(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジョイスティックを制御するためのシステムであって、前記ジョイスティックの少なくとも１つの移動が車両本体に動作可能に連結された器具の少なくとも１つの自由度を制御する、システムであって、
前記ジョイスティックに動作可能に連結されたアームと、
前記アームに動作可能に連結された電動モータアッセンブリと、
前記車両本体又は前記器具の少なくとも一方に据え付けられた少なくとも１つの測定部であって、前記少なくとも１つの測定部は、前記少なくとも１つの自由度に対応する少なくとも１つの複数の測定値を生成するように構成された、測定部と、
演算システムであって、
前記少なくとも１つの複数の測定値を受信し、
前記少なくとも１つの複数の測定値、前記少なくとも１つの自由度の少なくとも１つの基準値、及び制御アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの誤差信号を算出し、
前記少なくとも１つの誤差信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの制御信号を算出するように構成された、演算システムと、
少なくとも１つのドライバであって、
前記少なくとも１つの制御信号を受信し、
前記少なくとも１つの制御信号に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つの電気駆動信号を生成するように構成された、ドライバと、を備え、
前記電動モータアッセンブリは、前記少なくとも１つの電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御し前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、前記器具の第１の自由度を含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの第１の移動を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、第１の自動制御されたアームの軌道を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第１の移動は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含む、システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、
前記第１の自動制御されたアームの軌道は、第１の線分を含む、システム。
【請求項４】
請求項２に記載のシステムであって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード高度、又はブレード傾斜角、を含む、システム。
【請求項５】
請求項２に記載のシステムであって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、前記器具の第２の自由度を更に含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの第２の移動を更に含み、前記ジョイスティックの前記第２の移動は、手動制御される、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード高度を含み、
前記器具の前記第２の自由度は、ブレード傾斜角を含む、システム。
【請求項７】
請求項５に記載のシステムであって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード傾斜角を含み、
前記器具の前記第２の自由度は、ブレード高度を含む、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、
前記電動モータアッセンブリは、第１の電動モータを含み、
前記少なくとも１つの電気駆動信号は、第１の電気駆動信号を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、第１の自動制御されたアームの軌道を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、
前記第１の電動モータは、前記第１の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御し前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、
前記器具の第１の自由度と、
前記器具の第２の自由度と、を含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、
前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの第１の移動と、
前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの第２の移動と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、
第１の自動制御されたアームの軌道と、
第２の自動制御されたアームの軌道と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、
前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道と、
前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、第２の自動制御されたジョイスティックの軌道と、を含み、
前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第１の移動は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、
前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第２の移動は、前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第２の自動制御されたジョイスティックの軌道を含む、システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、
前記第１の自動制御されたアームの軌道は、第１の線分を含み、
前記第２の自動制御されたアームの軌道は、第２の線分を含む、システム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムであって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード高度を含み、
前記器具の前記第２の自由度は、ブレード傾斜角を含む、システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、
前記電動モータアッセンブリは、
第１の電動モータと、
第２の電動モータと、を含み、
前記少なくとも１つの電気駆動信号は、
第１の電気駆動信号と、
第２の電気駆動信号と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、
第１の自動制御されたアームの軌道と、第２の自動制御されたアームの軌道と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、
前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道と、
前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、第２の自動制御されたジョイスティックの軌道と、を含み、
前記第１の電動モータは、前記第１の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させ、
前記第２の電動モータは、前記第２の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第２の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御して前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第２の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる、システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムであって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記少なくとも１つの測定部は、前記ブレードに据え付けられた慣性計測装置を含む、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、
前記少なくとも１つの測定部は、
前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナ、及び前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機、
前記ブレードに据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナ、及び前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機、又は
前記ブレードに据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナ、及び前記ブレードに据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機、を更に含む、システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記少なくとも１つの測定部は、
前記ブレードに据え付けられた第１の慣性計測装置と、
前記ドーザ本体に据え付けられた第２の慣性計測装置と、を含む、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、
前記少なくとも１つの測定部は、前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナと、前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機と、を更に含む、システム。
【請求項１７】
ジョイスティックを制御する方法であって、前記ジョイスティックの少なくとも１つの移動が車両本体に動作可能に連結された器具の少なくとも１つの自由度を制御する、方法であって、
前記車両本体又は前記器具の少なくとも一方に据え付けられた少なくとも１つの測定部から少なくとも１つの複数の測定値を受信する工程であって、前記少なくとも１つの複数の測定値は、前記少なくとも１つの自由度に対応する、工程と、
前記少なくとも１つの複数の測定値、前記少なくとも１つの自由度の少なくとも１つの基準値、及び制御アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの誤差信号を算出する工程と、
前記少なくとも１つの誤差信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの制御信号を算出する工程と、
前記少なくとも１つの制御信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気駆動信号を生成する工程と、
を含み、
アームが前記ジョイスティックに動作可能に連結され、
電動モータアッセンブリが前記アームに動作可能に連結され、
