(57)【要約】【課題】従来技術の欠点の少なくとも一部を克服することを可能にする、掘削機または整地機用の水平化案内システムを提案する。【解決手段】本発明は案内システムに関し、案内システムは、機械の可動要素に配置された角度位置検出装置であって、例えば異なる可動要素に対して垂直に、同じ基準面または方向に関して角度位置を計算するように構成された角度位置検出装置と、バケットアームに配置されたレーザ検出装置であって、回転レーザによって定義される水平面を識別および認識するように構成されたレーザセンサを含むレーザ検出装置と、角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）およびレーザ検出装置（４）から生じるデータに従って整地ブレードの位置を制御するように、および整地ブレードが定義された水平面（１）に追従するようにオペレータに指示を与えるように、構成された制御装置（１０）と、が含まれる。【選択図】図１
2020029766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機用の水平化案内システムであって、
・車輪またはキャタピラ（２０１）を備えたシャーシ（２５）と、
・（好ましくは旋回式の、）シャーシ（２５）に取り付けられた運転室（２０）と、
・運転室（２０）に枢動可能に取り付けられたメインアームとも呼ばれる支持アーム（２１）と、
・第１の端部（２２１）および第２の端部（２２２）を有する、スティックとも呼ばれるバケットアーム（２２）であって、第１の端部はメインまたは支持アーム（２１）に枢動可能に取り付けられた、バケットアーム（２２）と、
・バケットアーム（２２）またはスティックの第２の端部（２２２）に枢動可能に取り付けられた掘削ツール（２３）または整地ツールと、
・水平であり、シャーシの前に配置され、シャーシに枢動可能に取り付けられた整地ブレード（２４）と、
・制御信号を受信する作動システムであって、メインまたは支持アーム、バケットアームまたはスティック、掘削ツールまたは整地ツール、および整地ブレードを作動させる作動システムと、
を備え、
案内システムが、
・機械の可動要素に配置された角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）であって、例えば異なる可動要素に対して垂直に、同じ基準面または方向に関して角度位置を計算するように構成された、角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）と、
・バケットアームに配置されたレーザ検出装置（４）であって、回転レーザ（１１）によって定義される水平面（１）を識別および認識するように構成されたレーザセンサを含むレーザ検出装置（４）と、
・角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）およびレーザ検出（４）から生じるデータに従って整地ブレードの位置を制御するように、および整地ブレードが定義された水平面（１）に追従するようにオペレータに指示を与えるように、構成された制御装置（１０）と、
を備えることを特徴とする、掘削機用の水平化案内システム。
【請求項２】
システムが、支持アーム（２１）、バケットアーム（２２）、整地ブレード（２４）、および運転室（２０）にそれぞれ配置されたいくつかの角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）を備えており、運転室は旋回する運転室であることを特徴とする、請求項１に記載の水平化案内システム。
【請求項３】
レーザ検出装置（４）と角度位置検出装置（３２）が、角度センサとレーザセンサを組み合わせた１つの独自の検出装置に結合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の水平化案内システム。
【請求項４】
レーザ検出装置（４）のレーザセンサが、好ましくは、基準水平面（１）の高さ検出を表すデータを収集できるように配列されたフォトダイオードを含む線形受信セルであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の水平化案内システム。
【請求項５】
角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）およびレーザ検出装置（４）が、組込み電源と、無線通信モジュールと、を備え、無線通信モジュールが、制御装置とデータを通信および送信するように構成されており、制御装置が、無線通信モジュールを備えていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の水平化案内システム。
【請求項６】
運転室（２０）に配置された角度位置検出装置（３０）が、制御装置（１０）と組み合わされることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の水平化案内システム。
【請求項７】
制御装置（１０）が、画面、制御キー、メモリ、通信モジュール、計算モジュールを備え、計算モジュールが、定義された水平面（１）に対する整地ブレードの位置を認識し、画面に表示するように構成され、表示が、垂直方向の深さ（Ｄ）位置を必要な値に維持するためにブレードが実行する必要のある動きに関するものであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の水平化案内システム。
