりに他のタイプの制御ネットワークを使用することができる。ＰＩＤ及びファジー論理ネットワークは当業界では公知であり、これ以上議論する必要はあるまい。
【００２１】
傾斜リミッタ３０６は、土工作業具１０４の許容傾斜量を制限するために使用することができる。例えば、履帯式トラクタのブレードの傾斜を、ブレードに好ましくない負荷がかかるのを避けるために、僅か＋／−４．５度に制限することが望ましいことがある。
【００２２】
任意選択的に、土工作業機械１０２の横揺れの角度を求めるために、例えば、機械１０２は傾斜した表面上に位置する場合があるので、機械横揺れ角センサ２１０を使用する。機械１０２の横揺れ角は、次ぎに作業具１０４の許容傾斜量にさらに制限を加えるために使用することができる。例えば、もし機械１０２が傾斜した表面上にある場合、機械１０２が傾斜した表面上で過度に転換しないように、ブレード傾斜の許容量を減少することが望ましいことがある。
【００２３】
ヘッディングコントローラ２０４は、所望のチルト角コマンド信号を発信するようになっている。所望のチルト角コマンド信号は、チルトコントローラ２０６に伝達され、作業具１０４の実際のチルト角と比較される。
所望のチルト角と実際のチルト角との差、すなわちチルト角誤差信号が、チルトコントローラ２０６の制御ネットワーク、好ましくはＰＩＤネットワーク３０８に伝達される。しかし、他のタイプの制御ネットワーク、例えばファジー論理ネットワーク等も使用することができる。
チルトコントローラＰＩＤネットワーク３０８から出される出力信号は、傾斜システム３１２に、好ましくは電流リミッタ３１０を介して伝達される。電流リミッタは、過剰な電流が油圧傾斜システムの電動式油圧装置に印加されるのを防止する。例えば、電流リミッタ３１０によって、＋／−１アンペアを超えない電流のみが傾斜システム３１２へ伝達されることができる。
【００２４】
傾斜システム３１２は、土工作業具１０４の動作を制御するのに必要な油圧装置及び電動式油圧装置を含む。より詳細には、傾斜システム３１２は、作業具リフトシリンダ１０６及び作業具傾斜シリンダ１０８の操作を制御するようになっており、それらが順次、作業具１０４の動作を制御する。
左右のリフトシリンダ位置センサ２１２、２１４、及びそれらに代えて、左右の傾斜シリンダ位置センサ２１６、２１８が監視され、対象となるシリンダの動作の量を求める。好ましい実施形態において、左右のリフトシリンダ１０６が検出される。典型的には、リフトシリンダ１０６は他の目的のために既に、例えば電磁センサ技術を駆使したセンサ２１２、２１４を組み込んでいる。したがって、センサ２１２、２１４が既に機械１０２上に存在していることがあり、それで余分なセンサを付加する費用が節約される。加えて、作業具リフトシリンダ１０６に一般的に使用される形式のセンサは、比較的ノイズの干渉に強く、作業具傾斜シリンダ１０８用に機械１０２に付加されるセンサよりも信頼性があり故障が無い。
【００２５】
シリンダ位置をブレード傾斜位置情報に変換するために使用される変換器３１４は、作業具１０４の位置をシリンダ位置の関数として求めるために使用される。ブレード傾斜位置情報は、所望のチルト角と比較するためにチルトコントローラ２０６の入力へと返送される。
【００２６】
次ぎに図４には、本発明の他の実施形態が制御線図として表されている。この実施形態は、例えば機械位置決めシステム２０８が機械１０２の実際のヘッディングを求められない時に短期間、例えば十分な数のＧＰＳ衛星が利用できないような期間に、用いることができる。また、ヘッディング情報に基づいた制御システムの性能を高め補強するために別の実施形態を用いても良い。
【００２７】
Ｔ秒ごとの間隔で、左右の傾斜シリンダ圧２２０、２２２が求められる。これらの圧力は、例えば左右の傾斜シリンダ１０８に掛かる力を、例えば、ひずみゲージ、油圧センサ等のセンサを使用して検出することによって求めることができる。
左右の傾斜シリンダ圧２２０、２２２は、機械１０２が直線通路から変位置していることを示す力の差を求めるために比較器４０２によって互いに比較される。較差信号はヘッディングコントローラ２０４に伝達され、そこで作業具チルト角が図３に説明された制御システムによって制御される。
【００２８】
所望のチルト角コマンド信号は、シリンダを求めるために使用されるＴ秒より小さな時間間隔になるように選択されたｔ秒間隔でチルトコントローラ２０６に伝達される。このことは、圧力側定時の過渡信号を定常状態値に対応して平滑化することを可能にし、したがって、作業具１０４のチルト角の一層精確な制御を可能にする。例えば、時間間隔ｔは時間間隔Ｔのほぼ２分の１にすればよい。
【００２９】
次ぎに図５には、本発明の好ましい方法を図示する流れ図が示されている。
第１の制御ブロック５０２において、機械１０２の所望のヘッディングが求められる。所望のヘッディングは、機械１０２に搭乗するオペレータによって定めることができ、或いは、遠隔操作によって定めることもできるし、また当業界で公知の手段によって自動的に定めることもできる。
【００３０】
第２の制御ブロック５０４において、土工作業機械１０２の実際のヘッディングが求められる。好ましくは、実際のヘッディングは、ＧＰＳのような機械位置決めシステムを使用して求められる。しかし、実際のヘッディングは別に、上述したように左右の傾斜シリンダ１０８間の力の差を比較することによって求めることができる。
【００３１】
制御は次ぎに第３の制御ブロック５０６に進み、ここでは、機械１０２の直線通路が求められる。土壌掘削運搬用ブレードを備えた履帯式トラクタを使用した例では、土中に掘り進み、次いで運搬モードに切り替えて、土を開始地点から直線距離にある目的地点へブレードによって押送することが通常望ましい。
【００３２】