前記電動モータアッセンブリは、前記少なくとも１つの電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御して前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、前記器具の第１の自由度を含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの第１の移動を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、第１の自動制御されたアームの軌道を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第１の移動は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記第１の自動制御されたアームの軌道は、第１の線分を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード高度、又はブレード傾斜角、を含む、方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の方法であって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、前記器具の第２の自由度を更に含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの第２の移動を更に含み、前記ジョイスティックの前記第２の移動は、手動制御される、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード高度を含み、
前記器具の前記第２の自由度は、ブレード傾斜角を含む、方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード傾斜角を含み、
前記器具の前記第２の自由度は、ブレード高度を含む、方法。
【請求項２４】
請求項１７に記載の方法であって、
前記電動モータアッセンブリは、第１の電動モータを含み、前記少なくとも１つの電気駆動信号は、第１の電気駆動信号を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、第１の自動制御されたアームの軌道を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、前記第１の電動モータは、前記第１の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる、方法。
【請求項２５】
請求項１７に記載の方法であって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、
前記器具の第１の自由度と、
前記器具の第２の自由度と、を含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、
前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの第１の移動と、
前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの第２の移動と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、
第１の自動制御されたアームの軌道と、
第２の自動制御されたアームの軌道と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、
前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道と、
前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、第２の自動制御されたジョイスティックの軌道と、を含み、
前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第１の移動は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、
前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第２の移動は、前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、第２の自動制御されたジョイスティックの軌道を含む、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、
前記第１の自動制御されたアームの軌道は、第１の線分を含み、
前記第２の自動制御されたアームの軌道は、第２の線分を含む、方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法であって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記器具の前記第１の自由度は、ブレード高度を含み、
前記器具の前記第２の自由度は、ブレード傾斜角を含む、方法。
【請求項２８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記電動モータアッセンブリは、
第１の電動モータと、
第２の電動モータと、を含み、
前記少なくとも１つの電気駆動信号は、
第１の電気駆動信号と、
第２の電気駆動信号と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、
第１の自動制御されたアームの軌道と、
第２の自動制御されたアームの軌道と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、
前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道と、
前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、第２の自動制御されたジョイスティックの軌道と、を含み、
前記第１の電動モータは、前記第１の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御し前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させ、
前記第２の電動モータは、前記第２の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第２の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、前記ジョイスティックを自動制御して前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第２の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる、方法。
【請求項２９】
請求項１７に記載の方法であって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記少なくとも１つの測定部は、前記ブレードに据え付けられた慣性計測装置を含む、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの測定部は、
前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナ、及び前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機、
前記ブレードに据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナ、及び前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機、又は
前記ブレードに据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナと、前記ブレードに据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機、を更に含む、方法。
【請求項３１】
請求項１７に記載の方法であって、
前記車両本体は、ドーザ本体を含み、
前記器具は、ブレードを含み、
前記少なくとも１つの測定部は、
前記ブレードに据え付けられた第１の慣性計測装置と、
前記ドーザ本体に据え付けられた第２の慣性計測装置と、を含む、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの測定部は、前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用アンテナと、前記ドーザ本体に据え付けられた全地球型衛星航法システム用受信機と、を更に含む、方法。
【請求項３３】
ジョイスティックを制御する電動アクチュエータ装置であって、前記ジョイスティックの少なくとも１つの移動が車両本体に動作可能に連結された器具の少なくとも１つの自由度を制御する、装置であって、
前記ジョイスティックに動作可能に連結されるように構成されたアームと、
前記アームに動作可能に連結された電動モータアッセンブリと、
演算システムであって、
前記車両本体又は前記器具の少なくとも一方に据え付けられた少なくとも１つの測定部から少なくとも１つの複数の測定値を受信し、前記少なくとも１つの複数の測定値は、前記少なくとも１つの自由度に対応する、ように構成され、
前記少なくとも１つの複数の測定値、前記少なくとも１つの自由度の少なくとも１つの基準値、及び制御アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの誤差信号を算出するように構成され、
前記少なくとも１つの誤差信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの制御信号を算出するように構成された、演算システムと、
少なくとも１つのドライバであって、前記少なくとも１つの制御信号を受信し、前記少なくとも１つの制御信号に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つの電気駆動信号を生成するように構成された、ドライバと、
を含み、
前記電動モータアッセンブリは、前記少なくとも１つの電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に沿って移動させるように構成され、
前記アームは、前記ジョイスティックに動作可能に連結されたとき、前記ジョイスティックを自動制御して前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させるように構成された、装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の電動アクチュエータ装置であって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、前記器具の第１の自由度を含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの第１の移動を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、第１の自動制御されたアームの軌道を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第１の移動は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含む、装置。
【請求項３５】
請求項３３に記載の電動アクチュエータ装置であって、
前記電動モータアッセンブリは、第１の電動モータを含み、前記少なくとも１つの電気駆動信号は、第１の電気駆動信号を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、第１の自動制御されたアームの軌道を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、
