JPH0868070A - 地表面改変用具制御システム - Google Patents

地表面改変用具制御システム

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JPH0868070A
JPH0868070A JP7208173A JP20817395A JPH0868070A JP H0868070 A JPH0868070 A JP H0868070A JP 7208173 A JP7208173 A JP 7208173A JP 20817395 A JP20817395 A JP 20817395A JP H0868070 A JPH0868070 A JP H0868070A
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JP
Japan
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tilt angle
tilt
tool
signal
jack
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Pending
Application number
JP7208173A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenneth L Stratton
エル ストラットン ケニス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of JPH0868070A publication Critical patent/JPH0868070A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/80Component parts
    • E02F3/84Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
    • E02F3/844Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically
    • E02F3/845Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems for positioning the blade, e.g. hydraulically using mechanical sensors to determine the blade position, e.g. inclinometers, gyroscopes, pendulums
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01CCONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C19/00Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
    • E01C19/004Devices for guiding or controlling the machines along a predetermined path
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/264Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地表面改変用具の位置合わせを自動化する。 【解決手段】 傾き角度制御システムが、第1,第2リ
フトジャッキ(40,42) のロッド端部の位置を検知する第
1,第2センサー(52,54) を有する。制御器(55)が、ベ
ースラインに対する伸張の量の差に基づいて、リフトジ
ャッキのロッド端部(48,50) に結合した用具の実際の傾
き角度θを計算する。表示デバイス(62)が、実際の傾き
角度と所望の傾き角度αを表示する。制御器が、実際の
傾き角度を所望の傾き角度と比較し、実際の傾き角度と
所望の傾き角度の間の違いに応じて、流体作動システム
(94)を作動させ、第1,第2ジャッキの1つを動かす。
傾斜計が検知した水平面に対する機械の角度を実際の傾
き角度に加え、用具の実際の傾き角度を訂正する。傾き
角度制御システムは、特にブルドーザーで使用するのに
適する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に用具の制御
システムに関し、より詳しくは地表面改変用具の位置を
モニターし制御するシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】地表面改変用具の位置を制御するシステ
ムは、長年使用されてきた。例えば、このような制御シ
ステムは、ブルドーザー、モーターグレーダー、ホイー
ルローダー、突き固め機、舗装機械、アスファルト敷き
機、プロファイラー等の機械で使用される用具を動かす
のに使用されてきた。一般には、制御する特定の型の用
具に従って、車両のオペレーターが、流体作動システム
によって用具を持ち上げ、傾け、反転する動作を制御シ
ステムにより制御できるようになっている。このような
システムは手動で制御される(手と目がよく協働する必
要がある)ので、用具の位置合わせの正確さと整合性
は、オペレーターにより又その時により変わる。最も習
熟したオペレーターでも、かなりの量のトライアンドエ
ラーが必要なので、オペレーターの能率と正確さに影響
する。用具例えばブルドーザーのブレードを所望の傾斜
でカットするのに要する角度だけ傾けるのは、最も習熟
したオペレーターであっても難しい。これは、ブレード
の傾き角度は、オペレーターが見た位置であり、固定し
た参照点に基づくものではないからである。機械が下の
地面に対して移動すると、地面に作られた可視参照点は
どれも変化するので、車両の運転の動きの下でブレード
を所望の合成角度に位置させ保持するのは特に難しい。
従って、土をならす車両が追加の土かきを数多くしなけ
ればならず、又作業した表面をしばしばチェック(調
