(57)【要約】  フレームワークは、レーザ距離計（ＬＤＭ）、反射器、ならびに車台、リンク機構アセンブリ（ＬＡ）、ブームセンサとスティックセンサ、器具、および制御アーキテクチャを含む建設機械を含む。ＬＡは、ＬＡの位置を画定するブームおよびスティックを含む。ＬＤＭは、ＬＤＭとノード上の反射器との間のＤＬＤＭおよびθＩＮＣを生成するよう構成され、制御アーキテクチャは、アクチュエータならびに連続するＬＡの位置で反復工程を実行し（θＢを生成すること、θＳを生成すること、およびＤＬＤＭおよびθＩＮＣに基づいてノードとＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することを含む）、ｎＬＡの位置に対する一組のＨ測定値、Ｄ測定値および対応する一組のθＢ、θＳを構築し、Ｈ、Ｄの組および対応するθＢ、θＳの組に基づいて線形最小二乗最適化工程を実行してＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを決定し、それを用いて機械を操作する、ようにプログラムされたコントローラを含む。
2019536926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える掘削機キャリブレーションフレームワークであって、
前記掘削機が、機械の車台、掘削リンク機構アセンブリ、ブーム動的センサ、スティック動的センサ、掘削具、および制御アーキテクチャを備え、
前記掘削リンク機構アセンブリが、複数のリンク機構アセンブリの位置を一括して画定する掘削機ブームおよび掘削機スティックを備え、
前記ブーム動的センサが、前記掘削機ブーム上に位置付けられ、前記スティック動的センサが、前記掘削機スティック上に位置付けられ、
前記掘削リンク機構アセンブリが、前記機械の車台と、またはそれに対して揺動するよう構成され、
前記掘削機スティックが、前記掘削機ブームに対してねじ曲がるよう構成され、
前記掘削具が、前記掘削機スティックに機械的に結合され、
前記ＬＤＭが、前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成され、
前記レーザ反射器が、前記掘削機スティック上のキャリブレーションノードに対応する位置に配置するよう構成され、
前記制御アーキテクチャが、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備え、前記反復工程が、
前記ブーム動的センサからブーム測定角度θＢを生成することと、
前記スティック動的センサからスティック測定角度θＳを生成することと、
前記ＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいて、前記キャリブレーションノードと前記ＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することと、を含み、
前記アーキテクチャコントローラが、
ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組のブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを構築し、
前記高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに前記対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づく線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行して、ブームリムの長さＬＢ、スティックリムの長さＬＳ、ブームオフセット角度θＢＢｉａｓ、およびスティックオフセット角度θＳＢｉａｓを決定し、
ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを用いて、前記掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる、掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項２】
前記線形最小二乗最適化が、以下の最適化方程式を含み、
【数１】
2019536926.tif 000075
式中、Ｐが、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓのうちの少なくとも１つの関数である一組の定数を含むベクトルを含み、Ｘが、対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づいたベクトルを含み、Ｙが、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組に基づいたベクトルを含む、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項３】
リンク機構アセンブリの位置ｉで終了するＮリンク機構アセンブリの位置について、
【数２】
2019536926.tif 000076
【数３】
2019536926.tif 000077
である、請求項２に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項４】
【数４】
2019536926.tif 000078
上記式が、以下の式に再配置されて、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓの解を得るよう構成され、
【数５】
2019536926.tif 000079
である、請求項２に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項５】
前記掘削機ブームが、角度可変（ＶＡ）掘削機ブームを備え、
ＶＡブーム動的センサが、前記ＶＡ掘削機ブーム上に位置付けられる、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項６】
前記反復工程が、前記ＶＡブーム動的センサからＶＡブーム測定角度を生成することをさらに含み、
前記最適化が、前記ＶＡ掘削機ブームに向けられたパラメータをさらに含んで、ＶＡブームリムの長さＬＶおよびＶＡブームオフセット角度θＶＢｉａｓを決定する、請求項５に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項７】
前記線形最小二乗最適化が、以下の最適化方程式を含み、
【数６】
2019536926.tif 000080
式中、
Ｐが、ＬＢ、ＬＳ、ＬＶ、θＢＢｉａｓ、θＳＢｉａｓ、およびθＶＢｉａｓのうちの少なくとも１つの関数である一組の定数を含むベクトルを含み、
Ｘが、前記対応するブーム測定角度θＢ、スティック測定角度θＳおよびＶＡブーム測定角度θＶの組に基づくベクトルを含み、
Ｙが、前記高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組に基づくベクトルを含む、請求項６に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項８】
リンク機構アセンブリの位置ｉで終了するＮリンク機構アセンブリの位置について、
【数７】
2019536926.tif 000081
【数８】
2019536926.tif 000082
である、請求項５に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項９】
【数９】
2019536926.tif 000083
上記式が、以下の式に再配置されて、ＬＢ、ＬＳ、ＬＶ、θＢＢｉａｓ、θＳＢｉａｓ、およびθＶＢｉａｓの解を得るよう構成され、
【数１０】
2019536926.tif 000084
である、請求項５に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１０】
前記レーザ反射器が棒上に配置される、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１１】
前記レーザ反射器が、前記掘削機スティックに直接固定される、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１２】
前記キャリブレーションノードが、前記掘削具に機械的に結合された前記掘削機スティックの端部の前記掘削機スティックの終点Ｇにある、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１３】
