JPH03187420A - 掘削機の掘削深さのレーザ制御 - Google Patents

掘削機の掘削深さのレーザ制御

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JPH03187420A
JPH03187420A JP1294768A JP29476889A JPH03187420A JP H03187420 A JPH03187420 A JP H03187420A JP 1294768 A JP1294768 A JP 1294768A JP 29476889 A JP29476889 A JP 29476889A JP H03187420 A JPH03187420 A JP H03187420A
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JP
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boom
outreach
sensor
downreach
bucket
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Application number
JP1294768A
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English (en)
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Robert H Studebaker
ロバート・ハーシュバーガー・スチュデベイカー
Ted L Teach
テッド・リー・ティーチ
Michael H Kidwell
マイケル・ハーベイ・キッドウェル
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Newport Corp USA
Original Assignee
Spectra Physics Inc
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Publication date
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に、掘削機を制御するための基準として
のレーザ光線の使用、特に、限定される深さにおいて線
形掘削ストロークを行う様に該機械を制御する方法およ
び装置に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題近年、建設
産業においてレーザ光線投射系統の使用が増大した。基
準面において回転されるレーザ光線は、グレーダ、スク
レーパ、渭掘り機および正に掘削機の様な種々の型式の
土工作業設備の作用を制御するのに使用された。掘削機
は、こ・では掘削操作を行う設備を呼ぶのに使用される
。
該設備は、「ショベル系掘削機」と呼ばれる最大のそれ
だけで完備した機械からトラクタの後端に取付は可能な
「バックホー」と呼ばれる最小の機械までにわたってい
る。該掘削機の類似の構造により（即ち、機械に枢着さ
れるアウトリーチブーム、アウトリーチブームの遠位端
部に枢着されるダウンリーチブームおよびダウンリーチ
ブームの遠位端部に枢着されるバケット〉、これ等の常
態の掘削ストロークは、その全体にわたってダウンリー
チブームの弧状運動を含む。不幸にして、掘削機の操作
者は、その総てが受入は可能な掘削を生じるのに必要な
様にダウンリーチブームの弧状運動を指定面に平行なバ
ケットの線形運動に変換し得るほど充分に熟達している
とは限らない。
この場きにバックホーである掘削機の性能を拡大して、
あまり熟達していない操作者が平坦な講等を掘削するの
を可能にする様に該掘削機にレーザ制御を加えるための
一提案は、スチュードベー力による１９８０年１１月４
日付米国特許第４，２３１，７００号に開示されている
。スチュードベー力の系統は、平らなストロークのため
にバケットの運動を制限しようと試みない。むしろ、開
示された装置は、回転するレーザ光線によって限定され
る基準面に対して固定された関係に保たれダウンリーチ
ブームに装着される検出器を有している。検出器は、一
定の高さに維持されるが、バックホーの掘削刃は、掘削
ストロークの際にダウンリーチブームの旋四作用によっ
て上下する。従って、この系統を使用して掘削される清
の底は、平らではない。
第２提案は、ワーネッケの１９８３年７月１９日付米国
特許第４，３９３，６０６号に開示され、これでは、シ
ョベル系掘削機は、線形掘削ストロークを行うためにバ
ケットを制御するのを操作者に許容する様に基準光線を
使用する。ワーネッケの系統では、センサーは、バケッ
トの上部に直接に装着されるマスト上に支持される。ワ
ーネックでは、センサーは、視覚的に観察可能な標的を
有し、従って、操作者は、所望の掘削深さを維持するた
めに標的番こ集中されるレーザ光線を維持する様にショ
ベル系掘削機を制御し得る。バケットの支持の性質によ
り、へケ・ソトの方向性は、バケットの掘削ストローク
の全体にわたって一定のま・であり、従って、センサー
に当たる光線の所望の標的高さは、所望の掘削深さが維
持され・ば、不変である。不幸にして、任意の深さの掘
削の際、ワーネッケの系統は、掘削個所内にレーザ源を
設置することを必要とし、センサーをバケット上に配置
することによって常態の掘削過程の際にセンサーおよび
レーザ源を容易に損傷されやすくする。
掘削機の掘削深さのレーザ制御に対する第３提案は、テ
