JP2001507804A - 作業具の位置を求める装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 土工作業機械１０に対する作業具１２の位置を求める装置。アンテナ２００が、機械１０に取り付けられ、作業具１２に高周波シグナルを送信し、作業具１２から反射したシグナルを受信するように方向付けされる。発振器３００は、アンテナ２００と電気的に結合され、電気エネルギによりアンテナ２００を励起し、高周波シグナルを発生する。発振器３００は、アンテナ２００のインダクタンスに対応する周波数の出力シグナルを発信する。マイクロプロセッサーをベースにする回路は、発振器３００の出力シグナルを受信し、それに応じて機械１０に対する作業具１２の位置を求める。作業具１２の位置は、出力シグナルの周波数と相関関係にある。

Description

【発明の詳細な説明】 作業具の位置を求める装置技術分野 本発明は、一般にレーダー技術を用いて作業具の位置を求める装置に関する。従来技術 作業具位置検知の分野では、作業具の動きを電気的に検知し、表示又は制御機 能の遂行に使用する様々なシステムが提案されて来た。従来の変換機は、一部は 変換機を取付ける際の障害と、変換機がさらされる苛酷な環境状況のために、作 業具の動きの検出において致命的な欠点を持つものであった。重作業機産業で使 用される変換機は、特に厳しい労働環境から損傷を受け易い。そのような重作業 機の作業具は、通常、比較的保護のない領域に配置され、例えば、高い慣性力、 広幅の温度変化、ほこり、水、破片等による影響を受け易く、結果として電気的 及び機械的故障を生じる。 重作業機産業に特に適切な検知機を設ける１つの試みは、ラジオ周波シグナル を使用することである。そのようなシステムの１つは、１９８８年４月１２日に ビター等に付与された米国特許番号第4、737、705号に開示されている。ビター は、傾斜状に変化するラジオ周波シグナルを、液圧シリンダーによって形成され る同軸共振空胴に発信する。シリンダーの共振周波が送信されると、受信アンテ ナによって検出されるシグナルは、ピークに達する。共振周波は、シリンダーの 伸び量と１対１の関係がある。従って、シリンダーの共振周波を検出することに よって、シリンダーの線状の伸び量が求められる。しかし、そのようなシステム は非常に高価で、作業現場によっては価格面で有効ではないと考えられる。 本発明は、先に述べた問題の１つ又はそれ以上を克服することを目的としてい る。発明の開示 本発明の１つの態様として、土工作業機械に対する作業具の位置を求める装置 が開示される。アンテナが機械に取り付けられ、作業具に高周波シグナルを送信 し、作業具から反射するシグナルを受けるように方向付けされる。発振器が、電 気的にアンテナと結合され、電気的エネルギによりアンテナを励起して、高周波 シグナルを発生させる。該発振器は、アンテナのインダクタンスに対応する周波 数の出力シグナルを発生する。マイクロプロセッサーベースの回路が、該発振器 の出力シグナルを受信し、それに応じて機械に対する作業具の位置を求める。作 業具の位置は、出力シグナルの周波数と相関関係にある。図面の簡単な説明 本発明のよりよい理解のために、添付図面を参照する。図において、 図１は、ブルドーザーの側面図である。 図２は、ブルドーザーのブレードに関してアンテナ配列を示す。 図３は、アンテナ配列の各アンテナと関連して使用される発振器回路を示す。 図４は、図３に示す発振器回路の周波を計るために使用される回路を示す。好ましい実施例の説明 図面を参照すると、図１は、作業具１２を備える土工機械１０の側面図を示す 。 作業具１２は、土壌又は表土を取除くために用いられる。 例示的な目的として、図１に示される土工機械１０は、履帯式ブルドーザー１ ４であり、土工作業具１２は、ブルドーザーブレード１６である。本発明は、ブ ルドーザー１４及びブルドーザーブレード１６を用いて説明するが、本発明は、 積み込み機、掘削機、フロントシャベル等のような他のタイプの土工機械１０及 び土工作業具１２にも使用できるものである。ブルドーザー１４は、ブレード１ ６を上下させる液圧リフトアクチュエータ１８及び、ブレードを前後傾斜及び左 右傾斜させる液圧チルトアクチュエーター２０を備える。