JPH10168945A - 敷地データベース構造 - Google Patents

敷地データベース構造

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JPH10168945A
JPH10168945A JP9251891A JP25189197A JPH10168945A JP H10168945 A JPH10168945 A JP H10168945A JP 9251891 A JP9251891 A JP 9251891A JP 25189197 A JP25189197 A JP 25189197A JP H10168945 A JPH10168945 A JP H10168945A
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JP
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data
memory
parameter
work site
objects
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JP9251891A
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E Henderson Daniel
イー．ヘンダーソン ダニエル
W Creimenheigen Karl
ダブリュ．クレイメンヘイゲン カール
L Koearsen Craig
エル．コエアーセン クレイグ
M Shety Satish
エム．シェティー サティシュ
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Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2045—Guiding machines along a predetermined path
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76—Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/80—Component parts
    • E02F3/84—Drives or control devices therefor, e.g. hydraulic drive systems
    • E02F3/841—Devices for controlling and guiding the whole machine, e.g. by feeler elements and reference lines placed exteriorly of the machine

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業機械上の制御システム上で実行される応
用プログラムによるアクセスのためのデータを格納する
ための敷地データベース構造を提供する。 【解決手段】 応用プログラムが使用するデータベース
に格納される情報を含むデータ構造に複数のデータオブ
ジェクトが関連付けられる。各データオブジェクトは作
業敷地の定められた区域を表現し、一組の所定の座標で
表現される。少なくとも１つの層オブジェクトが各デー
タオブジェクトに関連付けられる。各層オブジェクトは
所定の数のセルオブジェクトを有している。各セルオブ
ジェクトはパラメータの関連付けられた値を有してい
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、包括的に敷地（ｓ
ｉｔｅ）データベース構造に関し、特に、データベース
内の作業敷地のパラメータを表現するための装置と方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】採掘用ショベル等の作業機械が穴掘り作
業に使われる。そのような機械の作業サイクルまたはそ
の一部を自動化することに多くの努力が向けられてき
た。そのようなシステムの１つが１９９５年４月１１日
にWilliam C.Sahm等に発行された米国特許第５，４０
４，６６１号に開示されている。Sahmのシステムは採掘
用ショベルに向けられたもので、採掘用ショベルが穴を
掘るとともに作業道具であるバケットの位置が決定さ
れ、すなわち、作業敷地が修正される。バケットの位置
はバケットが作業敷地を修正するにつれて位置のモデル
またはデータベースを更新するために使われる。差分
（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）アルゴリズムにより、現
在の敷地モデルが所望の敷地モデルと比較される。差分
アルゴリズムの出力は作業機械の動作を制御するために
用いられるかまたは操作を助けるために操作者へ表示さ
れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】作業敷地は一般に広い
領域にわたっている。したがって、データベースもまた
大きいのが通常であり、結果として膨大な格納スペース
を必要とする。敷地モデルの構造に対しては２つの包括
的アプローチがある。第１のアプローチにおいては、作
業敷地全体が格子に分割される。格子のます目の各々は
作業敷地における（Ｘ及びＹ座標を有する）固定点を表
わす。敷地に関連するデータは各ます目に格納される。
このアプローチにおける問題は、格子が敷地全体をカバ
