JP2013508586A - 可動機械用のテザー追跡システムおよび同方法 - Google Patents

Abstract

可動機械（１２）用のテザー追跡システム（２８）が開示される。テザー追跡システムは、可動機械に配置されて、可動機械が作業現場を移動して回るときに、可動機械から固定供給源（１４）まで延びるテザー（１６）を選択的に取り出し、巻き取るスプール（２６）を有することができる。テザー追跡システムはまた、スプールパラメータを示す第１の信号を生成する、スプールに付属する少なくとも１つのセンサ（３２）と、可動機械の位置を示す第２の信号を生成する、可動機械に付属する位置特定システム（３３）と、少なくとも１つのセンサおよび位置特定システムと通信するコントローラ（３４）とを有することができる。コントローラは、第１および第２の信号に基づいて、テザー回避ゾーン（２４）を定めるように構成することができる。

Description

本開示は、追跡システムおよび追跡方法に関し、より詳細には、可動機械のテザーを追跡するシステムおよび方法に関する。

大型の土木装置、例えば、掘削リグ、フロントショベル、および掘削機などは、装置に接続された大型高電圧ケーブルを介して固定供給源から電力を受け取るためにテザーでつながれることが多い。電気ケーブルは、装置の動作中に作業現場の地面全体にわたって、またはベンチフロア（ｂｅｎｃｈ ｆｌｏｏｒ）に沿って広がることがある。装置が新たな位置に移動すると、例えば、装置が新たな掘削現場に移動する、または掘削対象間を旋回すると、ケーブルは地面を引きずられ、地面に対するケーブルの位置が変わる。

有人のもの、および自律的または半自律的なものなど他のテザーでつながれていない可動装置も、通常、作業現場でテザー付き機械と共に配置され、他の掘削および／または輸送作業を行いながら作業現場を移動して回る。これらの他の可動装置の動作中に、上述の電気ケーブルとの接触を回避して、電気ケーブルおよび装置の損傷を防止しなければならない。しかし、ケーブルは見づらいことがあり、その位置が常に同じままとは限らないため、電気ケーブルを避けて機動的に移動するのは困難なことがある。

付属する電源ケーブルを保護しながら可動装置に連続的に電流を供給するシステムの１つが、１９８６年５月６日に登録された、Ｓｔｏｌｄｔの（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、機械の上部に回転可能に取り付けられたタレットに接続されたケーブルによって電力を供給される大型のフロントエンドローダについて開示している。タレットは十分な高さを有しているため、可撓性ケーブルがタレットに入ると、ケーブルは、機械の最も高い固定部分よりも上に持ち上げられる。このような方法で、ローダのバケットがその低い作業位置にある場合、機械は、ケーブルが持ち上げられた状態で全く自由に回転および移動し、ケーブルは、損傷を受けたり、または安全上の危険を生んだりする恐れのある採掘床から離れた状態に置かれる。

（特許文献１）に記載されたシステムは、ケーブルにつながれた機械によって引き起こされるケーブルの損傷を軽減するのに寄与できるが、その利益は限定されることがある。すなわち、（特許文献１）のシステムは、ケーブルに損傷を与え得る他の機械が動作している可能性のある、テザー付き機械のすぐ近くから離れた場所ではケーブルを保護することがほとんどできない。さらに、タレットの高さを延長したことで、一部の用途では機械の使用が限定される、および／またはタレットが頭上の障害物と衝突することでもたらされる機械の損傷の可能性が高くなることがある。

米国特許第４，５８７，３８３号明細書

本開示のテザー追跡システムおよび同方法は、既存技術の改良を目的とする。

本開示の一態様は、テザー追跡システムに関する。テザー追跡システムは、可動機械に配置されて、可動機械が作業現場を移動して回るときに、可動機械から固定供給源まで延びるテザーを選択的に取り出し、巻き取るスプールを含むことができる。テザー追跡システムはまた、スプールパラメータを示す第１の信号を生成する、スプールに付属する少なくとも１つのセンサと、可動機械の移動路パラメータを示す第２の信号を生成する、可動機械に付属する位置特定システムと、少なくとも１つのセンサおよび位置特定システムと通信するコントローラとを含むことができる。コントローラは、第１および第２の信号に基づいて、テザー回避ゾーンを定めるように構成することができる。

本開示の別の態様は、さらなるテザー追跡システムに関する。このテザー追跡システムは、可動機械に配置されて、可動機械が作業現場を移動して回るときに、可動機械から固定供給源まで延びるテザーを選択的に取り出し、巻き取るスプールと、スプールに連結されて、テザーの取り出しおよび巻き取り時にスプールを駆動するモータとを含むことができる。テザー追跡システムはまた、テザーによってスプールに加えられた力を示す第１の信号を生成する、スプールに付属するセンサと、可動機械の移動路パラメータを示す第２の信号を生成する、可動機械に付属する位置特定システムと、センサおよび位置特定システムと通信するコントローラとを含むことができる。コントローラは、第１および第２の信号に基づいて、テザー回避ゾーンを定め、第１の信号に基づいてモータの動作を制御し、テザーの巻き取り時に、テザーゾーンを通る可動機械の移動を誘導するように構成することができる。

