JP2004027830A

JP2004027830A - 掘削機

Info

Publication number: JP2004027830A
Application number: JP2003164659A
Authority: JP
Inventors: Richard W Davidson; リチャード・ダブリュー、ディビッドソン; Vernon J Brabec; バーノン　ジェイ．ブラベック
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2004-01-29
Also published as: EP0811728B1; JP2007077800A; US5854988A; JP3452461B2; EP0811728A1; DE69716672T2; AU708037B2; JPH10103925A; JP4198170B2; DE69716672D1; AU2472397A

Abstract

【課題】深さ及び勾配の設定を入力し、掘削工程の間のバケットの位置を表示するための制御パネルを有する掘削機を提供する。
【解決手段】タッチスクリーン制御パネルを使用してデータを入力及び表示して、掘削を制御し得る掘削機。掘削機１０は、掘削部２６の回動を検知する角度センサ３８，４０，４２と、切削部の動作を制御するためのデータの入力を可能とすると共に、オペレータに対し切削工程を監視するための情報を表示する制御パネル４６と、制御パネルからの入力と角度センサの検知信号に基づき油圧制御を介して切削部の動作を制御するコントローラ４４とを有する。制御パネル４６は、入力手順に応じて順次画面６０，６４，６８，７２が切り替わり、作業時には切削工程を監視する情報の表示画面１１４に切り替わる。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は掘削機用の機械制御システムに関し、特に、タッチスクリーン制御パネルを使用してデータを入力及び表示して動作を制御する掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
掘削機は２つの部材よりなる連結装置の端部に取り付けられたバケットを有する。連結装置の一方の部材はブームと呼ばれ、上部旋回体に回動自在に取り付けられて、上方に向けて外側に延出している。連結装置の他方の部材はアームと呼ばれ、その一端をブームの外端部に回動自在に取り付けられて、ブームの支点から下方に延出している。バケットはアームの外端部に回動自在に取り付けられる。３つの油圧シリンダがブーム、アーム及びバケットを、オペレータによる制御、或いは機械的な制御システムにより個別に動かす。別の油圧駆動装置が上部旋回体を下部旋回体に対して回転させ、投げ降ろし等の作業のためのバケットの再位置決めを行わせる。
【０００３】
掘削機を効果的に作動させるには熟練したオペレータが必要である。上部旋回体、ブーム、アーム及びバケット間の連結部はそれぞれ回動し、油圧シリンダ或いはアクチュエータを１つでも伸縮させることでバケットの掘削先端部は円弧状に動く。しかし、殆どの掘削作業は水平或いは傾斜した平坦な仕上げ面を有する。従って、平面をバケットで掘削するためには多数のシリンダを同時に制御する必要がある。通常、オペレータは２つのジョイステッィクを使用し、各ジョイステッィクは１つのシリンダの伸縮を制御すべく左右に運動自在であり、また別のシリンダの伸縮を制御すべく前後に運動自在である。
【０００４】
掘削機の１つの問題は、バケットの切削先端が掘削する深さを如何にしてオペレータに示して、掘削工程で正確な高さ或いは傾斜を得るかである。これに関連する問題は、バケットの切削先端がオペレータの視野から外れ得ることである。深さを示すための１つの公知の方法は上部旋回体、ブーム、アーム及びバケット間の相対角度を測定する角度センサを利用し、連結装置の測定された角度及び長さと幾何学の原理とを用いてバケットの深さを計算するものである。計算された深さはその後、オペレータのために表示され、これは例えば米国特許第４、１２９、２２４号に開示されている。
【０００５】
この概念の延長として、測定された深さ及び／或いは傾斜の情報を利用して、掘削機のバケットの動きを自動制御するものがある。例えば、米国特許第４、１２９、２２４号では、アームを動かす油圧シリンダをオペレータにより制御し、機械制御システムでブームシリンダ及びバケットシリンダを自動制御し、バケットを直線状に動かしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の掘削機の機械制御システムは、深さ及び勾配の設定を入力し、掘削工程の間のバケットの位置を表示する効果的な装置を欠いていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る掘削機は、連結装置を介して切削部が掘削自在に回動する掘削機において、前記掘削部の回動を検知する角度センサと、前記切削部の動作を制御するためのデータの入力を可能とすると共に、オペレータに対し切削工程を監視するための情報を表示する制御パネルと、該制御パネルからの入力と前記角度センサの検知信号に基づき油圧制御を介して前記切削部の動作を制御するコントローラとを有し、前記制御パネルは入力手順に応じて順次画面が切り替わり、作業時には切削工程を監視する情報の表示画面に切り替わることを特徴とする。
