JP2003534932A - 関節結合アームの端部に取り付けられたツールを地面上において自動的に移動させるための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、関節結合アームの端部に取り付けられたツールを地面上において自動的に移動させるための方法に関するものである。本方法においては、ツール（７，１７，２７）を、作業表面の第１ポイント上に配置して、この第１ポイントの座標を計算し；ツールを作業パターンの第１座標軸に沿って駆動することによって第２ポイント上に配置しこれにより第１座標軸に沿って到達可能な最遠ポイントを決定し；ツールを、第２座標軸近傍の第３ポイント上に配置しこれにより参照フレームの位置を決定し；その後、ツールを第４ポイントに配置して作業を行う領域を決定する。これにより、ツールの不連続的なまたは連続的な駆動によって作業表面の全体をカバーし得るよう、各作業領域どうしがオーバーラップするようにして、ツールに関する作業パターンを決定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明の主題は、関節結合アームの端部に取り付けられたツールを地面上の領
域にわたって自動的に移動させるための方法であり、また、それを実施するため
のデバイスである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】

ツールを備えた関節結合アームは、例えば、車両のシャーシ上の鉛直方向軸回
りに回転可能に設置された、モータ付きショベルのアームとすることができる。

【０００３】 操作者が、そのようなアームの端部に取り付けられたツールを使用することに
よって、地上における非常に厳密に選択された領域に対して作業する必要がある
場合には、操作者は、ツールの変位を手動で操作するに際して困難性を感じ、ツ
ールから５〜６ｍといった程度のやや離れた距離のところに位置し、ツールが作
業している領域を常に明瞭に見ることはできない。そのため、アームをなす様々
な部材から形成されている関節結合における遊びを考慮すれば、未作業領域を残
すことがないようにして作業対象表面上にわたってツールを移動させることは、
容易ではない。

【０００４】 例えば地中に埋設された対人地雷の探索といったようなある種の応用において
は、地上の領域上における作業を、非常にシステマティックに（整然と、系統的
に、体系的に）行うことが重要である。地上を安全なものとするためには、検出
ツールが探索を行っていない領域を残さないことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本発明の目的は、未作業領域を残してしまうことを防止し得るよう、地上にお
ける作業をシステマティックに行うことを可能とする方法を提供することである
。

【０００６】 この目的に対し、本発明による、関節結合アームの端部に取り付けられたツー
ルを地面上において自動的に移動させるための方法においては、地上に対してツ
ールを連続的に複数回にわたって当接させることに基づいて、作業表面をなす表
面を決定して計算し、その後、ツールを、作業表面上にわたって駆動する。

【０００７】 さらに、本発明による方法においては、作業表面の決定後に、ツールの不連続
的なまたは連続的な駆動によって作業表面の全体をカバーし得るよう、各作業領
域どうしがオーバーラップするようにして、ツールに関する作業パターンを決定
する。

【０００８】 一実施形態においては、本発明による方法は、ツールを、作業表面の第１ポイ
ント上に配置し、作業パターンの起点をなすこの第１ポイントの座標を計算し、
ツールを作業パターンの第１座標軸に沿って駆動することによってツールを作業
表面の第２ポイント上に配置し、これにより、第１座標軸に沿って到達可能な最
大遠位ポイントを決定し、ツールを、第２座標軸近傍の第３ポイント上に配置し
、これにより、作業パターンの参照フレームの位置を決定し、その後、ツールを
第４ポイントに配置して、この第４ポイントにより作業を行う領域を決定するこ
とを特徴とする。

【０００９】 他の特徴点によれば、本発明による方法においては、各方向におけるツールヘ
ッドの形状に応じたステップ幅とその後における当該方向におけるツールヘッド
のサイズに応じたステップ幅とによりツールによって順次的に到達可能な複数の
ポイントが２つの直交方向内において配置されている作業パターンを決定する。

【００１０】 有利には、本発明による方法においては、コンピュータを使用することによっ
てツールの様々な移動や変位を制御する。このことは、操作者の操作を容易なも
のとし得るとともに、必ずしも操作者の直接的視野内に位置しているわけではな
いような領域に対しての操作をも可能とする。

【００１１】 実用的には、コンピュータに対して、４つのポイントの座標を供給し、コンピ
ュータは、その４つのポイントに基づいて、作業表面全体にわたってのツールの
駆動プロセスを決定するとともに、ツールを駆動している各部材を制御する。

