(57)【要約】【課題】【解決手段】零傾斜の場所を横断する方向に対する建設現場又は工事現場の傾斜部分に位置する掘削機又はその他の機械の向きｒを決定する装置である。零傾斜の場所を横断するこの方向は、傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である。装置は、機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計を含む。装置は、機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計を含む。最後に、装置は、上記ピッチ角度出力及び上記ロール角度出力に応答可能であり、次式、すなわちｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］；又はｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］；又はｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］の１つに従って、向きｒを決定するプロセッサを含む。第一及び第二の傾斜計は、単一の二重軸線傾斜計とし又は、これら傾斜計は、適正に向き決めした１対の傾斜計とすることができる。装置は、３つの等式を連続的に使用するか又は、どの等式が最も正確な向き表示を提供するものと判断されたかに基づいて、色々な時点にて使用するため等式を選択することができる。例えば、機械の長手方向軸線が向き決めされる象限に基づいて等式を選択することができる。
2009542941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設現場の傾斜部分に位置する掘削機について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記掘削機の向きｒを決定する装置において、
前記掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
前記掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って、前記掘削機のピッチ軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項２】
建設現場の傾斜部分に位置する掘削機について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記掘削機の向きｒを決定する装置において、
前記掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
前記掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って、前記掘削機のピッチ軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項３】
建設現場の傾斜部分に位置する掘削機について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記掘削機の向きｒを決定する装置において、
前記掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
前記掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］に従って、前記掘削機のピッチ軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項４】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する装置において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］の１つに従って、前記機械のピッチ軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項５】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項４に記載の装置において、前記プロセッサは、どの等式が向きの最も正確な表示を提供する可能性があるかに基づいて、向きｒを決定する等式を選択する、装置。
【請求項６】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項４に記載の装置において、前記第一及び第二の傾斜計は、単一の二重軸線傾斜計である、装置。
【請求項７】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項４に記載の装置において、前記プロセッサは、前記機械のどの象限の長手方向が探知されるかに基づいて、向きｒを決定する等式を選択する、装置。
【請求項８】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項７に記載の装置において、前記プロセッサは、前記機械の向きが約±９０°のとき、余弦定理を用い、また、機械の向きが約０°又は約１８０°のとき、正弦定理を用いる、装置。
【請求項９】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って、前記機械のピッチ軸線の向きｒを決定するステップと
を備える、方法。
【請求項１０】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］に従って、前記機械のピッチ軸線の向きｒを決定するステップと
を備える、方法。
【請求項１１】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って、前記機械のピッチ軸線の向きｒを決定するステップと
を備える、方法。
【請求項１２】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は、
