JP2001527610A - 傾斜率補償可能な作業具のシステム及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 傾斜率を補償する作業具システムと方法では、第１及び第２の器具リフトジャッキ(28,30)のロッド端部位置(32,34)の位置を検出するための第１及び第２センサを利用する。コントローラは、リフトジャッキ(28,30)の伸長量の差に基づいて作業具(12)の傾斜角を計算する。傾斜計が所定の平面に対してフレーム角を検出し傾斜率センサは該平面に対してフレーム角の変化率を検出する。傾斜計と傾斜率センサからの信号に基づいて修正されたフレーム角が作業具傾斜角と組み合わされて修正された作業具傾斜角を形成する。ディスプレー装置が修正された作業具傾斜角を表示する。コントローラは、修正作業具傾斜角を所望の作業具傾斜角と比較し、所望及び修正された作業具の傾斜角との差に応答して流体作動式システムを作動してティルトジャッキを動かす。傾斜角制御システムは、特にブルドーザの上に用いるのに適している。

Description

【発明の詳細な説明】 傾斜率補償可能な作業具のシステム及びその方法 技術分野 本発明は、作業具のシステムに関する。より詳細には、本発明は、傾斜率の補 償を行なう、作業具の制御及び監視システムと、地形表面を変更する作業具の位 置を監視し制御する方法に関する。背景技術 地表面変更用作業具の位置を制御するシステムが、数十年にわたって用いられ てきた。例えば、このような制御システムは、ブルドーザ、モータグレーダ、ホ イールローダ、突き固め機、舗装機、地ならし機、地面成形機等のような機械類 に用いられる作業具を動かすのに用いられる。一般的に、制御される作業具の種 類に応じて、この制御システムのために、車両オペレータは流体作動式システム によって、作業具の持ち上げ、傾斜、投棄の制御を行なうことができる。このよ うなシステムは、手で制御されるために（手と目の十分な共同作用が必要とされ る）作業具の位置の正確さと整合性がオペレータによって、また時間によって変 わる。数多くの試行錯誤が最も熟練したオペレータにすら必要とされるので、操 作の効率性と正確さの双方ともが犠牲になる。 好ましい傾斜で切断が行なわれるのに必要とされる角度にまで、例えばブルド ーザのブレードのような作業具を傾けることは、最も熟練したオペレータでも困 難である。このことは、ブレードの傾斜角はオペレータの観察位置に基づいて決 められ固定された基準位置に基づいていないという事実による。地形に対する視 覚的基準点は、機械が地面に沿って移動するにつれて変わるために、車両の動的 な操作のもとで所望の角度にブレードを位置決めし維持することは、特に困難で ある。このようにブルドーザ車両の非常に多くの付加的な通過と作業面の頻繁な チェック（測量）が必要とされる。 地表面変更作業具の位置決めを自動的に行なうための試みがなされてきた。こ のような試みの一例がスガナミタカシに１９８１年８月１１日に付与された米国 特許第４、２８２、９３３号にみられる。この特許では、特に、水平面に対する ブレードの傾斜角を検出するためのドーザブレードに取りつけられた傾斜計と、 所望の傾斜角を選択するための傾斜角設定装置を用いる自動傾斜制御を開示する 。傾斜計からの出力と傾斜角設定装置が比較され、これに対応して信号が傾斜制 御システムに発信される。これによってソレノイド付勢バルブが励磁され、ブレ ードが所望の角度に傾斜される。作動中、ブレードの傾斜によってブレードが所 望の角度に維持され続ける。傾斜計は対象物に近くにあるときには動きに過敏に 反応し、エラー信号を発するので、ドーザブレード、即ち常に動き、常に振動し 、さらに地表面が変更する過酷な作動条件のもとにある作業具の上に傾斜計を取 り付けることは適当ではない。 さらに、地表面変更機械に用いられる自動制御システムは不正確であり、地表 面変更機械が作動する過酷な環境のために、寿命が比較的短くなる傾向にあるの で、満足のいくものではなかった。 車両の動的操作のもとで、作業具の傾斜角が水平基準面に対して変わる。この 不規則な動きは、切断作動と充填作動との精密さに影響をおよぼし、この結果と して、不規則な傾斜面が形成される。傾斜計、一般的に機械フレーム上に固定さ れた検出装置を用いることによっては、機械の挙動によって発生した作業具の傾 斜角位置の変化率に対処できないのでこの問題を解決しない。機械の挙動によっ て発生した傾斜角誤差に注意を向けて修正する解決が今までなされなかった。 本発明は、上述の問題の１つか２つ以上を解決する。発明の開示 地面変更作業具の傾斜角システムは、それぞれが第１及び第２端部を有する第 １及び第２リフトジャッキを備える。第１端部は、フレームに接続されており、 第２端部は、作業具に接続されている。第２端部は、作業具の上方運動に応答し て第１端部に対して伸長して可動である。第１の検出手段は、第１リフトジャッ キの第２端部に対する第１リフトジャッキの第１端部の位置を検出し、これに応 答して第１位置信号を発信する。第２の検出手段は、第２リフトジャッキの第２ 端部に対する第２リフトジャッキの第１端部の位置を検出し、これに応答して第 ２位置信号を発信する。第３の検出手段は、所定の平面に対するブレーム傾斜角 を検出し、これに応答してフレーム傾斜角信号を発信する。第４の検出手段は、 前記所定の平面に対するフレーム傾斜角の変更速度を検出し、これに応答して変 化率信号を発信する。制御手段は、第１及び第２のフレーム傾斜角変化率信号を 受信し、第１及び第２信号に基づいてフレームに対する作業具の傾斜角を求め、 フレーム傾斜角信号に基づいてフレーム傾斜角を求め、このフレーム傾斜角と変 化率信号に基づいて修正されたフレーム傾斜角を求め、作業具傾斜角と修正フレ ーム傾斜角を組み合わせ、これに応答して修正された作業具傾斜角信号を発信す る。 ディスプレーは、傾斜角信号を受信し、これに対応して所定面に対する作業具 の傾斜角を示す。 命令装置は、作動の自動制御モード、作動のディスプレーモード、及び所望の 作業具傾斜角の選択を容易に行なう。