機械上の参照位置に対する器具上の位置を決定するためのシステムおよび方法
開示は、一態様において、機械上の参照位置に対する機械上の位置を決定するための方法を記載している。本方法は、座標系における参照位置を決定するステップと、座標系における機械上の第１の所望される位置を決定するステップと、参照位置に対する第１の所望される位置を決定するステップとを含む。本方法は、さらに、第１の相対的な所望される位置を用いて制御システムを更新するステップを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許開示は、一般に、器具制御システムに関し、より具体的には、機械上の参照位置に対する器具上の位置を決定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道式トラクタ、モータグレーダ、スクレーパ、および／またはバックホーローダなどの土木機械は、ドーザブレードまたはバケットなどの器具を有し、かかる器具は、土地の区画の地形または地勢を変更するために工事現場で用いられる。器具は、工事現場において最終的な表面の輪郭または最終的な勾配を達成するなどの工事現場における工事を行うため、オペレータまたは制御システムにより制御することができる。しかし、オペレータが移動を制御している場合、器具の位置決めは、専門技能と勤勉さとを要求する複雑で時間がかかる仕事である。従って、オペレータの制御を簡略化するため、器具の自律的制御を提供することが望ましいことが多い。
【０００３】
器具を自律的に制御するためには、機械上の参照点に対する器具上の少なくとも１つの点の正確な位置を決定することが時として必要である。また、器具上の少なくとも１つの点と機械上の参照点との間の厳密な距離を決定することも時として必要である。器具上の点と機械上の参照点との正確な相対位置および厳密な相対距離を決定することは、位置および距離情報を用いて器具制御システムを較正または更新することを要求する場合もある。
【０００４】
従来技術によるシステムは、直定規、巻き尺、下げ振り、および他の手動の方法を用いて位置および距離情報を取得している。いくつかの従来技術によるシステムは、例えば木、岩、旗、および他のかかるマーカなど、機械に対して外方または外部に配置された参照点に対する位置情報を用いて器具制御システムを更新している。例えば、Ｋａｌａｆｕｔ他に付与された（特許文献１）（「Ｋａｌａｆｕｔ」）は、工事器具が制御可能に取り付けられた工事機械の位置および機首方向を決定するための方法を開示している。（特許文献１）は、参照点を用いて工事機械の位置および機首方向のための参照を提供することを開示している。好適な参照点の例には、「岩、旗、マーカ、木など」が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，４１８，３６４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
しかし、開示された方法では、測定プロセス中に検出することが困難な種々の人的エラーが生じやすいため、（特許文献１）および他の従来技術によるシステムにより開示される方法は、測定距離が大きくないときに十分なものである。加えて、開示された方法および従来技術によるシステムは、２人以上の個人、既知の座標系に対して固定かつ一定の参照点（すなわち、参照点の座標が変化しない）、および／または機械に対して外部の参照点とを要求し得る測定プロセスを含み、機械を外部の参照点に対して繰り返し較正することを要求し得、非常に時間がかかる可能性がある。
【０００７】
開示のシステムおよび方法は、上記の問題の１つ以上を克服することを対象とするものである。
【０００８】
一態様において、本開示は、機械上の参照位置に対する機械上の位置を決定するための方法を記載している。本方法は、座標系における参照位置を決定するステップと、座標系における機械上の第１の所望される位置を決定するステップと、参照位置に対する第１の所望される位置を決定するステップとを含む。本方法は、さらに、第１の相対的な所望される位置を用いて制御システムを更新するステップを含む。
【０００９】
開示は、別の態様において、機械の剛性体に動作的に接続された器具を有する機械上の参照位置に対する機械上の位置を決定するための、機械における器具制御システムを記載している。制御システムは、器具に動作的に接続されたコントローラを含む。コントローラは、座標系における参照位置を決定し、座標系における器具上の第１の所望される位置を決定し、参照位置に対する第１の所望される位置の、第１の相対的な所望される位置を決定し、第１の相対的な所望される位置を用いて器具制御システムを更新するように適合されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の例示的実施形態による器具制御システムを有する機械の側面図である。
【図２】本開示の例示的実施形態による器具制御システムを有する機械の正面図である。
【図３】本開示の例示的実施形態による器具制御システムを示す。
【図４】本開示の例示的実施形態による器具制御プロセスの一実施形態を示すフロー図である。
【図５】本開示の例示的実施形態による器具制御プロセスの代替の実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、機械上の参照位置に対する器具上の位置を決定するためのシステムおよび方法に関する。機械１００の例示的実施形態を図１に概略的に示す。機械１００は、採鉱、建設、農業、輸送、または当該技術において既知の他のいずれかの産業などの産業に関連付けられた何らかの種類の作業を行う移動式機械であってもよい。例えば、機械１００は、図１に示すトラクタもしくはドーザ、スクレーパ、または当該技術において既知の他のいずれかの機械であってもよい。後続の例示的実施形態の詳細な説明では、ドーザに関して本発明を説明しているが、説明は、他のかかる機械における本発明の使用にも同様に当てはまることは言うまでもない。
【００１２】
図示の実施形態において、機械１００は、動力源１０２と、例えば機械１００を推進させるおよび／または他の機械のコンポーネントを制御するための１つ以上の入力装置など、機械１００を操作するために必要な制御装置を含むオペレータステーションまたは運転室１０４とを含む。機械１００は、さらに、例えば土を移動させるためのブレード、ボウル、リッパ、またはバケットなどの器具１０６を含む。１つ以上の入力装置は、運転室１０４内に配設された１つ以上のジョイスティックを含んでもよく、所望される器具１０６の移動を示すオペレータからの入力を受信するように適合されてもよい。また、運転室１０４は、オペレータに情報を伝えるディスプレイを有するユーザインタフェースを含んでもよく、キーボード、タッチスクリーン、または機械１００、器具１０６、および／もしくはその他の機械のコンポーネントを制御および／もしくは操作するためにオペレータからの入力を受信するためのいずれかの好適な機構を含んでもよい。
【００１３】
器具１０６は、工事現場の表面に係合し、その表面を貫通し、または切断するように適合されてもよく、さらに、所定の仕事を遂行するために土を移動させるように適合されてもよい。工事現場は、例えば採鉱現場、埋立地、採石場、建設現場、または他のいずれかの種類の工事現場を含んでもよい。土の移動は、工事現場における地形の変更に関連付けられてもよく、例えばグレーディング作業、スクレーピング作業、レベリング作業、バルク材除去作業、または工事現場における他のいずれかの種類の地形変更作業を含んでもよい。
【００１４】
図示の実施形態において、器具１０６は、第１端１１０と第２端１１２との間に延在する切断縁１０８を含む（図２に最良に示す）。器具１０６の切断縁１０８の第１端１１０は、器具１０６の右先端または右縁を表すかまたは画定してもよく、器具１０６の切断縁１０８の第２端１１２は、器具１０６の左先端または左縁を表すかまたは画定してもよい。器具１０６は、運転室１０４における入力装置に動作的に接続された１つ以上の油圧機構により移動可能であってもよい。
【００１５】
油圧機構は、例えば器具１０６を上げる、器具１０６を下げる、器具１０６を左もしくは右に傾ける、または器具１０６を前もしくは後に傾けるなど、器具１０６を様々な位置に移動させるための１つ以上の油圧リフトアクチュエータ１１４と１つ以上の油圧チルトアクチュエータ１１６とを含んでもよい。図示の実施形態において、機械１００は、器具１０６の各側に１つの油圧リフトアクチュエータ１１４と１つの油圧チルトアクチュエータ１１６とを含む。図示の実施形態は、２つの油圧リフトアクチュエータ１１４を示すが（図２に示すように）、２つの油圧チルトアクチュエータ１１６の一方のみが示されている（片側のみが示されている）。
【００１６】
