JP2006291700A - 作業機械位置合わせシステム、及び作業機械の位置合わせを維持する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械位置合わせシステム、及び作業機械の位置合わせを維持する方法を提供する。
【解決手段】比較的長い距離に亘って所定の作業機械経路に対する作業機械の位置合わせを維持することは、困難となる可能性がある。所定の作業機械経路に対する作業機械の位置合わせを維持するため、本開示内容は、決定された作業機械経路に平行なレーザ垂直面を生じるように動作可能なレーザ発生器と、レーザ受信器群の水平方向のレーザ検知幅内においてレーザ垂直面の位置を検知するように動作可能なレーザ受信器群とを備える作業機械位置合わせシステムを備える。レーザ受信器群の１つ、又はレーザ発生器は、固定位置で作業機械の作業機械本体に取り付けられている。レーザ受信器群は、作業機械位置合わせ支援アルゴリズムを含む電子制御モジュールと通信する。
【選択図】図１ａ

Description

本開示内容は、一般に、作業機械の制御に関し、より詳しくは、所定の作業機械経路に対する作業機械の位置合わせを維持する方法及びシステムに関する。

特定の状況では、作業機械の操作者は、比較的長い距離に亘る直線の経路に対して作業機械の位置合わせを維持しなければならない。例えば、操作者は、比較的長い距離に亘る所定の溝経路に対して、バックホウローダなどの溝を堀る作業機械の位置合わせを維持しなければならない。一般に、測量士は、溝の開始点と終了点を決定し塗料又は杭で印をつける。しかる後、操作者は、開始点における塗料の印又は測量士による杭にバックホウローダを位置合わせすることができる。操作者は、バックホウローダが限られた空間で動作しない場合には、作業機械本体の中心線である作業機械軸を溝の所定の経路に位置合わせする。操作者は、掘削中にバックホウが動く垂直平面である器具面を、作業機械軸に位置合わせする。かかる操作者は、目視により、及び／又はバックホウローダの本体に対してバックホウの位置を検知することができるセンサを用いて、器具面を作業機械に位置合わせすることができる。

操作者は、一般に、バックホウローダを溝の所定の経路の開始点に正確に位置合わせすることができるが、バックホウローダが所定の溝経路を進む間に、所定の経路に対するバックホウローダの位置合わせを維持することはより難しい。操作者は、溝の一部を堀り、溝の他の部分を掘るために作業機械を再配置する。そして、比較的長い溝が掘られるまで、この工程が続く。溝経路に沿って掘削位置の間にバックホウローダを動かすためには、熟練した操作者は、一般に、「ダックウォーク」として当該技術分野で知られる方法を用いる。この「ダックウォーク」の方法では、バックホウリンク機構で押すことにより、バックホウローダを動かす。バックホウローダの前方部は、ローダバケットの底面上を前方に移動される。この「ダックウォーク」の方法は、バックホウローダを駆動するよりも効果的なバックホウローダの再配置方法であると見出されているが、操作者は、一般に、「ダックウォーク」の方法を実行しながら、バックホウに向けて後方に対面し続ける。このため、操作者は、溝の終了点をはっきりと見ることができず、しばしばコースからそれることがある。

操作者は、再配置の度に若干コースから外れるだけでも、誤差が蓄積し、所定の溝経路から大幅に偏移する可能性がある。このような大幅な偏移から経路に対して再配置するには、溝を掘ることとは別に時間がかかる。さらに、操作者は、所定の経路からの偏移を必要以上に訂正し、経路を所定の溝経路の中央線に沿ってジグザグにさせてしまうことがある。たとえバックホウローダの作業機械軸が溝の所定経路に位置合わせされ続けていても、操作者がバックホウの器具面を所定の経路に誤って位置合わせさせた場合には、溝は、所定の経路から外れる。このため、比較的長い距離において直線状の溝を掘るためには、作業機械の操作者は、バックホウローダを繰り返し再配置し、後方に対面しながら、溝の所定経路に対する作業機械の位置合わせを維持することができなければならない。これは、いかに熟練した操作者であっても困難であると分かる。

比較的長い溝を掘る精度を高めるため、２００２年７月９日付けでカラフット（Ｋａｌａｆｕｔ）らに発行された（特許文献１）に開示された方法のように、作業機械の機首方位を位置付け決定する多様な方法がある。これらの位置決め方法は、直線に沿って溝を掘る精度を高め得るものであるが、かかる方法及びシステムは、しばしば複雑であり、高価な全地球測位システムを含んでいる。