制御手段は、修正された作業具の傾斜角を 作動の自動制御モードでの所望の作業具傾斜角と比較し、該修正作業具傾斜角が 所望の作業具傾斜角よりも大きいか、または小さいかに応答して作業具傾斜制御 信号を発信する。 流体作動式作業具制御システムは、作業具傾斜制御信号を受信することに応答 して加圧流体の流れをティルトジャッキに送り、この加圧流体の流れを受けとる ことに応答して所望の作業具傾斜角の方向に作業具を動かす。 フレームと、該フレームに接続された間隔のあいた第１及び第２リフトジャッ キとにピボット運動可能に接続された作業具の修正傾斜角を求める方法は、第１ リフトジャッキの第２端部に対する第１リフトジャッキの第１端部の位置を検出 し、第２リフトジャッキの第２端部に対する第２リフトジャッキの第１端部の位 置を検出し、所定の平面に対するフレームの傾斜角を検出し、前記所定の平面に 対する前記フレームの傾斜の変化率を検出し、第１及び第２リフトジャッキの第 １及び第２端部の相対位置に基づいて、作業具傾斜角を計算し、フレーム傾斜角 と前記フレームの傾斜の変更率に基づいて修正されたフレーム傾斜角を計算し、 前記作業具傾斜角と前記修正されたフレーム傾斜角に基づいて修正された作業具 傾斜角を計算する段階からなる。図面の簡単な説明 図１は、作業具が可動に取り付けられた地形面変更機械を表す本発明の実施例 の側面図である。 図２は、本発明の制御システムの１実施例を表す概略図である。 図３は、作業具を位置決めするために設けられた流体作動式システムの概略図 である。 図４は、基本線と所望の位置線に対する作業具の角度位置を表す図１のモニタ ーの拡大前面図である。 図５Ａと５Ｂは、作業具傾斜角を求め、表示し、修正する方法に関連した段階 のフローチャートである。本発明を実施するのに最良の形態 図１を参照すると、作業具１２が上部に可動に取り付けられた地表面変更機械 １０の側面図が示されている。特定の実施例において地表面変更機械は軌道式の トラクターであり、作業具はブルドーザで動かすのに用いるための細長いブレー ドである。本明細書に記載する本発明の説明を簡潔にするために、特定の実施例 に限定するが、例えば、モータグレーダ、ホイールローダ、突き固め機、舗装機 、地ならし機、地面成形機等のような可動地面変更作業具を有する他の機械にも 対応するものであり、本明細書の範囲内にある。 機械１０は、フレーム１４、このフレーム１４に接続された車台１６、内燃機 関のようなプライムムーバ１８、機械１０の重心の中心を好ましくは長手方向に 通っている長手方向中心線１７とを有する。プライムムーバ１８は、従来の公知 の手段で車台１６の無限軌道２０に駆動的に接続されている。プライムムーバは 無限軌道２０を回転させ、機械１０を地面上に進ませる。 ピボット軸のような従来の手段で作業具１２とフレーム１４に、それぞれ両端 でピボット運動可能に接続されたた第１及び第２の離れたプッシュアーム２２、 ２４は、作業具１２をフレーム１４にピボット可能に接続する。プッシュアーム は、オペレーションステーション１５から見られるように機械１０の前端部を横 切る作業具を保持する。 好ましくは油圧式シリンダであるがこれに限定されない、第１及び第２の間隔 のあいた流体作動式伸長可能なティルトジャッキ２８、３０を含むティルトジャ ッキ手段２６が基準位置から第１及び第２方向にフレーム１４に対して作業具１ ４を傾斜させるために設けられている。機械１０がほぼ平坦な水平面上に支持さ れるときに、基準位置は実質的に作業具１２の切断端部のほぼ水平位置である。 第１ティルトジャッキ２８のロッド端部３２は、クレビスとピボットピンのよう な従来の手段でピボット運動可能に作業具１２に接続されている。同様に、第２ ティルトジャッキ３０のロッド端部３４は、クレビスとピボットピンのような従 来の手段で作業具１２にピボット運動可能に接続されている。第１ティルトジャ ッキ２８のヘッド端部３６はクレビスとピボットピンのような従来の手段で第１ プッシュアーム２２にピボット運動可能に接続されている。同様に、第２ティル トジャッキ３０のヘッド端部３８はクレビスとピボットピンのような従来の手段 で第２プッシュアーム２４にピボット運動可能に接続されている。ロッドと接続 端部の接続は本発明の精神から逸脱することなく逆でもよいことがわかる。ヘッ ド端部３６、３８に対する第１及び第２ティルトジャッキ２８、３０のいずれか の端部３２、３４の伸長または収縮によって作業具１２が傾斜する。本明細書に おいてブルドーザの勾配は、作業具傾斜角γ（図４参照）を制御することによっ て制御される。オペレータステーション１５から見られるような作業具傾斜角γ は、作業具１２の右手方向の角か左手方向の角の相対的降下として示される。 第１及び第２の間隔のあいた流体作動式リフトジャッキ４０、４２は、フレー ム１４に対して作業具を上方向に動かすのに設けられる。流体作動式リフトジャ ッキ４０、４２は、公知の構造の油圧作動式流体作動リフトシリンダであるのが 好ましい。第１リフトジャッキ４２はフレーム１４にピボット運動可能に接続さ れた第１端部４４を有しており、第２リフトジャッキ４２はフレーム１４にピボ ット運動可能に接続された第１端部４６を有する。第１リフトジャッキ４０は、 作業具１２にピボット運動可能に接続された第２の端部４８を有しており、第２ リフトジャッキ４２は、作業具１２にピボット運動可能に接続されている第２端 部５０を備える。これらのフレーム１４と作業具１２へのピボット接続は、例え ば、ピボットピン及びクレビス装置のような従来の適当な手段でなされる。第２ 端部４８、５０は各第１端部４４、４６に対して伸長可能に可動である。作業具 １２の上昇運動（第１及び第２プッシュアーム２２、２４のピボット接続部のま わりにおける）とリフトジャッキ４０、４２の伸長可能な運動は同時に行なわれ る。リフトジャッキ４０、４２は、作業具１２に対する第２端部４８、５０のピ ボット接続部で所定の距離“Ｄ”（図３参照）だけ間隔があいている。 図２を参照すると、第１検出手段５２が第１リフトジャッキ４０に接続されて いる。