前記レーザ反射器が前記終点Ｇに配置される、請求項１２に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１４】
前記ブーム測定角度θＢが、垂直方向に対する前記掘削機ブームの角度を表し、前記スティック測定角度θＳが、垂直方向に対する前記掘削機スティックの角度を表す、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１５】
前記動的センサの少なくとも１つが、慣性測定装置（ＩＭＵ）、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、回転位置センサ、位置検出シリンダ、またはその組み合わせを含む、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１６】
前記動的センサの少なくとも１つが、３軸加速度計および３軸ジャイロスコープを備えるＩＭＵを含む、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１７】
前記最適化工程が、ｎ―１リンク機構アセンブリの位置に対する、前記高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに前記対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組を用いて実行され、
前記最適化工程が、前記ｎリンク機構アセンブリの位置の残りのリンク機構アセンブリの位置に対する高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを用いる有効化ルーチンを含む、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１８】
前記最適化工程が、ｎ―１リンク機構アセンブリ位置に対する、前記高さＨおよび距離Ｄの測定値ならびに前記対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組を用いて実行され、
前記最適化工程が、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓのうちの少なくとも１つに対する先行する最後の３つの推測の変化を表示するよう構成される前記掘削機キャリブレーションフレームワークのグラフィックユーザインタフェース上にプログレスバーを表示することを含む、請求項１に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項１９】
前記プログレスバーが、ＬＢの先行する最後の３つの推測の変化を表示する、請求項１８に記載の掘削機キャリブレーションフレームワーク。
【請求項２０】
掘削機、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える掘削機キャリブレーションフレームワークであって、
前記掘削機が、機械の車台、掘削リンク機構アセンブリ、ブーム動的センサ、スティック動的センサ、掘削具、および制御アーキテクチャを備え、
前記掘削リンク機構アセンブリが、複数のリンク機構アセンブリの位置を一括して画定する掘削機ブームおよび掘削機スティックを備え、
前記ブーム動的センサが、前記掘削機ブーム上に位置付けられ、前記スティック動的センサが、前記掘削機スティック上に位置付けられ、
前記掘削リンク機構アセンブリが、前記機械の車台と、またはそれに対して揺動するよう構成され、
前記掘削機スティックが、前記掘削機ブームに対してねじ曲がるよう構成され、
前記掘削具が、前記掘削機スティックに機械的に結合され、
前記ＬＤＭが、前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成され、
前記レーザ反射器が、前記掘削機スティックのキャリブレーションノードに対応する位置に配置されるよう構成され、前記キャリブレーションノードが、前記掘削具に機械的に結合される前記掘削機スティックの端部の前記掘削機スティックの終点Ｇにあり、前記レーザ反射器が、前記終点Ｇに配置され、
前記制御アーキテクチャが、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備え、前記反復工程が、
前記ブーム動的センサからブーム測定角度θＢを生成するステップと、
前記スティック動的センサからスティック測定角度θＳを生成することと、
前記ＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいて、前記キャリブレーションノードと前記ＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することと、を含み、
前記アーキテクチャコントローラが、
ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組のブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを構築し、
前記高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに前記対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づく線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行して、ブームリムの長さＬＢ、スティックリムの長さＬＳ、ブームオフセット角度θＢＢｉａｓ、およびスティックオフセット角度θＳＢｉａｓを決定し、
ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを用いて、前記掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされ、
前記線形最小二乗最適化が、以下の最適化式を含み、
【数１１】
2019536926.tif 000085
式中、Ｐは、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓのうちの少なくとも１つの関数である一組の定数を含むベクトルを含み、Ｘは、対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づいたベクトルを含み、Ｙは、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組に基づいたベクトルを含む。
【請求項２１】
機械、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える、建設機械キャリブレーションフレームワークであって、
前記機械が、機械の車台、リンク機構アセンブリ、リム動的センサ、および制御アーキテクチャを備え、
前記リンク機構アセンブリが、前記機械の車台に対する複数のリンク機構アセンブリの位置を画定するよう構成されるリムを含み、
前記リム動的センサが、前記リム上に位置付けられ、
前記リンク機構アセンブリが、前記機械の車台と、またはそれに対して移動するよう構成され、
前記ＬＤＭが、前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成され、
前記レーザ反射器が、前記リム上のキャリブレーションノードに対応する位置に配置されるよう構成され、
前記制御アーキテクチャが、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備え、前記反復工程が、
前記リム動的センサからリム測定角度θＸ１を生成することと、
前記ＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいて、前記キャリブレーションノードと前記ＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することと、を含み、
前記アーキテクチャコントローラが、
ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組のリム測定角度θＸ１を構築し、
前記高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに前記対応するリム測定角度θＸ１に基づく線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行して、リムの長さＬＸ１およびリムオフセット角度θＸ１Ｂｉａｓを決定し、