査)しなければならない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】地表面改変用具の位置
合わせを自動化する試みがなされてきた。このような試
みの例は、スガナミタカシに1981年8月11日に与えられ
た米国特許第4,282,933号に示される。この特許は、ブ
ルドーザーのブレード上に取り付けられたブレードの水
平線に対する傾き角度を検知する傾斜計及び所望の傾き
角度を選択する傾き角度設定デバイスを利用した自動傾
き制御を開示する。傾斜計と傾き角度設定デバイスの出
力が比較され、対応する信号が傾き制御システムに送信
される。こうすると、ソレノイド作動弁が付勢され、ブ
レードが所望の合成角度に傾けられる。ブレードを所望
の角度に保持するため、ブレードは運転中継続して傾け
られる。傾斜計は動きに敏感な傾向があり、動き回ると
多量の信号を送信する。常時動き、振動し、土移動の激
しい動きに晒される用具であるブルドーザーのブレード
に傾斜計を取り付けることは、適当ではない。激しい動
きをする地表面改変の用途に使用する自動システムは、
運転の正確さで満足ではなく、寿命は不十分であった。
本発明は、上述の問題の1つ又はそれ以上を解決するこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の1態様では、地
表面改変用具に用いる傾き角度制御システムが提供され
る。それぞれ第1,第2端部を有する流体作動第1,第
2リフトジャッキが、第1端部でフレームに、第2端部
で用具に所定の隔離した距離で接続される。第1,第2
リフトジャッキの第2端部は、それぞれ第1,第2リフ
トジャッキの第1端部に対して可動であり、少なくとも
1つのリフトジャッキの第2端部の動きに応じて、用具
はフレームに対して可動である。第1リフトジャッキの
第1端部に対する第1リフトジャッキの第2端部の位置
を第1センサーが検知し、応答する第1位置信号を送信
する。第2リフトジャッキの第1端部に対する第2リフ
トジャッキの第2端部の位置を第2検知手段が検知し、
応答する第2位置信号を送信する。制御手段が第1,第
2位置信号を受信し、第1,第2リフトジャッキの第1
端部の相対的位置の間の違いの大きさを決定し、前記相
対的違いに基づいて用具の傾き角度を計算し、応答する
傾き角度信号を送信する。本発明の他の態様では、傾き
角度制御システムは、水平面に対するフレームの角度を
検知する第3検知手段を含み、応答するフレーム角度信
号を送信する。制御手段は、フレーム角度信号、第1位
置信号、第2位置信号を受信し、第1,第2位置信号に
基づき、第1,第2リフトジャッキの第1端部の相対的
位置の違いを決定し、違いの大きさと用具の接続部の間
の所定の距離に基づき用具の傾き角度を計算し、フレー
ム角度と傾き角度を結合して、応答する訂正傾き角度信
号を送信する。
【0005】
【発明の実施の形態及び実施例】図1を参照すると、用
具12が可動に取り付けられた地表面改変機械10の実施の
形態の側面図が開示される。この実施の形態では、地表
面改変機械は履帯式トラクターであり、用具は地面をな
らすのに使用する細長いブレードである。発明の説明を
簡単にするため、ここに記述するのは示す特定の実施の
形態に限られるが、モーターグレーダー、ホイールロー
ダー、突き固め機、舗装機械、アスファルト敷き機、プ
ロファイラー等の可動の地表面改変用具を有する他の機
械も同等であり本発明の範囲に入る。機械10は、フレー
ム14、フレーム14に結合した車台16、内燃エンジン等の
原動機18を有する。原動機18は、通常の公知の方法で車
台16のエンドレス履帯20に動力を伝達するように接続さ
れる。原動機は履帯20を回転させ、機械10を下の地面の
上を進ませる。隔離した第1,第2プッシュアーム22,2
4 が、それぞれその反対側端部で用具12とフレーム14に
ピボット軸等の従来の方法でピボット(旋回)可能に接
続され、用具12をフレーム14にピボット可能に接続す
る。プッシュアームはほぼ同じ長さであり、運転室15か
ら見て用具を機械10の前端部に横方向に保持する。
【0006】伸張可能な隔離した流体作動第1,第2傾
きジャッキ28,30 (油圧シリンダーが好ましいがそれに
限らない)を含む傾きジャッキ手段26が、フレーム14に
対して用具12をベース位置から第1,第2方向に傾ける
ため設けられる。ベース位置は、機械10がほぼ平らな水
平表面に支持されるとき、用具がほぼ水平の位置であ
る。第1傾きジャッキ28のロッド端部32は、Uリンクと
ピボットピン等の通常の方法で用具12にピボット可能に
取り付けられている。同様に、第2傾きジャッキ30のロ
ッド端部34は、Uリンクとピボットピン等の通常の方法
で用具12にピボット可能に取り付けられている。第1傾
きジャッキ28のヘッド端部36は、Uリンクとピボットピ
ン等の通常の方法で第1プッシュアーム22にピボット可
能に取り付けられている。同様に、第2傾きジャッキ30
のヘッド端部38は、Uリンクとピボットピン等の通常の
方法で第2プッシュアーム24にピボット可能に取り付け
られている。本発明の精神から離れずにロッドとヘッド
端部の接続は、反対にすることができる。第1,第2傾
きジャッキ28,30 のどちらかのロッド端部32,34 をヘッ
ド端部36,38 に対して伸張または収縮すると、用具12が
傾く。これに関連して、地面をならす傾斜は傾き角度θ
を制御することにより制御できる(図4)。運転室15か
ら見た傾き角度θは、用具12の右又は左のコーナーを相
対的に下げることにより現れる。
【0007】隔離した流体作動第1,第2リフトジャッ
キ40,42 が、フレーム14に対して用具を上へ動かすため
に設けられる。流体作動リフトジャッキは、公知の構成
の油圧作動流体作動リフトシリンダーが好ましい。第1
リフトジャッキ40は、フレーム14にピボット可能に接続
された第1端部44を有し、第2リフトジャッキ42は、フ
レーム14にピボット可能に接続された第1端部46を有す
る。第1リフトジャッキ40は、用具12にピボット可能に
接続された第2端部48を有し、第2リフトジャッキ42
は、用具12にピボット可能に接続された第2端部50を有
