JP2002242233A - 関節型作業機械のための機械安定化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 関節型作業機械において、信頼性の高い操作
ができ、荷、機械、及び操作者を転倒から保護し、操作
者に快適性及び許容性を与えるシステムを提供する。 【解決手段】 所定の点から荷及び作業機械の第１の部
分の重心までの距離、並びに所定の点から作業機械の第
２の部分の重心までの距離を、単独で、或いは組み合わ
せて、所定値と比較する。任意に、機械の関節角度並び
に荷の重量及び位置を車輌の重量値と組み合わせて安定
性値とし、この安定性値を警報値と比較する。不安定状
態が検出されたならば、出力信号が出力装置に送信さ
れ、操作者に警告を発するか、及び／又は、機械の動き
に影響を与えて、作業機械の不安定性を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、機械安定
化システムに関し、より詳細には、出力装置に出力信号
を提供する、関節型作業機械のための機械安定化システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】種々の関節型機械が、建築及び掘削作業
に利用されている。この種の機械の例は、ホイールロー
ダ又は間接型トラックである。ホイールローダは、重い
荷を１つの位置から他の位置に移動させるために用いる
ことができ、２つ又はそれ以上の位置の間の経路上で、
しばしば、一連の旋回及び多様な勾配のスロープと遭遇
する。支持している荷が非常に重い場合、機械の前方部
分及び荷の重量は、機械の後方部分により適切に相殺す
ることができず、そのため、不安定な状態が引き起こさ
れる。この状態は、ホイールローダが、荷の山の中から
その一部を取り上げる場合にもまた起こり得る。これら
のタイプ及び類似の例において、ホイールローダの安定
性は最適状態よりも低くなることがあり、ときには、ホ
イールローダの後部車輪が地面から持ち上がり、操作者
に不安を与えることもある。極端な状態では、ホイール
ローダは転倒することもある。

【０００３】１９８１年８月１８日にハリー・Ｇ．・ギ
ブソンらに付与された米国特許第４，２８４，９８７号
（以後、’９８７と称する）は、車輌の安定三角形上に
搭載され、これをシミュレートするフレームの中で旋回
する振動振り子を利用する、関節型の車輌のための転倒
警告システムを開示する。振り子とフレームとは、電源
及び警報装置を含む電気回路で接続されている。振り子
がフレームのサイドアームに接触すると、回路が完成
し、そのため、警報装置に電圧が印加される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、当該分野で
は、信頼性の高い操作ができ、荷、機械、及び操作者を
転倒から保護し、操作者に快適性及び許容性を与え、操
作者の自信を助長して、それによって、より迅速な操縦
及び生産性の増大をもたらすことができ、もし不安定事
象が生じたならば、機械の動作、関節、又はその両方を
排除し、タイムリーかつ効率的な方法で使用することが
でき、より経済的に製造及び使用される、機械安定化シ
ステムの方法及び装置が求められている。

【０００５】本発明は、上記の課題の１つ又はそれ以上
の克服に向けられている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の実施形態におい
て、機械安定化システムが提供される。このシステム
は、機械、前方センサシステム、後方センサシステム、
及びコントローラを含む。機械は、荷を支持するように
なっている。前方センサシステムは、所定の点に対する
荷及び機械の所定部分の重心の位置を示す前方信号を生
成するようになっている。後方センサシステムは、所定
の点に対する機械の第２の所定部分の重心の位置を示す
後方信号を生成するようになっている。コントローラ
は、前方信号及び後方信号を受信し、応答して出力信号
を生成するようになっている。本発明の実施形態におい
て、機械の安定性を測定する方法が提供される。この方
法は、前方重量及び前方位置を検知し、応答して前方信
号を生成するステップと、後方重量及び後方位置を検知
し、応答して後方信号を生成するステップと、前方信号
及び後方信号を所定値と比較するステップと、応答して
出力信号を生成するステップと、を含む。