前記第１の電動モータは、前記第１の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させるように構成され、
前記アームは、前記ジョイスティックに動作可能に連結されたとき、前記ジョイスティックを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させるように構成された、装置。
【請求項３６】
請求項３３に記載の電動アクチュエータ装置であって、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度は、
前記器具の第１の自由度と、
前記器具の第２の自由度と、を含み、
前記器具の前記少なくとも１つの自由度を制御する前記ジョイスティックの前記少なくとも１つの移動は、
前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの第１の移動と、
前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの第２の移動と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、
第１の自動制御されたアームの軌道と、
第２の自動制御されたアームの軌道と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、
前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道と、
前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、第２の自動制御されたジョイスティックの軌道と、を含み、
前記器具の前記第１の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第１の移動は、前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道を含み、
前記器具の前記第２の自由度を制御する前記ジョイスティックの前記第２の移動は、前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第２の自動制御されたジョイスティックの軌道を含む、装置。
【請求項３７】
請求項３３に記載の電動アクチュエータ装置であって、
前記電動モータアッセンブリは、
第１の電動モータと、
第２の電動モータと、を含み、
前記少なくとも１つの電気駆動信号は、
第１の電気駆動信号と、
第２の電気駆動信号と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道は、
第１の自動制御されたアームの軌道と、
第２の自動制御されたアームの軌道と、を含み、
前記少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する前記少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道は、
前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する、第１の自動制御されたジョイスティックの軌道と、
前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、第２の自動制御されたジョイスティックの軌道と、を含み、
前記第１の電動モータは、前記第１の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させるように構成され、
前記アームは、前記ジョイスティックに動作可能に連結されたとき、前記ジョイスティックを自動制御して前記第１の自動制御されたアームの軌道に対応する前記第１の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させるように構成され、
前記第２の電動モータは、前記第２の電気駆動信号の受信に応答して、前記アームを自動制御して前記第２の自動制御されたアームの軌道に沿って移動させるように構成され、
前記アームは、前記ジョイスティックに動作可能に連結されたとき、前記ジョイスティックを自動制御して前記第２の自動制御されたアームの軌道に対応する、前記第２の自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させるように構成される、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、概して、機械制御に関し、更に具体的には、ドーザブレード制御用ジョイスティックの自動制御に関する。
【０００２】
ドーザ用の自動制御システムは、建設機械市場において、増々普及している。自動制御システムでは、ドーザの作業具（ブレード）の位置及び方位は、設計面に対して決定され、ブレードは、その後、設計面に従って自動的に移動する。自動制御システムは、例えば、建築用基礎部、道路、鉄道、運河、及び空港の建設のための設計面を正確に製造するために使用される。
【０００３】
自動制御システムは、手動制御システムに対していくつかの利点を有する。第１に、手動制御システムは、自動制御システムに比べて、より高度な技術を有するオペレータが一般的に必要であり、手動制御システムのためのオペレータに対する適切なトレーニングは、費用がかかり、かつ時間もかかる。第２に、自動制御システムは、操作速度を上げ、視界不良状態での作業が可能であり、作業場を手動で調査するための作業中断時間を回避し、設計面を製造するために必要な工程数を減らすことにより、機械の生産性を上げることが可能である。第３に、自動制御システムは、燃料の消費の削減、及び建設材料の消費の削減が可能である（建設基準により、敷設するコンクリート、アスファルト、砂、及び砂利などの舗装材の最小厚が要求されており、下地面が不正確に評価された場合、最小厚を確実に満たすために過剰な舗装材を敷設する必要が生じる）。
【０００４】
自動制御システムの操作原理は、特定のプロジェクトデザインにより定義された基準面に対して、ドーザブレードエッジの現在の位置及び方位を推定することに基づく。基準面は、いくつかの方法で、特定可能である。例えば、基準面は、三角形で接続される点の配列を含む、数値地形モデル（ＤＴＭ）と称される、数学的モデルで表すことができる。基準面は、また、自然又は人工的な面及び線で特定できる。物理的道路面は、基準面として使用できる自然面の一例であり、物理的道路面は、次の層の目標として、使用できる。人工的な面及び線は、例えば、レーザ面又は杭に取り付けられた金属ワイヤにより作成できる。
【０００５】
ブレードの位置及び方位は、ドーザ本体及びブレードに据え付けられた様々なセンサによる測定値から決定することができる。センサの例として、位置を測定するための全地球型衛星航法システム（ＧＮＳＳ）センサと、レーザ型ロボティックトータルステーションを用いて位置を測定するための光学プリズムと、角度を測定するための電解傾斜センサと、角度及び距離を測定するための電位差測定センサと、加速度及び角速度をそれぞれ測定するための加速度計、ジャイロなどの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）慣性センサと、距離を測定するための超音波センサと、レーザ送信機からの信号を受信し、垂直方向のオフセットを測定するためのレーザ受信機と、油圧シリンダの伸長を測定するためのストロークセンサと、を挙げることができる。
【０００６】
様々なセンサからの測定値は、制御部により処理され、ブレードの位置及び方位が決定される。ブレードの測定された位置及び測定された方位は、基準面からそれぞれ算出された、目標位置及び目標方位と比較される。測定された位置と目標位置との差異、及び測定された方位と目標方位との差異から算出された誤差信号を使って、制御信号を生成する。制御信号は、ブレードを移動させ、測定された位置と目標位置の間の誤差を最小化し、測定された方位と目標方位の間の誤差を最小化する駆動システムを制御するために使用される。
【０００７】
ブレードの位置及び方位は、油圧シリンダにより制御される。バルブは、作動流体の流量を制御し、次に、油圧シリンダの速度を制御する（油圧シリンダの速度とは、油圧シリンダの伸長の時間変化率を意味する）。バルブは、手動式でも電動式でもよい。現在の自動制御システムには、電動バルブが使用され、制御信号は、電動バルブを制御する電気信号である。
【０００８】
現在、ドーザが手動バルブを装備している場合、電動バルブをドーザに導入することは、複雑で、時間がかかり、高価な作業になる場合がある。バルブの変更に加えて、ポンプ、タンク、シリンダ列に接続されているホースを外し、再度接続する必要があるので、導入作業は最大２日間必要である。ある場合には、更なる複雑さとして、販売規定により既存のドーザへの導入は製造業者により許可されない場合があり、ドーザの保証範囲外となる場合がある。
【０００９】
ドーザに電動バルブが既に装備されていたとしても、電動バルブ用のコントローラへのインターフェースは、専有である場合がある。ドーザの製造業者は、カスタムメイドの自動制御システムを搭載するために建設業者により必要とされるインターフェース仕様へのアクセスを規制する場合がある。また、ある場合には、販売規定により、製造業者により供給されない自動制御システムを既存のドーザに導入することは、製造業者により許可されない場合があり、ドーザの保証範囲外となる場合がある。
【００１０】
無論、建設業者は、電動バルブを有するドーザや、ドーザの製造業者により搭載された自動制御システムを有するドーザを購入することができる。しかしながら、ある場合には、建設業者は、ドーザをリースやレンタルし、リースやレンタル可能なドーザには、適切な自動制御システムを有していない場合がある。また、建設業者は、既存の手動制御式のドーザに対して自動制御システムを導入したいと望んだり、又は、ドーザ製造業者により供給された自動制御システムを、性能が異なり、ドーザ製造業者により供給された自動制御システムより低コストであるカスタムメイドの自動制御システムでアップグレードしたいと望んだりする場合がある。
【発明の概要】
【００１１】
ジョイスティックは、車両本体に動作可能に連結された器具を制御し、ジョイスティックの移動により器具の少なくとも１つの自由度が制御される。本発明のある実施形態によると、ジョイスティックを自動制御するための制御システムは、アームと、電動モータアッセンブリと、少なくとも１つの測定部と、演算システムと、少なくとも１つのドライバと、を含む。
【００１２】
アームは、ジョイスティックに動作可能に連結され、電動モータアッセンブリは、アームに動作可能に連結される。少なくとも１つの測定部が車両本体及び器具、又は車両本体と器具の両方に据え付けられる。測定部は、自由度に対応する測定値を生成する。
【００１３】
演算システムが測定値及び制御すべき自由度の基準値を受信する。測定値、基準値、及び制御アルゴリズムに基づいて、演算システムは、誤差信号及び対応する制御信号を算出する。ドライバは、制御信号を受信し、対応する電気駆動信号を生成する。電気駆動信号を受信したことに応答して、電動モータアッセンブリは、アームを自動制御し、自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、ジョイスティックを自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる。
【００１４】
当業者には、以下の、発明を実施するための形態及び添付図面を参照することにより、本発明の上述及び他の利点が明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】ドーザの概略図、ドーザ本体に固定された基準フレーム、及びブレードに固定された基準フレームを示す。
【００１６】
【図１Ｂ】地面に固定された基準フレームの概略図を示す。
【００１７】
【図２Ａ】ジョイスティックの絵図を示す。
【００１８】
【図２Ｂ】ジョイスティックの操作上の幾何学的形状の概略図を示す。
【図２Ｃ】ジョイスティックの操作上の幾何学的形状の概略図を示す。