ブルドーザー１４は、 さらに１組の履帯２２及びブレード１６を押すドラフトアーム２４を有する。本 発明は、ブレード１６の位置を求めることを目的としている。これを達成するた めに、本発明は、ブレード１６の後部に配置された金属製標板２７に高周波シグ ナルを送るアンテナ配列２５を採用する。 本発明は、図２により詳細に示される。好ましい実施例において、４つのアン テナ２００Ａ〜Ｄを有するアンテナ配列２５は、機械１０の前部に取付けられる 。アンテナ２００は、互いに等間隔で配置され、垂直軸２１５及び水平軸２１０ に沿って互いに揃えられることが好ましい。アンテナ２００は、標板２７に高周 波シグナルを送信するための位置でプレート２６に取付けられる。標板２７は、 高 周波シグナルを受けて、アンテナ配列２５に該シグナルを反射させる。送信され たシグナルの波長は、アンテナ配列２５及び標板２７間の距離の半分以下である ことが好ましい。これによって、標板２７はアンテナ配列と電気的に結合される 。例えば、標板２７上の破線によって示されるように、励起されたアンテナ２０ ０の各々は、鏡像的な電流を標板２７に誘起し、これによって、標板２７のそれ ぞれの部分をアンテナ配列２５の各アンテナ２００と電気的に結合させる。結果 として、各アンテナ２００及び（破線で表わされる）標板上の部分は、インダク タンスが、各アンテナ２００と標板上の該部分との間の距離に対応するインダク ターを形成する。例えば、送信されたシグナルは、１００〜２００メガヘルツの 周波数範囲で脈動する。下記に説明するように、各アンテナ２００は、発振器回 路でインダクターとして用いられる。 アンテナ２００Ａ、Ｂは、ブレード１６の先端部及び底部に対応するアンテナ 対を形成し、平行軸２１０周りのブレード１６の傾斜に対応する距離変化を検出 するために用いられる。アンテナ２００Ｃ、Ｄは、ブレード１６の右部及び左部 に対応するアンテナ対を形成し、垂直軸２１５周りのブレード１６の傾斜に対応 する距離変化を検出するために用いられる。左右のアンテナ対２００Ｃ、Ｄは、 先端及び底のアンテナ対Ａ、Ｂより高周波数範囲で作動するように、アンテナ対 Ａ、Ｂより寸法が小さいことが好ましい。各アンテナ２００から標板２７までの 距離が増すと、その変化を生じたアンテナ２００の有効インダクタンスは減少す る。水平軸及び垂直軸における距離変化が、例えばブレード１６の高さ、ピッチ 、横揺れ、偏揺れ等、ブレード１６の位置を求めるために用いられる。さらに軸 上に配置された小型の環状アンテナは、基準アンテナ２０５として用いられる。 発振器回路は、図３に関して詳細に説明されている。図示されるように、該発 振器回路３００は、コルピットの発振器と同様の方法で構成されている。該発振 器回路３００は、アンテナ２００のインダクタンスと相関関係にある周波数の出 力シグナルを発生する。特に、出力シグナルの作動周波数は、次の方程式で示さ れる。 ここに、 であって、 Ｌ_eqは、アンテナ２００のインダクタンスを表わす。 発振器回路３００の周波数を計るために使用される電気回路４００が、図４に 示される。ヘテロダインミクサー４１０は、基準発振器４０５からの基準シグナ ルとともに、各発振器回路３００からの出力シグナルを受信する。基準発振器４ ０５は、基準アンテナ２０５で構成され、基準アンテナ２０５のインダクタンス に対応する周波数の基準シグナルを発生する。各ヘテロダインミクサー４１０は 、各発振器３００の出力シグナル及び基準シグナル間の差に等しい周波数の混合 シグナルを発生する。ディジタルコンパレーター４１５が、対になるアンテナ２ ００Ａ、Ｂ及び２００Ｃ、Ｄの各々に設けられ、各ヘテロダインミクサー４１０ から混合シグナルを受信し、混合シグナル間の周波数差と等しい大きさの位置シ グナルを発生する。各位置シグナルは、垂直軸２１５、水平軸２１０周りのブレ ード位置の変化を表わす。位置シグナルは、マイクロプロセッサー４２０へ送信 され、ブルドーザーフレームに対するブレード１６の位置を求める。例えば、マ イクロプロセッサー４２０は、各位置シグナルの大きさを数式又はルックアップ テーブルに入力し、ブレード位置を求める。 図３及び図４に示される回路は、典型例であり、説明された回路、又は類似し た回路の設計及び構成は、当業者に周知である。 従って、本発明を、特に前述の好ましい実施例に関して説明したが、様々な付 加的実施例を、本発明の精神及び範囲から離れることなく考え得るであろう。