第１検出手段５２は、第１端部４４に対する第１リフトジャッキ第二端部 ４８の位置を検出し、これに応答して第１位置信号を発信するために設けられて いる。 第２検出手段５４は、第２リフトジャッキ４２に接続されている。第２検出手 段は、第１端部４６に対する第２リフトジャッキ第２端部５０の位置を検出し、 これに応答して第２位置信号を発信するために設けられている。 第１及び第２検出手段５２、５４のそれぞれは、本分野において公知の線形可 変差圧トランスフォーマ（ＬＶＤＴ）を含むのが好ましい。ＬＶＤＴは、パルス 幅変調（ＰＷＭ）信号を発信する電磁位置応答装置である。本明細書において開 示した特定の用途において、第１検出手段５２によって発せられたＰＷＭ信号は 第１リフトジャッキの第１端部４４と第２端部４８の相対位置に比例し、第２検 出手段５４によって発せられたＰＷＭ信号は、第２リフトジャッキ４２の第１端 部４６と第２端部５０の相対位置に比例する。例えば、ヨーヨータイプのエンコ ーダ、変位差計、リゾルバ、及びＲＦ信号発生器のような、本発明の範囲内にあ る他の公知の装置をＬＶＤＴに適当に置き換えることができる。 第１及び第２手段５２、５４は、ライン５３、５７によって制御手段５５にそ れぞれ接続されている。制御手段５５は、パルス幅変調信号を電圧に変換するた めの積分器とアナログ信号をディジタル信号に変えるＡ／Ｄコンバータを含む変 換手段５６を含む。発信されたＰＷＭ信号は次の処理のためにディジタル信号に 変換される。 制御手段５５は、先にプラグラムされた指令に従って第１及び第２信号を処理 するのに適当な種類のプロセッサ５８と、指令、情報、及び処理された情報を記 憶するためのメモリ６０を含む。制御手段５５は、第１及び第２位置信号に基づ いて、第１及び第２リフトジャッキ４０、４２の第２端部４８、５０の相対的位 置の間の差の大きさを求め、傾斜角値γ（フレーム１４に対する作業具の傾斜角 の値）を計算する。 作業具の傾斜角γは、以下のように計算される。 γ＝tan^-1（Ｔ₁−Ｔ₂）／Ｄ ここでＴ₁は、第１リフトジャッキ４０（図３参照）の第１端部及び第２端部 ４４、４８の差の大きさである。 Ｔ₂は、第２リフトジャッキ４２（図３参照）の第１及び第２端部４６、５０ の差の大きさである。 Ｄは、第１及び第２リフトジャッキ４０、４２の第１及び第２端部間の距離で ある。 第３検出手段１９２は、水平面には限定されないが、好ましくは水平面に対し て、初期のフレーム傾斜角β₀を検出し、これに応答してライン１９４によって 制御手段５５にフレーム傾斜角信号を発信するために設けられている。第３検出 手段１９２は、商業的に入手可能な公知の種類の傾斜計を含んでいるのが好まし い。傾斜計は、機械１０の中心線１７と重心の中心に極く近接したフレーム１４ の所定位置で機械フレーム１４に取り付けられる。傾斜計は、制御手段５５によ って処理するためにディジタル信号に変換されるアナログ信号を発信する。 第２検出手段１９２は、産業上公知の種類の運動差全地球航法を用いることを 含む。このようなシステムは、車両上に少なくとも一個の受信機、機械の座標位 置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求めるプロセッサを利用する。実際の車両ライン（水平面に 対して垂直な線）に対するフレーム１４の傾斜角はこの情報から容易に求められ る。この情報は、フレーム傾斜角を初期化する間フレーム傾斜角β₀を求めるの に用いられる。 第４の検出手段２００は、所定の平面に対するフレーム傾斜角βの変化率を検 出し、これに応答して制御手段５５にライン２０２によって変化率信号を発信す るために設けられている。第４の検出手段２００は、圧電式動的センサのような 商業的に入手可能な種類の傾斜率センサを含むのが好ましい。傾斜率センサは、 機械１０の中心線１７と重心の中心に極く近接したフレーム１４の所定位置で機 械フレーム１４に取り付けられる。傾斜率センサは、制御手段５５によって処理 されるためにディジタル信号に変換されるアナログ信号を発信する。 制御手段５５、即ちプロセッサは、次の式に従って修正されるフレーム傾斜角 βを求める。 β＝₀ ∫^tｄβ／ｄｔ＋β₀ ここで、βは修正フレーム傾斜角である。 ｄβ／ｄｔは、変化率信号である。 β₀は、フレーム傾斜角信号に基づいたフレーム傾斜角である。 制御手段５５と、特にプロセッサ５８は、修正フレーム傾斜角βと計算された 作業具傾斜角γ（θ＝β＋γ）とを組合せ、これに応答して修正作業具傾斜角信 号を発する。所定の平面に対するフレーム１０の修正傾斜角βは修正作業具傾斜 角を求める際に含まれるので、所定面に対する作業具１２の傾斜角は比較的正確 であり、しかも機械１０が作動中、より正確な傾斜ができるようになる。 制御手段５５に接続されている表示手段６２は、修正作業具傾斜角信号を受信 し、これに対応して修正された、基準線位置７６によって表されているような所 定の平面に対する作業具傾角θを表す。このシステムは動的なので、表示される 修正作業具傾斜角は作業具が傾斜運動を行なう間変更する。 図２に示すように、表示手段６２は、モニター６４とインジケータ６６とを含 む。モニタ６４とインジケータ６６のいずれかを本発明の精神から逸脱すること なく取り除いてもよい。モニター６４は、カラーでもモノトーンでもよく、適当 な商業的に入手可能な構造のものであればよい。モニタ６４は、上述の計算によ って求められた傾斜した作業具１２を絵図的に表示する。傾斜した作業具の角度 は基準線７６に対して修正された作業具の傾斜角のときのものである。基準線７ ６に対する所望の傾斜角αを表す目標の傾斜線７８も表示される。基準線７６と 目標ライン７８は、例えば見えない仮線のような異なる種類の線によって個々に 表される。 インジケータ６６は基準線７６に対して修正された作業具傾斜角θと所望の傾 斜角αを数値的に表示する。インジケータ６６は、回転式、即ち半径方向にダイ アル式インジケータ、ライト発光ダイオードインジケータ及び液晶ディスプレー またはこれらの組合せを含んでいればよい。 制御手段５５に接続された命令手段６８は、複数の作業具傾斜命令信号の選択 された一つを制御手段５５に発信できるように制御可能に作動する。