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は、
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］の１つに従って、前記機械のピッチ軸線の向きｒを決定するステップと
を備える、方法。
【請求項１３】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項１２に記載の方法において、前記向きｒを決定するステップは、どの関係が向きの最も正確な表示を提供する可能性があるかに基づいて、用いる関係を選択するステップを含む、方法。
【請求項１４】
零傾斜の場所を横断する方向に対する建設現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項１２に記載の方法において、前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップは、測定した角度を所望の向きにて提供するよう向き決めされた第一及び第二の傾斜計にて前記ピッチ角度及び前記ロール角度を測定するステップを含む、方法。
【請求項１５】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項１２に記載の方法において、前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップは、前記機械のどの象限の長手方向が探知されるかに基づいて、向きｒを決定する等式を選択するステップを含む、方法。
【請求項１６】
零傾斜の場所を横断する方向に対する建設現場の傾斜部分上に位置する掘削機の向きｒを決定する方法において、前記プロセッサは、前記掘削機の向きが約±９０°のとき、余弦定理を用い、また、前記掘削機の向きが約０°又は約１８０°のとき、正弦定理を用いる、方法。
【請求項１７】
建設現場の傾斜部分に位置する掘削機について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記掘削機の向きｒを決定する装置において、
前記掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
前記掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、前記ピッチ角度出力及びロール角度出力を使用して、向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項１８】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項１７に記載の装置において、前記第一及び第二の傾斜計は、単一の二重軸線傾斜計である、装置。
【請求項１９】
建設現場の傾斜部分に位置する掘削機について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記掘削機の向きｒを決定する装置において、
前記掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
前記掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って掘削機のロール軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項２０】
建設現場の傾斜部分に位置する掘削機について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記掘削機の向きｒを決定する装置において、
前記掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って掘削機のロール軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項２１】
建設現場の傾斜部分に位置する掘削機について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記掘削機の向きｒを決定する装置において、
掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］に従って機械のロール軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項２２】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する装置において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計と、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計と、
前記ピッチ角度出力及び前記ロール角度出力に応答可能なプロセッサであって、次式、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］の１つに従って、前記機械のロール軸線の向きｒを決定するプロセッサとを備える、装置。
【請求項２３】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項２２に記載の装置において、前記プロセッサは、どの等式が向きの最も正確な表示を提供する可能性があるかに基づいて、向きｒを決定する等式を選択する、装置。
【請求項２４】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項２２に記載の装置において、前記第一及び第二の傾斜計は、単一の二重軸線傾斜計である、装置。
【請求項２５】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項２２に記載の装置において、前記プロセッサは、機械のどの象限の長手方向が探知されるかに基づいて、向きｒを決定する等式を選択する、装置。