ィーチによる１９７６年１２月１４日付米（Ｉｉｌ特許
第３，９９７，０７１号に開示される。ティーチの系統
では、ア今トリーチブー１１と水平線との間と、アウト
リーチブームとダウンリーチブームとの間と、ダウンリ
ーチブームとバケットの掘削歯に引かれる直線との間と
における角度は、アウトリーチブームの装着軸線に対す
るバケットの掘削歯の深さに比例する連続的な信号およ
び視覚表示を与える様に三角法方程式によって監視かつ
処理される。
バケットの掘削歯の絶対深さは、回転するレーザ光線に
よって限定される基準面に対するアウトリーチブームの
装着軸線の絶対高さを測定することによってティーチの
系統において決定されて展示され得る。ティーチの系統
では、可動マスト上に支持される光線センサーは、その
限定された部分が回転するレーザ光線に当る様に連続的
に調節される。マストの運動は、アウトリーチブームの
軸線の高さを定めるために監視され、これにより、バケ
ットの掘削歯の絶対高さは、決定されて展示され得る。
レーザ制御の掘削機の別の進歩は、またティーチによる
１９７８年１２月１２日付米国特許第４，１２９，２２
４号に開示される。この系統では、この場合にはバック
ホーである掘削機の枢着された要素の間の角度は、機械
のバケットの掘削歯の侵入角度が掘削ストロークの全体
にわたって掘削の所望の傾斜に平行に移動する様に、監
視されて三角法方程式に適用される。不幸にして、マス
ト構造および角度検知装置は、掘削機の掘削深さを正確
に制御するために極めて正確でなければならない。従っ
て、該系統は、比較的複雑かつ高価である。
従って、線形掘削ストロークが限定された深さでｌｆ［
のバケットによって行われる様な態様において掘削機を
操作する簡単な方法および装置の必凭性がある。
詐題を解決するための手段 この必要性は、基準高さにおいて投射されるレーザ光線
に応答して掘削機のバケットの作業深さを制御する方法
および装置を提供することによって本発明によって満足
される９光線センサーは、複数の個々のセンサー位置の
１−）がレーザ光線によって照明される様に設置され、
照明されたセンサー位置は、垂直線に対するダウンリー
チブームの角度方向の関数として反復的に限定される地
盤−）、　（ｏｎ　−ｇｒｙａｄｅ）センサー位置に比
較される。この比較は、ダウンリーチブームがアウトリ
ーチブームに対して旋回される際に掘削機のバケットを
地盤上に維持するのに必要であるアウトリーチブームの
運動を表示可能なアウトリーチブーム調節信号を発生す
るのに使用される。
本発明の一側面によると、掘削機のバケットの作業深さ
を制御する装置が設けられる。該掘削機は、その一端に
枢着されるアウトリーチブームと、アウトリーチブーム
の反対側端部に枢着されるダウンリーチブームと、アウ
トリーチブームを枢着する端部の反対側のダウンリーチ
ブームの端部に枢着される掘削バケットと、相互に枢着
される要素の相対的な旋回運動を生じさせるパワー装置
とを備える型式のものである。該制御する装置は、基準
高さにおいてレーザ光線を投射するレーザ光線投射装置
と、レーザ光線を検出するために掘削機のアウトリーチ
ブームに装着され複数の個々のセンサー位置を限定する
光線センサー装置とを備えている。角度センサー装置は
、垂直線に対するダウンリーチブームの角度方向を検出
するために設けられる。制御装置は、光線センサー装置
の地盤上センサー位置として複数の個々のセンサー位置
の１つをダウンリーチブームの角度方向の関数として反
復的に限定する様に光線センサー装置および角度センサ
ー装置に結合される。該制御装置は、ダウンリーチブー
ムがアウトリーチブームに対して旋回される際にバケッ
トを地盤上に維持するのに必要であるアウトリーチブー
ムの運動を表示可能なアウトリーチブーム調節信号を発
生するためにレーザ光線を検出したセンサー位置に対す
る限定された地盤上センサー位置の比較をも与える。
掘削バケットは、ダウンリーチブームに対して固定され
た位置に保持されてもよく、またはバケットの侵入角度
を維持する様に手動制御されてもよい。代りに、バケッ
ト制御装置は、バケットの侵入角度が掘削ストロークの
全体にわたって一定である様に垂直線に対して固定され
た方向性にバケットを維持するために設けられてもよい
。該制御する装置は、掘削機の傾動角度を検知するため
に傾動センサー装置を更に備えてもよい、該傾動センサ
ー装置が設けられるとき、該制御装置は、地盤上センサ
ー位置を限定する様に傾動角度に応答可能であり、これ
により、バケットの作業深さを一層正確に制御する。
該制御装置は、好ましくは、バケットの掘削刃を地盤上
に自動的に維持するためにアウトリーチブームの運動を
制御する様にアウトリーチブーム調節信号に応答可能な
作動装置を備えている。光線センサー装置は、好ましく
はアウトリーチブームに対するダウンリーチブームの相
互の枢着部に装着される。しかしながら、光線センサー
装置は、制御装置がダウンリーチブームの運動を補償す
ればアウトリーチブームに沿う任意の位置に装着されて
もよい。
光線センサー装置は、好ましくは複数の線形に配置され
る光電池を有し、該光電池の個々のものは、複数の個々
のセンサー位置を限定する。種々な掘削仕事に対して一
層容易に適応可能である様に、光線センサー装置は、そ
の垂直線に対する角度方向および高さが調節可能な様に
、調節可能に装着されてもよい。更に、整合装置は、は
１′垂直の方向に光線センサー装置を維持するために設
けられてもよい。該整合装置は、振り子装置、平行四辺