命令手段６ ８は、第１及び第２ボタン式選択スイッチ７０、７２を含む。作業具１２の所望 の傾斜角の方向が、商業的に入手可能な左右ボタン式選択スイッチ７０、７２の 一つを点灯させることによって表示される。選択スイッチ７０、７２によってオ ペレータは、所望の傾斜角αの大きさと作業具１２の傾斜方向を選択できる。選 択はスイッチボタン７０、７２の一つをただ押すだけで行なわれれ、インジケー タ６６上に所望の傾斜角αが表示されるまでボタンを押し続ける。所望の傾斜角 αを選択する間、モニター６４上の目標ライン７８は、適当な角度の目標ライン ７８によって絵図的に示され、所望の傾斜角αがインジケータ６６上に数値的に 表示される。 左右スイッチ７０、７２はライン８０と８２を介して制御手段５５と地面に接 続される。スイッチを押すと、スイッチは制御手段を地面に接続し、制御手段５ ５によってライン８４を介して信号をインジケータ６６に発信し、ライン８６を 介してモニターに信号を発信する。どのスイッチボタンが押されたかによって、 作業具の傾斜の現在の方向と所望の傾斜角αの大きさが大きくなったり小さくな ったりする。基準線７６からの傾斜の方向が左右選択スイッチボタン７０、７２ の適当な一方に点灯する。モニタ６４上の目標傾斜ライン７８がこの角度がつけ られた位置をもたらす。このインジケータ６６は、段階的に進み、所望の傾斜角 αの適切な数値を表示する。 命令手段６８は、例えば“表示”、“制御”及び“オフ”位置の間を可動な３ 位置トグルスイッチのようなスイッチ手段７４も含む。制御位置ライン８８が地 面に接続されており、表示位置ライン９０が地面に接続される。制御位置におい て、制御手段５５は、作業具傾斜制御信号を流体作動作業具制御システム９２に 発信するように調整される。表示位置において、制御手段５５は、ライン８４と ８６を介して表示手段６２に信号を発信し、上述の計算によって求められた修正 作業具傾斜角θをインジケータ６６上に数字で表示し、絵図的にモニター６４上 に表示する。オフ位置において、作動の表示モードと制御モードが停止される。 スイッチ手段７４の表示と制御位置において、修正作業具傾斜角θは、上述の手 段で示される。 スイッチ手段７４の制御位置において、予めプログラムされた指令に基づいて 制御手段５５は、メモリ６０に記憶された所望の傾斜角α（インジケータ６６上 の目標傾斜角として示されている）、大きさ及び左右選択スイッチ７０、７２に よって選択された方向を修正作業具傾斜角αと自動的に比較し、これに応答して 作業具傾斜制御信号を発信する。この比較に基づいて、作業具傾斜制御信号は、 適当な商業的に入手可能な種類の駆動回路92に命令し、流体作動システム９４の 作動に影響を及ぼし、このために適当な位置の作業具１２を所望の作業具傾斜角 αに動かす。所望の傾斜角と制御された作業具の傾斜角θの位置が実質的に同じ であることに応答して、制御手段５５は作業具傾斜制御信号の発信を停止し、駆 動回路９２によって流体作動式システム９４の作動を停止させる。本発明の明細 書において、作業具傾斜制御信号の発信を停止することは、停止制御信号の発信 の作動に相当しておりこれを含み、流体作動式システム９４の作動の停止に明ら かに影響を及ぼす。流体作動式システム９４の作動を順次より詳細に述べる。 命令手段６８は、複数の異なる位置にピボット運動可能に可動なジョイスティ ック９８を有するジョイスティックコントローラ９６を含む。ジョイスティック コントローラ９６は制御手段５５に接続されており、各異なる位置毎に異なる傾 斜命令信号を発信する。ジョイスティックコントローラ９６は手で可動であり、 第１及び第２の作動傾斜モードを選択するようにジョイスティック９８上に取り 付けられたトリガスイッチ１００を含んでいる。第２のモードにおいて、２つの 傾斜ジャッキ２８、３０の一方のみが伸長した位置と収縮した位置の間で作動可 能であり、２つのジャッキ２８、３０の内の第１のモード同期作動において、一 方側の伸長と他方側の収縮が行なわれる。２つの位置スイッチ１０２がコントロ ーラ９６に接続されており、ジョイスティック９８のピボット運動に応答して傾 斜運動の方向、即ち第２の作動モードにおける作業具１２の一方側の下降（“Ｌ ”）または上昇（“Ｒ”）、または第１の作動モードにおける作業具12の左方向 の（“Ｌ”）または右方向の（“Ｒ”）傾斜を選択する。変位差計または他の適 当な可変信号発信装置（図示せず）は、ジョイスティック９８の異なる位置ごと に異なる信号を発信して作業具運動の速度を制御する。トリガスイッチ１００ は押されると、傾斜第２モード選択信号を制御手段５５にライン１０４によって 発信するように接続され、２位置スイッチは“Ｌ”および“Ｒ”傾斜信号を制御 手段５５にライン１０６、１０８によってそれぞれ発信するように接続される。 ジョイスティックコントローラ９６はまた、従来の方法において、作業具１２の 持ち上げと投棄（投げること）も制御し、これについてはこれ以上述べない。 ジョイスティックコントローラ９６は、所望の傾斜角を設定し、これにより前 述した左右選択スイッチ７０、７２と置き換えられることになる。これを達成す るために、オペレータは手で作業具を所望の傾斜角位置に配置するようにジョイ スティック９８を用いるだけである。オペレータによって手で付勢されるスイッ チ（図示せず）によって、設定信号が制御手段５５に発信される。この信号に応 答して制御手段は、その位置と修正作業具傾斜角を知り、この角度を所望の傾斜 角としてメモリ６０内に記憶する。 制御手段５５は、ジョイスティックコントローラ９６から発信された傾斜命令 信号に応答してお、これに応答して傾斜制御信号を流体作動式システム９４に発 信する。流体作動式システム９４はこの信号に応答して、ジョイスティックコン トローラ９６によって選択された方向と速度に作業具を動かす。第１及び第２検 出手段５２、５４から発信された信号に部分的に基づく角度計算値に表示器６４ が応答するので、表示手段６２によって表示された修正された作業具１２の修正 傾斜角はジョイスティックコントローラによって手で操作される間、変わる。 