動力源１０２は、機械１００を支持し、操舵し、および推進させるように適合された地面係合機構１１８に動力を提供するエンジンである。動力源１０２は、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン、または当該技術において既知の他のいずれかの種類の燃焼エンジンなどのエンジンを具現化してもよい。動力源１０２は、代替として、例えば燃料電池、電力貯蔵装置、または別の好適な動力源など、非燃焼動力源（図示せず）を具現化してもよい。動力源１０２は、機械１００、器具１０６、および他の機械１００のコンポーネントに動力を提供するための油圧動力に変換されてもよい機械的または電気的な動力出力を発生させてもよい。
【００１７】
機械１００は、さらに、器具１０６と地面係合機構１１８との間に配設されたフレームまたは剛性体１２０を含む。機械１００の剛性体１２０には、位置データまたは信号を受信および処理するように適合された位置決定システム１２２が搭載されてもよい。位置決定装置１２２は、衛星航法（ＧＰＳ）システム受信機であってもよい。ＧＰＳ受信機は、当該技術において周知であるように、複数の衛星から信号を受信し、それに応答して、工事現場に対する座標系１２３、すなわち、現場座標系における受信機の位置を決定する。現場座標系１２３は、ｘ座標１２４、ｙ座標１２６、およびｚ座標１２８を有するデカルト系であってもよい。代替の実施形態において、位置決定システム１２２は、本開示の範囲を逸脱することなく、例えばレーザ参照システムなどの他の種類の位置決めシステムを含んでもよい。
【００１８】
機械１００は、さらに、入力装置と器具１０６の移動を制御するための油圧アクチュエータ１１４、１１６とに動作的に接続された器具制御システム１３０を含む。制御システム１３０は、器具１０６を工事現場の地勢に係合させるためにオペレータにより所望される器具１０６の移動に応答して、所定または目標位置に移動するように器具１０６に指示してもよい。制御システム１３０は、さらに、例えば工学的もしくは現場設計、生産性もしくは負荷を最大化する方策、または現場設計と生産性方策との組み合わせに部分的に基づいて、自動的に決定された器具１０６の移動を示す所定または目標位置に移動するように器具１０６に指示してもよい。
【００１９】
自動的に決定された移動信号または命令に応答して厳密に移動するように器具１０６に指示するため、制御システム１３０は、機械１００に関連付けられたある所定の測定データを要求し得、機械１００の操作に関連付けられた他のシステムおよびコンポーネントに対してある所定の較正を行う必要があり得る。図１および図２に示すように、機械１００は、垂直寸法測定値Ａと、垂直寸法測定値Ａが定義される平面に対して直交するかまたは垂直な平面内に定義された第１の水平寸法測定値Ｂと、第１の水平寸法測定値Ｂと同じ平面内に定義された第２の水平寸法測定値Ｃ（図２に最良に示す）とを含む。機械１００は、本開示の範囲を逸脱することなく、例えば水平面または垂直面のいずれかに対して所定の非直交角度または度合（例えば４５度の角度）で配向された平面内に定義された寸法測定値など、他の平面において定義された他の寸法測定値を具現化してもよい。
【００２０】
図３に示すように、器具制御システム１３０は、例えば傾斜センサなどの機械１００に動作的に接続されるかまたは関連付けられた少なくとも１つのセンサ３００と、例えば油圧シリンダ位置センサ、回転角度センサ、または重力参照傾斜センサなどの器具１０６に動作的に接続されるかまたは関連付けられた少なくとも１つのセンサ３０２と、コントローラ３０４とを含む。コントローラ３０４は、入力装置、位置決定システム１２２、およびセンサ３００、３０２からの入力を受信するように適合されている。器具制御システム１３０は、さらに、入力装置、位置決定システム１２２、およびセンサ３００、３０２からの入力に基づいて器具１０６の移動を制御または指示するように適合されている。
【００２１】
例えば、コントローラ３０４は、所定または目標勾配プロファイルに沿って切断を行うように器具１０６に指示してもよい勾配制御システム３０６から受信した入力信号に応答して、所定または目標位置に移動するように器具１０６に指示してもよい。例えば勾配制御システム３０６の信号などの自動的に決定された移動信号に応答して厳密に移動するように器具１０６に指示するため、コントローラ３０４は、測定値Ａ、Ｂ、およびＣを用いて勾配制御システム３０６を較正して、初期機械条件を確立してもよい。また、コントローラ３０４は、測定値Ａ、Ｂ、およびＣを用いて機械センサ３００および／または器具センサ３０２を較正してもよい。
【００２２】
図示の実施形態において、コントローラ３０４は、位置決定システム１２２から受信した位置信号から測定値Ａ、Ｂ、およびＣを決定または導出するように適合されている。コントローラ３０４は、例えば、座標系１２３における機械１００上の参照点１３２の位置を決定するように適合されてもよい。参照点１３２または参照位置は、固定体１２０に搭載されたＧＰＳ受信機１２２の絶対位置を表してもよい。
【００２３】
図２に示すように、コントローラ３０４は、器具１０６の切断縁１０８上の１つ以上の所望される点２００、２０２の位置を決定するように適合されてもよい。１つ以上の所望される位置２００、２０２は、器具１０６の一部分を表してもよい。図示の実施形態において、１つ以上の所望される位置２００、２０２は、それぞれ右縁１１０および左縁１１２を表す。代替としてまたは加えて、いくつかの実施形態において、右縁１１０と左縁１１２との間に配設された中心点２０４は、所望される位置を表してもよい。
【００２４】
コントローラ３０４は、さらに、参照点１３２と１つ以上の所望される位置２００、２０２とに部分的に基づいて、機械１００の垂直寸法を表す測定値Ａを決定するように適合されてもよい。また、コントローラ３０４は、参照点１３２と１つ以上の所望される位置２００、２０２とに部分的に基づいて、機械１００の水平寸法を表す測定値Ｂおよび／または測定値Ｃを決定するように適合されてもよい。代替としてまたは加えて、コントローラ３０４は、参照位置１３２から１つ以上の所望される位置２００、２０２までの距離を表す測定値（図示せず）を決定するように適合されてもよい。コントローラ３０４は、例えばベクトル演算などの既知のアルゴリズムを用いて、および／または例えばカスタマイズされた運動学方程式などを用いて、測定値Ａ、Ｂ、およびＣを導出または決定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本明細書に記載の機械上の参照位置に対する器具上の位置を決定するためのシステムおよび方法の産業上の利用可能性は、上述の検討から容易に理解されよう。機械は、軌道式トラクタとして示したが、機械は、例えば採鉱、建設および他の産業アプリケーションに関連付けられた少なくとも１つの作業を行ういずれかの種類の機械であってもよい。その上、本明細書に記載のシステムおよび方法は、多様な機械および仕事に適合させることが可能である。例えば、スクレーパ、バックホーローダ、スキッドステアローダ、ホイールローダ、モータグレーダ、および他の多くの機械が、記載のシステムおよび方法から恩恵を得ることが可能である。
【００２６】
ある実施形態によれば、器具制御システム１３０は、座標系１２３における機械１００上の参照位置１３２を決定し、座標系１２３における機械上の第１の所望される位置２００および／または機械上の第２の所望される位置２０２を決定し、参照位置１３２に対する第１の所望される位置２００または第２の所望される位置２０２の、第１または第２の相対的な所望される位置を決定するように適合されている。
【００２７】
制御システム１３０は、さらに、参照位置１３２、第１の相対的な所望される位置、または第２の相対的な所望される位置に部分的に基づいて、機械１００の垂直寸法を示す測定値Ａまたは機械１００の水平寸法を示す測定値ＢもしくはＣを決定するように適合されている。制御システム１３０は、さらに、垂直寸法測定値Ａまたは水平寸法測定値ＢもしくはＣを用いて更新されるように適合されている。寸法測定値Ａ、Ｂ、またはＣを用いて、例えば勾配制御システム３０６などの他の機械のシステム、ならびに例えば機械のセンサ３００および／または器具のセンサ３０２などの関連付けられたセンサを較正してもよい。
【００２８】
代替としてまたは加えて、寸法測定値Ａ、Ｂ、またはＣは、例えば器具１０６の切断縁１０８の摩耗により、時間とともに変化し得る。例えば、第１の所望される位置２００または第２の所望される位置２０２は、右縁１１０または左縁１１２が摩耗により変化したことが原因で参照位置１３２に対して変化し得る。従って、いくつかの実施形態において、制御システム１３０は、寸法測定値Ａ、Ｂ、またはＣを過去の寸法測定値と比較し、比較結果に基づいて制御システム１３０を更新するように適合されている。
【００２９】