【００１２】 しかしながら、操作者は、任意の時点で、ツールの駆動サイクルに割込をかけ
ることができ、ツールを手動で制御することができる。

【００１３】 本発明の他の特徴点によれば、表面に対しての作業時には、コンピュータは、
ツールが到達した様々なポイントをメモリ内に格納するとともに、その後の作業
のために、未だ到達していないポイントをメモリ内に格納する。

【００１４】 他の可能性においては、操作者は、コンピュータによる命令に基づいた作業パ
ターンによって直接的に到達可能であるとともに自動的かつ独立に作業パターン
を実行し得る作業領域を選択することができる。

【００１５】 本発明による方法を実施するためのデバイスは、キャリア車両を具備し、この
キャリア車両のシャシー上には、タレットが、鉛直方向軸回りに回転可能に設け
られ、タレットには、アームが設けられ、このアームは、各水平方向軸回りに回
転可能に関節結合された複数の部材から構成され、アームの端部には、ツールが
取り付けられ、タレットは、シャシーに対してタレットがなす角度を決定し得る
角度センサを有し、アームの各部材は、水平方向に対して各部材がなす角度を供
給し得る角度センサを有している。

【００１６】 シャシーに関して割り当てられた参照フレーム内には、水平面内に位置した２
つの軸が存在している。一方においては、アームをなす様々な部材の関節結合軸
どうしの間の間隔を知ることにより、また他方においては、水平方向に対して各
部材がなす角度を知ることにより、ツールの端部の位置の座標を計算することが
できる。地面に対してツールの主方向がなす角度は、操作者によって地形に応じ
て選択され、作業工程全体にわたって維持される。この場合、ツールの端部ポイ
ントの座標を知ることによって、シャシーに対してタレットがなす角度を計算す
ることができるとともに、水平方向に対して各関節結合部材がなす角度を計算す
ることができる。よって、計算された角度値は、ツールの端部によって到達可能
な空間内の各ポイントに対応している。

【００１７】 他の特徴点によれば、本発明によるデバイスは、安全確保対象をなす表面をカ
バーし得るようにしてツールの駆動を制御するためのプログラムを備えたコンピ
ュータを具備し、このコンピュータは、角度センサによって供給された値を受領
するとともに、出力部分においては、角度値が計算値と等しくなるまで、タレッ
トとアームをなす各部材を駆動する複数のラムとを駆動するモータを液圧的に駆
動制御するための電気的方向制御値を制御する電気信号を送出する。

【００１８】

【発明の実施の形態】

添付図面を参照しつつ、地上の領域に対して作業を行うための方法を実施する
デバイスに関しての、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての以
下のいくつかの実施形態についての説明により、本発明がさらに明瞭となるであ
ろう。

【００１９】 図１には、車輪上に設置されたシャシー（３）を備えたキャリア車両（２）が
示されている。キャリア車両（２）は、複数の安定化ラム（４）によって、水平
方向に安定化され得るようになっている。シャシー（３）上には、鉛直方向軸（
Ａ１）回りに回転可能とされたタレット（５）が設置されている。タレットは、
シャシーに対してタレットがなす角度を決定し得る角度センサ（Ｃ１）を備えて
いる。アーム（６）が、タレットに対して、水平方向軸（Ａ２）回りに回転可能
に関節結合されている。アーム（６）は、３つの部材（６ａ，６ｂ，６ｃ）から
構成されている。部材（６ｂ）は、部材（６ａ）に対して、水平方向軸（Ａ３）
回りに回転可能に関節結合されている。部材（６ｃ）は、部材（６ｂ）の端部に
対して、軸（Ａ４）回りに回転可能に関節結合されている。部材（６ａ，６ｂ，
６ｃ）のそれぞれには、各部材が水平方向に対してなす角度を決定するための角
度センサ（Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）が設けられている。

【００２０】 部材（６ｃ）の端部には、ツール（７）が固定されている。ツール（７）は、
互いに平行な複数のロッド（８）を備えており、各ロッド（８）の下端には、地
上に当接するための足（９）が取り付けられている。ツール（７）には、さらに
、複数のロッド（８）および複数の足（９）を振動させるためのデバイスが設け
られている。このデバイスは、当該技術分野においては公知であり、図示されて
いない。

