JP2019503443A

JP2019503443A - 掘削具先頭方向の制御

Info

Publication number: JP2019503443A
Application number: JP2018539905A
Authority: JP
Inventors: エイパディラ，クリストファー
Original assignee: キャタピラートリンブルコントロールテクノロジーズ、エルエルシー
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: EP3400339B1; CA3013452A1; CA3013452C; US20170218594A1; WO2017136301A1; AU2017216425B2; JP6727735B2; EP3400339A1; WO2017136301A4; US9976279B2; EP3400339A4; AU2017216425A1

Abstract

掘削機は、車台と、器具と、ブーム、スティックおよび連結部を有するアセンブリとを含む。アセンブリは、先頭方向Ｎ＾を画定し、更に、車台と共に、または、それと相対的に、揺動軸Ｓを中心に揺動するように構成される。スティックは、ブームと相対的に、カール軸Ｃを中心にカールするように構成される。器具は、連結部を介して、スティック末端部Ｇに連結されて、更に、器具の先端部が先頭方向Ｉ＾を画定するように、回転軸Ｒを中心に回転するように構成される。掘削機制御アーキテクチャ部は、センサ、および、機械読み取り可能な命令を含み、Ｎ＾、Ｓを中心としたアセンブリの揺動速度ωｓ、および、Ｃを中心としたステックカール速度ωｓを表す信号を生成し、Ｎ＾、ωｓおよびωｃに基づいて、末端部の先頭方向のＧ＾を表す信号を生成し、Ｉ＾がＧ＾に近似するように、器具を、Ｒを中心に回転させる。

Description

関連出願の相互参照

本願は、“ＥＸＣＡＶＡＴＩＮＧＩＭＰＬＥＭＥＮＴＨＥＡＤＩＮＧＣＯＮＴＲＯＬ”というタイトルで、２０１６年２月２日に出願された米国特許出願第１５／０１３，０４４号、および、２０１６年８月１０日に出願された米国特許出願第１５／２３３，２３６号の優先権の利益を主張し、それらの内容は、参照により完全に本明細書に組み込まれる。

本開示は、掘削機に関し、それは、本願の範囲を画定し、記載する目的で、掘削機ブーム、および、掘削機スティック、または、揺動およびカール動作を行うための他の同様の構成要素の助けで、揺動およびカール制御される掘削具を含むものである。

例であって、限定するものではないが、多くのタイプの掘削機は、掘削機の掘削連動アセンブリの揺動およびカール機能を制御することによって操作可能な液圧または空圧制御された掘削具を含む。掘削機技術は、例えば、ＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒＴｒｉｍｂｌｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬＬＣに譲渡され、掘削機のセンサによる自動制御方法を開示した特許文献１、ＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒＴｒｉｍｂｌｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬＬＣに譲渡され、掘削機３Ｄレーザシステム、および、掘削機バケットの切断縁部を鉛直方向について高精度で導くように構成された無線位置決めガイダンスシステムを開示した特許文献２、並びに、ＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒＴｒｉｍｂｌｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＬＬＣに譲渡され、例えば、傾斜した現場に置かれた掘削機の向きを決定する掘削機制御システムのための方法を開示した特許文献３に、よく示されている。

米国特許第８，６８９，４７１号明細書米国特許出願公開第２００８／００４７１７０号明細書米国特許出願公開第２００８／００００１１１号明細書

本開示の主題によれば、車台と、掘削連動アセンブリと、回転掘削具と、制御アーキテクチャ部とを含む掘削機を提供する。掘削連動アセンブリは、掘削機ブーム、掘削機スティック、および、器具連結部を含む。掘削連動アセンブリは、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾を画定し、更に、車台と共に、または、それと相対的に、掘削機の揺動軸Ｓを中心に揺動するように構成される。掘削機スティックは、掘削機ブームと相対的に、掘削機のカール軸Ｃを中心にカールするように構成される。回転掘削具は、器具連結部を介して、掘削機スティックの末端部Ｇに機械的に連結されて、更に、回転掘削具の先端部が器具先頭方向Ｉ＾を画定するように、回転軸Ｒを中心に回転するように構成される。制御アーキテクチャ部は、１つ以上の動的センサ、１つ以上の連動アセンブリ作動装置、および、機械読み取り可能な命令を実行するようにプログラムされた１つ以上の制御部を含み、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、掘削連動アセンブリの揺動軸Ｓを中心とした揺動速度ω_ｓ、および、掘削機スティックのカール軸Ｃを中心としたカール速度ω_ｃを表す信号を生成し、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、掘削連動アセンブリの揺動速度ω_ｓ、および、掘削機スティックのカール速度ω_ｃに基づいて、掘削機スティックの末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を表す信号を生成し、更に、器具先頭方向Ｉ＾が、進行方向を示す先頭方向Ｇ＾に近似するように、回転掘削具を、回転軸Ｒを中心に回転させる。