本開示のさらに別の態様は、可動機械のテザーを追跡する方法に関する。その方法は、テザースプールに関連するパラメータを検出し、それに呼応して第１の信号を生成し、可動機械の移動路パラメータを求め、それに呼応して第２の信号を生成することを含むことができる。方法は、第１および第２の信号に基づいて、テザー回避ゾーンを定めることをさらに含む。

テザー付き機械およびテザーのない機械の両方が存在する例示的に開示した作業現場の概略図である。 図１の作業現場で使用し得るテザー追跡システムの概略図である。 図２のテザー追跡システムによって行うことができる例示的に開示した方法を示す流れ図である。

図１は、複数の機械が様々な作業を行うよう動作可能な、例えば、建設現場または採掘現場などの作業現場１０を示している。これらの作業には、一例では、掘削、積み込み、運搬、地ならしなどの土木作業を挙げることができる。ただし、必要に応じて、作業現場１０において土木工事に関連しない他の作業も機械で行うことができることに留意されたい。

図１に示す例示的な作業現場１０では、一部の機械はテザー付き機械として示され、他の機械は、テザーのないものとして示されている。特に、掘削リグ１２として示された第１の機械が、テザー１６によってベースステーション１４に動作可能に接続されて示されている。運搬トラック１８、ホイールローダ２０、およびブルドーザ２２としてそれぞれ示された第２の機械、第３の機械、および第４の機械は、テザーがないものとして示されている。任意のタイプの機械が作業現場１０で使用可能であり、各機械は、テザーでつながれていてもよいし、またはつながれていなくてもよいと考えられる。ベースステーション１４にテザーでつながれた機械のタイプは、本開示にとって重要ではない。

作業現場１０で動作する機械は、手動で、自律的に、または半自律的に操作され得る。すなわち、１つまたは複数の機械の動作は、環境からの入力および／または所定の命令を受けて、機械上のまたは機械から離れたコントローラによって完全に制御することができ、一方、作業現場１０にある他の機械は、人間のオペレータによって完全に制御することができる。また、さらに別の機械は、コントローラによって制御されるいくつかの機能と、人間のオペレータによって制御される他の機能とを有することができる。これらの状況のいずれにおいても、各機械は、様々な機械の動作および制御に影響を及ぼし得る情報を送受信するために、相互に、ベースステーション１４と、および／または作業現場１０の他の構成要素と通信するように構成することができる。

作業現場１０にある各機械は、各機械およびベースステーション１４に配置された通信装置２１によって、互いに、および／またはベースステーション１４に情報を送ることができる。通信装置２１は、機械とベースステーション１４との間でのデータ交換を容易にする任意の機械を含むことができる。例えば、通信装置２１は、各機械およびベースステーション１４が、直接データリンク（図示せず）または無線通信リンクを通じて、データメッセージを送受信するのを可能にするハードウェアおよび／またはソフトウェアを含むことができる。無線通信には、例えば、衛星式、セルラー式、赤外線式、ならびに機械およびベースステーション１４が無線で情報を交換するのを可能にする他の任意のタイプの無線通信が含まれ得る。

掘削リグ１２に関して、テザー１６は、掘削リグ１２に割り当てられた作業の実行を容易にする要素を掘削リグ１２に供給するように構成することができる。例えば、テザー１６は、推進するためにおよび／または関連する作業用具２５の駆動力として、掘削リグ１２によって使用される高電圧の電流を送るように構成された電力供給ケーブルの形をとることができる。別の例では、それに代えて、またはそれに加えて、テザー１６は、掘削作業、切断作業、分離作業、清掃作業、または当技術分野で公知の他の任意の作業を容易にする、例えば、空気、水、スラリーなどの気体または流体を供給するように構成することができる。さらに別の例では、それに代えて、テザー１６には、必要に応じて、掘削リグ１２を回収する、または掘削リグの移動範囲を限定するために使用される頑丈なウィンチケーブルまたはロープ、掘削リグ１２と遠隔通信する、および／または掘削リグ１２の動作を制御するために使用される通信線（例えば、固体通信線または光ファイバ）、あるいは当技術分野で公知の他の任意のタイプのテザーの形をとることができる。これらのシナリオのいずれにおいても、テザー１６は、ベースステーション１４から延びることができ、ベースステーション１４は、電気、空気、水、スラリー、移動範囲制限体などを掘削リグ１２（または、作業現場１０にある他の任意のテザー付き機械）に供給する固定供給源として機能する。

掘削リグ１２の連続動作を確実にするのに寄与し、作業現場１０にある装置の損傷を回避するために、掘削リグ１２自体を含む作業現場１０で動作する機械は、テザー１６との不用意な接触を回避しなければならない。具体的には、作業現場１０で動作する機械は、テザー１６の上を走行すること、またはテザー１６を作業用具、搭載機器と意図せずに接触させる、もしくはこの接触により、テザー１６が裂け得る、および／またはテザー１６と接触した構成要素が損傷し得るような他の任意の形で意図せずに接触させることを回避するように努めるべきである。