形リンク装置、能動制御系統等を含んでもよい。
角度センサー装置は、ダウンリーチブームに装着される
角度センサーと、掘削機に隣接してアウトリーチブーム
の基部に装着される角度センサーと、アウトリーチブー
ムとダウンリーチブームとの間の相対的な角度を測定す
る角度検出装置とを備えてもよく、または掘削機に装着
される角度センサーと、掘削機とアウトリーチブームと
の間およびアウトリーチブームとダウンリーチブームと
の間の相対的な角度を測定する角度検出装置とを備えて
もよい。
本発明の他の側面によると、掘削機のバケットの作業深
さを制御する方法が提供される。該掘削機は、その一端
に枢着されるアウトリーチブームと、アウトリーチブー
ムの反対側端部に枢着されるダウンリーチブームと、ア
ウトリーチブームに枢着される端部の反対側のダウンリ
ーチブームの端部に枢着される掘削バケットと、相互に
枢着される要素の相対的な旋回運動を生じさせるパワー
装置とを備えている。該方法は、基準高さにおいてレー
ザ光線を投射し、複数の個々のセンサー位置を限定する
光線センサーによってレーザ光線を検出し、垂直線に対
するダウンリーチブームの角度方向を検出し、ダウンリ
ーチブームの角度方向の関数として光線センサーの地盤
上センサー位置としての複数の個々のセンサー位置の１
つを限定し、ダウンリーチブームに対して固定された位
置に保持される掘削バケットを有するダウンリーチブー
ムがアウトリーチブームに対して旋回される際にバケッ
トを地盤上に維持するのに必要なアウトリーチブームの
運動を表示可能なアウトリーチブーム調節信号を発生す
るためにレーザ光線を現在検知するセンサー位置に対し
て地盤上位置を比較する手順を備えている。該方法は、
更に、バケットを垂直線に対して固定される方向に維持
するが、またはバケットをダウンリーチブームに対して
固定される方向に保持する手順を備えてもよい。
該方法は、好ましくは更に、バケットの掘削刃を地盤上
に自動的に維持する様にアウトリーチブーム調節信号に
応答してアウトリーチブームの運動を制御する手順を備
えてもよい。該方法は、掘削機の傾動角度を検知する手
順を更に備えてもよく、この場合には、地盤上センサー
位置を限定する手順は、傾動角度に応答可能である。
従って、本発明の目的は、ダウンリーチブームの遠位端
部の深さが基準レーザ光線によって定められ、ダウンリ
ーチブームの角度方向の変化によって生じる掘削機のバ
ケットの掘削刃の高さが光線センサーの地盤上センサー
位置を反復的に限定することによって補償され、該補償
に使用されるアウトリーチブーム調節信号を発生するた
めにレーザ光線を現在検知するセンサー位置に対して地
盤上センサー位置を比較し、掘削機のダウンリーチブー
ムの掘削ストロークの際に掘削機のバケットが限定され
た作業深さに維持される様に掘削機を操作する方法およ
び装置を提供することである。
本発明のその他の目的および利点は、下記の説明と、添
付図面と、特許請求の範囲とによって明らかである。
本発明を一層容易に理解し得るために添付図面を参照す
る。
実施例 第１図は、本発明の方法および装置によって制御可能な
型式のショベル系掘削機１００を示す、掘削機１００は
、その本体１０６に一端部１０４において枢着されるア
ウトリーチブーム１０２を有している。
ダウンリーチブーム１０８は、アウトリーチブーム１０
２の反対側端部１１０に枢着される。掘削バケット１１
２は、アウトリーチブーム１０２に取付けられている端
部の反対側のダウンリーチブーム１０８の端部１１４に
枢着される。液圧シリンダ１１６，１１８Ｊ１２０を有
するパワー装置は、相互に枢着される要素１０２．１０
８．１１２の相対的な旋回運動を生じさせる。本発明は
、掘削機に関連して示されるが、最大のショベル系掘削
機から最小のバックホーまでの広い範囲の種々な掘削機
に等しく適用可能なことが認められる。
シリンダ１１６ｊ１８，１２０の各々は、掘削機１００
の本体に対するアウトリーチブーム１０２の角度位置り
と、アウトリーチブーム１０２に対するダウンリーチブ
ー１．１０８の旋回位置と、ダウンリーチブーム１０８
の遠位端部１１４に対するバケット１１２の位置とを夫
々制御する。該各シリンダは、操作者位置１２２に直ぐ
隣接して設置される通常の個々の液圧弁制御装置（図示
せず）によって手で制御されてもよい。
掘削ｌ１１００に対するアウトリーチブー１．１０２の
角度と、アウトリーチブーム１０２に対するダウンリー
チブーム１０８の角度とを変更することにより、掘削バ
ケット１１２は、掘削位置へ移動可能である。
地面を通る掘削バケット１１２の通路は、アウトリーチ
ブーム１０２と掘削ｔＲ１００との間と、ダウンリーチ
ブー１．１０８とアウトリーチブームとの間と、恐らく
は掘削バケット１１２とダウンリーチブー１．１０８と
の間との相対的な角度の適当な変更を行うことで操作者
によって制御される。
本発明の作用は、レーザ光線１２６を基準高さで投射す
る光線投射器】２４の様なレーザ光線投射装置に依存す
る。好ましくは、光線投射器１２４は、掘削場所で検出
可能なレーザ光線の基準面を限定する様にはザ垂直の軸
線のまわりにレーザ光線１２６を回転する。光線投射器
１２４は、米国特許第３．５８８，２４９号または第４
，０６２，６３４号に開示されるもの・様な幾つかの公
知の光線投射装置の任意のものでもよい。細長い受光器
１２８を有するレーザ光線センサー装置は、アウトリー
チブーム１０２に対するダウンリーチブーム１０８の枢
着部においてアウトリーチブーム１０２に装着される。
受光器１２８がアウトリーチブーム１０２に沿って他の