図４は、器具制御システム１３０と機械１００上の参照位置１３２に対する器具１０６上の位置を決定するプロセス（４００）との例示的実施形態を示す。コントローラ３０４は、座標系１２３における参照位置１３２を決定するように適合されている（ステップ４０２）。いくつかの実施形態において、参照位置１３２は、機械１００の剛性体１２０上の固定または一定の点に関連付けられてもよい。コントローラ３０４は、ＧＰＳ受信機１２２を用いることにより参照位置１３２を決定してもよい。ＧＰＳ受信機１２２は、機械１００の剛性体１２０に搭載されてもよいし、参照位置１３２における位置データを受信するため剛性体１２０上に配置されるとともに次いで機械１００上の異なる点または場所における位置データを受信するため剛性体１２０から除去される移動式受信機であってもよい。
【００３０】
コントローラ３０４は、座標系１２３における機械１００上の第１の所望される位置２００を決定するように適合されている（ステップ４０４）。第１の所望される位置２００は、例えば器具１０６の切断縁１０８の右縁１１０など、器具１０６の第１の部分を表してもよい。コントローラ３０４は、参照位置１３２に対する第１の所望される位置２００の、第１の相対的な所望される位置を決定する（ステップ４０６）。
【００３１】
コントローラ３０４は、さらに、座標系１２３における機械１００上の第２の所望される位置２０２を決定するように適合されている（ステップ４０８）。第２の所望される位置２０２は、例えば器具１０６の切断縁１０８の左縁１１２など、機械１００の第２の部分を表してもよい。コントローラ３０４は、参照位置１３２に対する第２の所望される位置２０２の、第２の相対的な所望される位置を決定する（ステップ４１０）。
【００３２】
コントローラ３０４は、さらに、機械１００の垂直寸法を示す測定値Ａ、機械の第１の水平寸法を示す測定値Ｂ、または機械の第２の水平寸法を示す測定値Ｃを決定するように適合されている（ステップ４１２）。各寸法測定値Ａ、Ｂ、およびＣは、参照位置１３２、第１の相対的な所望される位置、または第２の相対的な所望される位置の少なくとも１つに部分的に基づいている。コントローラ３０４は、第１の所望される位置２００、第２の所望される位置２０２、第１の相対的な所望される位置、第２の相対的な所望される位置、垂直寸法測定値Ａ、第１の水平寸法測定値Ｂ、および第２の水平寸法測定値Ｃを用いて器具制御システム１３０を更新する。
【００３３】
代替としてまたは加えて、コントローラ３０４は、第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行い、第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新する。加えて、コントローラ３０４は、寸法測定値Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを過去の寸法測定値と比較してもよく、比較結果に部分的に基づいて器具制御システム１３０を更新してもよい。
【００３４】
図５は、器具制御システム１３０と機械１００上の参照位置１３２に対する器具１０６上の位置を決定するプロセス（５００）との代替の例示的実施形態を示す。コントローラ３０４は、機械１００が第１の機械配置にあるときに機械１００の剛性体１２０上の参照位置１３２を決定するように適合されている（ステップ５０２）。コントローラ３０４は、さらに、機械１００が第２の機械配置にあるときに第１の所望される位置２００を決定するように適合され（ステップ５０４）、第１の所望される位置２００は、機械１００の剛性体１２０に動作的に接続された器具１０６の右縁１１０を表す。
【００３５】
図示の実施形態において、コントローラ３０４は、さらに、機械１００が第２の機械配置にあるときに第２の所望される位置２０２を決定し（ステップ５０６）、第２の所望される位置２０２は、器具１０６の第２の縁１１２を表す。いくつかの実施形態において、機械１００が第２の機械配置にあるときに第１の所望される位置２００または第２の所望される位置を決定するため、第１の所望される位置２００または第２の所望される位置を例えば地面に打ち込まれた杭などを用いてマークし、機械１００を第１の機械配置から第２の機械配置まで移動させる。機械１００を第１の配置から第２の配置まで移動させることにより、マルチパスエラーおよび信号劣化に関連付けられる精度の課題の解消が促される。これは、周知のように、例えばＧＰＳ受信機１２２が受信機と衛星との間の信号送信に干渉する金属物体（例えば機械）または背が高い物体に近すぎるときに発生し得る。
【００３６】
コントローラ３０４は、さらに、例えば傾斜センサなどの機械１００に動作的に接続されたセンサ３００からの、ピッチデータまたはロールデータの少なくとも一方を示してもよい信号と、例えば油圧シリンダ位置センサなどの器具１０６に動作的に接続されたセンサ３０２からの、シリンダデータを示してもよい信号とを受信するように適合されている（ステップ５０８）。
【００３７】
コントローラ３０４は、さらに、参照位置１３２に対する第１の所望される位置２００の、第１の相対的な所望される位置を決定する（ステップ５１０）とともに、参照位置１３２に対する第２の所望される位置２０２の、第２の相対的な所望される位置を決定する（ステップ５１２）ように適合されている。コントローラ３０４は、機械１００の垂直寸法を示す測定値Ａ、機械１００の第１の水平寸法を示す測定値Ｂ、および機械１００の第２の水平寸法を示す測定値Ｃを決定する（ステップ５１４）。垂直寸法測定値Ａ、第１の水平寸法測定値Ｂ、および第２の水平寸法測定値Ｃの各々は、参照位置１３２、第１の相対的な所望される位置、第２の相対的な所望される位置、ピッチ信号、ロール信号、または油圧シリンダデータ信号の少なくとも１つに部分的に基づいている。
【００３８】
コントローラ３０４は、第１および第２の相対的な所望される位置ならびに垂直寸法測定値Ａ、第１の水平寸法測定値Ｂ、および第２の水平寸法測定値Ｃを用いて器具制御システム１３０を更新する（ステップ５１６）。代替としてまたは加えて、コントローラ３０４は、第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行い、第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新する。加えて、コントローラ３０４は、寸法測定値Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを過去の寸法測定値と比較してもよく、比較結果に部分的に基づいて器具制御システム１３０を更新してもよい。
【００３９】
器具制御システム１３０、コントローラ３０４、および勾配制御システム３０６は、１つ以上の制御モジュール（例えばＥＣＭ、ＥＣＵ等）を含んでもよい。１つ以上の制御モジュールは、処理ユニット、メモリ、センサインタフェース、および／または制御信号インタフェース（信号を受信および送信するための）を含んでもよい。処理ユニットは、特定の通信、制御、および／または診断機能を行うために器具制御システム１３０により用いられる１つ以上の論理および／または処理コンポーネントを表してもよい。例えば、処理ユニットは、器具制御システム１３０内および／または外の装置間における情報のルーティングを実行するように適合されてもよい。
【００４０】
さらに、処理ユニットは、メモリなどの格納装置からのものを含む指令を実行するように適合されてもよい。１つ以上の制御モジュールは、１つ以上の汎用処理ユニットおよび／または専用ユニット（例えばＡＳＩＣＳ、ＦＰＧＡ等）などの複数の処理ユニットを含んでもよい。特定の実施形態において、処理ユニットの機能性は、一体化されたＣＰＵ、メモリ、および１つ以上の周辺装置を含む、一体化されたマイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータ内において具現化されてもよい。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気および光学格納装置、ディスク、消去可能なプログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）のプログラム可能な消去可能コンポーネント、およびフラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含むがそれらに限定されない、情報を格納可能な１つ以上の既知のシステムを表してもよい。
【００４１】
上述の説明は、開示のシステムおよび方法の例を提供していることが理解されよう。しかし、本開示の他の実装は、詳細において上述の例と異なり得ると考えられる。本開示または本開示の例へのすべての参照は、その時点で検討されている特定の例を参照することを意図するものであり、より一般的に本開示の範囲についての何らの限定も示唆することを意図するものではない。特定の特長を区別および批判するすべての文言は、それらの特長が好ましさに欠けることを示すことを意図するものであり、他に指定しない限り、かかる特長を本開示の範囲から完全に排除することを意図するものではない。
【００４２】