【請求項２６】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項２５に記載の装置において、前記プロセッサは、機械の向きが約±９０°のとき、余弦定理を用い、また、機械の向きが約０°又は約１８０°のとき、正弦定理を用いる、装置。
【請求項２７】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って、前記機械のロール軸線の向きｒを決定するステップと
を備える、方法。
【請求項２８】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］に従って、前記機械のロール軸線の向きｒを決定するステップと
を備える、方法。
【請求項２９】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］に従って、前記機械のロール軸線の向きｒを決定するステップと
を備える、方法。
【請求項３０】
工事現場の傾斜部分に位置する機械について、零傾斜の場所を横断する方向であって前記傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である方向に対する前記機械の向きｒを決定する方法において、
前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は、
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は、
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］の１つに従って、前記機械のロール軸線の向きｒを決定するステップと、を備える、方法。
【請求項３１】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項３０に記載の方法において、前記向きｒを決定するステップは、どの関係が向きの最も正確な表示を提供する可能性があるかに基づいて、用いる関係を選択するステップを含む、方法。
【請求項３２】
零傾斜の場所を横断する方向に対する建設現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項３０に記載の方法において、前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップは、測定した角度を所望の向きにて提供するよう向き決めされた第一及び第二の傾斜計にて前記ピッチ角度及び前記ロール角度を測定するステップを含む、方法
【請求項３３】
零傾斜の場所を横断する方向に対する工事現場の傾斜部分上に位置する機械の向きｒを決定する、請求項３０に記載の方法において、前記機械のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、前記機械のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップは、前記機械のどの象限の長手方向が探知されるかに基づいて、向きｒを決定する等式を選択するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削機及び同様の型式の機械、より詳細には、追加的なセンサ、検出器又は受信機を使用することを必要とせずに、機械又は機械の一部分の向きを決定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削機は、建設現場、採石場、農場及び同様の環境にて掘削のため使用される。掘削機を精密に制御するためには、その運転者室、そのブーム、そのディッパースティック、及びそのバケットを含んで、掘削機の位置及び向きを知ることが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この情報を収集するため多数の異なる装置が使用されている。例えば、ＧＰＳアンテナ及び受信機は、掘削機の位置に関する情報を三次的に提供する。しかし、単一のＧＰＳ受信機及びアンテナは、掘削機の向きに関する情報を提供せず、また、掘削機の色々な構成要素の相対的な位置に関する情報も提供しない。
【０００４】
運転者室構造体とブームとの間、ブームとディッパースティックとの間、ディッパースティックとバケットとの間の継手の各々にてセンサを使用し、これにより相対的な角度位置を提供することは既知である。掘削機の制御装置は、典型的に、ＧＰＳ装置から掘削機の位置を知る。制御装置は、垂線に対する運者室及び車台の向き、すなわち、運転者室が零でないロール角度（側部方向）又は零でないピッチ角度（前後方向）にて向き決めされているかどうかを更に知る。しかし、運転者室及び車台がアンダーキャリッジ上にて回転すると、制御装置は、読み取り装置を有するコンパスが運転者室に取り付けられない限り、運転者室が整合される方向に関する情報が無い状態となる。追加的なセンサを使用すれば、装置は複雑化し、また、これと同時に、そのコストが増し且つ、誤作動の可能性が増すことになる。更に、コンパスセンサ又は同様のものを利用する向き決め装置は、金属製の構成要素及び工事現場にて一般的な電磁界による好ましくない影響を受ける可能性があるから、誤差を生じ易い。
【０００５】
従って、追加的なセンサ及び更なる構成要素を必要とせずに、掘削機の向きが決定される、掘削機又は同様のものを制御する制御装置及び方法が必要とされることが理解される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この必要性は、零横断傾斜の方向に対する建設現場の傾斜部分に位置する掘削機の向きｒを決定するための、本発明に従った装置及び方法により実現される。零傾斜の場所を横断するこの方向は、落下線の方向に対して垂直である。装置は、掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供する第一の傾斜計を含む。装置は、掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供する第二の傾斜計を含む。最後に、装置は、ピッチ角度出力及びロール角度出力に応答可能であり、次式、ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］；又はｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］；又はｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］の１つに従って機械のピッチ軸線の向きｒを決定するプロセッサを含む。第一及び第二の傾斜計は、単一の二重軸線傾斜計とし、又は、これら傾斜計は、適正に向き決めした１対の傾斜計とすることができる。