前記制御パネルはオペレータのタッチを感知するタッチパネルで構成することができ、タッチによりデータ入力及び画面の切り替えが行われる。
前記制御パネルへのデータの入力において、該制御パネルには測定単位を選択するための画面を表示することができる。
複数の異なる切削部から選択的に使用される切削部の幾何学的関係を確立するために、前記制御パネルには、使用される前記切削部の特徴を選択するための選択画面を表示することができる。
前記選択画面には、前記切削部の特徴である長さを変更及び設定するための設定画面を設けることができる。
前記制御パネルには、前記切削部の切削先端が当該切削部の回動中心の垂直下方にあるときをゼロ位置と設定する設定画面を表示することができる。
前記制御パネルには、前記切削部の底面を水平に位置決めしたときの前記切削部の角度を検出することによって水平位置として設定する設定画面を表示することができる。
前記制御パネルには、目的の設定値を視覚的に示すと共に、検出された前記切削部の状態をグラフィック表示することができる。
【０００８】
図示した好適な実施態様例によれば、本発明は、タッチスクリーン制御パネルを使用してデータを入力及び表示して、掘削を制御する掘削機を提供する。基本的な方法は、（１）表示パネルのオペレータのアクセス可能な位置にタッチを感知する画面を設け；（２）表示パネルを触れることによりデータを入力して掘削される表層の所望の外郭を限定し；（３）掘削される表層の所望の外郭を示す情報を表示パネル上に表示し；（４）掘削される表層の所望の外郭を掘削するよう掘削機のバケットの動きを制御する。
【０００９】
表示パネルは、オペレータに情報を提供して、オペレータに作業モードを選択させ、種々の作業モードのための制御パラメータを限定するデータを入力させる、一連の画面を表示する。表示パネルはタッチを感知するため、データの入力は、種々の画面により限定されたパネル上の種々の場所をオペレータが触れることにより行われる。表示パネル及びデータの入力及び表示方法は、機械基部、ブーム、アーム及びバケット間の角度を測定し、所望の外郭まで掘削するよう掘削機のバケットを案内するよう油圧シリンダを制御する掘削機の機械制御システムと共に使用することを意図したものである。
【００１０】
まず、本発明に係る掘削機では、作業のシステムセットアップモードの間にデータを入力及び表示させる。システムセットアップの間、オペレータに幾つかのセットアップ手順から選択させるためのシステムセットアップメニュー画面が表示される。システムセットアップ手順の１つは診断テストである。これは表示パネル上の「テスト」と表示されたボックスを触れることにより開始される。診断テストは機械制御システムにより実行され、その結果は別の画面に表示される。他のシステムセットアップ手順は測定単位の選択である。画面上の「単位」と表示された部分に触れると、距離の測定についてメートルとフィートの何れかをオペレータに選択させる別の画面が現れる。他のシステムセットアップ手順は技術者のメニューであり、これは掘削機の幾何学及び角度センサの測定を含む初期の測定工程の間にアクセスされるものである。
【００１１】
第４のシステムセットアップ手順はオペレータに多数のバケットの特徴を限定させ、また特定の時点でどのバケットを使用するかを選択させる。システムセットアップ手順の画面の「バケットセットアップ」が表示された部分に触れることにより、表示パネルが各々が各バケットのための多数のボックスのある画面を表示する。それらのボックスの１つを押すと、表示パネルは、バケットの切削先端がどこに位置しているかを機械制御システムに知らせるためのバケットに関連する幾何学的関係を確立するためのデータをオペレータに入力させるための測定画面を表示する。
【００１２】
画面の多くは「ヘルプ」と表示されたボックスを有し、画面のヘルプのボックスを押すと、表示パネルはオペレータを補助するための説明的情報を有する他の画面を表示する。ヘルプ画面の「戻る」と表示されたボックスを押すと、オペレータは前回の画面に戻る。
【００１３】
オペレータは「モード変更」と表示されたボックスを押すことにより、システムセットアップメニュー画面から作業モードにアクセスする。「モード変更」のボックスを押し続けると、表示パネルは全ての作業モードをスクロールしていき、システムセットアップモードまで戻る。本発明の作業方法には、勾配モード、深さモード及びレーザモードという３つの基本的モードがある。「モード変更」のボックスを繰り返し押すと、勾配モード、深さモード、レーザモード及びシステムセットアップモードの順にスクロールされる。
【００１４】