【０００７】本発明の実施形態において、機械安定化シ
ステムが提供される。この機械安定化システムは、第１
のフレームと、第２のフレームと、関節ジョイントと、
関節センサと、重量センサと、位置センサと、コントロ
ーラと、出力装置とを備える。関節ジョイントは、第１
のフレームと第２のフレームとを接続し、そして関節角
度を有する。関節センサは、関節角度を検知し、応答し
て関節信号を生成する。重量センサは、荷の重量を検知
し、応答して重量信号を生成する。位置センサは、荷の
位置を検知し、応答して位置信号を生成する。コントロ
ーラは、関節角度信号、重量信号、及び位置信号を受信
し、応答して出力信号を生成する。出力装置は、出力信
号を受信する。

【０００８】

【発明の実施の形態】発明をより良く理解するために、
添付の図面を参照することができる。

【０００９】本発明の好適な実施形態は、機械安定化シ
ステムの装置及び方法を提供する。以下の説明において
は、単に例示として、ホイールローダを用いる。本発明
は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の
タイプの作業機械において用いることができる。

【００１０】図１において、荷１０２を支持する機械１
００が開示される。機械１００は、前方センサシステ
ム、後方センサシステム、及びコントローラ２００を備
える。前方センサシステムは、所定の点１０６に対する
荷１０２と機械１００の所定部分との組合せの重心１０
４の位置を示す前方信号を生成する。後方センサシステ
ムは、所定の点１０６に対する機械１００の第２の所定
部分の重心１０８の位置を示す信号を生成する。コント
ローラ２００は、前方信号及び後方信号を受信し、前方
信号及び後方信号を所定値と比較し、応答して出力信号
２０２を生成する。

【００１１】本発明の実施形態において、コントローラ
２００は、前方信号及び後方信号に基づいて、組み合わ
された信号を計算する。この組み合わされた信号は、所
定の点１０６に対する荷１０２と機械１００との組合せ
の重心を示す。コントローラ２００は、組み合わされた
信号を少なくとも１つの所定値と比較し、応答して出力
信号を生成する。

【００１２】本発明の実施形態は、第１のフレーム１１
０、第２のフレーム１１２、関節ジョイント１１４、関
節センサ２０４、重量センサ２０８、位置センサ２１
２、及びコントローラ２００を有する、機械１００を含
む。関節ジョイント１１４は、第１のフレーム１１０と
第２のフレーム１１２との間の位置的関係を示す関節角
度１１６を有する。関節センサ２０４は、関節角度１１
６を検知し、応答して関節角度信号２０６を生成する。
重量センサ２０８は、第１のフレーム及び第２のフレー
ムのうちの１つによって支持される荷１０２の重量を検
知し、応答して重量信号２１０を生成する。位置センサ
２１２は、第１のフレーム１１０及び前記第２のフレー
ム１１２のうちの１つによって支持される荷１０２の位
置を検知し、応答して位置シグナル２１４を生成する。
コントローラ２００は、関節角度信号２０６、重量信号
２１０、及び位置信号２１４を受信し、応答して出力信
号２０２を生成する。出力信号２０２は、次に、コント
ローラ２００によって出力装置２１６に送信される。好
ましくは、出力装置は、光又はディスプレイのような可
視装置、ベル、ホイッスル、又はホーンのような可聴装
置、触知装置、或いはステアリング又はブレーキシステ
ムのような機械制御装置のうちの少なくとも１つであ
る。

【００１３】コントローラ２００は、重量信号２１０、
位置信号２１４、及び関節角度信号２０６を受信し、そ
して重量信号２１０、位置信号２１４、及び関節信号２
０６に応答して、出力信号２０２を提供するようになっ
ている。好ましくは、コントローラ２００は、多数の指
示を処理することが可能な、容易に入手可能な多くのコ
ンピュータのうちの１つである。コントローラ２００
は、１つの分散型構造環境として形作られて１つのシス
テムを形成する、複数の処理ユニットを含むことができ
ることが認識されるべきである。