図３を参照すると、流体作動式制御システム９４は、ティルトジャッキ手段２ ６に加圧された流体の流れを選択的に送り、作業具１２を所定の位置に配置する ために、第１及び第２ティルトジャッキ２８、３０のいずれか又は双方のロッド 端部３２、３４を伸長したり、収縮したりするバルブ手段１１０を含む。バルブ 手段１１０は第１及び第２制御バルブ手段１１２及び１１４を含んでいるがこれ に限定されない。第１制御バルブ手段１１２は、第１及び第２ソレノド付勢アク チュエータ１１８、１２０を有する電磁油圧式制御バルブ１１６を含み、ばね付 勢ニュートラル位置１２６から第１及び第２の流体送付位置１２２、１２４の間 で制御バルブ１１６をシフトするようになっている。第１制御バルブ手段１１２ は導管１３０、１３２によって電気油圧式制御バルブ１１６に接続されており、 加圧流体の流れが導管１４０、１４２によってバルブ１１６から送られることに 応答して、ばね付勢ニュートラル位置１３８から第１及び第２位置１３４、１３ ６との間でシフト可能なパイロット作動式制御バルブ１２８を含む。 油圧ポンプ１３８のような加圧流体源が電気油圧式制御バルブ１１６とパイロ ット付勢制御バルブ１２８に導管１４０、１４２を介して接続される。加圧され た流体源１３８も第２制御バルブ手段１１４の電気油圧式制御バルブ１４４にも 接続されている。圧力減少バルブ１４８が所定の値で導管１４０と１４６によっ て送られた流体のパイロット圧を維持するのに設けられており、パイロット作動 式制御バルブ１２８と第２制御バルブ手段１１４のパイロット作動式選択バルブ １５０が、各々に対応する電気油圧式制御バルブ１１６、１４４によって制御可 能に、正確に配置されるようになる。 第２制御バルブ手段１１４の電気油圧式制御バルブ１４４は、第１及び第２の 流体送付位置１５２、１５４とばね付勢ニュートラル位置１５６を備える。第１ 及び第２ソレノイド１５８、１６０が設けられており、バルブ１４４をニュート ラル位置１５６から第１及び第２流体送付位置１５２、１５４の間でシフトする ようになっている。第２制御バルブ手段１１４は、電気油圧式制御バルブ１４４ に導管１６２、１６４によって接続されたパイロット作動選択バルブ１５０を含 む。加圧流体の流れがバルブ１４４から導管１６２及び１６４によってそれぞれ 送られることに応答して、パイロット作動式選択バルブ１５０は、ばねが付勢さ れる中心位置から、第１及び第２位置１６６、１６８の間にそれぞれシフト可能 である。第２ティルトジャッキ３０のヘッド端部３８はパイロッ作動式バルブ１ ２８のポートに導管１７２を介して接続されており、ロッド端部３４は導管１７ ４を介してパイロット作動式選択バルブ１５０のポートに接続される。第１ティ ルトジャッキ２８のヘッド端部３６は導管１７６によって選択バルブ１５０のポ ートに接続されており、ロッド端部３２は導管１７８によって選択バルブ１５０ の別のポートに接続される。パイロット作動式選択器のそれぞれのポートと制御 バルブ１５０、１２８が導管１８０によって接続されている。上述した導管は、 従来の手段でティルトジャッキ手段２８と各バルブ１２８、１５０との間の加圧 流体の流れを支持する。 選択バルブ１５０の中心位置１７０において、流体作動式システムは、第１及 び第２ジャッキ４０、４２の一方を伸長させたり収縮させ、この一方のジャッキ に対向してジャッキ４０、４２の他方を伸長させたり収縮させるように調整させ る。伸長と収縮の方向は、パイロット作動式制御バルブ１２８の位置の関数であ る。このために、オペレータステーション１５から見て右か左の方向にブレード を急速に傾斜させることができる。図示として、第１制御バルブ１２８の第１位 置１３６において、ポンプ１３８からの流体の流れが第２ティルトジャッキ３０ のヘッド端部３８に導管１４２と１７２によって向けられて、ロッド端部３４を 延ばすことになる。第２ティルトジャッキ３０のロッド端部３４からの流体の流 れが第１ティルトジャッキ２８のロッド端部３２に導管１７４、１７６と選択バ ルブ１５０を介して送られる。そして、ヘッド端部３６からの流体の流れが導管 １７８、１８０、選択制御バルブ１５０、１２８を介してリザーバ１８２に送ら れる。制御バルブを第１位置１３４にシフトすることは流体の流れの向きを変え ることになる。 選択バルブ１５０の第２位置１６８において、流体の流れを第２ティルトジャ ッキ３０のロッドかヘッド端部のいずれかのみに送らることができ、第１ティル トジャッキ２８は選択バルブ１５０で油圧的にロックされる。これによって、図 ３と図４から見られるように、オペレータステーション１５から観察して左か右 の方向のいずれかにブレードを傾斜させることになる。 選択バルブ１５０の第１位置１６６において、第２ティルトジャッキ３０のロ ッド端部３４は、制御バルブ１２８の位置によって決定される方向に作業具を投 棄させる第１ティルトジャッキ２８のヘッド端部３６に接続される。作業具１２ の投棄運動は、作業具１２とリフトアーム２２、２４にピボット接続部の前後方 向に作業具がピボット運動することである。 図２を参照すると、ライン１８４と１８６は制御手段５５をソレノイド１１８ と１２０にそれぞれ接続し、ライン１８８と１９０は、制御手段５５をソレノイ ド１５８と１６０にそれぞれ接続する。ラインは作業具傾斜制御信号をそれぞれ 接続されたソレノイドに発信し、命令手段６８から発信された作業具傾斜命令信 号に基づいてコントローラによって決定された所望の位置に電気油圧式制御バル ブをシフトする。先に述べたように、作業具傾斜命令信号は、作動の手動モード におけるジョイスティックコントローラ９６の関数であるし、または作動の自動 モードにおける左右選択スイッチ７０、７２とスイッチ手段７４の関数である。 自動モード（スイッチ７４が制御位置である）において、所望の傾斜角αと比較 され修正された作業具傾斜角θが、ソレノイド１１８、１２０のどれが作動され るべきであるかを決定し、バルブ１１６をシフトして作業具の傾斜運動の所望の 方向を得、作業具１２を所望の作業具傾斜角αに位置決めする。