各作業モードはセットアップ画面及び表示画面を有する。セットアップ画面は深さ或いは勾配のデータを機械制御システムに入力するのに使用され、表示画面は掘削の間、所望の外郭と比較した実際のバケットの位置を表示する。オペレータが画面上に表示されたボックスに触れることで、データは入力されて作業モードがセットアップされる。表示される値が所望の値と同じになるまで１つ或いは複数のボックスを押すことにより、所望の勾配或いは深さのためのデジタル値が入力される。作業モードがセットアップされた後、オペレータはトリガースイッチを押して自動機械制御を起動させ、表示画面を表示させる。トリガースイッチが押し下げられていない場合、画面が切り替わり、タッチパネルによる前回の入力から５秒間だけ表示画面を示す。表示画面は線による所望の外郭と、深さ或いは勾配のデータを示し、また、所望の外郭と比較した、機械制御システムにより判断された実際のバケットの位置をグラフィックで示す。
【００１５】
明細書に記載される特徴及び利点は全てを含んだものではなく、特に、図面、明細書及び請求の範囲を考慮すれば、その他の多くの特徴及び利点も当業者にとって明らかであろう。更に、明細書で使用した表現は読みやすさ及び教示を目的として原則的に選択したものであり、発明的要旨を表したり、範囲を限定するために選択したものではなく、そのような発明的要旨を判断するのに必要な請求の範囲に依存するものである。
【００１６】
本発明のその他の目的、利点及び新規な特徴は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかになろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１乃至２５は本発明の種々の好適な実施態様例としてのみ示すものである。本分野における当業者であれば、以下の記載から、ここに示される構造及び方法の別の実施態様例を本発明の原理から逸脱せずに採用できることが容易に認識できよう。
【００１８】
本発明の好適な実施態様例は、タッチ画面制御パネルを使用して、データを入力及び表示して掘削機による掘削を制御する方法である。図１に示すように、掘削機１０は下部旋回体１４に回転自在に取り付けられた上部旋回体１２を有する。上部旋回体１２の枢軸１７にはブーム１６が回動自在に取り付けられて、外方に延びている。運転席２０に座っているオペレータにより、或いは機械制御システムにより制御される油圧シリンダ１８（或いは一対のシリンダ）が、掘削工程の間、上部旋回体に対してブームを枢軸１７回りに回動させる。ブーム１６の外端部の枢軸２３にはアーム２２が回動自在に取り付けられる。同様に、油圧シリンダ２４は、掘削工程の間、アームをブームに対して枢軸２３の回りに回動させる。アーム２２の外端部の枢軸２７にはバケット２６が回動自在に取り付けられる。掘削工程の間、油圧シリンダ２８がバケットをアームに対して枢軸２７の回りに回動させる。
【００１９】
図１に示される掘削機は勾配３０を掘削している。バケット２６の底面３２は勾配３０と平行なのが好ましい。掘削部であるバケット２６は掘削工程の間、地面に突き込まれる切削先端３４を有する。
【００２０】
図２は本発明の方法を利用する機械制御システム３６のブロック図である。機械制御システム３６は、ブーム１６、アーム２２及びバケット２６の角度に関するデータをシステムコントローラ４４にそれぞれ提供する３つの角度センサ３８、４０及び４２を有する。これらのセンサはそれぞれ、ブーム、アーム及びバケットの枢軸１７、２３及び２７の近傍で掘削機に取り付けられる。システムコントローラ４４はプログラムされたプロセッサであり、角度センサにより測定された角度、及びブーム１６、アーム２２及びバケット２６の幾何学的関係を知ることにより、掘削の間のバケットの実際の位置を判断する。これに関するシステムコントローラ４４の作業は本技術分野では良く知られているため、これ以上は説明しない。システムコントローラ４４は、後に詳述するオペレータ制御パネル４６及びトリガースイッチ４８に連結されている。システムコントローラ４４は信号を油圧弁コントローラ５０に送り、このコントローラ５０はブームシリンダ１８、スティックシリンダ２４及びバケットシリンダ２８の動きを制御する。オプションとして機械制御システムにレーザ受信器５１が含められる。レーザ受信器５１は掘削機に取り付けられたマストに基準レーザ光線が当たる高さを検知し、高さ基準値を提供する。図２のブロック図は、油圧制御弁５０に手動による制御入力を提供する一対のジョイスティック４９も示している。手動制御下での作業時に、オペレータはジョイスティックを動かして、バケットシリンダ、アームシリンダ及びブームシリンダの動きを手動で制御する。自動制御では、好適な実施態様例では、オペレータはアームシリンダ２４だけを手動で制御し、システムコントローラ４４がバケットシリンダ２８及びブームシリンダ１８を自動制御して所望の勾配或いは深さまで掘削する。
【００２１】
オペレータ制御パネル４６は、データをシステムコントローラ４４に入力して機械制御システム３６の作業パラメータを限定する手段をオペレータに提供するものである。制御パネル４６は、オペレータが手動で制御するか、或いは機械制御システム３６により自動制御するかについて掘削工程を監視すべく、オペレータに情報の表示も行う。
【００２２】