【請求項８】
検出装置（３０、３１、３２、３４、および４）の組込み電源が、太陽電池を介して再充電可能な１つまたはいくつかの電池であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の水平化案内システム。
【請求項９】
掘削機または整地機を用いて地面を水平化または整地するための請求項１から８に記載の案内システムの使用。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載の水平化案内システムを備える掘削機または整地機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に掘削機用の案内システムの分野に関し、より詳細には、レベリングブレードを使用して掘削機または整地機によって地面の水平化を案内するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、建設現場で地面を水平にするために、オペレータは回転レーザを使用して、レベリングブレードとも呼ばれる、シャーシの前に配置された水平ブレードおよび機械のキャタピラを用いて掘削機または整地機によって実行される水平面を定義する。
【０００３】
より具体的には、レベリングブレードは、ブレードに対して垂直に配置されたチューブを備え、その上に回転レーザビームを検出するレーザセンサが配置される。
【０００４】
掘削機または整地機のオペレータは、レーザセンサとブレードの下端との間の一定の距離を把握しているため、回転レーザで定義された水平面に対するブレードの位置を制御できる。したがって、元の起伏によらず、地面を一定に水平にすることができる。
【０００５】
それにもかかわらず、このシステムには、特に、一般的にブレードに溶接または固定されるチューブの使用に起因する大きな欠点がある。
【０００６】
実際、時間と使用状況に応じて、チューブの軸は次のようないくつかの要因により変化する。
【０００７】
・変位した材料によって掘削または整地作業中に受けた衝撃による変形
・機械の通常の使用に起因する振動を引き起こす震動、等。
【０００８】
水平化がブレードの下端とチューブに配置されたレーザセンサとの間の一定の既知の距離に基づいているため、この軸の変化により、地ならしに跡ができる。
【０００９】
さらに、このシステムは、通常ブルドーザと呼ばれるキャタピラまたは車輪を備えたトラクタタイプの掘削機または整地機で特に使用される。実際、この種の掘削機は、レーザセンサの「視界」を妨げる油圧アームをブレードの前に備えていない。
【００１０】
ただし、ヒンジ付きアームを使用することにより汎用性が高いことと、ブルドーザと同様にシャーシの前にレベリングブレードを取り付けることができることと、を考慮すると、コスト削減のために、油圧アームを備えた機械が一般に掘削機または整地機として使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明は、レーザセンサが取り付けられ、レベリングブレードに固定されたチューブより効果的で、正確で、耐久性があり、長期間にわたる極端な使用条件に耐える代替物を提案することにより、従来技術の欠点の少なくとも一部を克服することを可能にする、掘削機または整地機用の水平化案内システムを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的のために、本発明は、掘削機用の水平化案内システムに関し、システムは、
・車輪またはキャタピラ（２０１）を備えたシャーシ（２５）と、
・（好ましくは旋回式の、）シャーシ（２５）に取り付けられた運転室（２０）と、
・運転室（２０）に枢動可能に取り付けられたメインアームとも呼ばれる支持アーム（２１）と、
・第１の端部（２２１）および第２の端部（２２２）を有する、スティックとも呼ばれるバケットアーム（２２）であって、第１の端部はメインまたは支持アーム（２１）に枢動可能に取り付けられた、バケットアーム（２２）と、
・バケットアーム（２２）またはスティックの第２の端部（２２２）に枢動可能に取り付けられた掘削ツール（２３）または整地ツールと、
・水平であり、シャーシの前に配置され、シャーシに枢動可能に取り付けられた整地ブレード（２４）と、
・制御信号を受信する作動システムであって、メインまたは支持アーム、バケットアームまたはスティック、掘削ツールまたは整地ツール、および整地ブレードを作動させる作動システムと、
を備え、
案内システムは、
・機械の可動要素に配置された角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）であって、例えば異なる可動要素に対して垂直に、同じ基準面または方向に関して角度位置を計算するように構成された角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）と、
・バケットアームに配置されたレーザ検出装置（４）であって、回転レーザ（１１）によって定義される水平面（１）を識別および認識するように構成されたレーザセンサを含むレーザ検出装置（４）と、