本明細書における値の範囲の記載は、本明細書において他に指定しない限り、その範囲に該当する各々の別々の値に個々に言及する簡略な方法として役立つことを単に意図するものであり、各々の別々の値は、本明細書において個々に記載されたかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書において他に指定しない限り、またはその他文脈上明らかに矛盾しない限り、いずれの好適な順序でも行うことが可能である。
【００４３】
このため、本開示は、適用法により認められるように本明細書に付帯の請求項に記載の主題のすべての修正形態および均等物を含む。また、すべての可能な変形における上記の要素のいずれの組み合わせも、本明細書において他に指定しない限り、またはその他文脈上明らかに矛盾しない限り、本開示に含まれる。
【技術分野】
【０００１】
本特許開示は、一般に、器具制御システムに関し、より具体的には、機械上の参照位置に対する器具上の位置を決定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道式トラクタ、モータグレーダ、スクレーパ、および／またはバックホーローダなどの土木機械は、ドーザブレードまたはバケットなどの器具を有し、かかる器具は、土地の区画の地形または地勢を変更するために工事現場で用いられる。器具は、工事現場において最終的な表面の輪郭または最終的な勾配を達成するなどの工事現場における工事を行うため、オペレータまたは制御システムにより制御することができる。しかし、オペレータが移動を制御している場合、器具の位置決めは、専門技能と勤勉さとを要求する複雑で時間がかかる仕事である。従って、オペレータの制御を簡略化するため、器具の自律的制御を提供することが望ましいことが多い。
【０００３】
器具を自律的に制御するためには、機械上の参照点に対する器具上の少なくとも１つの点の正確な位置を決定することが時として必要である。また、器具上の少なくとも１つの点と機械上の参照点との間の厳密な距離を決定することも時として必要である。器具上の点と機械上の参照点との正確な相対位置および厳密な相対距離を決定することは、位置および距離情報を用いて器具制御システムを較正または更新することを要求する場合もある。
【０００４】
従来技術によるシステムは、直定規、巻き尺、下げ振り、および他の手動の方法を用いて位置および距離情報を取得している。いくつかの従来技術によるシステムは、例えば木、岩、旗、および他のかかるマーカなど、機械に対して外方または外部に配置された参照点に対する位置情報を用いて器具制御システムを更新している。例えば、Ｋａｌａｆｕｔ他に付与された（特許文献１）（「Ｋａｌａｆｕｔ」）は、工事器具が制御可能に取り付けられた工事機械の位置および機首方向を決定するための方法を開示している。（特許文献１）は、参照点を用いて工事機械の位置および機首方向のための参照を提供することを開示している。好適な参照点の例には、「岩、旗、マーカ、木など」が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，４１８，３６４号明細書
【発明の概要】
【０００６】
しかし、開示された方法では、測定プロセス中に検出することが困難な種々の人的エラーが生じやすいため、（特許文献１）および他の従来技術によるシステムにより開示される方法は、測定距離が大きくないときに十分なものである。加えて、開示された方法および従来技術によるシステムは、２人以上の個人、既知の座標系に対して固定かつ一定の参照点（すなわち、参照点の座標が変化しない）、および／または機械に対して外部の参照点とを要求し得る測定プロセスを含み、機械を外部の参照点に対して繰り返し較正することを要求し得、非常に時間がかかる可能性がある。
【０００７】
開示のシステムおよび方法は、上記の問題の１つ以上を克服することを対象とするものである。
【０００８】
一態様において、本開示は、機械上の参照位置に対する機械上の位置を決定するための方法を記載している。本方法は、座標系における参照位置を決定するステップと、座標系における機械上の第１の所望される位置を決定するステップと、参照位置に対する第１の所望される位置を決定するステップとを含む。本方法は、さらに、第１の相対的な所望される位置を用いて制御システムを更新するステップを含む。
【０００９】
開示は、別の態様において、機械の剛性体に動作的に接続された器具を有する機械上の参照位置に対する機械上の位置を決定するための、機械における器具制御システムを記載している。制御システムは、器具に動作的に接続されたコントローラを含む。コントローラは、座標系における参照位置を決定し、座標系における器具上の第１の所望される位置を決定し、参照位置に対する第１の所望される位置の、第１の相対的な所望される位置を決定し、第１の相対的な所望される位置を用いて器具制御システムを更新するように適合されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の例示的実施形態による器具制御システムを有する機械の側面図である。
【図２】本開示の例示的実施形態による器具制御システムを有する機械の正面図である。
【図３】本開示の例示的実施形態による器具制御システムを示す。
【図４】本開示の例示的実施形態による器具制御プロセスの一実施形態を示すフロー図である。
【図５】本開示の例示的実施形態による器具制御プロセスの代替の実施形態を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、機械上の参照位置に対する器具上の位置を決定するためのシステムおよび方法に関する。機械１００の例示的実施形態を図１に概略的に示す。機械１００は、採鉱、建設、農業、輸送、または当該技術において既知の他のいずれかの産業などの産業に関連付けられた何らかの種類の作業を行う移動式機械であってもよい。例えば、機械１００は、図１に示すトラクタもしくはドーザ、スクレーパ、または当該技術において既知の他のいずれかの機械であってもよい。後続の例示的実施形態の詳細な説明では、ドーザに関して本発明を説明しているが、説明は、他のかかる機械における本発明の使用にも同様に当てはまることは言うまでもない。
【００１２】
図示の実施形態において、機械１００は、動力源１０２と、例えば機械１００を推進させるおよび／または他の機械のコンポーネントを制御するための１つ以上の入力装置など、機械１００を操作するために必要な制御装置を含むオペレータステーションまたは運転室１０４とを含む。機械１００は、さらに、例えば土を移動させるためのブレード、ボウル、リッパ、またはバケットなどの器具１０６を含む。１つ以上の入力装置は、運転室１０４内に配設された１つ以上のジョイスティックを含んでもよく、所望される器具１０６の移動を示すオペレータからの入力を受信するように適合されてもよい。また、運転室１０４は、オペレータに情報を伝えるディスプレイを有するユーザインタフェースを含んでもよく、キーボード、タッチスクリーン、または機械１００、器具１０６、および／もしくはその他の機械のコンポーネントを制御および／もしくは操作するためにオペレータからの入力を受信するためのいずれかの好適な機構を含んでもよい。
【００１３】
器具１０６は、工事現場の表面に係合し、その表面を貫通し、または切断するように適合されてもよく、さらに、所定の仕事を遂行するために土を移動させるように適合されてもよい。工事現場は、例えば採鉱現場、埋立地、採石場、建設現場、または他のいずれかの種類の工事現場を含んでもよい。土の移動は、工事現場における地形の変更に関連付けられてもよく、例えばグレーディング作業、スクレーピング作業、レベリング作業、バルク材除去作業、または工事現場における他のいずれかの種類の地形変更作業を含んでもよい。
【００１４】
図示の実施形態において、器具１０６は、第１端１１０と第２端１１２との間に延在する切断縁１０８を含む（図２に最良に示す）。器具１０６の切断縁１０８の第１端１１０は、器具１０６の右先端または右縁を表すかまたは画定してもよく、器具１０６の切断縁１０８の第２端１１２は、器具１０６の左先端または左縁を表すかまたは画定してもよい。器具１０６は、運転室１０４における入力装置に動作的に接続された１つ以上の油圧機構により移動可能であってもよい。
【００１５】
油圧機構は、例えば器具１０６を上げる、器具１０６を下げる、器具１０６を左もしくは右に傾ける、または器具１０６を前もしくは後に傾けるなど、器具１０６を様々な位置に移動させるための１つ以上の油圧リフトアクチュエータ１１４と１つ以上の油圧チルトアクチュエータ１１６とを含んでもよい。図示の実施形態において、機械１００は、器具１０６の各側に１つの油圧リフトアクチュエータ１１４と１つの油圧チルトアクチュエータ１１６とを含む。図示の実施形態は、２つの油圧リフトアクチュエータ１１４を示すが（図２に示すように）、２つの油圧チルトアクチュエータ１１６の一方のみが示されている（片側のみが示されている）。