本開示の一実施形態によれば、掘削機の回転掘削具の傾斜および回転を自動化する方法を開示し、それは、車台と、掘削連動アセンブリと、回転掘削具と、１つ以上の動的センサ、１つ以上の連動アセンブリ作動装置、および、１つ以上の制御部を有する制御アーキテクチャ部とを含む掘削機を提供する工程を含む。掘削連動アセンブリは、掘削機ブーム、掘削機スティック、および、器具連結部を含む。掘削連動アセンブリは、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾を画定し、更に、車台と共に、または、それと相対的に、掘削機の揺動軸Ｓを中心に揺動するように構成される。掘削機スティックは、掘削機ブームと相対的に、掘削機のカール軸Ｃを中心にカールするように構成される。回転掘削具は、器具連結部を介して、掘削機スティックの末端部Ｇに機械的に連結されて、更に、回転掘削具の先端部が器具先頭方向Ｉ＾を画定するように、回転軸Ｒを中心に回転するように構成される。方法は、更に、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、掘削連動アセンブリの揺動軸Ｓを中心とした揺動速度ω_ｓ、および、掘削機スティックのカール軸Ｃを中心としたカール速度を表す信号を、１つ以上の動的センサ、１つ以上の制御部、または、それらの両方によって、生成する工程を含む。更に、方法は、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、掘削連動アセンブリの揺動速度ω_ｓ、および、掘削機スティックのカール速度ω_ｃに基づいて、掘削機スティックの末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を表す信号を、１つ以上の動的センサ、１つ以上の制御部、またはそれらの両方によって、生成する工程と、器具先頭方向Ｉ＾が、進行方向を示す先頭方向Ｇ＾に近似するように、回転掘削具を、回転軸Ｒを中心に、少なくとも１つの制御部および少なくとも１つの連動アセンブリ作動装置によって、回転させる工程とを含む。

本明細書において、本開示の概念を、主に図１に示した掘削機を参照して記載するが、その概念は、特定の機械的構成に関わらず、任意のタイプの掘削機に適応しうることを企図している。例であって、限定するものではないが、この概念を、バックホー連動部を含むバックホーローダに適応しうる。

以下に、本開示の具体的な実施形態を詳細に記載し、それは、下記のような図面と共に読むことで、最もよく理解しうるものであり、図面では、同様の構成要素を、同様の参照番号で示している。

本開示の態様を組み込んだ掘削機を示している。本開示の様々な概念による制御アーキテクチャ部により実行される命令を示すフローチャートである。本開示の様々な概念による掘削機の回転掘削具の異なる回転位置を示す、掘削機の上からの平面図である。本開示の様々な概念による掘削機の回転掘削具の異なる回転位置を示す、掘削機の上からの平面図である。本開示の様々な概念による掘削機の回転掘削具の異なる回転位置を示す、掘削機の上からの平面図である。本開示の様々な概念による掘削機の回転掘削具の異なる回転位置を示す、掘削機の上からの平面図である。本開示の様々な概念による掘削機の回転掘削具の異なる回転位置を示す、掘削機の上からの平面図である。回転掘削具の等角図である。

まず、掘削機１００を示す図１を参照すると、本開示による掘削機は、典型的には、車台１０２、掘削連動アセンブリ１０４、回転掘削具１１４（例えば、切断縁部を含むバケット）、および、制御アーキテクチャ部１０６を含む。掘削連動アセンブリ１０４は、掘削機ブーム１０８、掘削機スティック１１０、および、器具連結部１１２を含みうる。限定するものではない例として、器具連結部１１２は、ＩｎｄｅｘａｔｏｒＡＢ、Ｖｉｎｄｅｌｎ、Ｓｗｅｄｅｎが販売するＲｏｔｏｔｉｌｔ（登録商標）ＲＴ６０Ｂ連結部などの傾斜回転子取付け部を含み、掘削機ブーム１０８は、可変角度掘削機ブームを含みうることを企図している。更に、掘削連動アセンブリ１０４は、パワー連動ステアリングアーム部、および、アイドラー連動ステアリングアーム部を含みうる。