残念ながら、作業現場１０で動作する機械が大きいために、および／または作業現場１０の地形および他の制御不能な因子のために、他の機械の自律コントローラまたは人間オペレータが１つの機械のテザー１６を見つけるのが困難なことがある。このために、テザー１６が存在する可能性のある、または最も可能性のある１つまたは複数の境界領域を形成する回避ゾーン２４を確立することができる。回避ゾーン２４は、テザー１６の実際のまたは近接した位置を含むことができるし、あるいは作業現場１０で動作する機械が回避すべき１つまたは複数の領域（余裕因子）をテザー１６の両側に設けることができる。一部の機械は、テザー１６にさらに大きな損傷をもたらすか、またはテザー１６によって、より深刻に損傷を受ける可能性があるので、回避ゾーン２４は、各個々のクラスまたはタイプの機械ごとに異なる大きさを有することができ、および／または回避ゾーン２４に進入し、かつ／もしくはテザー１６に直面する機械への対応を各機械ごとに変える得ることが企図される。テザー１６の位置および／または回避ゾーン２４に関する情報は、通信装置２１を介して各機械に送ることができ、通常操作時にこの情報を使用して、自動で、および／または手動で機械を回避ゾーン２４から離れさせることができる。

一例では、ホイールローダ２０が移動できる速度は比較的速いので、回避ゾーン２４は、ブルドーザ２２に対してよりもホイールローダ２０に対して広くすることができる。別の例では、最大限に積み荷を積んだ場合の運搬トラック１８の重い搭載重量と、その重量が原因でテザー１６が損傷する、関連する可能性とのために、回避ゾーン２４は、運搬トラック１８に対してさらに広くすることができる。

さらに別の例では、回避ゾーン２４は、１つの機械に対して単一の境界位置セットだけを含み、他の機械に対しては、複数の境界位置セットを含むことができる。このシナリオでは、各境界位置セットは、機械によって各境界位置セットが突破された場合に開始される様々な対応に合わせることができる。例えば、ホイールローダ２０が境界位置２４Ｃに直面した場合に、回避ゾーン２４から離れる方向にホイールローダ２０を導く進路をたどるようにホイールローダ２０に忠告および／または命令することができる。この同じ例において、ホイールローダ２０が内側境界位置２４Ａに直面した場合、ホイールローダ２０が回避ゾーン２４の中にさらに進むのを阻止することができる（例えば、ホイールローダ２０を停止させるか、または回避ゾーン２４から外に出る逆向きの移動だけに制限する）。それに対して、運搬トラック１８は、回避ゾーン２４の単一の境界位置を突破したときに即座に停止させることができる。なお、境界セットの数量およびテザー１６に関する境界位置の対称性は、本開示によって限定されない。さらに、回避ゾーン２４への機械の接近、回避ゾーンの境界が越えられたこと、および／または機械が走行した回避ゾーン内の距離に反応して、様々な対応を取ることができると考えられる。

図２に示すように、テザー１６は、作業用具２５と反対側の端部で掘削リグ１２に接続することができる。一実施形態では、テザー１６は、掘削リグの後端で掘削リグ１２に回転可能に取り付けられたスプール２６に接続することができる。スプール２６は、掘削リグ１２がベースステーション１４から遠ざかる、またはベースステーション１４に向かうときに、それぞれ、テザー１６を出し、テザー１６を巻き取るように構成することができる。必要に応じて、１つまたは複数の中心配置のガイド（図示せず）をスプール２６に取り付けて、テザー１６のスプール２６への円滑な巻き付けの助けとすることができると考えられる。

掘削リグ１２は、スプール２６の動作を制御し、１つまたは複数の入力に呼応してテザー１６の位置を追跡するテザー追跡システム（「システム」）２８を装備することができる。システム２８は、とりわけ、スプール２６を駆動するために連結されたモータ３０と、スプール２６の動作に関連する１つまたは複数のセンサ３２と、位置特定システム３３と、モータ３０、１つまたは複数のセンサ３２および位置特定システム３３と通信するコントローラ３４とを含むことができる。下記にさらに詳細に説明するように、コントローラ３４は、前もってプログラムされた命令に従い、１つまたは複数のセンサ３２および／あるいは位置特定システム３３から受け取った信号に基づいて、テザー１６を出し、かつ／あるいはテザー１６を巻き取るようにモータ３０の動作を制御することができる。

モータ３０は、コントローラ３４からの入力に呼応して、スプール２６を時計方向、または反時計方向に回転させるように動作可能な、当技術分野で公知の任意のタイプの電気モータまたは油圧モータとすることができる。必要に応じて、複数のモータ３０を使用して、スプール２６を協同で駆動することができると考えられる。モータ３０は、スプール２６に直結することができるし、またはギヤ装置（図示せず）、ラチェット機構（図示せず）、またはプーリシステム（図示せず）によって、あるいは他の任意の態様でスプール２６に間接的に連結することもできる。モータ３０は、回転方向、回転数、および／またはスプール２６に加えられるトルク出力を選択的に変えるように制御することができる。

１つまたは複数のセンサ３２は、スプール２６のパラメータを観測し、それに呼応して、パラメータを示す１つまたは複数の信号を生成するように位置することができる。例えば、１つのセンサ３２には、回転方向、回転数、ならびに／あるいはモータ３０および／またはテザー１６によってスプール２６に加えられたトルク出力を観測するように構成されたセンサ３２Ａが含まれ得る。それに代えて、またはそれに加えて、別のセンサ３２には、モータ３０および／またはテザー１６によってスプール２６に加えられた力を観測するように構成される、スプール２６の取付ブラケットに連結されたロードセル３２Ｂが含まれ得る（すなわち、センサ３２Ｂは、スプール２６および取付ブラケットを通じて掘削リグ１２のフレームに伝達される、スプール２６に作用するトルク、および／またはテザー１６の張力を観測することができる）。１つまたは複数のセンサ３２は、これらの観測されたパラメータを示す信号を生成し、その信号をコントローラ３４に送ることができる。