【００１６】
動力源１０２は、機械１００を支持し、操舵し、および推進させるように適合された地面係合機構１１８に動力を提供するエンジンである。動力源１０２は、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガス燃料エンジン、または当該技術において既知の他のいずれかの種類の燃焼エンジンなどのエンジンを具現化してもよい。動力源１０２は、代替として、例えば燃料電池、電力貯蔵装置、または別の好適な動力源など、非燃焼動力源（図示せず）を具現化してもよい。動力源１０２は、機械１００、器具１０６、および他の機械１００のコンポーネントに動力を提供するための油圧動力に変換されてもよい機械的または電気的な動力出力を発生させてもよい。
【００１７】
機械１００は、さらに、器具１０６と地面係合機構１１８との間に配設されたフレームまたは剛性体１２０を含む。機械１００の剛性体１２０には、位置データまたは信号を受信および処理するように適合された位置決定システム１２２が搭載されてもよい。位置決定装置１２２は、衛星航法（ＧＰＳ）システム受信機であってもよい。ＧＰＳ受信機は、当該技術において周知であるように、複数の衛星から信号を受信し、それに応答して、工事現場に対する座標系１２３、すなわち、現場座標系における受信機の位置を決定する。現場座標系１２３は、ｘ座標１２４、ｙ座標１２６、およびｚ座標１２８を有するデカルト系であってもよい。代替の実施形態において、位置決定システム１２２は、本開示の範囲を逸脱することなく、例えばレーザ参照システムなどの他の種類の位置決めシステムを含んでもよい。
【００１８】
機械１００は、さらに、入力装置と器具１０６の移動を制御するための油圧アクチュエータ１１４、１１６とに動作的に接続された器具制御システム１３０を含む。制御システム１３０は、器具１０６を工事現場の地勢に係合させるためにオペレータにより所望される器具１０６の移動に応答して、所定または目標位置に移動するように器具１０６に指示してもよい。制御システム１３０は、さらに、例えば工学的もしくは現場設計、生産性もしくは負荷を最大化する方策、または現場設計と生産性方策との組み合わせに部分的に基づいて、自動的に決定された器具１０６の移動を示す所定または目標位置に移動するように器具１０６に指示してもよい。
【００１９】
自動的に決定された移動信号または命令に応答して厳密に移動するように器具１０６に指示するため、制御システム１３０は、機械１００に関連付けられたある所定の測定データを要求し得、機械１００の操作に関連付けられた他のシステムおよびコンポーネントに対してある所定の較正を行う必要があり得る。図１および図２に示すように、機械１００は、垂直寸法測定値Ａと、垂直寸法測定値Ａが定義される平面に対して直交するかまたは垂直な平面内に定義された第１の水平寸法測定値Ｂと、第１の水平寸法測定値Ｂと同じ平面内に定義された第２の水平寸法測定値Ｃ（図２に最良に示す）とを含む。機械１００は、本開示の範囲を逸脱することなく、例えば水平面または垂直面のいずれかに対して所定の非直交角度または度合（例えば４５度の角度）で配向された平面内に定義された寸法測定値など、他の平面において定義された他の寸法測定値を具現化してもよい。
【００２０】
図３に示すように、器具制御システム１３０は、例えば傾斜センサなどの機械１００に動作的に接続されるかまたは関連付けられた少なくとも１つのセンサ３００と、例えば油圧シリンダ位置センサ、回転角度センサ、または重力参照傾斜センサなどの器具１０６に動作的に接続されるかまたは関連付けられた少なくとも１つのセンサ３０２と、コントローラ３０４とを含む。コントローラ３０４は、入力装置、位置決定システム１２２、およびセンサ３００、３０２からの入力を受信するように適合されている。器具制御システム１３０は、さらに、入力装置、位置決定システム１２２、およびセンサ３００、３０２からの入力に基づいて器具１０６の移動を制御または指示するように適合されている。
【００２１】
例えば、コントローラ３０４は、所定または目標勾配プロファイルに沿って切断を行うように器具１０６に指示してもよい勾配制御システム３０６から受信した入力信号に応答して、所定または目標位置に移動するように器具１０６に指示してもよい。例えば勾配制御システム３０６の信号などの自動的に決定された移動信号に応答して厳密に移動するように器具１０６に指示するため、コントローラ３０４は、測定値Ａ、Ｂ、およびＣを用いて勾配制御システム３０６を較正して、初期機械条件を確立してもよい。また、コントローラ３０４は、測定値Ａ、Ｂ、およびＣを用いて機械センサ３００および／または器具センサ３０２を較正してもよい。
【００２２】
図示の実施形態において、コントローラ３０４は、位置決定システム１２２から受信した位置信号から測定値Ａ、Ｂ、およびＣを決定または導出するように適合されている。コントローラ３０４は、例えば、座標系１２３における機械１００上の参照点１３２の位置を決定するように適合されてもよい。参照点１３２または参照位置は、固定体１２０に搭載されたＧＰＳ受信機１２２の絶対位置を表してもよい。
【００２３】
図２に示すように、コントローラ３０４は、器具１０６の切断縁１０８上の１つ以上の所望される点２００、２０２の位置を決定するように適合されてもよい。１つ以上の所望される位置２００、２０２は、器具１０６の一部分を表してもよい。図示の実施形態において、１つ以上の所望される位置２００、２０２は、それぞれ右縁１１０および左縁１１２を表す。代替としてまたは加えて、いくつかの実施形態において、右縁１１０と左縁１１２との間に配設された中心点２０４は、所望される位置を表してもよい。
【００２４】
コントローラ３０４は、さらに、参照点１３２と１つ以上の所望される位置２００、２０２とに部分的に基づいて、機械１００の垂直寸法を表す測定値Ａを決定するように適合されてもよい。また、コントローラ３０４は、参照点１３２と１つ以上の所望される位置２００、２０２とに部分的に基づいて、機械１００の水平寸法を表す測定値Ｂおよび／または測定値Ｃを決定するように適合されてもよい。代替としてまたは加えて、コントローラ３０４は、参照位置１３２から１つ以上の所望される位置２００、２０２までの距離を表す測定値（図示せず）を決定するように適合されてもよい。コントローラ３０４は、例えばベクトル演算などの既知のアルゴリズムを用いて、および／または例えばカスタマイズされた運動学方程式などを用いて、測定値Ａ、Ｂ、およびＣを導出または決定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本明細書に記載の機械上の参照位置に対する器具上の位置を決定するためのシステムおよび方法の産業上の利用可能性は、上述の検討から容易に理解されよう。機械は、軌道式トラクタとして示したが、機械は、例えば採鉱、建設および他の産業アプリケーションに関連付けられた少なくとも１つの作業を行ういずれかの種類の機械であってもよい。その上、本明細書に記載のシステムおよび方法は、多様な機械および仕事に適合させることが可能である。例えば、スクレーパ、バックホーローダ、スキッドステアローダ、ホイールローダ、モータグレーダ、および他の多くの機械が、記載のシステムおよび方法から恩恵を得ることが可能である。
【００２６】
ある実施形態によれば、器具制御システム１３０は、座標系１２３における機械１００上の参照位置１３２を決定し、座標系１２３における機械上の第１の所望される位置２００および／または機械上の第２の所望される位置２０２を決定し、参照位置１３２に対する第１の所望される位置２００または第２の所望される位置２０２の、第１または第２の相対的な所望される位置を決定するように適合されている。
【００２７】
制御システム１３０は、さらに、参照位置１３２、第１の相対的な所望される位置、または第２の相対的な所望される位置に部分的に基づいて、機械１００の垂直寸法を示す測定値Ａまたは機械１００の水平寸法を示す測定値ＢもしくはＣを決定するように適合されている。制御システム１３０は、さらに、垂直寸法測定値Ａまたは水平寸法測定値ＢもしくはＣを用いて更新されるように適合されている。寸法測定値Ａ、Ｂ、またはＣを用いて、例えば勾配制御システム３０６などの他の機械のシステム、ならびに例えば機械のセンサ３００および／または器具のセンサ３０２などの関連付けられたセンサを較正してもよい。
【００２８】
代替としてまたは加えて、寸法測定値Ａ、Ｂ、またはＣは、例えば器具１０６の切断縁１０８の摩耗により、時間とともに変化し得る。例えば、第１の所望される位置２００または第２の所望される位置２０２は、右縁１１０または左縁１１２が摩耗により変化したことが原因で参照位置１３２に対して変化し得る。従って、いくつかの実施形態において、制御システム１３０は、寸法測定値Ａ、Ｂ、またはＣを過去の寸法測定値と比較し、比較結果に基づいて制御システム１３０を更新するように適合されている。
【００２９】