例えば、修正作 業具角θが所望の作業具傾斜角αよりも小さい場合、傾斜制御信号がソレノイド １２０に発信されて電位油圧式制御バルブ１１６を第２の位置１２４にシフトす る。この位置において、導管１３２によって送られるパイロット流体流れがパイ ロット作動制御バルブ１２８を第２の位置１３６にシフトして導管１７２を介し て流体流れを送り、作業具１２が所望の作業具傾斜角になるまでロッド部分３４ を、伸長させることになる。所望の作業具傾斜角αと修正された作業具傾斜角θ が実質的に等しいとき、所望の公差の範囲内で、プロセッサ５８が、第１及び第 ２センサ５２、５４からのフィードバックとこれに応答して計算された角度に基 づいてこの比較を行い、制御手段５５は、信号をソレノイド１２０に発信するこ とを停止する。この結果として、バルブ１１６は、ばねで中心に付勢される状態 で位置１２６に戻り、パイロット作動式制御バルブ１２８が位置１３８に戻るこ とになる。この位置のとき、第２ティルトジャッキの運動が停止し、作業具１２ は所望の作業具傾斜角αに維持される。この比較は、スイッチ手段７４が、作動 の自動モードで制御位置にあればいつでもなされる。 作動の自動モードにおいて、選択バルブ１５０は中心位置１７０にあることが わかる。しかしながら、これは前述したような２つの可能性の一つにすぎない。 選択バルブ１５０は、本発明の精神から逸脱することなく自動制御モードにおけ る第２位置１６８であることがわかる。付加的なスイッチ、即ち、トリガスイッ チ１００が作動の自動制御モードの間、２つのモードの選択を行なうことができ る。 図５Ａを参照すると、修正作業具傾斜角を求める方法を表すフローチャートで おり、図５Ｂは、作業具傾斜角を制御する方法を開示するフローチャートである 。図５Ａのボックス２１０において、機械１０のフレーム角β₀は、機械１０を ほぼ水平な地面に配置し、スイッチ７４を表示または制御位置のいずれかに動か すことによって初期化される。機械は初期化の間、静止しているので第３の検出 手段１９２によって検出されたフレームβ₀の傾斜角がライン１９４によって制 御手段５５に発信され、プロセッサ５８に記憶される。このフレーム傾斜角がベ ース（所定の平面、即ち基準線）であり、これが次の計算のベースとなる。 ボックス２１２において、第４の検出手段２００によって検出されたフレーム 傾斜角の変化率が次の処理のために制御手段５５に送られる。時間“ｔ”（ｄβ ／ｄｔ）の間のフレーム傾斜角βの変化率は機械１０の作動の変化であると考え られる。この情報は、０から所定の時間“ｔ”までの変化率を積分することによ って動的フレーム傾斜角を計算するのに用いられる。一連の計算ごとに１秒の所 定の時間“ｔ”が適切なものとしてまた許容範囲の時間内で求められた。 ボックス２１４において、修正されたフレーム傾斜角ベータが上述のように式 β＝₀ ∫^tｄβ／ｄｔ＋β₀に基づいて制御手段５５において処理される。この式 は、静的に初期化された傾斜フレーム角β₀ベクトルと動的フレーム傾斜角₀∫^t ｄβ／ｄｔを合計する。このように、機械の変化がこの処理において説明される 。 第３と第４の検出手段１９２、２００から発信された信号を処理する間、上述 した連続するボックス２１０乃至２１４に関して述べてきたように、第１及び第 ２の検出手段５２、５４からの信号の処理は、ボックス２１６、２１８のシーケ ンスで示されているように同時に実行される。ボックス２１６に示されているよ うに、第１及び第２のリフトジャッキ４０、４２のそれぞれの伸長量“Ｔ₁”と “Ｔ₂”が制御手段５５に発信された第１及び第２位置信号に基づいてプロセッ サ５８内で求められる。プロセッサ５８は、また前述したようにボック２１８に おいて、第１及び第２信号に基づき、かつ式γ＝tan^-1（Ｔ₁−Ｔ₂）／Ｄに従っ て作業具傾斜角γを求める。作動の制御及び表示モードにあるときに所定の周波 数でこの決定が連続して行なわれる。 ボックス２２０の段階において、修正作業具傾斜角θは、式（θ＝β＋γ）に よって示されているように修正作業具フレーム角βと作業具傾斜角γを足すこと によって求められる。作業具と修正フレームの傾斜角が連続する基準に基づいて 求められて、表示と制御の精密さが可能なだけの最高レベルで維持されるように なる。制御手段５５は、ボックス２２２に示されているように修正作業具傾斜角 信号を表示手段６２に発信し、修正作業具傾斜角θが表示される。 図５Ｂのフローチャートにおいて述べる制御ロジックは、作動の自動制御モー ドに関連する。作動の自動モードが選択された場合、決定ボックス２２４は質問 をアドレスする。このことは、スイッチ手段７４が制御位置のときを確認する。 スイッチ手段７４が制御位置のときに、制御手段５５は、ボックス２２６におい て修正された作業具傾斜角θを所望の作業具傾斜角αと比較する。決定ボックス ２２８において修正作業具傾斜角θは所望の作業具傾斜角αよりも小さい場合に は、信号が制御手段５５から発信されてボックス２３０において修正作業具傾斜 角θを大きくする。ボックス２３２において、修正作業具傾斜角θが所望の作業 具傾斜角αよりも大きい場合には、制御手段55は信号を発信して修正作業具傾斜 角θを小さくするようになる。 プロセッサ５８は、本発明の精神から逸脱することなく上述の式に替わるもの としてルックアップ表、ファジ論理、及び他の適当な方法を利用してもよい。し かしながら、これらの式は、作業具傾斜システムに含まれている論理の基本を提 供することがわかる。産業上の利用可能性 図面を参照すると、作動中、上述したようにジョイスティックコントローラ９ ６によってオペレータは作業具の手で傾斜を制御したり、またはスイッチ手段７ ４を制御モード位置にすることによって所望の角度に作業具の傾斜角を自動的に 制御すればよい。 作動の手動モードにおいて、オペレータはモニタ６４またはインジケータ６６ を参照することによって目標傾斜角に関する実際の作業具１２の傾斜角を観察す ればよい。これは、実際の作業具の位置を視覚的に観察するよりは目標の角度に 対してより正確な実際の傾斜角を求める方法であるので、地面移動の作動が行な われる速度が早くなり通過数が少なくなる。 