図３及び図４は本発明の方法の作業間に制御パネル４６により表示される幾つかの画面を示す。「モード変更」と表示されたボックスに触れることにより、オペレータは４つのセットアップ画面６０、６４、６８及び７２に順にアクセスすることができる。最初に電源を入れると、制御パネル４６は、前回システムの電源を切った時に表示されていたものと同じ画面である画面６１を表示する。画面６１の「モード変更」のボックス６２に触れると、勾配セットアップ画面６４が現れる。勾配セットアップ画面６４の「モード変更」のボックス６２に触れると、深さモードのためのセットアップ画面６８が現れる。同様に、深さモードセットアップ画面６８の「モード変更」のボックス６２に触れると、レーザモードセットアップ画面７２が現れる。レーザモードセットアップ画面７２の「モード変更」のボックス６２に触れると、システムセットアップ画面６０が現れる。最後に、システムセットアップ画面６０の「モード変更」のボックス６２に触れると、勾配セットアップ画面６４が再度現れる。
【００２３】
システムセットアップモードの作動は図４乃至図９に示される。図６Ａに最も明瞭に示されるように、システムセットアップ画面６０は、「モード変更」のボックス６２、「ヘルプ」のボックス７６、コントラストのボックス７８、バケット選択のボックス１２２及び４つの機能のボックス８０、８２、８４及び８６を有する。「モード変更」のボックス６２に触れると、画面が上述の勾配モードセットアップ画面６４に変わる。「ヘルプ」のボックス７６に触れると、画面が変わり、図６Ｂ及び６Ｃに示されるように、システムの作動でオペレータを補助するためのシステムセットアップ工程の文章による説明を表示する。ヘルプ画面８８の表示すべき情報が多ページにわたっていれば、オペレータが多ページにわたる画面に進めるように「次頁」のボックスが設けられ、また前に表示されていた画面に戻るための「前頁」のボックスも設けられる。ヘルプ画面８８は、ボックス９０に触れると、システムセットアップメニュー画面６０に戻るための「出口」のボックス９０を有する。「ヘルプ」のボックス７６は殆どのセットアップ画面及び表示画面に共通な入力ボックスである。ヘルプ画面８８は図３（及びより詳細には図６Ｂ、６Ｃ、１１Ｂ、１４Ｂ及び図２４Ａ乃至２４Ｃ）に開示される一連の画面に見られるが、文章の内容は別として、ヘルプ画面は全て、上述のように同じ方法で操作される。
【００２４】
システムセットアップメニュー画面のコントラストボックス７８（図６Ａ）は、多くの画面に共通の別の入力ボックスである。コントラストボックス７８の左側に触れると画面のコントラストが暗くなり、右側に触れると画面のコントラストが明るくなる。これによりオペレータは明るさの条件に合うように画面のコントラストを調整することができる。
【００２５】
システムセットアップメニュー画面６０（図６Ａ）の機能ボックス８０は「単位」と表示されている。このボックスに触れると、画面が図７に示される単位選択画面９２に変わる。
【００２６】
単位選択画面９２は２つのボックス９４及び９６を有し、その１つは距離測定の単位としてメートルを選択し、もう１つは距離測定の単位としてフィートを選択するものである。一度選択を行うと、オペレータは「戻り」のボックス９８に触れてシステムセットアップメニュー画面６０に戻る。
【００２７】
システムセットアップメニュー画面６０（図６Ａ）の機能ボックス８２は「テスト」と表示されている。このボックスに触れると、画面は図８に示されるシステムテスト画面１００に変わり、システムコントローラ４４にオペレータ制御パネル４６、バルブコントローラ５０、角度センサ３８、４０、４２、及びレーザ受信器５１について一連のテストを実行するよう命令する。テストの結果はシステムテスト画面１００に示される。オペレータがそのテストを繰り返すことを望めば、「再テスト」のボックス１０２に触れることにより、繰り返しが実行される。テストが完了すると、オペレータは「出口」のボックス９８に触れてシステムセットアップメニュー画面６０に戻る。
【００２８】
システムセットアップメニュー画面６０（図６Ａ）の機能ボックス８４は「調整」と表示されている。このボックスに触れると、パスワードの画面１０３（図６Ｄ）が表示される。熟練した技術者が適切なパスワードを入力すると、センサを較正したり、幾何学的データをシステムコントローラ４４に入力するための更なる画面にアクセスすることができる。
【００２９】
システムセットアップメニュー画面６０の機能ボックス８６（図６Ａ）は「バケットセットアップ」と表示されている。このボックスに触れると画面は図９Ａに示されるバケットセットアップ画面１０４に変わり、オペレータは５つまでの異なるバケットの幾何学的特徴を限定することができる。バケットの特徴を入力するには、オペレータは画面上の「バケット」のボックス１０６の１つに触れ、これにより図９Ｂから図９Ｄに示される新たな一連の画面が現れる。これらの画面はオペレータを適切なデータの入力工程に案内するものである。
【００３０】