産業上の利用分野 本発明は、土工作業機械に相対する作業具の位置を求めることを目的としてい る。本発明は、高周波シグナルを作業具の後部２７に送信するアンテナ配列２５ を採用することが好ましい。該作業具は、高周波シグナルをアンテナ配列２５の 各アンテナ２００に反射させる。作業具の位置が変化すると、作業具の後部２７ 及びアンテナ配列２５間の距離が変わり、アンテナ２００の有効インダクタンス を変化させる。アンテナ２００Ａ−Ｄのインダクタンスは、電気回路４００によ って監視され、作業具の位置変化を表わす位置シグナルを発生する。マイクロプ ロセッサー４２０は、位置シグナルを受信し、該機械に対する作業具の位置を求 める。 本発明の他の態様、目的、利点は、図面、要約、及び添付の請求の範囲を検討 することによって理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＴ，ＡＵ，Ｂ Ｒ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＩＤ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＧ (72)発明者 アーバンク ディヴィッド ジェイ アメリカ合衆国 イリノイ州 61615 ピ オーリア ウェスト ワグナー レーン 2413

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．作業機械１０に制御可能に取付けられた作業具１２の該作業機械１０に対す る位置を求めるための装置であって、 前記機械１０に取り付けられ、前記作業具１２に高周波シグナルを送信し、 前記作業具１２から反射シグナルを受信するように方向付けされたアンテナ２ ００と、 前記アンテナと電気的に結合され、前記アンテナ２００を電気エネルギによ り励起して高周波シグナルを発生させるようになっており、アンテナ２００の インダクタンスに対応する周波数の出力シグナルを発生する発振器３００と、 前記発振器３００の出力シグナルを受信し、それに応じて該出力シグナルの 周波数と相関関係にある前記機械１０に対する前記作業具１２の位置を求める 回路４００と、 を有する装置。 ２．請求の範囲第１項に記載の装置であって、４つのアンテナ２００を有し、機 械１０の前部に配置されたプレートに取付けられ、作業具１２の後部に位置す る標板２６に高周波シグナルを発信するように方向付けされたアンテナ配列２ ５が、前記標板２６と電気的に結合されており、各アンテナ２００のインダク タンスは、各アンテナ２００と前記標板２６との間の距離に対応するようにな った装置。 ３．請求の範囲第２項に記載の装置であって、４つのアンテナ２００Ａ−Ｄは、 互いに等しい距離をあけ、垂直軸２１５に対し軸方向に整列される１対のアン テナ２００Ａ、Ｂと、互いに等しい距離をあけ、垂直軸２１５に垂直な水平軸 ２１０に対し軸方向に配列される他の１対のアンテナ２００Ｃ、Ｄを有する装 置。 ４．請求の範囲第３項に記載の装置であって、４つの発振器３００Ａ−Ｄの各々 が、アンテナ２００Ａ−Ｄの各々と電気的に結合される装置。 ５．請求の範囲第４項に記載の装置であって、前記水平軸２１０と前記垂直軸２ １５によって形成される接合点と軸方向に整列される環状アンテナ２０５を備 え、前記環状アンテナ２０５が、該環状アンテナ２０５のインダクタンスに対 応する周波数の基準シグナルを発生する基準発振器４０５を備える装置。 ６．請求の範囲第５項に記載の装置であって、４つのヘテロダイン方式ミクサー ４１０の各々が、前記発振器３００Ａ−Ｄの各々からの出力シグナルと前記基 準発振器４０５からの基準シグナルを受信し、これら出力シグナルと基準シグ ナルとの間の差に等しい周波数の混合シグナルを発生する装置。 ７．請求の範囲第６項に記載の装置であって、アンテナの対２００Ａ−Ｂと２０ ０Ｃ−Ｄの各々に設けられたディジタルコンパレーター４１５が、各混合シグ ナルを受信し、各混合シグナル間の周波数差に等しい大きさの位置シグナルを 発信する装置。 ８．請求の範囲第７項に記載の装置であって、位置シグナルを受信し、位置シグ ナルの大きさをベースに機械１０に対する作業具１２の位置を求めるマイクロ プロセッサーを有する装置。