する。このようなフレーム14と用具12へのピボット可能
な接続は、Uリンクとピボットピン配置等通常の方法で
行われる。第2端部48,50 は、それぞれの第1端部44,4
6 に対して伸張するように動くことができる。(第1,
第2プッシュアーム22,24 のピボット接続の周りの)用
具12のフレーム14に対する上昇動きは、この伸張動きに
対応するものである。第1,第2リフトジャッキ40,42
は、第2端部48,50 の用具12へのピボット可能な接続部
で所定の距離「D」(図3)だけ離れている。図2を参
照すると、第1検知手段52が第1リフトジャッキ40に接
続される。第1リフトジャッキの第1端部44に対する第
2端部48の位置を検知し、応答する第1位置信号を送信
する第1検知手段52が設けられる。
【0008】第2検知手段54が第2リフトジャッキ42に
接続される。第2リフトジャッキの第1端部46に対する
第2端部50の位置を検知し、応答する第2位置信号を送
信する第2検知手段54が設けられる。第1,第2検知手
段52,54 はそれぞれ、公知の型の線形可変差動変圧器
(LVDT)を含むのが好ましい。LVDTは、パルス
幅変調(PWM)信号を発生する磁気的な位置応答デバ
イスである。ここに開示した特定の用途では、第1検知
手段52により発生したPWM信号は、第1リフトジャッ
キ40の第1,第2端部44,48 の相対的位置に比例し、第
2検知手段54により発生したPWM信号は、第2リフト
ジャッキ42の第1,第2端部46,46 の相対的位置に比例
する。他の公知のデバイス例えばヨーヨー型エンコーダ
ー、電位差計、リゾルバー、及びRF信号発生器は、L
VDTを置き換えるのに好適であり本発明の範囲内に入
る。第1,第2検知手段52,54 は、それぞれライン53,5
7 で制御手段55に接続される。制御手段55は、パルス幅
変調信号を電圧に変換する積分器を有する変換手段56、
及びアナログ信号を対応するデジタル信号に変えるA/
Dコンバーターを含む。送信したPWM信号は後続の処
理のためデジタル信号に変換される。
【0009】制御手段55は、プログラムされた指示に従
って第1,第2位置信号を処理するのに適するのに好適
な型のプロセッサー58、及び指示、情報、処理した情報
を記憶するメモリー60を含む。制御手段55は、第1,第
2位置信号に基づいて、第1,第2リフトジャッキ40,4
2 の第2端部48,50 の相対的位置の違いの大きさを決定
し、傾き角度値θ(実際の用具の傾き角度値)を計算
し、対応する用具傾き角度信号を送信する。用具傾き角
度θは次式により計算される。 θ=Arctan(T1 −T2)/D ここに、T1 =第1リフトジャッキ40の第1,第2端部
44,48 の間の距離の大きさ(図3)。 T2 =第2リフトジャッキ42の第1,第2端部46,50 の
間の距離の大きさ(図3)。 D1 =第1,第2リフトジャッキ40,42 の第2端部48,5
0 の間の距離。 制御手段55に接続した表示手段62が、用具傾き角度信号
を受信し、所定のベースライン位置76に対する用具の実
際の傾き角度を示す。システムは動的なので、所定のベ
ースライン位置76に対する用具12の表示される対応する
傾き角度は、用具の傾き移動の間に変化する。ベースラ
イン76は、機械10又は他の参照点に対して設定される。
ベースラインは、水平面にあるのが好ましい。しかし、
本発明の精神から離れずに、水平面以外の位置を選択す
ることもできる。
【0010】図2に示すように、表示手段62はモニター
64とインジケーター66を含む。本発明の精神から離れず
に、モニター64とインジケーター66の何方かを削除する
こともできる。モニター64はカラーでも白黒でもよく、
好適なものなら市販の構成のどのようなものでもよい。
モニター64は、前述の傾き角度の計算により決定したベ
ースライン76に対して傾いた用具12の絵画的表現を表示
し、ベースライン76に対する用具12の計算した傾き角度
θ(実際の傾き角度)を示す。ベースライン76に対する
所望の傾き角度αを示す目標傾きライン78もまた表示さ
れる。ベースライン76と目標傾きライン78は、それぞれ
点線と鎖線の異なる線で表される。インジケーター66
は、ベースライン76に対する実際の傾き角度θ及びベー
スライン76に対する所望の傾き角度αを数字で示す。イ
ンジケーター66は、ロータリー又はラジアルのダイアル
インジケーター、発光ダイオードインジケーター、液晶
表示又はそれらの組み合わせを含んでもよい。制御手段
55に接続されたコマンド手段68は、制御可能に作動さ
せ、複数の用具傾きコマンド信号の選択した1つを制御
手段55に送信することができる。コマンド手段68は、第
1,第2ボタン型セレクタースイッチ70,72 を含む。用
具12の所望の傾き角度の方向は、市販の左右のボタン型
セレクタースイッチ70,72 の点灯した一つで示される。
セレクタースイッチ70,72 により、オペレーターが所望
の傾き角度αの大きさと用具12の傾きの方向を選択する
ことができる。セレクタースイッチ70,72 のボタンの1
つを押し、インジケーター66に表示される所望の傾き角
度αが所望の傾き角度を示すまで押したボタンを保持す
るだけで、選択は行われる。モニター64上の目標ライン
78は、所望の傾き角度αを選択する間、インジケーター
66に数字で表示される所望の傾き角度αを適当な角度の
目標ライン78により絵画的に示す。
【0011】左右のスイッチ70,72 はライン80と82によ
り、制御手段55に接続されまた接地される。スイッチは
押されると制御手段を接地し、制御手段55がライン84を
通ってインジケーター66に、又ライン86を通ってモニタ
ーに信号を送信するようにする。何方のスイッチボタン
が押されるか、又そのときの用具の傾きの方向により、
所望の傾き角度αの大きさは増大または減少し、ベース
ライン76からの傾きの方向は左右のセレクタースイッチ
ボタン70,72 の適当な1つが点灯表示される。モニター
64上の目標傾き角度78は、この角度位置を表す。インジ
ケーター66は次第に増加し、適当な所望の傾き角度αの