ーしなければならない点にある。一般に、敷地の大部分
には作業機械が影響を及ぼさない、或いはそこでは動作
しない。したがって、格納スペースの大部分は無駄であ
る。
【０００４】第２のアプローチにおいては、必要な個所
のみが格納される。しかしながら、格子構造が使われな
いので、これらの個所の各々についてその個所のＸ及び
Ｙ座標をも格納する必要がある。これもまた格納スペー
スの浪費である。本発明は上記の問題点の１またはそれ
以上を解決することに向けられている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面にお
いて、作業機械上の制御システム上で実行される応用プ
ログラムによるアクセスのためのデータを格納するため
のメモリが提供される。作業機械は作業敷地において動
作する。データは作業敷地のパラメータを表現する。デ
ータ構造がメモリに格納される。データ構造は、応用プ
ログラムが使用するデータベースに格納される情報を含
む。複数のデータオブジェクトがデータ構造に関連付け
られる。データオブジェクトの各々は作業敷地の定めら
れた区域を表現し、かつ、予め定められた座標の１組に
よって表現される。少なくとも１つの層オブジェクトが
各データオブジェクトと関連付けられる。層オブジェク
トの各々は予め定められた数のセルオブジェクトを有す
る。各セルオブジェクトはパラメータの関連付けられた
値を有する。
【０００６】本発明の他の側面において、作業敷地上の
作業機械の動作を監督するための装置が提供される。位
置検知システムが作業機械上に配置され、作業機械が作
業敷地を横切るにつれて作業機械上に置かれた少なくと
も１つの固定点の位置を検出することに適合される。
【０００７】コントローラが作業敷地のパラメータを表
わすデータを含むデータベースを含んでいる。データは
データ構造に含まれる。データ構造はデータ構造に関連
付けられた複数のデータオブジェクトを含んでいる。各
データオブジェクトは作業敷地の定められた区域を表わ
し、かつ、１組の予め定められた座標と少なくとも１つ
の層オブジェクトで表わされる。各層オブジェクトは予
め定められた数のセルオブジェクトを有する。各セルオ
ブジェクトはパラメータの関連付けられた値を有する。
装置は、データベースにアクセスし責任をもって作業機
械の動作を監督する。
【０００８】本発明のさらに他の側面において、作業機
械上の制御システム上で実行される応用プログラムがア
クセスするためのデータを格納する方法が提供される。
作業機械は作業敷地で動作する。データは作業敷地のパ
ラメータを表わす。その方法は、作業敷地を複数の定め
られた区域に分割するステップを含む。各定められた区
域は所定の次元を有する。その方法は、データオブジェ
クトを各定められた区域に割り当てるステップもまた含
んでいる。各データオブジェクトは、１組の予め定めら
れた座標を含んでいる。１組の予め定められた座標は対
応する定められた区域を表わす。その方法は、各データ
オブジェクトを、少なくとも１つの層オブジェクトに関
連付けるステップをさらに含んでいる。各層オブジェク
トは予め定められた数のセルオブジェクトを有してい
る。各セルオブジェクトはパラメータの関連付けられた
値を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１〜２を参照すると、本発明は
敷地データベース２０４において作業敷地２０２を表現
するための装置、方法及びデータベース構造を提供す
る。好適な具体例において、本発明１００はトラック型
のトラクタまたはブルドーザ、プロファイラ、モータグ
レーダ、スクレーパ、道路リクレーマ、ホイールローダ
等の可動の地上を動く機械または作業機械（図示せず）
とともに使用される。
【００１０】位置検知システム１０２は可動機械上の点
の位置を決定する。その様な点は機械の本体の上または
可動機械の作業道具（図示せず）の上にとられる。以下
に説明されるように、機械の上の少なくとも１つの基準
点の位置が敷地データベース２０４を動的に更新するた
めに使用される。好適な具体例において、位置検知シス
テム１０２は外部基準を有する３次元位置発見システ
ム、例えば（それに限定されないが）、３次元レーザ、
全地球位置発見システム（ＧＰＳ）、ＧＰＳとレーザの
組み合わせ、無線三角測量、マイクロ波またはレーダを
含んでいる。基準点の位置座標は可動機械が作業敷地２
０２内で動くにつれて決定される。
【００１１】マイクロプロセッサベースのコントローラ
１１６が位置検知システム１０２に結合される。コント
ローラ１１６は位置検知システム１０２から位置座標を
受け取り動的敷地モデル１０８を更新する。コントロー
ラ１１６は以下に記述するような他の機能をも達成す
る。位置座標が一連の不連続な点として差分アルゴリズ
ム１０４へ供給される。コントローラ１１６は所望の敷
地モデル１０６と動的敷地モデル１０８を格納するため
の格納メモリ１１８を含んでいる。所望の敷地モデル１
０６と動的敷地モデル１０８はそれぞれ敷地データベー
スを含んでいる。好適には、所望の敷地データベース及
び動的敷地データベースは敷地の高さ（それぞれ所望の
高さ及び現在の高さ）を表わすデータを格納する。しか
し、敷地データベースはさらに作業敷地の他のパラメー
タ、例えば原料または鉱石の種類、以前の高さ、作業機
械の経路の数の値を格納しても良い。
【００１２】敷地データベースはまた圧密レベルに関す
る情報を含んでも良い。突固メ機については、位置を特