ＬＸ１およびθＸ１Ｂｉａｓを用いて前記掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる、建設機械キャリブレーションフレームワーク。
【請求項２２】
前記機械が、掘削機である、請求項２１に記載の建設機械キャリブレーションフレームワーク。
【請求項２３】
機械、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える建設機械キャリブレーションフレームワークであって、
前記機械が、機械の車台、リンク機構アセンブリ、第１のリム動的センサ、第２のリム動的センサ、土運搬具、および制御アーキテクチャを備え、
前記リンク機構アセンブリが、複数のリンク機構アセンブリの位置を一括して画定する第１のリムおよび第２のリムを備え、
前記第１のリム動的センサが、前記第１のリム上に位置付けられ、前記第２のリム動的センサが、前記第２のリム上に位置付けられ、
前記リンク機構アセンブリが、前記機械の車台と、またはそれに対して移動するよう構成され、
前記第２のリムが、前記第１のリムに対してねじ曲がるよう構成され、
前記土運搬具が、前記第２のリムに機械的に結合され、
前記ＬＤＭが、前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび前記ＬＤＭと前記レーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成され、
前記レーザ反射器が、前記第２のリム上のキャリブレーションノードに対応する位置に配置されるよう構成され、
前記制御アーキテクチャが、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備え、前記反復工程が、
前記第１のリム動的センサから第１のリム測定角度θＢを生成することと、
前記第２のリム動的センサから第２のリム測定角度θＳを生成することと、
前記ＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいて、前記キャリブレーションノードと前記ＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することと、を含み、
前記アーキテクチャコントローラが、
ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組の第１のリム測定角度θＢおよび第２のリム測定角度θＳを構築し、
前記高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに前記対応する第１のリムの測定角度θＢおよび第２のリムの測定角度θＳの組に基づく線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行して、第１のリムの長さＬＢ、第２のリムの長さＬＳ、第１のリムのオフセット角度θＢＢｉａｓ、および第２のリムのオフセット角度θＳＢｉａｓを決定し、
ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを用いて、前記掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる、建設機械キャリブレーションフレームワーク。
【請求項２４】
前記機械が掘削機であり、
前記土運搬具が、掘削具であり、
前記第１のリムが掘削機ブームであり、
前記第２のリムが掘削機スティックである、請求項２３に記載の建設機械キャリブレーションフレームワーク。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、参照により本明細書に組み入れられる、２０１６年１１月３０日出願の米国特許出願第１５／３６４，７７８号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、掘削機などの土工機械を含むが、それに限定されない建設機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
本出願の範囲を定義し記述するために、こうした掘削機は、揺動およびねじ曲げを受ける掘削機ブームおよび掘削機スティック、ならびに掘削機ブームおよび掘削機スティック、または揺動およびねじ曲げ運動を実行するその他の類似の構成要素の助けを借りて揺動制御およびねじ曲げ制御を受ける掘削具を備える。例えば、制限するためではなく、多くの種類の掘削機が、掘削機の掘削リンク機構アセンブリの揺動およびねじ曲げ機能を制御することによって操縦可能な、油圧、空圧、または電気制御式掘削具を備える。掘削機の技術は、例えば、Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ  Ｔｒｉｍｂｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＬＬＣに譲渡され、掘削機のセンサによる自動制御方法を開示する特許文献１、Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ  Ｔｒｉｍｂｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＬＬＣに譲渡され、掘削機３Ｄレーザシステムおよび掘削機バケットの切断縁部を鉛直方向に高精度で誘導するよう構成された無線位置決め誘導システムを開示する特許文献２、ならびにＣａｔｅｒｐｉｌｌａｒ  Ｔｒｉｍｂｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＬＬＣに譲渡され、例えば傾斜した現場に位置する掘削機の向きを決定する掘削機制御システムのための方法を開示する特許文献３の開示によってよく表されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，６８９，４７１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００４７１７０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００００１１１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の主題によれば、掘削機キャリブレーションフレームワークは、掘削機、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える。掘削機は、機械の車台、掘削リンク機構アセンブリ、ブーム動的センサ、スティック動的センサ、掘削具、および制御アーキテクチャを備える。掘削リンク機構アセンブリは、複数のリンク機構アセンブリの位置を一括して画定する掘削機ブームおよび掘削機スティックを備える。ブーム動的センサは、掘削機ブーム上に位置付けられ、スティック動的センサは、掘削機スティック上に位置付けられる。掘削リンク機構アセンブリは、機械の車台と、またはそれに対して揺動するよう構成される。掘削機スティックは、掘削機ブームに対してねじ曲がるよう構成される。掘削具は、掘削機スティックに機械的に結合される。ＬＤＭは、ＬＤＭとレーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよびＬＤＭとレーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成される。レーザ反射器は、掘削機スティック上のキャリブレーションノードに対応する位置に配置されるよう構成され、制御アーキテクチャは、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備える。反復工程は、ブーム動的センサからのブーム測定角度θＢを生成すること、スティック動的センサからのスティック測定角度θＳを生成すること、ならびにＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいてキャリブレーションノードとＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することを含む。アーキテクチャコントローラは、ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組のブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを構築し、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づいて線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行してブームリムの長さＬＢ、スティックリムの長さＬＳ、ブームオフセット角度θＢＢｉａｓ、およびスティックオフセット角度θＳＢｉａｓを決定し、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを用いて掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる。