米国特許第６，４１８，３６４号明細書

本開示内容は、上述した問題のうちの１つ以上を克服することを目的とする。

本開示内容の一態様において、作業機械は、作業機械本体の固定位置に配置された少なくとも１つのレーザ受信器を備えるレーザ受信器群を備える。レーザ受信器群は、レーザ垂直面を検知するように動作可能であり、水平方向のレーザ検知幅に沿って２つ以上のレーザ検知点を含む。レーザ受信器群は、作業機械位置合わせ支援アルゴリズムを含む電子制御モジュールと通信する。

本開示内容の他の態様においては、作業機械位置合わせシステムは、レーザ発生器及びレーザ受信器群のうちの少なくとも１つが取り付けられている作業機械本体を有する作業機械を備える。レーザ発生器は、所定の作業機械経路に平行なレーザ垂直面を生じるように動作可能であり、レーザ受信器群は、レーザ受信器群の水平方向のレーザ検知幅内におけるレーザ垂直面の位置を検知するように動作可能である。電子制御モジュールは、レーザ受信器群と通信し、作業機械位置合わせ支援アルゴリズムを含む。

本開示内容のさらに他の態様においては、所定の作業機械経路に沿った作業機械の位置合わせは、作業機械の器具面及び作業機械軸のうちの少なくとも１つを所定の作業機械経路に位置合わせすることにより維持される。レーザ発生器は、所定の作業機械経路に平行にレーザ垂直面を投じる。レーザ受信器群の水平方向のレーザ検知幅内におけるレーザ垂直面の位置が検知される。レーザ受信器群は、作業機械の作業機械本体に固定位置で取り付けられる。水平方向のレーザ検知幅内のレーザ垂直面の位置は、所定の作業機械経路に沿って複数の作業機械位置の各々において維持される。

図１ａを参照すると、作業機械１１を好ましい位置合わせ位置に備える本開示内容に係る作業機械位置合わせシステム１０の平面図が示されている。作業機械１１は、堀削器具１３がピボット１４の周りに移動可能に取り付けられ得る作業機械本体１２を備える。掘削器具１３は、好ましくはバックホウであり、作業機械１１は、好ましくはバックホウローダであるが、作業機械位置合わせシステム１０は、例えば、これらに限られないが、ブルドーザやショベルなどの他の掘削作業機械で用いられ得るものであり、また非旋回式トレンチャであっても良いことも理解されるべきである。また、この作業機械位置合わせシステム１０は、掘削器具のない作業機械でも利用可能であることは理解されるべきである。例えば、本開示内容は、作物収穫作業機械が作物畑を通って進む間に、所定の収穫経路に対する作物収穫作業機械の位置合わせを維持するのに用いることを想定している。

バックホウローダ１１は、所定の作業機械経路１８に沿って動作することを意図している。所定の作業機械経路１８は、作業機械の所望の経路である。図示した実施形態においては、所定の作業機械経路１８は、バックホウローダ１１により掘られる溝の中央線である。当業者は、一般に、溝の位置である所定の作業機械経路１８が、従来の任意の測量手段により、掘削する前に決定されるものであることを理解するであろう。一旦、現場での所定の作業機械経路１８又は溝の位置が決定されると、おそらく測量士は、杭又は塗料などの多様な手段により、所定の作業機械経路１８の開始点及び終了点に印をつける。

バックホウローダ１１の作業機械本体１２は、ローダ２２が移動可能に取り付けられる前方部分１１ａと、バックホウ１３がピボット１４を介して移動可能に取り付けられる後方部分１１ｂとを備える。バックホウローダ１１は、作業機械軸１６と器具面１５とを備える。作業機械軸１６は、バックホウローダ１１の作業機械本体１２を通る中央線である。器具面１５は、バックホウ１３が溝を掘るのに作業機械本体１２に対してピボット１４周りを動くことができる垂直面である。当業者は、バックホウ１３が作業機械本体１２に対して水平面内でも動くことができることを理解するであろう。このため、器具面１５は、掘削中には、作業機械軸１６に位置合わせされる必要がない。しかしながら、好ましい位置合わせ位置においては、器具面１５は、作業機械軸１６に位置合わせされ、作業機械軸１６は、所定の作業機械経路１８に位置合わせされる。