第４の制御ブロック５０８では、機械１０２の実際のヘッディングが所望のヘッディングと比較され、何らかの変位置があれば、その変位値が求められる。所望のヘッディングからの変位置は、機械１０２が前もって定められた直線通路から変位置し始めたときとして定義される。変位置は、例えばもし作業具１０４が大きな岩に遭遇したら生じるような不均等な力に遭遇すると生じる可能性がある。さらに、機械１０２は、もし機械１０２の左または右の履帯が、湿った、または砂地の地域等の土壌の特質の相違のために滑り始めると、所望のヘッディングから変位置する可能性がある。
【００３３】
第５の制御ブロック５１０では、ヘッディングコントローラ２０４が、所望のヘッディングからの何らかの変位置を補償するために機械１０２の操舵を補正する、所望のチルト角を求める。
【００３４】
制御は、次ぎに第６の制御ブロック５１２に進み、ここでは、作業具１０４のチルト角が、機械１０２が所望の直線通路へ操舵して戻ることができるように制御される。好ましくは、チルトコントローラ２０６が応答的に作業具１０４のチルト角を制御するリフト及び傾斜シリンダ１０６、１０８に必要な制御を供給する。
【００３５】
さて図６を参照すれば、本発明の他の実施形態を図示する流れ図が示されている。
第１の制御ブロック６０２では、左の傾斜シリンダ１０８にかかる圧力が求められる。第２の制御ブロック６０４では、右の傾斜シリンダ１０８にかかる圧力が求められる。第３の制御ブロック６０２では、左右の傾斜シリンダ圧が比較される。
【００３６】
第４の制御ブロック６０８では、所望の作業具チルト角は左右の傾斜シリンダ１０８間の圧力差の関数として求められる。制御は次ぎに第５の制御ブロック６１０に進み、ここで作業具１０４のチルト角が機械１０２を所望の直線通路に沿って操舵するように所望のチルト角に対応して制御される。
【００３７】
本発明の適用の例として、図７は土工作業機械１０２が進もうとする所望の直線通路７０２を示している。土工作業機械１０２は位置Ａで開始位置にあることが示されている。この第１の位置では、機械１０２は直線通路７０２上にあり、機械１０２のヘッディングは機械１０２の前進動作によって機械１０２が直線通路７０２に沿って進行するように向いている。
【００３８】
しかし位置Ｂにおいては、機械１０２は直線通路７０２の左方へ変位置していて、もしそうするままにしておけば望ましくないヘッディングで進み続けるであろうことを示している。図７において機械１０２の示されている位置は、正しい縮尺で描かれているのではなく、実際には明瞭に図示するために誇張してあることを言っておかなければならない。好ましい実施形態において、ヘッディングの変位置は誤差を僅かに０．５度で補償することが望ましい。この補償によって、土工作業機械１０２は本質的に所望の直線通路７０２上にとどまるであろう。
【００３９】
位置Ｃにおいて、機械１０２は直線通路７０２からのヘッディングの変位置を補正する過程を開始しており、直線通路７０２へ戻りつつあることを示している。好ましくは、この補償は、作業具１０４の右端を、好もしくは僅かに５度のブレード傾斜により土中に下ろすことによって達成され、機械１０２は作業具１０４の下げられた部分の周りに緩やかに旋回し、進行方向を右に変える。
【００４０】
位置Ｄにおいて、機械１０２は、何らかの力が機械１０２を再び所望のヘッディングから変位置させるまで、機械１０２が直線通路７０２に沿って進み続けるようにするヘッディングで所望の直線通路７０２上へと戻っていることを示している。位置Ｃから位置Ｄへと移っていくには、機械１０２を漸次所望のヘッディングに戻らせる追加のブレード傾斜コマンドをおそらく必要とするであろう。例えば、正味の結果として機械１０２が最終的に所望のヘッディングになるように、作業具１０４の左端を位置Ｃにおける初期補償を再補償するように土中へ傾斜し、機械１０２のヘッディングを左へシフトすることがおそらく必要であろう。
本発明のその他の態様、目的、及び特徴は、図面、詳細な説明、及び添付する特許請求の範囲を詳細に検討することによって理解することができるであろう。
【符号の説明】
【００４１】
１００ 進行方向を制御する方法及び装置
１０２ 土工作業機械
１０４ 土工作業具
１０６ 作業具リフトシリンダ
１０８ 作業具傾斜シリンダ
２０４ ヘッディングコントローラ
２０６ チルトコントローラ
２０８ 機械位置決めシステム
２１０ 機械横揺れ角センサ
２１２ 左のリフトシリンダ位置センサ
２１４ 右のリフトシリンダ位置センサ
２１６ 左の傾斜シリンダ位置センサ
２１８ 右の傾斜シリンダ位置センサ
２２０ 左の傾斜シリンダ圧センサ
２２２ 右の傾斜シリンダ圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する方法であって、
作業現場の座標において、前記機械がたどるべき所望の直線通路を定め、
前記直線通路に沿って前記機械を進行させるために必要な、前記機械の所望のヘッディングを求め、
機械位置判定システムを使用して前記機械の実際のヘッディングを求め、
前記所望のヘッディングからの前記実際のヘッディングの変位値を求め、
前記変位値に基づいて、前記機械を前記所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を前記直線経路に復帰させるために必要な前記作業具の所望のチルト角を求め、
前記作業具のチルト角を前記所望のチルト角に制御し、これによって前記直線通路からの前記機械の変位を修正し、前記座標における前記直線通路上を前記機械が進行するように該機械を操舵する、