個所に装着され・ば、適当な補償は、当該技術の熟達者
に明らかな様に、受光器１２８とアウトリーチブーム１
０２の端部１１０との間の垂直運動の差異を償うために
実施されねばならない。垂直運動における差異による付
加的な誤差は、水平面に対するアウトリーチブームの角
度と、アウトリーチブーム１０２とダウンリーチブーム
１０８との間の枢軸点と装着点との間の距離とによって
計算可能である。該誤差は、装着点と枢軸点との間の距
離が充分に小さければ、最小限になり、無視されてもよ
い。
設置および本発明の作用を容易にするため、細長い受光
器１２８は、その高さと、垂直に対する角度方向とが第
１図に示す様に調節可能な様に装着される。レーザ光線
１２６を受ける様に光線投射器１２４に向って方向づけ
られる細長い受光器１２８の面は、第２図に示され、Ｃ
ＩからＣＸまでに示される光電池１３２の線形配置の配
列を有している。光電池ＣＩからＣＸの個々のものは、
細長い受光器１２８に沿う複数の個々のセンサー位置を
限定する。
細長い受光器１２８が系統の操作の前に垂直に通常の様
に調節されても、小さい誤差は、例えばアウトリーチブ
ーム１０２の運動によって受光器が垂直でないときに形
成される。該誤差は、一般に微々たるものであって無視
してもよいが、所要により、整合装置は、細長い受光器
１２８をはぐ垂直の方向に維持するために設けられても
よい。例えば、第６図に重錘１２８Ａによって示される
振子装置が設けられてもよい。その他の整合装置は、平
行四辺形制御リンク装置、能動的制御系統または当該技
術の熟達者に明らかなその他の装置を包含してもよい。
角度センサー装置は、垂直に対するダウンリーチブーム
１０８の角度方向を限定する角度Ａを検出するために設
けられる。種々な角度センサー装置は、設けられてもよ
い。例えば、角度センサー１３４は、ダウンリーチブー
ム１０８に装着されてもよい。
該角度センサーは、重力によって制御可能であり、カリ
フォルニア州すンディエゴ市ハンフレイ社（Ｈｕｍｐｈ
ｒｅｙ　Ｉ　ｎｃ、）からモデルＮｏ、ＣＰＩ３−０６
４７５として商業的に入手可能である。
角度センサー１３４は、アウトリーチブーム１０２およ
びダウンリーチブーム１０８の運動にょるカを重力に加
えて受は得る。従って、角度センサー装置の代りの好適
実施例は、例えばハンフレイ社がら商業的に入手可能な
装置の角度センサー１３６と、アウトリーチブーム１０
２とダウンリーチブーム１ｏ８との間の相対的な角度を
測定する角度エンコーダ１３８を有してもよい角度検出
装置とを備えている。
角度エンコーダ１３８は、例えばカリフォルニア州ゴレ
ッタ市ＢＥＩモーションシステムズ社（ＢＥ　Ｉ　　Ｍ
ｏｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｃｏ＋＊ｐａｎｙ）から
商業的に入手可能な角度測定要素を有してもよい。
角度センサー装置の第３の代りのものは、掘削機の運動
によって発生される力に最低に影響を受ける様に掘削機
の基部に隣接して掘削機１００の本体１０６に装着され
る角度センサー１４０と、掘削機１００の本体１０６と
アウトリーチブーム１０２との間およびアウトリーチブ
ーム１０２とダウンリーチブーム１０８との間の相対的
な角度を測定する角度エンコーダ１４２．１３８を有す
る角度検出装置とを備えている。
掘削Ｒ１００が横方向の傾斜のある状態の下で使用され
るべきであれば、本発明は、掘削機１００の傾動角度Ｔ
を検知するための傾動センサー装置を備えてもよい。第
５図に示す様に、傾動センサー装置は、例えばハンフレ
イ社から商業的に入手可能な装置の角度センサー１４４
を有している。
第３図に示す様にマイクロプロセッサ−コントローラ１
５０の形状を取る制御装置は、細長い受光器１２８を有
する光線センサー装置と、好ましくは角度センサー１３
６および角度エンコーダ１３８を有する角度センサー装
置とに結合される。キーボード１５２の様な入力装置は
、マイクロブロセ・ソサーコントローラ１５０へのパラ
メータの入力を可能にする様に永久的または選択的な体
制でマイクロプロセッサ−コントローラ１５０に結合さ
れる。該制御装置は、受光器１２８の地盤上のセンサー
位置として複数の個々のセンサー位ＩＣＩからＣＸの内
の１つをダウンリーチブーム１０８の角度方向の関数と
して反復的に限定する。掘削機１００が横方向に傾斜す
る状態の下で使用されるべきとき、マイクロプロセッサ
−コントローラ１５０は、角度センサー１４４にも結合
される。該適用のため、また地盤上のセンサー位置の限
定は、角度センサー１４４によって検知される傾動角度
Ｔの関数である。
この様に限定される地盤上のセンサー位置は、アウトリ
ーチブームの調節信号を発生するために光線投射器１２
４からのレーザ光！！１２６を検出したセンサー位置に
比較される。アウトリーチブーム調節信号は、ダウンリ
ーチブーム１０８がアウトリーチブーム１０２に対して
旋回される際に地盤上にパテ・ソトを維持するのに必要
なアウトリーチブーム１０２の運動を表示可能である。
掘削バゲ・ント１１２は、その掘削刃１１２Ａが地盤上
に維持される様に、ダ今ンリーチブ−！、１０８に対し
て固定された位置に保持されてもよい。代りに、バケッ
ト１１２は、そ力侵入角度が掘削機１００の掘削行程の
全体にわたってはぐ一定に維持される様に、垂直に対し
てほず一定のバケット方向を維持するために手動的また
は自動的に制御されてもよい、後者の型式の操作は、第
６図に示される。
第６図に示す様に、バケット１１２は、液圧シリンダ１