図４は、器具制御システム１３０と機械１００上の参照位置１３２に対する器具１０６上の位置を決定するプロセス（４００）との例示的実施形態を示す。コントローラ３０４は、座標系１２３における参照位置１３２を決定するように適合されている（ステップ４０２）。いくつかの実施形態において、参照位置１３２は、機械１００の剛性体１２０上の固定または一定の点に関連付けられてもよい。コントローラ３０４は、ＧＰＳ受信機１２２を用いることにより参照位置１３２を決定してもよい。ＧＰＳ受信機１２２は、機械１００の剛性体１２０に搭載されてもよいし、参照位置１３２における位置データを受信するため剛性体１２０上に配置されるとともに次いで機械１００上の異なる点または場所における位置データを受信するため剛性体１２０から除去される移動式受信機であってもよい。
【００３０】
コントローラ３０４は、座標系１２３における機械１００上の第１の所望される位置２００を決定するように適合されている（ステップ４０４）。第１の所望される位置２００は、例えば器具１０６の切断縁１０８の右縁１１０など、器具１０６の第１の部分を表してもよい。コントローラ３０４は、参照位置１３２に対する第１の所望される位置２００の、第１の相対的な所望される位置を決定する（ステップ４０６）。
【００３１】
コントローラ３０４は、さらに、座標系１２３における機械１００上の第２の所望される位置２０２を決定するように適合されている（ステップ４０８）。第２の所望される位置２０２は、例えば器具１０６の切断縁１０８の左縁１１２など、機械１００の第２の部分を表してもよい。コントローラ３０４は、参照位置１３２に対する第２の所望される位置２０２の、第２の相対的な所望される位置を決定する（ステップ４１０）。
【００３２】
コントローラ３０４は、さらに、機械１００の垂直寸法を示す測定値Ａ、機械の第１の水平寸法を示す測定値Ｂ、または機械の第２の水平寸法を示す測定値Ｃを決定するように適合されている（ステップ４１２）。各寸法測定値Ａ、Ｂ、およびＣは、参照位置１３２、第１の相対的な所望される位置、または第２の相対的な所望される位置の少なくとも１つに部分的に基づいている。コントローラ３０４は、第１の所望される位置２００、第２の所望される位置２０２、第１の相対的な所望される位置、第２の相対的な所望される位置、垂直寸法測定値Ａ、第１の水平寸法測定値Ｂ、および第２の水平寸法測定値Ｃを用いて器具制御システム１３０を更新する。
【００３３】
代替としてまたは加えて、コントローラ３０４は、第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行い、第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新する。加えて、コントローラ３０４は、寸法測定値Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを過去の寸法測定値と比較してもよく、比較結果に部分的に基づいて器具制御システム１３０を更新してもよい。
【００３４】
図５は、器具制御システム１３０と機械１００上の参照位置１３２に対する器具１０６上の位置を決定するプロセス（５００）との代替の例示的実施形態を示す。コントローラ３０４は、機械１００が第１の機械配置にあるときに機械１００の剛性体１２０上の参照位置１３２を決定するように適合されている（ステップ５０２）。コントローラ３０４は、さらに、機械１００が第２の機械配置にあるときに第１の所望される位置２００を決定するように適合され（ステップ５０４）、第１の所望される位置２００は、機械１００の剛性体１２０に動作的に接続された器具１０６の右縁１１０を表す。
【００３５】
図示の実施形態において、コントローラ３０４は、さらに、機械１００が第２の機械配置にあるときに第２の所望される位置２０２を決定し（ステップ５０６）、第２の所望される位置２０２は、器具１０６の第２の縁１１２を表す。いくつかの実施形態において、機械１００が第２の機械配置にあるときに第１の所望される位置２００または第２の所望される位置を決定するため、第１の所望される位置２００または第２の所望される位置を例えば地面に打ち込まれた杭などを用いてマークし、機械１００を第１の機械配置から第２の機械配置まで移動させる。機械１００を第１の配置から第２の配置まで移動させることにより、マルチパスエラーおよび信号劣化に関連付けられる精度の課題の解消が促される。これは、周知のように、例えばＧＰＳ受信機１２２が受信機と衛星との間の信号送信に干渉する金属物体（例えば機械）または背が高い物体に近すぎるときに発生し得る。
【００３６】
コントローラ３０４は、さらに、例えば傾斜センサなどの機械１００に動作的に接続されたセンサ３００からの、ピッチデータまたはロールデータの少なくとも一方を示してもよい信号と、例えば油圧シリンダ位置センサなどの器具１０６に動作的に接続されたセンサ３０２からの、シリンダデータを示してもよい信号とを受信するように適合されている（ステップ５０８）。
【００３７】
コントローラ３０４は、さらに、参照位置１３２に対する第１の所望される位置２００の、第１の相対的な所望される位置を決定する（ステップ５１０）とともに、参照位置１３２に対する第２の所望される位置２０２の、第２の相対的な所望される位置を決定する（ステップ５１２）ように適合されている。コントローラ３０４は、機械１００の垂直寸法を示す測定値Ａ、機械１００の第１の水平寸法を示す測定値Ｂ、および機械１００の第２の水平寸法を示す測定値Ｃを決定する（ステップ５１４）。垂直寸法測定値Ａ、第１の水平寸法測定値Ｂ、および第２の水平寸法測定値Ｃの各々は、参照位置１３２、第１の相対的な所望される位置、第２の相対的な所望される位置、ピッチ信号、ロール信号、または油圧シリンダデータ信号の少なくとも１つに部分的に基づいている。
【００３８】
コントローラ３０４は、第１および第２の相対的な所望される位置ならびに垂直寸法測定値Ａ、第１の水平寸法測定値Ｂ、および第２の水平寸法測定値Ｃを用いて器具制御システム１３０を更新する（ステップ５１６）。代替としてまたは加えて、コントローラ３０４は、第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行い、第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新する。加えて、コントローラ３０４は、寸法測定値Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを過去の寸法測定値と比較してもよく、比較結果に部分的に基づいて器具制御システム１３０を更新してもよい。
【００３９】
器具制御システム１３０、コントローラ３０４、および勾配制御システム３０６は、１つ以上の制御モジュール（例えばＥＣＭ、ＥＣＵ等）を含んでもよい。１つ以上の制御モジュールは、処理ユニット、メモリ、センサインタフェース、および／または制御信号インタフェース（信号を受信および送信するための）を含んでもよい。処理ユニットは、特定の通信、制御、および／または診断機能を行うために器具制御システム１３０により用いられる１つ以上の論理および／または処理コンポーネントを表してもよい。例えば、処理ユニットは、器具制御システム１３０内および／または外の装置間における情報のルーティングを実行するように適合されてもよい。
【００４０】
さらに、処理ユニットは、メモリなどの格納装置からのものを含む指令を実行するように適合されてもよい。１つ以上の制御モジュールは、１つ以上の汎用処理ユニットおよび／または専用ユニット（例えばＡＳＩＣＳ、ＦＰＧＡ等）などの複数の処理ユニットを含んでもよい。特定の実施形態において、処理ユニットの機能性は、一体化されたＣＰＵ、メモリ、および１つ以上の周辺装置を含む、一体化されたマイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータ内において具現化されてもよい。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気および光学格納装置、ディスク、消去可能なプログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等）のプログラム可能な消去可能コンポーネント、およびフラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含むがそれらに限定されない、情報を格納可能な１つ以上の既知のシステムを表してもよい。
【００４１】
上述の説明は、開示のシステムおよび方法の例を提供していることが理解されよう。しかし、本開示の他の実装は、詳細において上述の例と異なり得ると考えられる。本開示または本開示の例へのすべての参照は、その時点で検討されている特定の例を参照することを意図するものであり、より一般的に本開示の範囲についての何らの限定も示唆することを意図するものではない。特定の特長を区別および批判するすべての文言は、それらの特長が好ましさに欠けることを示すことを意図するものであり、他に指定しない限り、かかる特長を本開示の範囲から完全に排除することを意図するものではない。