本開示の概念を実施すれば分かるように、本開示は、掘削機用の２Ｄおよび／または３Ｄ自動グレード制御技術を用いて利用しうる。例であって、限定するものではないが、本開示は、２Ｄおよび／または３Ｄ技術を組み込んだＡｃｃｕＧｒａｄｅ（商標）グレード制御システム、２Ｄおよび／または３Ｄ技術を組み込んだＧＣＳ９００（商標）グレード制御システム、２Ｄおよび／または２Ｄプラス全地球位置把握システム（ＧＰＳ）技術を組み込んだＧＣＳＦｌｅｘ（商標）グレード制御システム、または、２Ｄ技術を組み込んだＣａｔ（登録商標）グレード制御システムを利用した掘削機で用いてもよく、各システムは、ＴｒｉｍｂｌｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ、および／または、ＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒＩｎｃ．から、後付け、または、工場で搭載済みの掘削機特徴物として、入手可能である。

掘削連動アセンブリ１０４は、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾を画定し、更に、車台１０２と共に、または、それと相対的に、掘削機１００の揺動軸Ｓを中心に揺動するように構成しうる。掘削機スティック１１０は、掘削機ブーム１０８と相対的に、掘削機１００のカール軸Ｃを中心にカールするように構成しうる。図１に示した掘削機１００の掘削機ブーム１０８と掘削機スティック１１０は、回転自由度１で掘削機スティック１１０の掘削機ブーム１０８に対する動作を可能にする単純な機械的連結部によって、連結している。これらのタイプの掘削機において、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾は、掘削機ブーム１０８の先頭方向に対応するものとなる。しかしながら、本開示は、オフセットブームを備えた掘削機の使用も企図しており、その場合には、掘削機ブーム１０８と掘削機スティック１１０は、１より大きい回転自由度での動作を可能にする多方向連結部によって、連結される。例えば、米国特許第７，８６９，９２３号（“ＳｌｅｗｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ＳｌｅｗｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄ，ａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅ”）明細書に示された掘削機を参照していただきたい。オフセットブームを備えた掘削機の場合には、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾は、掘削機スティック１１０の先頭方向に対応するものとなる。

回転掘削具１１４は、器具連結部１１２を介して、掘削機スティック１１０に機械的に連結されて、回転掘削具１１４の先端部Ｌが器具先頭方向Ｉ＾を画定するように、回転軸Ｒを中心に回転するように構成しうる。実施形態において、回転軸Ｒを、掘削機スティック１１０と回転掘削具１１４を連結する器具連結部１１２によって、画定しうる。代わりの実施形態において、掘削機スティック１１０が回転軸Ｒを中心に回転するように構成されるように、回転軸Ｒを、掘削機ブーム１０８と掘削機スティック１１０を連結する多方向スティック連結部によって、平面Ｐに沿って画定しうる。スティック連結部によって画定された掘削機スティック１１０の回転軸Ｒを中心とした回転は、それに対応して、掘削機スティック１１０に連結された回転掘削具１１４に、スティック連結部によって画定された回転軸Ｒを中心とした回転を生じうる。

制御アーキテクチャ部１０６は、１つ以上の動的センサ、１つ以上の連動アセンブリ作動装置、および、１つ以上の制御部を含みうる。手動作動掘削機制御システム、および、部分的または完全に自動掘削機制御システムのいずれにおいても、１つ以上の連動アセンブリ作動装置は、掘削連動アセンブリ１０４の動作を容易にしうる。企図した作動装置は、任意の従来の、または、これから開発される掘削機作動装置を含み、例えば、液圧シリンダ作動装置、空圧シリンダ作動装置、電気的作動装置、機械的作動装置、または、それらの組合せを含む。

