JPH04507271A - 自動掘削制御装置及び方法 - Google Patents

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】 発明の名称　自動掘削制御装置及び方法技術ｎ立社 本発明は、一般的には掘削の分野に間し、具体的には掘削機械の掘削作業サイク ルを自動化する制御装置及び方法に関する。

背量技伍 掘削機、バックホー、フロントショベル等のような作業ビークルが掘削作業に使 用されている。これらの掘削機械はブーム、スティック、及びパケットリンケー ジからなる作業用具を有している。ブームは掘削機械の一方の端に回転可能なよ うに取り付けられており、他方の端にはスティックが回転可能なように取り付け られている。パケットはスティックの自由端に回転可能なように取り付けられて いる。各作業用具リンケージは、垂直面内の運動に関して、少なくとも１つの油 圧シリンダによって制御可能なように作動させられる。また作業用具は、機械に 対して横方向に運動可能である。典型的には、操作員は作業用具を操縦して完全 掘削作業サイクルを構成する別々の機能のシーケンスを遂行する。

典型的な作業サイクルにおいては、操作員は先ず作業用具を溝位置に位置決めし 、パケットが土に突入するまで作業用具を下方に伸ばす０次いで操作員は、ステ ィックがほぼ完全に収縮するまでパケットを掘削機械に向かわせる掘削ストロー クを実行する０次に操作員はパケットを巻き上げて土を掬う、掬った負荷（±） を下ろすために、操作員は作業用具を上昇させ、それを指定された荷降し位置ま で横方向に旋回させ、そしてスティックを伸ばしパケットを伸ばすことによって 土を解放する１次いで作業用具を溝位置に戻し、上記作業サイクルを再び開始す る。以下の説明では上記操作をそれぞれ溝内へのブーム降下、掘削ストローク、 積荷確保、荷降し旋回、荷降し、及び溝への復帰と呼ぶ。

幾つかの理由から大型機械産業では、掘削機械の作業サイクルを自動化する要望 が増大してきた。人間の操作員とは異なり、自動化された掘削機械は環境状態及 び長い作業時間に関係なく一貫して生産性を維持し続ける。自動化された掘削機 械は、状態が危険で人間には不向きな応用に対して理想的である。また自動化さ れた掘削機械は、例えば溝の深さ及び溝底の勾配に関してより正確な掘削が可能 であり、所定の！次元領域内において限定された掘削を遂行できる付加的な能力 を有しているためにユーティリティーラインの破壊を回避する。

近年、掘削作業サイクルの１または２機能だけを自動化できる多（の機械が開発 されてきた。このような例の１つが１９８３年３月２２日付のイヌイらの合衆国 、特許４．３７７、０４３号に記載されている。この特許のパワーショベルは、 操作員が荷降しした後にパケットを元の開始位置まで戻すことができる。このイ ヌイのシステムは、作業サイクルの掘削ストローク、積荷確保、荷降し旋回、荷 降し、及び溝への復帰部分を自動化しているものではない。

土を掘削し、除去するためには、掘削の際にパケットを山盛りにすることが望ま しい、ｉ！作員は土を攻撃的に掘り、掬い取り、しかも同時に機械の油圧作動装 置の機能停止を回避しなければならない。熟練した操作員は、過負荷になった時 に油圧装置が発生する兆候雑音を“聞く”ことによって機能停止を予想する。し かし、この方法は今日のより静粛な油圧装置においては信頼できなくなってきて いる。自動化された掘削機械は、作業用具に加わる力を検知することによって機 能停止を予想することができ、また過負荷を軽減して機能停止を防ぐ段礒を遂行 することができる。

１９８６年３月２４日付の特公昭６１−９４５３に記載されている掘削制御装置 は、掘削中に遭遇する過負荷状態を検出し、軽減する１作業用具の過負荷が検出 されると制御装置はブームを一定の時間に亙って上昇させ、それを軽減しようと する。

この計画は、掘削中に遭遇する可能性のある全ての過負荷状態を軽減するもので はない。例えば、パケットがある障害物に捕られれた時にブームを上昇させると 問題を悪化させることがある。何故ならば、この時点では作業用具の力は監視さ れておらず、突込まれた作業用具の増大した力は検出されていないので、その結 果としてブームシリンダ油圧装置は機能停止しかねない。この制＠装置は作業サ イクルの掘削ストローク及び積荷確保機能を遂行しているに過ぎない。

本発明は掘削機械の作業サイクルを自動化し、上述の諸問題の１またはそれ以上 を解消しようとするものである。

光皿の笠足 本発明の一面においては、機械作業サイクルの全体に亙って機械の作業用具を自 動的に制御する制御装置を提供する。本制御装置は１機械に対する作業用具の位 置に応答して位置信号を発生し、また作業用具に加わる力に応答して力信号を発 生する。位置論理装置は位置信号を受けてそれを複数の所定の位置設定点と比較 し、応答位置修正信号を発生する。力論理装置は力信号を受けてそれを複数の所 定の力投定点と比較し、応答力修正信号を発生する６次いで、作動機構はこれら の位置及び力修正信号を受け、作業用具を制御可能なように作動させて作業サイ クルを遂行する。

本発明の別の面においては、機械作業サイクルを通して機械の作業用具を自動的 に制御する方法を提供する。本方法は１機械に対する作業用具の位置に応答して 位置信号を発生する段階と、作業用具に加わる力に応答して力信号を発生する段 階とを含む、受信された位置信号は複数の所定の位置設定点と比較されて応答位 置修正信号が発生される。受信された力信号は複数の所定の力投定点と比較され て応答力修正信号が発生される。その後に作業用具は受信した位置及び力修正信 号に応答して制御可能なように作動させられ１作業サイクルを遂行する。

本発明は、作業用具を制御可能なように作動させて完全作業サイクルを実行する 装置及び方法を提供する。本制御装置及び方法は掘削機械の作業サイクルを自動 化するのに特に有利である。

図面の簡単な説明 区１は、掘削機械の部分側面図。

図２は、本発明の実施例のハードウェアブロック線図。

図３は、本発明の実施例の機能ブロック線図。

図４は、本発明の実施例のトップレベル流れ図。

図５は、溝内へのブーム降下機能の実施例を示す第２レベル流れ図。

図６は、掘削ストローク機能の実施例を示す第２レベル流れ図。

図７は、積荷確保及び荷降し機能の実施例を示す第２１ノベル流れ図。

図８は、掘削機械の上面図。

図９は、荷降し腟口及び溝への復帰を伴う荷降し機能の実施例を示す第２レベル 流れ図。

８　′−する　モード 図１は掘削機械工４の作業用具１２を制御するための自動掘削制御装置１０を示 す。図では掘削機械１４をバックホーとして示しであるが、制御装置１０は掘削 機、パワーショベル等のようなビークル上に実現することができる。一般にこれ らの掘削機械の作業用具１２には、ブーム１６、スティック１８．及びパケット ２０が含まれる。ブーム１６はブーム回転ビン２２によって掘削機械１４上に回 転可能なように取り付けられている。スティック１８はブーム１６の自由端に回 転可能なように接続され、またパケット２０はスティック１８に回転可能なよう に取り付けられている。パケット２０は、丸められた部分２６及びパケット歯２ ４を含む。

ブーム１６、スティック１８、及びパケット２０は、線形に伸張可能な油圧シリ ンダによつて独立的に、且つ制御可能なように作動させられる。ブーム１６は少 なくとも１つのブーム油圧シリンダ２８によって作動されてパケット２０を上下 方向に運動させる。スティック１８は少なくとも１つのスティック油圧シリンダ ３０によって作動されてパケット２０を長手水平方向に運動させる。パケット２ ０はパケット油圧シリンダ３２によって作動され、パケット回転ビン３４を中心 とする半径方向の運動範囲を有している。図示の都合上１図１には１つのブーム 油圧シリンダ及び１つのスティック油圧シリンダしか示してない。

