JP4390873B2 - 土工用機械の操舵技術を決定するための方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に土工用機械の操舵技術を決定することに関する。より詳細には、機械の位置エラーとブレ−ドの高さとに基づいて土工用機械の操舵技術を選択するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業現場を監視し続け、作動費用を削減しようとするにつれ、土工用機械の作動の効率を高めることが、ますます重要になってきている。作業現場において、土工用機械を効率的に作動させる１態様は、機械が効率的な手段で作業現場を進行することを確実にすることである。いくつかの要因のために、土工用機械が作業現場を作動している間、所望のコースからそれることがある。これらの要因には、土壌の状態および予測されるブレード荷重に対する実際の荷重、等がある。これらの要因は、機械が、手動モード、半自動モード、あるいは自動モードで作動しているかどうかに関係なく、作業現場の進行に影響を及ぼす。位置エラ−が発生した場合、すなわち機械が所望のコースからはずれる場合、機械を所望のコースに戻すよう操舵するのに用いることのできる多くの操舵技術がある。これらの操舵技術には、ブレードティルト操舵および差動履帯速度操舵がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
各操舵技術は、土工用機械の現在の状態によって、他方の技術と比較すると利点を有する。位置エラーが発生したときに、どの操舵技術を使用するかを選択することは、機械の全体の効率に影響を及ぼす。
本発明は、上述の１つか、２つ以上の問題を解決するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様において、ブレードと、第１と第２の履帯とを有する土工用機械を操舵するための方法を開示する。この方法は、土工用機械の現在位置と所望の位置とを求め、現在の位置と所望の位置とを比較し、これに応答して位置の差を求める段階を含む。この方法では、位置の差に応答して、ブレードティルト操舵または差動履帯速度操舵のいずれかを用いることにより土工用機械を操舵する段階を含む。
本発明の別の態様において、ブレードと、第１および第２の履帯を有する土工用機械を操舵するための方法を提供する。この方法は、ブレード土工用機械の現在位置と所望の位置とを求め、現在の位置と所望の位置とを比較し、これに応答して位置の差を求める段階を含む。さらに、この方法では、ブレードの位置を求め、該ブレードの位置とブレード高さのしきい値とを比較し、これに応じてブレードの高さの差を求める段階を含む。更に、本発明は、ブレードティルト操舵または差動履帯速度操舵のいずれかを用いることによって土工用機械を操舵する段階を含む。
【０００５】
本発明の別の態様において、ブレードと第１および第２の履帯を有する土工用機械を操舵するための方法を提供する。この方法は、土工用機械の現在の位置と所望の位置を求め、現在の位置と所望の位置を比較し、これに応答して、位置の差を求める段階からなる。この方法では、さらに、位置の差に応答して土工用機械のオペレータに操舵推奨を表示する段階を含む。
本発明の別の態様において、ブレードと第１および第２の履帯とを有する土工用機械を操舵するための方法を提供する。この方法では、土工用機械の現在及び所望の位置を求め、現在の位置と所望の位置を比較し、これに応答して位置の差を判定する段階を含む。さらに、この方法では、ブレードの位置を判定し、ブレードの位置とブレードの高さしきい値とを比較し、これに応答してブレードの高さの差を求める段階を含む。この方法は、さらに、ブレードの高さの差に応答して、土工用機械のオペレータに操舵の推奨を表示する段階を含む。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明は、土工用機械１０２を操舵するための方法を提供する。土工用機械１０２は、ブレード１０４と第１および第２の履帯１０６（１つのみを図示する）とを含む。
土工用機械１０２は、作業現場１０８を進行するのに、手動、自動式あるいは半自動式に作動すればよい。土工用機械１０２は、履帯式トラクタ−として図示されているが、本発明の精神を逸脱することなく別の種類の履帯式土工用機械に置き換えることができる。
図２を参照すると、本発明は機械ガイダンスシステム２００を含む。機械ガイダンスシステム２００は、操舵コントローラ２０２、履帯コントローラ２０４、作業具コントローラ２０６、およびルートモニター２１０を含む。履帯コントローラ２０４は、操舵コントローラ２０２から操舵コマンドを受信し、機械１０２の履帯１０６を制御することによってコマンドを実行する。
【０００７】
作業具コントローラ２０６は、作業具制御コマンドを受信し、コマンドを適切な信号に変換して作業具１０４を扱うようになっている。例えば、図３は、油圧システム３００に接続されたブレード１０４を図示しており、ティルトシリンダ３０２、リフトシリンダ３０４、および角シリンダ３０６とを含む。好ましい実施例において、機械１０２がブレードティルト操舵を使用すると、作業具コントローラ２０４は制御コマンドを受信し、該コマンドを必要な信号に変換し、リフト、ティルトおよび角シリンダ３０２，３０４、３０６を制御し、ブレ−ド１０４を適切に位置決めするようになっている。好ましくは、操舵コントローラ２０２は、ソフトウェアで実行され、ＲＡＭとＲＯＭ（双方とも図示せず）を含むマイクロプロッサべースのシステムで実行される。
【０００８】
図２に図示されている位置決めシステム２０８は、全地球的基準システムまたは局所的基準システム（図示せず）のいずれかに対し、機械１０２の位置を求める。好ましい実施例において、本発明を参照した計算は、局所座標系内で行われる。局所座標系を用いることで、例えば、機械１０２が丘の上に配置されるときに、複雑な計算を少なくする。位置決めシステム２０８は、例えば全地球航法（ＧＰＳ）、レーザ面がベースのシステム、あるいは他の適当なシステム、もしくはこれらの組み合わせのような適当な位置決めシステムを含んでいればよい。位置決めシステム２０８は、位置の推定の正確さを高めるように、例えば機械１０２上に配置された超音波センサーのような別のセンサー（図示せず）を含んでいてもよい。好ましい実施例において、位置決めシステム２０８は、ＧＰＳと慣性航法装置（ＩＮＳ）（図示せず）を含む。ＩＮＳシステムは、機械１０２が連続して位置情報を受け取ることができるようにする。連続した位置情報は、ＧＰＳが受け取られなかった場合に有効である。例えば、ＧＰＳ信号が、広い範囲の山のためにブロックされる場合でも、機械１０２は、ＩＮＳ位置情報にアクセス可能な状態である。
【０００９】
好ましい実施例において、ルートモニター２１０は、機械１０２が、作業現場上１０８を進行するときに、この機械１０２が続く所望の通路を求めるようになっている。所定時間における、機械１０２の所望の位置は、機械１０２が進むべき所望の通路に基づく。所望の通路は、Ｂスプライン曲線の３次元球体において２点を接続するパラメータの表示により表される。ルートモニター２１０は、機械１０２の上か、あるいは、機械１０２から離れて、例えば、ベースステーションに配置された機械１０２、別個の土工用機械（図示せず）、別個のコンピュータ機械（図示せず）の上のいずれかに配置されていればよい。ルートモニター２１０が、機械１０２から離れて配置されている場合には、ルートプラナー２１０が、ワイヤレス通信システム（図示せず）のような通信手段を介し操舵コントローラ２０２と通信する。
【００１０】
作業現場１０８において、機械１０２の操作中には、ブレードティルト操舵、および差動履帯速度操舵といった２つの主な操舵法がある。図４を参照すると、位置エラーに基づいて使用するための操舵技術を決定するための本発明の１実施例を表すフロー線図が図示されている。第１の制御ブロック４０２において、機械の現在の位置とヘッディングが求められる。現在の位置とヘッディングが、位置決めシステム２０８により判断される。第２の制御ブロックにおいて４０４において、機械１０２の所望の位置とヘッディングが判断される。所望の位置とヘッディングがルートモニター２１０により判断され、操舵コントローラ２０２に通信される。好ましい実施例において、図５に示すように、所望の位置５０６は所望の通路５０２を実際の通路５０４と比較することによって求められる。所望の位置５０６は、現在の位置５０８と所望の通路との間の最短距離５１２を測定することによって判断される。所望の位置５０６は、所望の通路５０２に対する最短通路５１２と、所望の通路５０２との交差部分に位置付けされる。所望の位置５０６を求めるための別の方法は、機械速度と消費した時間とに基づいて所望の通路５０２に沿って所望の進行を追跡することによる。
【００１１】
第１の判定ブロック４０６において、現在の位置が所望の位置と比較される。さらに、現在のヘッディングが所望のヘッディングと比較される。現在と所望の位置の差が、位置の不感帯よりも小さい場合と、現在および所望のヘッディングの差がヘッディング不感帯よりも小さい場合には、現在の位置またはヘッディングいずれかの修正が必要とされる。従って、制御は、方法４００の終了に進む。位置の差の不感帯とヘディング差の不感帯とは、修正作動が必要であるとみなされる前に超過しなければならない最低の値を表す。制御が方法４００の終了に達すると、方法４００が繰り返される。