本開示の一実施形態において、機械読み取り可能な命令を実行するようにプログラムされた１つ以上の制御部を含む制御アーキテクチャ部１０６は、図２に示したような、掘削機１００の搖動および掘削機スティック１１０のカールを開始する工程２０２などの制御スキーム２００に従う。制御アーキテクチャ部１０６は、機械読み取り可能な命令を記憶した非一時的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含みうる。次に、１つ以上の制御部は、工程２０４〜２０８に示したように、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、掘削連動アセンブリ１０４の揺動軸Ｓを中心とした揺動速度ω_ｓ、および、掘削機スティック１１０のカール軸Ｃを中心としたカール速度ω_ｃを表す信号を生成する。工程２１０で、１つ以上の制御部は、掘削機スティック１１０の末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を表す信号を、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、掘削連動アセンブリ１０４の揺動速度ω_ｓ、および、掘削機スティック１１０のカール速度ω_ｃに基づいて、生成する。次に、工程２１２で、１つ以上の制御部は、器具先頭方向Ｉ＾が、進行方向を示す先頭方向Ｇ＾に近似するように、回転掘削具１１４を、回転軸Ｒを中心に回転させる。

企図した実施形態において、器具先頭方向Ｉ＾は、回転掘削具１１４の先頭方向ベクトルと、カール軸Ｃに垂直である基準平面Ｐの間で測定する器具先頭方向角度θ_Ｉを画定しうる。進行方向を示す先頭方向Ｇ＾は、掘削機スティック１１０の末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾と基準平面Ｐの間で測定するグレード先頭方向角度θ_Ｇを画定しうる。更に、制御アーキテクチャ部１０６は、機械読み取り可能な命令を実行して、回転掘削具１１４を、θ_Ｉ＝θ_Ｇとなるように、回転軸Ｒを中心に回転させうる。例えば、図３から７に、回転掘削具１１４を、θ_Ｉ＝θ_Ｇとなるように、回転軸Ｒを中心に回転させた掘削機１００の様々な実施形態を、上からの平面図で示している。図３の実施形態を参照すると、揺動速度ω_ｓが略ゼロで、カール速度ω_ｃがゼロより大きい場合、器具先頭方向角度θ_Ｉは、略０°である。図４の実施形態において、揺動速度ω_ｓがゼロより大きく、カール速度ω_ｃが略ゼロの場合、器具先頭方向角度θ_Ｉは、略９０°である。更に、図５の実施形態において、カール速度ω_ｃが、揺動速度ω_ｓより実質的大きい場合、器具先頭方向角度θ_Ｉは、実質的に４５°未満である。図６の実施形態において、揺動速度ω_ｓが、カール速度ω_ｃより実質的に大きい場合、器具先頭方向角度θ_Ｉは、実質的に４５°より大きい。更に、図７の実施形態において、揺動速度ω_ｓがカール速度ω_ｃに略等しい場合、器具先頭方向角度θ_Ｉは、略４５°である。

再び、図２を参照すると、１つ以上の制御部は、更に機械読み取り可能な命令を実行するようにプログラムされて、工程２１４に示すように、揺動速度ω_ｓ、カール速度ω_ｃ、または、それらの両方に変化があった場合には、進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を、再度、生成し、器具先頭方向Ｉ＾が、再度生成した進行方向を示す先頭方向Ｇ＾に近似するように、回転掘削具１１４の回転を調節しうる。１つ以上の制御部は、機械読み取り可能な命令を実行するようにプログラムされて、工程２１６に示すように、揺動速度ω_ｓ、カール速度ω_ｃ、または、それらの両方に変化がない場合には、進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を維持し、したがって、器具先頭方向角度θ_Ｉを維持しうる。

他の企図した実施形態において、制御アーキテクチャ部１０６は、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、揺動速度ω_ｓ、および、カール速度ω_ｃを生成するように、各々、構成された先頭方向センサ、揺動速度センサ、および、カール速度センサを含みうる。動的センサは、ＧＰＳセンサ、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、ユニバーサルトータルステーション（ＵＴＳ）およびマシンターゲット、レーザスキャナ、レーザ受信機、慣性測定装置（ＩＭＵ）、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、磁界センサ、磁気コンパス、回転位置センサ、位置感知シリンダ、若しくは、それらの組合せを含みうる。本開示の概念を実施すれば分かるように、企図した掘削機は、様々な従来の、または、これから開発される動的センサの１つ以上を採用しうる。

例であって、限定するものではないが、動的センサは、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾、または、それらの両方を生成するように構成された先頭方向センサを含み、先頭方向センサは、ＧＮＳＳ受信機、ＵＴＳおよびマシンターゲット、ＩＭＵ、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、磁界センサ、若しくは、それらの組合せを含みうる。先頭方向センサは、掘削機ブーム１０８、掘削機スティック１１０、および／または、回転掘削具１１４などの掘削機１００の構成要素の先頭方向を表す信号を、３次元空間における各々の所定の基準点またはベクトルに対して、生成するのに適した任意の従来の、または、これから開発されるセンサを含みうることを企図している。