数値を表示する。コマンド手段68は、またスイッチ手段
74例えば表示位置とコントロール位置の間を可動の2位
置トグルスイッチを含む。コントロール位置でライン88
が接地され、表示位置でライン90が接地される。コント
ロール位置で制御手段55が、用具傾き制御信号を流体作
動用具制御システム92に送信するようになっている。表
示位置で、制御手段55がライン84と86を通って信号を表
示手段62に送信し、上に開示した計算により決まる実際
の傾き角度αをインジケーターに数字で、モニターに絵
画的に表示するようになっている。スイッチ手段74の表
示位置とコントロール位置の両方で、実際の傾き角度α
が上述のように示される。
【0012】スイッチ手段74のコントロール位置で、制
御手段55がプログラムされた指示に基づき自動的にメモ
リー60に記憶された所望の傾き角度θ(インジケーター
66に目標傾き角度として示される)の大きさと左右のセ
レクタースイッチ70,72 で選択された方向を、実際の傾
き角度αと比較し、応答する用具傾き制御信号を送信す
る。この比較に基づき、用具傾き制御信号は好適な市販
の型のドライバー回路92に、流体作動システム94が作動
し、そうして用具12を適当な方向に所望の用具傾き角度
αで動かすように指令する。制御手段55が、ほぼ同じで
ある所望の又訂正用具傾き角度位置の応じて、用具傾き
制御信号の送信を中止し、ドライバー回路92が流体作動
システム94の作動を止めるようにする。本明細書では、
用具傾き制御信号の送信を中止することは、ストップ制
御信号を送信し、流体作動システム94の作動を積極的に
停止することと同等である。流体作動システム94の作用
を次に詳述する。コマンド手段68は、複数の異なる位置
にピボットして動くことのできるジョイスティック98を
有するジョイスティック制御器96を含む。ジョイスティ
ック制御器96は制御手段55に接続され、その位置によっ
て異なる傾きコマンド信号を送信する。ジョイスティッ
ク制御器96は、手動で動かすことができ、作動の第1,
第2傾きモードを選択するジョイスティック98上に取り
付けられたトリガースイッチ100 を含む。第2モードで
は、2つの傾きジャッキ28,30 のうち1つのみが伸張と
収縮位置の間で作動することができ、第1モードでは、
2つの傾きジャッキ28,30 の1つを伸張し他を収縮する
同時作動するようにできる。2位置スイッチ102 が制御
器96に接続され、ジョイスティック98のピボット運動に
応答して、作動の第2モードで用具12の一端を下げる
「L」又は上げる「R」、又は作動の第1モードで用具
12を左「L」又は右「R」に傾ける動きの傾き方向を選
択する。電位差計又は他の好適な可変信号発生装置(図
示せず)が、ジョイスティック98の位置により異なる信
号を送信し、用具の動く速度を制御する。トリガースイ
ッチ100 は、押されるとライン104 を通って制御手段55
に傾き第2モード選択信号を送信するように接続され、
2位置スイッチはそれぞれライン106,108 を通って制御
手段55に「L」と「R」傾き信号を送信するように接続
される。またジョイスティック制御器96は、通常の方法
で用具12の上昇距離と頂点(高さ)を制御するがこれ以
上詳述しない。
【0013】ジョイスティック制御器96を所望の傾き角
度を設定するのに使用し、それにより前述の左右のセレ
クタースイッチ70,72 を置き換えることもできる。こう
するには、用具を所望の傾き角度位置に手動で置くの
に、オペレーターはジョイスティック98を使用するだけ
でよい。オペレーターが手動で作動する設定スイッチに
より、設定信号が制御手段55に送信される。制御手段
は、この信号に応答して位置を知って傾き角度を計算
し、この角度を所望の傾き角度としてメモリー60に記憶
する。制御手段55は、ジョイスティック制御器96から送
信される傾きコマンド信号に応答して、流体作動システ
ム94に対応する傾き制御信号を送信する。流体作動シス
テム94はこの信号に応答し、ジョイスティック制御器96
により選択された方向と速度で用具を移動させる。表示
は第1,第2検知手段52,54 から送信される信号に基づ
く角度計算に対応するので、表示手段62により表示され
る用具の実際の傾き角度は、ジョイスティック制御器に
よる手動の作動中に変化する。図3を参照すると、流体
作動システム94は、用具12を所望の傾き位置に置くた
め、加圧流体の流れを前記傾きジャッキ手段26に向け、
第1,第2傾きジャッキ28,30 の何方か又は両方のロッ
ド端部32,34 を伸張又は収縮させる弁手段110 を含む。
弁手段110 は、第1,第2制御弁手段112,114 を含む
が、それに制限されない。第1弁手段112 は、第1,第
2電磁作動アクチュエーター118,120 を有する電子油圧
制御弁116 を含み、制御弁116 をバネで付勢された中立
位置126 から流体方向の第1位置122 と第2位置124 の
間でシフトさせる。第1制御弁手段112 は、導管130,13
2 で電子油圧制御弁116 に接続され、加圧流体が弁116
から導管140,142 を通って送られると、それに応じてバ
ネで付勢された中立位置138 から第1位置134 と第2位
置136 の間でシフトできるパイロット作動制御弁128 を
含む。
【0014】油圧ポンプ138 等の加圧流体源が、導管14
0,142 を通って電子油圧制御弁116とパイロット作動制
御弁128 に接続される。又加圧流体源138 は、導管146
により第2弁手段114 の電子油圧制御弁144 に接続され
る。導管140 と146 により送られる流体のパイロット圧
力を所定の値に保持するため、圧力減少弁148 が設けら
れる。パイロット作動制御弁128 と第2制御弁手段114
のパイロット作動セレクター弁150 は、それぞれ組み合
わされた電子油圧制御弁116,144 により制御可能に位置
させることができる。第2制御弁手段114 の電子油圧制
御弁144 は、第1,第2流体方向位置152,154 とバネで
付勢された中立位置156 を有する。弁144 を中立位置15
6 から第1,第2流体方向位置152,154 にシフトさせる