【００４２】
本明細書における値の範囲の記載は、本明細書において他に指定しない限り、その範囲に該当する各々の別々の値に個々に言及する簡略な方法として役立つことを単に意図するものであり、各々の別々の値は、本明細書において個々に記載されたかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書において他に指定しない限り、またはその他文脈上明らかに矛盾しない限り、いずれの好適な順序でも行うことが可能である。
【００４３】
このため、本開示は、適用法により認められるように本明細書に付帯の請求項に記載の主題のすべての修正形態および均等物を含む。また、すべての可能な変形における上記の要素のいずれの組み合わせも、本明細書において他に指定しない限り、またはその他文脈上明らかに矛盾しない限り、本開示に含まれる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械（１００）の剛性体（１２０）に動作的に接続された器具（１０６）を有する機械（１００）上の参照位置（１３２）に対する機械（１００）上の位置を決定するための、機械（１００）に配設された器具制御システム（１３０）であって：
器具（１０６）に動作的に接続されたコントローラ（３０４）；を備え、コントローラ（３０４）は：
座標系（１２３）における参照位置（１３２）を決定し；
座標系（１２３）における器具（１０６）上の第１の所望される位置（２００）を決定し；
参照位置（１３２）に対する第１の所望される位置（２００）の、第１の相対的な所望される位置を決定し；
第１の相対的な所望される位置を用いて器具制御システム（１３０）を更新する；ように適合されている、器具制御システム（１３０）。
【請求項２】
コントローラ（３０４）は、さらに：
座標系（１２３）における器具（１０６）上の第２の所望される位置（２０２）を決定し；
参照位置（１３２）に対する第２の所望される位置（２０２）の、第２の相対的な所望される位置を決定し；
第２の相対的な所望される位置を用いて器具制御システム（１３０）を更新する；ように適合されている、請求項１に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項３】
コントローラ（３０４）は、さらに：
機械（１００）の垂直寸法を示す測定値（Ａ）、機械（１００）の第１の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）、および機械（１００）の第２の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）を決定し、垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）の各々は、参照位置（１３２）、第１の相対的な所望される位置、または第２の相対的な所望される位置の少なくとも１つに部分的に基づき；
垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）を用いて器具制御システム（１３０）を更新する；ように適合されている、請求項２に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項４】
参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置（１３２）を決定するステップを含み、第１の所望される位置（２００）を決定するステップは、器具（１０６）の第１の縁（１１０）を決定するステップを含み、第２の所望される位置（２０２）を決定するステップは、器具（１０６）の第２の縁（１１２）を決定するステップを含む、請求項３に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項５】
複数のＧＰＳ受信機をさらに含み、参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）に搭載された複数のＧＰＳ受信機のうちの１つのＧＰＳ受信機（１２２）を用いるステップを含む、請求項４に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項６】
コントローラ（３０４）は、さらに：
第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行い；
第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新する；ように適合されている、請求項２に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項７】
機械（１００）上の参照位置（１３２）に対する機械上の位置を決定するための方法であって：
機械（１００）が第１の機械（１００）配置にあるときに機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置（１３２）を決定するステップと；
機械（１００）が第２の機械（１００）配置にあるときに第１の所望される位置（２００）を決定するステップであって、第１の所望される位置（２００）は、機械（１００）の剛性体（１２０）に動作的に接続された器具（１０６）の第１の縁（１１０）を表す、ステップと；
機械（１００）が第２の機械（１００）配置にあるときに第２の所望される位置（２０２）を決定するステップであって、第２の所望される位置（２０２）は、器具（１０６）の第２の縁（１１２）を表す、ステップと；
機械（１００）に動作的に接続されたセンサからの信号を受信するステップであって、信号は、ピッチデータ、ロールデータ、または油圧シリンダデータの少なくとも１つを示す、ステップと；
参照位置（１３２）に対する第１の所望される位置（２００）の、第１の相対的な所望される位置を決定するステップと；
参照位置（１３２）に対する第２の所望される位置（２０２）の、第２の相対的な所望される位置を決定するステップと；
機械（１００）の垂直寸法を示す測定値（Ａ）、機械（１００）の第１の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）、および機械（１００）の第２の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）を決定するステップであって、垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）の各々は、参照位置（１３２）、第１の相対的な所望される位置、第２の相対的な所望される位置、ピッチ信号、ロール信号、または油圧シリンダデータ信号の少なくとも１つに部分的に基づく、ステップと；
第１および第２の相対的な所望される位置ならびに垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）を用いて器具制御システム（１３０）を更新するステップと；を含む、方法。
【請求項８】
参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置を決定するステップを含み、参照位置（１３２）、第１の所望される位置（２００）、または第２の所望される位置（２０２）の少なくとも１つを決定するステップは、複数のＧＰＳ受信機を用いるステップを含み、参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）に搭載された複数のＧＰＳ受信機のうちの１つのＧＰＳ受信機を用いるステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）が第１の機械（１００）配置にあるときに参照位置（１３２）を決定するステップを含み；
第１の所望される位置（２００）を決定するステップまたは第２の所望される位置（２０２）を決定するステップは、機械（１０１）が第２の機械（１００）配置にあるときに第１または第２の所望される位置（２００、２０２）を決定するステップを含み、第１または第２の所望される位置（２００、２０２）は、表面上のマークとして具現化されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行うステップと；
第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新するステップと；をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１】
機械（１００）の剛性体（１２０）に動作的に接続された器具（１０６）を有する機械（１００）上の参照位置（１３２）に対する機械（１００）上の位置を決定するための、機械（１００）に配設された器具制御システム（１３０）であって：