作業用具１２及び油圧シリンダ２８．３０．３２の動作を理解するためには以下 の関係を知る必要がある。ブーム１６は、ブーム油圧シリンダ２８を収縮させる ことによって上昇し、このシリンダ２８を伸張させることによって降下する、ス ティック油圧シリンダ３０を収縮させるとスティック１８は掘削機械１４から離 れ、スティック油圧シリンダ３０を伸張させるとスティック１８は掘削機械１４ に向かう。最後にパケット２０は、パケット油圧シリンダ３２を収縮させると掘 削機械工４から離れるように回転し、このシリンダ３２を伸張させると掘削機械 工４に近づくように回転する。

説明の便宜上、ブーム回転ビン２２からパケット回転ビン３４までの水平距離Ｘ 及び垂直路＠Ｙをパケット座ｆｆ１Ｘ、　Ｙと呼ぶ、またパケット角θとは、水 平面に対するパケット回転角のことである。これらのＸ、Ｙ、θはパケット位置 の成分である。

本発明の一部をなすものではないが、所望の掘削の深さを測定するための基準点 の高さを確立する基準高さ杭３７も図示されている。掘削作業の調査分野では基 準高さを確立する方法は公知である。掘削機械工４に対する基準高さは以下のよ うにして自動掘削制御装置１０へ入力される。機械の操作員は作業用具１２を操 縦してパケット歯２４を基準高さ杭３７の頂上に位置決めする。ブーム、スティ ック、及びパケット油圧シリンダ２８．３０．３２の伸びから、基準高さ杭３７ に対するブーム回転ビン２２の位置が決定される。更に、ブーム回転ビン２２の 位置が既知となるからグラウンドレベルが確立される。従って、既知のパケット 垂直距離Ｙ、既知のグラウンドレベル、ブーム回転ビン２２とグラウンドレベル との間の固定された距＆１ｔＹ１からパケット深さが計算できる。

図２を参照する。作業用具１２の位置に応答して位置信号を発生する手段は、ブ ーム、スティック、及びパケット油圧シリンダ２８．３０．３２内のシリンダ伸 び量をそれぞれ検知する変位センサ４０．４２．４４を含む。このようなセンサ の１つは、ニューヨーク州プレインビューのＭＴシステムズコーポレーションが 製造しているテンポソエックス線形変位変換器である。　１９８８年４月１２日 付のビターらの合衆国特許４．７３７．７０５号に記載の無線濁波数をベースと するセンサも使用可能である。

作業用具１２の位置は、作業用具結合角度の測定からも誘導できることは明白で ある。作業用具位置信号を発生する代替装置は、例えばブーム１６、スティック １８及びパケット２０間の角度を測定する回転ポテンショメータのような回転角 度センサを含む。作業用具位置は油圧シリンダの伸び測定、または結合角度測定 の何れかから三角法によって計算することができろ。パケット位置を決定するこ れらの技術は公知であり、例えば１９７６年１２月１４日付のティーチの合衆国 特許３，９９７，０７１号、及び１９８３年３月２２日付のイヌイらの合衆国特 許４．３７７、０４３号を参照されたい。

作業用具１２に加わる力に応答して力信号を発生する手段は、ブーム、スティッ ク、及びパケット油圧シリンダ２８．３０．３２内の油圧をそれぞれ検知する圧 力センサ４６．４８．５０を含む、圧力センサ４６．４８．５０はそれぞれ。

各油圧シリンダ２８．３０．３２の圧力差に応答する信号を発生する。適当な圧 力センサは、カリフォルニア州モンロビアのブレサイスセンサーズ社が製造して いるシリーズ５５５圧力変換器である。

変位センサ４０．４２．４４によって検知されたシリンダの伸び信号、及び圧力 センサ４６．４８．５０によって検知されたシリンダ圧力信号は信号調整器５２ へ供給される。信号調整器５２は普通の信号励振及び濾波を行う。ノースカロラ イナ州ローリ−のメジャーメンラグループ社が製造しているＶｉｓｈａｙ信号調 整増幅器をこの目的に使用することができる。調整済の位置信号及び圧力信号は マイクロプロセッサを含む位置及び力論理装置３８への入力として供給される。

位置及び力論理装置３８は、他に２つの入力源を有している。即ち制御レバー５ ４と操作員インタフェース５Ｇである。制御レバー５４は作業用具１２の手動制 御を行う。制御レバー５４はコネチカット州ブリッジボートのＣＴＩエレクトロ ニクスが製造しているもののような普通の設計のレバーで実現することができる 。制御レバー５４の出力は作業用具１２の運動の方向と速度を決定する。制御レ バーは、ブーム１６．スティック１８及びパケット２０の運動が制御レバー５４ の運動に亘ちに従うように対応付けることが好ましい。

機械操作員は、操作員インタフェース装置５６を通して掘削の深さ及び溝底の勾 配のような掘削仕様を人力することができる。インタフェース装置５６は、例え ば欧数字キーバッドを有する液晶表示画面によって実現することができる。タッ チセンシティブスクリーンも適当である。操作員入力の本質は以下の説明からよ り明白になるであろう。

位置及び力論理装置３８は、信号調整器５２からの位置及び圧力信号入力と、割 面レバー５４からの手動制御信号と、操作員インタフェース５６からの操作員入 力とを受けてブーム、スティ・レフ、及びパケットシリンダ修正命令信号を発生 する。ブーム、スティック、及びパケットシリンダ修正命令信号は、それぞれの ブーム、スティック及びパケットシリンダ２８．３０．３２の油の流れを制御す る油制御弁５７．５８．５９を含む作動装置に供給される。

以上に説明した幾つかの自動掘削制御は任意に選択することができる。ｉ械操作 員は、個々の操作員の好みを満足させるように、または指定された掘削要求に自 動掘削制御装置ｌＯを適合させるために６つの制御オプションを選択することが できる。制御オプション１）及び２）は、制御レバー５４の運動によってパケッ ト２０に運動を命令する際の２つのパケット基準を定めている。制御オプション ３）は、過負荷を検出し１機能停止を予測するために作業用具１２に加わる力を 監視する力しきい値論理制御オプションである。制御オプション４）は、機械操 作員が掘削の深さ及び勾配を指定できるようにするものである。制御オプション ５）は、掘削中にパケットの進入を禁止する領域を操作員が指定できるようにす るものである。最後に、制御オプション６）は自動掘削である。この制御オプシ ョンを選択すると、制御装置１０が作業サイクルを自動的に遂行して掘削するこ とができる。自動制御装置の制御オプション及び各制御の態様に関して以下に詳 述する。

図３を参照する。位置論理装置３８は制御レバー５４から手動制御速度ベクトル Ｘ、Ｙ及びθを受ける。ブロック６０に示すように速度ベクトルは積分され、水 平、垂直及び回転の各軸に望まれる変位ΔＸ、ΔＹ、Δθがめられる。更に位置 論理装置３８は、シリンダ変位センサ４０．４２．４４からのブーム、スティッ ク及びパケットシリンダ位置信号ｄ１〜ｄ３をも受ける。現在のパケット位置が 位置信号から計算される。

ブロック６２では、パケット位置を計算するために２つのオプションを選択でき る。オプション】）及び２）は、パケット回転ビン３４またはパケット歯２４の 何れかを制御基準点として使用できるようにするパケット基準オプションである 。２つのパケット基準オプションｌ）と２）の主な差は、パケット位置を如何に 計算するか、及びパケット運動を如何に制御するかである。パケット回転ビン基 準オプション１）では、パケット角θ値は必要とせず、パケットシリンダの伸び はパケット回転ビン位置の計算には使用されない。パケットの回転運動は通常の 技法で制御される。即ち制御レバー５４を操縦してパケットを巻き込むように要 求すると、パケット２０が巻き込まれる。