【００２１】 シャシーに関して割り当てられた参照フレーム内においては、水平面内に位置
した２つの軸（Ｘ，Ｙ）が存在している。一方においては、様々な部材（６ａ，
６ｂ，６ｃ）の長さを知ることにより、また、軸（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）回
りの回転角度を知ることにより、ツールの端部の位置の座標を計算することがで
きる。図示された実施形態においては、タレットの回転軸に対応した鉛直方向軸
が、符号（Ｚ）によって規定されている。

【００２２】 図３に示すように、本発明によるデバイスには、センサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，
Ｃ４）の角度値を示す信号を受領するコンピュータ（１０）が設けられている。
出力部分において、コンピュータは、タレット（５）と、各部材（６ａ，６ｂ，
６ｃ）を駆動する複数のラム（１３，１４，１５）と、を駆動するためのモータ
（１２）を駆動制御するための電気的方向制御値（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４）を
制御する電気信号を送出する。

【００２３】 実用的には、操作者は、ツールの端部が、作業対象をなす地上表面上において
操作者が予め選択したポイントに一致するまで、ツールを移動させる。その位置
において測定された角度値を使用することにより、そのポイントの座標が、装置
の参照フレーム内において計算され、格納される。この操作は、連続して４回に
わたって行われる。そのようにして決定された第１ポイントは、作業パターンの
開始ポイントである。第２ポイントは、作業パターンの第１座標軸回りに回転し
ており、この第１座標に沿って到達可能な最大ポイントを決定する。第２座標軸
の近傍において決定された第３ポイントは、作業パターンの参照フレームの位置
を決定することを可能とする。第４ポイントは、安全確保作業を実行することと
なる、平面内の領域を規定する。

【００２４】 作業パターン中の各ポイントのすべての座標が既知であること、そのため、範
囲限定された作業領域の内部に位置したすべてのポイントに対して、ツールが連
続して到達可能であることは、理解されるであろう。

【００２５】 例えば、コンピュータは、例えば足の数や矩形２次元方向内における足のサイ
ズや２つの足に存在するスペースといったようなパラメータを使用したプログラ
ムに基づいて、作業パターンを制御する。

【００２６】 図４に概略的に図示した例においては、足は、正方形であり、６個の足が設け
られている。６個の足は、コンピュータからの命令によって、作業表面のコーナ
ー部に配置されている。その位置は、ポイント（０）を中心とした位置である。
すべての足を振動させた後に、すべての足は、１つの足の寸法の半分に相当する
第１ステップ幅（Ｐ１）という距離だけ、Ｘ軸に沿って駆動される。これにより
、足は、一点鎖線で示すようにポイント（１）を中心とした位置を占める。この
第２位置においては、足は、位置（０）を占めていた場合に足どうしの間に位置
していたスペースであってＹ軸に平行な向きを有したスペースをカバーする。そ
の後、すべての足は、なおもＸ軸に沿って、Ｘ方向における各足のサイズの２．
５倍に相当する第２ステップ幅（Ｐ２）という距離だけ、駆動される。これによ
り、足は、ポイント（２）を中心とした位置を占める。振動の後に、すべての足
は、１つの足の寸法の半分に相当する第１ステップ幅（Ｐ１）という距離だけ、
Ｘ軸に沿って駆動される。これにより、足は、位置（３）を占める。このような
操作が、Ｘ軸に沿って繰り返される。同様の手順が、Ｙ軸に沿って行われる。こ
のように、２つのステップ幅による連続的な駆動によって、未作業領域を何ら一
切残すことなく表面全体をカバーすることができる。

【００２７】 上記駆動は、好ましくは、上述したようにコンピュータによって自動化されて
制御される。コンピュータは、メモリ内に、ツールによって到達した範囲を格納
し、可能であれば、未だ到達していない領域を格納する。特に、タレットの回転
のために両方向においてツールの移動範囲が完全には直線状ではないことの結果
として未だ到達していない領域を格納する。両方向におけるツール移動の完全な
る直線性を得るためには、部材（６ｃ）を鉛直方向軸回りに回転させ得るような
付加的な自由度を有したツールを想定することができる。これにより、シャシー
上においてタレットを回転させたときに、部材（６ｃ）を完全に平行に移動させ
ることができる。