図１ｂを参照すると、代替の位置合わせ位置にてバックホウローダ１１を備える作業機械位置合わせシステム１０が示されている。バックホウローダ１１は、代替の位置合わせ位置にある場合には、バックホウローダ１１の作業機械軸１６は、所定の作業機械経路１８及び器具面１５に対して位置合わせから外れる。器具面１５は所定の作業機械経路１８と位置合わせされるが、作業機械軸１６は、所定の作業機械経路１８からある角度をもち得る。このように、作業機械本体１２が作業機械経路１８に対してある角度をもって配置されるが、バックホウ１３は、所定の作業機械経路１８に沿って未だ掘削することができる。当業者は、広さの制約により、操作者が作業機械本体１２を所定の作業機械経路１８からある角度を持たせることが要求されることがあると理解するであろう。

図１ａ及び図１ｂの両方を参照すると、作業機械位置合わせシステム１０は、所定の作業機械経路１８に平行にレーザ垂直面１９を投じるように動作可能なレーザ発生器１７を備える。また、作業機械位置合わせシステム１０は、レーザ受信器群２０の水平方向のレーザ検知幅２１内にあるレーザ垂直面１９の位置を検出するように動作可能な少なくとも１つのレーザ受信器２３を備えるレーザ受信器群２０をも備える。なお、レーザ垂直面を生じるレーザ発生器は、市販のものであることは理解されるべきである。水平方向のレーザ検出幅を含むレーザ受信器もまた市販のものである。垂直方向の検知高さを含むために一般に垂直方向に配向される従来のレーザ受信器は、水平方向のレーザ検知幅２１を提供するために代わりに水平方向に配向される。本開示内容は、レーザ受信器群２０又はレーザ発生器１７のいずれかが作業機械本体１２に取り付けられていることを想定しているが、レーザ受信器群２０（図示するように）は、好ましくは、固定位置で作業機械本体１２に取り付けられる。レーザ垂直面１９が少なくとも１つのレーザ受信器２３の水平方向のレーザ検知幅２１内にて検出されるように、レーザ垂直面１９が作業機械本体１２に十分近づくように、レーザ発生器１７が配置されるべきであることを、当業者は理解するであろう。このため、レーザ発生器１７は、所定の作業機械経路１８から作業機械本体１２の幅の１／２よりも若干大きく地面に配置され得る。

レーザ受信器群２０は、任意数のレーザ受信器を備え得るが、好ましくは、２つのレーザ受信器、すなわち、前方レーザ受信器２３ａと後方レーザ受信器２３ｂとを備える。図示された実施形態では、レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、幅を変化させることができるが、約１フィート幅である。また、図示した実施形態では、前方レーザ受信器２３ａは、ローダ２２の動作を干渉することなく、バックホウローダ１１上のできる限り遠くの前方において作業機械本体１２に取り付けられている。後方レーザ受信器２３ｂは、好ましくは、バックホウ１３の動作を干渉することなく、ピボット１４に隣接して配置される。なお、少なくとも２つのレーザ受信器２３ａ及び２３ｂが好ましいが、本開示内容は、後方レーザ受信器２３ｂとなる唯一のレーザ受信器のみでの使用を想定している。後方レーザ受信器２３ｂは、レーザ垂直面１９とピボット１４が取り付けられているバックホウローダ１１の後方部分１１ｂとの間の距離を検知し、これにより所定の作業機械経路１８に対する器具面１５の位置合わせを補助することができる。たった１つの受信器のみを用いるのならば、その受信器を作業機械軸１６に沿ってピボット１４のほぼ同じ長さ方向の位置に配置することが望ましい。必ずしも必要ではないが、バックホウローダ１１は、好ましくは、作業機械本体１２に対するピボット１４周りのバックホウ１３のブームの回転位置を検知することができる従来のセンサを備える。これらのセンサの動作は、当該技術分野で知られている。一般に、後方レーザ受信器２３ｂだけでは、レーザ垂直面１９に対する作業機械軸１６の配向を検知することができないものと理解されるべきである。レーザ受信器の数が増えるほど、所定の作業機械経路１８に対するバックホウローダ１１の検知された配向がより正確となるが、作業機械位置合わせシステム１０がより高価となる。当業者は、作業機械本体１２の傾斜又は転がり角が、傾斜計を用いて、又は可能ならば第３のレーザ受信器により決定され得ることを理解するであろう。