パケット歯基準制御オプション２）では、バケット角θが作業用具１２の水平及 び乗置Ｘ、Ｙ運勧と同格に扱われる。パケット２０が掘削機械１４に向かって運 動する場合にバケット角θを維持するためにはパケット２０を回転させる必要が ある。このオプションでは、付加的な手動調整を必要とすることな（、バケット 角θを維持する。オプション２）は、所与の勾配の面上にパケット歯２４を維持 し、同時にバケット角θを同一に保持することが望ましいような応用を容易なら しめる。このオプションを選択すると、ブーム、スティック及びパケット油圧シ リンダの伸びが使用されてパケット位置の水平、垂直及び回転成分Ｘ、Ｙ、θが 計算される。

ブロック６２において、それぞれのシリンダ変位センサ４０．４２．４４が発生 したブーム、スティック及びパケット位置信号からパケット回転ビンまたはパケ ット歯位置が計算される。次いで計算されたパケット位置は手動制御変位値ΔＸ 、ΔＹ、Δθと組合わされて所望のパケット位置がめられる。ブロック６４にお いては所望のパケット位置を使用し、ｌまたはそれ以上の選択された制御オプシ ョンに依存して現在の状態及び制約の両方または何れか一方に従ってＸ、Ｙ及び θにおける作業用具位置修正を計算する。

オプション３）は力しきい値論理制御オプションである。シリンダ圧力センサ４ ６．４８．５０は、ブーム、スティック及びパケット油圧シリンダヘッド及びロ ッド端圧力ｐ１〜ｐ６を検知する。力論理装置３８は（区３には示されていない 信号調整器５２を通して）圧力信号ｐ１〜ｐ６を受け、ブーム、スティック、及 びパケットシリンダ力を計算する。所与のシリンダに加わる力（そのシリンダが 加える力に等しい）は検知した油圧から次式によって計算できる。

シリンダ力＝　（Ｐ２　＊Ａ２　）　−（Ｐｉ　＊Ａ１　）但し、Ｐ２及びＰＩ はそれぞれ特定のシリンダ２８．３０．３２のヘッド端及びロッド端における油 圧であり、Ａ２及びＡＩはそれぞれの端における断面積である。図１のブーム、 スティック及びパケット油圧シリンダ２８．３０．３２の傍らに示されている力 ベクトルＦ１．Ｆ２及びＦ３は、それぞれの油圧シリンダを伸張させるために加 えられる力の方向を表している。計算されたシリンダ力と所定の力設定点との比 較を使用して、ブーム１６、スティック１８、及びバケ・ント２０の過負荷及び 予測される機能停止を検出する。

ブロック６４に示されている別のオプションは、最大深さ及び勾配オプションで ある０機械操作員は基準高さに対する最大掘削深さを指定することができる。

このオプションを選択した場合、所望のパケット位置の乗置成分Ｙが指定された 最大深さと比較される。自動掘削制御装置ｌＯは、たとえ最大深さより深くパケ ット２０を下げるように作業用具１２に手動で命令したとしても、パケット２０ が指定された深さより下を掘ることを阻止する。更に操作員は、溝底を傾斜仕上 げするように角度を指定することができる。自動掘削制御装置ｌＯは指定された 勾配を達成するために、パケットの現在位置からの水平及び垂直距離の所望の変 化を計算する。自動掘削制御装置１０は、傾斜した溝底の最下点が指定された最 大深さを越えないようにする。

オプション５〕の禁止領域は、たとえ手動で作業用具１２がその領域内へ進入す るように制御されたとしても、パケット歯２４の進入を禁する三次元領域を操作 員が限定できるようにする。禁止領域は掘削機械１４の掘削ストロークにほぼ垂 直な中心線からの半径によって限定される。禁止領域は、操作員インタフェース ５６を使用してブーム回転ビン２２からの水平距離と、基準高さより下の垂直距 離と、半径とを入力することによって指定される。Ｘ、Ｙ及びθ軸内の作業用具 位置修正を計算する際に、所望パケット位置が禁止領域座標と比較される。もし 所望パケット位置と禁止領域とが一致すれば、制御レバー５４人力は禁止領域を 避けるように変更される。

オプション６）は自動掘削である。溝内へのブーム降下、掘削ストローク、積荷 確保、荷降し旋回、荷降し、及び溝への復帰機能によって限定される掘削作業サ イクルが目動的に実行される。これを遂行する態様は図４乃至図９に基づく説明 から明白になるであろう。

ブロック６６では、Ｘ、Ｙ及びθ軸内の作業用具位置修正が１作業用具シリンダ 伸び命令信号を発生させる。これらの命令信号はブーム、スティック、及びパケ ット油圧シリンダを変位させる。

図４は自動化された掘削作業サイクルのトップレベル流れ図である。一般的に掘 削機械１４のための作業サイクルは４つの特徴的な順次機能、即ち溝内へのブー ム降下６３、掘削ストローク６５．積荷確保６７、及び荷降し６９に区分するこ とができる。荷降し機能６っけ、後に説明する溝への旋回及び溝への復帰機能を 含む、流れ図に示すように自動化掘削作業サイクルは繰り返し遂行される１作業 用具１２の運動の変更が最大深さまたは禁止領域座標を犯さない限り操作員は作 業用具１２の運動を変更することはできるが１作業サイクルを遂行するには操作 員の介在は必要としない。

図５においては、溝内へのブーム降下機能６３はパケット２０が最適の開始深さ 及び掘削角となるように作業用具１２を位置窓めする。この機能はブロック７０ におけるパケット回転ビン位置の計算から始まる。以後の説明では、“パケット 位置”と言う用語は、図１に示すようにブーム回転ビン２２からのパケット回転 ビンの水平方向及び垂直方向変位及びパケット角θのことである。判断ブロック ７２ではブームシリンダ力Ｆｌが計算され、設定点Ａと比較される。設定点Ａは 機械１４が外向きに伸びたブーム１６、スティック１８．及びパケット２０を大 地から持ち上げ始めるためにブームに加えなければならない力よりもわずかに小 さい力として定義される。パケット回転ビン３４の深さは、機械操作員が指定し た最大掘削深さにおけるビン深さを表す設定点Ｂと比較される。

もしブーム力Ｆ１が設定点Ａよりも大きくなく、またビン深さが設定点Ｂよりも 大きくないかまたは等しければ、ブロック７４においてパケットシリンダの伸び が設定点Ｃと比較される。設定点Ｃは、パケット２０が“かかと”をつけること を許さないパケットシリンダの伸びに一致する。“かかとをつける”のはパケッ ト２０の丸められた部分２６が土に接触した時に発生し、掘削効率を著しく低下 させる。もしパケットシリンダの伸びが設定点より小さければ、ブロック７６に おいてパケット２０が巻き込まれてパケット角θが減少し、ブロック７８におい てブーム１６が更に下向きに大地内に伸ばされ、プログラムはブロック７０に戻 されて実行が続行される。もしパケットシリンダの伸びが設定点より小さくなけ れば、パケット２０が巻き込まれることなくブロック７８においてブームが下方 に動かされ、実行はブロック７０に戻される。従って５機械１４を傾かせるよう な力Ｆ１がブーム１６に加わらず、且つパケット２０が最大深さを越えない限り 制御装置１０はパケット２０が°゛かかとをっける“のを防ぎながらブーム１６ を下降させ続ける。