しかし、位置の差が位置不感帯よりも大きいか、もしくは、ヘッディングの差が、ヘッディングの不感帯よりも大きい場合には、制御が第２の判定ブロック４０８に進み、機械１０２が障害物に当たったかどうかを判定する。
【００１２】
作業現場１０８での作業中に機械１０２が岩のような障害物に当たる可能性がある。岩の大きさと場所とによって、別の解決策が用いられて、岩を通り過ぎようとする。これらの解決策は、岩の上を動くこと、岩を削ること、岩を切断してこの岩の周りを動くことを含む。このように、第２の判定ブロック４０８において、障害物に当たったかどうかの判定がなされる。障害物に当たったかどうかを判断する方法は、機械１０２の位置とヘッディングおよび機械１０２のエンジンの負荷を監視することを含む。位置の読み取り値にほとんど、もしくはまったく変化がない状態で、ヘッディングにおける先の読み取り値と現在の読み取り値との間に急な相当の変化がある場合には、障害物と当たった可能性がかなり高い。例えば、ブレード１０４の左前側部分が岩とぶつかる場合には、岩があるブレード１０４上の地点の周りを左に回転するように機械１０２のヘッディングが変わることが結果としてありうる。しかし、機械１０２が左に回転すると、機械の実際の位置における変化はほとんどない。
【００１３】
しかし、ブレード１０４が、該ブレード１０４の中間部分に配置された岩に当たると、ほとんどの場合、明白な結果として、機械１０４が、岩を通って動こうとするときにエンジン負荷が上昇することになる。このように、エンジン負荷の急激な上昇、またはヘッディングの急激な変化といったような状態のいずれかが存在する場合には、障害物に当たったという判定がなされ、制御は第３の制御ブロック４１０に進み障害物の場所を求めることになる。
第３の制御ブロック４１０において、一回の判定がブレード１０４に対する障害物の場所に関しなされる。ヘッディングが急激に変更された場合、機械１０２が動こうとしているブレード１０４の側部に岩があるという判定がなされる。例えば上述したように、機械１０２が左に回転している場合、岩がブレード１０４の左部分に配置されているという推定がなされる。
【００１４】
機械１０２が、エンジン負荷に関し急激な変化を受けると、岩がブレードの中間部分に位置しているという推定がなされる。判定が岩の位置についてなされると、制御が第４の制御ブロック４１２に進み、岩の場所に基づいて、適切な操舵戦略法を用いて、岩を乗り越えようとする。
好ましい実施例において、岩がブレードの中央部分にあると、第１段階では、機械１０２が岩の上方を単に動くことができるかどうかを見るために、ブレードをわずかに上昇させることである。所望の目的は、岩に当たる前に存在したブレード上の荷重を維持しながら、岩をどけることである。このように、ブレード１０４をわずかに上昇させることのみが岩をどけるのに機能する。このように動くには岩が大きすぎる場合には、次の段階は、バックアップして、ブレードの負荷を減少させ、岩を削るか、もしくは岩の上部を取り除くかのいずれかを行うとすることである。岩を削ったり、岩の上部を取り除こうとする試みが失敗に終わると、最後の手段として、機械１０２を岩の周りに導くルートモニター２１０によってルートが求められる。
【００１５】
岩がブレード１０４の左右のいずれかに当たると、ブレード１０４の負荷が減少し、岩を掘り出そうとする試みがなされる。岩を削り出すことが機能しない場合には、ブレード１０４をわずかに傾けるという試みがなされ、岩が置かれたブレード１０４の一部が岩を進むことができるようになる。ブレード１０４を傾斜させることで、機械１０２が岩を砕くことができない場合には、機械１０２はわずかにバックアップし、差動履帯速度またはブレード傾斜とによって操舵し、機械１０２のヘッディングは、機械１０２が岩の周りを駆動するのに十分に変わることになる。障害物に打ち勝つと、制御が方法４００の終了に進む。
岩のような障害物にぶつかると、例えば岩を削るようにして障害物がうまく取り除かれるまで、機械１０２が情報を、内部か外部にいるオペレータに伝達し、障害物の場所を表し、障害物を取り除くのに別の手段をとることができる。
【００１６】
もう一度、第２の判定ブロック４０８を参照すると、障害物にぶつからなかった場合には、制御は、第５の判定ブロック４１４に進行し、修正された通路が求められる。
第５の判定ブロック４１４において、土工用機械１０２の修正通路が求められる。好ましい実施例において、図５に示すように最短通路５１２である必要はないが、最もなだらかな通路５１０を用いることによって、機械１０２を所望の通路に戻すことができる、修正通路５１０が求められる。最もなだらかな通路は現在の作業機能を混乱させることなく、例えば９０度の回転を要求することで、所望の通路に戻して最短距離をとることができる。好ましい実施例において、第５の制御ブロック４１４は位置誤差の大きさも判定する。誤差の大きさが最高誤差しきい値を超えると、警告フラッグが設定される。最高誤差しきい値が最高誤差を表し、超過する場合には、機械ガイダンスシステム２００に関連し深刻な問題があることを示唆する。所望の通路から大きく外れた機械１０２に関しては、位置決めシステム２０８が機能しないこと、履帯コントローラ２０４または作業具コントローラ２０６が機能しないこと、といった重要な問題が必ず存在するか、あるいは作業現場１０８上で障害物に当たったと考えられる。深刻な問題が発生したということを、外部か内部にいるオペレータに示唆するのに警告フラグが用いられてもよい。好ましい実施例において、外部または内部にいるオペレータへの通知は、該オペレータに位置エラーメッセージを表示することによって実行される。位置エラーメッセージは、位置およびヘッディングエラーと、エラーの可能性のある原因及び該エラーを解決するための推奨と、を含んでいればよい。さらに、警告フラグは、機械１０２に関するハードウェアシステムの診断を実行するために、機械ガイダンスシステム２００により使用されてもよい。最高エラーしきい値の例では、４メートルの位置エラーを含む。図４を参照すると、修正通路が求められると、制御は第３の判定ブロック４１６に進む。
【００１７】
第３の判定ブロック４１６において、現在と所望の位置の間の差が位置エラーしきい値よりも大きい場合には、もしくは現在と所望のヘッディングとの差がヘッディングしきい値よりも大きい場合には、制御が第６の制御判定ブロック４１８に進み、機械１０２が差動履帯速度により操舵される。しかし、現在と所望の位置の差が、位置エラーしきい値以下である場合と、現在と所望のヘッディングの差がヘッディングしきい値以下である場合には、制御は第７の制御ブロック４２０に進み、機械１０２がブレードの傾斜により操舵される。位置エラーしきい値とヘッディングエラーしきい値とは、本発明の本実施例において位置またはヘッディングエラーが大きいか、小さいかを識別するしきい値である。図４に記載した本発明の実施例では、差動履帯速度操舵を使用して、大きなエラーがある場合には位置またはヘッディングエラーを修正し、エラーが小さい場合にはブレードティルト操舵を修正する。
【００１８】
本発明をより理解するために、ブレードティルトにより操舵する第６の制御ブロック４２０が図６においてより完全に記載されている。第１の制御ブロック６０２においてブレード１０４の高さが判定される。制御が第１の判定ブロック６０４に進み、ブレードの高さがブレードの高さのしきい値以上であるかを判断するブレードの高さがブレードの高さしきい値以上である場合には、制御が第２の制御ブロック６０６に進み、差動履帯速度操舵を使用して、位置またはヘッディングのエラーを修正する。ついで、図４に図示するように、制御が第６の判定ブロック４１８に進み、差動履帯速度操舵を実行する。好ましい実施例において、ブレード高さのしきい値は、地面よりもわずかに高い高さである。すなわち、ブレードが地面よりもかなり大きい距離だけ高い場合には、位置修正をより小さくするために差動履帯速度操舵を使用し、ブレードティルト操舵を使用するためにブレードを地面と係合することがより有効である。ブレードの高さしきい値設定の別の例は、単に地面レベルである。すなわち、ブレード１０４が地面にある場合には、ブレードティルト操舵が、位置およびヘッディングエラーを修正するのに使用される。ブレード１０４が地面の上にある場合には、差動履帯速度操舵が、位置とヘッディングエラーを修正するのに使用される。このように、ブレードの高さがブレードの高さしきい値よりも小さい場合には、制御が第３の制御ブロック６０８に進み、ブレードティルト操舵が位置とヘッディングのエラーを修正するのに使用される。
【００１９】