図９Ｂに示されるように、バケットセットアップの１つの画面１０８は回動中心点２７と切削先端３４との間で測定されるバケットの長さを設定する。ボックス３００はバケットの長さの値を示す。ボックス３０２及び３０４はバケットの長さの値を入力するためにオペレータが触れるボックスである。その後、「次へ」と表示されたボックスに触れると次の工程に進む。
【００３１】
次の画面１１０（図９Ｃ）はバケットのためのゼロ位置を設定する。オペレータはバケット２６をその切削先端３４が回動中心点２７の垂直方向下方に位置するよう位置決めし、その後、ボックス３０６に触れる。これにより、機械制御システム３６は切削先端が回動中心点の真下にあるバケットの角度を判断することができる。
【００３２】
バケットセットアップの第３の画面１１２（図９Ｄ）はバケットの上下位置を設定する。オペレータはバケット２６の底面３２が水平になるようにバケット２６を位置決めする。次いでオペレータは画面上のボックス３０８に触れると、バケットの角度を測定してその測定値をそのバケットの水平位置として記憶するよう機械制御システム３６に指示する。バケットセットアップ工程は多数のバケット毎に繰り返しセットアップすることができる。バケットの特徴をシステムに一度入力すると、それらは記憶され、バケットの選択時にいつでもそれを使用することができる。これにより、掘削の間、バケットの再度特徴付けを行ったりシステムを較正することなく、バケットを素早く変更することができる。
【００３３】
システムセットアップメニュー画面６０（図６Ａ）はバケット選択ボックス１２２の中にどのバケット使用しているかを示している。このとき、望むならば、オペレータはバケットの交換が可能である。オペレータは勾配モードセットアップ画面上のバケット選択ボックス１２２に触れて、システムに入力されているバケットのリストを順次移動することができる。勿論、オペレータは新たなバケットへの物理的交換を行わなければならないが、較正データを再入力する必要はない。
【００３４】
システムセットアップメニュー画面６０か、「モード変更」のボックス６２に触れると画面は勾配モードセットアップ画面６４に変わる。勾配モードでの作動でオペレータは例えば、斜面の輪郭付けや、用水路の傾斜した側面の掘削を行う。図１は勾配を掘削している掘削機を示している。図１０乃至１２に示すように、勾配モードはセットアップ画面６４、表示画面１１４及びヘルプ画面８８を有している。図１１Ｂはヘルプ画面８８に表示されたメッセージを示している。
【００３５】
図１１Ａに示される勾配モードセットアップ画面６４の中央には、データ入力ボックス及び表示ボックス１１６、１１８及び１２０がある。ボックス１１６には矢印と、０から９までの数字が４つあり「作業勾配％」と表示されている。表示ボックス１１６に触れると、オペレータは矢印の方向又は勾配の数値を変更できる。一度目に、表示ボックス１１６に触れると矢印が光る。勾配の方向性を変更するために、オペレータは矢印ボックス１１８、１２０のいずれかに触れる。再度表示ボックス１１６に触れると、左側の１つ目の数字が光り、この光っている間に矢印ボックス１１８又は１２０に触れると、左側の１つ目の数字の値が増減する。表示ボックス１１６に再度触れると２つ目の数字が光り、その値を変更することができる。勾配のための所望の値が入力されるまで、この工程が繰り替えされる。システムは、更なる変更がないと、僅かな時間が経過した後、入力されたその値を自動的に受け入れる。
【００３６】
所望の勾配値を一度入力すると、掘削機は、その勾配の仕上げ面を作り出すべく掘削の用意ができる。オペレータは手動で所望の切削深さにバケットを位置決めし、バケットの角度を調整する。自動制御を開始するために、オペレータはシリンダ制御ジョイスティック４９に、或いはその近傍に取り付けられたトリガースイッチ４８を押す。トリガースイッチ４８を起動するとシステムコントローラはバケットの自動制御を開始して、バケット２６の切削先端３４が所望の勾配３０（図１）と平行に動くように制御する。オペレータはスティックシリンダ即ちアームシリンダ２４を制御するジョイスティック４９を動かし、機械制御システム３６はバケットが所望の勾配に沿って動くようブームシリンダ１８及びバケットシリンダ２８を自動制御する。
【００３７】
トリガースイッチ４８を起動することにより、制御パネル４６も画面をセットアップ画面６４から切削工程を監視する表示画面１１４に変える（図１２Ａ及び１２Ｂ）。前回の入力から５秒間が経過していれば、画面は表示画面１１４に変わる。表示画面１１４には、その一番上に所望の勾配を示す値１２４があり、またその所望の勾配を視覚的に示す傾斜線１２６がある。バケット２６は、画面１１４上にバケットの輪郭の形をしたアイコン１２８でグラフィック表示されている。バケットアイコン１２８の中央には、バケットの底部の測定された傾斜を示す数字１３０が表示されている。このように、オペレータは所望の勾配と比較したバケットの向きを見ることができ、自動制御を開始する前に、バケットの角度を調節することができる。図１２Ａは０％の勾配、即ち水平面を示し、図１２Ｂは１００％の勾配、即ち４５度の傾斜面を示す。
【００３８】