もし判断ブロック７２におけるブームシリンダ力と設定点Ａとの比較の結果がビ ークルが傾斜し始めていること、またはパケットが最大深さを越えていることを 指示すれば、ブロック８０においてパケット角即ち掘削角θが設定点りと比較さ れる。設定点りはパケットの所定の掘削角である。もしパケット角θが設定点り よりも大きければ、ブロック８４においてパケットは巻き込まれ、より良い掘削 角にされる。次の判断ブロック８６においてパケットシリンダ力Ｆ３と設定点Ｅ とが比較される。設定点Ｅは、ブームシリンダ力Ｆ１が設定点Ａに達した時に機 械１４を滑らせ始める力の量より僅かに小さいパケットシリンダ力である。もし 測定されたパケットシリンダ力Ｆ３が設定点Ｅよりも大きければ、ブロック８８ はブーム１６を上方へ移動させて力を軽減し、プログラム制御はブロック８゜へ 戻されてバラケラト角θが設定点りと比較される。もしパケット力Ｆ３が設定点 Ｅよりも大きくなければ、プログラムはブロック８８をバイパスして直接ブロッ ク８０へ進む。もしパケット角θが設定点りよりも小さいかまたは等しければプ ログラムは流れ図の３区分（区６）へ進み、それ以外の場合には再びブロック８ ４．８６及び８８を経由する。溝内へのブーム降下機能６３中には、掘削準備を 整えるためにパケット深さ及び掘削角θを調整するように作業用具１２が位置決 めされることが以上の説明から明白になったであろう。

図６に示す掘削ストローク機能６５は１作業用具１２を掘削機１４に向けて掘削 経路に沿って運動させる。掘削ストローク機能６５は、ブロック９ｏにおけるパ ケット回転ビン位置の計算から開始される。ブロック９２においてはスティック シリンダの伸びが設定点Ｆと比較され、パケットシリンダの伸びが設定点Ｇと比 較される。設定点Ｆ及びＧは掘削ストローク完了のための標識である。掘削機械 １４は、スティック１８がほぼ完全に収縮するまでパケット２ｏを掘削機械１４ に向けて移動させることによって作業サイクルの掘削ストローク部分を遂行する 。設定点Ｆは、スティックシリンダ３ｏがほぼ最大に伸びた時、即ちスティック １８が掘削機械１４の近くまで移動させられた時のスティックシリンダの伸びで ある。同様に、スティックシリンダ３０が伸ばされるとパケットシリンダ３２− 　はパケット角θを維持するために収縮させられる。設定点Ｇは、シリンダ３２ がほぼ完全に収縮して掘削ストロークの終りを指示した時のパケットシリンダの 伸びである。

もし何れかのシリンダの伸びがそれぞれの設定点を越えれば掘削ストロークは完 了し、プログラムは流れ図の区分Ｃ（図７）に進んで機械１４は積荷確保を開始 する。もし上述の条件の何れも真でなければブロック９４においてブーム、ステ ィック、及びパケットシリンダ２８．３０．３２に加わる力Ｆ１、Ｆ２．Ｆ３が 、機械製造者によって指定された最大定格シリンダ力に対して調べられる。この 段階は１機能停止をもたらし得る機械油圧系統の過負荷を防止する。もし測定さ れたシリンダ力Ｆ１．Ｆ２．Ｆ３が所定の最大力を越えれば、ブロック９６はブ ーム１６を上昇させて過剰の力を軽減させる。本実施例では設定点は最大定格力 の約８５％である。

もしブロック９４において過剰力が検出されなければ、ブロック９日においてス ティックシリンダの伸びが設定点Ｈと比較され、またパケットシリンダ力Ｆ３が 設定点工と比較される。もしスティックシリンダの伸びが設定点Ｈより小さく且 つパケットシリンダ力Ｆ３が設定点Ｉより大きければ、作業用具１２は強い掘削 を行っていない。この時点では作業用具１２は長いモーメントアームのようであ り、機械は傾斜及び滑りの両方または何れか一方を開始する傾向が大きい。

この状況では、ブロック１００はブーム１６を上昇させてパケット力Ｆ３を軽減 させる。次いでブロック１０２においてブームシリンダ力Ｆｌが設定点りと比較 される。この比較の目的は５作業用具のジオメトリが与えられている機械１４が 大地から離れて持ち上ることがないようにするためである。もし力Ｆ１が設定点 しよりも小さければ、ブロック１０４はスティック１８を外向きに伸ばして力を 軽減し、プログラム制御はブロック１１６へ進められる。

もしブロック９８において望ましくない状態が見出されると、ブロック１０６は パケット回転ビン深さと最大掘削深さである設定点Ｂとを比較して、それが設定 点Ｂよりも大きいかまたは等しいか否かを調べる。もしパケット２０が最大深さ にあれば、ブロック１０８はパケット２０を機械１４に向かって水平に移動させ 、その後プログラムは後述するブロック１１６へ進む。もしパケット２０が最大 深さになければ、ブロック１１０においてスティックシリンダ力Ｆ２が設定点Ｊ と比較される。もしスティックシリンダ力Ｆ２が設定点Ｊよりも小さければ。

パケット２０は効果的に掘削を行っていない。この状態を修正するためにブロッ ク１１２は（掘削の深さを増すようにブーム１６を移動させることなく）スティ ック１８を機械１４に近付ける。そうでない場合にはブロック１１４がパケット 回転ビン３４を機械１４に向かって水平に移動させる。パケット回転ビン３４を 水平方向に運動させるためには、パケット回転ビン３４の高さを維持するために ブーム１６及びスティック１８の運動を対応させる必要がある。

次いでプログラムはブロック１１６に進み、操作員の命令が指定された最大深さ 、禁止領域、及び勾配の全てまたは何れが１つを犯さない限り、制御レバー５４ の操作員調整を使用し、命令に従って作業要部１２を運動させる。操作員入力は パケット回転ビンオプションｌ）またはパケット歯基準オプション２）において 構成することができる。

次にブロック１１８においてパケット座禰Ｘが設定点にと比較される。設定点に は、掘削ストロークの殆どが完了した時のブーム回転ビン２２とパケット回転ビ ン３４との間の水平距離である。もしビン２２．３４間の距離が設定点によりも 小さければパケット２０は巻き込まれて負荷を掬い始め、制御はブロック９゜に 戻される。

最終的には、作業用具１２のジオメトリがブロック９２の条件を満足して掘削ス トロークの完了を指示するので、制御装置１ｏは図７に示す積荷確保機能を開始 する。

図７に積荷確保機能６７及び荷降し機能６つの論理を示す。積荷確保機能６７は 、ブロック１２４におけるパケット回転ビン３４の位置の計算から開始される。

パケット角θは設定点Ｍと比較される。設定点Ｍは山盛りのパケット負荷を維持 するのに充分なパケット角である。ブロック１２６において現在のパケット角θ が設定点Ｍよりも大きいと判定されると、ブロック１２８はパケット２ｏが設定 点Ｍよりも小さいかまたは等しくなるまでパケット２ｏを更に巻き込み、このよ うになると区分りの荷降し機能を開始できるようになる。

荷降し機能６９の始めに、ブロック１３２においてブーム、スティック、及びパ ケットシリンダの伸びがそれぞれ設定点Ｎ、　Ｏｌ及びＰと比較されて確保した 負荷が完全に投棄されたが否かが決定される。ブーム１６が上昇し、スティック １８が外向きに伸び、そしてパケット２ｏが反転した時に荷は完全に荷降しされ る。この完全荷降し位置では全てのシリンダ２日、３ｏ、３２がほぼ完全に収縮 していることに注目されたい。ブロック１３４．１３８、及び１４２において順 次にブーム、スティック、及びパケットシリンダの伸びがそれぞれ設定点Ｎ、０ 、及びＰに対して調べられてこの位置に到達したか否かが決定され、各シリンダ の伸びがそれぞれの設定点より大きければ更に収縮される（ブロック１３６．１ ４０．１４４）。各シリンダ２８．３０．３２が完全に収縮すると作業サイクル は繰り返され、プログラム制御は最大掘削深さに達するまで区分Ａの溝内へのブ ーム降下機能６３へ戻される。