位置特定システム３３には、掘削リグ１２の移動路パラメータを求めるために、１つまたは複数の衛星、またはローカル無線もしくはレーザ伝送システムと通信するように構成された電子受信器が含まれ得る。本明細書において、移動路パラメータには、相対位置、進行方向、移動速度、および／または掘削リグ１２の旋回が含まれ得る。これらの実施形態では、位置特定システム３３は、相対３Ｄ位置を三角測量するために、高周波、低電力の無線またはレーザ信号を複数の位置から受信して解析することができる。あるいは、位置特定システム３３には、掘削リグ１２に関連する位置情報を受信または測定するように動作可能な慣性基準装置（ＩＲＵ）が含まれ得る。さらに別の実施形態では、移動速度センサ、ステアリングセンサ、オドメータなどの１つまたは複数の既存の車載センサ群が、全体として位置特定システム３３を具現化し、必要に応じてこれらのセンサ群を使用して、掘削リグ１２の移動路パラメータに関する情報を生成することができる。次いで、１つまたは複数の移動路パラメータを示す信号を位置特定システム３３からコントローラ３４に送ることができるし、あるいは位置特定システム３３がコントローラ３４の一部であってもよい。

コントローラ３４は、モータ３０の動作を制御するために、およびテザー１６の近辺もしくは実際の位置を求め、この情報を受けて回避ゾーン２４の境界領域（１つまたは複数）を計算するために、１つまたは複数のセンサ３２からのスプールパラメータ、および位置特定システム３３からの掘削リグ１２の移動路パラメータの監視、記録、保存、索引付け、処理、および／または伝達を行うことができる任意の装置を含むことができる。これらの装置には、例えば、メモリ、１つまたは複数のデータ記憶装置、中央処理ユニット、または開示したアプリケーションを実行するために使用できる他の任意の構成要素が含まれ得る。さらに、本開示の態様は、通常メモリ内に保存されるとして説明できるが、当業者ならば、これらの態様が、様々なタイプのコンピュータプログラム製品、あるいはコンピュータチップおよびハードディスク、フロッピディスク、光媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、またはＲＡＭもしくはＲＯＭの他の形態を含む補助記憶装置などのコンピュータ可読媒体に保存され得るか、またはこれらから読み込まれ得ると分かるであろう。

コントローラ３４は、取り出しおよび巻き取り動作中に、取り出し長さ（すなわち、掘削リグ１２がベースステーション１４から離れる方向に移動中に出されるテザーの長さ）、取り出し速度（すなわち、スプール２６上のテザー１６の直径にスプール２６の回転数を乗じたもの）、取り出し力（すなわち、モータ３０のトルク出力）、テザー張力（すなわち、重力および掘削リグ１２の移動によりテザー１６に作用する引張り力または圧縮力）、およびテザー位置などのスプール２６および／またはテザー１６の制御パラメータに合わせて、モータ３０の動作を制御するように構成することができる。特に、出されたテザー１６の位置が、掘削リグ１２の動作中に実質的に変わらないままであり、それにより、関連する回避ゾーン２４も変わらないままであり、作業現場１０の他の機械および／またはオペレータによって予測可能であるのが望ましい。このために、取り出しおよび巻き取り動作中に、および／または掘削リグ１２の移動もしくは旋回中にテザー１６を地面に対して大きく移動させるのは望ましくない（すなわち、地面全体にわたってテザー１６を引張る、または押すのは望ましくない）。テザー１６は、掘削リグ１２の移動または旋回速度と実質的に合致しない速度で出される場合に、地面に対して移動することがある。例えば、掘削リグ１２が第１の速度で移動または旋回しているが、テザー１６がその速度よりも遅い速度で出されている場合、テザー１６の、作業現場１０の地面の上にある部分は、速度差により掘削リグ１２よりも遅れ、大きな引張り力をスプール２６に作用させることがある。同様に、テザー１６が、掘削リグ１２の移動または旋回速度よりも速い速度で出されている場合、速度差があるために、スプール２６の回転により、実際上テザー１６が地面に沿って掘削リグ１２から離れる方向に押され、大きな圧縮力がスプール２６にかかることがある。同様な状態がテザー１６の巻き取り中に存在し得る。