定するためには原料の種類及び高さの変化に応じた与え
られた領域上の機械の経路の特別な数を必要とする。圧
密レベルは高さの変化に対して残っている経路の数に関
連している。差分アルゴリズム１０４はコントローラ１
１６上のソフトウェアで実現され所望の敷地モデルと動
的敷地モデルの差分を計算する。
【００１３】差分アルゴリズム１０４は監督手段１０９
に結合される。監督手段１０９はデータベースにアクセ
スし、作業機械の動作を責任をもって監督する。監督手
段１０９は好適にはオペレータディスプレイ１１０を含
んでいる。オペレータディスプレイ１１０はパラメータ
の格納値を表わす作業敷地のグラフィックな表現を含ん
でいる。オペレータディスプレイ１１０は作業機械の手
動制御１１２においてオペレータを助けるために使われ
る。場合によっては、監督手段１０９はデータベースに
格納されたデータに応じて作業機械の動作を自動制御す
るための自動制御１１４を含んでいる。
【００１４】敷地モデルは好適にはメモリ１１８に格納
される。メモリはデータを格納するための任意の適切な
メモリ構造で良く、ランダムアクセスメモリ、プログラ
ム可能読出専用メモリ、固定ディスクドライブ、取り出
し可能ディスクドライブ等がこれに含まれるが、これら
に限定されない。図２を参照すると、メモリ１１８はコ
ントローラ１１６上で実行される応用プログラムからア
クセスされるデータを格納する。メモリはデータ構造２
０２のデータを格納する。データ構造２０２は応用プロ
グラムが使用する、データベース内に常駐する情報を含
んでいる。
【００１５】データ構造はデータ構造と関連付けられた
複数のデータオブジェクト（データオブジェクト１〜デ
ータオブジェクトＫ）を含んでいる。各データオブジェ
クトは作業敷地の定められた区域を表わし、１組の予め
定められた座標によって表わされる。少なくとも１つの
層オブジェクトが各データオブジェクトに関連付けられ
る。各層オブジェクトは予め定められた数のセルオブジ
ェクトを有している。各セルオブジェクトは少なくとも
１つのパラメータの関連値を有している。
【００１６】例えば図２のデータ構造において、作業敷
地がデータオブジェクト１〜Ｋで表わされるＫ個の定め
られた区域に分けられる。データオブジェクト１はＭ1
個の層オブジェクトを含んでいる。データオブジェクト
１の層１はＮ1,1 個のセルオブジェクトを含んでいる。
データオブジェクト１の層Ｍ1 はＮ1,M1個のセルオブジ
ェクトを含んでいる。
【００１７】同様にして、データオブジェクトＫはＭK
個の層オブジェクトを含んでいる。データオブジェクト
Ｋの層１はＮK,1 個のセルオブジェクトを含んでいる。
データオブジェクトＫの層ＭK はＮK,MK個のセルオブジ
ェクトを含んでいる。好適には、データオブジェクトの
各層は異なるパラメータのデータ値を含んでいる。
【００１８】好都合なことに、作業機械が必要とする作
業敷地の定められた区域を表わすデタオブジェクトのみ
がメモリ１０９に格納される。或る具体例において、各
データオブジェクトは１つまたはそれ以上の層を有して
いる。各層のセルに格納されるのは１つのパラメータの
値である。他の具体例において、データ構造は２または
それ以上のデータ下位構造に分割される。各データ下位
構造は複数のデータオブジェクトに分割される。１つの
下位構造のデータオブジェクトは他の下位構造のデータ
オブジェクトと同じ大きさでも異なる大きさでも良い。
【００１９】
【発明の効果】図面と動作を参照すると、本発明は作業
機械上のコントローラ上で実行される応用プログラムか
らのアクセスのためのデータを格納するための装置、メ
モリ、及び方法を提供する。データは作業敷地のパラメ
ータを表現する。本発明は作業敷地を複数の定められた
区域に分割する。各々の定められた区域は予め定められ
た次元の１組の座標で定められる。
【００２０】各データオブジェクトは少なくとも１つの
層オブジェクトを含んでいる。層オブジェクトは代表的
には作業敷地の１つのパラメータに関連付けられる。各
層オブジェクトは予め定められた数のセルに分割され
る。セルは予め定められた次元（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）
を有している。各セルは予め定められた点または作業敷
地の区域についての関連パラメータの値を記憶する。１
つの層内の各セルはその層内の既知の位置を有してい
る。かくして、作業敷地上の任意の点についてのパラメ
ータの値を決定することができる。
【００２１】各データオブジェクトは代表的には作業敷
地の対応する定められた区域の角の１つを表わす１組の
関連し格納された座標を有している。データオブジェク
ト内の各層は規則的なセルに分割されるセルの作業敷地
内の対応位置はデータオブジェクトの格納された１組の
座標からのセルの既知のオフセットから決定することが
できる。
【００２２】さらに、作業敷地の定められた区域のうち
必要なものを表わすデータオブジェクトのみが格納され
る必要がある。この様にして、各セルの座標はすべて格
納される必要がない。さらに、作業敷地の重要な部分の
みが表現される必要がある。したがって、作業敷地をデ
ータ構造において充分な分解能で効率的に表現すること
ができる。
【００２３】本発明の他の側面、目的、及び特徴は図
面、開示及び添付請求項を研究することによって得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例に係り、本発明を実現するための装置
のブロック図である。