更に追加で、または、代わりに、動的センサは、車台１０２、掘削連動アセンブリ１０４、または、それらの両方の揺動部分に載置された揺動速度センサを含み、揺動速度ω_ｓを生成し、揺動速度センサは、ＧＮＳＳ受信機、ＵＴＳおよびマシンターゲット、ＩＭＵ、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、重力に基づく角度センサ、インクリメンタルエンコーダ、若しくは、それらの組合せを含みうる。揺動速度センサは、例えば、所定の基準点またはベクトルに対する車台１０２の揺動または回転角度、または、揺動軸Ｓなど、３次元空間における平面を中心とした回転角度を表す信号を生成するのに適した、従来の、または、これから開発されるセンサを含みうることを企図している。更に、揺動速度センサは、独立型センサであるか、または、先頭方向センサの一部として、例えば、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾に関連した角度の変化速度に基づいて、揺動速度ω_ｓを計算するなど、他のセンサの一部として、揺動速度ω_ｓを生成しうることも企図している。本明細書に記載の任意のセンサは、独立型センサであるか、または、組み合わせたセンサユニットの一部であってもよく、並びに／若しくは、１つ以上の他のセンサから読み取った値に基づいて計測値を生成しうることも企図している。

実施形態において、動的センサは、掘削連動アセンブリ１０４のカール部分に載置されたカール速度センサを含み、カール速度ω_ｃを生成し、カール速度センサは、ＩＭＵ、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、重力に基づく角度センサ、インクリメンタルエンコーダ、位置感知シリンダ、または、それらの組合せを含みうる。カール速度センサは、例えば、所定の基準点またはベクトルに対する掘削機スティック１１０のカールまたは回転角度、若しくは、カール軸Ｃなど、３次元空間における平面を中心とした回転角度を表す信号を生成するのに適した、従来の、または、これから開発されるセンサを含みうることを企図している。

企図した実施形態において、動的センサは、回転掘削具１１４の回転角度を表す信号を生成するように構成された回転角度センサを含みうることを企図している。回転角度センサは、回転掘削具１１４の基準平面Ｐに対する回転角度を表す信号を生成するのに適した、任意の従来の、または、これから開発されるセンサを含みうることを企図している。例であって、限定するものではないが、動的センサは、掘削機ブーム１０８、掘削機スティック１１０、器具連結部１１２、および、回転掘削具１１４の先端の少なくとも一対同士の、若しくは、基準参照点に対しての、若しくは、それらの両方についての角度および位置を、計算するように構成するのに適した、任意の従来の、または、これから開発されるセンサであってもよい。

他の企図した実施形態において、器具連結部１１２は、回転掘削具１１４の回転および傾斜を可能にするように構造的に構成された傾斜回転子取付け部を含みうる。例えば、図８を参照すると、回転掘削具１１４が、それを中心に回転する回転軸Ｒは、器具連結部１１２に交差し、回転掘削具１１４が、それを中心にカールする器具カール軸Ｃ_Ｉ、および、それに対して傾斜する器具傾斜軸Ｔも、同じく交差する。

動的センサは、回転掘削具１１４の傾斜角度を表す信号を生成するように構成された傾斜角度センサを含みうる。更に、制御アーキテクチャ部１０６は、動的センサによって生成された信号に応じて、機械読み取り可能な命令を実行して、回転掘削具１１４の傾斜角度を、傾斜回転子取付け部を介して制御して、グレード制御システムに記憶された最終グレード表面の設計に従うように構成されたグレード制御システムを含みうる。バケットが回転すると、システムは、バケットの傾斜角度を、グレード制御システムに規定された目標傾斜値と比較し、次に、傾斜回転子取付け部に、バケットの傾斜角度が設計表面に合うものとなる方向にバケットを傾斜させるように、自動的に指示する。例であって、限定するものではないが、適したグレード制御システムは、ＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒＩｎｃ．に譲渡された米国特許第７，２９３，３７６号明細書に示されており、それは、掘削機用のグレーディング制御システムを開示している。

本開示の実施形態は、掘削具の先頭方向を、部分的または完全に自動制御することによって、例えば、オペレータの疲労軽減を助け、更に、オペレータおよび機械の生産性を高めると共に、そのような効率的な機械の使用法により、燃料消費を減らし、機械の摩耗および亀裂を削減しうることを企図している。