一方、掘削リグ１２の移動または旋回速度とほぼ同じ速度でテザー１６を出すか、または巻き取ることができる場合、テザー１６は、実質的にテザー１６と地面との間の相対移動なしに、かつテザー１６によって大きな力がスプール２６にかけられることなしに、テザー１６を地面に降ろし、地面から回収することができる。このために、コントローラ３４はモータ３０と通信して、テザー１６の取り出しおよび巻き取り中に、速度差およびその結果としてスプール２６に作用する力を低減するように、１つまたは複数のセンサ３２および／または位置特定システム３３からの入力に基づいて、スプール回転方向、速度、および／またはモータ３０によってスプール２６にかけられるトルクを変えることができる。例えば、コントローラ３４は、位置特定システム３３によって測定された掘削リグ１２の移動および旋回速度と実質的に合致する速度でテザー１６を出し、および／または巻き取るようにモータ３０を制御することができる。別の例では、コントローラ３４は、１つまたは複数のセンサ３２によって供給された力測定値に基づいて、テザー１６を出し、および／または巻き取るようにモータ３０を制御することができ、それにより、スプールの速度（取り出しおよび／または巻き取り速度）が、掘削リグ１２の移動速度および旋回と合致するように間接的に制御される。さらに別の例では、必要に応じて、移動速度入力および力入力の組み合わせに基づいて、モータ３０を制御することができる。スプール２６に作用する正味の力（テザー１６およびモータ３０によってスプール２６にかけられる力の合計）、および取り出し速度と移動速度との差は最小限にされるべきである。

コントローラ３４は、掘削リグ１２に関する公知の運動力学と、１つまたは複数のセンサ３２および位置特定システム３３からの信号とに基づいて、テザー１６の位置を求めるようにさらに構成することができる。具体的には、位置特定システム３３から供給される１つまたは複数の移動路パラメータと、掘削リグ１２上のスプール２６の固定位置および／または寸法とに基づいて、コントローラ３４は、作業現場１２の中のスプール２６の軌跡（すなわち、移動の履歴）を求めるように構成することができる。また、この移動中に、テザー１６と地面との間の相対移動がほとんどないか、または全くない状態で、テザー１６が、掘削リグの後部にあるスプール２６に近い既知の位置からスプール２６によって地面に降ろされ、回収されるという仮定に基づき（および／または、直接的に、テザー１６と地面との間の相対移動を示す、１つまたは複数のセンサ３２によってスプール２６において測定された力に基づき）、１つまたは複数の内部のおよび／または前もってプログラムされたアルゴリズムに従って、コントローラ３４によりテザー１６の近似位置を正確に計算することができる。

しかし、場合によっては、テザー１６が地面に対して全く移動することなしに、テザー１６を降ろし、引き上げるのが困難なことがある。このために、一部の例において、システム２８には、テザー１６の近似位置を選択的におよび／または定期的に特定および／または確認するために使用される１つまたは複数のさらなるセンサ３６を設けることができる。センサ３６は、命令を受けて、または一定の作動時間が経過した後、例えば、３０秒ごと、２分ごと、または他の計測された時間ごとに、テザー１６の実際の位置を連続的に検出するように構成することができる。地面に対してテザーが移動する可能性がしきい値よりも大きい場合に、あるいは、回避ゾーン２４が作業現場１０にある別の機械によって突破されたのに対応して、コントローラ３４は、テザー１６の実際の位置を測量するようにセンサ３６に要求することができる。例えば、掘削リグ１２が、移動方向または速度の突然のまたは極端な変化、センサの動作不良、通信不良、あるいは他の同様の状態に遭遇した場合、テザー１６が地面に対して移動した可能性がある。この場合、コントローラ３４は、テザー１６の実際の位置をテザー１６の近似位置と比較し、それに応じて、近似位置を校正することができる。コントローラ３４は、必要ならば、その上にまたは代替方法として、テザー１６の手動測量を要求できると考えられる。

センサ３６は、掘削リグ１２の移動中に、例えば、掘削リグ１２から後方を向いた位置で、テザー１６の移動を観測するのに十分な視野を有するように掘削リグ１２上に配置することができる。センサ３６には、例えば、レーダセンサ、走査型レーザセンサ、超音波センサ、赤外線センサ、または測距カメラなどの光センサが含まれ得る。さらに、センサ３６は、テザー１６の実際の位置を検出するその能力を高めるために、必要に応じて、上記の技術の任意の組み合わせを使用することができる。

掘削リグ１２の動作中に、テザー１６は、掘削リグ１２の後ろの大まかに画定された領域内で位置を変えることがある。このために、センサ３６は、掘削リグ１２の動作中、特に、掘削リグ１２の移動または旋回中に、掘削リグ１２の後ろの領域を周期的に走査し、テザーの実際の位置を特定することができる。テザー１６の近似位置に余裕因子を適用することで、実際の位置に対処することができる。余裕因子を含むテザー回避ゾーン２４が、第１の境界位置２４Ａ、第２の境界位置２４Ｂ、および第３の境界位置２４Ｃとともに図１に示されている。コントローラ３４は、実際のテザー位置に基づいて位置データセットを生成するように構成され、このデータセットを使用して、前もってプログラムされたアルゴリズムおよび命令セットに従い上記の回避ゾーン２４を計算および／または確認する。言い換えると、コントローラ３４は、テザー１６の近似位置に基づいて、かつ近似位置の、テザー１６の実際の位置からのある程度の偏位に対処する余裕因子に基づいて、回避ゾーン２４を定めることができる。余裕因子は、所定の初期値としてよいし、センサ３６による観測から導出されてよいし、または別の情報源から受け取られるか、もしくは別の情報源で計算されてもよい。