２０の手動または自動の制御によって垂直に対して所望
のはイ一定の角度に維持される。自動制御のため、バケ
ット１１２の方向は、バケット１１２が所望の角度に維
持される様に例えばハンフレイ社から商業的に入手可能
な装置の角度センサー１５３によって監視されてもよい
、バケット１１２の制御は、参考としてこ１に記載する
ティーチによる米国特許第４，１２９，２２４号によっ
て行われてもよい。
尚、実際上制御される長さＬは、バケ・ント１１２がダ
ウンリーチブーム１０８に対して固定された位置に保持
されるとき、ダウンリーチブーム１０８と、バケット１
１２との組合わせである。他方、ノくケ・ント１１２が
垂直に対して一定の位置に保持されるとき、制御される
長さは、アウトリーチブーム１０２とダウンリーチブー
ム１０８との枢着点と、ダウンリーチブーム１０８とバ
ケット１１２との枢着点との間の距離のＬ′である。第
１図、第６図を夫々参照せよ。
アウトリーチブーム調節信号は、掘削バケット１１２が
地盤上であることを示す光線１５６と、掘削バケット１
１２が地盤より高いないし上であることを示す光１１１
５８と、掘削バケット１１２が地盤より低いないし下で
あることを示す光線１６０とを含む二光線展示装置１５
４へ送られる。掘削機１００の操作者は、掘削機１００
の掘削深さの手動制御いために三光線展示装ｇ１５４を
観察可能である。しかしながら、マイクロプロセッサ−
コントローラ１５０は、好ましくは掘削バケット１１２
を地盤上に自動的に維持するために弁コントローラ１６
２を介してアウトリ−チブーム１０２の運動を制御する
様にアウトリーチブーム調節信号に応答可能な作動装置
を有している。照明付きスイッチ１６４．１６６は、マ
イクロブロセ・ソサーコントローラ１５０に送られるス
イッチ１６４．１６６からの信号によって夫々オン／オ
フ制御と、系統の手動または自動のモードの選択とを与
える。
第３図に示す制御装置の作用の一層良好な理解は、角度
センサー１３６と、角度エンコーダ１３８とを有する系
統の好適実施例の制御装置の作用を示す第４図のブロッ
ク図を観察することによって得られる。該系統は、ダウ
ンリーチブーム１０８に対して固定されるバケット１１
２によって操作されてもよく、この場合にはＬがマイク
ロプロセッサ−コントローラ１５０に入り、または該系
統は、垂直に対して固定される（手動または自動のいづ
れがで〉バケット１１２によって操作されてもよく、こ
の場合にはＬ′がマイクロプロセッサ−コントローラ１
５０に入る。また、横方向傾動検知のあるのと、ないの
との系統制御が第４図に示される。
第１図の幾何学的解析は、垂直からのダウンリーチブー
ム１０８の角度偏差である角度Ａが垂直からのアウトリ
ーチブーム１０２の角度偏差である角度りと、アウトリ
ーチブーム１０２に対するダウンリーチブーム１０８の
角度方向である角度Ｂとを加えて１８０°を引いた値に
等しいことを示す。垂直からのダウンリーチブーム１０
８の角度偏差によって形成される誤差長さＥは、バケッ
ト１１２がダウンリーチブーム１０８に対して固定され
ていれば、ダウンリーチブーム１０８と掘削バケット１
１２との組合わせの長さし、即ちアウトリーチブーム１
０２とダリンリーチブー１．１０８との枢着部から掘削
バケット１１２の掘削刃までの長さく第１図参照〉に（
ｌｃｏｓＡ）を掛けた値に等しい０代りに、長さＬ′は
、バケットが垂直に対して固定され１ば使用される（第
６図参照）。横方向の傾動修正のため、Ｔが第５図に示
す様に傾動角度である隙に付加的な項（１ｃｏｓＴ）も
含まれねばならない。
本発明の作業実施例では、ダウンリーチブーム１０８旋
回運動は、垂直からの±３０”の角度範囲にわた１で制
御され、長さしは、３．４０ｚ（１３４″′）に等しく
設定され、これは、キーボード１５２によってマイクロ
プロセッサ−コントローラ１５０に入しラれた。光電池
Ｃ７−ＣＸの間間隔は、受光器１２８に対して１２．７
ｚｍ（０，５〜〉（光電池間隔Ｃ８として定義される〉
に等しく設定された（第２図参照）、計算された誤差長
さＥは、光電池間隔Ｃ８でＥを割ることによって光電池
の同等の数に変換される。
ダウンリーチブーム１０８の角度偏差によって形成され
る誤差によって変位される光電池の数を表示可能な得ら
れる誤差数Ｎは、所与の角度偏差に対する地盤Ｌセンサ
ー位置Ｃ′　として複数の個々Ｇ のセンサー位置の１つを限定する様に地盤上電池Ｃに加
えられる。
Ｃ 次に、限定される地盤上センサー位置Ｃ′　は、Ｃ 掘削バケット１１２の掘削刃が地盤上、高または低であ
るかどうかを定めるために受光器１２８の光電池配列に
よって確認される照明された電池Ｃに■ 比較される。系統が照明付きスイッチ１６４によりてオ
ンにされて、照明付きスイッチ１６６の操作によって自
動モードに設置され・ば、対応する操作は、弁コントロ
ーラ１６２によって行われる。勿論、掘削バケット１１
２の掘削刃が地盤上であれば、非修正が行われず、アウ
トリーチブーム１０２は、その所与の位置に維持される
。掘削バケット１１２の掘削刃が高であれば、弁コント
ローラ１６２は、ダウンリーチブーム１０８の角度偏差
によって生じる誤差を補償するためにアウトリーチブー
ム１０２を下げる様に作動される。他方、掘削バケット
１１２の掘削刃が低であれば、弁コントローラ１６２は
、ダウンリーチブーム１０８の角度偏差によって生じる
誤差を補償するためにアウトリーチブーム１０２を極上
げる様に作動される。
±３０°の極値角度において３．４０ＪＩ（１３４”）
に等しいＬを有する作業実施例に対して、誤差は、４５
．７２ｃ＋ｖ（１８″）に等しく、地盤上電池を越えて