第３の制御ブロック６０８において、ブレードを傾むけることによって操舵した後には、制御が第２の判定ブロック６１０に進み、機械１０２が所望の通路とヘッディングとにもどったかどうかを判定する。第２の判定ブロック６１０は、図４に関し先に記載したように）、現在の位置とヘッディングとを更新し、該更新された現在の位置とヘッディングとに対する現在の位置とヘッディングとを更新し、現在と所望の位置と差、もしくは現在と所望のヘッディングとの差のいずれかが、位置またはヘッディングのしきい値をそれぞれ超えているかどうかを判定する。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻っていた場合には、制御は方法６００の終了に進む。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻らなかった場合には、制御が第３の判定ブロック６１２に進む。第３の判定ブロック６１２において、位置とヘッディングエラーが、十分早く減少したかについて判定がなされる。ブレードティルト操舵を用いてもエラーを十分に早く修正していない場合には、制御は第２の制御ブロック６０６に進み、ブレードティルト操舵の変わりに、差動履帯速度操舵を使用するという判定がなされる。好ましい実施例において、ブレードティルト操舵から差動履帯速度操舵までの移行では、ブレードが掘削する際に係合される地面に配置されているか、もしくは地面の上に配置されるかといったような現在要求される機能を実行するための必要な位置にブレード１０４を回転させることを含む。次いで制御が、図４に図示したように第５の制御ブロック４１８に進み、差動履帯速度操舵を実行する。
【００２０】
好ましい実施例において、エラー修正速度が、位置の更新と、更新間の時間間隔とを監視することによって求められる。例えば、先と現在の位置更新では、エラーが、例えば１秒の一回の段階で０．５メートルから０．３メートルに減少したことを表す場合には、エラーが適切に減少し、機械１０２が修正のためにブレードティルト操舵を利用し続けてもよいという判定がなされる。しかし、エラーが０．５メートルから０．４９メートルに同一の時間段階で減少した場合には、エラーが十分に短時間で減少しておらず、操舵技術が差動履帯速度操舵に変更される。機械１０２がより速く動くにつれエラーが一回の時間段階で減少されなければならない。ブレードティルト操舵が、十分に早くエラーを修正する場合には、制御が第３の制御ブロック６０８に戻されてブレードティルト操舵を続ける。方法６００は、制御が差動履帯速度操舵を実行するのに進むか、位置とヘッディングエラーが許容可能な値に減少したか、エラー取り除かれるまで続けられる。
【００２１】
好ましい実施例において、図４に図示するような、方法４００の第５の制御ブロック４１８が図７に図示するように拡張される。第１の制御ブロック７０２において、機械１０２が差動履帯速度操舵を用いて操舵される。次いで、制御が第１の判定ブロック７０４に進み、機械１０２が所望の通路とヘッディングとに戻ったかどうかを判定する。第１の判定ブロック７０４が、図４に関し先に記載したように、現在の位置及びヘッディングを更新し、更新された現在の位置とヘッディングとに関する所望の位置とヘッディングを更新し、現在と所望の位置の間の差、あるいは現在と所望のヘッディングとの間の差がそれぞれ位置またはヘッディングを超えるかどうかを判定する段階を含む。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻っていた場合には、制御は方法７００の終了に進む。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻らなかった場合には、制御が第２の判定ブロック７０６に進み、位置とヘッディングエラーが適切に減少するかどうかを判定する。エラーが、十分に早く減少する場合には、制御が第１の制御ブロック７０２に進み、差動履帯速度で操舵しつづけ位置のエラーを減少するようになる。しかし、エラーが十分に早く減少しない場合には、制御が第２の制御ブロック７０８に進行し、ブレードの負荷を判断する。たとえば、ブレード１０４が所定の高さに上昇し、機械１０２により使用されず土壌を押し出さない場合には、ブレードの負荷がほぼゼロになるか、もしくはこれに近い値になる。しかし、ブレード１０４が地面と係合する場合には、土壌、ブレード１０４上にある積載物を押し出すのに使用される。エンジントルク、牽引力、またはリフトシリンダのポンプ圧を測定することを含むブレード負荷を求めるための既存の方法がいくつかある。好ましい実施例において、ブレードの負荷はエンジントルクに対する牽引力を求めることによって求められる。ブレードの負荷を求めた後、制御が第３の判定ブロック７１０に進む。第３の判定ブロックにおいて、ブレードの負荷がブレードの負荷しきい値を超えると、制御は第３の制御ブロック７１２に進む。第３の制御ブロック７１２において、ブレードの負荷が、ブレードの負荷しきい値以下のレベルに減少される。
【００２２】
ブレードの負荷を求め７０８、ブレードの負荷がブレード負荷のしきい値を超えているかを判定し７１０、必要であれば、ブレードの負荷を減少させる７１２ことからなる図７に図示した段階は、ブレードの負荷が機械１０２の最高牽引力を超えて、機械１０２の履帯と地面との間に滑りが発生する状態を解決する。このような状態によって、機械１０２の非効率的な操作が発生することになる。ブレードの負荷を減少させる一つの方法はブレードを単に持ち上げて、ブレード１０４が押し出す土壌の容積を減少させることである。ブレードの負荷が許容可能な値に減少すると、第１の制御ブロック７０２を制御し、差動履帯速度操舵を使用しつづける。方法７００は、位置またはヘッディングエラーが許容可能な値に減少されるか、取り除かれるまでつづけられる。
【００２３】
本発明の別の実施例が、図８に記載した方法８００に記載されている。第１の制御ブロック９０２において、機械１０２の現在の位置およびヘッディングが位置決めシステム２０８によって求められる。次いで制御が第２の制御ブロック８０４に進み、機械１０２の所望の位置およびヘッディングが求められる。図４の方法４００に関し先に記載したように、所望の位置およびヘッディングがルートモニター２１０によって求められ、操舵コントローラ２０２に伝達される。
第１の判定ブロック８０６において、現在の位置が所望の位置と比較される。更に、現在のヘッディングが所望のヘッディングと比較される。現在および所望の位置の差が位置の不感帯未満であり、現在および所望のヘッディングの差がヘッディング不感帯未満である場合には、位置またはヘッディングのいかなる修正も現在のところ必要ではない。このように、制御が方法８００の終了に進む。位置の差の不感帯とヘッディングの差の不感帯は、修正作用が必要であるとされる前に超過しなければならない最小の値を表す。制御がいったん方法８００の終了に達すると、方法８００が繰り返される。
【００２４】
しかし、位置の差が位置の不感帯以上である場合には、もしくはヘッディングの差がヘッディング不感帯以上である場合には、制御が第２の判定ブロック８０８に進み，機械１０２が障害物に当たったかどうかを判定することになる。
障害物に当たったかどうかを検出するための方法では、機械１０２の位置とヘッディングおよび機械１０２のエンジンの負荷を監視することを含む。位置の読み取り値に関しては、ほとんどまたは全く変化がない状態で、ヘッディングにおいて、先の読み取り値から現在の読み取り値までの急な相当の変化がある場合には、障害物に当たった可能性がきわめて高い。
ブレード１０４がブレード１０４の中央部分にある岩に当たると、最も顕著な結果は、機械１０４が岩を通ろうとするときにエンジンの負荷が上昇する可能性があることである。このために、エンジン負荷における急な上昇、または、ヘッディングの急な変化といったこれらの状況のいずれかが存在すると、障害物に当たり、制御が第３の制御ブロック８１０に進み障害物の場所を求めるという判定がなされる。
【００２５】
第３の判定ブロック８１０において、ブレード１０４に対する障害物の場所に関して単純な判定がなされる。ヘッディングが急激に変化する場合、機械１０２が回転しようとしているブレード１０４の側部の上に岩が配置されたという判定がなされる。例えば、上述したように機械１０２が左に回転しよとうする場合、岩がブレード１０４の左側の部分の上に配置されていると推定される。
機械１０２がエンジン負荷において急激な変化を受けると、岩がブレードの中間部分にあると推定される。判定が岩の場所に関しなされると、制御が第４の制御ブロック８１２に進み、岩の場所に基づき、適切な操舵戦略法を使用して、岩を通りぬけることができる。適切な操舵戦略法を第４の制御ブロック８１２において使用する方法は、図４に図示した方法４００の第４制御ブロック４１２と同一である。
【００２６】
岩のような障害物に当たると、例えば岩を砕くように、障害物をうまく取り除くまで、機械１０２が情報を、内部か、外部にいるオペレータに伝達し、障害物の位置を知らせ、別の手段が障害物を排除するのにとられる。
第２の判定ブロック８０８を再び参照すると、障害物に当たらなかった場合には、制御が第５の判定ブロック８１４に進み、修正通路が求められる。第５の制御ブロック８１４において、土工用機械１０２に関する修正通路が求められる。上述し図５に記載したように、修正通路５１０が求められ、最も滑らかな通路５１０通路を用いることによって所望の通路に機械１０２を戻すことができるが、最短通路５１２である必要はない。更に、上述したように好ましい実施例において、第３の制御ブロックは、最高エラーしきい値を超えたかどうかを判定する段階を含む。最高エラーしきい値を超えた場合、警告フラグが設定されて、機械ガイダンスシステムに関し発生した重要な問題を表す。図８を参照すると、修正通路が判定されると、制御が第６の判定ブロックに８１６に進行しブレードの高さを求める。ブレードの高さが判定されると制御が第３の判定ブロック８１８に進む。第３の判定ブロック８１８において、比較がブレードの高さとブレードのしきい値との間でなされる。第３の判定ブロック８１８において、比較がブレードの高さとブレードのしきい値との間で行われる。ブレードの高さがブレードの高さのしきい値よりも大きい場合には、制御が第８の制御ブロック８２０に進み、差動履帯速度操舵が使用され、位置またはヘッディングエラーを修正するようになっている。しかし、ブレードの高さがブレードしきい値以下である場合には、制御が第７の制御ブロック８２２に進み、ブレードティルト操舵が位置あるいはヘッディングエラーを修正するのに使用される。ブレードティルト操舵または差動履帯操舵の、ブレードティルト操舵または差動履帯速度操舵のいずれの場合においても、操舵技術はエラーが許容可能なレベルもしくは取り除かれるまで続けられる。