【００２８】 図５は、第２デバイスを示している。図５においては、アームの端部だけが図
示されている。この第２デバイスは、ツールの形態において、先のデバイスと相
違している。この第２デバイスにおいては、先の実施形態と同じ部材には、同じ
符号が付されている。この第２デバイスにおいては、先と同様に地上を安全なも
のとすることを意図したツールであるツール（１７）は、バー（１８）の端部に
取り付けられた１つの足（１９）を備えている。この足（１９）は、地上に当接
された際には、公知態様によって振動を提供することができる。図６は、このツ
ールに関しての、地上における作業パターンを示している。この場合にも、コン
ピュータは、２つの方向（Ｘ，Ｙ）において、地上にわたってツールを移動させ
る際にツールを連続的に当接させるべき複数のポイントを決定する。この例にお
いては、足が１つであることにより、Ｘ方向およびＹ方向において足を移動させ
るべきステップ幅は、想定した方向における足の寸法よりも短い長さに相当する
。図６においては、アームが取り付けられているタレットの回転を考慮した足の
わずかな回転が図示されていることに注意されたい。しかしながら、コンピュー
タは、タレットの回転にもかかわらず作業パターンによって規定された各ポイン
トが位置合わせされるように、アームの角度位置を変更する。

【００２９】 図７は、さらなるデバイスを示している。図７においては、先の実施形態と同
じ部材には、同じ符号が付されている。このデバイス（第３デバイス）において
は、ツール（２７）には、バー（２８）によって保持された金属探知器（２９）
が設けられている。図示のように、バー（２８）の下端部は、金属探知器から突
出している。これにより、バーの下端部を地上に当接させることができ、とりわ
け作業面を規定することができる。

【００３０】 図８に示すように、作業パターンを決定するために、考慮される表面は、円形
の検出器（２９）の内部に内接した正方形（３０）である。

【００３１】 検出器の駆動は、Ｘ方向およびＹ方向のいずれかにおいて、正方形（３０）の
一辺の寸法よりも短い長さに相当するステップ幅で、行われる。これにより、１
つの位置と次なる位置との間において、領域に関してのオーバーラップが確保さ
れる。検出器は、ステップ的に駆動されるけれども、検出器は、連続的に駆動す
ることもできる。特に、金属検出器が地上に当接することなく地上から距離をお
いて表面を探索する場合には、検出器を連続的に駆動することができる。

【００３２】 上記説明により明らかなように、本発明は、ツールを使用した地上の各領域の
探索の自動化を可能としこれにより領域全体に対してシステマティックな作業を
行うことを可能とすることにより、従来技術に対しての極めて大幅な改善をもた
らす。

【００３３】 言うまでもないけれども、ツールは、上述とは異なる任意のツールとすること
ができ、そのようなものも本発明の範囲内である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 地上の領域を安全なものとすることを意図したデバイスを示す斜
視図である。

【図２】 図１のデバイスを上方から見た平面図である。

【図３】 ツールの制御を示す説明図である。

【図４】 地上にわたってのツールの駆動を示す説明図である。

【図５】 一本足振動デバイスから構成された第２ツールを示す図である。

【図６】 図６に示す第２ツールの駆動を示す説明図である。

【図７】 デバイスのアームの端部を示す図であって、金属探知器が設置さ
れている。

【図８】 地上に対しての金属探知器の駆動を示す説明図である。

【符号の説明】

２ キャリア車両 ３ シャシー ５ タレット ６ アーム ６ａ 部材 ６ｂ 部材 ６ｃ 部材 ７ ツール ９ 足（ツールヘッド） １０ コンピュータ １３ ラム １４ ラム １５ ラム １７ ツール １９ 足（ツールヘッド） ２７ ツール ２９ 金属探知器（ツールヘッド） Ａ１ 鉛直方向軸 Ａ２ 水平方向軸 Ａ３ 水平方向軸 Ａ４ 水平方向軸 Ｃ１ 角度センサ Ｃ２ 角度センサ Ｃ３ 角度センサ Ｃ４ 角度センサ Ｅ１ 電気的方向制御値 Ｅ２ 電気的方向制御値 Ｅ３ 電気的方向制御値 Ｅ４ 電気的方向制御値 Ｐ１ 第１ステップ幅（ツールヘッドの形状に応じたステップ幅） Ｐ２ 第２ステップ幅（ツールヘッドのサイズに応じたステップ幅）