【図２Ｄ】ジョイスティックの操作上の幾何学的形状の概略図を示す。
【図２Ｅ】ジョイスティックの操作上の幾何学的形状の概略図を示す。
【００１９】
【図３】ジョイスティックに連結された電動アクチュエータの概略図を示す。
【００２０】
【図４Ａ】自動制御システムの異なる実施形態の概略図を示す。
【図４Ｂ】自動制御システムの異なる実施形態の概略図を示す。
【図４Ｃ】自動制御システムの異なる実施形態の概略図を示す。
【００２１】
【図５】電動アクチュエータに使用される駆動モータの第１の実施形態の概略図を示す。
【００２２】
【図６】電動アクチュエータに使用される駆動モータの第２の実施形態の概略図を示す。
【００２３】
【図７】電動アクチュエータに使用される演算システムの概略図を示す。
【００２４】
【図８】制御アルゴリズムの概略図を示す。
【００２５】
【図９】車両本体に動作可能に連結された器具を自動制御する方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書に記載される本発明の実施形態は、車両に据え付けられる器具の位置及び方位を制御するための自動制御システムに適用可能であり、器具は、車両本体に動作可能に連結される。器具を備えた車両の例として、ブレードを装備するドーザ、ブレードを装備するモータグレーダ、スクリードを装備する舗装機械を挙げることができる。以下の詳細な説明では、ブレードを装備するドーザを使って、本発明の実施形態を示す。
【００２７】
図１Ａは、ドーザ本体１０２と、ブレード１０４と、を含む、ドーザ１００の概略図を示す。ブレード１０４は、油圧シリンダを介して、ドーザ本体１０２に動作可能に連結される。油圧シリンダの数は、ドーザの設計に依存する。ある一般的な構成では、油圧シリンダ１１２と油圧シリンダ１１４として参照される、油圧シリンダ対がブレード１０４を上下に駆動し、図示しない別の油圧シリンダが、ブレードを回転させブレード傾斜角を変化させる。
【００２８】
２つのデカルト座標系（基準フレーム）が図１Ａに示される。ドーザ本体１０２に固定される本体座標系は、３つの直交座標軸、Ｘ1軸１２１、Ｙ1軸１２３、及びＺ1軸１２５により特定される。同様に、ブレード１０４に固定されたブレード座標系は、３つの直交座標軸、Ｘ2軸１５１、Ｙ2軸１５３、及びＺ2軸１５５により特定される。
【００２９】
各デカルト座標軸を中心とする回転角は、右手の法則に従う。特定の回転角は、以下のように参照される。本体座標系では、Ｘ1軸を中心とする回転角（本体ロール角）は、φ1１３１であり、Ｙ1軸を中心とする回転角（本体ピッチ角）は、θ1１３３であり、Ｚ1軸を中心とする回転角（本体方位角）は、ψ1１３５である。同様に、ブレード座標系では、Ｘ2軸を中心とする回転角（ブレードロール角）は、φ2１６１であり、Ｙ2軸を中心とする回転角（ブレードピッチ角）は、θ2１６３であり、Ｚ2軸を中心とする回転角（ブレード方位角）は、ψ2１６５である。
【００３０】
図１Ｂは、地面に固定された第３の座標系が３つの直交座標軸、Ｘ0軸１８１、Ｙ0軸１８３、及びＺ0軸１８５により特定される状態を示す。本座標系は、ナビゲーション座標系と称される場合がある。Ｘ0−Ｙ0平面は、局地水平基準面（local horizontal reference plane）の役割を果たす。ナビゲーション座標系は、典型的には、現場技術者により特定される。例えば、Ｘ0−Ｙ0平面は、ＷＧＳ８４地球楕円体に対する接線であってもよい。
【００３１】
地ならし動作（earthmoving operations）中に典型的に制御される２つのブレードパラメータは、ブレード高度（ブレード高とも称される）及びブレード傾斜角である。ブレード高度は、ブレード１０４上の基準点とＸ0−Ｙ0平面（又はＸ0−Ｙ0平面に平行な他の基準面）との間の、Ｚ0軸に沿って測定される距離である。ブレード傾斜角は、図１Ｂに示される。ブレード座標系のＹ2軸１５３は、Ｘ0−Ｙ0平面に直交する成分１９３と、Ｘ0−Ｙ0平面に投影される成分１９１と、に分解される。ブレード傾斜角α１９５は、成分１９１とＹ2軸１５３との間の角度である。
【００３２】
１つの基準フレーム内で特定される座標及び角度は、オイラー角や四元数などの既知の技術によって、別の基準フレーム内で特定される座標及び角度に変換できる。例えば、ブレード座標系がオイラー角（ロール角φ2及びピッチ角θ2）によってナビゲーション座標系から生成されると、ブレード傾斜角αは、以下の式により与えられる。
【００３３】
座標軸に沿った移動及び座標軸を中心とした回転は、様々なセンサによる測定値から決定することができる。ある実施形態では、２つの慣性計測装置（ＩＭＵ）がドーザ１００上に据え付けられる。各ＩＭＵは、３つの直交して据え付けられる加速度計と、３つの直交して据え付けられるジャイロと、を含む。ブレードの自由度に応じて、ＩＭＵは、加速度計及びジャイロの数を減らしてもよく、例えば、加速度計１つ、ジャイロ１つであってもよい。各加速度計は、座標軸に沿って加速度を測定し、各ジャイロは、座標軸を中心とする角速度（回転角の時間微分）を測定する。図１Ａでは、ドーザ本体１０２に固定されたＩＭＵ１２０は、（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）軸に沿った加速度及び（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）軸を中心とした角速度を測定する。同様に、ブレード１０４の背面に固定されたＩＭＵ１５０は、（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）軸に沿った加速度及び（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）軸を中心とした角速度を測定する。ＩＭＵに基づく制御システムは、ＰＣＴ国際出願ＲＵ２０１２／００００８８号（「車両本体と車両本体に動作可能に連結された器具との間における相対姿勢及び位置の推定」）及び米国特許出願公開第２０１０／０２９９０３１号（「姿勢測定に基づく地ならし機の半自動制御」）に記載されており、両出願とも参照により本明細書に引用される。他の実施形態では、１つのＩＭＵを使用する、又は複数のＩＭＵを使用する。
【００３４】
ここで、幾何学的条件が特定される場合、幾何学的条件は、利用可能な製造許容範囲及び許容可能な精度に応じて特定された許容範囲内で満たされる。例えば、２つの軸間の角度が特定された許容範囲内で９０度であれば、２つの軸は直交しており、２つの軸間の角度が特定された許容範囲内で０度であれば、２つの軸は平行であり、特定された許容範囲内で２つの長さが等しければ、２つの長さは等しく、特定された許容範囲内で直線分であれば、直線分は、直線分である。許容範囲は、例えば、制御技術者により特定できる。
【００３５】
その他のセンサもまた、ドーザ本体又はブレード上に据え付けられてもよい。例えば、図１Ａでは、全地球型衛星航法システム（ＧＮＳＳ）センサ１４０がドーザキャブ１０６の屋根部１０８に据え付けられる。ＧＮＳＳセンサ１４０は、例えば、ケーブルを介して、ドーザキャブ１０６内に収容されたＧＮＳＳ受信器（図示せず）と電気的に接続されたアンテナである。ある搭載例では、ＧＮＳＳ受信器もまた、屋根部に据え付けられる。ＧＮＳＳセンサ１４０は、ＷＧＳ８４座標系の絶対屋根位置を測定するために使用できる。次に、ＷＧＳ８４座標系の絶対ブレード位置は、ＩＭＵ１２０とＩＭＵ１５０からの測定値に基づき、かつドーザの既知の幾何学的パラメータに基づき、屋根部に対するブレードの相対位置と絶対屋根位置とから算出できる。その他の構成では、ブレードの絶対位置は、参照により本明細書に引用される、米国特許出願公開第２００９／００６９９８７号（「統合型全地球型衛星航法システムと慣性センサを有する自動ブレード制御システム」）に記載された、ブレードに固定されたマストに据え付けられたＧＮＳＳセンサ（図示せず）により決定できる。ＧＮＳＳセンサは、ブレードに据え付けられ、ＧＮＳＳ受信器は、ドーザ本体（例えば、ドーザキャブ内）又はブレードのいずれかに搭載される。
【００３６】
ドーザオペレータ（図示せず）は、ドーザキャブ１０６内のオペレータ席１１０に座る。図２Ａは、ブレード１０４の位置及び方位を制御するための手動ジョイスティックの絵図（Ａ視）を示す。ジョイスティック２００は、ジョイスティックロッド（ジョイスティックシャフト）２０４に連結されたジョイスティックハンドル（ジョイスティックグリップ）２０２を含み、図２Ａには、また、保護ブーツ２０８が示される。いくつかのデザインでは、ジョイスティックハンドル２０２がクランプ２０６を介してジョイスティックロッド２０４に連結され、ジョイスティックハンドル２０２は、クランプ２０６を緩めることによりジョイスティックロッド２０４から取り外すことができる。その他のデザインでは、ジョイスティックハンドル２０２は、ジョイスティックロッド２０４に恒久的に据え付けられ、取り外しできない。以下に記載の本発明の実施形態では、取り外しできるハンドルを有するジョイスティックと取り外しできないハンドルを有するジョイスティックの両方を許容することができる。
【００３７】
ジョイスティック２００の動きが油圧シリンダを制御する油圧バルブを制御する。上述のように、油圧バルブは、機械的バルブでもよく、又は電動バルブでもよい。油圧制御を以下に更に詳細に説明する。ジョイスティックの自由度の数は、ブレードの自由度の数に依存する。いくつかのドーザでは、ブレードは、単一の自由度（ブレード高度）を有する。４方向（4-way）ブレードは、２つの自由度（ブレード高度及びブレード傾斜角）を有する。６方向（6-way）ブレードは、３つの自由度（ブレード高度、ブレード傾斜角、及びブレード方位角）を有する。
【００３８】
４方向ブレード用のジョイスティックの典型的な動きが図２Ａに示される。ジョイスティック２００は、軸２０１と軸２０３とに沿って移動することができる。オペレータから見て、ジョイスティック２００は、軸２０１に沿って前方（Ｆ）／後方（Ｂ）に移動し、軸２０３に沿って左（Ｌ）／右（Ｒ）に移動する。軸２０１と軸２０３とは直交している。以下に説明されるように、本発明の実施形態は、直交する移動軸に限定されない。ジョイスティック２００の前方／後方の移動は、ブレード高度の上／下方向の変化に対応づけられ、ジョイスティック２００の左／右の移動は、ブレード傾斜角の反時計方向（ＣＣＷ）／時計方向（ＣＷ）の変化に対応づけられる。６方向ブレードでは、ジョイスティック２００は、前方／後方の移動と左／右の移動に加えて、回転角２０７で、ジョイスティックの中心（長手方向）軸２０５を中心に回転できる。中心軸２０５を中心としたジョイスティック２００の回転は、ブレードの縦軸を中心としたブレードの回転に対応づけられる。
【００３９】
ジョイスティックの移動及び回転と、ブレードの移動及び回転との間の上述の対応づけは、１つの選択肢である。一般的に、ジョイスティックの移動及び回転と、ブレードの移動及び回転との間の他の対応づけも使用できる。
【００４０】
手動ブレード制御では、オペレータは、ハンドル２０２を手で握り、ジョイスティックを前方／後方及び左／右へ連続して動かす。中心軸２０５を中心とした回転は、典型的には、現在の掘削列（ｓｗａｔｈ）の始めだけに使用される。オペレータは、所望のプッシュオフ角度を設定し、掘削列から横に地面を動かす。一般的に、ジョイスティックの動きは、軸２０１及び軸２０３に沿った連続的な移動に限定されず、例えば、ジョイスティックを対角線的に動かし、ブレード高度とブレード傾斜角とを同時に変更してもよい。ジョイスティックは、約２〜３キログラムの反射（抵抗）力で、内部スプリング（図示せず）により垂直位置に戻される。垂直位置では、典型的には、ブレード高度は変化せず、ブレード傾斜角も変化しない。
【００４１】
上述の幾何学的形状は、オペレータの目線で目視した場合である。ジョイスティックの操作上の幾何学的形状を図２Ｂ〜図２Ｅの概略図において更に詳細に説明する。
【００４２】