光電池の少くとも７．６２ｃｚ（３−）を有することが
所望された。
従って７．６２ｃｘ＜３　”）の電池は、光電池配列１
３２の６０．９６ｃｍ（２４″）の長さを生じる様に各
端部に加えられ、受光器１２８は、光電池配列１３２を
適正に収容するために僅かに延長された。従って、この
作業系統に対して、ＣＸは、Ｃ４８に等しかった。生産
システムのため、小型掘削機に対する１つと、大型掘削
機に対する１つの少くとも２つの長さを受光器１２８に
与えることは、妥当である。
最も簡単な系統のシリンダ１１６を制御する液圧弁は、
アウトリーチブームの調節信号によってマイクロプロセ
ッサ−コントローラの掘削機の周期操作の間に作動され
る単一の定流量弁である。
代りに、多重電磁弁は、照明される電池Ｃが系統によっ
て計算された限定される地盤上電池Ｃ′　からどれだけ
離れているかに依存して液圧Ｇ 流体の異なる流量を与えるために設けられてもよい０代
りの第３実施例は、照明される電池Ｃが！ 系統によって計算される限定された地盤上電池Ｃ′　か
ら離れている距離によって直接に液圧流Ｃ 体の流量を調節する比例制御弁を使用することである。
作業実施例によってレーザ制御の掘削機の操作を次に述
べる。光線投射器および系統は、オンにされ、値りの長
さは、系統に入れられたと仮定し、操作者は、仕上げら
れる地盤に到達するまで掘削Ｒ１００を手動で制御する
。このとき、操作者は、掘削バケット１１２の掘削刃を
最絆地盤位置に設定し、二光線展示装置１５４における
信号が地盤上を読取っている様に、細長い受光器１２８
の垂直および角度の位置設定を調節する。このとき、系
統は、手動モードにあり、弁コントローラ１６２への出
力はない。
ｍ長い受光器１２８が設定されると、操作者は、照明１
寸きスイッチ１６６によって手動モードから自動モード
へ系統を切換えて掘削操作を継続してもよい０代表的な
掘削周期の際、操作者は、ダウンリーチブーム１０８が
±３０”の操作範囲内になるまで下方へ掘削する様に掘
削バケット１１２を移動する。
光電池ＣＩ−ＣＸの１つがレーザ光線１２６によって照
明されると、系統は、引受けて、受光器１２８がレーザ
光線１２６によって照明され現在限定される地盤上電池
によって位置決めされる様にアウトリーチブーム１０２
を制御する弁コントローラ１６２に信号を自動的に与え
る。ダウンリーチブーム１０８が±３０°のその操作範
囲にわたって移動するため、限定される地盤上電池は、
連続的に変化し、従って、系統は、連続的に修正を行う
。
外方へ延びるダウンリーチブーム１０８（角度Ａ＝＋３
０°）により、系統は、掘削バケット１１２を地盤上位
置に設置する。角度Ａがその最大にあるため、地盤上電
池は、細長い受光器１２８の頂点に近い最高位置にある
（第２図参照〉、操作者がダウンリーチブーム１０８を
掘削機１００の本体１０６に向って移動する際、系統は
、角度Ａにおける変化を検出し、限定される地盤上電池
は、細長い受光器１２８を下方へ移動する。角度ＡがＯ
゛に達するとき、地盤上電池は、その最低位置にある（
第２図参・照）、操作者は、掘削機１００の本体１０６
に向ってダウンリーチブーム１０８を移動することを継
続し、角度Ａは、貝の値として増大することを始める０
次に、限定される地盤上電池は、負の方向における最大
角度が到達されるまで細長い受光器１２８を上方へ戻る
機に丁寥動するのを開酊ｌする。限定される地盤上電池
は、第２図に示す様に再度その最高位置にある。
次に、操作者は、本発明の系統の制御下で地盤上にある
掘削バケット１１２の掘削刃により単一の掘削周期を完
了する様にバケットの前にある物質をすくい出す。
本発明をその好適実施例に関して詳細に説明したが、そ
の他の変更および変形が特許請求の１１に記載される本
発明の範囲から逸脱することなく可能なことは、明らか
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を具現するショベル系掘削機の立面の略
図、第２図は本発明の作用の際に受光器の種々な光電池
の動的表示を示す本発明で使用するレーザ受光器の略図
、第３図は本発明で使用するマイクロプロセッサ−制御
系統のブロック図、第４１？７１はショベル系掘削機の
バケットを地盤上に維持するために本発明によりアウト
リーチブームの還動を表示または制御するアウトリーチ
ブーム調節信号の発生を示すブロック図、第５図は本発
明による傾動角度の補償のための傾動角度の検知を示す
ショベル系掘削機の正面図、第６Ｉ２Ｉは掘削ストロー
クの全体にわたって一定のバケット侵入角度を設定する
ために垂直に対して一定の角度のバケ・・Ｉトの維持を
示す図である。 １００・・・・ショベル系掘削機、 １０２・・・・アウトリーチブーム、 １１４・・・・ダ今ンリーチブー１１の端部、＋１６、
＋　＋８ｊ２０・・・・液圧シリンダ、１２４・・・・
光線投射器、１２６・・・・レーザ光線、　　　１２８
・・・・受光器、１２８Ａ・・・・重錘、　　　　　１
３２、ＣＩ　−ＣＸ・・・・光電池、１：１４．１：１
６．１４０．１４４．１５３・・・・角度センサー＋３
８．１４２・・・・角度エンコーダ、１５０・・・・マ
イクロプロセッサ−コントローラ、ｒ′　・・・・地盤
上センサー位置。 Ｇ −・） 代　理　人　弁理士　湯　浅　　恭　三　“１・−Ｊ （外４名） ＦＴ「−２ ４

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、それに一端において枢着されるアウトリーチブーム
    と、該アウトリーチブームの反対側端部に枢着されるダ