本発明を記載および規定するために、本明細書において、変数がパラメータまたは他の変数に「基づく」と記載しても、その変数が、列挙したパラメータまたは変数に排他的に基づくことを意図していない。むしろ、本明細書において、挙げられたパラメータに「基づく」変数と記載した場合には、非限定的であり、変数は、１つのパラメータ、または、複数のパラメータに基づいてもよいことを意図する。更に、信号は、直接的または間接的計算または測定によって、センサの助け有り、または、無しで、「生成」しうる。

本明細書において、本開示の構成要素を、特定の仕方で「構成」または「プログラム」して、特定の特性を具体化するか、または、特定の態様で機能させると記載しているが、意図した用途の記載ではなく、構造的記載である。より具体的には、本明細書において、構成要素を「構成」または「プログラム」する仕方を記載した場合には、その構成要素の既存の物理的状態を示し、したがって、その構成要素の構造的特徴の明確な記載と捉えるべきである。

「好ましくは」、「一般に」、および、「典型的に」のような用語を本明細書で用いた場合には、請求した発明の範囲を限定することも、ある特徴が、請求した発明の構造または機能に、重大、不可欠、または、重要であるとさえ、意味するのに用いていない。むしろ、これらの用語は、単に、本開示の実施形態の特定の態様を特定するか、若しくは、本開示の特定の実施形態において用いるか、または、用いなくてもよい、代わりの、または、更なる特徴を強調することを意図する。

本発明を記載および規定するために、本明細書において、「実質的に」および「略」という用語を用いて、任意の量的比較、値、測定値、または、他の表現に起因する固有の程度の不確かさを表し得る。例えば、角度は、略ゼロ度（０°）、または、略４５°などのゼロ度より大きい他の数字の値であってもよい。「実質的に」および「略」という用語を、本明細書において、本主題の基本機能を変化させることなく、量的表示が、記載したものから異なっていてもよい程度を表すのにも用いている。

本開示の主題を、詳細に、かつ、具体的な実施形態を参照して記載したが、特定の要素が本明細書に添付された各図面に示された場合でさえ、本明細書に開示した様々な詳細事項が、本明細書に記載した様々な実施形態の不可欠な構成要素に関係することを意味すると、捉えるべきではない。更に、添付の請求項に規定された実施形態を含むが、それに限定されない本開示の範囲から逸脱することなく、変更および変形が可能なことが明らかだろう。より具体的には、本開示のいくつかの態様を、本明細書において、好ましい、または、特に有利であると特定しているが、本開示が、これらの態様に限定される必要はないことを企図している。

以下の請求項の１つ以上は、原文の英語で、“ｗｈｅｒｅｉｎ”という用語を移行句として用いている。本発明を規定するために、この語句を請求項に導入して、一連の構造特徴物の記載を導入するのに非限定的な移行句として用いており、より一般的に用いられる非限定的なプリアンブルの用語“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”と同様に解釈すべきである