器具（１０６）に動作的に接続されたコントローラ（３０４）；を備え、コントローラ（３０４）は：
座標系（１２３）における参照位置（１３２）を決定し；
座標系（１２３）における器具（１０６）上の第１の所望される位置（２００）を決定し；
参照位置（１３２）に対する第１の所望される位置（２００）の、第１の相対的な所望される位置を決定し；
第１の相対的な所望される位置を用いて器具制御システム（１３０）を更新する；ように適合されている、器具制御システム（１３０）。
【請求項２】
コントローラ（３０４）は、さらに：
座標系（１２３）における器具（１０６）上の第２の所望される位置（２０２）を決定し；
参照位置（１３２）に対する第２の所望される位置（２０２）の、第２の相対的な所望される位置を決定し；
第２の相対的な所望される位置を用いて器具制御システム（１３０）を更新する；ように適合されている、請求項１に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項３】
コントローラ（３０４）は、さらに：
機械（１００）の垂直寸法を示す測定値（Ａ）、機械（１００）の第１の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）、および機械（１００）の第２の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）を決定し、垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）の各々は、参照位置（１３２）、第１の相対的な所望される位置、または第２の相対的な所望される位置の少なくとも１つに部分的に基づき；
垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）を用いて器具制御システム（１３０）を更新する；ように適合されている、請求項２に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項４】
参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置（１３２）を決定するステップを含み、第１の所望される位置（２００）を決定するステップは、器具（１０６）の第１の縁（１１０）を決定するステップを含み、第２の所望される位置（２０２）を決定するステップは、器具（１０６）の第２の縁（１１２）を決定するステップを含む、請求項３に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項５】
複数のＧＰＳ受信機をさらに含み、参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）に搭載された複数のＧＰＳ受信機のうちの１つのＧＰＳ受信機（１２２）を用いるステップを含む、請求項４に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項６】
コントローラ（３０４）は、さらに：
第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行い；
第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新する；ように適合されている、請求項２に記載の器具制御システム（１３０）。
【請求項７】
機械（１００）上の参照位置（１３２）に対する機械上の位置を決定するための方法であって：
機械（１００）が第１の機械（１００）配置にあるときに機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置（１３２）を決定するステップと；
機械（１００）が第２の機械（１００）配置にあるときに第１の所望される位置（２００）を決定するステップであって、第１の所望される位置（２００）は、機械（１００）の剛性体（１２０）に動作的に接続された器具（１０６）の第１の縁（１１０）を表す、ステップと；
機械（１００）が第２の機械（１００）配置にあるときに第２の所望される位置（２０２）を決定するステップであって、第２の所望される位置（２０２）は、器具（１０６）の第２の縁（１１２）を表す、ステップと；
機械（１００）に動作的に接続されたセンサからの信号を受信するステップであって、信号は、ピッチデータ、ロールデータ、または油圧シリンダデータの少なくとも１つを示す、ステップと；
参照位置（１３２）に対する第１の所望される位置（２００）の、第１の相対的な所望される位置を決定するステップと；
参照位置（１３２）に対する第２の所望される位置（２０２）の、第２の相対的な所望される位置を決定するステップと；
機械（１００）の垂直寸法を示す測定値（Ａ）、機械（１００）の第１の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）、および機械（１００）の第２の水平寸法を示す測定値（Ｂ、Ｃ）を決定するステップであって、垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）の各々は、参照位置（１３２）、第１の相対的な所望される位置、第２の相対的な所望される位置、ピッチ信号、ロール信号、または油圧シリンダデータ信号の少なくとも１つに部分的に基づく、ステップと；
第１および第２の相対的な所望される位置ならびに垂直寸法測定値（Ａ）、第１の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）、および第２の水平寸法測定値（Ｂ、Ｃ）を用いて器具制御システム（１３０）を更新するステップと；を含む、方法。
【請求項８】
参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置を決定するステップを含み、参照位置（１３２）、第１の所望される位置（２００）、または第２の所望される位置（２０２）の少なくとも１つを決定するステップは、複数のＧＰＳ受信機を用いるステップを含み、参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）の剛性体（１２０）に搭載された複数のＧＰＳ受信機のうちの１つのＧＰＳ受信機を用いるステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
機械（１００）の剛性体（１２０）上の参照位置（１３２）を決定するステップは、機械（１００）が第１の機械（１００）配置にあるときに参照位置（１３２）を決定するステップを含み；
第１の所望される位置（２００）を決定するステップまたは第２の所望される位置（２０２）を決定するステップは、機械（１０１）が第２の機械（１００）配置にあるときに第１または第２の所望される位置（２００、２０２）を決定するステップを含み、第１または第２の所望される位置（２００、２０２）は、表面上のマークとして具現化されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第１の相対的な所望される位置を過去の第１の相対的な所望される位置に比較するか、または第２の相対的な所望される位置を過去の第２の相対的な所望される位置に比較するかの少なくとも一方を行うステップと；
第１の相対的な所望される位置または第２の相対的な所望される位置の少なくとも一方を比較結果の関数として更新するステップと；をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５２０５９３（Ｐ２０１３−５２０５９３Ａ）
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５５０７０（Ｐ２０１２−５５５０７０）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２５６３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０６２９６
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【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）】
【公表日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２５６３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１０６２９６
【国際公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【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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