【００２７】
好ましい実施例において、第７の制御ブロック８２２が、図９に図示した段階を含むように拡張される。第１の制御ブロック９０２において、ブレードティルトによる操舵が、位置あるいはヘッディングのエラーを修正するのに使用される。次いで、機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻ったかどうかを判定するのに、制御が第１の判定ブロック９０４に進む。第１の判定ブロック９０４は、図８に関連して先に記載したように、現在の位置およびヘッディングを更新し、更新された位置およびヘッディングに対し所望の位置を更新し、現在および所望の位置の間の差、もしくは現在および所望のヘッディングの差のいずれかの位置あるいはヘッディングをそれぞれ超えたかどうかを判定する段階を含む。機械１０２が所望の通路に戻っていた場合、制御は方法９００の終了に進む。機械１０２が所望の通路に戻らなかった場合には、制御は第２の判定ブロック９０６に進む。第２の判定ブロック９０６において、位置およびヘッディングのエラーが十分短時間で減少したかどうかについて判定がなされる。ブレードティルト操舵を使用してもエラーを十分に短時間で修正できない場合には、制御が第２の判定ブロック９０８に進み、ブレードティルト操舵の代わりに差動履帯速度操舵を使用する判定がなされる。好ましい実施例において、ブレードティルト操舵から差動履帯速度操舵に移行することはブレード１０４を必要な位置に戻し、ブレードが掘削の際に地面と係合するように配置されるか、もしくは地面の上に配置されるといった現在必要とされる機能を実行することを含む。次いで制御が、図８に図示するような第８の制御ブロック８２０に進み、差動履帯速度操舵を実行する。位置とヘッディングのエラーが十分に短時間で減少した場合、制御は第１の制御ブロック９０２に進み、ブレードティルト方法によって操舵を反復する。ブレードティルト方法によって操舵することは、制御が差動履帯速度操舵を実行するように進み、位置あるいはヘッディングのエラーが許容可能な値に減少されたか、取り除かれるまで反復される。
【００２８】
好ましい実施例において、図８に図示するように方法８００の第８の制御ブロック８２０が図７に図示するように拡張される。方法７００は、位置およびヘッディングエラーが許容可能な値に減少されるか、取り除かれるまで続く。
図４と図８のそれぞれに図示した、本発明の２つの実施例の間の主な差は、図４に図示した本発明の実施例が位置及びへディングの差の大きさを使用して、操舵技術の選択に関する最初の判定を行うことである。しかし、図８に図示した本発明の実施例では、ブレード１０４の高さを用いて操舵技術に関する最初の判定を行う。図８に図示した実施例の前提は、ブレードがすでに地面にある場合、あるいは地面よりわずかな距離だけ持ちあがっている場合のいずれかのときに、最初のブレードティルト操舵が、位置およびヘッディングのエラーを修正するのに用いられることである。
【００２９】
図面を参照すると、作用において、本発明は、ブレードと第１および第２の履帯を有する土工用機械のための操舵法を選択するための方法を提供する。本発明の１実施例では、機械の位置およびヘッディングのエラーに基づいた操舵法を選択することを含む。本発明の別の実施例において、操舵法は、作業具の高さと、位置およびヘッディングの差に基づいて選択される。
本発明は、手動で作動されるかもしくは半自律式にまたは自律式に作動される土工用機械１０２に関し操作できる。手動操作の１実施例において、ディスプレー（図示せず）が設けられる。手動操作中に使用される本発明の１実施例において、本発明はオペレータに操舵の推奨を表示する。操舵の推奨は、選択された操舵技術と、これに関連した情報に基づいている。操舵の推奨は、現在の位置およびヘッディングのエラー、該エラーを解決するのに使用される推奨された操舵技術、および所望の通路に近づくのに取られる修正通路とを含む。修正された操舵推奨に基づいて、オペレータが、機械１０２の位置およびヘッディングエラーを減少させようとする。
【００３０】
本発明の最終的な目的は、土工用機械１０２が最も効率的な手段で作業現場において作動できることである。本発明は、作業現場上で作動する複数の機械の操作の一部である、モービル機械１０２に関する作動をおこなうことができる。位置およびヘッディングのエラーおよびブレードの高さに基づいて操舵法を選択するための利点の１つは、この方法が、作業現場での作業中において作業現場に関し重要な要因である、位置およびヘッディングのエラーを修正することに直接関連する問題を解決することである。作業現場を処理中の位置およびヘッディングの修正は、特に複数の機械が作業現場において自律的に作業するときに重要である。
本発明の別の態様、目的、利点及び用途は、図面、発明の開示及び請求の範囲から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】作業現場で作動する土工用機械の該略図である。
【図２】本発明を実行するための装置のブロック線図である。
【図３】ブレードおよびこれに組み合わされるティルト、リフト及び角度シリンダの該略図である。
【図４】本発明の１実施例を表すフロー線図である。
【図５】現在と所望の通路とを備えた作業現場の該略図である。
【図６】ブレードティルト操舵を使用する決定のフローの拡大図を表すフロー線図である。
【図７】差動履帯操舵を使用する決定のフロー拡大図を表すフロー線図である。
【図８】本発明の第２の実施例を表すフロー線図である。
【図９】ブレードティルト操舵をいつ使用するかを判定するために使用される方法の１実施例を表すフロー線図である。
【符号】
１０２． 土工用機械
１０４． ブレード
１０６． 履帯
２００． 機械ガイダンスシステム
２０２． 操舵コントローラ
２０４． 履帯コントローラ
２０６． 作業具コントローラ
２０８． 位置決めシステム
２１０． ルートコントローラ
３０２． ティルトシリンダ
３０４． リフトシリンダ
３０６． 角度シリンダ
５０２． 所望の通路
５０４． 実際の通路
５０６． 所望の位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に土工用機械の操舵技術を決定することに関する。より詳細には、機械の位置エラーとブレ−ドの高さとに基づいて土工用機械の操舵技術を選択するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業現場を監視し続け、作動費用を削減しようとするにつれ、土工用機械の作動の効率を高めることが、ますます重要になってきている。作業現場において、土工用機械を効率的に作動させる１態様は、機械が効率的な手段で作業現場を進行することを確実にすることである。いくつかの要因のために、土工用機械が作業現場を作動している間、所望のコースからそれることがある。これらの要因には、土壌の状態および予測されるブレード荷重に対する実際の荷重、等がある。これらの要因は、機械が、手動モード、半自動モード、あるいは自動モードで作動しているかどうかに関係なく、作業現場の進行に影響を及ぼす。位置エラ−が発生した場合、すなわち機械が所望のコースからはずれる場合、機械を所望のコースに戻すよう操舵するのに用いることのできる多くの操舵技術がある。これらの操舵技術には、ブレードティルト操舵および差動履帯速度操舵がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
各操舵技術は、土工用機械の現在の状態によって、他方の技術と比較すると利点を有する。位置エラーが発生したときに、どの操舵技術を使用するかを選択することは、機械の全体の効率に影響を及ぼす。
本発明は、上述の１つか、２つ以上の問題を解決するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様において、ブレードと、第１と第２の履帯とを有する土工用機械を操舵するための方法を開示する。この方法は、土工用機械の現在位置と所望の位置とを求め、現在の位置と所望の位置とを比較し、これに応答して位置の差を求める段階を含む。この方法では、位置の差に応答して、ブレードティルト操舵または差動履帯速度操舵のいずれかを用いることにより土工用機械を操舵する段階を含む。
本発明の別の態様において、ブレードと、第１および第２の履帯を有する土工用機械を操舵するための方法を提供する。この方法は、ブレード土工用機械の現在位置と所望の位置とを求め、現在の位置と所望の位置とを比較し、これに応答して位置の差を求める段階を含む。さらに、この方法では、ブレードの位置を求め、該ブレードの位置とブレード高さのしきい値とを比較し、これに応じてブレードの高さの差を求める段階を含む。更に、本発明は、ブレードティルト操舵または差動履帯速度操舵のいずれかを用いることによって土工用機械を操舵する段階を含む。