    ウンリーチブームと、アウトリーチブームに枢着される
    端部の反対側の該ダウンリーチブームの端部に枢着され
    る掘削バケットと、相互に枢着される前記要素の相対的
    な旋回運動を生じさせるパワー装置とを有する掘削機の
    バケットの作業深さを制御する装置において、基準高さ
    においてレーザ光線を投射するレーザ光線投射装置と、
    該レーザ光線を検出するために前記アウトリーチブーム
    に装着される光線センサー装置とを備え、該光線センサ
    ー装置が、該レーザ光線を検知する際にその１つを同定
    可能である様な寸法の複数の個々のセンサー位置（Ｃ
    I −ＣＸ）を限定し、更に、垂直に対する前記ダウンリ
    ーチブームの角度方向を検出する角度センサー装置と、
    前記光線センサー装置の地盤上センサー位置として前記
    複数の個々のセンサー位置（Ｃ I −ＣＸ）の１つを該
    ダウンリーチブームの角度方向の関数として反復的に限
    定し、該地盤上センサー位置が前記レーザ光線によって
    照明されこれにより該ダウンリーチブームが前記アウト
    リーチブームに対して旋回される際に前記バケットを地
    盤上に維持する様に前記掘削機を移動するのに必要な該
    アウトリーチブームの運動を表示可能なアウトリーチブ
    ーム調節信号を発生するために該レーザ光線を検出した
    センサー位置に対して該地盤上センサー位置を比較する
    ため、該光線センサー装置および該角度センサー装置に
    結合される制御装置とを備える制御する装置。 ２、それに一端において枢着されるアウトリーチブーム
    と、該アウトリーチブームの反対側端部に枢着されるダ
    ウンリーチブームと、該アウトリーチブームに枢着され
    る端部の反対側の該ダウンリーチブームの端部に枢着さ
    れる掘削バケットと、相互に枢着される前記要素の相対
    的な旋回運動を生じさせるパワー装置とを有する掘削機
    のバケットの作業深さを基準高さにおいて投射されるレ
    ーザ光線に対して制御する装置において、前記レーザ光
    線を検出する様に前記アウトリーチブームに装着される
    光線センサー装置を備え、該光線センサー装置が、該レ
    ーザ光線を検知する際にその１つを同定し得る様な寸法
    の複数の個々のセンサー位置（Ｃ I −ＣＸ）を限定し
    、更に、垂直に対して前記ダウンリーチブームの角度方
    向を検出する角度センサー装置と、該ダウンリーチブー
    ムの角度方向の関数として地盤上センサー位置としての
    前記複数の個々のセンサー位置（Ｃ I −ＣＸ）の１つ
    を反復的に限定し、該地盤上センサー位置が前記レーザ
    光線によつて照明されこれにより該ダウンリーチブーム
    が前記アウトリーチブームに対して旋回される際に前記
    バケットを地盤上に維持する様に前記掘削機を移動する
    のに必要な該アウトリーチブームの運動を表示可能であ
    るアウトリーチブーム調節信号を発生するために該レー
    ザ光線を検出した該センサー位置に対して該地盤上セン
    サー位置を比較するため、前記光線センサー装置と、該
    角度センサー装置とに結合される制御装置とを備える制
    御する装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の制御す
    る装置において、垂直に対する前記バケットの固定され
    た方向を維持するバケット制御装置を更に備え、これに
    より、該バケットの侵入角度が、前記掘削機の掘削スト
    ロークの全体にわたって一定である制御する装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の制御す
    る装置において、前記掘削バケットが、前記ダウンリー
    チブームに対して固定された位置に保持される制御する
    装置。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の制御す
    る装置において、前記掘削機の傾動角度を検知する傾動
    センサー装置を更に備え、前記制御装置が、前記地盤上
    センサー位置を限定するために該傾動角度に応答可能で
    ある制御する装置。 ６、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の制御す
    る装置において、前記制御装置が、前記バケットを地盤
    上に自動的に維持するために前記アウトリーチブームの
    運動を制御する様に前記アウトリーチブーム調節信号に
    応答可能な作動装置を有する制御する装置。 ７、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の制御す
    る装置において、前記光線センサー装置が、前記アウト
    リーチブームに対する前記ダウンリーチブームの相互の
    枢着部に装着される制御する装置。 ８、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の制御す
    る装置において、前記光線センサー装置が、複数の線形
    に配置される光電池を有し、該光電池の個々のものが、
    前記複数の個々のセンサー位置（Ｃ I −ＣＸ）を限定
    する制御する装置。 ９、特許請求の範囲第８項に記載の制御する装置におい