旋回及び溝への復帰機能の説明は、それが先行機能とは異なる、そして分離され た態様で作業用具１２を自動化することを含むので最後に行うこととする。

図８を参照する。用具旋回点４３における旋回角βは作業用具１２と掘削機械１ ４の中心線４５とがなす角である。この旋回角βは、作業用具１２がビークルボ ディとは無間係に旋回するバックホー、及び操作貫窓が作業用具１２と共に回転 可能な掘削機またはパワーショベルに見出される。また旋回角βは縦中心線４５ から反時計方向を正、時計方向を負と定義する。従って作業用具１２が縦中心線 ４５と一致する場合には旋回角βは０である。

作業用具回転点４３に配置されている回転ポテンショメータのような旋回角セン サは、機械１４の縦中心線４５からの作業用具１２の偏りの量に対応する角度測 定値を発生する。代替実施例では、旋回シリンダ４７．４９の１つ上に位置決め され、ブーム、スティック、及びパケットシリンダ２８．３０．３２上で使用さ れる油圧シリンダ変位センサのような油圧シリンダ変位センサも、作業用具旋回 変位を測定するのに適当である。旋回角は、シリンダの伸びの測定から計算する こともできる。

掘削作業サイクルを開始する前に、荷降し位置及び溝位置、並びにそれぞれまで 旋回する角度が１旨定され、記録される。溝角は作業用具１２を溝位置Ｔに位置 決めすることによってセットすることができる。同様に、操作員は作業用具１２ を荷降し位置りまで旋回させることによって荷降し角をセットする。所望の荷降 し角及び溝角はそれぞれ設定点Ｑ及びＲとして制御装置１０内に記憶され、荷降 し旋回機能及び溝への復帰機能中に使用される。

図９を参照する。区７に示す荷降し機能６９は、ｍ降し旋回機能及び溝への復帰 機能を含むように変更されている。ブロック１３２において設定点Ｑが設定点Ｒ と比較されて荷降し角と溝角の位置が互いに決定される。もし設定点Ｒ（溝角） が設定点Ｑ（荷降し角）より大きければ、ブロック１３４において変数「フラグ 」がＯに等しくセットされる。そうでない場合にはブロック１３６において変数 「フラグｊは１に等しくセットされる。ブロック１３８においては、ブーム、ス ティック及びパケットシリンダの伸びがそれぞれ設定点Ｎ、　Ｏｌ及びＰと比較 されて完全に荷降し位置に到達したか否かが決定される。もしこれらのシリンダ の伸びが同時にそれぞれの設定点になければ１作業用具１２は完全に荷を降す位 置にはなく、プログラムはブロック１４０〜１６０へ分岐する。

ブロック１４０〜１６０においては１作業用具油圧シリンダ２８．３０．３２は 収縮して完全に荷降し位置に達し、作業用具１２は荷降し位置りまで旋回してい る。先ずブロック１４０においてブームシリンダの伸びが設定点Ｎと比較される 。もしブームシリンダの伸びが設定点Ｎよりも大きければ、ブロック１４２にお いてブームシリンダ２８は取締させられる。ブームシリンダの比較及び収縮は、 ブームシリンダが完全に収縮してプロ・ンク１４０の条件を満足するまで遂行さ れる。ブロック１４’Ｏにおける比較の結果、もしブーム１６が取締位置に、従 って上昇位置にあることが分かれば、作業用具Ｉ２は荷降し位置りに向かって旋 回を開始することができる。

ブロック１４４では変数「フラグ」が調べられ、荷降し位置りに到達するには作 業用具１２をどの方向に旋回させる必要があるかを決定する。もし「フラグ」が Ｏでなければ作業用具１２を溝位置Ｔから荷降し位置りに到達させるためには反 時計方向に旋回させる必要があり、「フラグ」が０である場合には時計方向に旋 回させる必要がある。ブロック１４４において「フラグＪがＯでないことが判断 されれば、ブロック１４６において旋回角βが設定点Ｑ（荷降し角）と比較され る。もし旋回角βが設定！！５．０よりも小さければ、ブロック１４８において 作業用具１２は荷降し位置りに向かって反時計方向に旋回させられる。もしブロ ック１４４が「フラグ」は１に等しいと判断すれば、ブロック１５０において旋 回角βが設定点Ｑと比較され、ブロック１５２において作業用具１２は荷降し位 置りに向かって時計方向に旋回させられる。作業用具１２は荷降し位置りに達す るまで反時計方向または時計方向の何れかに旋回させられる。

その後にブロック１５４はスティックシリンダの伸びを設定点０と比較し、ブロ ック１５８はパケットシリンダの伸びを設定点Ｐと比較する。もし何れかのシリ ンダの伸びがそれぞれの設定点より大きければ、ブロック１５６，１６０におい て遣切なシリンダが収縮させられる。

ブロック１３８から開始され、ブロック１６０で終了する主プログラムループは 、パケット２０内に確保されている負荷が荷降し位！！Ｄに降されてブロック１ ３８が条件を満足したことを指示するまで繰り返し実行される。この時点で作業 用具１２は溝Ｔへ戻される。ブロック１６２において変数「フラグ」が調べられ る。もし「フラグ」が０であり、またブロック１６４が旋回角βは設定点Ｒより も小さいことを示せば、ブロック１６６において作業用具１２は溝位置Ｔに達す るまで反時計方向に旋回させられる。ブロック１６２が「フラグ」はＯではない と判断し、またブロック１６８が旋回角βは設定点Ｒよりも大きいことを示せば 、ブロック１７０において作業用具１２は溝位置Ｔに達するまで時計方向に旋回 させられる。ブロック１６４または１６８において旋回角βが設定点Ｒに等しい 場合には作業用具１２は溝位置Ｔに整列しているのであり、プログラムは区分Ａ に戻って全作業サイクルを繰り返すことが可能になる。

荷降し旋回機能及び溝への復帰機能の好ましい実施例では、操作員が掘削機械を 制御する場合と良（似せて、作業用具１２が溝の頂部を通り越したならば亘ちに 作業用具１２を荷降し位置に向けて旋回させ始める必要がある。自動掘削制御装 置１０は前述のようにして荷降し旋回機能及び溝／＼の復帰機能を自動化するこ とが可能であり、作業用具１２の自動荷降し旋回機能及び溝への復帰機能、また は手動荷降し旋回機能及び溝への復帰機能の何れかを選択するオプションを操作 員に提供する。

図５乃至図９に示した設定点Ａ乃至Ｒの値は機械に依存しており、ビークルダイ ナミックスに習熟した人々、及び機械の能力及び寸法に精通した人々によって日 常の経験から決定することができる。

直置に星杖杢温応ユ 以上に自動掘削制御装置１０を掘削機、バックホー、及びフロントショベルのよ うな大型ビークルにおける用途に関係付けて説明した。これらのビークルは。

典型的には幾つかの運動段階を可能にする２またはそれ以上のリンケージを有す る作業用具を含んでいる。

本発明の実施例では、掘削機械操作員は自由に操縦できる２つの作業用具制御レ バーと、自動掘削制御パネルインタフェース５６とを使用できる。２つのレバー の一方はブーム１６の回転点２２からパケット２ｏの先端まで伸びる１つの垂直 面内の作業用具の運動を制御し、他方のレバーは第１の面からある角度旋回した 別の垂直面への作業用具１２の横旋回運動を制御するようにすることが好ましい 。自動掘削制御パネルインタフェース５６は、操作オプションの選択と機能仕様 の入力とを操作員に提供する。