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2D003 AA01 BA03 BB07 DA04 DB04 FA02 3C007 AS14 AS21 BS10 CS08 CT05 CV08 CW08 KS17 KS21 LS04 LS15 LT17 MT01 WA16

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 関節結合アームの端部に取り付けられたツールを地面上にお
   いて自動的に移動させるための方法であって、 地上に対して前記ツールを連続的に複数回にわたって当接させることに基づい
   て、作業表面をなす表面を決定して計算し、 その後、前記ツール（７，１７，２７）を、前記作業表面上にわたって駆動す
   ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、 前記作業表面の決定後に、 前記ツールの不連続的なまたは連続的な駆動によって前記作業表面の全体をカ
   バーし得るよう、各作業領域どうしがオーバーラップするようにして、前記ツー
   ル（７，１７，２７）に関する作業パターンを決定することを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の方法において、 前記ツール（７，１７，２７）を、前記作業表面の第１ポイント上に配置し、 前記作業パターンの起点をなすこの第１ポイントの座標を計算し、 前記ツールを前記作業パターンの第１座標軸に沿って駆動することによって前
   記ツールを前記作業表面の第２ポイント上に配置し、これにより、前記第１座標
   軸に沿って到達可能な最遠ポイントを決定し、 前記ツールを、第２座標軸近傍の第３ポイント上に配置し、これにより、前記
   作業パターンの参照フレームの位置を決定し、 その後、前記ツールを第４ポイントに配置して、この第４ポイントにより作業
   を行う領域を決定することを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の方法において、 各方向におけるツールヘッドの形状に応じたステップ幅とその後における当該
   方向における前記ツールヘッドのサイズに応じたステップ幅とにより前記ツール
   （７，１７，２７）によって順次的に到達可能な複数のポイントが２つの直交方
   向内において配置されている作業パターンを決定することを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、 コンピュータ（１０）を使用することによって前記ツールの様々な移動を制御
   することを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の方法において、 前記コンピュータ（１０）に対して、４つのポイントの座標を供給し、前記コ
   ンピュータは、その４つのポイントに基づいて、前記作業表面全体にわたっての
   前記ツールの駆動プロセスを決定するとともに、前記ツールを駆動している各部
   材を制御することを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の方法において、 表面に対しての作業時には、前記コンピュータ（１０）は、前記ツールが到達
   した様々なポイントをメモリ内に格納するとともに、その後の作業のために、未
   だ到達していないポイントをメモリ内に格納することを特徴とする方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載された方法を実施するた
   め、関節結合アームの端部に取り付けられたツールを地面上において自動的に移
   動させるためのデバイスであって、 キャリア車両（２）を具備し、 該キャリア車両（２）のシャシー（３）上には、タレット（５）が、鉛直方向
   軸（Ａ１）回りに回転可能に設けられ、 前記タレット（５）には、アーム（６）が設けられ、 該アーム（６）は、各水平方向軸（Ａ２，Ａ３，Ａ４）回りに回転可能に関節
   結合された複数の部材（６ａ，６ｂ，６ｃ）から構成され、 前記アームの端部には、ツール（７，１７，２７）が取り付けられ、 前記タレット（５）は、前記シャシーに対して前記タレットがなす角度を決定
   し得る角度センサ（Ｃ１）を有し、 前記アームの前記各部材（６ａ，６ｂ，６ｃ）は、水平方向に対して前記各部
   材がなす角度を供給し得る角度センサ（Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）を有していることを
   特徴とするデバイス。
9. 【請求項９】 請求項８記載のデバイスにおいて、 安全確保対象をなす表面をカバーし得るようにして前記ツール（７，１７，２
   ７）の駆動を制御するためのプログラムを備えたコンピュータ（１０）を具備し
   、 該コンピュータ（１０）は、前記角度センサ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）によ
   って供給された値を受領するとともに、出力部分においては、角度値が計算値と
   等しくなるまで、前記タレット（５）と前記アームをなす前記各部材（６ａ，６
   ｂ，６ｃ）を駆動する複数のラム（１３，１４，１５）とを駆動するモータ（１
   ２）を液圧的に駆動制御するための電気的方向制御値（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４
   ）を制御する電気信号を送出することを特徴とするデバイス。