コントローラ３４は、計算精度に影響を及ぼす因子に基づき、テザー１６の長さに沿って回避ゾーン２４の大きさをさらに調整することができる。例えば、テザー１６の望ましくない移動に対応するしきい値を超えるスプールトルクまたはテザー張力を示す、測定されたパラメータに基づいて回避ゾーン２４が計算された場合、動作不良センサ３２Ａ、動作不良センサ３２Ｂ、動作不良位置特定システム３３、および／または動作不良センサ３６からの情報に基づいて計算された場合、掘削リグ１２の極端な速度および／または方向の変化中に計算された場合、ならびに／あるいは他の同様な状態に基づいて計算された場合に、得られたテザー位置近似値の精度は、所望するものよりも低い恐れがある。これらの場合に、コントローラ３４は、回避ゾーン２４の第１の境界２４Ａと第２の境界２４Ｂとの間の幅寸法を増やすことができて（すなわち、コントローラ３４は、回避ゾーン２４を定めるのに近似テザー位置に適用される余裕因子を大きくすることができて）、テザー１６が回避ゾーン２４内に配置される可能性を高くすることができる。このシナリオは、回避ゾーン２４の区間４０として示された部分によって図１に例示することができる。

それに対して、掘削リグ１２が旋回することなく実質的に一定の進行方向に、および／または実質的に一定の速度で移動する場合、１つまたは複数のセンサ３２によって測定されたパラメータが、低いスプールトルクおよび／またはテザー張力を示す場合、ならびに／あるいはシステム２８のすべての検出装置が正しく機能している場合に、近似テザー位置を越える第１の境界位置２４Ａと第２の境界位置２４Ｂとの間の幅寸法（すなわち、近似テザー位置に適用される余裕因子）を縮小するか、またはなくすことさえできて、それにより、回避ゾーンが占める領域が縮小される（すなわち、作業現場１０の回避されなければならない領域が縮小される）。このシナリオは、回避ゾーン２４の区間４２として示された部分によって図１に例示することができる。この態様で、回避ゾーン２４から離れるように操縦することで、テザー１６との所望しない衝突を減らし、それと同時に、回避ゾーン２４の領域を可能な限り小さく保つことができる。

回避ゾーン２４の計算時、精度悪化因子が検出された対応する位置の前で、テザー１６の長さに沿った所定の距離で余裕因子を大きくすることができて、回避ゾーン２４が既知の正確な位置で適切な量だけ広くなる。同様に、余裕因子は、精度悪化因子が検出された対応する位置の後ろで、テザー１６の長さに沿った所定の距離で縮小することができて、回避ゾーン２４が既知の正確な位置でその元の大きさまで元通り（または、掘削リグ１２の現在の状態に基づいて別の大きさまで）狭くなる。この態様で、精度悪化因子が検出された対応する位置は、大きさが拡大した回避ゾーン２４の区間によって安全に囲むことができる。精度悪化因子の検出された対応する位置の前および後ろで、それぞれ回避ゾーン２４が広くなり、狭くなる所定の距離は、テザー１６がどの機械に接続されているか、どの機械がテザーおよび／または回避ゾーンの位置情報を受け取るか、ならびに他の機械および／または現場に基づくパラメータに基づいて変わり得る。

例えば、ベースステーションから５０フィートの位置で、センサ３２が突然誤動作を始め（または別の精度悪化因子が検出され）、誤動作し続け、一方、掘削リグ１２が、ベースステーション１４からもう１０フィート遠ざかった場合、回避ゾーン２４は、ベースステーション１４から４０フィート〜７０フィートの位置で、より大きな幅寸法を有するように計算することができる。この態様で、テザー１６がその全長に沿った回避ゾーン２４内に存在する可能性を高くすることができる。なお、テザー回避ゾーンの大きさが拡大する開始点および終了点を精度悪化因子に基づいて定めるために任意の手法を利用することができる。階段状移行、直線的移行、非直線的移行などの、変化する大きさ間を移行させるための任意の手法を利用することができる。

テザー１６の近似位置（すなわち、保存された移動路パラメータ）および／または回避ゾーン２４は、テザー１６が巻き取られている間の逆向き移動中に、掘削リグ１２によりガイドとしてさらに利用され得る。具体的には、その割り当てられた作業を完了後、コントローラ３４が定めた回避ゾーン２４を利用して、ベースステーション１４に向かう方向の掘削リグ１２の移動を制御することができる。例えば、複数の穴２３（図１を参照のこと）を掘削後、掘削リグ１２は、その後の爆破作業に備えてベースステーション１４に戻るように命令されることがある。穴２３の掘削中に、穴２３から取り出された土石の山が穴２３のそれぞれの周縁のまわりに残されることがある。そのままにして残された場合、穴２３に到達するのにとられた元の前進路以外で掘削リグ１２が逆向きに移動すると、テザー１６が引きずられて土石の山を横切り、または土石の山に当たり、それにより、土石を穴２３に押し戻すことがある。同時にテザー１６を巻き取りながら、回避ゾーン２４を通る逆向き進路でベースステーション１４に戻るように掘削リグ１２を制御することで、テザー１６の土石との望ましくない接触を防止し、それにより穴２３の完全性を維持するのに寄与することができる。コントローラ３４は、自律制御または手動制御で回避ゾーン２４内にある逆向き進路をたどるように掘削リグ１２を誘導することができる。すなわち、コントローラ３４は、回避ゾーン２４の境界に従って掘削リグ１２の移動を直接制御できるか、あるいは、元の移動路に沿って回避ゾーン２４内を手動制御で移動するのを容易にする、目で見えるおよび／または音声による指令を人間のオペレータに送ることができる。一部の実施形態では、必要に応じて、穴２３の位置、対応する土石、および／または作業現場１０にある他の障害物を検出し、観測し、地図を作り、および／または掘削リグ１２から作業現場１０にある他の機械および／またはベースステーション１４に送ることもできる。