・角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）およびレーザ検出（４）から生じるデータに従って整地ブレードの位置を制御するように、および整地ブレードが定義された水平面（１）に追従するようにオペレータに指示を与えるように、構成された制御装置（１０）と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
特徴によれば、システムは、支持アーム、バケットアーム、整地ブレード、および運転室（２０）にそれぞれ配置されたいくつかの角度位置検出装置を備えており、運転室は旋回する運転室である。
【００１４】
別の特徴によれば、レーザ検出装置と角度位置検出装置は、角度センサとレーザセンサを組み合わせた１つの独自の検出装置に結合される。
【００１５】
有利には、レーザ検出装置のレーザセンサは、好ましくは、基準水平面の高さ検出を表すデータを収集できるように配列されたフォトダイオードを含む線形受信セルである。
【００１６】
特徴によれば、角度位置検出装置およびレーザ検出装置は、組込み電源と、無線通信モジュールと、を備え、無線通信モジュールは、データを通信および送信するように構成されており、制御装置は、無線通信モジュールを備えている。
【００１７】
別の特徴によれば、運転室に配置された検出装置は、制御装置と組み合わされる。
【００１８】
有利には、制御装置は、画面、制御キー、メモリ、通信モジュール、計算モジュールを備え、計算モジュールは、定義された水平面に対する整地ブレードの位置を認識し、画面に表示するように構成され、表示は、垂直方向の深さ（Ｄ）位置を必要な値に維持するためにブレードが実行する必要のある動きに関するものである。
【００１９】
特徴によれば、検出装置の組込み電源は、太陽電池によって再充電される１つまたはいくつかの電池である。
【００２０】
本願の別の目的は、掘削機または整地機を用いて地面を水平化または整地するための本発明による案内システムの使用である。
【００２１】
本願の第３の目的は、本発明による地面を水平化または整地するための案内システムを有する建設現場機械である。
【００２２】
本発明の他の特徴、詳細および利点は、添付の図面を参照して以下の説明を読むと明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による案内システムを備えた掘削機を表す図である。
【図２】検出された角度、掘削機のブレードの深さの垂直位置、およびレーザ水平面の間のリンクを使用する水平化を案内するための本発明によるシステムを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の枠組みから逸脱することなく多くの組み合わせを考慮することができ、当業者は、遵守しなければならない経済的、人間工学的、寸法的または他の制約に従っていずれかを選択するであろう。
【００２５】
図１〜図２を参照すると、本発明によるシステムは、パワーショベルなどの重機機械の異なるヒンジ部材に関する位置データを収集することを可能にする。このシステムは、掘削機および／または整地機に適用され、より一般的には、作業ツール、特に整地ブレードの深さを制御する必要があるすべての機械に適用される。以下のおよび非限定的な方法で、説明は掘削機に言及する。
【００２６】
通常、このタイプの機械（２）の構成は、
・車輪またはキャタピラ（２０１）が取り付けられたシャーシ（２５）と、
・シャーシ（２５）に旋回可能に取り付けられた運転室（２０）と、
・運転室（２０）に枢動可能に取り付けられた、メインアームとも呼ばれる支持アーム（２１）と、
・第１の端部（２２１）および第２の端部（２２２）を有する、スティックとも呼ばれるバケットアーム（２２）であって、第１の端部は支持アームまたはメインアーム（２１）に枢動可能に取り付けられている、バケットアーム（２２）と、
・バケットアーム（２２）またはスティックの第２の端部（２２２）に枢動可能に取り付けられたバケットなどの掘削ツールまたは整地ツール（２３）と、
・水平であり、シャーシの前に配置され、シャーシに枢動可能に取り付けられた整地ブレード（２４）と、
・制御信号を受信する作動システムであって、支持アームまたはメインアーム、バケットアームまたはスティック、掘削ツールまたは整地ツール、および整地ブレードを起動可能な作動システムと、
を備える。
【００２７】
制御信号は、運転室を介して発せられる。
【００２８】
掘削機の異なるヒンジ部材（２０、２１、２２、２４）に関する位置データは、同じ基準面または方向、例えば垂直に対する角度位置データである。
【００２９】
これらの角度位置データは、例えば、ＢＲＩＤＧＩＮ社（フランス）のデバイスＸＤ４６７のような角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）に配置された少なくとも２軸の加速度計などの角度位置センサを備えた電子モジュールによって生成され得る。
【００３０】
一実施形態では、各検出装置（３０、３１、３２、３４）は、垂直に対する固有の角度位置を決定する。
【００３１】