１００掘削機
１０２車台
１０４掘削連動アセンブリ
１０６制御アーキテクチャ部
１０８掘削機ブーム
１１０掘削機スティック
１１２器具連結部
１１４回転掘削具

Claims

掘削機において、
車台と、
掘削連動アセンブリと、
回転掘削具と、
制御アーキテクチャ部と、
を含み、
前記掘削連動アセンブリは、掘削機ブーム、掘削機スティック、および、器具連結部を含み、
前記掘削連動アセンブリは、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾を画定し、更に、前記車台と共に、または、それと相対的に、前記掘削機の揺動軸Ｓを中心に揺動するように構成され、
前記掘削機スティックは、前記掘削機ブームと相対的に、前記掘削機のカール軸Ｃを中心にカールするように構成され、
前記回転掘削具は、前記器具連結部を介して、前記掘削機スティックの末端部Ｇに機械的に連結されて、更に、該回転掘削具の先端部が器具先頭方向Ｉ＾を画定するように、回転軸Ｒを中心に回転するように構成され、
前記制御アーキテクチャ部は、１つ以上の動的センサ、１つ以上の連動アセンブリ作動装置、および、機械読み取り可能な命令を実行するようにプログラムされた１つ以上の制御部を含んで、
前記連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、前記掘削連動アセンブリの揺動軸Ｓを中心とした揺動速度ω_ｓ、および、前記掘削機スティックのカール軸Ｃを中心としたカール速度ω_ｃを表す信号を生成し、
前記連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、前記掘削連動アセンブリの前記揺動速度ω_ｓ、および、該掘削機スティックのカール速度ω_ｃに基づいて、前記掘削機スティックの末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を表す信号を生成し、更に、
前記器具先頭方向Ｉ＾が、進行方向を示す先頭方向Ｇ＾に近似するように、前記回転掘削具を、前記回転軸Ｒを中心に回転させるものである掘削機。
前記器具先頭方向Ｉ＾は、前記回転掘削具の先頭方向ベクトルと、前記カール軸Ｃに垂直である基準平面Ｐの間で測定する器具先頭方向角度θ_Ｉを画定し、
前記進行方向を示す先頭方向Ｇ＾は、前記掘削機スティックの末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾と、基準平面Ｐの間で測定するグレード先頭方向角度θ_Ｇを画定し、
前記制御アーキテクチャ部は、機械読み取り可能な命令を実行して、θ_Ｉ＝θ_Ｇとなるように、回転掘削具を、前記回転軸Ｒを中心に回転させるものである、請求項１に記載の掘削機。
前記揺動速度ω_ｓが略ゼロで、前記カール速度ω_ｃがゼロより大きい場合には、前記器具先頭方向角度θ_Ｉは、略０°である、請求項２に記載の掘削機。
前記揺動速度ω_ｓがゼロより大きく、前記カール速度ω_ｃが略ゼロの場合には、前記器具先頭方向角度θ_Ｉは、略９０°である、請求項２に記載の掘削機。
前記カール速度ω_ｃが前記揺動速度ω_ｓより実質的に大きい場合には、前記器具先頭方向角度θ_Ｉは、実質的に４５°未満である、請求項２に記載の掘削機。
前記揺動速度ω_ｓが前記カール速度ω_ｃより実質的に大きい場合には、前記器具先頭方向角度θ_Ｉは、実質的に４５°より大きいものである、請求項２に記載の掘削機。
前記揺動速度ω_ｓが前記カール速度ω_ｃに略等しい場合には、前記器具先頭方向角度θ_Ｉは、略４５°である、請求項２に記載の掘削機。
前記１つ以上の制御部は、機械読み取り可能な命令を実行するようにプログラムされて、
前記揺動速度ω_ｓ、前記カール速度ω_ｃ、または、それらの両方に変化があった場合には、前記進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を、再度、生成し、
前記器具先頭方向Ｉ＾が、前記再度生成した進行方向を示す先頭方向Ｇ＾に近似するように、前記回転掘削具の回転を、調節するものである、請求項１に記載の掘削機。
前記制御アーキテクチャ部は、前記連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、揺動速度ω_ｓ、および、カール速度ω_ｃを生成するように、各々、構成された先頭方向センサ、揺動速度センサ、および、カール速度センサを含むものである、請求項１に記載の掘削機。
前記制御アーキテクチャ部は、機械読み取り可能な指令を記憶した非一時的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含むものである、請求項１に記載の掘削機。
前記１つ以上の連動アセンブリ作動装置は、前記掘削連動アセンブリの動作を容易にするものである、請求項１に記載の掘削機。
前記１つ以上の連動アセンブリ作動装置は、液圧シリンダ作動装置、空圧シリンダ作動装置、電気的作動装置、機械的作動装置、または、それらの組合せを含むものである、請求項１１に記載の掘削機。
前記１つ以上の動的センサは、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、ユニバーサルトータルステーション（ＵＴＳ）およびマシンターゲット、慣性測定装置（ＩＭＵ）、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、回転位置センサ、位置感知シリンダ、若しくは、それらの組合せを含むものである、請求項１に記載の掘削機。