【０００６】
本開示の一実施形態によれば、掘削機キャリブレーションフレームワークは、掘削機、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える。掘削機は、機械の車台、掘削リンク機構アセンブリ、ブーム動的センサ、スティック動的センサ、掘削具、および制御アーキテクチャを備える。掘削リンク機構アセンブリは、複数のリンク機構アセンブリの位置を一括して画定する掘削機ブームおよび掘削機スティックを備える。ブーム動的センサは、掘削機ブーム上に位置付けられ、スティック動的センサは、掘削機スティック上に位置付けられる。掘削リンク機構アセンブリは、機械の車台と、またはそれに対して揺動するよう構成される。掘削機スティックは、掘削機ブームに対してねじ曲がるよう構成される。掘削具は、掘削機スティックに機械的に結合される。ＬＤＭは、ＬＤＭとレーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよびＬＤＭとレーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成される。レーザ反射器は、掘削機スティックのキャリブレーションノードに対応する位置に配置されるよう構成され、キャリブレーションノードは、掘削具に機械的に結合された掘削機スティックの端部の掘削機スティックの終点Ｇにあり、レーザ反射器は、終点Ｇに配置される。制御アーキテクチャは、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備える。反復工程は、ブーム動的センサからのブーム測定角度θＢを生成すること、スティック動的センサからのスティック測定角度θＳを生成すること、ならびにＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいてキャリブレーションノードとＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することを含む。アーキテクチャコントローラは、ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組のブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを構築し、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づいて線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行してブームリムの長さＬＢ、スティックリムの長さＬＳ、ブームオフセット角度θＢＢｉａｓ、およびスティックオフセット角度θＳＢｉａｓを決定し、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを用いて掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる。線形最小二乗最適化は、以下の最適化式を含む。
【０００７】
【数１】
2019536926.tif 000003
【０００８】
式中、Ｐは、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓのうちの少なくとも１つの関数である一組の定数を含むベクトルを含み、Ｘは、対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づいたベクトルを含み、Ｙは、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組に基づいたベクトルを含む。
【０００９】
本開示の別の実施形態によれば、建設機械キャリブレーションフレームワークは、機械、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える。機械は、機械の車台、リンク機構アセンブリ、リム動的センサ、および制御アーキテクチャを備える。リンク機構アセンブリは、機械の車台に対する複数のリンク機構アセンブリの位置を画定するよう構成されるリムを含む。リム動的センサは、リム上に位置付けられる。リンク機構アセンブリは、機械の車台と、またはそれに対して移動するよう構成される。ＬＤＭは、ＬＤＭとレーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよびＬＤＭとレーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成される。レーザ反射器は、リム上のキャリブレーションノードに対応する位置に配置されるよう構成される。制御アーキテクチャは、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備える。反復工程は、リム動的センサからのリム測定角度θＸ１を生成すること、ならびにＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいてキャリブレーションノードとＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することを含む。アーキテクチャコントローラは、ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組のリム測定角度θＸ１を構築し、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに対応するリム測定角度θＸ１の組に基づいて線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行してリムの長さＬＸ１およびリムオフセット角度θＸ１Ｂｉａｓを決定し、ＬＸ１およびθＸ１Ｂｉａｓを用いて掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる。
【００１０】
本開示の一つの他の実施形態によれば、建設機械キャリブレーションフレームワークは、機械、レーザ距離計（ＬＤＭ）、およびレーザ反射器を備える。機械は、機械の車台、リンク機構アセンブリ、第１のリム動的センサ、第２のリム動的センサ、土運搬具、および制御アーキテクチャを備える。リンク機構アセンブリは、複数のリンク機構アセンブリの位置を一括して画定する第１のリムおよび第２のリムを備える。第１のリム動的センサは、第１のリム上に位置付けられ、第２のリム動的センサは、第２のリム上に位置付けられる。リンク機構アセンブリは、機械の車台と、またはそれに対して移動するよう構成される。第２のリムは、第１のリムに対してねじ曲がるよう構成される。土運搬具は、第２のリムに機械的に結合される。ＬＤＭは、ＬＤＭとレーザ反射器との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよびＬＤＭとレーザ反射器との間の角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成される。レーザ反射器は、第２のリム上のキャリブレーションノードに対応する位置に配置されるよう構成される。制御アーキテクチャは、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備える。反復工程は、第１のリム動的センサからの第１のリム測定角度θＢを生成すること、第２のリム動的センサからの第２のリム測定角度θＳを生成すること、ならびにＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいてキャリブレーションノードとＬＤＭとの間の高さＨおよび距離Ｄを計算することを含む。アーキテクチャコントローラは、ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組の第１のリム測定角度θＢおよび第２のリム測定角度θＳを構築し、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに対応する第１のリム測定角度θＢおよび第２のリム測定角度θＳの組に基づいて線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行して第１のリムの長さＬＢ、第２のリムの長さＬＳ、第１のリムオフセット角度θＢＢｉａｓ、および第２のリムオフセット角度θＳＢｉａｓを決定し、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを用いて掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる。