切削が完了すると、オペレータはバケット内の掘削物を捨てる必要がある。オペレータによりトリガースイッチが解除され、これにより掘削機が自動制御から解放され、オペレータが手動でバケットを制御して掘削物を捨てる。その後、必要に応じてオペレータは同じ勾配で更なる切削を行ったり、所望の勾配値を変更したり、掘削機を移動することができる。
【００３９】
作業の他のモードは一定深さまで掘削することである。オペレータが決められた深さまでの切削を希望する場合、深さモードセットアップ画面６８（図１４Ａ）が出るまで「モード変更」のボックス６２を押し続ける。深さモードにおける本発明の作業は図１３乃至図１６に示される。深さモードセットアップ画面６８は、勾配セットアップ画面（図１１Ａ）のデータ入力ボックス及び表示ボックス１１６、１１８及び１２０のように、３つのデータ入力ボックス及び表示ボックス１３２、１３４及び１３６がある。これらのボックスは所望の切削深さの値が表示されるまでオペレータにより触れられる。図１４Ｂは深さモードのためのヘルプ画面のメッセージを示す。
【００４０】
深さはある基準高さを基準にして限定され、深さモードセットアップ画面６８は基準値の設定方法を２つ提供している。セットアップ画面６８の「基準値設定」ボックス１３８は地上高さ或いは他の既知の基準値に対する掘削深さをオペレータに限定させるものである。オペレータは切削先端が地上高さ或いは他の既知の基準値の高さにくるようにバケットを位置決めし、その後、「基準値設定」ボックス１３８に触れる。この工程は、セットアップ画面６８に入力された所望の深さが基準値と比較して測定されるように、その位置における深さの測定値をゼロにする。掘削機が掘削通路間で動いている場合には、掘削機の正確度を保つために、深さ基準値を再度確立するのが好ましい。
【００４１】
深さ基準値を設定する第２の方法は、バケットを所望の切削深さに位置決めし、その後、セットアップ画面６８の「深さ合わせ」のボックス１４０に触れることである。これは、所望の切削深さがバケットの現在の位置にあることを機械制御システム３６に指示するものである。「深さ合わせのボックス」を押すと、システムは表示された所望の深さの値を無視する。「深さ合わせ」モードは、掘削機の再位置決めの後等の切削前の値に掘削機を一致させるのに特に有効である。
【００４２】
一度所望深さを入力して基準値を確立すると、システムは深さ合わせモードでの掘削の用意ができる。オペレータはトリガースイッチ４８を起動することにより再度自動制御を開始する。これにより、機械制御システム３６はバケットの自動制御を開始すると共に、画面を図１５に示される深さ表示画面１４２に変える。表示画面１４２は、その一番上に所望の深さを示す値１４４を有し、またその所望の深さを視覚的に示す線１４６も有している。バケット２６はバケットアイコン１４８により画面１４２にグラフィック表示されている。バケットアイコン１４８の中央には、所望の深さに対するバケット２６の切削先端３４の測定された位置を示す数字１５０が示されている。バケットアイコンには、バケットが所望の高さより上或いは下なのかを示すための「切削」或いは「埋める」という文字が示される。バケットアイコン１４８の下の数字１４９で示される値はバケットの底部の勾配を示す。図１６Ａ及び１６Ｂは底部が平坦な表層を掘削するために深さ合わせモードで掘削している掘削機１０を示している。図１６Ｂは切削が水面下或いはオペレータから見えないその他の状況でも深さ合わせモードでの掘削が可能なことを示している。
【００４３】
深さ表示画面１４２はその下部に、作業の更なるモードである材料選択を入力するためのボックス１５２及び１５４も備えている。「Ｏｎ／Ｏｆｆ」のボックス１５２に触れると、画面は材料選択表示画面１５６（図１８）に変わり、「変更」のボックス１５４に触れると画面は材料選択セットアップ画面１５８（図１７）に変わる。
【００４４】
時として、掘削作業ではある特定の深さまで掘削し、次いでそこに基礎材を敷き、その上にパイプを敷いてそれをカバー材で覆い、その後更なる材料で埋めることを要求されることがある。この材料選択モードはオペレータに複数の深さを限定させ、そのうちどの深さで掘削機の自動制御を行うかを選択させる。
【００４５】
図１７に示すように、材料選択セットアップ画面１５８に入ることにより、深さモード画面１４２により定めた深さに埋める材料の３つの深さを限定するためのデータの入力が許可される。これらの深さは、ボックス１６０乃至１６８により上述したと同様の方法で入力され、示される。材料選択セットアップ画面に示される数値は層の厚さである。一度層の深さが入力されると、オペレータはトリガースイッチ４８を起動し、これにより機械制御システム３６が自動制御を開始すると共に、材料選択が画面１５６を表示する（図１８）。画面１５６は深さ表示画面１４２と類似しているが、材料選択を示す線が追加されている。バケットアイコン１４８の値はバケットの、その直ぐ下の線に対する位置を示す。例えば、バケットが中間層１７０に上昇すると、線１７２が点線ではなく実線となり、バケットの値はその高さに対するバケットの位置を示す。
【００４６】