前記１つ以上の動的センサは、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、前記末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾、または、それらの両方を生成するように構成された先頭方向センサを含み、
前記先頭方向センサは、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、ユニバーサルトータルステーション（ＵＴＳ）およびマシンターゲット、慣性測定装置（ＩＭＵ）、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、磁気コンパス、若しくは、それらの組合せを含むものである、請求項１に記載の掘削機。
前記１つ以上の動的センサは、前記車台、前記掘削連動アセンブリ、または、それらの両方の揺動部分に載置された揺動速度センサを含み、前記揺動速度ω_ｓを生成し、
前記揺動速度センサは、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、ユニバーサルトータルステーション（ＵＴＳ）およびマシンターゲット、慣性測定装置（ＩＭＵ）、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、重力に基づく角度センサ、インクリメンタルエンコーダ、若しくは、それらの組合せを含むものである、請求項１に記載の掘削機。
前記１つ以上の動的センサは、前記掘削連動アセンブリのカール部分に載置されて、カール速度ωｃを生成するカール速度センサを含み、前記カール速度ω_ｃを生成し、
前記カール速度センサは、慣性測定装置（ＩＭＵ）、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、重力に基づく角度センサ、インクリメンタルエンコーダ、または、それらの組合せを含むものである、請求項１に記載の掘削機。
前記１つ以上の動的センサは、前記回転掘削具の回転角度を表す信号を生成するように構成された回転角度センサを含むものである、請求項１に記載の掘削機。
前記１つ以上の動的センサは、前記掘削機ブーム、前記掘削機スティック、前記器具連結部、および、前記回転掘削具の先端の少なくとも一対同士の、若しくは、基準参照点に対しての、若しくは、それらの両方についての角度および位置を、計算するように構成されたものである、請求項１７に記載の掘削機。
前記器具連結部は、前記回転掘削具の回転および傾斜を可能にするように構造的に構成された傾斜回転子取付け部を含み、
前記１つ以上の動的センサは、前記回転掘削具の傾斜角度を表す信号を生成するように構成された傾斜角度センサを含み、
前記制御アーキテクチャ部は、前記１つ以上の動的センサが生成した前記信号に応じるグレード制御システムを含み、機械読み取り可能な命令を実行して、前記回転掘削具の前記傾斜角度を、前記傾斜回転子取付け部を介して制御して、前記グレード制御システムに記憶された最終グレード表面についての傾斜設計に従うように構成されたものである、請求項１に記載の掘削機。
前記回転軸Ｒは、前記掘削機スティックと前記回転掘削具を連結する前記器具連結部によって、画定されるものである、請求項１に記載の掘削機。
前記掘削連動アセンブリは、前記掘削機ブームと前記掘削機スティックを連結するスティック連結部を含み、
前記回転軸Ｒは、前記掘削機ブームと前記掘削機スティックを連結する前記スティック連結部によって画定されるものである、請求項１に記載の掘削機。
掘削機の回転掘削具の傾斜および回転を自動化する方法において、
車台と、掘削連動アセンブリと、回転掘削具と、１つ以上の動的センサ、１つ以上の連動アセンブリ作動装置、および、１つ以上の制御部を有する制御アーキテクチャ部とを含む掘削機を提供する工程を、
含み、
前記掘削連動アセンブリは、掘削機ブーム、掘削機スティック、および、器具連結部を含み、
前記掘削連動アセンブリは、連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾を画定し、更に、前記車台と共に、または、それと相対的に、前記掘削機の揺動軸Ｓを中心に揺動するように構成され、
前記掘削機スティックは、前記掘削機ブームと相対的に、前記掘削機のカール軸Ｃを中心にカールするように構成され、
前記回転掘削具は、前記器具連結部を介して、前記掘削機スティックの末端部Ｇに機械的に連結されて、更に、該回転掘削具の先端部が器具先頭方向Ｉ＾を画定するように、回転軸Ｒを中心に回転するように構成され、
前記方法は、更に、
連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、前記掘削連動アセンブリの揺動軸Ｓを中心とした揺動速度ω_ｓ、および、前記掘削機スティックの前記カール軸Ｃを中心としたカール速度を表す信号を、前記１つ以上の動的センサ、前記１つ以上の制御部、または、それらの両方によって、生成する工程と、
前記連動アセンブリ先頭方向Ｎ＾、前記掘削連動アセンブリの前記揺動速度ω_ｓ、および、該掘削機スティックのカール速度ω_ｃに基づいて、前記掘削機スティックの末端部Ｇの進行方向を示す先頭方向Ｇ＾を表す信号を、前記１つ以上の動的センサ、前記１つ以上の制御部、またはそれらの両方によって、生成する工程と、
前記器具先頭方向Ｉ＾が、進行方向を示す先頭方向Ｇ＾に近似するように、前記回転掘削具を、前記回転軸Ｒを中心に、前記少なくとも１つの制御部および前記少なくとも１つの連動アセンブリ作動装置によって、回転させる工程と、
を含む方法。