各テザー付き機械自体の車上に配置されたコントローラによって（例えば、掘削リグ１２の車載コントローラ３４によって）、作業現場１０にある他の機械のコントローラによって、および／または、例えば、ベースステーション１４に配置された中央コントローラ（図示せず）によって、回避ゾーン２４を作成できることが企図される。特に、必要に応じて、掘削リグ１２のコントローラ３４が、テザー１６の近似位置および／または実際の位置だけを他の機械に送ることが可能である。この場合に、作業現場１０で動作する各他の機械のコントローラは、テザー１６の位置と、移動速度、大きさ、重量、トラクションタイプ、損傷の危険性などの各機械に特有の因子とに基づき、テザー１６に関する他の機械自体の回避ゾーンを独自に作成することができる。あるいは、中央コントローラは、作業現場１０にある各テザー付き機械からテザー位置情報を受け取り、それに呼応して、すべての回避ゾーンを示す全体としての作業現場マップを作成することができる。この場合に、中央コントローラは、各機械の特有の特性に基づき、各機械に送られるマップ情報を個別に作成することができる。

図３は、テザー追跡システム２８によって行うことができる例示的な方法を示している。図３は、開示した制御システムおよびその動作をさらに例示する次の段落でさらに詳細に説明される。

開示したテザー追跡システムには、テザー付き可動機械を使用する任意の作業現場において潜在的な用途がある。開示したシステムは、作業現場で動作するすべての機械が回避すべき、テザーに関する回避ゾーンを作成することで、機械によるテザーの損傷を軽減するのに寄与することができる。開示したシステムは、テザー付き機械自体のテザーに対して確立された回避ゾーンを通る進路に機械を向けることで、テザー付き機械を案内してベースステーションに戻す助けとなることもできる。システム２８の動作が、図１および図３を参照して以下に説明される。

作業現場１０での初期動作時、テザー付き掘削リグ１２は、爆破のための準備として穴２３を掘削することができる対象爆破領域に向かう進行方向で、ベースステーション１４を出発することができる。掘削リグ１２がベースステーション１４を去ると、掘削リグ１２は、実質的に一定の方向で、かつ実質的に一定の速度で進むことができる。その間、コントローラ３４は、テザー１６によってスプール２６に加えられるトルク、テザー１６の張力、および／または掘削リグ１２の移動路パラメータを観測し（ステップ１００、１１０）、掘削リグ１２の移動速度および旋回動作に実質的に合致する速度で、および／またはスプール２６に作用する正味の力を低減するトルクでテザー１６を出すように、それぞれモータ３０およびスプール２６を制御する（ステップ１２０）ことができる。すなわち、テザー取り出し速度を掘削リグ１２の移動速度および旋回動作と実質的に合致するように直接制御することができ、それによりスプール２６に作用する正味の力がほぼゼロに維持されるか、あるいは、スプール２６に作用する正味の力をほぼゼロに維持することができ、それによりテザー取り出し速度が掘削リグ１２の移動速度と実質的に合致する。

区間４２での掘削リグ１２の動作中に、コントローラ３４は、位置特定システム３３から供給された移動路パラメータと、１つまたは複数のセンサ３２から供給されたスプールパラメータ情報とに基づき、テザー１６の位置を見積もることができる。また、テザー１６の近似位置と上記の余裕因子に基づき、コントローラ３４は、回避ゾーン２４の大きさおよび位置を定めることができる（ステップ１３０）。区間４２で、移動速度がテザー取り出し速度と実質的に合致し、スプール２６に作用する正味の力が比較的小さい場合、地面とテザー１６との間の相対移動がほとんどないかまたは全くない状態でテザー１６が作業現場１０の地面に降ろされたと判断することができる（ステップ１４０、「いいえ」に進む）。したがって、テザー１６の近似位置に適用される余裕因子を比較的小さくすることができ、テザー回避ゾーン２４のその区間（区間４２）は比較的狭くなる。

一方、区間４２で、移動速度がテザー取り出し速度と実質的に合致せず、スプール２６に作用する正味の力が比較的大きい場合、テザーが降ろされたときに、テザー１６が地面に対して移動したと判断することができる（ステップ１４０、「はい」に進む）。この地点および／または他の時点で、コントローラ３４は、テザー１６の近似位置と比較するために、センサ３６による実際のテザー位置の測量を要求することができる（ステップ１５０）。比較に基づき、コントローラ３４は、求めたテザー位置、ならびに／またはテザー回避ゾーン２４の大きさおよび位置を調整することができる（ステップ１３０）。