【０００７】
装置は、３つの等式を連続的に使用するか又はどの等式が最も正確な向き表示を提供するものと判断されたかに基づいて、色々な時点にて使用するため等式から選択することができる。等式は、掘削機が向き決めされる象限（ｑｕａｄｒａｎｔ）に基づいて選択することができる。プロセッサは、掘削機の向きが約±９０°のとき、余弦定理を用い、また、掘削機の向きが約０°又は約１８０°のとき、正弦定理を用いることができる。
【０００８】
零傾斜の場所を横断する方向であって、傾斜部分の落下線の方向に対して垂直である、上記方向に対する建設現場の傾斜部分に位置する掘削機の向きｒを決定する方法は、
重力に対する掘削機のピッチ角度Ｐｉｔｃｈを決定し、ピッチ角度出力を提供するステップと、
重力に対する掘削機のロール角度Ｒｏｌｌを決定し、ロール角度出力を提供するステップと、
次の関係、すなわち、
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は、
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は、
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］
から選択された１つに従って掘削機のピッチ軸線の向きｒを決定するステップと、を備えることができる。
【０００９】
また、機械のロール軸線は、基準軸線として使用することもでき、この場合、上記の３つの等式は、次のようになる。
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］、
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］及び、
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｒｏｌｌ／Ｐｉｔｃｈ］
選択された１つの関係に従って向きｒを決定するステップは、どの関係が向きの最も正確な表示を提供する可能性があるかに基づいて関係を選択するステップを含む。関係を選択するステップは、掘削機の長手方向が探知される象限を決定するステップを含むことができる。掘削機の向きが約±９０°のとき、余弦定理を使用することができ、また、掘削機の向きが約０°又は約１８０°のとき、正弦定理を使用することができる。
【００１０】
本発明の１つの目的は、その他の測定のため掘削機にて使用されるもの以外のセンサを必要とせずに、建設現場に対する掘削機の向きを決定する装置を提供することである。本発明に従って、装置及び方法は、掘削機の測定したピッチ角度及び測定したロール角度に基づいて掘削機の向きを決定することを考える。測定したピッチ角度及びロール角度は、建設現場に対する掘削機の向きの表示を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のその他の目的に有利な効果は、以下の説明、添付図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
図１には、零傾斜の場所を横断する方向であって、傾斜部分の落下線の方向に対して垂直な上記方向に対する建設現場の傾斜部分に位置する掘削機の向きを決定する、本発明の装置を組み込むことのできる型式の掘削機１０が示されている。掘削機は、車台１１と、第一の回動継手１４にて車台１０に回動可能に固定されたブーム１２と、第二の回動継手１８にてブーム１２に回動可能に固定されたディッパースティック１６と、第三の回動継手２２にてディッパースティック１６に回動可能に固定されたバケット２０とを含む。液圧シリンダ２４、２６、２８が起動されてブーム１２、ディッパースティック１６及びバケット２０の相対的な動きをそれぞれ実行する。バケット２０は、鋸状歯を有する刃部３０を含む。バケット２０は、ロール軸線の方向に対して傾動する自由度を有するようにしてもよい。車台１１は、運転者室３１を担持し且つ、アンダーキャリッジ支持体及び輸送体３２上に支持されており、該アンダーキャリッジ支持体及び輸送体３２は、作業現場を横断する掘削機１０の動きを容易にする軌道ベルトを含むことができる。車台１１及び該車台が担持する構成要素を、アンダーキャリッジ支持体及び輸送体３２に対して全体として垂直軸線３４の回りにて回転させ、バケット２０を掘削に必要とされる正確な位置に配置することができる。
【００１２】
運転者が手動にて又は自動化した制御装置を通して掘削機の作動を制御するため、掘削機の位置及び向きに関する情報を決定しなければならない。掘削機の位置は、レーザ位置探知装置、ＧＰＳ位置探知装置、又はレーザ位置探知装置とＧＰＳ位置探知装置とを組み合わせた装置を使用することを含む、多数の方法の任意の１つにて決定することができる。ブーム１２、ディッパー１６及びバケット２０の相対的な位置は、角度エンコーダ、重力利用の傾斜計又は回動継手１４、１８、２２と関係した同様のセンサにより、又はシリンダ２４、２６、２８と関係したストリングエンコーダにより、又はかかるセンサの幾つかの組み合わせにより決定することができる。垂線に対する掘削機１０の向きは、車台１１に取り付けられた傾斜計３６、３８により決定される。傾斜計３６は、ロール角度の表示を提供し、また、傾斜計３８は、車台１１のピッチ角度の表示を提供する。同様に、傾斜計が２つの方向を一度に測定することができるならば、ロール傾斜計３６及びピッチ傾斜計３８は、本発明から逸脱せずに、同一のハウジング内に又は同一のセンサにさえ取り付けることができることが当該技術の当業者には、理解されよう。