ため、第1,第2ソレノイド158,160が設けられる。第
2制御弁手段114 は、導管162,164 により電子油圧制御
弁144に接続されたパイロット作動セレクター弁150 を
含む。パイロット作動セレクター弁150 は、加圧流体が
弁144 から導管162,164 を通って送られると、それに応
じてバネで付勢された中立位置170 から第1位置166 と
第2位置168 の間でシフトさせることができる。第2傾
きジャッキ30のヘッド端部38は、導管128 を通ってパイ
ロット作動制御弁128 のポートに接続され、ロッド端部
34は導管174 を通ってパイロット作動セレクター弁150
のポートに接続される。第1傾きジャッキ28のヘッド端
部36は、導管176 を通ってセレクター弁150 のポートに
接続され、ロッド端部32は導管178 を通ってセレクター
弁150 の他のポートに接続される。パイロット作動セレ
クター弁150 と制御弁128 のそれぞれのポートは、導管
180により接続される。上述の導管は、傾きジャッキ手
段28とそれぞれの弁128,150の間で加圧流体の流れを通
常の方法で通す。
【0015】セレクター弁150 の中立位置170 で、流体
作動システムは第1,第2ジャッキ40,42 の1方が伸張
又は収縮し、他方のジャッキが1方のジャッキと反対に
伸張又は収縮するようになっている。伸張と収縮の方向
は、パイロット作動制御弁128 の位置の関数である。こ
の結果、運転室15から見て、右又は左方向にブレードが
急速に傾く。例示のため、第1制御弁128 の第2位置13
6 で、ポンプ138 からの流体の流れは、導管142,172 を
通って第2傾きジャッキ30のヘッド端部38に向けられ、
ロッド端部34を伸張する。第2傾きジャッキ30のロッド
端部34からの流体の流れは、導管174,176 とセレクター
弁150 を通って、第1傾きジャッキ28のロッド端部32に
送られる。又、ヘッド端部36からの流体の流れは、導管
178,180、セレクター弁150 及び制御弁128 を通ってリ
ザーバー182 に送られる。制御弁128 を第1位置134 に
シフトすると、流体流れの方向が逆転する。セレクター
弁150 の第2位置168 で、流体の流れは第2傾きジャッ
キのロッド又はヘッド端部の何方かのみに送られ、第1
傾きジャッキ28はセレクター弁150 で油圧的にロックさ
れる。この結果、運転室15から見て、図3,4に示すよ
うに右又は左方向にブレードが傾く。
【0016】セレクター弁150 の第1位置166 で、第2
傾きジャッキ30のロッド端部34は第1傾きジャッキ28の
ヘッド端部36に接続され、制御弁128 の位置で決まる方
向に用具を反転させる。用具12の反転動きは、用具12の
リフトアーム22,24 へのピボット結合の周りの用具の前
方又は後方へのピボット運動である。図2を参照する
と、ライン184 と186 がそれぞれ制御手段55をソレノイ
ド118と120 に結合し、ライン188 と190 がそれぞれ制
御手段55をソレノイド158 と160 に結合する。ライン
は、用具傾き制御信号をそれぞれ結合したソレノイドに
送り、コマンド手段68から送信される用具傾きコマンド
信号に基づき、電子油圧制御弁を制御器により決まる所
望の位置にシフトさせる。前述したように用具傾きコマ
ンド信号は、動作の手動モードではジョイスティック制
御器96の機能であり、動作の自動モードでは左右のセレ
クタースイッチ79,72 とスイッチ手段79,72の機能であ
る。自動モード(スイッチはコントロール位置)では、
所望の傾き角度αと計算した傾き角度θを比較し、ソレ
ノイド118,120 の何方を付勢し、弁116 の用具12の所望
の傾き移動の位置を達成し、用具12を合成した所望の用
具角度αに位置させるかを決める。例えば、実際の用具
の角度θが所望の傾き角度より小さければ、傾き制御信
号がソレノイド120 送信され、電子油圧制御弁116 を第
2位置124 にシフトさせる。この位置で導管132 により
送られるパイロット流体流れは、パイロット作動制御弁
128 を第2位置136 にシフトさせ、導管172 を通る流体
流れにより用具12が所望の傾き角度になるまでロッド部
分34を伸ばす。プロセッサー58がこの比較を第1,第2
センサー52,54 からのフィードバックとそれに応じて計
算した角度に基づき行い、所望の傾き角度αと計算した
角度θが所定の公差内でほぼ等しければ、制御手段55は
信号をソレノイド120 に送信するのを中止する。その結
果、弁116 は中心に押しつけるバネの付勢の下で位置12
6 に戻り、そうしてパイロット作動制御弁が位置138 に
戻るようにする。この位置で、第2傾きジャッキの動き
が止まり、用具12は所望の傾き角度αで保持される。動
作の自動モードではスイッチ手段68がコントロール位置
にあるとき、いつもこの比較が行われる。
【0017】動作の自動モードでは、セレクター弁150
は中立位置にある。しかし、これは2つの可能なオプシ
ョンの1つに過ぎない。本発明の精神から離れることな
く、自動制御モードではセレクター弁150 は第2位置16
8 にあってもよい。動作の自動モードでは追加のスイッ
チ即ちトリガースイッチ100 が、2つのモードの間の選
択を行うようにしてもよい。図2に示すように、水平面
に対するフレーム14の角度を検知し、ライン192 を通っ
て制御手段55に対応するフレーム角度信号を送信する第
3検知手段192 を設けてもよい。第3検知手段192 は、
公知の市販の傾斜計を含むのが好ましい。傾斜計は機械
のフレーム14に取り付けられる。機械12の重心に近接し
たフレーム上の位置に取り付けられる。傾斜計はアナロ
グ信号を発生し、制御手段55により処理するためそれが
デジタル信号に変換される。制御手段55特にプロセッサ
ー58は、フレーム角度と計算した傾き角度を結合し、応
答する訂正傾き角度信号を送信する。訂正傾き信号は、
表示手段62に送信される。特に、訂正傾き角度信号はラ
イン86を通ってモニター64に送信され、そこに表示され
る。図4に絵画的に示される訂正傾き信号は、上述の傾
き角度θと同じ角度θで示される。又訂正傾き角度信号