図１９は作業の材料選択モードを使用して溝を埋めている掘削機１０を示す。掘削作業は、溝をある特定の深さ２００まで掘り、その後それを別の深さ２０４まで基礎材２０２で埋め、次いで基礎材２０２の上にパイプ２０６を敷いてからそこを別の深さ２１０までカバー材２０８で覆い、その後それを更に別の深さ２１４まで更なる材料２１２で埋めることを要求されることがある。材料選択モードでの作業により、深さ２００まで自動で掘削させ、その後深さ２０４まで基礎材２０２で埋め、次いで深さ２１０までカバー材２０８で埋め、その後深さ２１４まで一番上の材料層で埋める、という作業をオペレータは全て自動で行わせることができる。
【００４７】
作業の別のモードであるレーザモードが図２０乃至２５に示される。レーザモードの作動は、図２０に示されるように、レーザモード表示画面１７４から材料選択モードにアクセスできるという点で、深さモードのものに類似している。図２５に示すように、レーザモードは新たに２つの装置を要する。１つはレーザ基準光線１７８、典型的には回転或いは扇状走査光線を発生させるレーザ発信機１７６である。レーザ基準光線１７８は掘削される表層の底部と同じ勾配になるように、水平方向に、或いは角度的に設定するのが好ましい。新たな装置の２番目のものは、掘削機１０に取り付けられたレーザ受信器９４である。レーザ受信器は、マスト１８２と、レーザ基準光線１７８を感知するまでそのマスト１８２を上或いは下に動く走行センサ１８４とを有する。レーザ受信器はレーザ基準光線の高さを示すデータをシステムコントローラ４４に供給し、システムコントローラ４４はそのデータを深さ基準のために使用する。
【００４８】
図２１に示されるレーザモードセットアップ画面７２は、レーザ基準光線１７８を基準とした、掘削される表層の所望の深さをオペレータに入力させるための一組のデータ入力ボックス及び表示ボックス１８６乃至１８８を有する。セットアップ画面７２は掘削される表層の所望の勾配をオペレータに入力させるための別の組のデータ入力ボックス及び表示ボックス１９０乃至１９２をも有する。勾配がゼロの場合、限定された切削は所望の深さで水平である。勾配がゼロでなければ、切削は、所望の勾配で、ブームの回動中心点１７と垂直方向に整合した点の所望の深さにより決定する点を通過する線により限定される。
【００４９】
パラメータを入力した後、レーザモードの作業は深さモードものと類似している。図２２は深さモードの作業のための表示画面１７４を示し、図２３は多数セクションモードにおける作業のための表示画面１５６を示す。レーザモードのヘルプ画面８８は図２４に示される。
【００５０】
上述の説明から、ここに開示した本発明は、タッチスクリーン制御パネルを使用して掘削を制御するデータを入力して表示する新規で有益な掘削機を提供するものである。以上の記載は、本発明の掘削機及び実施態様例を代表的な例としてのみ開示し説明したものである。本技術分野の当業者であれば、本発明を発明の精神及び本質的な特徴から逸脱することなしに、別の特定の形態に具体化できることは理解されよう。例えば、「タッチを感知する画面（ｔｏｕｃｈ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）」という用語は、本発明の掘削機と共に使用されるディスプレイパネルを示すために使用されている。この用語はオペレータがパネルに物理的に触れる必要のあるパネルだけに限定する意図はなく、また実際の物理的接触ではなく接近に依存するディスプレイパネルを排除する意図もない。従って、上記発明の実施の形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、例として示すことを目的とする。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、表層を所望の外郭まで掘削するように、バケットを有する掘削機であって、該掘削機に連結された機械制御システムに制御データを入力する手段を提供するディスプレイパネル上の、オペレータがアクセス可能な位置に、タッチを感知する画面を設け；掘削される表層の所望の外郭を限定するためのデータを入力し；掘削される表層の前記所望の外郭を示す情報を前記ディスプレイパネルに表示し；掘削される表層の前記所望の外郭まで掘削するよう前記バケットの動きを制御することにより、切削すべき深さ及び勾配の設定を効率的に入力し、掘削工程の間のバケットの位置をオペレータに効果的に表示することができる掘削機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】勾配をつけている掘削機の側面図である。
【図２】本発明の方法で使用する機械制御システムのブロック図である。
【図３】本発明のオペレーティングモードでのスクリーンチャートである。
【図４】本発明のシステムセットアップモードでのスクリーンチャートである。
【図５】本発明の作業のシステムセットアップモードの画面である。
【図６】システムセットアップモードの説明図で、（Ａ）は作業のシステムセットアップモードで使用する表示画面を示し、（Ｂ）、（Ｃ）は作業のセットアップモードのためのヘルプ画面を示し、（Ｄ）は技術者によるアクセスを提供する画面を示す。