【００１３】
また、掘削機の車台の長手方向軸線が整合される方向を決定することも必要である。この決定を行なうため、磁気コンパス又はジャイロ系装置を使用することが可能であるが、本発明は、かかる追加的なセンサ及び追加的な装置を必要とせずに、これを実現する。装置は、プロセッサ５０を含み、該プロセッサは、掘削機の場所における作業現場の予想される傾斜を検索し、次に、傾斜計３６、３８の出力から、傾斜（零ピッチ及び最大ロール）を横断し、落下線の上方又は下方に（最大ピッチ及び零ロール）、又はこれらの限界値の間にて掘削機１０の車台１１が何れの向きに向き決めされているかどうかを決定する。
【００１４】
空間内の傾斜面６０を簡単に示す図２について説明する。平面は、２つの対象とする明確な方向−零傾斜の方向６２、及び最大傾斜の方向６４を有し、また、これらの方向は、常に、互いに直角であることが理解されよう。掘削機が作動する作業現場は、本発明の装置を作動させる前に予め調査されており、また、これらの直交する２つの方向６２、６４は、作業現場の表面の各箇所について識別されている。この情報は、プロセッサ５０と関係し且つプロセッサ５０によりアクセスされるメモリに保存することができよう。
【００１５】
上述したように、本発明は、２つの傾斜感知装置−傾斜計３６、３８を含む。これらの傾斜計は、車台１１が軸線３４の回りにて回転するとき、作業現場の表面に対するその向きを変化させるが、これらの傾斜計は、常に、互いに垂直のままである。傾斜計３６、３８からの出力の値は、それぞれ「ロール」及び「ピッチ」として表わすことができる。これらの傾斜計の１つが最大傾斜の方向と整合されたとき、その傾斜計は最大傾斜を測定する一方、他方の傾斜計は、零傾斜を測定する。装置の１つの整合が最大傾斜の向きから離れるように動くとき、装置により測定される傾斜は最大傾斜の値から小さくなる。
【００１６】
図３を参照すると、線ｏｃは最大傾斜の方向を表わすことが理解されよう。線ｏａは、零傾斜の方向を表わす。方向ｏｂは、平面に対するピッチ軸線の向きを表示する。角度Ｒは、平面の零傾斜方向からの機械のピッチ軸線の回転、角度ａｏｂを表示する。角度ｂｃｏ、ａｏｂは等しいことが分かる。従って、方向ｏｂに沿って得られる傾斜測定値は、角度Ｒの正弦値により拡大する必要がある。
【００１７】
Ｐｉｔｃｈ＝（最大傾斜）＊ｓｉｎ（ｒ）
ロール軸線は、常に、ピッチ軸線に対して直交することが理解される。従って、ロール軸線は、
Ｒｏｌｌ＝（最大傾斜）＊ｓｉｎ（ｒ＋９００）
これは、次式と等価的である。
【００１８】
Ｒｏｌｌ＝（最大傾斜）＊ｃｏｓ（ｒ）
これらの等式は、次のことを意味する。
最大傾斜＝（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２
このため、平面の零軸線に対する機械の軸線の回転ｒを決定するため、次の等式の任意のものを使用することができる。
【００１９】
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］又は、
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｐｉｔｃｈ／Ｒｏｌｌ］
掘削機の車台の長手方向軸線がどの象限上に配置されているかに基づいて、その他の２つの等式に優先して１つの等式を使用することによる利点が得られる。正弦関数は、約００及び１８００に対し余弦関数よりもより敏感である。同様に、余弦関数は、約±９００の角度に対し正弦関数よりもより敏感である。正弦関数及び余弦関数を知ることにより、長手方向軸線が配置される象限を決定することができる。
【００２０】
基準としての機械のピッチ軸線の選択は随意的であることが理解されよう。機械のロール軸線を基準軸線として使用してもよく、この場合、３つの上述した等式は次式となる。
ｒ＝ｓｉｎ−１［Ｒｏｌｌ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］
ｒ＝ｃｏｓ−１［Ｐｉｔｃｈ／（Ｐｉｔｃｈ２＋Ｒｏｌｌ２）１／２］及び、
ｒ＝ｔａｎ−１［Ｒｏｌｌ／Ｐｉｔｃｈ］
零傾斜の方向は、ある意味にて工事現場にとって随意的である。計算は、零傾斜の方向から機械の軸線の絶対角度を決定するが、この絶対角度は、相対的基準のためにのみ使用することができる。
【００２１】
掘削機が水平な平面上にある場合、方向の情報を決定することはできないことが理解されよう。また、絶対的な方向に対する零傾斜方向の向きを決定すべく工事現場がそれ以前に調査されていないときでさえ、この相対的位置を決定することができることも理解されよう。
【００２２】
１つの方法は、掘削機を所望の向きに配置することであろう。次に、所望の位置の相対的向きは、プロセッサ５０と関係し且つプロセッサ５０にてアクセス可能なメモリに委ねられ、上記プロセッサにより工事現場に対する基準として使用されよう。当該技術の当業者は、多数の向きを配置し且つ、異なる運転モードに対して同一のメモリに委ねることができることが理解されよう。
【００２３】
このように、本発明の装置及び方法について詳細に且つ、その好ましい実施の形態に関して説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱せずに、改変例及び変更例が可能であることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】掘削機の向きを決定する本発明の装置を含む、掘削機の概略図である。
【図２】傾斜した工事現場の概略図である。
【図３】本発明の装置を含む掘削機が遭遇する角度可変値を有する、傾斜した工事現場の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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