水平方向のレーザ検知幅２１は、レーザ受信器群２０がレーザ垂直面１９を検知することができる水平方向の距離である。水平方向のレーザ検知幅２１は、２つ以上のレーザ検知点を含む。このため、レーザ受信器２３ａ及び２３ｂを備えるバックホウローダ１１が所定の作業機械経路１８からの位置合わせから外れて移動されると、静止しているレーザ垂直面１９は、バックホウローダ１１が所定の作業機械経路１８と位置合わせされていたときの検知点以外の異なるレーザ検知点で検出される。好ましくは、水平方向のレーザ検知幅２１は、図示したように、連続的なレーザ検知幅を含む。言い換えると、各レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、水平方向のレーザ検知幅２１内の全てのレーザ検知点を含む。また、本開示内容は、水平方向のレーザ検知幅が水平方向の検知幅に沿って分散された個別の複数のレーザ受信器間で分解されることを想定しているとも理解されるべきである。例えば、各レーザ受信器は、水平方向のレーザ検知幅に沿った１つのレーザ検知点のみを含むこともできる。各レーザ検知点は、作業機械本体１２から水平方向に異なる距離に位置する。水平方向のレーザ検知幅２１の幅は変化させることが可能であるが、一般に、その幅が１フィート幅から１ １／２フィートの間であると適切であるが、一般に、バックホウローダ１１の位置合わせを正確に検知し、作業機械を再配置する際にレーザ面が検知幅から完全に外れて動くのを回避するためには、少なくとも４インチである。

バックホウローダ１１は、前方レーザ受信器通信回線２５ａ及び後方レーザ受信器通信回線２５ｂの各々を介して前方レーザ受信器２３ａ及び後方レーザ受信器２３ｂに通信する電子制御モジュール２４を備え得る。また、電子制御モジュール２４は、位置合わせ偏移指示器２６に指示器通信回線２７を介して通信する。極めてまれだが、電子制御モジュールは、地上（ｏｆｆ−ｂｏａｒｄ）電子制御モジュールとの無線通信などにより、作業機械によって必ずしも運搬される必要がない。位置合わせ偏移指示器２６は、好ましくは、例えば、バックホウローダ１１の運転室２８内に配置された操作者に視認可能な視覚表示装置２９を備える。位置合わせ偏移指示器２６は、位置合わせ補正情報を操作者に提供するように動作可能である。視覚表示装置２９は、バックホウ１３及びバックホウローダ１１を位置合わせする操作者が簡単に見ることができるような運転室内の任意の位置に配置され得る。

図２を参照すると、本開示内容に係るバックホウローダ１１内の位置合わせ偏移指示器２６の視覚表示装置２９が示される。図示した実施形態では、視覚表示装置２９が変化するが、視覚表示装置２９は、バックホウローダ１１の前方部分１１ａを表わす記号と、バックホウローダ１１の後方部分１１ｂを表わす記号とを表示することにより、位置合わせ補正情報を表示する。矢印は、バックホウローダ１１を所定の作業機械経路１８に位置合わせするためには、バックホウローダ１１の前方部分１１ａ及び後方部分１１ｂがどの方向に移動すべきかを示している。視覚表示装置２９は、バックホウローダ１１の前方部分１１ａ及び後方部分１１ｂが所定の作業機械経路１８に位置合わせされている場合には、矢印を含まない。本開示内容は、位置合わせ偏移指示器２６が視覚表示装置と併用して、又は視覚表示装置を有さずに、可聴式の合図を含むことも想定していることを、当業者は理解すべきである。さらに、本開示内容は、レーザ受信器群２０及びレーザ垂直面１９を自動位置合わせ補正システムとともに利用し、そこで電子制御モジュールが各新たな作業機械位置で再度位置合わせするための対策を指令することを想定している。