６つの制御オプション、即ち１）パケット回転ビン基準、２〕パケツト歯基準、 ３）シリンダ力しきい値論理、４）最大掘削深さ及び傾斜した溝底、５）禁止領 域、及び６）自動掘削が使用可能である。操作員はこれらの制御オプションの中 から現在の掘削応用に適するもの、または個人的な好みを選択する。

オプション１）は、パケット回転ビン３４の運動と制御レバー５４の運動とを対 応させ、パケット回転ビン３４を基準点として使用して全ての計算が遂行される 。このオプションは殆どの操作員の当然の予測及び操作上の慣例と一致する。

オプション２）もパケットと制御レバー５４の運動を対応させるが、基準点をパ ケット歯とすることが異なる。オプション２〕ではパケット角が計算に取り入れ られる。例えばもし溝底仕上げ応用におけるように水平運動が望まれるのであれ ば、制御装置は自動的にブーム、スティック、及びパケットシリンダを協調せし めてパケット歯を水平の線に沿って運動さぜる。

オプション３）の力しきい値論理は潜在的な機能停止の自動予測を可能とし、機 能停止状態が発生する前に修正動作を起こす、操作員はオプション３）を選択す るとオプションｌ）または２）のパケット基準オプションの何れかを選択するよ うに指示される。

オプション４）を選択する際に、操作員は最大掘削深さ及び掘削経路の勾配を制 御装！１０にプログラムすることができる。自動掘削制御装置１０は、先ず所望 するパケット基準オプション１）または２）に関して、及びオプション３）の力 しきい値論理を作動させるべきか否かを、操作員インクフェース５６を通して操 作員に尋ねる０次いで操作員は、パケット歯２４が基準高さ杭３７の頂上に接触 するように作業用具１２を操縦することを指示される。これを遂行した後、操作 員は基準高さを位置決めしたことを指示するキーストロークを入力する。次に制 御装置ｌＯは、この基準高さに対する希望する溝深さと希望する勾配を操作員に 入力するように指示する。操作員は深さを入力し、また水平の溝底に対して０勾 配を入力できる。これらの操作員入力を受信した後に、制御装置１０は掘削機械 １４に対する所望掘削溝底の座標を計算する。制御装置１０は溝底の深さ及び勾 配によって形成される掘削境界より下に作業工具１２が進入することを許容しな い。掘削中、操作員は作業用具１２の手動制御が可能であり、彼が望むどのよう なやり方ででも材料を掘削することができる。制御装置１０はパケット２ｏが所 望の深さより下の材料を掘削することを許さず、そのため正確な深さと勾配を有 する滑らかな溝底が得られる。

オプション５）の禁止領域はオプション４）と類似しているが、付加的に１作業 用具が進入することを許されない禁止領域を指定する能力を提供する。この重要 なオプションは、バイブ、ユーティリティーライン等が埋設されていることが分 かっている場所を掘削する応用では屡々見出される。制御オプション５）を選択 すると、操作員はオプション４）と同様に溝深さ及び勾配情報を入力する他に、 禁止領域に関する情報を入力するように指示される。掘削機械１４は、禁止領域 の縦軸が機械１４の縦中心＃ｉ４５に実質的に垂直になるように位置決めされる 、操作員はブーム回転ビン２２から禁止領域の縦軸までの水平及び垂直距離を入 力するように指示される。次いで操作員は禁止領域縦軸からの半径方向距離を入 力するように指示される。縦軸及び半径は禁止領域の制約を限定する。これで操 作員は、禁止領域内に横たわ毬ユーティリティーラインを破断することなく材料 を掘削することができる。

最後に、制御オプション６）を選択すると、掘削機械１４は自主的に掘削する能 力を持つようになる。掘削作業サイクルは、所望の溝深さ及び勾配に達するまで 自動的に遂行される。制御装置１０は作業用具の位置及び油圧シリンダの圧力を 監視し、熟ｌｌ！操作員の技術の解析から開発された規定の位置及び力に従って 動作し１反応する。

自主掘削操作モード６）の場合にも操作員は所望の掘削深さ及び溝底勾配に関し てパケット基準オプションの選択を指示され、基準高さを確立するために基準高 さ杭に接触するように指示される。自動掘削オプションでは、制御オプション３ ）の力しきい値論理が自動的に作動せしめられる。もし溝位置Ｔが掘削機械１４ の中心線４５から偏っていれば、操作員は作業用具１２を溝位置Ｔに位置決めし て溝角を確立しなければならない。また同様にして操作員は荷降し角を確立する ように指示される。オプション６〕においては自動掘削制御装置１０は、所望の 溝底勾配及び深さが得られるまで作業サイクルを遂行し、材料を掘削する。掘削 は自主的に遂行されるが、調斎員は制御レバー５４を使用して掘削経路の調整を 行うことが可能である。