はインジケーター66に送信され、実際の傾き角度として
上述のようにインジケーター上に表示される。
【0018】第3検知手段192 は、公知の差動運動グロ
ーバル位置システム(differencialkinemat-ic global p
osition system)を含む。このようなシステムは、少な
くとも1つの車両上のレシーバーと真の垂直に対する機
械フレーム14の角度を計算するプロセッサーを含む。こ
の情報は次に上述した計算した傾き角度と結合され、訂
正傾き角度を制定する。第3検知手段192 が設けられた
用途では、前述したように自動と手動の制御がほぼ同じ
ように行われる。唯一の違いは、実際の傾き角度が、訂
正傾き角度値で置き換えられることである。水平面に対
する機械10の傾き角度は、訂正傾き角度を決定するのに
含まれるので、水平面12に対する用具12の傾き角度は比
較的正確で、機械の移動中により正確な傾斜を出す能力
を与える。図面を参照すると、動作において、オペレー
ターは上述のようにジョイスティク制御器96により用具
の傾きを手動で制御し、又はスイッチ手段74をコントロ
ールモード位置に置くことにより、用具の傾き角度を所
望の傾き角度に手動で制御することができる。動作の手
動モードで、オペレーターはモニター64とインジケータ
ー66を参照することで、目標の傾き角度に対する用具12
の実際の傾き角度を観測することができる。これは目標
の傾き角度に対する用具12の実際の傾き角度を決めるた
め、視覚的に実際の用具の位置を観察するよりも正確な
方法なので、土を移動する動作が行われる速度は速くな
り、土をすくう回数は少なくなる可能性がある。
【0019】動作の自動(コントロール)モードで、制
御システムはオペレーターの推量作業を減少させ、自動
的に用具12を所望の傾き角度に位置させ、機械10の動的
動作の下でも用具12を所望の傾き位置に保持する。第
1,第2検知手段52,54 により送信される信号に基づく
上述の計算により実際の傾き角度を決定すると非常に正
確なので、正確な制御を行う基礎となる。さらに、第3
検知手段192 により、傾き制御システムが機械の動作の
力学を補償し、そうして真の水平面に基づくベースライ
ンに対する用具12の傾き角度を所望の傾き角度に保持す
ることができる。本発明の他の態様、目的、利点は図
面、発明の詳細な説明、特許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】可動に取り付けられた用具を有する地表面改変
機械を示す本発明の実施例の概略立面図である。
【図2】本発明の制御システムの実施例の概略図であ
る。
【図3】用具の位置合わせのため提供される流体作動シ
ステムの概略図である。
【図4】ベースラインと所望の位置ラインに対する用具
の角度位置を示す図1のモニターの拡大概略正面図であ
る。
【符号の説明】
10・・機械 12・・用具 14・・フレーム 18・・原動機 28,30・・第1,第2傾きジャッキ 40,42・・第1,第2リフトジャッキ 52,54・・第1,第2検知手段 55・・制御手段 62・・表示手段 68・・コマンド手段 94・・流体作動システム 96・・ジョイスティック制御器

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地表面改変用具用の傾き角度制御システ
    ムにおいて、 フレーム、 それぞれ第1,第2端部を有し、それぞれ前記第1端部
    で前記フレームに接続され、前記第2端部で前記用具に
    接続された流体作動する第1,第2リフトジャッキとを
    備え、 前記第1,第2リフトジャッキの前記第2端部は、用具
    接続部で所定の距離だけ相互に隔離され、前記第1,第
    2リフトジャッキの前記第2端部は、それぞれ前記第
    1,第2リフトジャッキの前記第1端部に対して可動で
    あり、前記用具は前記リフトジャッキの前記第2端部の
    少なくとも1つの動きに応じて、前記フレームに対して
    可動であり、 前記第1リフトジャッキの前記第1端部に対する前記第
    1リフトジャッキの前記第2端部の位置を検知し、応答
    する第1位置信号を送信する第1検知手段、 前記第2リフトジャッキの前記第1端部に対する前記第
    2リフトジャッキの前記第2端部の位置を検知し、応答
    する第2位置信号を送信する第2検知手段、 前記第1,第2位置信号を受信し、前記第1,第2リフ
    トジャッキの前記第2端部の相対的位置の違いの大きさ
    を決定し、前記相対的相対的位置の違いに基づいて傾き
    角度を計算し、対応する傾き角度信号を送信する制御手
    段、とが設けられたことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 前記傾き角度信号を受信し、前記用具の所定のベースラ
    インに対する対応する傾き角度を指示する表示手段を含
    むことを特徴とするシステム。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 前記表示手段は、前記所定のベースラインに対する前記
    傾き角度で前記用具を絵画的に表示することを特徴とす
    るシステム。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 複数の用具傾きコマンド信号の選択した1つを送信する
    コマンド手段を含み、 前記制御手段は、1つの前記用具傾きコマンド信号を受
    信し、応答する用具傾き制御信号を送信し、 前記用具傾き制御信号を受信し、それに応じて加圧流体
    の流れを送る弁手段、 前記加圧流体の流れを受け、前記加圧流体の流れを受け
    るのに応じて前記用具を傾け、前記用具に結合する傾き
    ジャッキ手段、を含むことを特徴とするシステム。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 前記傾き角度信号を受信し、前記用具の傾き移動の間に
    所定のベースラインに対する前記用具の対応する傾き角