【０００５】
本発明の別の態様において、ブレードと第１および第２の履帯を有する土工用機械を操舵するための方法を提供する。この方法は、土工用機械の現在の位置と所望の位置を求め、現在の位置と所望の位置を比較し、これに応答して、位置の差を求める段階からなる。この方法では、さらに、位置の差に応答して土工用機械のオペレータに操舵推奨を表示する段階を含む。
本発明の別の態様において、ブレードと第１および第２の履帯とを有する土工用機械を操舵するための方法を提供する。この方法では、土工用機械の現在及び所望の位置を求め、現在の位置と所望の位置を比較し、これに応答して位置の差を判定する段階を含む。さらに、この方法では、ブレードの位置を判定し、ブレードの位置とブレードの高さしきい値とを比較し、これに応答してブレードの高さの差を求める段階を含む。この方法は、さらに、ブレードの高さの差に応答して、土工用機械のオペレータに操舵の推奨を表示する段階を含む。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明は、土工用機械１０２を操舵するための方法を提供する。土工用機械１０２は、ブレード１０４と第１および第２の履帯１０６（１つのみを図示する）とを含む。
土工用機械１０２は、作業現場１０８を進行するのに、手動、自動式あるいは半自動式に作動すればよい。土工用機械１０２は、履帯式トラクタ−として図示されているが、本発明の精神を逸脱することなく別の種類の履帯式土工用機械に置き換えることができる。
図２を参照すると、本発明は機械ガイダンスシステム２００を含む。機械ガイダンスシステム２００は、操舵コントローラ２０２、履帯コントローラ２０４、作業具コントローラ２０６、およびルートモニター２１０を含む。履帯コントローラ２０４は、操舵コントローラ２０２から操舵コマンドを受信し、機械１０２の履帯１０６を制御することによってコマンドを実行する。
【０００７】
作業具コントローラ２０６は、作業具制御コマンドを受信し、コマンドを適切な信号に変換して作業具１０４を扱うようになっている。例えば、図３は、油圧システム３００に接続されたブレード１０４を図示しており、ティルトシリンダ３０２、リフトシリンダ３０４、および角シリンダ３０６とを含む。好ましい実施例において、機械１０２がブレードティルト操舵を使用すると、作業具コントローラ２０４は制御コマンドを受信し、該コマンドを必要な信号に変換し、リフト、ティルトおよび角シリンダ３０２，３０４、３０６を制御し、ブレ−ド１０４を適切に位置決めするようになっている。好ましくは、操舵コントローラ２０２は、ソフトウェアで実行され、ＲＡＭとＲＯＭ（双方とも図示せず）を含むマイクロプロッサべースのシステムで実行される。
【０００８】
図２に図示されている位置決めシステム２０８は、全地球的基準システムまたは局所的基準システム（図示せず）のいずれかに対し、機械１０２の位置を求める。好ましい実施例において、本発明を参照した計算は、局所座標系内で行われる。局所座標系を用いることで、例えば、機械１０２が丘の上に配置されるときに、複雑な計算を少なくする。位置決めシステム２０８は、例えば全地球航法（ＧＰＳ）、レーザ面がベースのシステム、あるいは他の適当なシステム、もしくはこれらの組み合わせのような適当な位置決めシステムを含んでいればよい。位置決めシステム２０８は、位置の推定の正確さを高めるように、例えば機械１０２上に配置された超音波センサーのような別のセンサー（図示せず）を含んでいてもよい。好ましい実施例において、位置決めシステム２０８は、ＧＰＳと慣性航法装置（ＩＮＳ）（図示せず）を含む。ＩＮＳシステムは、機械１０２が連続して位置情報を受け取ることができるようにする。連続した位置情報は、ＧＰＳが受け取られなかった場合に有効である。例えば、ＧＰＳ信号が、広い範囲の山のためにブロックされる場合でも、機械１０２は、ＩＮＳ位置情報にアクセス可能な状態である。
【０００９】
好ましい実施例において、ルートモニター２１０は、機械１０２が、作業現場上１０８を進行するときに、この機械１０２が続く所望の通路を求めるようになっている。所定時間における、機械１０２の所望の位置は、機械１０２が進むべき所望の通路に基づく。所望の通路は、Ｂスプライン曲線の３次元球体において２点を接続するパラメータの表示により表される。ルートモニター２１０は、機械１０２の上か、あるいは、機械１０２から離れて、例えば、ベースステーションに配置された機械１０２、別個の土工用機械（図示せず）、別個のコンピュータ機械（図示せず）の上のいずれかに配置されていればよい。ルートモニター２１０が、機械１０２から離れて配置されている場合には、ルートプラナー２１０が、ワイヤレス通信システム（図示せず）のような通信手段を介し操舵コントローラ２０２と通信する。
【００１０】
作業現場１０８において、機械１０２の操作中には、ブレードティルト操舵、および差動履帯速度操舵といった２つの主な操舵法がある。図４を参照すると、位置エラーに基づいて使用するための操舵技術を決定するための本発明の１実施例を表すフロー線図が図示されている。第１の制御ブロック４０２において、機械の現在の位置とヘッディングが求められる。現在の位置とヘッディングが、位置決めシステム２０８により判断される。第２の制御ブロックにおいて４０４において、機械１０２の所望の位置とヘッディングが判断される。所望の位置とヘッディングがルートモニター２１０により判断され、操舵コントローラ２０２に通信される。好ましい実施例において、図５に示すように、所望の位置５０６は所望の通路５０２を実際の通路５０４と比較することによって求められる。所望の位置５０６は、現在の位置５０８と所望の通路との間の最短距離５１２を測定することによって判断される。所望の位置５０６は、所望の通路５０２に対する最短通路５１２と、所望の通路５０２との交差部分に位置付けされる。所望の位置５０６を求めるための別の方法は、機械速度と消費した時間とに基づいて所望の通路５０２に沿って所望の進行を追跡することによる。
【００１１】
第１の判定ブロック４０６において、現在の位置が所望の位置と比較される。さらに、現在のヘッディングが所望のヘッディングと比較される。現在と所望の位置の差が、位置の不感帯よりも小さい場合と、現在および所望のヘッディングの差がヘッディング不感帯よりも小さい場合には、現在の位置またはヘッディングいずれかの修正が必要とされる。従って、制御は、方法４００の終了に進む。位置の差の不感帯とヘディング差の不感帯とは、修正作動が必要であるとみなされる前に超過しなければならない最低の値を表す。制御が方法４００の終了に達すると、方法４００が繰り返される。
しかし、位置の差が位置不感帯よりも大きいか、もしくは、ヘッディングの差が、ヘッディングの不感帯よりも大きい場合には、制御が第２の判定ブロック４０８に進み、機械１０２が障害物に当たったかどうかを判定する。
【００１２】
作業現場１０８での作業中に機械１０２が岩のような障害物に当たる可能性がある。岩の大きさと場所とによって、別の解決策が用いられて、岩を通り過ぎようとする。これらの解決策は、岩の上を動くこと、岩を削ること、岩を切断してこの岩の周りを動くことを含む。このように、第２の判定ブロック４０８において、障害物に当たったかどうかの判定がなされる。障害物に当たったかどうかを判断する方法は、機械１０２の位置とヘッディングおよび機械１０２のエンジンの負荷を監視することを含む。位置の読み取り値にほとんど、もしくはまったく変化がない状態で、ヘッディングにおける先の読み取り値と現在の読み取り値との間に急な相当の変化がある場合には、障害物と当たった可能性がかなり高い。例えば、ブレード１０４の左前側部分が岩とぶつかる場合には、岩があるブレード１０４上の地点の周りを左に回転するように機械１０２のヘッディングが変わることが結果としてありうる。しかし、機械１０２が左に回転すると、機械の実際の位置における変化はほとんどない。
【００１３】
しかし、ブレード１０４が、該ブレード１０４の中間部分に配置された岩に当たると、ほとんどの場合、明白な結果として、機械１０４が、岩を通って動こうとするときにエンジン負荷が上昇することになる。このように、エンジン負荷の急激な上昇、またはヘッディングの急激な変化といったような状態のいずれかが存在する場合には、障害物に当たったという判定がなされ、制御は第３の制御ブロック４１０に進み障害物の場所を求めることになる。
第３の制御ブロック４１０において、一回の判定がブレード１０４に対する障害物の場所に関しなされる。ヘッディングが急激に変更された場合、機械１０２が動こうとしているブレード１０４の側部に岩があるという判定がなされる。例えば上述したように、機械１０２が左に回転している場合、岩がブレード１０４の左部分に配置されているという推定がなされる。
【００１４】
機械１０２が、エンジン負荷に関し急激な変化を受けると、岩がブレードの中間部分に位置しているという推定がなされる。判定が岩の位置についてなされると、制御が第４の制御ブロック４１２に進み、岩の場所に基づいて、適切な操舵戦略法を用いて、岩を乗り越えようとする。