作動の自動（制御）モードにおいて、制御システムは、オペレータによる推測 による作業を除去し、自動的に作業具１２を所望の傾斜位置に位置決めし、機械 １０の動的な操作のときでさえ、作業具１２を所望の傾斜位置に維持する。第１ 及び第２検出手段５２、５４によって発信された信号に基づいた上述の計算法に よって修正された作業具傾斜角を求める際に得られる高度な正確さが、制御の精 密さを達成する基準となる。さらに、第３と第４の検出手段１９２、２００は、 傾斜制御システムに機械の作動の変化を補償させることができ、このために、所 定の平面に基づいた基準線に対して所望の傾斜角に作業具１２の傾斜角を維持す ることができる。 作業具１２の修正された傾斜角を求める方法において、第１リフトジャッキ４ ０の第２端部４８に対する第１リフトジャッキ４０の第１端部４４の位置、第２ リフトジャッキ４２の第２端部５０に対する第２リフトジャッキ４２の第１端部 ４６の位置、所定の平面に対するフレーム傾斜角β₀、及び所定の平面に対する フレーム１４の傾斜変化率ｄθ／ｄｔが全て検出される。第１、及び第２ジャッ キ４０、４２の第１及び第２端部の相対位置に基づいて作業具傾斜角γが計算さ れ、フレーム傾斜角β₀とフレーム１４の傾斜変化率に基づいた修正フレーム傾 斜角β、作業具傾斜角γと修正されたフレーム傾斜角βに基づいた修正された作 業具傾斜角θがそれぞれ計算される。修正フレーム傾斜角βは、ゼロから所定の 時間の長さまで角度の変化率を積分することによって計算される。 この方法は、さらに所定の平面を選択し、この所定の平面に対するフレーム１ ４の位置を求めることを含む。前記所定の平面に対する修正された作業具の傾斜 角θが表示される。 この方法は、また作動の自動制御モードを選択し、修正された作業具傾斜角θ を所望の作業具傾斜角αと比較し、作業具１２を修正された作業具傾斜角θ位置 から所望の作業具傾斜角α位置に動かす段階を含む。修正された傾斜角θは修正 された作業具が所望の作業具傾斜角αよりも小さいことに応答して大きくなり、 修正された作業具傾斜角θは、修正された作業具傾斜角θが所望の作業具傾斜角 αよりも大きいことに応答して小さくなる。 本発明の他の態様、目的及び利点は図面、発明の開示及び添付の請求の範囲か ら得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．フレーム(14)と、 第１端部及び第２端部(44,46,48,50)をそれぞれが有し、前記第１端部(44,4 6)においては前記フレーム(14)に接続され前記第２端部(48,50)においては作 業具(12)に接続されており、該作業具(12)の上方運動に応答して前記第２端部 (48,50)が前記第１端部(44,46)に対して伸長可能に可動となっている第１及び 第２リフトジャッキ(40,42)と、 前記第１リフトジャッキ(40)の前記第２端部(48)に対する前記第１リフトジ ャッキ（40）の前記第１端部（44）の位置を検出し、これに応答して第１位置 信号を発信する第１の検出手段(52)と、 前記第２リフトジャッキ(42)の前記第２端部(50)に対する前記第２リフトジ ャッキ(42)の前記第１端部(46)の位置を検出し、これに応答して第２位置信号 を発信する第２の検出手段(54)と、 所定の平面に対して前記フレーム(14)の傾斜角を検出し、これに応答してフ レーム傾斜角信号を発信する第３の検出手段(192)と、 前記所定の平面に対する前記フレーム傾斜角の変化率を検出し、これに応答 して変化率信号を発信する第４の検出手段(200)と、 前記第１及び第２フレーム傾斜角変化率信号を受信し、該第１及び第２信号 に基づいて前記フレーム(14)に対する作業具傾斜角を求め、前記フレーム傾斜 角信号に基づいてフレーム傾斜角を求め、該フレーム傾斜角と前記変化率信号 に基づいて修正したフレーム傾斜角を求め、前記作業具傾斜角と前記修正フレ ーム傾斜角とを組合せ、これに応答して修正された実際の作業具傾斜角信号を 発信する制御手段(55)と、 が設けられた地形表面変更作業具(10)の傾斜角制御システム。 ２．前記修正された実際の作業具傾斜角信号を受信し、前記所定の平面に対する 修正された実際の作業具傾斜角を表すディスプレー手段(62)を含むことを特徴 とする請求項１に記載の傾斜角制御システム。 ３．前記ディスプレー手段(62)は、前記制御手段(55)に接続され、前記所定の平 面を表す基準線に対して、前記修正された実際の作業具傾斜角を絵図的に表示 するモニター(64)を含むことを特徴とする請求項２に記載の傾斜角制御システ ム。 ４．前記ディスプレー手段(62)は、前記制御手段(55)に接続され、前記所定の平 面に対して前記修正された実際の作業具傾斜角を数字で表示するようになって いるインジケータ(66)を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の傾斜角 制御システム。 ５．前記所定の平面は水平面であることを特徴とする請求項２に記載の傾斜角制 御システム。 ６．前記制御手段(55)は、メモリ(60)を有するプロセッサ(58)を含んでおり、β が修正フレーム傾斜角で、ｄβ／ｄｔが変化率信号であり、β₀がフレーム傾 斜角信号に基づいたフレーム傾斜角である、式β＝₀ ∫^tｄβ／ｄｔ＋β₀に従 って該プロセッサ(58)が、前記修正される実際のフレーム傾斜角を計算するこ とを特徴とする請求項１に記載の傾斜角制御システム。 ７．γが作業具傾斜角であり、Ｔ₁が前記第１リフトジャッキ(40)の前記第１及 び第２端部(44,48)間の距離の大きさであり、Ｔ₂は前記第２リフトジャッキ(4 2)の前記第１及び第２部分(46,50)の間の距離の大きさであり、Ｄは前記第１ 及び第２リフトジャッキ(40,42)の前記第２端部(48,50)間の距離であり、式γ ＝tan^-1（Ｔ₁−Ｔ₂）／Ｄに従って、前記制御手段(55)が、前記作業具傾斜角 を求めることを特徴とする請求項６に記載の傾斜角制御システム。 ８．