【００１４】コントローラ２００によって用いられる所
定値は、表、式、アルゴリズム、又はこれらの任意の組
合せから取得することができる。コントローラは、中央
処理装置（ＣＰＵ）又は電子制御モジュール（ＥＣＭ）
として一般に知られている。好適な実施形態において、
コントローラは、マイクロプロセッサである。しかし、
他の適切なコントローラも当該分野で公知であり、これ
らのいずれのものも、本発明の実施形態と関連して、容
易かつ簡単に使用することができる。特定のプログラム
コードは、図３に示すフローチャートから、選択された
マイクロプロセッサに対する特定のアセンブリ言語又は
マイクロコードで、容易かつ簡単に書くことができる。

【００１５】図３は、本発明の論理のフローチャートを
示す。論理は、開始ブロック３００から開始する。コン
トローラ２００は、次に、関節角度信号２０６、重量信
号２１０及び位置信号２１４を読み出す読み出しブロッ
ク３０２に進む。次に、コントローラ２００は、安定性
ブロック３０４において、安定性値を求める。比較ブロ
ック３０６において、コントローラ２００は、安定性値
を警報値と比較する。安定性値が警報値を下回るなら
ば、コントローラは、開始ブロック３００に戻る。安定
性値が警報値を上回るか或いは等しいならば、コントロ
ーラ２００は、ブロック３０８において、出力信号２０
２を１つ又は複数の出力装置２１６に送信し、次に出発
ブロック３００に戻る。

【００１６】図３の論理は、不安定事象が生じた機械
の、操作者、サービス組織、顧客、及び機械の所有者の
うちの少なくとも１つに対して、決意を促し、かつ警告
を発するための、所望される解決及び時間応答を提供す
るのに十分な頻度で実行され、そして好ましくは、不安
定事象の操作者に対して、彼又は彼女が転倒を回避する
ための行動をとるのに間に合う時間内に警告を発するの
に十分な頻度で実行される。

【００１７】本発明の態様を、上記の好適な実施形態を
参照して示し、そして記載してきたが、本発明の精神及
び範囲から逸脱することなく、種々の別の実施形態を企
図し得ることが、当業者には理解されるであろう。例え
ば、荷１０２の重量は、別の手法で検知することがで
き、或いは、本発明におけるいずれの信号又は値も、記
載したのとは異なる手法で、例えば、数学的に、或いは
操作者の入力を要求することによって、求めることがで
きる。しかし、このような実施形態を組み入れた装置又
は方法は、添付した特許請求の範囲及びその均等物に基
づいて定められる本発明の範囲に入るものと理解される
べきである。

【００１８】ホイールローダのような多くの関節型機械
は、フィールドにおけるその作業の過程で、非常に重い
荷を支持する。これらの荷は、実際、特に機械が旋回す
るときには、機械を不安定にするのに十分な程、重いこ
とがある。ホイールローダのような関節型機械は、荷を
持ち上げて、支持するために用いられる。荷が機械の前
方で持ち上げられるとき、機械の後方には、後部車輪を
地面上に維持するのに十分な重量がかからなければなら
ない。多くの用途において、例えば、林業用途において
は、持ち上げられる荷は、荷重量が、機械を安定に保持
している後方の重量とほぼ同じ重さとなる程のものであ
る。機械が移動し始めるとき、後端は地面上にある。操
作者が急な旋回を試みた場合、機械の後方の重量までの
距離は短くなって、機械が不安定となることがあり、機
械の後端が地面から持ち上がって、その結果、移動中に
転倒することがある。機械が荷を取り上げているとき
に、機械の前方に非常に重い重量がかかるせいで、静止
中の転倒もまた、起こることがある。本発明は、移動中
及び静止中の両方のタイプの転倒の克服に向けられる
が、本発明を移動中の転倒に関連して論じる。コントロ
ーラ２００は、静止中の転倒の場合にも、同様の演算を
行う。