【００１１】
本開示の概念は、図１に示す掘削機を主に参照して本明細書に記載されているが、その概念は、その特定の機械的構成にかかわらず、任意の種類の掘削機またはその他の建設機械に適用されることを意図する。例えば、制限するためではなく、その概念は、バックホウリンク機構を含むバックホウローダへ適用されうる。さらに、制限するためではなく、その概念は、機械の車台と、またはそれに対して移動するよう構成されるリンク機構アセンブリの一部としてのリムを含む任意の建設機械に適用されうる。
【００１２】
本開示の特定の実施形態の以下の詳細の説明は、同様の構造が同様の参照符号で示される以下の図面と共に読むとき、もっとも理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の態様を組み入れる掘削機を示す。
【図２】本開示の態様を組み入れる掘削機の側面図である。
【図３】図２の掘削機のリンク機構上に配置されうる動的センサの斜視図である。
【図４】図２の掘削機のリンク機構アセンブリの側面図である。
【図５】本開示の態様を組み入れる別の掘削機の側面図である。
【図６】本開示の態様にしたがって、掘削機のリムの長さおよびセンサのオフセット角度を決定するキャリブレーションルーチンで使用されうる最適化工程を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、土工機械を含むが、それに制限されない建設機械に関し、より詳細には、適応制御を受ける構成要素を含む掘削機などの土工機械に関する。例えば、制限するためではなく、多くの種類の掘削機は、一般に機械のオペレータステーション内のジョイスティックまたはその他の手段で操縦可能な油圧制御式土運搬具を有し、また部分的または完全な自動式適応制御を受ける。機械のユーザは、用具の昇降、傾斜、角度および間隔を制御可能である。追加で、これらの変数の１つ以上もまた、機械の適応環境センサが感知するまたは受信する情報に基く部分的または完全な自動式制御を受ける場合がある。本明細書に記載された実施形態では、さらに以下により詳細に説明されるように、掘削機キャリブレーションフレームワークは、レーザ距離計を使用して、掘削機リム構成要素のリムの長さおよびこれらのそれぞれのリム上に配置されたセンサのセンサオフセットを決定する。こうした決定値を掘削機が使用して、掘削機の操作を制御しうる。
【００１５】
最初に図１、図２および図５を参照すると、掘削機キャリブレーションフレームワークは、掘削機１００、１５０、レーザ距離計（ＬＤＭ）１２４、およびレーザ反射器１３０を含む。掘削機１００は、機械の車台１０２、１５２、掘削リンク機構アセンブリ１０４、１５４、ブーム動的センサ１２０、スティック動的センサ１２２、掘削具１１４、１６４、および制御アーキテクチャ１０６、１５６を備える。掘削リンク機構アセンブリ１０４、１５４は、複数のリンク機構アセンブリの位置を一括して画定する掘削機ブーム１０８、１５８および掘削機スティック１１０、１６０を備える。ブーム動的センサ１２０は、掘削機ブーム１０８上に位置付けられ、スティック動的センサ１２２は、掘削機スティック１１０上に位置付けられる。一実施形態では、ブーム動的センサ１２０は、掘削機ブーム１５８上に位置付けられ、スティック動的センサ１２２は、掘削機スティック１６０上に位置付けられてもよい。同様に、掘削機が一実施形態として参照される限り、キャリブレーションフレームワークは、機械、ＬＤＭ、およびレーザ反射器１３０を含む建設機械のキャリブレーションフレームワークであってもよい。機械は、機械の車台と、またはそれに対して移動するよう構成されるリンク機構アセンブリの一部として少なくともリムを含む掘削機１００または任意の他の建設機械などの建設機械であってもよいが、それに限定されない。建設機械は、リンク機構アセンブリの一部として１つまたは複数のリムを含みうる。例えば、建設機械は、本明細書に記載されるように掘削機ブーム１０８に類似の第１のリムおよび掘削機スティック１１０に類似の第２のリムを含みうる。
【００１６】
以下により詳細に説明するように、図５の掘削機ブーム１５８は、掘削機ブーム１５８が、２個の角度可変（ＶＡ）掘削機ブームを備えている点で図１の掘削機ブーム１０８とは異なる。掘削機１００が、本明細書で参照される限り、以下に記載の実施形態は掘削機１５０にも適用されることを理解されたい。
【００１７】
実施形態では、図３を参照すると、動的センサ１２０、１２２は、慣性測定装置（ＩＭＵ）、傾斜計、加速度計、ジャイロスコープ、角速度センサ、回転位置センサ、位置検出シリンダ、またはその組み合わせを含む。例えば、動的センサ１２０、１２２は、３軸加速度計および３軸ジャイロスコープを備えるＩＭＵを含んでもよい。図３に示すように、動的センサ１２０、１２２は、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の加速度を示す加速Ａｘ、Ａｙ、およびＡｚそれぞれを含む。
【００１８】
掘削リンク機構アセンブリ１０４は、リンク機構アセンブリの先頭方向Ｎ＾を画定し、掘削機１００の揺動する軸Ｓの周りを機械の車台１０２と、またはそれに対して揺動するよう構成されうる。掘削機スティック１１０は、掘削機ブーム１０８に対してねじ曲がるよう構成される。例えば、掘削機スティック１１０は、掘削機１００のカール軸Ｃの周りを掘削機ブーム１０８に対してねじ曲がるよう構成されてもよい。図１に示す掘削機１００の掘削機ブーム１０８および掘削機スティック１１０は、掘削機ブーム１０８に対して回転自由度１の掘削機スティック１１０の移動を許容する単純な機械的継手によって連結される。これらの種類の掘削機では、リンク機構アセンブリの先頭方向Ｎ＾は、掘削機ブーム１０８の方向に対応する。しかし、本開示はまた、掘削機ブーム１０８および掘削機スティック１１０が１回転自由度より多い移動を許容する多方向継手によって連結されるオフセットブームを備える掘削機の使用を企図する。例えば、米国特許第７，８６９，９２３号（「Ｓｌｅｗｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，  Ｓｌｅｗｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｅｔｈｏｄ，  ａｎｄ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ」）に示す掘削機を参照されたい。オフセットブームを備える掘削機の場合、リンク機構アセンブリの先頭方向Ｎ＾は、掘削機スティック１１０の方向に対応する。
【００１９】
掘削具１１４は、掘削機スティック１１０に機械的に結合される。例えば、図１を参照すると、掘削具１１４は、器具継手１１２を介して掘削機スティック１１０に機械的に結合される。さらに、図５を参照すると、掘削具１６４は、点Ｆ、Ｈ、Ｄ、および終点Ｇを含む四棒リンク機構を備える、器具継手１６２を介して掘削機スティック１６０に機械的に結合される。掘削具１６４は、終歯点Ｊおよび終後端点Ｑをさらに含んでもよい。
【００２０】
掘削具１１４は、器具継手１１２を介して掘削機スティック１１０に機械的に結合され、回転軸Ｒの周りを回転するよう構成されうる。一実施形態では、回転軸Ｒは、掘削機スティック１１０と回転掘削具１１４を結合する器具継手１１２によって画定されうる。代替の実施形態では、掘削機スティック１１０が、回転軸Ｒの周りを回転するよう構成されるように、回転軸Ｒが、掘削機ブーム１０８と掘削機スティック１１０を平面Ｐに沿って結合する多方向、スティック継手によって画定されうる。スティック継手によって画定される回転軸Ｒの周りの掘削機スティック１１０の回転は、スティック継手によって画定される回転軸Ｒの周りの、掘削機スティック１１０に結合される回転削具１１４の対応する回転をもたらしうる。
【００２１】