図３を参照すると、図１ａの作業機械位置合わせシステム１０の電子制御モジュール２４内にある作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０を表わすフローチャートが示されている。作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０は、例えば、これらに限らないが、操作中又は操作者が制御を行う間にバックホウローダ１３のバケットが最初に掘削位置にあるときを検出するセンサなどの多様な手段により、起動又は開始３０ａされることが可能である。作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０は、作業機械１１が所定の作業機械経路１８に位置合わせされている際に水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁を決定するように動作可能な初期設定アルゴリズム３１を含む。バックホウローダ１１は、好ましくは、図１ａに示されるように、器具面１５及び作業機械軸１６が所定の作業機械経路１８に位置合わせされる際に所定の作業機械経路１８に位置合わせされる。掘削前に所定の作業機械経路１８に位置合わせされたバックホウローダ１１は、初期の作業機械位置３５₁にある。レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、水平方向のレーザ検知幅２１内におけるレーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁をそれぞれ検知する。

好ましくは、初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁は、電子制御モジュール２４に記憶される。

掘削を開始し進行すると、操作者は、所定の作業機械経路１８に沿って複数の作業機械位置３５内でバックホウローダ１１を動かす。図示された実施形態においては、バックホウ１３のバケットが掘削位置にあると判定される度に、レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の位置を検知する。このため、バックホウローダ１１が次の位置３５₂に移動すると、レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、掘削前に、水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂を検知することができる。作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０の比較アルゴリズム３２は、バックホウローダ１１が対応する次の作業機械位置３５₂にある場合には、レーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁を、レーザ垂直面１９の次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂と比較するように動作可能である。また、この情報は、可能な限り効率をさらに向上するため、作業機械を再配置する間に操作者に供給され得る。

作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０の指示アルゴリズム３３は、位置合わせ補正情報を操作者に提供するように動作可能である。次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂の両方が水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁の所定の許容誤差範囲内である場合には、指示アルゴリズム３３は、バックホウローダ１１の前方端部１１ａ及び後方端部１１ｂが所定の作業機械経路１８に位置合わせされていることを指示する。位置合わせを示す多様な方法があるが、図示された実施形態においては、視覚表示装置２９は、バックホウローダ１１の後方部分１１ｂ及び前方部分１１ａを表わす記号の近傍に矢印が存在しないことにより、位置合わせされていることを示す。

比較アルゴリズム３２は、次の場所２３ａ₂及び２３ｂ₂の少なくとも１つがレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁から所定の許容範囲を超えて変化したことを判定すると、比較アルゴリズム３２は、レーザ垂直面位置２３ａ₂又は２３ｂ₂のいずれか又は両方が、初期のレーザ垂直面位置２３ａ₁又は２３ｂ₁とは異なるかを判定する。後方レーザ受信器２３ｂのレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の位置が変わると、指示アルゴリズム３３は、バックホウローダ１１の後方部分が所定の作業機械経路１８と位置合わせされていないことを示し、後方端部１１ｂを所定の作業機械経路１８に位置合わせするために操作者がどの方向に後方端部１１ｂを移動しなければならないかを示す。また、前方レーザ受信器２３ａのレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の位置が変わると、指示アルゴリズム３３は、バックホウローダ１１の前方部分１１ａが所定の作業機械経路１８と位置合わせされていないことを示し、前方部分１１ａが位置合わせのために移動されなければならない方向を示す。

本開示内容は、作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０が、バックホウローダ１１の代替の位置合わせを維持するように動作可能であり、ここで、器具面１５のみが所定の作業機械経路に位置合わせされ続けることを（図１ｂに示されるように）想定している。当業者は、作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０が水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の初期位置２３ｂ₁のみが維持されることを除いて同様に動作するものと理解するであろう。

当業者は、レーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９に対するピボット１４の位置及び作業機械軸１６の配向を決定するための幾何方程式及び計算が当該技術分野で知られていることを理解するであろう。さらに、本開示内容は、位置合わせ補正情報２９を操作者に指示するというよりもむしろ、作業機械位置合わせ支援アルゴリズムが適切な作業機械の操作を通して作業機械１１に位置合わせ不良を自動的に補正するように指令可能である自動位置合わせ補正アルゴリズムを含むことを想定していることを、当業者は理解するであろう。

図１ａ〜図３を参照しながら、溝の中央線である所定の作業機械経路１８に沿ってバックホウローダ１１の位置合わせを維持する方法について論ずる。本開示内容は、バックホウローダ１１について論ずるが、多様な作業機械に用いることを想定していると理解されるべきである。例えば、本開示内容の作業機械位置合わせシステム１０は、溝やどぶを掘るのに用い、或いは広い畑で作物を収穫するのに用いる任意の作業機械などの、直線沿いに位置合わせを維持しなければならない任意の作業機械での利用を見つけることができる。さらに、バックホウローダ１１の好ましい位置合わせを維持する方法を論じるが、本開示内容は、図１ｂに示した代替の位置合わせを維持するのに同様に動作する。なお、図１ｂの代替位置合わせを維持するためには前方レーザ受信器２３ａ内のレーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁が維持される必要がないことだけが異なる点である。当業者は、掘削する空間が限られているなどの場合に代替位置合わせが必要となる状況があることを理解するであろう。