【００１９】本発明において、ある所定の点から、機械
の第１の部分中の荷の組み合わされた重量の重心までの
距離が計算される。同様の手法で、同じ所定の点から、
機械の第２の部分の重心までの距離が計算される。次
に、出力信号を提供するために、２つの距離を、互い
に、或いは所定値又は値の範囲と比較するか、或いは、
２つの重心から、組み合わされた信号を計算してもよ
い。この出力信号が、不安定な状態が存在することを示
したならば、可視装置、可聴装置、又は触知装置を用い
て、操作者に警告が発せられる。出力信号はまた、或い
はそのかわりに、ステアリング又はブレーキシステムの
ような機械制御装置に送られ、その結果、操作者は、引
続いての、或いは、一層機械の不安定を引き起こす原因
となる機械の動作を指示することができなくなるように
することもできる。

【００２０】或いは、コントローラは、機械の関節角度
に対応する信号、並びに荷の重量及び位置に対応する信
号を受信し、既知の車輌重量値と共に、これらの入力か
ら安定性値を求める。安定性値は、次に、警報値と比較
される。安定性値が、表、式、アルゴリズム、又はこれ
らの組合せから求められた所定の警報値を上回るか、或
いはこれらの警報値の範囲の外にあるならば、次に、出
力信号が出力装置に送信される。

【００２１】本発明の作動において、操作者は、機械で
荷を取り上げ、そして別の場所へ移動する。この機械の
移動は、一般に、「ローディング」と呼ばれる。コント
ローラは、上記のように、機械がローディングしている
間に、機械及び荷の特性をモニターする。コントローラ
が、転倒が起こり得る位置に機械が近づいていることを
検出したならば、警報又は信号が、この不安定事象の操
作者に警告を発する。それで、操作者が、機械を制御し
て、より安定な位置にこれをもっていく責任を負う。任
意に、操作者に警告を発する警報又は信号を備え又は備
えない機械のステアリング又はブレーキシステムがより
安定な機械の位置をもたらさない動作をとるのを妨げる
ように、該システムを制御することができる。

【００２２】本発明のある種の実施形態の装置及び方法
は、他の方法及び装置と比べて、信頼性の高い作動を提
供する、荷、機械、及び操作者を転倒又は不安定な状態
から保護する、操作者に対し快適性及び許容性を提供す
る、操作者に自信を与えて、より迅速な操縦及び高い効
率をもたらす、不安定事象が検出された場合に機械の作
動、関節運動、又はその両方を排除する、及び、より経
済的な製造及び使用を可能にする、という利点を与え
る。このような利点は、ホイールローダの設計、製造、
及び操作の中に組み込むのに特にふさわしい。更に、本
発明は、まだ発見されていない他の利点を提供し得る。

【００２３】好適な実施形態をホイールローダに関連し
て記載してきたが、本発明は、他の作業機械に同様の機
能を提供するように容易に適合させることができる。本
発明の他の態様、目的、及び利点は、図面、開示、及び
添付した特許請求の範囲を検討することによって得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施態様の線図である。

【図２】本発明の好適な実施形態の機械安定化システム
のブロック図である。

【図３】本発明の好適な実施形態のフローチャート図で
ある。

【符号の説明】

１００ 機械 １０２ 荷 １０４ 荷と機械の所定部分との組合せの重心 １０６ 所定の点 １０８ 機械の第２の所定部分の重心 １１０ 第１のフレーム １１２ 第２のフレーム １１４ 関節ジョイント １１６ 関節角度 ２００ コントローラ ２０２ 出力信号 ２０４ 関節センサ ２０６ 関節角度信号 ２０８ 重量センサ ２１０ 重量信号 ２１２ 位置センサ ２１４ 位置シグナル ２１６ 出力装置 ３００ 開始ブロック ３０２ 読み出しブロック ３０４ 安定性ブロック ３０６ 比較ブロック