図２Ｂは、透視図（Ｂ視）を示す。Ｘ軸２５１、Ｙ軸２５３、Ｚ軸２５５、及び原点Ｏ２５７により定義される、デカルト座標系が示される。ジョイスティックロッド２０４に沿う様々な基準点が示される。基準点２０４Ｐは、原点Ｏに配置される。基準点２０４Ｒは、基準点２０４Ｐから半径Ｒ２７１に配置される。操作の際、ジョイスティック２０４は、基準点２０４Ｐを中心に旋回する。したがって、基準点２０４Ｒは、球体２５０の表面の一部に沿って移動する。基準点２０４Ｒによりトレースされる球体２５０の表面の一部は、表面２５２として示される。
【００４３】
機械的バルブでは、ジョイスティックロッド２０４がカルダン継手に連結され、（ジョイスティックロッド２０４の端部を示す）基準点２０４Ｅがカルダン継手に配置される。機械的アッセンブリがカルダン継手を油圧バルブに接続する。ジョイスティックの動きが、カルダン継手と機械的アッセンブリとを介して油圧バルブを制御する。電動バルブでは、ジョイスティックロッド２０４をポテンショメータに連結することができ、基準点２０４Ｅが連結用アッセンブリに配置される。ジョイスティックの動きがポテンショメータの各種設定を制御し、次に、電動バルブへの電流又は電圧を制御する。
【００４４】
また、Ｘ'軸２６１、Ｙ'軸２６３、Ｚ'軸２６５、及び原点Ｏ'２６７により定義される、第２のデカルト座標系が図２Ｂに示される。Ｚ'軸は、Ｚ軸と一致し、Ｘ'−Ｙ'平面は、Ｘ−Ｙ平面と平行であり、原点Ｏ'は、高さｈ２７３だけ原点Ｏからずれている。
【００４５】
図２Ｃは、（−Ｚ、−Ｚ'）軸に沿って見られるＸ'−Ｙ'平面への正投影図（Ｃ視）を示す。表面２５２の投影（図２Ｂ）が境界線２１１Ｐにより囲まれる領域２１１Ｒとして示される。図示の例では、領域２１１Ｒは四角形である。一般的に、領域２１１Ｒは、様々な幾何学的形状を有してもよい。
【００４６】
Ｘ'−Ｙ'平面と、領域２１１Ｒと、境界線２１１Ｐがまた、図２Ａに示される。ある実施形態では、ジョイスティックの移動（変位又はストロークとも称する）の領域２１１Ｒは、（クランプ２０６とほぼ同じ高さからみて）約６０×６０ｍｍの大きさを有する略四角形状を有する。一般的に、ジョイスティックは、領域２１１Ｒの第１の点から領域２１１Ｒの第２の点へ直接動かすことができる。
【００４７】
図２Ｄは、断面図（Ｄ視）を示す。同図の平面は、Ｘ−Ｚ平面である。本例では、基準点２０４Ｒは弧２５２Ｄをトレースする。なお、Ｘ'軸の上の基準点２０４Ｒの高さは、（Ｚ軸に沿って測定される）０〜Δｈ２７５の範囲で変化してもよい。
【００４８】
図２Ｅは、第２の断面図（Ｅ視）を示す。同図の平面は、Ｙ−Ｚ平面である。本例では、基準点２０４Ｒは弧２５２Ｅをトレースする。なおＹ'軸の上の基準点２０４Ｒの高さは、（Ｚ軸に沿って測定される）０〜Δｈ２７５の範囲で変化してもよい。
【００４９】
本発明のある実施形態では、自動ブレード制御は、ジョイスティック２００に連結される電動アクチュエータ装置を使って実施される。図３を参照する。電動アクチュエータ装置３０２は、クランプ２０６（図２）の近傍に位置する、カップリング３０６を介してジョイスティック２００にフレキシブルに連結されるモータ駆動式のアーム３０４を有する。カップリング３０６により、電動アクチュエータ装置３０２は、ジョイスティック２００に容易に着脱可能である。アーム３０４、カップリング３０６、及びモータを以下に詳細に説明する。
【００５０】
ドーザキャブ１０６内のスペースの制約により（図１Ａ）、電動アクチュエータ装置３０２は、オペレータ席１１０に座るオペレータの視点から見た場合、ジョイスティック２００の後ろ側の領域の、オペレータの利便性及び快適性を維持できる特定の領域に、有利に配置される。この領域は、オペレータ席１１０の右のアームレスト（図示せず）の下であって、シェルフ１２２の上面の上に、配置される。典型的なドーザでは、シェルフ１２２は、床から標準的な高さに搭載され、アームレストは、シェルフ１２２側に据え付けられる。シェルフ１２２の上面上のアームレストの高さは、オペレータが快適である適切な範囲内に調整可能である。
【００５１】
図３に戻る。以下に説明する、電動アクチュエータ装置３０２のモータ及び制御電子装置は、ケース３１０に収納される。重要なパラメータは、ケース３１０の高さＨ３０１である。適宜、手動モードでジョイスティック２００を制御している間、オペレータの快適性及び利便性を維持するため、高さＨは、アームレストの最大高さにより決定される最大値を有するべきである。高さＨの典型的な値は、約１００ｍｍである。ある実施形態では、アームレストの役割を果たすことができる、ケース３１０の上面は、ソフトマット３０８により覆われる。標準的なアームレストは、適宜、取り外し可能であり、ケース３１０は、シェルフ１２２に強固に据え付け可能である。ケース３１０は、アームレストが取り外されると、アームレストを据え付けるために使用される取付け穴に装着される角ブラケットで設置される。
【００５２】
自動制御モードでは、アーム３０４がジョイスティック２００を動かす。電動アクチュエータ装置３０２は、２つの能動自由度を有し、スプリングの反射力に優先し、領域２１１Ｒに渡ってジョイスティック２００を移動させる（基準点２０４Ｒ（図２Ｂ）は、クランプ２０６の位置の近傍に配置される（図２Ａ））。電動アクチュエータ装置を搭載する場合であっても、手動モードのブレード操作を許容する必要がある。つまり、電動アクチュエータ装置の電源を切った場合、オペレータの手によりジョイスティックの動きに対して最小限の抵抗が付与されなければならない。したがって、ウォーム歯車又は転換率が大きい歯車は、電動アクチュエータ装置における使用に適さない。直接型駆動モータが本タスクには有利である。適切なモータアッセンブリの詳細を以下に説明する。
【００５３】
以上のように、ジョイスティックは旋回点を中心に旋回する。そして、クランプ２０６の絶対高さは、ジョイスティックの変位（図２Ｄおよび図２Ｅ参照）に相関して変動する。したがって、電動アクチュエータ装置３０２は、クランプの高さの変化を追跡するため１つ以上の受動自由度を有するべきである。更に、６方向ブレードでは、電動アクチュエータ装置３０２では、オペレータがジョイスティック２００の中心軸２０５を中心にジョイスティック２００を手動で回転できるようにするべきである。したがって、電動アクチュエータ装置３０２は、合計４つの自由度、すなわち、２つの能動自由度と２つの受動自由度とを有するべきである。能動自由度は、ブレードを動かし、かつ（電気エネルギーなど）エネルギーを消費する自由度を意味し、受動自由度は、ブレードは動かさないが、ジョイスティックの適切な位置決め、連結、手動操作を行うことができる自由度を意味する。実務上、油圧シリンダの速度を正確に制御するために、能動自由度によって、ジョイスティック２００をミリメータ単位の精度で動かすことができるべきである。一般的に、能動自由度の数及び受動自由度の数は、ブレードの自由度の数、及びジョイスティックのデザインと操作に従って特定できる。
【００５４】
図３に戻る。オペレータに操作モード（自動（ａｕｔｏ）又は手動（ｍａｎ））を選択させるため、自動制御のスイッチオン及びオフをオペレータが操作する、２位置スイッチ、つまり、自動／手動スイッチ３２０がある。自動／手動スイッチ３２０は、様々な位置に配置できる。図３に示す実施形態では、自動／手動スイッチ３２０は、ケース３１０の後面３１２に配置される。自動／手動スイッチ３２０はまた、ケース３１０から離れて配置することができ、例えば、シェルフ１２２上に配置できる。このスイッチは、以下に更に詳細を説明する、ユーザインターフェースの構成要素である。
【００５５】
更に、安全操作のために、電動アクチュエータ装置３０２は、危機的状況において、自動／手動スイッチ３２０を操作せずに、システムを人間の制御下で操作させるための、オペレータ反射型オーバーライド介入機能（operator reflex override intervention）をサポートする。例えば、ブレードが非常に高い負荷に埋もれた場合、緊急手動オーバーライドが必要であってもよい。緊急手動オーバーライドは、また、ドーザが静止状態で自動モードが誤って作動した場合、必要であってもよい。ドーザが静止状態の場合、ブレードは地面を掘ることができず、ブレードはドーザ本体を持ち上げ始めるであろう。制御システムが自動モードで操作している場合、オペレータは、ジョイスティックを握りジョイスティックを動かすだけで自動制御を解除することができる。特定の場合、適宜、手動介入機能が自動制御に優先し、ブレードを上下に動かす。ある実施形態では、電動アクチュエータ装置３０２は、モータへの駆動電流を絶えずモニタしており、ジョイスティックの手動オーバーライドから生じる過電流状態の場合、電源を切る（更なる詳細は、以下を参照）。
【００５６】
図４Ａは、本発明のある実施形態による、自動制御システムの概略ブロック図を示す。自動制御システムは、システムに対する動的及び静的影響、並びに測定誤差を修正する閉じたフィードバックシステムである。動的影響は、マシーン及びブレード動作中にだけ外部世界からシステムに現れるが、静的影響は、どのような状況下でも存在する。地面から本体位置の変化に対する反力が動的影響の一例であり、ブレードの重量が静的な力（静的影響）の一例である。
【００５７】
電動アクチュエータ装置３０２は、自動／手動スイッチ３２０、１つ以上の入／出力（Ｉ／Ｏ）装置４０４、及び１つ以上の測定部（以下に説明）から入力を受ける。電動アクチュエータ３０２は、スイッチ状態ステータス信号４０１（自動又は手動）を自動／手動スイッチ３２０から受信する。電動アクチュエータ３０２は、入力４０３ＡをＩ／Ｏ装置４０４から受ける。入力４０３Ａは、ブレードの位置及び方位の目標（所望の）値を特定する基準値の組を含む。Ｉ／Ｏ装置４０４を以下に更に詳細に説明するが、Ｉ／Ｏ装置の一例は、キーパッドである。
【００５８】
測定値の組は、１つ以上の測定部により生成され、測定部は、１つ以上のセンサと、センサからの信号を処理しデジタルデータの形式での測定値を生成するための関連するハードウエア、ファームウエア、及びソフトウエアと、を含む。測定部は、ドーザ本体１０２又はブレード１０４上に据え付けることができる（図１Ａ）。測定部の具体例及び測定部の具体的配置は、以下に説明する。一般的に、Ｎが１以上の整数である、Ｎ個の測定部がある。図４Ａでは、測定部は、測定値＿１  ４４１−１、測定値＿２  ４４１−２、…、及び測定値＿Ｎ  ４４１−Ｎをそれぞれ出力する、測定部＿１  ４４０−１、測定部＿２  ４４０−２、…、及び測定部＿Ｎ  ４４０−Ｎとして参照される。一般的に、各測定部の構成要素及び構成、並びに各測定部により出力される測定値の組は異なってもよい。
【００５９】
測定部に対する入力４５１は、ドーザ本体１０２、ブレード１０４、及び（油圧シリンダの伸長などの）その他の構成要素の位置及び方位状態を含む、ドーザ１００の位置及び方位状態を表す。ドーザ１００及び油圧シリンダ４３４と、油圧バルブ４３２と、ジョイスティック２００と、を含む、様々な構成要素は、動的及び静的影響の対象である。測定値はまた、測定誤差の対象でもある。測定誤差は、あるセンサ上の電気的ノイズの効果と、温度、衝撃、あるセンサ上の振動の効果とを含む、様々な原因から生じる場合がある。
【００６０】
電動アクチュエータ装置３０２では、演算システム４０２が測定誤差を補正するために入力測定値の組をフィルタリングし、ブレードの位置及び方位の推定値を算出する。カルマンフィルタや拡張カルマンフィルタなどの様々なフィルタが測定値の様々な組を融合させるために使用される。演算システム４０２により実行されるフィルタ及び算出工程は、演算システム４０２に記憶された制御アルゴリズムにより特定される。制御アルゴリズムは、例えば、自動制御システムの搭載中に、制御技術者によりＩ／Ｏ装置４０４を介して入力できる。制御アルゴリズムは、搭載される測定部のタイプ、数、配置及び制御する自由度に依存する。演算システム４０２の実施形態を以下に詳細に説明する。
【００６１】
演算システム４０２は、その後、算出された推定値と（入力４０３Ａに含まれる）基準値との間の差異から誤差信号を算出する。誤差信号から、演算システム４０２は、制御アルゴリズムに従って、対応する制御信号を算出する。
【００６２】