    度を表示する表示手段を含むことを特徴とするシステ
    ム。
  6. 【請求項6】 請求項4に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 前記傾きジャッキ手段は、前記フレームと前記用具の間
    に結合し、隔離した伸張可能な第1,第2傾きジャッキ
    を含み、 前記弁手段は、前記第1,第2傾きジャッキに結合し、
    流体の流れが前記弁手段から前記第1傾きジャッキに送
    られて前記第1傾きジャッキを伸張し、前記用具を第1
    方向に傾ける第1位置と、流体の流れが前記弁手段によ
    り前記第2傾きジャッキに送られて前記第2傾きジャッ
    キを伸張し、前記用具を第2方向に傾ける第2位置の間
    を可動であり、前記弁手段は、前記1つの用具傾き制御
    信号を受信するのに応じて第1,第2位置の1つに可動
    であることを特徴とするシステム。
  7. 【請求項7】 請求項4に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 選択した1つの前記用具傾きコマンド信号が、所望の用
    具傾き角度位置を定義し、前記制御手段が、所望の用具
    傾き角度位置と計算した傾き角度位置を比較し、前記計
    算した傾き角度と前記所望の用具傾き角度とがほぼ等し
    いと前記用具傾き信号の送信を中止し、前記弁手段が、
    前記計算した傾き角度と前記所望の用具傾き角度とがほ
    ぼ等しいと前記傾きジャッキ手段への加圧流体を送るの
    を中止することを特徴とするシステム。
  8. 【請求項8】 請求項5に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 前記傾きジャッキ手段は、隔離した第1,第2傾きジャ
    ッキを含み、前記コマンド手段は、複数の異なる位置に
    ピボット可能なジョイスティックを有するジョイスティ
    ック制御器を含み、前記コマンド手段が前記ジョイステ
    ィックの前記異なる位置で異なる用具傾きコマンド信号
    を送信し、前記弁手段が前記ジョイスティックの位置の
    関数として、前記第1,第2傾きジャッキの動きの相対
    的速度と方向を制御することを特徴とするシステム。
  9. 【請求項9】 請求項1に記載した傾き角度制御システ
    ムであって、 前記第1,第2検知手段により送信された前記第1,第
    2信号は、それぞれ前記第1,第2リフトジャッキの前
    記第1,第2端部の間の距離の大きさの関数であること
    を特徴とするシステム。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載した傾き角度制御シス
    テムであって、 前記制御手段が、次式に従って用具の傾き角度を計算す
    ることを特徴とするシステム。 θ=Arctan(T1 −T2)/D ここに、T1 =第1リフトジャッキの第1,第2端部の
    間の距離の大きさ T2 =第2リフトジャッキの第1,第2端部の間の距離
    の大きさ D1 =第1,第2リフトジャッキの第2端部の間の距離
  11. 【請求項11】 請求項7に記載した傾き角度制御シス
    テムであって、 前記位置コマンド信号はアナログ信号又はデジタル信号
    であることを特徴とするシステム。
  12. 【請求項12】 請求項3に記載した傾き角度制御シス
    テムであって、 前記所定のベースラインは水平線であることを特徴とす
    るシステム。
  13. 【請求項13】 請求項1に記載した傾き角度制御シス
    テムであって、 前記第1,第2検知手段は、前記第1,第2リフトジャ
    ッキのそれぞれの1つに結合したそれぞれの線形可変差
    動変圧器を含むことを特徴とするシステム。
  14. 【請求項14】 請求項1に記載した傾き角度制御シス
    テムであって、 水平線に対するフレームの角度を検知し、対応するフレ
    ーム角度信号を送信する第3検知手段を含み、前記制御
    手段は前記フレームの角度と前記傾き角度を検知し、対
    応する訂正傾き角度信号を送信することを特徴とするシ
    ステム。
  15. 【請求項15】 請求項14に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記訂正傾き角度信号を受信し、前記用具の所定のベー
    スラインに対する訂正傾き角度を指示する表示手段を含
    むことを特徴とするシステム。
  16. 【請求項16】 請求項1に記載した傾き角度制御シス
    テムであって、 所定のベースラインに対する所望の用具傾き角度を選択
    するセレクター手段、 動作の表示モードとコントロールモードの1つを選択
    し、応答する信号を送信するスイッチ手段とを含み、前
    記制御手段は前記1つの信号を受信し、前記スイッチ手
    段が前記コントロールモードを選択すると、前記計算し
    た傾き角度を所定の所望の傾き角度と比較し、前記所望
    の傾き角度値と前記計算した傾き角度値が異なる大きさ
    であると、用具傾き制御信号を送信し、 前記用具傾き制御信号を受信し、応答して加圧流体の流
    れを送る弁手段、 前記加圧流体の流れを受け、前記加圧流体の流れを受け
    るのに応じて前記用具を傾ける傾きジャッキ手段、が設
    けられたことを特徴とするシステム。
  17. 【請求項17】 地表面改変用具用の傾き角度制御シス
    テムにおいて、 フレーム、 それぞれ第1,第2端部を有し、それぞれ前記第1端部
    で前記フレームに接続され、前記第2端部で前記用具に
    接続された流体作動する第1,第2リフトジャッキとを
    備え、 前記第1,第2リフトジャッキの前記第2端部は、用具
    接続部で所定の距離だけ相互に隔離され、前記第1,第
    2リフトジャッキの前記第2端部は、それぞれ前記第
    1,第2リフトジャッキの前記第1端部に対して可動で
    あり、前記用具は前記リフトジャッキの前記第2端部の