掘削リグ１２が、対象とされる掘削現場に向かって移動を続けると、掘削リグ１２は区間４０を通り、方向の変化、速度の変化、地形の変化、センサまたはシステムの動作不良、および／あるいはテザー位置計算の精度に影響を及ぼす他の状態に遭遇することがある。これらの状態が検出された場合（ステップ１６０、「はい」に進む）、コントローラ３４は、テザー１６が回避ゾーン２４内に支障なく配置される可能性を高めるために、第１の境界位置２４Ａと第２の境界位置２４Ｂとの間の距離を調整することができる（すなわち、回避ゾーン２４を定めるために、より大きな余裕因子を適用することができる）（ステップ１７０）。そのようなより大きな余裕因子の適用は、近似テザー位置の片側または両側に対してなされ得る。

テザー１６の近似位置、ならびに／または回避ゾーン２４の定めた第１の境界位置２４Ａおよび第２の境界位置２４Ｂに関する情報は、作業現場１０で動作する他の機械、および／またはベースステーション１４に送ることができる（ステップ１８０）。また、この情報に基づいて、テザー１６を回避するように、作業現場１０で動作する機械を誘導することができる。

掘削リグ１２が対象とされた掘削現場に到達し、穴２３を形成した後、爆破の前にベースステーション１４の方に戻るように掘削リグ１２に要求することができる。この時点で、テザー１６を巻き取りながら、回避ゾーン２４を通るその元の移動路をたどってベースステーション１４まで戻るように、掘削リグ１２を自律的にまたは手動で誘導することができる。テザー１６を巻き取りながら、その元の移動路を引き返すことで、テザー１６が土石を穴２３に押し込む可能性を低くすることができる。

本開示の範囲から逸脱することなく、本開示のテザー追跡システムおよび同方法に対して、様々な修正および変形を行うことができることが、当業者には明らかであろう。例えば、テザー回避ゾーン２４は、近似テザー位置によって定まると説明したが、当然ながら、テザー回避ゾーン２４は、所望であれば、近似テザー位置を最初に求めることなく、検出したパラメータに基づいて直接求めることができる。本明細書に開示した実施形態の仕様および実施を考慮することで、他の実施形態が当業者に明らかになるであろう。仕様および例は単なる例示とみなすものとし、開示の真の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示される。

Claims (10)

1. 可動機械（１２）に配置されて、前記可動機械が作業現場（１０）を移動して回るときに、前記可動機械から固定供給源（１４）まで延びるテザー（１６）を選択的に取り出し、巻き取るスプール（２６）と、
   スプールパラメータを示す第１の信号を生成する、前記スプールに付属する少なくとも１つのセンサ（３２）と、
   前記可動機械の移動路パラメータを示す第２の信号を生成する、前記可動機械に付属する位置特定システム（３３）と、
   前記少なくとも１つのセンサおよび前記位置特定システムと通信し、前記第１および第２の信号に基づいて、テザー回避ゾーン（２４）を定めるように構成されたコントローラ（３４）と、
   を含むテザー追跡システム（２８）。
2. 前記テザー回避ゾーンは、前記第１および第２の信号に基づいて求めた前記テザーの近似位置を基本とし、
   前記コントローラは、前記近似テザー位置および前記回避ゾーンの少なくとも１つに関する情報を前記作業現場に共に配置される他の可動機械（１８、２０）に送るようにさらに構成される、請求項１に記載のテザー追跡システム。
3. 地面上の前記テザーの実際の位置を検出するように構成されたさらなるセンサ（３６）をさらに含み、前記コントローラは、前記さらなるセンサと通信し、前記テザーの近似位置を、前記検出した位置と選択的に比較し、前記比較に基づき前記近似位置を校正するように構成される、請求項１に記載のテザー追跡システム。
4. 前記コントローラは、
   前記第１の信号に基づいて、前記テザーの前記地面上にある部分が前記地面に対して移動した可能性があると判断し、
   それに呼応して、前記実際のテザー位置の測量を要求する、
   ようにさらに構成される、請求項１に記載のテザー追跡システム。
5. 前記コントローラは、
   前記少なくとも１つのセンサまたは前記位置特定システムの動作不良を検出し、
   前記検出に基づいて、前記回避ゾーンの大きさを拡大する、
   ようにさらに構成される、請求項１に記載のテザー追跡システム。
6. 前記コントローラは、前記テザーの巻き取り時に、前記回避ゾーンを通る前記可動機械の移動を誘導するようにさらに構成される、請求項１に記載のテザー追跡システム。
7. 可動機械（１２）のテザー（１６）を追跡する方法であって、
   テザースプール（２６）に関連するパラメータを検出し、それに呼応して第１の信号を生成する工程と、
   前記可動機械の移動路パラメータを求め、それに呼応して第２の信号を生成する工程と、
   前記第１および第２の信号に基づいて、テザー回避ゾーン（２４）を定める工程と、
   を含む方法。
8. 前記第１および第２の信号に基づいて、近似テザー位置を求めることと、
   前記近似テザー位置および前記テザー回避ゾーンの少なくとも１つに関する情報を共用作業現場（１０）にある他の可動機械（１８、２０）に送ることと、
   をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. システムの動作不良を検出する工程と、
   前記検出に基づいて、前記テザー回避ゾーンの大きさを拡大する工程と、
   をさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記テザーの巻き取り時に、前記テザー回避ゾーンを通る前記可動機械の移動を誘導することをさらに含む、請求項７に記載の方法。

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