図８は、比例（Ｐ）コントローラを実施する基本的な制御アルゴリズムの概略図を示す。入力信号Ｘ  ８０１は、システムを出力信号Ｙ  ８０７により定義された所望の条件下に置く参照信号である。減算部８０２は、入力信号Ｘと出力信号Ｙとを受信し、差異Ｘ−Ｙを算出する。差異信号８０３はその後、差異信号８０３を利得係数Ｋと乗算する、増幅器８０４に入力される。利得係数Ｋは、調整可能なパラメータであり、その値は、システムの所望の帯域幅、測定ノイズ、動的及び静的影響、及び制御ループ内の要素の固有の利得係数に基づいて特定される。出力信号８０５は、手動モードでは開であり、自動モードでは閉である、スイッチ８０６に入力される。自動モードでは、出力信号８０５は、積分器８０８に入力される。積分器８０８の出力は、出力信号Ｙ  ８０７である。更に複雑な制御アルゴリズムを特定し、演算システム４０２に入力することが可能である。制御アルゴリズムは当業界では既知であるため、本明細書では更に詳細に説明しない。
【００６３】
図４Ａに戻る。ドライバ＿１  ４１０は、制御信号４１１を受信し、モータ＿１  ４１２を駆動する電圧又は電流を表す駆動信号４１３を生成する。同様に、ドライバ＿２  ４２０は、制御信号４２１を受信し、モータ＿２  ４２２を駆動する電圧又は電流を表す駆動信号４２３を生成する。ドライバ＿１  ４１０は、駆動信号４１３の値を表す出力信号４６１を演算システム４０２に返送し、同様に、ドライバ＿２  ４２０は、駆動信号４２３の値を表す出力信号４７１を演算システム４０２に返送する。出力信号４６１と出力信号４７１は、例えば、アンペア単位の駆動電流の値を表すことができる。演算システム４０２は、出力信号４６１と出力信号４７１をモニタしてオーバードライブ状況を決定する。例えば、出力信号４６１が特定の閾値を超える、又は出力信号４７１が特定の閾値を超えると、演算システム４０２は、自動モードを無効にでき、制御システムは、手動モードに戻る。特定の閾値は、例えば、制御技術者により、自動制御システムの搭載時に設定できる。
【００６４】
モータ＿１  ４１２は、モータシャフトの位置を推定し、位置推定値を含有するフィードバック信号４１５をドライバ＿１  ４１０に返送するエンコーダを装備する。同様に、モータ＿２  ４２２は、モータシャフトの位置を推定し、位置推定値を含有するフィードバック信号４２５をドライバ＿２  ４２０に返送するエンコーダを装備する。モータがステッパモータの場合、エンコーダは必要ないが、軸の参照用ホーム位置が記憶され、シャフトの位置は、ホーム位置からのステップ数により決定される。
【００６５】
ドライバは異なる手段により実施できる。例えば、単一の集積回路又はマルチコンポーネント型プリント回路基板により実施される。ドライバは、モータに埋め込むことができる。一般的に、ドライバは、モータの特定のタイプ及びエンコーダの特定のタイプに依存する。
【００６６】
以下に説明するように、モータは、ジョイスティックのストロークを制御する。ジョイスティックのストロークは、モータシャフトの位置に明確に依存する。局地的フィードバックにより、（制御信号内の）デジタルコードからポジションへの明確な変換が可能になり、電動アクチュエータの応答時間を改善することができ、動的及び静的影響による弊害が補正される。モータ、油圧バルブ、油圧シリンダの特定の組み合わせに対する、ブレード速度対ジョイスティックのストロークの（不感帯を含む）非線形な従属性に対して、効率的な補正を適用することができる。所望の補正を達成するため、電動アクチュエータの搭載後、ドーザに対して校正手順を実施する。
【００６７】
モータ＿１  ４１２及びモータ＿２  ４２２は、アーム３０４を移動でき（図３）、続いて、ジョイスティック２００を移動できる。モータ＿１  ４１２は、移動４１７を生じさせ、同様に、モータ＿２  ４２２は、移動４２７を生じさせる。モータ＿１  ４１２とモータ＿２  ４２２との組み合わせにより、２つの能動自由度が提供され、領域２１１Ｒに渡ってジョイスティック２００を動かすことができ（図３）、高度及び傾斜チャネルが制御される。これらのチャネルの独立制御が望ましく、すなわち、各モータが別のチャネルを制御する。例えば、モータ＿１  ４１２は、高度を制御し、モータ＿２  ４２２は傾斜を制御してもよい。
【００６８】
独立制御は、モータからの力ベクトルが互いに直交する場合に達成できる。図２Ａを参照する。１つの力ベクトルは、ジョイスティック上下軸２０１と一致するべきであり、もう一方の力ベクトルは、ジョイスティックＣＣＷ／ＣＷ軸２０３と一致するべきである。この特徴により、モータ動作切り替えサイクル数を最小にすることにより、省電も可能になり、モータの使用可能寿命を延ばすことができる。典型的には、ドーザの自然力学により、傾斜チャネルは、高度チャネルよりも小さい切り替え率が要求される。
【００６９】
図４Ａに戻る。ジョイスティック２００の移動により、出力４３１と出力４３３として参照される、２つの出力が生成される。出力４３１及び出力４３３は、油圧バルブ４３２内のスプールの位置を変化させ、次に、スプールの位置の変化により、油圧シリンダ４３４を動かす作動液４３５の流量が変化する。手動バルブでは、ジョイスティック２００は、機械的な接合手段を介して、バルブに動作可能に連結される。電動バルブでは、ジョイスティック２００は、ポテンショメータ又はバルブへの電圧又は電流を制御するその他の電気装置に動作可能に連結される。
【００７０】
油圧シリンダ４３４は、ブレード１０４に対して力４３７を加え、ブレード１０４のブレードの位置及び方位を変化させる。したがって、油圧シリンダ４３４は、ドーザ１００の構成、つまり、ブレード１０４とドーザ本体１０２との相互の位置及び方位を変化させる。測定部は、この変化を検知し、更に処理するための情報を提供する。所望の閉じたフィードバックループは、このように完了する。
【００７１】
図４Ｂ及び図４Ｃは、測定部が特定のタイプ及び構成を有する自動制御システムの実施形態を示す。
【００７２】
図４Ｂは、２つの慣性計測装置（ＩＭＵ）を有する、自動制御システムの実施形態の概略ブロック図を示す。この実施形態では、ＩＭＵ＿１  ４６０として参照される、第１のＩＭＵは、上述のようにドーザキャブ１０６（図１Ａ）内に据え付けられる電動アクチュエータ装置３０２のケース３１０（図３）内に据え付けられる。ＩＭＵ＿１  ４６０は、図１ＡのＩＭＵ１２０に対応してもよい。ＩＭＵ＿２  ４６２として参照される、第２のＩＭＵは、ブレード１０４上に据え付けられ、図１ＡのＩＭＵ１５０に対応してもよい。特定の基準値を含む入力４０３Ｂは、演算システム４０２に入力される。演算システム４０２は、ＩＭＵ＿１  ４６０から測定値４４１−１及びＩＭＵ＿２  ４６２から測定値４４１−２を受信し、測定値をフィルタリングし、本体ピッチ角θ1１３３の推定値、本体ロール角φ1１３１の推定値（図１Ａ）、相互本体−ブレード位置を算出する。演算システム４０２は、相互本体−ブレード位置を考慮にいれて、本体ピッチ角と本体ロール角の算出値と基準値を比較することにより誤差信号を算出する。ジョイスティック２００の制御は、その後、図４Ａを参照して上述したように処理する。この自動制御システムは、ピッチ及びロール安定化システムとして機能する（前述のＰＣＴ国際出願ＲＵ２０１２／００００８８号参照）。
【００７３】
他の実施形態によれば、ＩＭＵ＿１  ４６０は、電動アクチュエータ３０２のケース３１０内に据え付けられない。その代わり、ＩＭＵ＿１  ４６０は、ドーザメインフレーム１７０に据え付けられる（図１Ａ）。いくつかのドーザでは、ドーザキャブ１０６はオペレータが快適に過ごせるように（ゴムブロックなどの）サスペンションシステムを有してもよく、このサスペンションシステムは、ドーザキャブとドーザメインフレームとを切り離す。したがって、電動アクチュエータ装置３０２の位置及び方位の変化は、ドーザメインフレーム１７０のそれらと異なってもよく、つまり、本体ピッチ角と本体ロール角の値は、ＩＭＵが据え付けられるドーザ本体１０２上の特定の位置に相関して変化してもよい。電動アクチュエータ装置の共振周波数はまた、ドーザメインフレームの共振周波数と異なってもよい。ＩＭＵ上の衝撃及び振動の効果は、共振周波数によって変動し、衝撃及び振動は、不正確なピッチ及びロール推定値をもたらす。ブレード１０４が油圧シリンダを介して、シャーシ及びトラックに沿って、地面に据えるドーザメインフレーム１７０に連結されるため、ＩＭＵ＿１  ４６０をドーザメインフレーム１７０上に据え付けることにより、得られる地面の外形の誤差を削減できる。
【００７４】
いくつかのドーザでは、オペレータ席だけがサスペンションを有し、ドーザキャブは、ドーザメインフレームに強固に据え付けられる。これらのドーザでは、電動アクチュエータ３０２のケース３１０内にＩＭＵ＿１  ４６０を搭載することにより、ＩＭＵ＿１  ４６０を別個にドーザメインフレームに搭載するよりも、簡易に、安価に、より便利で、よりコンパクトな解決策を提示できる。ドーザキャブは、ドーザメインフレームに強固に据え付けられるので、許容可能な精度を得ることができる。
【００７５】
図４Ｃは、２つの慣性計測装置（ＩＭＵ）、ＧＮＳＳセンサ（アンテナ）、及びＧＮＳＳ受信器を有する自動制御システムの実施形態の概略ブロック図を示す（前述の、ＰＣＴ国際出願ＲＵ２０１２／００００８８号参照）。組み合わせられたＧＮＳＳセンサ及びＧＮＳＳ受信器は、測定部に対応する。ＩＭＵは、図４Ｂで参照される上述したＩＭＵと同じである。ＧＮＳＳセンサ１４０（アンテナ）は、ドーザキャブ１０６の屋根部１０８に据え付けられる（図１Ａ）。ＧＮＳＳセンサ１４０により受信された衛生信号は、例えば、ドーザキャブ１０６内又は屋根部１０８上に配置できるＧＮＳＳ受信器４６４により処理される。ＧＮＳＳ受信器４６４は、ＧＮＳＳセンサ１４０の座標のセンチメートル水準の精度を提供できる。これらの座標は、測定値４４１−３として含まれる。特定の基準値を含む入力４０３Ｃは、演算システム４０２に入力される。
【００７６】
演算システム４０２は、ＩＭＵ＿１ ４６０からの測定値４４１−１、ＩＭＵ＿２  ４６２からの測定値４４１−２、及びＧＮＳＳ受信器４６４からの測定値４４１−３を受信する。演算システム４０２は、カルマンフィルタアプローチに基づくアルゴリズムを実行し、ブレードの正確な３次元（３Ｄ）座標を決定する。図４Ｃに示す実施形態は、図４Ｂに示す実施形態の高度制御に関連するあらゆる流れ（drift）を削除している。演算システム４０２は、３Ｄのブレード座標及びブレードロール角の算出値を基準値と比較することにより誤差信号を算出する。ジョイスティック２００の制御は、その後、図４Ａで参照される上述したように処理する。
【００７７】
ある実施形態では、高度チャネル及び傾斜チャネルの自動／手動制御モードは、独立して設定でき、高度チャネル／傾斜チャネル用の制御モードの４つの組み合わせ、つまり、手動／手動、自動／自動、自動／手動、及び手動／自動がある。高度チャネルと傾斜チャネルの両方の手動制御は、デフォルトで有効にでき、高度チャネルと傾斜チャネルの両方の自動制御は、所望の場合、有効にできる。操作条件により、オペレータは、高度チャネルの自動制御だけを有効にでき、ジョイスティックを使って手動で傾斜を制御できる。同様に、オペレータは、傾斜チャネルの自動制御だけを有効にでき、ジョイスティックを使って手動で高度を制御できる。
【００７８】
制御オプションは、所望の用途及び測定部の構成に依存する。例えば、図４Ｂに示す２つのＩＭＵに基づく自動制御システムでは、絶対ブレード傾斜が推定され自動傾斜制御のために使用されるが、高度は手動又は自動で制御できる。他の用途では、１つのＩＭＵだけが使用され、ＩＭＵ＿１  ４６０がドーザ本体には搭載されず、ＩＭＵ＿２  ４６２だけがブレードに搭載される。ＩＭＵ＿２  ４６２は、自動傾斜制御にだけ使用される、絶対ブレード傾斜の推定値を提供する。傾斜チャネルの自動制御のために１つのモータだけが搭載され、高度制御は手動のみである。
【００７９】
自動高度制御には、異なるスキームが使用されてもよい。選択は、オペレータの嗜好に依存する。短期調整に適しているある方法では、オペレータが視標（例えば、杭、紐、又は近傍の掘削列（ｓｗａｔｈ））に基づいて所望の外形にブレードを戻す。システムは、まず、オペレータ手動介入機能に従ってブレードの高度を変化させ、オペレータが手動制御を解除した後、システムは高度チャネルの完全自動制御を復元させる。