好ましい実施例において、岩がブレードの中央部分にあると、第１段階では、機械１０２が岩の上方を単に動くことができるかどうかを見るために、ブレードをわずかに上昇させることである。所望の目的は、岩に当たる前に存在したブレード上の荷重を維持しながら、岩をどけることである。このように、ブレード１０４をわずかに上昇させることのみが岩をどけるのに機能する。このように動くには岩が大きすぎる場合には、次の段階は、バックアップして、ブレードの負荷を減少させ、岩を削るか、もしくは岩の上部を取り除くかのいずれかを行うとすることである。岩を削ったり、岩の上部を取り除こうとする試みが失敗に終わると、最後の手段として、機械１０２を岩の周りに導くルートモニター２１０によってルートが求められる。
【００１５】
岩がブレード１０４の左右のいずれかに当たると、ブレード１０４の負荷が減少し、岩を掘り出そうとする試みがなされる。岩を削り出すことが機能しない場合には、ブレード１０４をわずかに傾けるという試みがなされ、岩が置かれたブレード１０４の一部が岩を進むことができるようになる。ブレード１０４を傾斜させることで、機械１０２が岩を砕くことができない場合には、機械１０２はわずかにバックアップし、差動履帯速度またはブレード傾斜とによって操舵し、機械１０２のヘッディングは、機械１０２が岩の周りを駆動するのに十分に変わることになる。障害物に打ち勝つと、制御が方法４００の終了に進む。
岩のような障害物にぶつかると、例えば岩を削るようにして障害物がうまく取り除かれるまで、機械１０２が情報を、内部か外部にいるオペレータに伝達し、障害物の場所を表し、障害物を取り除くのに別の手段をとることができる。
【００１６】
もう一度、第２の判定ブロック４０８を参照すると、障害物にぶつからなかった場合には、制御は、第５の判定ブロック４１４に進行し、修正された通路が求められる。
第５の判定ブロック４１４において、土工用機械１０２の修正通路が求められる。好ましい実施例において、図５に示すように最短通路５１２である必要はないが、最もなだらかな通路５１０を用いることによって、機械１０２を所望の通路に戻すことができる、修正通路５１０が求められる。最もなだらかな通路は現在の作業機能を混乱させることなく、例えば９０度の回転を要求することで、所望の通路に戻して最短距離をとることができる。好ましい実施例において、第５の制御ブロック４１４は位置誤差の大きさも判定する。誤差の大きさが最高誤差しきい値を超えると、警告フラッグが設定される。最高誤差しきい値が最高誤差を表し、超過する場合には、機械ガイダンスシステム２００に関連し深刻な問題があることを示唆する。所望の通路から大きく外れた機械１０２に関しては、位置決めシステム２０８が機能しないこと、履帯コントローラ２０４または作業具コントローラ２０６が機能しないこと、といった重要な問題が必ず存在するか、あるいは作業現場１０８上で障害物に当たったと考えられる。深刻な問題が発生したということを、外部か内部にいるオペレータに示唆するのに警告フラグが用いられてもよい。好ましい実施例において、外部または内部にいるオペレータへの通知は、該オペレータに位置エラーメッセージを表示することによって実行される。位置エラーメッセージは、位置およびヘッディングエラーと、エラーの可能性のある原因及び該エラーを解決するための推奨と、を含んでいればよい。さらに、警告フラグは、機械１０２に関するハードウェアシステムの診断を実行するために、機械ガイダンスシステム２００により使用されてもよい。最高エラーしきい値の例では、４メートルの位置エラーを含む。図４を参照すると、修正通路が求められると、制御は第３の判定ブロック４１６に進む。
【００１７】
第３の判定ブロック４１６において、現在と所望の位置の間の差が位置エラーしきい値よりも大きい場合には、もしくは現在と所望のヘッディングとの差がヘッディングしきい値よりも大きい場合には、制御が第６の制御判定ブロック４１８に進み、機械１０２が差動履帯速度により操舵される。しかし、現在と所望の位置の差が、位置エラーしきい値以下である場合と、現在と所望のヘッディングの差がヘッディングしきい値以下である場合には、制御は第７の制御ブロック４２０に進み、機械１０２がブレードの傾斜により操舵される。位置エラーしきい値とヘッディングエラーしきい値とは、本発明の本実施例において位置またはヘッディングエラーが大きいか、小さいかを識別するしきい値である。図４に記載した本発明の実施例では、差動履帯速度操舵を使用して、大きなエラーがある場合には位置またはヘッディングエラーを修正し、エラーが小さい場合にはブレードティルト操舵を修正する。
【００１８】
本発明をより理解するために、ブレードティルトにより操舵する第６の制御ブロック４２０が図６においてより完全に記載されている。第１の制御ブロック６０２においてブレード１０４の高さが判定される。制御が第１の判定ブロック６０４に進み、ブレードの高さがブレードの高さのしきい値以上であるかを判断するブレードの高さがブレードの高さしきい値以上である場合には、制御が第２の制御ブロック６０６に進み、差動履帯速度操舵を使用して、位置またはヘッディングのエラーを修正する。ついで、図４に図示するように、制御が第６の判定ブロック４１８に進み、差動履帯速度操舵を実行する。好ましい実施例において、ブレード高さのしきい値は、地面よりもわずかに高い高さである。すなわち、ブレードが地面よりもかなり大きい距離だけ高い場合には、位置修正をより小さくするために差動履帯速度操舵を使用し、ブレードティルト操舵を使用するためにブレードを地面と係合することがより有効である。ブレードの高さしきい値設定の別の例は、単に地面レベルである。すなわち、ブレード１０４が地面にある場合には、ブレードティルト操舵が、位置およびヘッディングエラーを修正するのに使用される。ブレード１０４が地面の上にある場合には、差動履帯速度操舵が、位置とヘッディングエラーを修正するのに使用される。このように、ブレードの高さがブレードの高さしきい値よりも小さい場合には、制御が第３の制御ブロック６０８に進み、ブレードティルト操舵が位置とヘッディングのエラーを修正するのに使用される。
【００１９】
第３の制御ブロック６０８において、ブレードを傾むけることによって操舵した後には、制御が第２の判定ブロック６１０に進み、機械１０２が所望の通路とヘッディングとにもどったかどうかを判定する。第２の判定ブロック６１０は、図４に関し先に記載したように）、現在の位置とヘッディングとを更新し、該更新された現在の位置とヘッディングとに対する現在の位置とヘッディングとを更新し、現在と所望の位置と差、もしくは現在と所望のヘッディングとの差のいずれかが、位置またはヘッディングのしきい値をそれぞれ超えているかどうかを判定する。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻っていた場合には、制御は方法６００の終了に進む。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻らなかった場合には、制御が第３の判定ブロック６１２に進む。第３の判定ブロック６１２において、位置とヘッディングエラーが、十分早く減少したかについて判定がなされる。ブレードティルト操舵を用いてもエラーを十分に早く修正していない場合には、制御は第２の制御ブロック６０６に進み、ブレードティルト操舵の変わりに、差動履帯速度操舵を使用するという判定がなされる。好ましい実施例において、ブレードティルト操舵から差動履帯速度操舵までの移行では、ブレードが掘削する際に係合される地面に配置されているか、もしくは地面の上に配置されるかといったような現在要求される機能を実行するための必要な位置にブレード１０４を回転させることを含む。次いで制御が、図４に図示したように第５の制御ブロック４１８に進み、差動履帯速度操舵を実行する。
【００２０】
好ましい実施例において、エラー修正速度が、位置の更新と、更新間の時間間隔とを監視することによって求められる。例えば、先と現在の位置更新では、エラーが、例えば１秒の一回の段階で０．５メートルから０．３メートルに減少したことを表す場合には、エラーが適切に減少し、機械１０２が修正のためにブレードティルト操舵を利用し続けてもよいという判定がなされる。しかし、エラーが０．５メートルから０．４９メートルに同一の時間段階で減少した場合には、エラーが十分に短時間で減少しておらず、操舵技術が差動履帯速度操舵に変更される。機械１０２がより速く動くにつれエラーが一回の時間段階で減少されなければならない。ブレードティルト操舵が、十分に早くエラーを修正する場合には、制御が第３の制御ブロック６０８に戻されてブレードティルト操舵を続ける。方法６００は、制御が差動履帯速度操舵を実行するのに進むか、位置とヘッディングエラーが許容可能な値に減少したか、エラー取り除かれるまで続けられる。
【００２１】