本発明の他のアスペクト、目的、及び長所は添付図面、開示、及び請求の範囲の 検討から明白になるであろう。

浄書（内容に変更なし） 第３図 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） 第７図 浄書（内容に変更なし） ｏｏ 浄書（内容に変更なし） 平成　年　月　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．機械作業サイクルの全体に亙って掘削機械（１４）の作業用具（１２）を自 動的に制御する制御装置（１０）であって、掘削機械（１４）に対する作業用具 （１２）の位置に応答して位置信号を発生する手段（４０、４２、４４）と、 作業用具（１２）に加わる力に応答して力信号を発生する手段（４６、４８、５ ０）と、 位置信号を受信し、受信した位置信号と複数の所定の位置設定点とを比較して応 答位置修正信号を発生する位置論理手段（３８）と、力信号を受信し、受信した 力信号と複数の所定の力設定点とを比較して応答力修正信号を発生する力論理手 段（３８）と、位置及び力修正信号を受信し、それらに応答して作業用具（１２ ）を制御可能なように作動させて作業サイクルを遂行する作動手段（５７、２８ 、５８、３０、５９、３２）と を具備することを特徴とする制御装置（１０）。 ２．位置論理手段（３８）は受信した位置信号と複数の位置設定点の所定の１つ とを周期的に比較して位置信号がその所定の位置設定点に等しくないことに応答 して位置修正信帯を応答的に発生し、作動手段（５７、２８、５８、３０、５９ 、３２）はこの位置修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を制御可能なよ うに運動させる請求項１に記載の制御装置（１０）。 ３．力論理手段（３８）は受信した力信号と複数の九段定点の所定の１つとを比 較して力信号がその所定の力設定点に等しくないことに応答して力修正信号を応 答的に発生し、作動手段（５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの力修正 信号の存在に応答して作業用具（１２）を制御可能なように運動させ作業用具（ １２）に加わる力を変更する請求項２に記載の装置（１０）。 ４．位置論理手段（３８）は受信した位置信号が所定の最大溝深さ位置設定点よ り大きいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を発生し、力論理手段（３ ８）は受信した力信号が所定の最大下降力設定点より大きいかまたは等しいこと に応答して力限界信号を発生し、作動手段（５７、２８）は位置限界信号及び力 限界信号の両者の欠如に応答して作業用具（１２）を下向きに制御可能なように 運動させる請求項１に記載の制御装置（１０）。 ５．力論理手段（３８）は受信した力信号が所定の作業用具（１２）最大定格力 設定点より大きいかまたは等しいことに応答して力限界信号を発生し、作動手段 （５７、２８）はこの力限界信号の存在に応答して作業用具（１２）を上向きに 制御可能なように運動させる請求項１に記載の制御装置（１０）。 ６．力論理手段（３８）は受信した力信号が所定の最小掘削力設定点より小さい かまたは等しいことに応等して力修正信号を発生し、作動手段（５７、２８）は この力修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を下向きに制御可能なように 運動させる請求項１に記載の制御装置（１０）。 ７．位置論理手段（３８）は受信した位置信号が所定の旋回位置設定点より大き いかまたは等しいことに応答して位置修正信号を発生し、作動手段（４７、３０ 、４９、３２）はこの位置修正信号の欠如に応答して作業用具（１２）を横方向 に制御可能なように運動させる請求項１に記載の制御装置（１０）。 ８．位置信号が水平及び垂直成分を含み、力信号が水平及び垂直成分を含む請求 項１に記載の制御装置（１０）。 ９．位置論理手段（３８）は受信した位置信号の水平成分が所定の最小水平用具 ・機械距離位置設定点より小さいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を 発生し、作動手段（５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの位置限界信号 の欠如に応答して作業用具（１２）を実質的に水平に掘削機械（１４）に向けて 制御可能なように運動させる請求項８に記載の制御装置（１０）。 １０．位置論理手段（３８）は受信した位置信号の垂直成分が所定の最大用具高 さ位置設定点より大きいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を発生し力 論理手段（３８）は受信した力信号が所定の最大下降力設定点より大きいかまた は等しいことに応答して力限界信号を発生し、作動手段（５７、２８）はこの位 置限界信号の欠如に応答して作業用具（１２）を上向きに制御可能なように運動 させる請求項１に記載の制御装置（１０）。 １１．機械作業サイクルの全体に亙って掘削機械（１４）の作業用具（１２）を 自動的に制御する制御装置（１０）であって、作業用具（１２）はブーム（１６ ）と、スティック（１８）と、バケット（２０）とを含み、これらは各々少なく とも１つの関連流体圧シリンダによって制御可能なように作動され、これらの流 体圧シリンダ（２８、３０、３２）は加圧された流体任用流体を容れ、各流体圧 シリンダはその中に容れられている流体圧用流体の圧力に応答して第１の収縮位 置と複数の第２の位置との間を伸張できる可動部分を有し、制御装置（１０）が 、 ブーム（１６）、スティック（１８）、及びバケット（２０）の各々の位置に応 答してそれぞれの位置信号を発生する手段（４２、４４、４６）と、これらの位 置信号を受信し、受信した位置信号と複数の所定の位置設定点とを比較して応答 位置修正信号を発生する位置論理手段（３８）と、ブーム、スティック、及びバ ケット流体圧シリンダ（２８、３０、３２）の各々の流体圧用流体の圧力に応答 してそれぞれの圧力信号を発生する手段（３８）と、 これらの圧力信号を受信し、ブーム、スティック、及びバケット流体圧シリンダ （２８、３０、３２）毎に相関力信号を計算し、それを複数の所定の力設定点と 比較して応答力修正信号を供給する力論理手段（３８）と、位置及び力修正信号 を受信し、それらに応答して作業用具（１２）を制御可能なように作動させて作 業サイクルを遂行する作動手段（５７、２８、５８、３０５９、３２）と を具備することを特徴とする制御装置（１０）。 １２．位置論理手段（３８）は受信したブーム、スティック、及びバケット位置 信号の少なくとも１つと複数の位置設定点の所定の１つとを周期的に比較して位 置信号がその所定の位置設定点に等しくないことに応答して位置修正信号を応答 的に発生し、作動受段（５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの位置修正 信号の存在に応答して作業用具（１２）を制御可能なように運動させる請求項１ １に記載の制御装置（１０）。 １３．力論理手段（３８）は受信したブーム、スティック、及びバケット力信号 の少なくとも１つと複数の力設定点の所定の１つとを周期的に比較して力信号が その所定の力設定点に等しくないことに応答して力修正信号を応答的に発生し作 動手段（５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの力修正信号の存在に応答 して作業用具（１２）を制御可能なように運動させ作業用具（１２）に加わる力 を変更する請求項１２に記載の制御装置（１０）。 １４．力論理手段（３８）は計算されたブーム、スティック、及びパケット力信 号の何れかがそれぞれの所定のブーム，スティック、及びバケット最大定格力設 定点より大きいかまたは等しいことに応答して力限界信号を発生し、作動手段（ ５７、２８、５８、３０、５９、３２）は力限界信号の存在に応答して作業用具 （１２）を上向きに制御可能なように運動させる請求項１１に記載の制御装置（ １０）。 １５．力論理手段（３８）は計算されたブームカ信号が所定の最大ブーム下向き 力設定点より大きく且つ計算されたバケットカ信号が所定のバケット九段定点よ り大きいことに応答して力修正信号を発生し、ブーム及びバケットカのこの組合 せは掘削装置（１４）を滑らせる恐れがあり、作動手段（５７、２８）はこの力 修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を上向きに制御可能なように運動さ せる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 １６．力論理手段（３８）は計算されたスティックカ信号が所定の最小掘削力設 定点より小さいかまたは等しいことに応答して力修正信号を発生し、作動手段（ ５７、２８）はこの力修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を下向きに制 御可能なように運動させる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 １７．位置論理手段（３８）は受信したスティック位置信号が所定の最大スティ ック収縮位置設定点より大きいことに応答して位置限界信号を発生し、作動手段 （５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの位置限界信号の欠如に応答して 作業用具（１２）を実質的に水平に掘削機械（１４）に向けて制御可能なように 運動させる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 １８．位置論理手段（３８）は受信したバケット位置信号が所定の最大バケット 巻き込み位置設定点より大きいことに応答して位置限界信号を発生し、作動手段 （５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの位置限界信号の欠如に応答して 作業用具（１２）を実質的に水平に掘削機械（１４）に向けて制御可能なように 運動させる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 １９．