図２および図４に示すように、ＬＤＭ１２４は、ＬＤＭ１２４とレーザ反射器１３０との間の距離を示すＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよびＬＤＭ１２４とレーザ反射器１３０との間の水平に対する角度を示す傾斜角θＩＮＣを生成するよう構成される。レーザ反射器１３０は、掘削機スティック１１０上のキャリブレーションノード１２８に対応する位置に配置されるよう構成される。一実施形態では、レーザ反射器１３０は、棒上に配置される。棒は、掘削機スティック１１０に固定されてもよい。代替で、レーザ反射器１３０は、掘削機スティック１１０に直接固定される。さらに一実施形態では、キャリブレーションノード１２８は、掘削具１１４に機械的に結合された掘削機スティック１１０の端部の掘削機スティック１１０の終点Ｇにある。レーザ反射器１３０は、終点Ｇに追加で配置されうる。ＬＤＭ１２４は、例えば、ドイツのＲｏｂｅｒｔ  Ｂｏｓｃｈ  ＧｍｂＨが市販するＢｏｓｃｈ  ＧＬＭ  １００Ｃ  ＬＤＭであってもよい。図２に示すように、ＬＤＭ１２４からのレーザ信号は、キャリブレーションノード１２８ およびレーザ反射器１３０に矢印１３２の方向に伝送されてもよく、レーザ信号は、矢印１３４の方向にＬＤＭ１２４に反射されてもよい。
【００２２】
制御アーキテクチャ１０６は、１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータおよび連続するリンク機構アセンブリの位置で反復工程を実行するようプログラムされたアーキテクチャコントローラを備える。制御アーキテクチャ１０６は、機械可読命令を含む非一過性コンピュータ可読記憶媒体を含みうる。１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータは、掘削リンク機構アセンブリ１０４の移動を容易にする。１つまたは複数のリンク機構アセンブリアクチュエータは、油圧シリンダアクチュエータ、空圧シリンダアクチュエータ、電気式アクチュエータ、機械式アクチュエータ、またはその組み合わせを含む。
【００２３】
図６の制御スキーム２００に示すように、反復工程は、ブーム動的センサ１２０からのブーム測定角度θＢを生成すること、スティック動的センサ１２２からのスティック測定角度θＳを生成すること、ならびにＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣに基づいてキャリブレーションノード１２８とＬＤＭ１２４との間の高さＨおよび距離Ｄを計算することを含む。例えば、ステップ２０２において、反復工程に関する出発位置は、ｎ＝１である。ステップ２０６で、一組のセンサデータが、以下により詳細に説明されるように、少なくとも対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを含む位置で読み込まれるようにステップ２０４で、掘削機ブーム１０８および掘削機スティック１１０は、一位置に位置付けられる。さらに、ステップ２０８で、ＬＤＭ１２４からの値が、例えば、ＬＤＭ距離信号ＤＬＤＭおよび傾斜角θＩＮＣを含む、例えば、コントローラによって読み込まれる。
【００２４】
アーキテクチャコントローラは、（１）ｎリンク機構アセンブリの位置に対する一組の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応する一組のブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを構築し、（２）高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組ならびに対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づいて線形最小二乗最適化を含む最適化工程を実行してブームリムの長さＬＢ、スティックリムの長さＬＳ、ブームオフセット角度θＢＢｉａｓ、およびスティックオフセット角度θＳＢｉａｓを決定し、（３）ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓを用いて掘削機を操作する、ようにさらにプログラムされる。例えば、ブームリムの長さＬＢは、掘削機ブーム１０８のリムの長さであり、スティックリムの長さＬＳは、掘削機スティック１１０のリムの長さであり、ブームオフセット角度θＢＢｉａｓは、終点Ａと終点Ｂとの間の軸に対するブーム動的センサ１２０の角度であり、スティックオフセット角度θＳＢｉａｓは、終点Ｂと終点Ｇとの間の軸に対するスティック動的センサ１２２の角度である。実施形態では、ブーム測定角度θＢは、垂直方向に対する掘削機ブーム１０８の角度を表し、スティック測定角度θＳは、垂直方向に対する掘削機スティック１１０の角度を表す。
【００２５】
例えば、図４から図６を参照すると、ステップ２１０で、キャリブレーションノード１２８とＬＤＭ１２４との間の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値が決定される。反復工程のステップのｎが、ステップ２１２で反復閾値より大きくない場合、反復工程は、ステップ２０４から２１２を繰り返す。そうでなくて、ｎが、ステップ２１２で反復閾値より大きい場合、さらに以下でより詳細に説明するように、制御スキーム２００は、ステップ２１６に続いて、最適化を通してリムの長さおよびセンサオフセット値を決定する。ステップ２１８で、掘削機１００は、ステップ２１６の決定された値に基づいて操作される。
【００２６】
実施形態では、ｎリンク機構アセンブリの位置に関して、ｎは、２０より小さい。例えば、ｎ＝８である。さらに、反復工程は、ユーザが手動で修正するまたは入力するよう構成されるｎに対する値を入力することを含んでもよく、または反復工程は、ｎに対する予め決定された値を含む。
【００２７】
ステップ２１６の最適化工程は、ｎ―１リンク機構アセンブリの位置に対する、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組を用いて実行されうる。実施形態では、最適化工程は、ｎリンク機構アセンブリの位置の残りのリンク機構アセンブリの位置のための高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳを用いる有効化ルーチンを含む。追加でまたは代替で、最適化工程は、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓのうちの少なくとも１つに対する先行する最後の３つの推測の変化を表示するよう構成される掘削機キャリブレーションフレームワークのグラフィックユーザインタフェース上にプログレスバーを表示することを含む。例えば、プログレスバーは、ＬＢの先行する最後の３つの推測の変化を表示する。
【００２８】
実施形態では、最適化工程は、ｎ―１リンク機構アセンブリの位置に対する、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値ならびに対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組を用いて実行される。
【００２９】
一実施形態では、線形最小二乗最適化は、以下の最適化式を含む。
【００３０】
【数２】
2019536926.tif 000004
【００３１】
式１は、パラメータ内線形最適化式であり、Ｐ＝Ｘ−１Ｙで、疑似逆関数を使用してもよい。さらに、Ｐは、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓのうちの少なくとも１つの関数である一組の定数を含むベクトルを含み、Ｘは、対応するブーム測定角度θＢおよびスティック測定角度θＳの組に基づいたベクトルを含み、Ｙは、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組に基づいたベクトルを含む。さらに、リンク機構アセンブリの位置ｉで終了するＮリンク機構アセンブリの位置に対して、
【００３２】
【数３】
2019536926.tif 000005
【００３３】
【数４】
2019536926.tif 000006
【００３４】
【数５】
2019536926.tif 000007
【００３５】
さらに、Ｐ１からＰ４それぞれについて、
【００３６】
【数６】
2019536926.tif 000008
【００３７】
【数７】
2019536926.tif 000009
【００３８】
【数８】
2019536926.tif 000010
【００３９】
【数９】
2019536926.tif 000011
【００４０】
上記式は、以下の式に再配置されて、ＬＢ、ＬＳ、θＢＢｉａｓ、およびθＳＢｉａｓの解を得るよう構成される。
【００４１】
【数１０】
2019536926.tif 000012
【００４２】
【数１１】