段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記所望のヘッディングからの前記実際のヘッディングの変位値を求める段階が、前記土工作業機械の位置を直線通路座標からの変位値として求める段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記作業具のチルト角が、組をなす作業具リフトシリンダの各々の位置を検出し、これに応答して前記チルト角を計算することによって求められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記作業具のチルト角が、組をなす作業具傾斜シリンダの各々の位置を検出し、これに応答して前記チルト角を計算することによって求められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記土工作業機械の横揺れ角を求め、
前記横揺れ角に基づいて前記作業具の所望のチルト角を制限し、
前記作業具のチルト角を前記所望のチルト角に制御する
段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する装置であって、
前記土工作業機械に取り付けられた機械位置判定システムと、
前記機械位置判定システムから前記土工作業機械の位置及びヘッディングに関する情報を含む機械位置情報を受け取り、前記機械位置情報の関数として作業現場の位置座標における前記機械のたどる直線通路を求め、前記機械の実際のヘッディングと前記機械が前記直線通路をたどるために必要な所望のヘッディングとの間の変位値を求め、前記機械を前記所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を前記直線経路に復帰させるために必要な前記作業具の所望のチルト角を前記変位値の関数として求めるための、前記土工作業機械に取り付けられたヘッディングコントローラと、
前記ヘッディングコントローラから前記所望のチルト角を受け取り、これに応答して前記作業具のチルト角を前記所望のチルト角に制御するための、前記土工作業機械に取り付けられたチルトコントローラと
を備えることを特徴とする装置。
【請求項７】
前記機械位置判定システムが地球投影位置決定衛星（ＧＰＳ）システムであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ＧＰＳシステムが前記土工作業機械の位置及びヘッディングを求めるようになっている請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ヘッディングコントローラがＰＩＤコントローラであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記ヘッディングコントローラがファジー論理コントローラであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
さらに、複数の作業具リフトシリンダの各々に取り付けられたシリンダ位置センサを含み、前記チルトコントローラが実際のチルト角を前記シリンダ位置センサの関数として測定するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
さらに、前記チルトコントローラが前記実際のチルト角を前記所望のチルト角と比較し、それに応答して前記作業具の前記チルト角を前記所望のチルト角に制御するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
さらに、複数の作業具傾斜シリンダの各々に取り付けられたシリンダ位置センサを含み、前記チルトコントローラが実際のチルト角を前記シリンダ位置センサの関数として測定するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１４】
さらに、前記チルトコントローラが前記実際のチルト角を前記所望のチルト角と比較し、それに応答して前記作業具のチルト角を前記所望の傾斜に制御するようになっていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
さらに、前記左の傾斜シリンダに取り付けられた左の傾斜シリンダ圧力センサと、
前記土工作業機械の横揺れ角を求める横揺れ角センサを含み、
前記ヘッディングコントローラが、前記横揺れ角に基づいて所望のチルト角信号を制限するようになっている
ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１６】
前記チルトコントローラが、前記所望のチルト角信号の受信に応じて前記作業具のチルト角を制御するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１７】
前記チルトコントローラが、その出力信号を所定の範囲に制限するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１】
土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する方法であって、
作業現場の座標において、前記機械がたどるべき所望の直線通路を定め、
前記直線通路に沿って前記機械を進行させるために必要な、前記機械の所望のヘッディングを求め、
機械位置判定システムを使用して前記機械の実際のヘッディングを求め、
前記所望のヘッディングからの前記実際のヘッディングの変位値を求め、
前記変位値に基づいて、前記機械を前記所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を前記直線経路に復帰させるために必要な前記作業具の所望のチルト角を求め、
前記作業具のチルト角を前記所望のチルト角に制御し、これによって前記直線通路からの前記機械の変位を修正し、前記座標における前記直線通路上を前記機械が進行するように該機械を操舵する、