好ましい実施例において、図４に図示するような、方法４００の第５の制御ブロック４１８が図７に図示するように拡張される。第１の制御ブロック７０２において、機械１０２が差動履帯速度操舵を用いて操舵される。次いで、制御が第１の判定ブロック７０４に進み、機械１０２が所望の通路とヘッディングとに戻ったかどうかを判定する。第１の判定ブロック７０４が、図４に関し先に記載したように、現在の位置及びヘッディングを更新し、更新された現在の位置とヘッディングとに関する所望の位置とヘッディングを更新し、現在と所望の位置の間の差、あるいは現在と所望のヘッディングとの間の差がそれぞれ位置またはヘッディングを超えるかどうかを判定する段階を含む。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻っていた場合には、制御は方法７００の終了に進む。機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻らなかった場合には、制御が第２の判定ブロック７０６に進み、位置とヘッディングエラーが適切に減少するかどうかを判定する。エラーが、十分に早く減少する場合には、制御が第１の制御ブロック７０２に進み、差動履帯速度で操舵しつづけ位置のエラーを減少するようになる。しかし、エラーが十分に早く減少しない場合には、制御が第２の制御ブロック７０８に進行し、ブレードの負荷を判断する。たとえば、ブレード１０４が所定の高さに上昇し、機械１０２により使用されず土壌を押し出さない場合には、ブレードの負荷がほぼゼロになるか、もしくはこれに近い値になる。しかし、ブレード１０４が地面と係合する場合には、土壌、ブレード１０４上にある積載物を押し出すのに使用される。エンジントルク、牽引力、またはリフトシリンダのポンプ圧を測定することを含むブレード負荷を求めるための既存の方法がいくつかある。好ましい実施例において、ブレードの負荷はエンジントルクに対する牽引力を求めることによって求められる。ブレードの負荷を求めた後、制御が第３の判定ブロック７１０に進む。第３の判定ブロックにおいて、ブレードの負荷がブレードの負荷しきい値を超えると、制御は第３の制御ブロック７１２に進む。第３の制御ブロック７１２において、ブレードの負荷が、ブレードの負荷しきい値以下のレベルに減少される。
【００２２】
ブレードの負荷を求め７０８、ブレードの負荷がブレード負荷のしきい値を超えているかを判定し７１０、必要であれば、ブレードの負荷を減少させる７１２ことからなる図７に図示した段階は、ブレードの負荷が機械１０２の最高牽引力を超えて、機械１０２の履帯と地面との間に滑りが発生する状態を解決する。このような状態によって、機械１０２の非効率的な操作が発生することになる。ブレードの負荷を減少させる一つの方法はブレードを単に持ち上げて、ブレード１０４が押し出す土壌の容積を減少させることである。ブレードの負荷が許容可能な値に減少すると、第１の制御ブロック７０２を制御し、差動履帯速度操舵を使用しつづける。方法７００は、位置またはヘッディングエラーが許容可能な値に減少されるか、取り除かれるまでつづけられる。
【００２３】
本発明の別の実施例が、図８に記載した方法８００に記載されている。第１の制御ブロック９０２において、機械１０２の現在の位置およびヘッディングが位置決めシステム２０８によって求められる。次いで制御が第２の制御ブロック８０４に進み、機械１０２の所望の位置およびヘッディングが求められる。図４の方法４００に関し先に記載したように、所望の位置およびヘッディングがルートモニター２１０によって求められ、操舵コントローラ２０２に伝達される。
第１の判定ブロック８０６において、現在の位置が所望の位置と比較される。更に、現在のヘッディングが所望のヘッディングと比較される。現在および所望の位置の差が位置の不感帯未満であり、現在および所望のヘッディングの差がヘッディング不感帯未満である場合には、位置またはヘッディングのいかなる修正も現在のところ必要ではない。このように、制御が方法８００の終了に進む。位置の差の不感帯とヘッディングの差の不感帯は、修正作用が必要であるとされる前に超過しなければならない最小の値を表す。制御がいったん方法８００の終了に達すると、方法８００が繰り返される。
【００２４】
しかし、位置の差が位置の不感帯以上である場合には、もしくはヘッディングの差がヘッディング不感帯以上である場合には、制御が第２の判定ブロック８０８に進み，機械１０２が障害物に当たったかどうかを判定することになる。
障害物に当たったかどうかを検出するための方法では、機械１０２の位置とヘッディングおよび機械１０２のエンジンの負荷を監視することを含む。位置の読み取り値に関しては、ほとんどまたは全く変化がない状態で、ヘッディングにおいて、先の読み取り値から現在の読み取り値までの急な相当の変化がある場合には、障害物に当たった可能性がきわめて高い。
ブレード１０４がブレード１０４の中央部分にある岩に当たると、最も顕著な結果は、機械１０４が岩を通ろうとするときにエンジンの負荷が上昇する可能性があることである。このために、エンジン負荷における急な上昇、または、ヘッディングの急な変化といったこれらの状況のいずれかが存在すると、障害物に当たり、制御が第３の制御ブロック８１０に進み障害物の場所を求めるという判定がなされる。
【００２５】
第３の判定ブロック８１０において、ブレード１０４に対する障害物の場所に関して単純な判定がなされる。ヘッディングが急激に変化する場合、機械１０２が回転しようとしているブレード１０４の側部の上に岩が配置されたという判定がなされる。例えば、上述したように機械１０２が左に回転しよとうする場合、岩がブレード１０４の左側の部分の上に配置されていると推定される。
機械１０２がエンジン負荷において急激な変化を受けると、岩がブレードの中間部分にあると推定される。判定が岩の場所に関しなされると、制御が第４の制御ブロック８１２に進み、岩の場所に基づき、適切な操舵戦略法を使用して、岩を通りぬけることができる。適切な操舵戦略法を第４の制御ブロック８１２において使用する方法は、図４に図示した方法４００の第４制御ブロック４１２と同一である。
【００２６】
岩のような障害物に当たると、例えば岩を砕くように、障害物をうまく取り除くまで、機械１０２が情報を、内部か、外部にいるオペレータに伝達し、障害物の位置を知らせ、別の手段が障害物を排除するのにとられる。
第２の判定ブロック８０８を再び参照すると、障害物に当たらなかった場合には、制御が第５の判定ブロック８１４に進み、修正通路が求められる。第５の制御ブロック８１４において、土工用機械１０２に関する修正通路が求められる。上述し図５に記載したように、修正通路５１０が求められ、最も滑らかな通路５１０通路を用いることによって所望の通路に機械１０２を戻すことができるが、最短通路５１２である必要はない。更に、上述したように好ましい実施例において、第３の制御ブロックは、最高エラーしきい値を超えたかどうかを判定する段階を含む。最高エラーしきい値を超えた場合、警告フラグが設定されて、機械ガイダンスシステムに関し発生した重要な問題を表す。図８を参照すると、修正通路が判定されると、制御が第６の判定ブロックに８１６に進行しブレードの高さを求める。ブレードの高さが判定されると制御が第３の判定ブロック８１８に進む。第３の判定ブロック８１８において、比較がブレードの高さとブレードのしきい値との間でなされる。第３の判定ブロック８１８において、比較がブレードの高さとブレードのしきい値との間で行われる。ブレードの高さがブレードの高さのしきい値よりも大きい場合には、制御が第８の制御ブロック８２０に進み、差動履帯速度操舵が使用され、位置またはヘッディングエラーを修正するようになっている。しかし、ブレードの高さがブレードしきい値以下である場合には、制御が第７の制御ブロック８２２に進み、ブレードティルト操舵が位置あるいはヘッディングエラーを修正するのに使用される。ブレードティルト操舵または差動履帯操舵の、ブレードティルト操舵または差動履帯速度操舵のいずれの場合においても、操舵技術はエラーが許容可能なレベルもしくは取り除かれるまで続けられる。
【００２７】
好ましい実施例において、第７の制御ブロック８２２が、図９に図示した段階を含むように拡張される。第１の制御ブロック９０２において、ブレードティルトによる操舵が、位置あるいはヘッディングのエラーを修正するのに使用される。次いで、機械１０２が所望の通路とヘッディングに戻ったかどうかを判定するのに、制御が第１の判定ブロック９０４に進む。第１の判定ブロック９０４は、図８に関連して先に記載したように、現在の位置およびヘッディングを更新し、更新された位置およびヘッディングに対し所望の位置を更新し、現在および所望の位置の間の差、もしくは現在および所望のヘッディングの差のいずれかの位置あるいはヘッディングをそれぞれ超えたかどうかを判定する段階を含む。機械１０２が所望の通路に戻っていた場合、制御は方法９００の終了に進む。機械１０２が所望の通路に戻らなかった場合には、制御は第２の判定ブロック９０６に進む。第２の判定ブロック９０６において、位置およびヘッディングのエラーが十分短時間で減少したかどうかについて判定がなされる。ブレードティルト操舵を使用してもエラーを十分に短時間で修正できない場合には、制御が第２の判定ブロック９０８に進み、ブレードティルト操舵の代わりに差動履帯速度操舵を使用する判定がなされる。好ましい実施例において、ブレードティルト操舵から差動履帯速度操舵に移行することはブレード１０４を必要な位置に戻し、ブレードが掘削の際に地面と係合するように配置されるか、もしくは地面の上に配置されるといった現在必要とされる機能を実行することを含む。次いで制御が、図８に図示するような第８の制御ブロック８２０に進み、差動履帯速度操舵を実行する。位置とヘッディングのエラーが十分に短時間で減少した場合、制御は第１の制御ブロック９０２に進み、ブレードティルト方法によって操舵を反復する。ブレードティルト方法によって操舵することは、制御が差動履帯速度操舵を実行するように進み、位置あるいはヘッディングのエラーが許容可能な値に減少されたか、取り除かれるまで反復される。