【図２】本発明の一実施例に係り、作業敷地に関連付け
られたパラメータ値を表現し格納するためのデータベー
ス構造を図解的に表現した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カール ダブリュ．クレイメンヘイゲン アメリカ合衆国，イリノイ 61614−7212, ペオリア，ノース ホリーリッジ サーク ル 4010 (72)発明者 クレイグ エル．コエアーセン アメリカ合衆国，イリノイ 61604−3544, ペオリア，ノース ビグロウ 2321 (72)発明者 サティシュ エム．シェティー アメリカ合衆国，イリノイ 61611−1468, イースト ペオリア，ジャスティス ドラ イブ 108

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作業機械上の制御システム上で実行され
    る応用プログラムによるアクセスのためのデータを格納
    するためのメモリであって、該作業機械は作業敷地にお
    いて動作し、該データは作業敷地のパラメータを表現
    し、 メモリに格納され、応用プログラムが使用するデータベ
    ースに格納される情報を含むデータ構造と、 該データ構造に関連付けられ、その各々は作業敷地の定
    められた区域を表現し、かつ、予め定められた座標の１
    組によって表現される、複数のデータオブジェクトと、 各データオブジェクトと関連付けられ、その各々は予め
    定められた数のセルオブジェクトを有し、各セルオブジ
    ェクトはパラメータの関連付けられた値を有する、少な
    くとも１つの層オブジェクトとを具備するメモリ。
  2. 【請求項２】 前記データは第２のパラメータを表現
    し、少なくとも１つの層オブジェクトは該第２のパラメ
    ータの関連付けられた値を有する予め定められた数のセ
    ルオブジェクトを含む請求項１記載のメモリ。
  3. 【請求項３】 第１及び第２のデータオブジェクトを含
    み、第１のデータオブジェクトはＭ1 個の、第２のオブ
    ジェクトはＭ2 個の層を有する請求項１記載のメモリ。
  4. 【請求項４】 前記パラメータは高さである請求項１記
    載のメモリ。
  5. 【請求項５】 前記パラメータは原料の種類である請求
    項１記載のメモリ。
  6. 【請求項６】 前記パラメータは実際の高さである請求
    項１記載のメモリ。
  7. 【請求項７】 前記パラメータは所望の高さである請求
    項１記載のメモリ。
  8. 【請求項８】 前記パラメータは過去の高さである請求
    項１記載のメモリ。
  9. 【請求項９】 前記パラメータは経路の数である請求項
    １記載のメモリ。
  10. 【請求項１０】 前記パラメータは圧密レベルである請
    求項１記載のメモリ。
  11. 【請求項１１】 作業機械が必要とする、作業敷地の定
    められた区域を表わすデータオブジェクトのみがメモリ
    に格納される請求項１記載のメモリ。
  12. 【請求項１２】 作業敷地上の作業機械の動作を監督す
    るための装置であって、 作業機械上に配置され、該作業機械が作業敷地を横切る
    につれて作業機械上に置かれた少なくとも１つの固定点
    の位置を検出し責任をもって位置信号を生成するに適し
    た位置検知システムと、 位置信号を受信するに適するコントローラであって、該
    コントローラは作業敷地のパラメータを表わすデータを
    含むデータベースを含み、該データはデータ構造に含ま
    れ、該データ構造はデータ構造に関連付けられた複数の
    データオブジェクトを含み、各データオブジェクトは作
    業敷地の定められた区域を表わし、かつ、１組の予め定
    められた座標と少なくとも１つの層オブジェクトで表わ
    され、各層オブジェクトは予め定められた数のセルオブ
    ジェクトを有し、各セルオブジェクトはパラメータの関
    連付けられた値を有するものと、 該コントローラに結合され、データベースにアクセスし
    責任をもって作業機械の動作を監督するための監督手段
    とを具備する装置。
  13. 【請求項１３】 監督手段はオペレータディスプレイを
    含む請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 監督手段は自動制御を含む請求項１２
    記載の装置。
  15. 【請求項１５】 作業機械が必要とする、作業敷地の定
    められた区域を表わすデータオブジェクトのみがメモリ
    に格納される請求項１２記載の装置。
  16. 【請求項１６】 作業機械上の制御システム上で実行さ
    れる応用プログラムがアクセスするためのデータを格納
    する方法であって、該作業機械は作業敷地で動作し、該
    データは作業敷地のパラメータを表わし、 作業敷地を各々が所定の次元を有する複数の定められた
    区域に分割し、 対応する定められた区域を表わす１組の予め定められた
    座標を含む各データオブジェクトを各定められた区域に
    割り当て、 各データオブジェクトを、パラメータの関連付けられた
    値を各々が有する予め定められた数のセルオブジェクト
    を各々が有する少なくとも１つの層オブジェクトに関連
    付けるステップを含む方法。
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