前記修正された実際の作業具傾斜角は、前記修正フレーム傾斜角と前記作業 具傾斜角の合計であることを特徴とする請求項７に記載の傾斜角制御システム 。 ９．作動の自動制御モード、作動のディスプレーモード及び所望の傾斜角を選択 する命令手段（68）を含んでおり、前記制御手段(55)は、作動の前記自動制御 モードで前記修正された実際の作業具傾斜角を前記所望の作業具傾斜角と比較 し、前記修正された実際の作業具傾斜角が前記所望の作業具傾斜角よりも大き いか小さいかに応答して作業具傾斜制御信号を発信するようになっていること を特徴とする請求項２に記載の傾斜角制御システム。 10．加圧流体の流れを受けとることに応答して、前記フレーム(14)に対する方向 に前記作業具(12)を傾斜させるための、該作業具(12)と前記フレーム(14)の間 に接続されているティルトジャッキ手段(26)と、 前記作業具傾斜制御信号を受信することに応答して、加圧流体の流れを前記 ティルトジャッキ手段(26)に送ると、該ティルトジャッキ手段(26)が、前記加 圧流体の流れを受けることに応答して前記所望の作業具傾斜角の方向に前記作 業具(12)を動かすようになっている、前記制御手段(55)と前記ティルトジャッ キ手段（26）とに接続されている流体作動式作業具制御システム(94)を含むこ とを特徴とする請求項９に記載の傾斜角制御システム。 11．前記ティルトジャッキ手段(26)はヘッド端部(36,38)とロッド端部(32,34)を 有する流体作動式ティルトジャッキ(28,30)含んでおり、前記流体作動式作業 具制御システム(94)は、前記作業具ティルト制御信号を受信し、加圧流体流れ を前記流体作動ティルトジャッキ(28,30)の前記ヘッド端部及びロッド端部（3 6,38,32,34）の選択された一つに送るための、前記制御手段(55)と前記流体作 動式ティルトジャッキ(28,30)に接続されたバルブ手段(110)を有することを特 徴とする請求項10に記載の傾斜角制御システム。 12．前記バルブ手段(110)は、第１及び第２位置(122,152,124,154)を有し、該第 １及び第２位置(122,152,124,154)の間を可動である電気油圧制御バルブ(116, 144)を含んでおり、さらに前記バルブ手段(110)は、前記電気油圧式制御バル ブ(116,144)の前記第１位置(122、152)において前記流体作動式ティルトジャ ッキ(28,30)の前記ロッド及びヘッド端部(32,34,36,38)の一方に加圧流体を送 体を送り、前記電気油圧式制御バルブ(116)の前記第２位置(124,154)において 前記流体作動式ティルトジャッキ(28,30)の前記ロッドとヘッド端部(32,34,36 ,38)の他方に加圧流体を送るようになっていることを特徴とする請求項１１に 記載の傾斜角制御システム。 13．前記第３検出手段(192)は、前記フレーム(14)の長手方向の中心線(17)に対 して予め選択された所定の位置で前記フレーム(14)に取り付けられた傾斜計を 含んでおり、前記第４の検出手段(200)は、前記フレーム(14)の長手方向の中 心線(17)に対して予め選択された所定の位置で前記フレーム(14)に取り付けら れた傾斜率センサを含んでおり、前記傾斜計及び傾斜率センサは、前記長手方 向の中心線(17)まわりでの前記フレーム(14)の傾斜運動を検出し、前記制御手 段(50)に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の傾斜角制御システ ム。 14．前記制御手段(55)は、メモリ(60)を含むプロセッサ(58)を含むことを特徴と する請求項９に記載の傾斜角制御システム。 15．フレーム(14)と、該フレーム(14)に接続された第１及び第２の離れたリフト ジャッキ(40,42)にピボット運動可能に接続された作業具の修正された傾斜角 を求める方法において、 第１リフトジャッキ(40)の第２端部(48)に対する前記第１リフトジャッキ(4 0)の第１端部(44)の位置を検出し、 第２リフトジャッキ(42)の第２端部(50)に対する前記第２リフトジャッキ(4 2)の第１端部(46)の位置を検出し、 所定の平面に対する前記フレーム(14)の傾斜角を検出し、 前記所定の平面に対する前記フレーム(14)の傾斜変化率を検出し、 前記第１及び第２リフトジャッキ(40,42)の前記第１及び第２端部(44,46,48 ,50)の相対的な位置に基づいて作業具傾斜角を計算し、 前記フレーム傾斜角と前記フレーム(14)の傾斜変化率に基づいて修正される フレーム傾斜角を計算し、 前記作業具傾斜角と前記修正フレーム傾斜角に基づいて修正される作業具傾 斜角を計算する、 段階からなる方法。 16．前記所定の平面を選択し、 該所定の平面に対して前記フレーム位置を初期化する段階を含むことを特徴 とする請求項１５に記載の方法。 17．前記所定の平面に対して前記修正された作業具傾斜角を表示する段階を含む ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。 18．作動の自動制御モードを選択し、 前記修正された作業具傾斜角を所望の作業具傾斜角と比較し、 前記作業具(12)を前記修正された作業具傾斜角から前記所望の作業具傾斜角 にまで動かす、 段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。 19．前記作業具(12)を前記修正作業具傾斜角から前記所望の作業具傾斜角に動か す前記段階は、 前記修正作業具傾斜角が前記所望の作業具傾斜角よりも小さくなることに応 答して、前記修正作業具傾斜角を大きくし、 前記修正作業具傾斜角が前記所望の作業具傾斜角よりも大きいことに応答し て、前記修正作業具傾斜角を小さくする、 段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。 20．修正されたフレーム傾斜角を計算する前記段階は、前記フレームの角度の変 化率をゼロから所定の時間の長さまで積分する段階を含むことを特徴とする請 求項１６に記載の方法。