所定の作業機械経路１８は、溝を掘削する前に従来の多様な手段のいずれかにより決定され印が付けられる。図示された実施形態では、測量士は、溝経路を決定し、掘られる溝経路の開始点及び終了点に印をつける。レーザ発生器１７は、レーザ垂直面が所定の作業機械経路１８に平行して投じられるように地面に又は地面上に配置される。また、レーザ発生器１７は、レーザ垂直面１９が所定の作業機械経路１８からバックホウローダ１１の幅の半分を少し超えたところに投じられるように間隔が置かれる。このように、レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、バックホウローダ１１が所定の作業機械経路１８に沿って複数の作業機械位置３５を通過して進む際にレーザ垂直面１９内に配置される。

掘削前には、操作者は、バックホウローダ１１の器具面１５と作業機械軸１６のうちの少なくとも１つを所定の作業機械経路１８に位置合わせする。好ましい実施形態では、図１ａに示すように、操作者は、作業機械軸１６及び器具面１５の両方を所定の作業機械経路１８に位置合わせする。所定の作業機械経路１８の開始点及び終了点は、一般に、測量の杭又は塗料の印などの目印により印が付けられるため、通常の技能の操作者は、作業機械軸１６及び器具面１５の両方を適切に位置合わせすることができる。好ましくは、操作者は、作業機械軸１６を所定の作業機械経路１８に位置合わせし、器具面１５を位置合わせされた作業機械軸１６に位置合わせする。多くの従来のバックホウローダでは、センサは、作業機械本体１２に対するピボット１４周りのバックホウ１３のブームの回転位置を検知し、これにより、器具面１５が作業機械軸１６に位置合わせされているか否かを示し、あるいは、少なくとも位置合わせを補助することができる。

バックホウローダ１１が所定の作業機械経路１８に位置合わせされると、作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０は、操作者により、あるいは、バックホウ１３が掘削位置にあること、すなわち、バケット歯がタイヤの基板よりも低いことを判定するセンサにより、起動３０ａすることができる。一旦、作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０が起動３０ａすると、初期設定アルゴリズム３１は、レーザ受信器群２０の水平方向のレーザ検知幅２１内におけるレーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁を決定する。所定の作業機械経路１８に対するバックホウローダ１１の位置合わせは、所定の作業機械経路１８に沿って複数の作業機械位置３５の各々において水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の位置を維持することにより維持される。初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁は、電子制御モジュール２４内の作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０に伝達される。所定の作業機械経路１８に対するバックホウローダ１１の位置合わせされた初期位置３５₁は、水平方向のレーザ検知幅２１内におけるレーザ垂直面１９の検知された初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁を記憶させることにより初期設定される。

一旦、所定の作業機械経路１８に対するバックホウローダ１１の位置合わせが初期設定されると、操作者は、溝を掘り始める。最終的には、操作者は、位置合わせされた初期位置３５₁から次の作業機械位置３５₂に移動する。操作者は、「ダックウォーク」として当該技術分野で知られた効率的な方法により、バックホウローダ１１を移動する。この「ダックウォーク」は、結果的にバックホウローダ１１を所定の作業機械経路１８に対して位置合わせ不良とする可能性があるため、作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０は、次の作業機械位置３５₂で位置合わせ補正情報を操作者に提供する。操作者が次の位置３５₂で掘る前に、レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂を検知する。図示されたバージョンでは、レーザ受信器２３ａ及び２３ｂは、作業機械本体１２に対してバックホウ１３のバケットの位置を検知することによりバックホウ１３が掘削位置にあることを電子制御モジュール２４が判定した場合には、次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂を検知する。比較アルゴリズム３２は、レーザ垂直面１９の初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁を、水平方向のレーザ検知幅２１内のレーザ垂直面１９の次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂と比較する。