    て、前記光線センサー装置の高さおよび垂直に対する角
    度方向が調節可能な様に、該光線センサー装置が、調節
    可能に装着される制御する装置。 １０、特許請求の範囲第８項に記載の制御する装置にお
    いて、前記光線センサー装置が、それをほゞ垂直の方向
    に維持する整合装置を有する制御する装置。 １１、特許請求の範囲第８項に記載の制御する装置にお
    いて、前記角度センサー装置が、前記ダウンリーチブー
    ムに装着される角度センサーを有する制御する装置。 １２、特許請求の範囲第８項に記載の制御する装置にお
    いて、前記角度センサー装置が、前記掘削機に隣接して
    前記アウトリーチブームの基部に装着される角度センサ
    ーと、該アウトリーチブームと前記ダウンリーチブーム
    との間の相対的な角度を測定する角度検出装置とを有す
    る制御する装置。 １３、特許請求の範囲第８項に記載の制御する装置にお
    いて、前記角度センサー装置が、前記掘削機に装着され
    る角度センサーと、該掘削機と前記アウトリーチブーム
    との間および該アウトリーチブームと前記ダウンリーチ
    ブームとの間における相対的な角度を測定する角度検出
    装置とを有する制御する装置。 １４、それに一端において枢着されるアウトリーチブー
    ムと、該アウトリーチブームの反対側端部に枢着される
    ダウンリーチブームと、該アウトリーチブームに枢着さ
    れる端部の反対側の該ダウンリーチブームの端部に枢着
    される掘削バケットと、相互に枢着される前記要素の相
    対的な旋回運動を生じさせるパワー装置とを有する掘削
    機のバケットの作業深さを制御する方法において、基準
    高さにおいてレーザ光線を投射し、その１つのみが該レ
    ーザ光線を現在検知する様な寸法の複数の個々のセンサ
    ー位置（Ｃ I −ＣＸ）を限定する光線センサーによつ
    て該レーザ光線を検出し、垂直に対する前記ダウンリー
    チブームの角度方向を検出し、該ダウンリーチブームの
    角度方向の関数とする前記光線センサーの地盤上センサ
    ー位置として前記複数の個々のセンサー位置（Ｃ I −
    ＣＸ）の１つを限定し、該地盤上センサー位置が前記レ
    ーザ光線によって照明され、これにより該ダウンリーチ
    ブームが前記アウトリーチブームに対して旋回される際
    に前記バケットを地盤上に維持する様に、前記掘削機を
    移動するのに必要な該アウトリーチブームの運動を表示
    可能なアウトリーチブーム調節信号を生じるため、該レ
    ーザ光線を現在検知する前記センサー位置に該地盤上セ
    ンサー位置を比較する手順を備える方法。 １５、それに一端において枢着されるアウトリーチブー
    ムと、該アウトリーチブームの反対側端部に枢着される
    ダウンリーチブームと、該アウトリーチブームに枢着さ
    れる端部の反対側の該ダウンリーチブームの端部に枢着
    される掘削バケットと、相互に枢着される前記要素の相
    対的な旋回運動を生じさせるパワー装置とを有する掘削
    機のバケットの作業深さを基準高さにおいて投射される
    レーザ光線に対して制御する方法において、その１つの
    みが前記レーザ光線を現在検知する様な寸法の複数の個
    々のセンサー位置（Ｃ I −ＣＸ）を限定する光線セン
    サーによって該レーザ光線を検出し、垂直に対する前記
    ダウンリーチブームの角度方向を検出し、該ダウンリー
    チブームの角度方向の関数とする前記光線センサーの地
    盤上センサー位置として前記複数の個々のセンサー位置
    （Ｃ I −ＣＸ）の１つを限定し、該地盤上センサー位
    置が前記レーザ光線によって照明されこれにより該ダウ
    ンリーチブームが前記アウトリーチブームに対して旋回
    される際に前記バケットを地盤上に維持する様に、前記
    掘削機を移動するのに必要な該アウトリーチブームの運
    動を表示可能なアウトリーチブーム調節信号を発生する
    ため、該レーザ光線を現在検知する前記センサー位置に
    該地盤上センサー位置を比較する手順を備える方法。 １６、特許請求の範囲第１４項または第１５項に記載の
    方法において、垂直に対して前記バケットの固定された
    方向を維持する手順を更に備え、これにより、該バケッ
    トの侵入角度が、前記掘削機の掘削ストロークの全体に
    わたって一定である方法。 １７、特許請求の範囲第１４項または第１５項に記載の
    方法において、前記ダウンリーチブームに対して固定さ
    れた位置に前記バケットを保持する手順を更に備える方
    法。 １８、特許請求の範囲第１４項または第１５項に記載の
    方法において、前記掘削機の傾動角度を検知する手順を
    更に備え、地盤上センサー位置として前記複数の個々の
    センサー位置（Ｃ I −ＣＸ）の１つを限定する手順が
    、該傾動角度に応答可能である方法。 １９、特許請求の範囲第１４項または第１５項に記載の
    方法において、前記バケットを地盤上に自動的に維持す
    る様に前記アウトリーチブーム調節信号に応答して前記
    アウトリーチブームの運動を制御する手順を更に備える
    方法。
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