【００８０】
前述の米国特許出願公開第２０１０／０２９９０３１号に記載の他の方法では、制御点を移行させることによって制御を実施する。制御点は、ドーザの構成が平衡状態である条件を定義するドーザトラックの底面上の仮想点である。無負荷のドーザの場合、制御点は、機械の重心の底部の突出である。機械の動作時、平衡点は、外部の力の影響によりその位置を変化させる。その後、制御点は、オペレータにより手動で調整される。
【００８１】
様々な手段をオペレータの入力を制御システムに付与するために使用できる。例えば、入力装置は、ブレード高度又は制御点の位置の変更を制御する（追加の電動ジョイスティック、ダイアル、スライド式スイッチなどの）機器を含んでもよい。この構成は、汎用性を有する。一般的に、入力装置は、演算システム４０２に動作可能に連結されたＩ／Ｏ装置４０４と、演算システム４０２に動作可能に連結されない入力装置との両方を含んでもよい。
【００８２】
ある実施形態では、入力装置は、電動アクチュエータ装置３０２（図３）のケース３１０上又はシェルフ１２２上に配置される。入力装置は、キーボード（例えば、フィルム又はボタン型）と、オペレータ又は制御技術者がシステムの様々なアスペクトのセットアップをすることができる、表示器（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ））と、を含んでもよい。セットアップパラメータは、例えば、ドーザの幾何学的形状と、ＩＭＵ据え付け用オフセットの校正と、参照用ピッチ及びロール設定（これらは現在のピッチ及びロールをバッファすることにより入力、又はキーボードを介して入力できる）と、（不感帯を含む）アクチュエータ非線形校正と、高度調整モード（自動／手動）の選択と、傾斜調整モード（自動／手動）の選択と、を含んでもよい。利便性が高く一般的な実施において、統合型キーボード又はタッチスクリーンを有し、機械の計器板に配置又はその中に統合される、ディスプレイ１２４（図１Ａ）が使用されてもよい。
【００８３】
オペレータが、例えば、短期的な手動のブレード高度の調整のみを実行する必要がある場合、オペレータは、通常通り、ジョイスティック２００を使用できる。ただし、これらの状況下では、ジョイスティックは未だ自動モードであるので、オペレータは、不都合な状況にある。つまり、ジョイスティックは、電動アクチュエータにより持続的に動かされており、オペレータは、モータに優先する必要がある。オペレータは、過度な力を加えることなく、静かに電動アクチュエータに優先して、自動制御システムを解除することができるべきである。手動操作の優先を容易に行うことができる適切なモータアッセンブリを以下に説明する。
【００８４】
図５及び図６は、電動アクチュエータ装置３０２に使用される電動モータアッセンブリの２つの実施形態を示す。これらの実施形態は、自動制御システム実施するための構成要素及び構成要素間のインターフェースの例を示す。モータは、順に連結されている。１つのモータ（外側モータ）がケース３１０（図３）に強固に据え付けられ、次に、ドーザ本体に強固に据え付けられている。もう１つのモータ（内側モータ）は、外側モータの動く部分に据え付けられている。内側モータはジョイスティックを動かす。一般的に、所望のタスクに適した電動モータには２つのタイプ、すなわち、リニア型とロータリ型とがある。その結果、外側／内側モータとして、リニア型／リニア型、ロータリ型／ロータリ型、リニア型／ロータリ型、及びロータリ型／リニア型の４つの可能性のある組み合わせが考えられる。自動制御システムは、また、上述の受動自由度を許容する必要がある。様々な連結ジョイント及びフォークを使用できる。しかしながら、フォークは、激しい摩耗により使用可能寿命が短いため、望ましくない。ジョイントの数はまた、最小にするべきであり、同時に、自動制御システムを可能な限り信頼できるようにするべきである。
【００８５】
図５は、直交して据え付けられたリニア型筒状モータに基づく、デカルト座標運動学的幾何学的形状を有する実施形態を示す。かかるモータは、在庫品として購入できる。外側モータ５１０は、傾斜チャネル（ブレード１０４の傾斜）を制御する。外側モータ５１０は、ステータ５１２と、スライダ５１４と、を含む。スライダ５１４の端面は、電動アクチュエータ装置３０２のケース３１０に強固に据え付けられている。端面５１４Ａは、位置３１０Ａにて、ケース３１０に据え付けられ、同様に、端面５１４Ｂは、位置３１０Ｂにて、ケース３１０に据え付けられる。
【００８６】
スライダ５１４は、稀土類永久強力磁石で満たされた筒である。ステータ５１２は、コイルを有し、コイルに電圧又は電流を印加することにより外側モータ５１０の長手方向軸５１１に沿って移動することができ、長手方向軸５１１に沿った移動５１３により第１の能動自由度が実施される。備考：この構成では、スライダは固定され、ステータは移動する。ステータ５１２は、スライダ５１４の位置を検知する埋め込み式のエンコーダを有する。ステータ５１２は、また、ジョイスティックハンドル２０２をジョイスティックロッド２０４（図２）に対して固定するクランプ２０６の高さの変化を追跡させる受動回転自由度を有する。長手方向軸５１１を中心とした、ステータ５１２の回転５１５により、受動自由度が実施される。
【００８７】
内側モータ５２０は、高度チャネル（ブレード１０４の高度）を制御する。内側モータ５２０は、ステータ５２２と、スライダ５２４と、を含む。内側モータ５２０のステータ５２２は、外側モータ５１０のステータ５１２に強固に据え付けられる。スライダ５２４は、ステータ５２２内のコイルに電圧又は電流を印加することにより内側モータ５２０の長手方向軸５２１に沿って移動できる。長手方向軸５２１は、長手方向軸５１１に対して直交する。内側モータ５２０の長手方向軸５２１に沿う移動５２３により、第２の能動自由度が実施される。ステータ５２２は、スライダ５２４の位置を検知する埋め込み式のエンコーダを有する。
【００８８】
スライダ５２４の端面５２４Ｂは、自由端である。ボールジョイント５３０は、スライダ５２４の端面５２４Ａに据え付けられる。ボールジョイント５３０は、３つの受動回転自由度５３１を有する。図２Ａを参照する。搭載時、クランプ２０６を緩め、ジョイスティックハンドル２０２をジョイスティックロッド２０４から取り外す。図３を参照する。この場合、アーム３０４がスライダ５２４に対応し、カップリング３０６がボールジョイント５３０に対応する。ジョイスティックロッド２０４がボールジョイント５３０の中央穴５３２に挿入される（図５）。ジョイスティックハンドル２０２は、その後、クランプ２０６を使ってジョイスティックロッド２０４に再度取り付けられる。
【００８９】
（電動バルブの制御に使用されるような）いくつかのジョイスティックでは、ジョイスティックハンドルがジョイスティックロッドから取り外せない場合がある。これらの場合、スプリットボールとハウジングを有するカップリングを使用できる。カップリングは、ジョイスティックロッドの一部の周りに配置される。
【００９０】
図５は、機械的視点からの基本的な実施形態を示す。ただし、本実施形態の欠点は、手動モードで機械を制御している間、モータ自身及びオペレータによりジョイスティックに加わる非ゼロのアームの力（non-zero arm of force）により生じるモーメントのために外側モータ内に摩擦が増えることである。この場合、ボールベアリングを使って摩擦を最小化し、使用可能寿命を延ばす。外側モータは、摩擦力を補正するための予備力を有するべきである。
【００９１】
なお、図５では、内側モータ及び外側モータの役割は、カップリングの幾何学的形状の適切な変更、又はジョイスティックに対する、電動アクチュエータ装置の据え付け構成の適切な変化により、交換可能である。つまり、内側モータは傾斜チャネルの制御のために使用可能であり、外側モータは高度チャネルの制御のために使用可能である。
【００９２】
図６に示す実施形態は、極座標運動学的幾何学的形状を有し、これはロータリ型及びリニア型モータに基づく。外側ロータリ型モータは、傾斜チャネルを制御し、内側リニア型モータは、高度チャネルを制御する。外側ロータリ型モータ６１０は、ステータ６１２と、ロータシャフト６１４と、を含む。ロータシャフト６１４の端部は、電動アクチュエータ３０２のケース３１０（図３）に強固に据え付けられる。端面６１４Ａは、位置３１０Ｃにて、ケース３１０に据え付けられ、同様に、端面６１４Ｂは、位置３１０Ｄにて、ケース３１０に据え付けられる。図６では、外側ロータリ型モータ６１０は、インランナーモータ（in-runner motor）に対応し、廉価であるので業界では広く利用されているが、アウトランナーモータ（out-runner motor）も使用できる。
【００９３】
ロータに双極又は多極の稀土類永久強力磁石が実装される、ブラシレス高トルク回転サーボモータ又はハイブリッド型ステッパモータを使用することは有利である。いくつかの実施形態では、外側ロータリ型モータ６１０は、シャフトの回転度を検知するエンコーダを装備する。ステータ６１２は、コイルを有し、かつコイルに電流又は電圧を印加することによりロータシャフト６１４を中心として回転可能である。外側ロータリ型モータ６１０の長手方向軸６１１を中心とする回転６１３により、傾斜チャネルを制御するための第１の能動自由度が実施される。技術的には、回転６１３によりボールジョイント５３０が弧に沿って移動する。しかしながら、実務上、回転半径が十分大きいため弧は略線分である。備考：この構成では、シャフトは固定され、ステータは移動する。
【００９４】
２つの内側リニア型モータが外側ロータリ型モータ上に据え付けられる。第１の内側リニア型モータ６３０は、ステータ６３２と、スライダ６３４と、を含む。ステータ６３２は、ステータ６３２がロータシャフト６１４の長手方向軸６１１に対して直交する回転軸６１５を中心としてステータ６１２に対して回転できるように外側ロータリ型モータ６１０のステータ６１２の第１の面（面６１２Ａ）に据え付けられる。スライダ６３４は、ステータ６３２内のコイルに電流又は電圧を印加することにより内側モータ６３０の長手方向軸６３１に沿って移動することができる。ステータ６３２は、スライダ６３４の位置を検知する埋め込み式のエンコーダを有する。
【００９５】
同様に、第２の内側リニア型モータ６４０は、ステータ６４２と、スライダ６４４と、を含む。ステータ６４２は、ステータ６４２がロータシャフト６１４の長手方向軸６１１に直交する回転軸６２１を中心としてステータ６１２に対して回転できるように外側ロータリ型モータ６１０のステータ６１２の第２の面（面６１２Ａの反対側の面６１２Ｂ）に据え付けられる。回転軸６２１は、回転軸６１５に一致する。共通回転軸は、回転軸６６１として参照される。スライダ６４４は、ステータ６４２内のコイルに電流又は電圧を印加することにより内側モータ６４０の長手方向軸６４１に沿って移動することができる。ステータ６４２は、スライダ６４４の位置を検知する埋め込み式のエンコーダを有する。
【００９６】
スライダ６３４の端面６３４Ａ及びスライダ６４４の端面６４４Ａは、クロスバー６５２により強固に接続される。同様に、スライダの反対側の端面である、スライダ６３４の端面６３４Ｂ及びスライダ６４４の端面６４４Ｂ、は、クロスバー６５４により強固に接続される。ボールジョイント５３０は、クロスバー６５２に据え付けられる。図３を参照する。この場合、アーム３０４は、クロスバー６５２に対応し、カップリング３０６は、ボールジョイント５３０に対応する。
【００９７】
図６に戻る。同時に起こる回転軸６１５を中心とする回転６１７及び回転軸６２１を中心とする回転６２３は、内側リニア型モータ６３０と、内側リニア型モータ６４０と、クロスバー６５２と、クロスバー６５４と、を含む、内側モータアッセンブリの共通回転軸６６１を中心とする共通回転６６３に対応する。共通回転軸６６１を中心とする共通回転６６３により、電動アクチュエータ装置は受動自由度を有するようになり、クランプ２０６の変化する高さを追跡することができる。同時に起こる長手方向軸６３１に沿ったスライダ６３４の移動６３３及び長手方向軸６４１に沿ったスライダ６４４の移動６４３は、長手方向軸６５１に沿ったボールジョイント５３０の移動６５３に対応する。長手方向軸６５１に沿った移動６５３は、第２の能動自由度を付与する。内側モータアッセンブリは、高度チャネルを制御する。