    少なくとも1つの動きに応じて、前記フレームに対して
    可動であり、 前記第1リフトジャッキの前記第1端部に対する前記第
    1リフトジャッキの前記第2端部の位置を検知し、応答
    する第1位置信号を送信する第1検知手段、 前記第2リフトジャッキの前記第1端部に対する前記第
    2リフトジャッキの前記第2端部の位置を検知し、応答
    する第2位置信号を送信する第2検知手段、 水平線に対するフレームの角度を検知し、対応するフレ
    ーム角度信号を送信する第3検知手段、 前記フレーム角度信号及び前記第1,第2位置信号を受
    信し、前記第1,第2位置信号に基づいて、前記第1,
    第2リフトジャッキの前記第2端部の相対的位置の違い
    の大きさを決定し、違いの大きさと用具接続部の所定の
    距離に基づいて傾き角度を計算し、前記フレームの角度
    と前記傾き角度を結合し、対応する傾き角度信号を送信
    する制御手段、とが設けられたことを特徴とするシステ
    ム。
  18. 【請求項18】 請求項17に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記訂正傾き角度信号を受信し、前記用具の所定のベー
    スラインに対する訂正傾き角度を指示する表示手段を含
    むことを特徴とするシステム。
  19. 【請求項19】 請求項18に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記所定のベースラインは、水平面を表すことを特徴と
    するシステム。
  20. 【請求項20】 請求項17に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 複数の用具傾きコマンド信号の選択した1つを送信する
    コマンド手段を含み、 前記制御手段は、用具傾きコマンド信号の選択した1つ
    を受信し、応答する用具傾き制御信号を送信し、 前記用具傾き制御信号を受信し、応答して加圧流体の流
    れを送る弁手段、 前記加圧流体の流れを受け、前記加圧流体の流れを受け
    るのに応じて前記用具を傾け、前記用具に結合した傾き
    ジャッキ手段、とを含むことを特徴とするシステム。
  21. 【請求項21】 請求項20に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記傾き角度信号を受信し、前記用具の傾き動きの間前
    記用具の所定のベースラインに対する対応する傾き角度
    を指示する表示手段を含むことを特徴とするシステム。
  22. 【請求項22】 請求項20に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 選択した1つの前記用具傾きコマンド信号が、所望の用
    具傾き角度位置を定義し、前記制御手段が、前記用具の
    所望の傾き角度位置と前記訂正傾き角度位置を比較し、
    前記所望の用具傾き角度と前記訂正傾き角度とがほぼ等
    しいと前記用具傾き信号の送信を中止し、前記所望の用
    具傾き角度と前記訂正傾き角度位置とがほぼ等しいと前
    記弁手段が前記傾きジャッキ手段への加圧流体を送るの
    を中止することを特徴とするシステム。
  23. 【請求項23】 請求項20に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記傾きジャッキ手段は、隔離した第1,第2傾きジャ
    ッキを含み、前記コマンド手段は、複数の異なる位置に
    ピボット可能なジョイスティックを含み、前記コマンド
    手段が前記制御手段に接続され、前記ジョイスティック
    の複数の位置の選択した1つで用具傾きコマンド信号を
    送信し、前記弁手段が前記ジョイスティックの選択した
    位置の関数として、前記第1,第2傾きジャッキの動き
    の相対的速度と方向を制御することを特徴とするシステ
    ム。
  24. 【請求項24】 請求項17に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記第1,第2検知手段は、前記第1,第2リフトジャ
    ッキのそれぞれの1つに結合したそれぞれの線形可変差
    動変圧器を含むことを特徴とするシステム。
  25. 【請求項25】 請求項17に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記第3検知手段は、前記フレームに取り付けられ、前
    記制御手段に接続された傾斜計を含むことを特徴とする
    システム。
  26. 【請求項26】 請求項20に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 前記コマンド手段が、複数の位置の1つにピボット可能
    なジョイスティック制御装置を含み、前記ジョイスティ
    ック制御装置が前記1つの位置で前記複数の傾きコマン
    ド信号の1つを送信することを特徴とするシステム。
  27. 【請求項27】 請求項17に記載した傾き角度制御シ
    ステムであって、 所定のベースラインに対する所望の用具傾き角度を選択
    する手段、 動作の表示とコントロールモードの1つを選択し、応答
    する信号を送信するスイッチ手段を含み、前記制御手段
    は前記1つの信号を受信し、前記スイッチ手段が前記コ
    ントロールモードを選択すると、前記計算した傾き角度
    を所定の所望の傾き角度と比較し、前記所望の傾き角度
    値と前記訂正傾き角度値が異なる大きさであると、用具
    傾き制御信号を送信し、 前記用具傾き制御信号を受信し、応答して加圧流体の流
    れを送る弁手段、 前記加圧流体の流れを受け、前記加圧流体の流れを受け
    るのに応じて前記用具を傾け、前記用具に結合した傾き
    ジャッキ手段を含むことを特徴とするシステム。
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