【００２８】
好ましい実施例において、図８に図示するように方法８００の第８の制御ブロック８２０が図７に図示するように拡張される。方法７００は、位置およびヘッディングエラーが許容可能な値に減少されるか、取り除かれるまで続く。
図４と図８のそれぞれに図示した、本発明の２つの実施例の間の主な差は、図４に図示した本発明の実施例が位置及びへディングの差の大きさを使用して、操舵技術の選択に関する最初の判定を行うことである。しかし、図８に図示した本発明の実施例では、ブレード１０４の高さを用いて操舵技術に関する最初の判定を行う。図８に図示した実施例の前提は、ブレードがすでに地面にある場合、あるいは地面よりわずかな距離だけ持ちあがっている場合のいずれかのときに、最初のブレードティルト操舵が、位置およびヘッディングのエラーを修正するのに用いられることである。
【００２９】
図面を参照すると、作用において、本発明は、ブレードと第１および第２の履帯を有する土工用機械のための操舵法を選択するための方法を提供する。本発明の１実施例では、機械の位置およびヘッディングのエラーに基づいた操舵法を選択することを含む。本発明の別の実施例において、操舵法は、作業具の高さと、位置およびヘッディングの差に基づいて選択される。
本発明は、手動で作動されるかもしくは半自律式にまたは自律式に作動される土工用機械１０２に関し操作できる。手動操作の１実施例において、ディスプレー（図示せず）が設けられる。手動操作中に使用される本発明の１実施例において、本発明はオペレータに操舵の推奨を表示する。操舵の推奨は、選択された操舵技術と、これに関連した情報に基づいている。操舵の推奨は、現在の位置およびヘッディングのエラー、該エラーを解決するのに使用される推奨された操舵技術、および所望の通路に近づくのに取られる修正通路とを含む。修正された操舵推奨に基づいて、オペレータが、機械１０２の位置およびヘッディングエラーを減少させようとする。
【００３０】
本発明の最終的な目的は、土工用機械１０２が最も効率的な手段で作業現場において作動できることである。本発明は、作業現場上で作動する複数の機械の操作の一部である、モービル機械１０２に関する作動をおこなうことができる。位置およびヘッディングのエラーおよびブレードの高さに基づいて操舵法を選択するための利点の１つは、この方法が、作業現場での作業中において作業現場に関し重要な要因である、位置およびヘッディングのエラーを修正することに直接関連する問題を解決することである。作業現場を処理中の位置およびヘッディングの修正は、特に複数の機械が作業現場において自律的に作業するときに重要である。
本発明の別の態様、目的、利点及び用途は、図面、発明の開示及び請求の範囲から得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】作業現場で作動する土工用機械の該略図である。
【図２】本発明を実行するための装置のブロック線図である。
【図３】ブレードおよびこれに組み合わされるティルト、リフト及び角度シリンダの該略図である。
【図４】本発明の１実施例を表すフロー線図である。
【図５】現在と所望の通路とを備えた作業現場の該略図である。
【図６】ブレードティルト操舵を使用する決定のフローの拡大図を表すフロー線図である。
【図７】差動履帯操舵を使用する決定のフロー拡大図を表すフロー線図である。
【図８】本発明の第２の実施例を表すフロー線図である。
【図９】ブレードティルト操舵をいつ使用するかを判定するために使用される方法の１実施例を表すフロー線図である。
【符号】
１０２． 土工用機械
１０４． ブレード
１０６． 履帯
２００． 機械ガイダンスシステム
２０２． 操舵コントローラ
２０４． 履帯コントローラ
２０６． 作業具コントローラ
２０８． 位置決めシステム
２１０． ルートコントローラ
３０２． ティルトシリンダ
３０４． リフトシリンダ
３０６． 角度シリンダ
５０２． 所望の通路
５０４． 実際の通路
５０６． 所望の位置
Claims (9)
- ブレードと、第１および第２の履帯とを有する土工用機械を操舵するための方法であって、
前記土工用機械の現在の位置を求め、
前記土工用機械の所望の位置を求め、
前記現在の位置と前記所望の位置とを比較し、これに応答して、位置の差を求め、
前記位置の差を位置エラーしきい値と比較し、
該位置の差が前記位置エラーしきい値より小さいか又は等しいとき、ブレードティルト操作による操舵を選択し、該位置の差が前記位置エラーしきい値よりも大きいとき、差動履帯速度操作による操舵を選択し、
選択した操舵によって前記土工用機械を操舵する、
段階からなる方法。 - ブレードと、第１および第２の履帯とを有する土工用機械を操舵するための方法であって、
前記土工用機械の現在の位置を求め、
前記土工用機械の所望の位置を求め、
前記現在の位置と前記所望の位置とを比較し、これに応答して、位置の差を求め、
前記位置の差を位置エラーしきい値と比較し、
前記ブレードの位置を求めてブレードの高さしきい値と比較し、前記ブレードの位置が前記ブレードの高さしきい値よりも大きいか否かを判断し、
該位置の差が前記位置エラーしきい値より小さいか又は等しく、前記ブレードの位置が前記ブレードの高さしきい値よりも大きくない場合には、ブレードティルト操作による操舵を選択し、
該位置の差が前記位置エラーしきい値より小さいか又は等しく、前記ブレードの位置が前記ブレードの高さしきい値よりも大きい場合には、差動履帯速度操作による操舵を選択し、
該位置の差が前記位置エラーしきい値よりも大きいとき、差動履帯速度操作による操舵を選択し、
選択した操舵によって前記土工用機械を操舵する、
段階からなる方法。 - 前記土工用機械の現在の位置を求める前記段階は、前記土工用機械の現在のヘッディングを求める段階を含み、前記土工用機械の前記所望の位置を求める前記段階は、前記土工用機械の所望のヘッディングを求める段階を含み、前記現在の位置と前記所望の位置とを比較する前記段階は、前記現在のヘッディングと前記所望のヘッディングとを比較し、これに応答して、ヘッディングの差と、該ヘッディングの差を含む位置の差を求める段階を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 差動履帯速度操作により前記土工用機械を操舵する前記段階において、
前記ブレード上のブレードの負荷を求め、
該ブレードの負荷と、ブレードの負荷しきい値とを比較し、該ブレードの負荷が前記ブレードの負荷しきい値よりも大きいことに応答して、前記ブレードの負荷を減少させる段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記位置の差を求める前記段階は、
前記位置の差を最高位置エラーと比較し、
警告フラグを前記比較に応答して設定し、
位置エラーメッセージを、外部か、内部にいるオペレータに表示する、
段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか1項に記載の方法。 - 差動履帯速度操作で操舵する前記段階において、
障害物に当たったかを判定し、
該障害物を超えるための操舵戦略法を求める、
段階を含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか1項に記載の方法。 - 操舵戦略法を求めるための前記段階は、障害物を超えていくか、障害物の周りを進むか、障害物を削るか、障害物を切断することから少なくとも一つを選択することを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
- ブレードと、第１および第２の履帯とを有する土工用機械を操舵するための方法であって、
該土工用機械の現在の位置を求め、
該土工用機械の所望の位置を求め、
前記現在の位置と前記所望の位置とを比較し、これに応じて位置の差を求め、
前記ブレードの位置を求め、
該ブレードの前記位置と、ブレードの高さしきい値とを比較し、これに応答して、ブレードの高さの差を求め、
前記位置の差と、ブレードの高さの差とに応じて、
該位置の差が位置エラーしきい値より小さいか又は等しく、前記ブレードの位置が前記ブレードの高さしきい値よりも大きくない場合には、ブレードティルト操作による操舵を選択し、
該位置の差が前記位置エラーしきい値より小さいか又は等しく、前記ブレードの位置が前記ブレードの高さしきい値よりも大きい場合には、差動履帯速度操作による操舵を選択し、
該位置の差が前記位置エラーしきい値よりも大きいとき、差動履帯速度操作による操舵を選択し、
選択した操舵によって、土工用機械を操舵する、
段階からなる方法。 - 土工用機械の前記現在の位置を求める段階は、前記土工用機械の現在のヘッディングを求める段階を含み、前記土工用機械の前記所望の位置を求めるための前記段階は、前記土工用機械の所望のヘッディングを求める段階を含み、前記現在の位置と前記所望の位置とを比較する前記段階は、前記現在のヘッディングと前記所望のヘッディングとを比較し、これに応答してヘッディングの差と、該ヘッディングを含む前記位置の差を判定する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
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