【図７】システムセットアップモードで単位を選択するのに使用される画面を示す。
【図８】システムセットアップモードのシステムテストの結果を示すのに使用される画面を示す。
【図９】システムセットアップモードの説明図で、（Ａ）はシステムセットアップモードでバケットを選択するのに使用される画面を示し、（Ｂ）乃至（Ｄ）はバケットの選択のための情報を入力するのに使用される画面を示す。
【図１０】本発明の作業の勾配モードの画面を示す。
【図１１】勾配システムセットアップモードの説明図で、（Ａ）は勾配モードの表示画面を示し、（Ｂ）は勾配モードのためのヘルプ画面を示す。
【図１２】勾配モードの説明図で、（Ａ）、（Ｂ）はバケットの表示画面を示す。
【図１３】本発明の作業の深さモードの画面を示す。
【図１４】深さモードの説明図であって、（Ａ）はそのセットアップ画面を示し、（Ｂ）は深さモードのためのヘルプ画面を示す。
【図１５】深さモードのための表示画面を示す。
【図１６】勾配をつけるための掘削作業の説明図であって、（Ａ）は勾配をつける前の状態を示し、（Ｂ）は勾配をつけた状態を示す。
【図１７】本発明の作業の複数選択モードのためのセットアップ画面を示す。
【図１８】複数選択モードのための表示画面を示す。
【図１９】複数選択モードで作業する掘削機の側面図を示す。
【図２０】本発明の作業のレーザモードの画面を示す。
【図２１】レーザモードのセットアップ画面を示す。
【図２２】レーザモードのための表示画面を示す。
【図２３】レーザモードのための画面であり、複数選択も示す。
【図２４】レーザモードの説明図で、（Ａ）乃至（Ｃ）はレーザモードのためのヘルプ画面を示す。
【図２５】レーザモードで作動する掘削機の側面図を示す。
【符号の説明】
１０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　掘削機
１６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ブーム
１８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ブームシリンダ
２２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　アーム
２４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　スティックシリンダ
２６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（掘削部）バケット
２８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　バケットシリンダ
４４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　システムコントローラ
３８、４０、４２　　　　　　　角度センサ
４６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　オペレータ制御パネル
４８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　トリガースイッチ
４９　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ジョイスティック

Claims

連結装置を介して切削部が掘削自在に回動する掘削機において、前記掘削部の回動を検知する角度センサと、前記切削部の動作を制御するためのデータの入力を可能とすると共に、オペレータに対し切削工程を監視するための情報を表示する制御パネルと、該制御パネルからの入力と前記角度センサの検知信号に基づき油圧制御を介して前記切削部の動作を制御するコントローラとを有し、前記制御パネルは入力手順に応じて順次画面が切り替わり、作業時には切削工程を監視する情報の表示画面に切り替わることを特徴とする掘削機。
前記制御パネルはオペレータのタッチを感知するタッチパネルであり、タッチによりデータ入力及び画面の切り替えが行われる請求項１記載の掘削機。
前記制御パネルへのデータの入力において、該制御パネルには測定単位を選択するための画面が表示される請求項１記載の掘削機。
複数の異なる切削部から選択的に使用される切削部の幾何学的関係を確立するために、前記制御パネルには、使用される前記切削部の特徴を選択するための選択画面が表示される請求項１記載の掘削機。
前記選択画面には、前記切削部の特徴である長さを変更及び設定するための設定画面が設けられている請求項４記載の掘削機。
前記制御パネルには、前記切削部の切削先端が当該切削部の回動中心の垂直下方にあるときをゼロ位置と設定する設定画面が表示される請求項１記載の掘削機。
前記制御パネルには、前記切削部の底面を水平に位置決めしたときの前記切削部の角度を検出することによって水平位置として設定する設定画面が表示される請求項１記載の掘削機。
前記制御パネルには、目的の設定値を視覚的に示すと共に、検出された前記切削部の状態がグラフィック表示される請求項１記載の掘削機。