一実施形態では、運転室（２０）に配置された検出装置（３０）は、３つの角度センサを有し、それにより、垂直に対する固有の角度位置に加えてピッチ／ロールおよびヨーを提供する。
【００３２】
掘削機の使用中に破損する可能性のあるケーブルを取り除き、案内システムの設置をより速く簡単にするために、各センサの角度位置データは有利には、処理モジュールによって処理され、無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ｗｉｆｉ、ＩＲメッセージなど、各検出装置に含まれる無線通信モジュールで送信される。他の無線短距離または中距離通信を使用できる。
【００３３】
一実施形態では、運転室に配置された角度位置検出装置（３０）が前述の３つの角度を提供する場合、制御装置（１０）との近接を考慮して、無線通信の代わりに有線通信手段を使用できる。
【００３４】
一部の実施形態では、運転室（２０）に配置された検出装置（３０）は、制御装置（１０）と組み合わせることができる。
【００３５】
一実施形態では、各角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）は、自律的で、したがって無線とすることができるように組込み電源を備える。そのような供給源は、例えば、太陽電池を介して再充電可能な１つまたはいくつかの電池であり得る。
【００３６】
図１に示すように、水平化案内システムは、運転室、支持アーム、バケットアーム、および整地ブレードにそれぞれ配置された複数の角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）を備えている。
【００３７】
さらに、システムは、バケットアームに配置されたレーザ検出装置（４）であって、回転レーザ（１１）によって定義される水平面（１）を識別および認識するように構成されたレーザセンサを含むレーザ検出装置（４）も備える。非限定的な例として、ＢＰＷ３４Ｓタイプの光電セルを含むＢＲＩＤＧＩＮ社（フランス）製の装置ＸＤ４６１を使用できる。
【００３８】
角度位置検出装置（３０、３１、３２、３４）と同じように、レーザ検出装置（４）は組込み電源と無線通信モジュールを備えている。
【００３９】
一実施形態では、バケットアームに配置されたレーザ検出装置（４）と角度位置検出装置（３２）は、角度センサとレーザセンサを組み合わせた単一の検出装置に結合される。
【００４０】
各検出装置（３０、３１、３２、３４、および４）の配置は、検出装置に対する支持体として機能するヒンジ部材の優先方向に従って実行することができる。アーム（２１／２２）／運転室（２０）、アーム／運転室を支持するシャーシ（２５）／ブレード（２４）に対する各センサ（３０、３１、３２、３４、および４）の角度位置が既知のパラメータである限り、整地ブレード（２４）が到達する深さを決定するのに役立つそれぞれの角度を知ることができる。
【００４１】
レーザ検出装置（４）のレーザセンサは、好ましくは、（始動および／または異常を補正するために）基準水平面（１）の高さ検出を表すデータを収集できるように配列されたフォトダイオードを含む線形受信セルである。レーザ受信機の直線性により、より高い高さでビームを検出できるため、機械が地ならし中に前進している間、レーザ検出装置（４）を常に調整する必要はない。
【００４２】
バケットアーム（２２）またはスティック上のレーザセンサの位置は重要である。実際、アーム２１と２２を協調的に動かすことにより、レーザセンサは他の偏差なしに垂直に変位するようにできるが、この他の偏差がないということは、バケットアームの第２の端部（２２２）が、それ自体がヒンジで固定されているか地面と常時接触している別の要素と接触していないという事実から生じる。
【００４３】
一実施形態では、中間フォトダイオードは基準センサとみなすことができ、この基準に対してより高く、より低くそれぞれ配置されたフォトダイオードは、それぞれ増加、高さ調整減少にそれぞれ関連付けられる。
【００４４】
または、低コストで精度の低い受信機は、検出エリアを拡大するためのレンズシステムを備えた非線形セルを１つだけ有し得る。これらのオプションのいずれかは、必要に応じて保持できる。
【００４５】
特に最初の地ならしが既に行われている場合の、地面が、水平面（１）に平行な起伏を含む経済的な実施形態では、運転室にある角度センサ装置（３０）は、基準の水平面（１）と同一平面上にあるので、角度センサ装置（３０）は必須ではない。
【００４６】
別の実施形態では、運転室角度センサ（３０）は、傾斜計または地面の傾斜を決定することを可能にする他の類似のセンサに置き換えることができる。このようなセンサにより、傾斜面を水平にすることができる。この効果を得るには、レーザ面（１）は常に水平面と同一平面上になければならない。この場合、センサは運転室に対する傾斜面の傾斜の方向（ヨー）を検出するために使用される。
【００４７】
さらに、運転室に配置されたこのセンサは、運転室とシャーシ間の回転角度を測定するためにも使用でき、運転者が運転室をシャーシと非整列位置に維持することで地ならしを実行できるため、視認性が向上する。制御装置（１０）のソフトウェア機能により、地ならし中にこの角度を変更できる。
【００４８】