位置論理手段（３８）は受信したスティック位置信号が所定のスティック 伸張位置設定点より大きく且つ計算されたバケット力が所定のバケット掘削力設 定点より大きいことに応答して位置修正信号を発生し、それによってスティック 位置及びバケット力のこの組合せが弱い作業用具（１２）掘削ジオメトリを指示 し、作動手段（５７、２８）はこれらの位置修正信号及び力信号の両者の存在に 応答して作業用具（１２）を上向きに制御可能なように運動させる請求項１１に 記載の制御装置（１０）。 ２０．力論理手段（３８）は計算されたブーム力が所定のビークル傾斜力設定点 より大きいことに応答して力修正信号を発生し、作動手段（５７、２８、５８、 ３０、５９、３２）はこの力修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を制御 可能なように運動させ作業用具（１２）に加わる力を減少させる請求項１１に記 載の制御装置（１０）。 ２１．位置論理手段（３８）は受信したブーム位置信号が所定の最大ブーム上昇 位置設定点より大きいことに応答して位置限界信号を発生し、作動手段（５７、 ２８）はこの位置限界信号の欠如に応答してブーム（１６）を上向きに制御可能 なように運動させる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 ２２．位置論理手段（３８）は受信したスティック位置信号が所定の最大スティ ック伸張位置設定点より大きいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を発 生し、作動手段（５８、３０）はこの位置限界信号の欠如に応答してスティック （１８）を掘削機械（１４）から外向きに制御可能なように運動させる請求項２ １に記載の制御装置（１０）。 ２３．位置論理手段（３８）は受信したバケット位置信号が所定のバケット荷降 し位置設定点より小さいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を発生し作 動手段（５８、３０）はこの位置限界信号の欠如に応答してバケットを掘削機械 （１４）から外向きに制御可能なように運動させる請求項２２に記載の制御装置 （１０）。 ２４．位置論理手段（３８）は受信したバケット位置が所定の最適バケット掘削 角位置設定点に等しくないことに応答して位置修正信号を発生し、作動手段（５ ９、３２）はこの位置修正信号の存在に応答してバケットを制御可能なように回 転させる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 ２５．位置論理手段（３８）は受信したバケット位置が所定の最適バケット積荷 確保位置設定点より小さいことに応答して位置修正信号を発生し、作動手段（５ ９、３２）はこの位置修正信号の存在に応答してバケットを制御可能なように回 転させる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 ２６．作業用具（１２）はある旋回点を中心として構方向にも可動であり、位置 信号発生手段は作業用具（１２）の横方向位置にも応答して位置信号を発生し、 位置論理手段（３８）は受信した位置信号が所定の横方向位置設定点に等しくな いことに応答して位置限界信号を発生し、作動手段（４７、４９）はこの位置限 界信号の欠如に応答して作業用具（１２）を横方向に制御可能なように運動させ る請求項１１に記載の制御装置（１０）。 ２７．位置信号発生手段は作動用流体圧シリンダ（２８、３０、３２）のそれぞ れの伸びの量に応答してブーム、スティック、及びバケット位置信号を発生する 請求項１１に記載の制御装置（１０）。 ２８．位置信号発生手段はブーム、スティック、及びバケット流体圧シリンダ（ ２８、３０、３２）の伸びの量に集合的に応答して相対バケット位置信号を計算 する請求項１１に記載の制御装置（１０）。 ２９．位置論理手段（３８）は計算された相対バケット位置の垂直成分が所定の 最大溝深さ位置設定点より大きいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を 発生し、力論理手段（３８）は計算されたブーム力が所定の最大下向き力設定点 より大きいかまたは等しいことに応答して力限界信号を発生し、作動手段（５７ 、２８）は位置限界信号及び力限界信号の両者の欠如に応答して作業用具（１２ ）を下向きに制御可能なように運動させる請求項２８に記載の制御装置（１０） 。 ３０．位置論理手段（３８）は計算された相対バケット位置の水平成分が所定の 最小水平用具・機械距離位置設定点より小さいかまたは等しいことに応答して位 置限界信号を発生し、作動手段（５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの 位置限界信号の欠如に応答して作業用具（１２）を実質的に水平に掘削機械（１ ４）に向けて制御可能なように運動させる請求項２８に記載の制御装置（１０） 。 ３１．位置論理手段（３８）は計算された相対バケット位置信号の水平成分が所 定の範囲の位置設定点に等しいことに応答して位置限界信号を発生し、作動手段 （５７、２８、５８、３０、５９、３２）はこの位置限界信号の欠如に応答して 作業用具（１２）を実質的に水平に掘削機械（１４）に向けて制御可能なように 運動させる請求項２８に記載の制御装置（１０）。 ３２．位置論理手段（３８）は計算された相対バケット位置の垂直成分が所定の 範囲の位置設定点に等しいことに応答して位置限界信号を発生し、作動手段（５ ７、２８）はこの位置限界信号の欠如に応答して作業用具（１２）を下向きに制 御可能なように運動させる請求項２８に記載の制御装置（１０）。 ３３．位置論理手段（３８）は計算された相対バケット位置及び所定の所望溝深 さに応答して位置修正信号を発生し、作動手段（５７、２８、５８、３０、５９ 、３２）はこの位置修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を垂直に及び水 平に制御可能なように運動させる請求項２８に記載の制御装置（１０）。 ３４．作業用具（１２）を手動制御し且つ手動位置制御信号を発生するようにな っている制御レバーをも具備し、位置論理手段（３８）はこの手動位置制御信号 を受信しそれに応答して位置修正信号を応答的に発生し、作動手段（５７、２８ 、５８、３０、５９、３２）はこの位置修正信号に応答して作業用具（１２）を 制御可能なように運動させる請求項１１に記載の制御装置（１０）。 ３５．機械作業サイクルの全体に亙って掘削機械（１４）の作業用具（１２）を 自動的に制御する方法であって、 掘削機械（１４）に対する作業用具（１２）の位置に応答して位置信号を発生す る段階と、 作業用具（１２）に加わる力に応答して力信号を発生する段階と、位置信号を受 信し、受信した位置信号と複数の所定の位置設定点とを比較して応答位置修正信 号を発生する段階と、 力信号を受信し、受信した力信号と複数の所定の力設定点とを比較して応答力修 正信号を発生する段階と、 位置及び力修正信号を受信し、それらに応答して作業用具（１２）を制御可能な ように作動させて作業サイクルを遂行する段階とを具備することを特徴とする方 法。 ３６．位置信号比較段階は受信した位置信号と複数の位置設定点の所定の１つと を比較する段階と、位置信号がその所定の位置設定点に等しくないことに応答し て位置修正信号を応答的に発生する段階とを含み、作業用具（１２）作動段階は この位置修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を制御可能なように運動さ せる段階を含む請求項３５に記載の方法。 ３７．力信号比較段階は受信した力信号と複数の力設定点の所定の１つとを周期 的に比較する段階と、力信号がその所定の力設定点に等しくないことに応答して 力修正信号を応答的に発生する段階とを含み、作業用具（１２）作動段階はこの 力修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を制御可能なように運動させて作 業用具（１２）に加わる力を変更する段階を含む請求項３５に記載の方法。 ３８．位置信号受信段階は受信した位置信号が所定の最大溝深さ位置設定点より 大きいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を発生する段階を含み、力信 号受信段階は受信した力信号が所定の最大下向き力設定点より大きいかまたは等 しいことに応答して力限界信号を発生する段階を含み、作業用具（１２）作動段 階は位置限界信号及び力限界信号の両者の欠如に応答して作業用具（１２）を下 向きに制御可能なように運動させる段階を含む請求項３５に記載の方法。 ３９．力信号受信段階は受信した力信号が所定の作業用具（１２）最大定格力設 定点より大きいかまたは等しいことに応答して力限界信号を発生する段階を含み 、作業用具（１２）作動段階はこの力限界信号の存在に応答して作業用具（１２ ）を上向きに制御可能なように運動させる請求項３５に記載の方法。 ４０．力信号受信段階は受信した力信号が所定の最小掘削力設定点より小さいか または等しいことに応答して力修正信号を発生する段階を含み、作業用具（１２ ）作動段階はこの力修正信号の存在に応答して作業用具（１２）を下向きに制御 可能なように運動させる段階を含む請求項３５に記載の方法。 ４１．位置信号受信段階は受信した位置信号が所定の旋回位置設定点より大きい かまたは等しいことに応答して位置修正信号を発生する段階を含み、作業用具（ １２）作動段階はこの位置修正信号の欠如に応答して作業用具（１２）を横方向 に制御可能なように運動させる段階を含む請求項３５に記載の方法。 ４２．位置信号発生段階が水平及び垂直成分を有する位置信号を発生する段階を 含み．力信号発生段階が水平及び垂直成分を有する力信号を発生する段階を含む 請求項３５に記載の方法。 ４３．位置信号受信段階は受信した位置信号の水平成分が所定の最小水平用具・ 機械距離位置設定点より小さいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を発 生する段階を含み、作業用具（１２）作動段階はこの位置限界信号の欠如に応答 して作業用具（１２）を実質的に水平に掘削機械（１４）に向けて制御可能なよ うに運動させる段階を含む請求項４２に記載の方法。 ４４．位置信号受信段階は受信した位置信号の垂直成分が所定の最大用具高さ位 置設定点より大きいかまたは等しいことに応答して位置限界信号を発生する段階 を含み、作業用具（１２）作動段階はこの位置限界信号の欠如に応答して作業用 具（１２）を上向きに制御可能なように運動させる段階を含む請求項３５に記載 の方法。