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷を支持するようになった機械と、 所定の点に対する前記荷と前記機械の所定部分との組合
   せの重心の位置を示す前方信号を生成するようになっ
   た、前方センサシステムと、 前記所定の点に対する前記機械の第２の所定部分の重心
   の位置を示す後方信号を生成するようになった、後方セ
   ンサシステムと、 前記前方信号及び前記後方信号を受信し、該前方信号及
   び後方信号を、表、式、アルゴリズム、及びこれらの組
   合せのうちの少なくとも１つから求めた所定値と比較
   し、応答して出力信号を生成するようになったコントロ
   ーラと、を備える機械安定化システム。
2. 【請求項２】 前記コントローラが、所定の点に対する
   荷と機械との組合せの重心の位置を示す、前記前方信号
   及び前記後方信号に基づく組み合わされた信号を計算
   し、前記組み合わされた信号を少なくとも１つの所定値
   と比較し、応答して出力信号を生成する、請求項１に記
   載の機械安定化システム。
3. 【請求項３】 機械の安定性を測定する方法であって、 前方重量及び前方位置を検知し、所定の点に対する、機
   械の所定部分と組み合わされた荷の重心を求め、応答し
   て前方信号を生成するステップと、 後方重量及び後方位置を検知し、前記所定の点に対す
   る、機械の第２の所定部分の重心を求め、応答して後方
   信号を生成するステップと、 前記前方信号及び前記後方信号を受信するステップと、 前記前方信号及び前記後方信号を、表、式、アルゴリズ
   ム、及びこれらの組合せのうちの少なくとも１つから求
   めた所定値と比較するステップと、 応答して出力信号を生成するステップと、を含む方法。
4. 【請求項４】 前記前方信号及び前記後方信号に基づい
   て、所定の点に対する荷及び機械の重心の位置を示す、
   組み合わされた信号を計算するステップと、 前記組み合わされた信号を、表、式、アルゴリズム、及
   びこれらの組合せのうちの少なくとも１つから求めた所
   定値と比較するステップと、を更に含む、請求項３に記
   載の方法。
5. 【請求項５】 関節角度信号を読みとるステップと、 重量信号を読みとるステップと、 位置信号を読みとるステップと、 前記関節角度信号、重量信号、及び位置信号から安定性
   値を求めるステップと、 前記安定性値を所定の警報値と比較するステップと、 応答して出力信号を出力装置に送信するステップと、を
   含む、請求項３に記載の方法。
6. 【請求項６】 第１のフレームと、 第２のフレームと、 前記第１のフレームと前記第２のフレームとを接続し、
   そして前記第１のフレームと前記第２のフレームとの間
   の位置的関係を示す関節角度を有する、関節ジョイント
   と、 前記関節角度を検知し、応答して関節角度信号を生成す
   るようになった、関節センサと、 前記第１のフレーム及び前記第２のフレームのうちの１
   つによって支持される荷の重量を検知し、応答して重量
   信号を生成するようになった、重量センサと、 前記第１のフレーム及び前記第２のフレームのうちの１
   つによって支持される荷の位置を検知し、応答して位置
   シグナルを生成するようになった、位置センサと、 前記関節角度信号、前記重量信号、及び前記位置信号を
   受信し、応答して出力信号を提供するようになった、コ
   ントローラと、 前記出力信号を受信するための、出力装置と、を備え
   た、機械安定化システム。
7. 【請求項７】 前記出力装置が、可視装置、可聴装置、
   触知装置、及び機械制御装置のうちの少なくとも１つで
   ある、請求項６に記載の機械安定化システム。
8. 【請求項８】 前記コントローラが、更に、前記重量信
   号、前記位置信号、前記関節角度信号、及び機械重量値
   に基づいて、表、式、アルゴリズム、及びこれらの組合
   せのうちの少なくとも１つから安定性値を求めるように
   なった、請求項７に記載の機械安定化システム。
9. 【請求項９】 前記コントローラが、前記安定性値を、
   表、式、アルゴリズム、及びこれらの組合せのうちの少
   なくとも１つから各々提供される、所定の警報値及び所
   定の範囲の警報値のうちの少なくとも１つと比較し、応
   答して出力信号を生成する、請求項８に記載の機械安定
   化システム。
10. 【請求項１０】 前記コントローラが、前記安定性値と
    前記警報値との比較に応答して前記出力装置を決定し、
    応答して、選択された出力装置に前記出力信号を送信す
    る、請求項９に記載の機械安定化システム。