その後、指示アルゴリズム３３は、位置合わせ補正情報をバックホウローダ１１の操作者に視覚的に示す。次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂の両方が初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁の所定の許容範囲内にある場合には、位置合わせ補正情報は、位置合わせ偏移指示器２６の視覚表示装置２９を通して、バックホウローダ１１の後方部分１１ｂ及び前方部分１１ａの両方が所定の作業機械経路１８に位置合わせされていることを指示する。次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂のいずれか又は両方が初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁とは所定の許容範囲を超えて異なる場合には、作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０は、次の位置２３ａ₂及び２３ｂ₂が初期位置２３ａ₁及び２３ｂ₁とどのように異なるかを決定する。言い換えれば、作業機械位置合わせ支援アルゴリズム３０は、どの水平方向に次の位置２３ａ₂又は２３ｂ₂が初期位置２３ａ₁又は２３ｂ₁から離れているかを決定する。指示アルゴリズム３３は、バックホウローダ１１の前方部分１１ａ又は後方部分１１ｂ又は両方が位置合わせ不良とされているか否か、及び、操作者が作業機械を位置合わせするためにバックホウローダをどの方向に移動しなければならないかなどの位置合わせ補正情報を示す。位置合わせ補正情報が視覚表示装置２９を介して操作者に表示されるが、位置合わせ補正情報が可聴式などの多様な様式で表わすことができることは理解されるべきである。さらに、位置合わせの偏移の補正は、操作者というよりもむしろ、当該技術分野で知られた自動手段により実現することができる。

一旦、操作者が位置合わせ補正情報に基づいて位置合わせ偏移を補正すると、操作者は、所定の作業機械経路１８に沿って掘削を続けることができる。この工程は、所定の作業機械経路１８に沿って各次の位置３５_3、4、5にて繰り返すことができる。

本開示内容は、溝用の所定の作業機械経路１８に対するバックホウローダ１１の位置合わせを維持する比較的安価で簡単な方法を提供するため有利である。このため、バックホウローダ１１は、溝の長さに関わらず、直線状の溝を掘ることができる。作業機械位置合わせシステム１０は、いつバックホウローダ１１が溝の所定の作業機械経路１８から外れて動いているか、また、操作者が掘削前に再度位置合わせするためにどの方向にバックホウローダ１１の後方部分１１ｂ及び／又は前方部分１１ａを動かすべきかを、操作者に示す。操作者は、当該技術分野で知られた最も効率的な方法、すなわち「ダックウォーク」で溝の所定の作業機械経路１８沿いにバックホウローダ１１を動かすことができるとともに、溝への位置合わせを継続することもできるため、最終的な結果として、正確で効率的な掘削溝となる。

なお、本記載は、単に例示を目的として意図されるものであり、決して本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解すべきである。よって、当業者は、本発明の他の特徴、目的、及び利点が添付の図面、本開示内容、及び添付の特許請求の範囲を検討することにより得られるものであることを理解するであろう。

本開示内容に係る作業機械を好ましい位置合わせ位置に備える作業機械位置合わせシステムを示す平面図である。 代替の位置合わせ位置に図１ａの作業機械を備える作業機械位置合わせシステムを示す平面図である。 図１ａの作業機械位置合わせシステム内の位置合わせ偏移指示器を示す図である。 図１ａの作業機械位置合わせシステム内の作業機械位置合わせ支援アルゴリズムのフローチャートである。

符号の説明

１０ 作業機械位置合わせシステム
１１ バックホウローダ
１１ａ バックホウローダの前方部分
１１ｂ バックホウローダの後方部分
１２ 作業機械本体
１３ バックホウ
１４ ピボット
１５ 器具面
１６ 作業機械軸
１７ レーザ発生器
１８ 所定の作業機械経路
１９ レーザ垂直面
２０ レーザ受信器群
２１ 水平方向のレーザ検知幅
２２ ローダ
２３ レーザ受信器
２３ａ 前方レーザ受信器
２３ａ₁ 初期位置
２３ａ₂ 次の位置
２３ｂ 後方レーザ受信器
２３ｂ₁ 初期位置
２３ｂ₂ 次の位置
２４ 電子制御モジュール
２５ａ 前方レーザ受信器通信回線
２５ｂ 後方レーザ受信器通信回線
２６ 位置合わせ偏移指示器
２７ 指示器通信回線
２８ 運転室
２９ 視覚表示装置
３０ 作業機械支援アルゴリズム
３１ 初期設定アルゴリズム
３２ 比較アルゴリズム
３３ 指示アルゴリズム
３５ 作業機械位置
３５₁ 初期位置
３５₂ 次の位置