2019536926.tif 000013
【００４３】
【数１２】
2019536926.tif 000014
【００４４】
【数１３】
2019536926.tif 000015
【００４５】
一実施形態では、掘削機ブームは、角度可変（ＶＡ）掘削機ブームを備える。例えば、図５を参照すると、掘削リンク機構アセンブリ１５４が、角度可変（ＶＡ）掘削機ブーム１５８を備える場合、ＶＡブーム動的センサは、ＶＡ掘削機ブーム１５８上に位置付けられてもよい。さらに、反復工程は、ＶＡブーム動的センサからＶＡブーム測定角度を生成することを含んでもよい。さらに、最適化は、ＶＡ掘削機ブーム１５８に向けられたパラメータを含んで、ＶＡブームリム長さＬＶおよびＶＡブームオフセット角度θＶＢｉａｓを決定してもよい。
【００４６】
例えば、ＶＡ掘削機ブーム１５８を含む掘削機１５０の上記式１に関して、Ｐは、ＬＢ、ＬＳ、ＬＶ、θＢＢｉａｓ、θＳＢｉａｓ、およびθＶＢｉａｓのうちの少なくとも１つの関数である一組の定数を含むベクトルを含み、Ｘは、対応するブーム測定角度θＢ、スティック測定角度θＳおよびＶＡブーム測定角度θＶの組に基づいたベクトルを含み、Ｙは、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組に基づいたベクトルを含む。さらに、式２および式４は、以下の式に変化する。
【００４７】
【数１４】
2019536926.tif 000016
【００４８】
【数１５】
2019536926.tif 000017
【００４９】
新しい式１３に関して、上記式５から式８が、さらにＰ１からＰ４に適用され、同様にＰ５とＰ６に対する以下の新しい式に適用される。
【００５０】
【数１６】
2019536926.tif 000018
【００５１】
【数１７】
2019536926.tif 000019
【００５２】
式１５と式１６は、以下の式に再配置されてＬＶおよびθＳＢｉａｓの解を得るようさらに構成される。
【００５３】
【数１８】
2019536926.tif 000020
【００５４】
【数１９】
2019536926.tif 000021
【００５５】
実施形態では、図４を参照すると、キャリブレーションノード１２８とＬＤＭ１２４との間の高さＨの測定値および距離Ｄの測定値は、以下に続く。
【００５６】
【数２０】
2019536926.tif 000022
【００５７】
【数２１】
2019536926.tif 000023
【００５８】
さらに、掘削機ブーム１０８の終点ＡからＬＤＭ１２４の高さＨ０およびキャリブレーションノード１２８とＬＤＭ１２４との間の高さＨの合計は、ブームの実際の角度θＢＡｃｔｕａｌおよびスティックの実際の角度θＳＡｃｔｕａｌを含む式に等しく、その結果、
【００５９】
【数２２】
2019536926.tif 000024
【００６０】
さらに、掘削機ブームの終点ＡからＬＤＭの距離Ｄ０およびキャリブレーションノード１２８とＬＤＭ１２４との間の距離Ｄの合計は、θＢＡｃｔｕａｌおよびθＳＡｃｔｕａｌを含む式に等しく、その結果、
【００６１】
【数２３】
2019536926.tif 000025
【００６２】
追加で、ブーム測定角度θＢは、θＢＡｃｔｕａｌ＋θＢＢｉａｓに等しく、その結果、
【００６３】
【数２４】
2019536926.tif 000026
【００６４】
さらに、スティック測定角度θＳは、θｓＡｃｔｕａｌ＋θｓＢｉａｓに等しく、その結果、
【００６５】
【数２５】
2019536926.tif 000027
【００６６】
三角関数の公式を使用すると、
【００６７】
【数２６】
2019536926.tif 000028
【００６８】
【数２７】
2019536926.tif 000029
【００６９】
上記の式では、θＸは、θＢおよびθＳ（または以下により詳細に説明するようにθＶ）のうちの１つであり、その結果、Ｘは、ＢおよびＳ（またはＶ）のうちの各１つであり、
【００７０】
【数２８】
2019536926.tif 000030
【００７１】
例えば、θＢＡｃｔｕａｌに関して、
【００７２】
【数２９】
2019536926.tif 000031
【００７３】
式中
【００７４】
【数３０】
2019536926.tif 000032
【００７５】
【数３１】
2019536926.tif 000033
【００７６】
追加で、θＳＡｃｔｕａｌに関して、
【００７７】
【数３２】
2019536926.tif 000034
【００７８】
式中、
【００７９】
【数３３】
2019536926.tif 000035
【００８０】
【数３４】
2019536926.tif 000036
【００８１】
したがって、式２１および式２２それぞれ、および上記の三角関数の公式に基づく式から、
【００８２】
【数３５】
2019536926.tif 000037
【００８３】
【数３６】
2019536926.tif 000038
【００８４】
さらに、一組の可解定数Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、およびＰ４は、以下のように定義される。
【００８５】
【数３７】
2019536926.tif 000039
【００８６】
【数３８】
2019536926.tif 000040
【００８７】
【数３９】
2019536926.tif 000041
【００８８】
【数４０】
2019536926.tif 000042
【００８９】
第１の位置の式の組を形成するため、
【００９０】
【数４１】
2019536926.tif 000043
【００９１】
反復工程は、各リンク機構アセンブリの位置に対して、ベクトルを含む第２の位置の式の組を見つけることをさらに含んでもよい。
【００９２】
【数４２】
2019536926.tif 000044
【００９３】
反復工程は、第２の位置の式の組内のデータのうちの少なくとも２組を組み合わせること、および引き算して線形最小二乗最適化を使用して［Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４］を求める第３の位置の式の組を定義するＨ０およびＤ０を取り除くことをさらに含む。
【００９４】
【数４３】
2019536926.tif 000045
【００９５】
掘削機が、ＶＡ掘削機ブームを備える実施形態では、上記式は、以下に記載するように、関連するＶＡブームのパラメータを含む。
【００９６】
【数４４】
2019536926.tif 000046
【００９７】
【数４５】
2019536926.tif 000047
【００９８】
追加で、これらの式は、以下に記載するように、関連するパラメータを含んで、さらに定義される。
【００９９】
【数４６】
2019536926.tif 000048
【０１００】
【数４７】
2019536926.tif 000049
【０１０１】
さらに、ＶＡ掘削機ブームを含む実施形態では、式は、以下に記載するように、関連するパラメータを含む。
【０１０２】
【数４８】
2019536926.tif 000050
【０１０３】
【数４９】
2019536926.tif 000051
【０１０４】
このように、以下の第１の位置の式の組を、形成しうる。
【０１０５】
【数５０】
2019536926.tif 000052
【０１０６】
反復工程は、各リンク機構アセンブリの位置に対して、ベクトルを含む第２の位置の式の組を見つけることを含んでもよい。
【０１０７】
【数５１】
2019536926.tif 000053
【０１０８】
反復工程は、第２の位置の式の組内のデータのうちの少なくとも２組を組み合わせること、および除算して線形最小二乗最適化を使用して［Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６］を求める第３の位置の式の組を定義するＨ０およびＤ０を取り除くことをさらに含む。
【０１０９】
【数５２】
2019536926.tif 000054
【０１１０】
一実施形態では、掘削リンク機構アセンブリ１０４は、少なくとも単一のリムを含むリンク機構アセンブリによって代わりに表わされてもよく、それにより、式１をパラメータ内線形最適化式として使用して、単一のリムＸ１のリムの長さＬＸおよびリムのオフセット角度θＸ１Ｂｉａｓを決定してもよい。例えば、Ｘ１は、スティックまたは機械の車台と、またはそれに対して移動するよう構成されるリンク機構アセンブリの一部である建設機械のその他のリムのセグメントなどのリムを示す。
【０１１１】