センサの各無線通信モジュール（３０、３１、３２、３４、および４）は、処理モジュールから発信される情報を制御装置の無線受信機に送信し、制御装置は、画面を介してオペレータに視覚表示を提供し、整地ブレード（２４）の駆動を容易にする。したがって、制御装置は、整地ブレード（２４）の位置を計算するのに必要なすべてのパラメータと、運転室（２０）およびシャーシ（２５）の向きに対する支持アーム（２１）、バケットアーム（２２）に関するデータとを有する。
【００４９】
図２は、掘削機の整地ブレードの水平位置と垂直位置の深さ（Ｄ）に対する角度（Ａ１、Ａ２、Ａ３、ＡＣ）の関係を示している。図示の角度は、角度センサによって提供される垂直に対する位置データから推測される。機械の各ヒンジ部材に関連付けられた垂直距離は、次のように計算できる。
【００５０】
・Ｖ１＝支持アーム（２１）の長さ×ｓｉｎ（Ａ１）、
・Ｖ２＝レーザ検出装置（４）とバケットアーム（２２）の第１の端部（２２１）間の長さ×ｓｉｎ（Ａ２）（レーザ検出装置が基準の水平面（１）に正しく配置されている場合）、
・Ｖ３＝整地ブレード（２４）の長さ×ｓｉｎ（Ａ３）、
・ＶＣ＝支持アームの開始点と整地ブレードの開始点の間の距離×ｓｉｎ（ＡＣ）。
【００５１】
有効な高さＤの垂直距離は、垂直距離の式Ｄ＝ＤＲ−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋ＶＣ）のおかげで計算され、この合計の成分は相対距離で、図２の例では、距離Ｖ１は負である。
【００５２】
所望の深さＤＲが制御装置内でパラメータ化されると、制御装置は、基準深さに対する整地ブレードの深さＤの差を決定することができる。
【００５３】
別の実施形態では、計算は三次元ベクトルによって実行される。これらのベクトルは、それぞれのセンサ角度と各可動要素の長さに基づいて構築された回転行列および並進行列によって計算される。レーザ受信機の位置ベクトルとブレードの位置ベクトルにより、距離ＤＲを使用して距離Ｄを決定できる。
【００５４】
制御装置（１０）の計算モジュールは、計算されたブレード位置（距離Ｄはブレードが到達する有効な深さを提供する）を使用してブレードの垂直調整設定点を決定することができ、ブレードが高すぎる場合は正の値、ブレードが低すぎる場合は負の値である。ゼロに等しい値は、ブレードが基準面にあることを意味する。したがって、計算モジュールは、前記設定点を表す信号を表示画面に送達し、下向きの矢印はブレード（２４）を下げ、水平線は位置を維持、上向きの矢印はブレード（２４）を上げることを指示する。これらのアイコンの１つは、例えば、計算された値Ｄに従って選択および表示される。
【００５５】
制御装置（１０）は、基準深度パラメータを格納するためのメモリを含む。計算モジュールは、例えば、検出装置によって提供される角度位置データと基準深度パラメータＤＲを使用することにより、ブレードの垂直移動の設定点を計算することができる。
【００５６】
運転室内では、制御装置は、制御ボタンおよびＬＣＤ画面または類似物を備えたコンパクトなボックスの形で提供でき、特にパラメータ設定操作を容易にする（機能を表示できる）。視覚的な設定値を示すために、ボックスによって制御される個別のディスプレイを設けることができる。ユーザは、距離Ｄを必要な値に維持するために、実行されるブレードの動きに関する指示を通常の視界で制御できる。この運転室ディスプレイは、無線通信インターフェイスが組込まれたボックスに配置され得る。受信および無線送信は、この通信インターフェイスによって管理される。運転室からの無線送信は、特に、装置によって送信される信号を同期し、識別子を提供し、例えばバッテリー充電レベルなどのステータスを要求するのに役立ち、メンテナンス（組込みソフトウェアの更新、バージョン要求、同様の監視操作）にも役立つ。
【００５７】
本願を読むと、図面に一般的に記載され図示されているように、本発明の特徴を多種多様な構成に従って配置および設計できることが容易に理解されよう。したがって、本発明の説明および付属の図は、本発明の範囲を限定する目的で提供されるものではなく、単に選択された実施形態を表すものである。
【００５８】
当業者は、所与の実施形態の技術的特徴は、特に明記しない限り、またはこれらの特徴が両立しないことが明らかでない限り、別の実施形態の特徴と組み合わせることができることを理解するであろう。さらに、所与の実施形態で説明された技術的特徴は、特に明記しない限り、この実施形態の他の特徴から分離することができる。
【００５９】
当業者にとって、本発明が、必要な保護によって定義される分野から逸脱することなく、他の多くの特定の形態の下での実施形態を可能にすることは明らかであり、それらは例示として考慮されるべきであり、本発明は前述の詳細に限定されるべきではない。
【符号の説明】
【００６０】
１  水平面
２  機械
４  レーザ検出装置
１０  制御装置
１１  回転レーザ
２０  運転室
２１  支持アーム、メインアーム
２２  バケットアーム
２３  掘削ツール、整地ツール
２４  整地ブレード
２５  シャーシ
３０、３１、３２、３４  角度位置検出装置、無線通信モジュール、センサ
２０１  キャタピラ
２２１  第１の端部
２２２  第２の端部
【図１】
2020029766.tif 000003
【図２】
2020029766.tif 000004
【外国語明細書】
2020029766000001.pdf