段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記所望のヘッディングからの前記実際のヘッディングの変位値を求める段階が、前記土工作業機械の位置を直線通路座標からの変位値として求める段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記作業具のチルト角が、組をなす作業具リフトシリンダの各々の位置を検出し、これに応答して前記チルト角を計算することによって求められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記作業具のチルト角が、組をなす作業具傾斜シリンダの各々の位置を検出し、これに応答して前記チルト角を計算することによって求められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記土工作業機械の横揺れ角を求め、
前記横揺れ角に基づいて前記作業具の所望のチルト角を制限し、
前記作業具のチルト角を前記所望のチルト角に制御する
段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
土工作業具を有する土工作業機械の進行方向を制御する装置であって、
前記土工作業機械に取り付けられた機械位置判定システムと、
前記機械位置判定システムから前記土工作業機械の位置及びヘッディングに関する情報を含む機械位置情報を受け取り、前記機械位置情報の関数として作業現場の位置座標における前記機械のたどる直線通路を求め、前記機械の実際のヘッディングと前記機械が前記直線通路をたどるために必要な所望のヘッディングとの間の変位値を求め、前記機械を前記所望の直線通路に沿って進行させるように該機械を前記直線経路に復帰させるために必要な前記作業具の所望のチルト角を前記変位値の関数として求めるための、前記土工作業機械に取り付けられたヘッディングコントローラと、
前記ヘッディングコントローラから前記所望のチルト角を受け取り、これに応答して前記作業具のチルト角を前記所望のチルト角に制御するための、前記土工作業機械に取り付けられたチルトコントローラと
を備えることを特徴とする装置。
【請求項７】
前記機械位置判定システムが地球投影位置決定衛星（ＧＰＳ）システムであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ＧＰＳシステムが前記土工作業機械の位置及びヘッディングを求めるようになっている請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ヘッディングコントローラがＰＩＤコントローラであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記ヘッディングコントローラがファジー論理コントローラであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
さらに、複数の作業具リフトシリンダの各々に取り付けられたシリンダ位置センサを含み、前記チルトコントローラが実際のチルト角を前記シリンダ位置センサの関数として測定するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
さらに、前記チルトコントローラが前記実際のチルト角を前記所望のチルト角と比較し、それに応答して前記作業具の前記チルト角を前記所望のチルト角に制御するようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
さらに、複数の作業具傾斜シリンダの各々に取り付けられたシリンダ位置センサを含み、前記チルトコントローラが実際のチルト角を前記シリンダ位置センサの関数として測定するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１４】
さらに、前記チルトコントローラが前記実際のチルト角を前記所望のチルト角と比較し、それに応答して前記作業具のチルト角を前記所望の傾斜に制御するようになっていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
さらに、前記左の傾斜シリンダに取り付けられた左の傾斜シリンダ圧力センサと、
前記土工作業機械の横揺れ角を求める横揺れ角センサを含み、
前記ヘッディングコントローラが、前記横揺れ角に基づいて所望のチルト角信号を制限するようになっている
ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１６】
前記チルトコントローラが、前記所望のチルト角信号の受信に応じて前記作業具のチルト角を制御するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１７】
前記チルトコントローラが、その出力信号を所定の範囲に制限するようになっていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−３６７２６（Ｐ２０１２−３６７２６Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０４１４（Ｐ２０１１−２３０４１４）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【分割の表示】特願２０００−２６６４８１（Ｐ２０００−２６６４８１）の分割
【原出願日】平成１２年９月４日（２０００．９．４）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【分割の表示】特願２０００−２６６４８１（Ｐ２０００−２６６４８１）の分割
【原出願日】平成１２年９月４日（２０００．９．４）
【出願人】（３９１０２０１９３）キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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