この実施形態では、Ｐは、ＬＸ１およびθＸ１Ｂｉａｓのうちの少なくとも１つの関数である一組の定数を含むベクトルを含む。Ｘは、対応するリムの測定角度θＸ１の組に基づくベクトルを含み、Ｙは、高さＨの測定値および距離Ｄの測定値の組に基づくベクトルを含む。さらに、リンク機構アセンブリの位置ｉで終了するＮリンク機構アセンブリの位置に対して、
【０１１２】
【数５３】
2019536926.tif 000055
【０１１３】
【数５４】
2019536926.tif 000056
【０１１４】
【数５５】
2019536926.tif 000057
【０１１５】
さらに、Ｐ１とＰ２それぞれについて、
【０１１６】
【数５６】
2019536926.tif 000058
【０１１７】
【数５７】
2019536926.tif 000059
【０１１８】
上記式は、以下の式に再配置されてＬＸ１およびθＸ１Ｂｉａｓの解を得るよう構成される。
【０１１９】
【数５８】
2019536926.tif 000060
【０１２０】
【数５９】
2019536926.tif 000061
【０１２１】
上記の式１９および式２０を参照すると、リムの長さＸ１の終点からのＬＤＭ１２４の高さＨ０およびリンク機構アセンブリの別の終点のキャリブレーションノードとＬＤＭ１２４との間の高さＨの合計は、リムの実際の角度θＸ１Ａｃｔｕａｌを含む式と等しく、その結果、
【０１２２】
【数６０】
2019536926.tif 000062
【０１２３】
さらに、リムの長さＸ１の終点からＬＤＭ１２４の距離Ｄ０およびリンク機構アセンブリの別の終点のキャリブレーションノードとＬＤＭ１２４との間の距離Ｄの合計は、θＸ１Ａｃｔｕａｌを含む式と等しく、その結果、
【０１２４】
【数６１】
2019536926.tif 000063
【０１２５】
追加で、リム測定角度θＢは、θＸ１Ａｃｔｕａｌ＋θＸ１Ｂｉａｓｓと等しく、その結果、
【０１２６】
【数６２】
2019536926.tif 000064
【０１２７】
三角関数の公式を使用すると、
【０１２８】
【数６３】
2019536926.tif 000065
【０１２９】
【数６４】
2019536926.tif 000066
【０１３０】
上記式中、
【０１３１】
【数６５】
2019536926.tif 000067
【０１３２】
したがって、式２１Ａおよび式２２Ａそれぞれ、および上記の三角関数の公式に基づく式から、
【０１３３】
【数６６】
2019536926.tif 000068
【０１３４】
【数６７】
2019536926.tif 000069
【０１３５】
さらに、一組の可解定数Ｐ１、Ｐ２は、以下のように定義される。
【０１３６】
【数６８】
2019536926.tif 000070
【０１３７】
【数６９】
2019536926.tif 000071
【０１３８】
リムの第１の位置の式の組を形成するため、
【０１３９】
【数７０】
2019536926.tif 000072
【０１４０】
反復工程は、各リンク機構アセンブリの位置に対して、ベクトルを含むリムの第２の位置の式の組を見つけることをさらに含んでもよい。
【０１４１】
【数７１】
2019536926.tif 000073
【０１４２】
反復工程は、第２の位置の式の組内のデータのうちの少なくとも２組を組み合わせること、および除算して線形最小二乗最適化を使用して［Ｐ１、Ｐ２］を求める第３の位置の式の組を定義するＨ０およびＤ０を取り除くことをさらに含む。
【０１４３】
【数７２】
2019536926.tif 000074
【０１４４】
本開示の実施形態は、こうした値の決定に伴うヒューマンエラーのリスクを最小化する方法でリムの長さおよび掘削機リム上のセンサのセンサオフセットを決定する速くてより費用対効果の高い方法を可能にする助けになりうることを意図する。さらに、本明細書に記載される迅速なパラメータ内線形最適化は、非線形最適化が可能にするよりも早い最適化を可能にし、掘削機のコントローラまたはその他の制御技術を改良して、それにより処理システムを速度、効率、および出力に関して改良する。
信号は、センサの助けがあるなしに関わらず、直接的または間接的な計算あるいは測定によって、「生成」しうる。
【０１４５】
本発明を説明し定義するため、パラメータまたは別の変数の「関数」である（またはそれ「に基づく」）変数への本明細書の参照は、変数が、排他的に列挙したパラメータまたは変数の関数である、あるいはそれに基づいていると意味することを意図しないことに留意されたい。むしろ、列挙されたパラメータの「関数」である、またはそれ「に基づいた」変数への本明細書の参照は、非限定的であることを意図し、変数が、単一のパラメータまたは複数のパラメータの関数でもよい（または「に基づいてもよい」）。
【０１４６】
「少なくとも１つ」の構成要素、要素などの本明細書の記載は、冠詞「ａ」または「ａｎ」の代替の使用を単一の構成要素、要素などに制限すべきであるという結論を下すために用いるべきではないことにも留意されたい。
【０１４７】
特定の特性を実現する、あるいは特定の方法で機能するため特定の方法で「構成される」または「プログラムされる」本開示の構成要素の本明細書における詳述は、意図した用途の記載ではなく構造的記載であることに留意されたい。より具体的には、構成要素を「構成する」または「プログラムする」方法への本明細書の参照は、構成要素の既存の物理的状態を意味し、したがって、その構成要素の構造的特徴の明確な記載と捉えるべきである。
【０１４８】
「好ましくは」、「一般に」、および「典型的には」のような用語は、本明細書で使用されるとき、特許請求された発明の範囲を制限するまたはいくつかの特徴が、特許請求された発明の構造または機能に対して重大、不可欠、または重要でさえあることを示唆するために使用されないことに留意されたい。むしろ、これらの用語は、本開示の実施形態の特定の態様を特定するもしくは本開示の特定の実施形態において使用されうる、または使用されなくてもよい代替のもしくは追加の特徴を強調することを単に意図する。
【０１４９】
本発明を説明し定義する目的のため、用語「実質的に」および「およそ」は、任意の定量的比較、値、測定値、またはその他の表現に起因しうる固有の不確実性の度合いを表すために本明細書で使用されることに留意されたい。用語「実質的に」および「およそ」はまた、定量的表示が、論争中の主題の基本的機能を変化させることなく、記載した参照から異なっていてもよい程度を表すために本明細書で使用される。
【０１５０】
本開示の主題を詳細にかつその特定の実施形態を参照して説明してきたが、特定の要素が本説明に添付される各図面に例示される場合であっても、本明細書に開示された様々な詳細は、これらの詳細が、本明細書に記載の様々な実施形態の重要な構成要素である要素と関連することを示唆すると捉えるべきではないことに留意されたい。さらに、変更および変形が、添付の特許請求の範囲に定義された実施形態を含むがこれに限定されない、本開示の範囲から逸脱しない限り可能であることは明らかであろう。より具体的には、本開示の一部の態様は、好ましいまたは特に有利であると本明細書に明らかにされるが、本開示は、これらの態様に必ずしも制限されないことが意図される。
【０１５１】
以下の請求項の１つ以上が用語「ｗｈｅｒｅｉｎ」を移行句として使用することに留意されたい。本発明を定義する目的のため、この用語は、一連の構造の特徴の記載を導入するため使用される、非限定的な移行句として請求項に導入され、より一般的に使用される非限定的なプリアンブルの用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」と同様に解釈されるべきであることに留意されたい。
【符号の説明】
【０１５２】
１００    掘削機
１０２    機械の車台
１０４    掘削リンク機構アセンブリ
１０８    掘削機ブーム
１１０    掘削機スティック
１１２    器具継手
１１４    掘削具
１２０    ブーム動的センサ
１２２    スティック動的センサ
１２４    レーザ距離計
１２８    キャリブレーションノード
１３０    レーザ反射器
【図１】
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【図２】
2019536926.tif 000087
【図３】
2019536926.tif 000088
【図４】
2019536926.tif 000089
【図５】
2019536926.tif 000090
【図６】
2019536926.tif 000091
【国際調査報告】
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