【００９８】
このアプローチにより、アッセンブリ全体のコンパクト性を維持しながら、構造の剛性を改善し、摩擦を最小化し、モータの力を倍にすることができる。この構成により、外側モータからの接線方向の力と蓄積された内側の力が直交するので、傾斜と高度を独立して制御することができる。図６に示す実施形態は、図５に示す実施形態よりも機械的により複雑であるが、前者は入手可能な在庫品である構成要素を使用しており、より信頼でき、かつ１つ以上のモータを使っているにも拘らず製造時は安価で済む。
【００９９】
なお図６では、外側ロータリ型モータ及び内側リニア型モータの役割は、カップリングの幾何学的形状の適切な変更、又はジョイスティックに対する、電動アクチュエータ装置の据え付け構成の適切な変化により、交換可能である。つまり、外側ロータリ型モータは高度チャネルの制御のために使用可能であり、内側リニア型モータは傾斜チャネルの制御のために使用可能である。
【０１００】
リニア型モータを使用しない場合、リニア型ガイド及びステージを使用し、力及び剛性を増加させ、摩擦の影響を最小化することができる。ボイスコイルモータ、平坦なマグネットサーボモータ、及び、更に、ソレノイドなどの他のタイプのリニア型モータが使用されてもよい。トルクアンギュラモータ、ブラシモータ、非同期型モータ、及び同期型モータなどの他のタイプのロータリ型モータが使用されてもよい。他のジョイントがボールジョイント５３０の代わりに使用されてもよい。他の運動学的幾何学的形状が使用されてもよい。
【０１０１】
図７は、電動アクチュエータ装置３０２で使用される演算システム４０２（図４Ａ〜図４Ｃ）の実施形態の概略図を示す。１つの構成では、演算システム４０２が電動アクチュエータ装置３０２のケース３１０（図３）に収容されるが、別のユニットであってもよい。当業者は、ハードウエア、ファームウエア、及びソフトウエアの様々な組み合わせから演算システム４０２を構築できる。当業者は、１つ以上の汎用マイクロプロセッサ、１つ以上のデジタル信号プロセッサ、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ以上のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を含む様々な電子部品から演算システム４０２を構築できる。
【０１０２】
演算システム４０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）７０６と、メモリ７０８と、データ記憶装置７１０とを含むコンピュータ７０４を備える。データ記憶装置７１０は、半導体メモリ、磁気ハードディスク、又は読み取り専用コンパクトディスクなど、少なくとも１つの持続的有形非一時的コンピュータ可読媒体を含む。ある実施形態では、コンピュータ７０４は、集積デバイスとして実施される。
【０１０３】
演算システム４０２は、コンピュータ７０４を１つ以上の入／出力（Ｉ／Ｏ）装置４０４（図４Ａ〜図４Ｃ）とインターフェースで接続するローカル入／出力インターフェース７２０を更に含んでもよい。入／出力装置４０４の例として、キーボード、マウス、タッチスクリーン、ジョイスティック、スイッチ、及びローカルアクセス端末を挙げることができる。コンピュータ実行コードを含むデータがローカル入／出力インターフェース７２０を介してコンピュータ７０４へかつコンピュータ７０４から転送される。ユーザは、入／出力装置４０４を介してコンピュータ４０２にアクセスできる。ユーザによって、アクセス権限が異なる。例えば、ユーザがドーザオペレータの場合、ユーザは、ブレード高度及びブレード方位の基準値を入力するだけの制限された権限を有する。しかしながら、ユーザが制御技術者又はシステムインストールの技術者の場合、ユーザはまた、制御アルゴリズム及びセットアップパラメータを入力する権限を有する。
【０１０４】
演算システム４０２は、コンピュータ７０４をオペレータキャビン（図１Ａ）内のビデオディスプレイ１２４などのビデオディスプレイにインターフェースで接続するビデオディスプレイインターフェース７２２を更に備えてもよい。演算システム４０２は、コンピュータ７０４とリモートアクセスネットワーク７４４とをインターフェースで接続する通信ネットワークインターフェース７２４を更に備えてもよい。リモートアクセスネットワーク７４４の例として、ローカルエリアネットワークとワイドエリアネットワークを挙げることができる。ユーザは、リモートアクセスネットワーク７４４に接続されたリモートアクセス端末（図示せず）を介してコンピュータ７０４にアクセスできる。コンピュータ実行コードを含むデータが通信ネットワークインターフェース７２４を介してコンピュータ７０４へかつコンピュータ７０４から転送される。
【０１０５】
演算システム４０２は、コンピュータ７０４をドライバ＿１  ４１０にインターフェースで接続するドライバ＿１  インターフェース７２６及びコンピュータ７０４をドライバ＿２  ４２０にインターフェースで接続するドライバ＿２  インターフェース７２８など、１つ以上のドライバインターフェースを更に備えてもよい（図４Ａ〜図４Ｃ）。
【０１０６】
演算システム４０２は、コンピュータ７０４を測定部＿１  ４４０−１及び測定部＿２  ４４０−２（図４Ａ）にそれぞれインターフェースで接続する測定部＿１  インターフェース７３０及び測定部＿２  インターフェース７３２など、１つ以上の測定部インターフェースを更に備えてもよい（図４Ａ）。測定部はまた、ローカル入／出力インターフェース７２０又は通信ネットワークインターフェース７２４を介してコンピュータ７０４にインターフェースで接続してもよい。
【０１０７】
演算システム４０２は、コンピュータ７０４を自動／手動スイッチ３２０とインターフェースで接続する自動／手動スイッチインターフェース７３４を更に備えてもよい（図３及び図４Ａ〜図４Ｃ）。
【０１０８】
図７のインターフェースは、様々なトランスポートメディアを介して実施可能である。例えば、インターフェースは、ワイヤ又はケーブルを介して電気信号を、光ファイバを介して光信号を、無線で（無線周波数信号などの）電磁信号を、自由空間光信号を、送受信できる。
【０１０９】
既知のように、コンピュータ及びアプリケーションの全体の動作を定義するコンピュータソフトウエアの制御下で、コンピュータは作動する。ＣＰＵ７０６は、全体の動作及びアプリケーションを定義するコンピュータプログラム命令を実行することによりコンピュータ及びアプリケーションの全体の動作を制御する。コンピュータプログラム命令は、当業者によりプログラムを作成されたコンピュータ実行コードとして実施される。コンピュータプログラム命令は、データ記憶装置７１０に記憶することができ、プログラム命令の実行が所望される際、メモリ７０８にロードできる。例えば、図８に概略的に示される制御アルゴリズム及び図４Ａ〜図４Ｃに概略的に示される全体的な制御ループは、コンピュータプログラム命令により実施される。したがって、コンピュータプログラム命令を実行することにより、ＣＰＵ７０６は、制御アルゴリズム及び制御ループを実行する。
【０１１０】
図９は、ジョイスティックの少なくとも１つの移動が車両本体に動作可能に連結される器具の少なくとも１つの自由度を制御する、ジョイスティックを自動制御するための、本発明の実施形態による方法をまとめたフローチャートを示す。ステップ９０２では、演算システムは、車両本体、器具、又は車両本体と器具の両方に据え付けられる少なくとも１つの測定部から少なくとも１つの組の測定値を受信する。測定値の組は、少なくとも１つの自由度に対応する。つまり、測定値の組は、直接又は間接に、少なくとも１つの自由度の値を測定する。
【０１１１】
ステップ９０４では、演算システムは、少なくとも１つの組の測定値、少なくとも１つの自由度の少なくとも１つの基準値、及び制御アルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの誤差信号を算出する。少なくとも１つの基準値は、オペレータにより入力でき、現在測定値をバッファリングすることにより生成され、又は数値モデルから生成される。少なくとも１つの基準値は、演算システムに記憶できる。制御アルゴリズムは、例えば、制御技術者又はシステムインストール技術者により入力でき、かつ演算システムに記憶させることができる。
【０１１２】
ステップ９０６では、演算システムは、少なくとも１つの誤差信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの制御信号を算出する。ステップ９０８では、少なくとも１つのドライバは、少なくとも１つの制御信号を受信し、少なくとも１つの制御信号に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの電気駆動信号を生成する。ステップ９１０では、電動モータアッセンブリは少なくとも１つの電気駆動信号を受信する。電動モータアッセンブリは、アームに動作可能に連結され、アームは、ジョイスティックに動作可能に連結される。
【０１１３】
ステップ９１２では、少なくとも１つの電気駆動信号の受信に応答して、電動モータアッセンブリは、アームを自動制御して少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に沿って移動させ、ジョイスティックを自動制御して少なくとも１つの自動制御されたアームの軌道に対応する少なくとも１つの自動制御されたジョイスティックの軌道に沿って移動させる。ジョイスティックの軌道とアームの軌道との間の対応関係は、ジョイスティックとアームとの間のカップリングに依存する。いくつかの実施形態では、軌道（ジョイスティックの軌道又はアームの軌道）は、線分に対応する。一般的に、軌道は、曲線であってもよい、（例えば、制御技術者により定義される）定義されたパスに対応する。
【０１１４】
上述の発明を実施するための形態は、あらゆる点で例示を目的とするものであり、本発明を限定するものとして理解すべきではなく、更に、本明細書に開示された本発明の範囲は、発明を実施するための形態から判断すべきものではなく、特許法で規定される全容に基づいて解釈される請求項から判断すべきものである。本明細書に記載かつ示された諸実施形態が単に本発明の原理を例示するものにすぎないこと、並びに、種々の変更が本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく当業者により実行され得るものであることを理解されたい。当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な他の特徴の組み合わせを実施することが可能である。
【要約】
手動又は電動バルブを装備したドーザは、ブレードの高度及び方位を自動制御するための制御システムを導入することができる。既存の油圧式駆動システム又は既存の油圧式制御システムを変更する必要はない。アームは、その移動がブレードの高度及び方位を制御する、既存のジョイスティックに対して動作可能に連結される。アームは、電動モータアッセンブリにより駆動される。ドーザ本体又はブレードに据え付けられた測定部は、ブレードの高度又は方位に対応する測定値を提供する。演算システムは、測定値を受信し、目標基準値と比較し、制御信号を生成する。ドライバは、制御信号を電気駆動信号に変換する。電気駆動信号に応答して、電動モータアッセンブリは、アームを移動させ、次に、アームは、ジョイスティックを移動させる。適宜、オペレータは、ジョイスティックを手動操作することにより、自動制御システムに優先することができる。
【選択図】  図３【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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