Claims (10)

1. 作業機械本体と、
   作業機械本体の固定位置に配置された少なくとも１つのレーザ受信器を備え、レーザ垂直面を検知するように動作可能であり、水平方向のレーザ検知幅に沿って２つ以上のレーザ検知点を含むレーザ受信器群と、
   レーザ受信器群と通信し、作業機械位置合わせ支援アルゴリズムを含む電子制御モジュールと
   を備える作業機械。
2. レーザ受信器群は、前方のレーザ受信器である少なくとも１つのレーザ受信器と、後方のレーザ受信器とを備え、
   後方レーザ受信器は、掘削器具を作業機械本体に移動可能に取り付けるピボットに隣接して、作業機械本体に取り付けられる請求項１に記載の作業機械。
3. 掘削器具は、バックホウを備え、
   水平方向のレーザ検知幅が、連続するレーザ検知幅を含み、
   位置合わせ偏移指示器が、電子制御モジュールに通信し、作業機械の操作者に視認可能な視覚表示装置を介して、位置合わせ補正情報を操作者に提供するように動作可能である請求項２に記載の作業機械。
4. 作業機械本体を備える作業機械と、
   所定の作業機械経路に平行なレーザ垂直面を生じるように動作可能なレーザ発生器と、
   レーザ受信器群の水平方向のレーザ検知幅内におけるレーザ垂直面の位置を検知するように動作可能なレーザ受信器群とを備え、
   レーザ発生器及びレーザ受信器群のうちの１つが作業機械本体に取り付けられており、
   レーザ受信器群に通信し、作業機械位置合わせ支援アルゴリズムを含む電子制御モジュールを備える作業機械位置合わせシステム。
5. 作業機械位置合わせ支援アルゴリズムは、作業機械が所定の作業機械経路に位置合わせされた際に水平方向のレーザ検知幅内のレーザ垂直面の初期位置を決定するように動作可能である初期設定アルゴリズムを含む請求項４に記載の作業機械位置合わせシステム。
6. 作業機械位置合わせ支援アルゴリズムは、次のレーザ垂直面位置とレーザ垂直面の初期位置とを比較するように動作可能な比較アルゴリズムと、
   位置合わせ補正情報を操作者に提供するように動作可能な指示アルゴリズムと
   を含む請求項５に記載の作業機械位置合わせシステム。
7. 水平方向のレーザ検知幅は、連続するレーザ検知幅を含み、
   レーザ受信器群は、前方レーザ受信器である少なくとも１つのレーザ受信器と、後方レーザ受信器とを備え、
   後方レーザ受信器は、バックホウを作業機械本体に移動可能に取り付けるピボットに隣接して、作業機械本体に取り付けられる請求項６に記載の作業機械位置合わせシステム。
8. 所定の作業機械経路に沿って作業機械の位置合わせを維持する方法であって、
   作業機械の器具面及び作業機械軸のうちの少なくとも１つを所定の作業機械経路に位置合わせする工程と、
   レーザ発生器を介して所定の作業機械経路に平行にレーザ垂直面を投じる工程と、
   作業機械の作業機械本体に固定点で取り付けられたレーザ受信器群の水平方向のレーザ検知幅内におけるレーザ垂直面の位置を検知する工程と、
   所定の作業機械経路に沿って複数の作業機械位置の各々において水平方向のレーザ検知幅内のレーザ垂直面の位置を少なくとも部分的に維持することにより、所定の作業機械経路に対する作業機械の位置合わせを維持する工程と
   を含む方法。
9. 位置合わせする工程は、作業機械軸を所定の作業機械経路に位置合わせする工程と、器具面を位置合わせされた作業機械軸に位置合わせする工程とを含む請求項８に記載の方法。
10. 維持する工程は、水平方向のレーザ検知幅内におけるレーザ垂直面の検知された位置を少なくとも部分的に記憶することにより、所定の作業機械経路に作業機械を位置合わせした位置を初期設定する工程と、
    レーザ垂直面の少なくとも１つの次の位置を、水平方向のレーザ検知幅内におけるレーザ垂直面の前の検知された位置と比較する工程と
    を含む請求項８に記載の方法。
    

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