(57)【要約】【課題】作業機械の掘削アセンブリ用の制御システムを提供する。【解決手段】作業機械の揺動軸線を配向するための制御システムを開示する。作業機械は揺動フレームとフレーム構造体とを含み、かつ制御システムは、操作者入力を受信するように構成された操作者インタフェースを含み、操作者入力は揺動フレームの揺動軸線の所望の配向を示す。制御システムはまた、揺動フレームの揺動軸線の実際の配向を決定するように構成されたセンサアセンブリと、揺動軸線の所望の配向と実際の配向とを比較して、揺動角を決定するように構成された制御器とを含む。制御器は、揺動角を出力するように構成される。揺動軸線は、作業機械フレームを調整することによって、あるいは作業機械フレームと無関係にフレームアセンブリを調整することによって調整可能である。【選択図】　　　　図２
2004044375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動フレームとフレーム構造体とを有する作業機械の揺動軸線を配向するための制御システムであって、
揺動フレームの揺動軸線の所望の配向を示す操作者入力を受信するように構成された操作者インタフェースと、
揺動フレームの揺動軸線の実際の配向を決定するように構成されたセンサアセンブリと、
揺動軸線の所望の配向と実際の配向とを比較して、揺動角を決定するように構成された制御器であって、揺動角を出力するように構成された制御器と、
を備える制御システム。
【請求項２】
揺動角に従って作動される１対の安定化アームであって、揺動軸線を所望の配向に配向するために作業機械の配向を変更する１対の安定化アームと、
１対の安定化アームに配置されたシリンダ変位変換器であって、１対の安定化アームの位置を示す測定信号を制御器に送信するように構成されたシリンダ変位変換器と、
制御器から揺動角を受信して、１対の安定化アームの位置を調整するように構成された油圧シリンダ制御器と、
をさらに備え、
揺動軸線の所望の配向が所望のピッチ角と所望のロール角とに基づく、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
ロールフレームと、
ロールフレームに連結されたピッチフレームであって、揺動フレームの揺動軸線が作業機械フレーム構造体と無関係にピッチ方向およびロール方向に回転するように、ロールフレームおよびピッチフレームがフレーム構造体と揺動フレームとの間に配置されるピッチフレームと、
ピッチフレームとロールフレームとの間に配置された第１のアクチュエータと、
機械フレーム構造体とピッチフレームとの間に配置された第２のアクチュエータであって、第１および第２のアクチュエータが揺動角に基づいてロールおよびピッチフレームそれぞれを移動するように構成される第２のアクチュエータと、を含み、
揺動軸線の所望の配向が所望のピッチ角と所望のロール角とに基づいている、請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
揺動フレームとフレーム構造体とを有する作業機械の揺動軸線を配向する方法であって、
揺動フレームの揺動軸線の所望の配向を示す操作者入力を操作者インタフェースに入力する工程と、
揺動軸線の実際の配向を感知する工程と、
揺動軸線の所望の配向と実際の配向とを比較して、揺動角を決定する工程と、揺動角に基づいて揺動軸線を調整して、揺動軸線の所望の配向を得る工程と、を含む方法。
【請求項５】
揺動角に基づいて第１のアクチュエータを作動して、揺動フレームの揺動軸線をロール方向に移動する工程であって、揺動フレームの揺動軸線がフレーム構造体と無関係にロール方向に移動する工程と、
揺動角に基づいて第２のアクチュエータを作動して、揺動フレームの揺動軸線をピッチ方向に移動する工程であって、揺動フレームの揺動軸線がフレーム構造体と無関係にピッチ方向に移動する工程と、
をさらに含み、
操作者入力は所望のロール角と所望のピッチ角とを含み、
第１のアクチュエータはロールフレームからピッチフレームに延在し、第２のアクチュエータはピッチフレームからフレーム構造体に延在する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
揺動軸線を調整する工程が、揺動角に基づいて１対の安定化アームを作動する工程を含み、フレーム構造体が安定化アームによって変位されて、揺動軸線を所望の配向に配向するように、１対の安定化アームがフレーム構造体に連結され、
かつ操作者入力が所望のロール角と所望のピッチ角とを含む、請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、作業機械用の自動制御システムに関する。より詳しくは、本発明は、作業機械の揺動軸線を配向するための自動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バックホウローダのような掘削型機械は、傾斜を均し、溝を堀り、他の掘削作業を実行するためのバケット機構のような作業器具が装備される汎用機械である。これらの掘削は、建物、歩道、あるいは埋設施設に近接していることが多い。
【０００３】
地上または地形上において、操作者は、仕事を始める前に掘削型機械を適切に配向するように注意しなければならず、さもないと機械の掘削は正確な水平面で行われない。例えば、掘削型機械が平坦な面で片側に傾いているならば、バケットは、その一方の隅において他方の隅よりも深く掘削するであろう。垂直面または垂直壁部を有する溝を堀る機能は、水平でない機械によって特に妨げられる。水平でない機械は、斜面のある溝を堀るか、あるいはギザギザのエッジを有する幾分垂直の面を形成する水平でないバケットをもたらすことがある。
【０００４】
傾斜を均すためにバックホウローダのような掘削型機械を使用する場合、バックホウは勾配の頂縁の所定位置に配置される。ブームとバケットはバックホウから傾斜の縁部の上方に延在する。操作者は、傾斜地の上にバケットを下方に操作して、傾斜に沿って泥を取り除くかまたは配分する。ブームとバケットは、傾斜のアクセス可能なすべての領域を均すために、揺動軸線を中心に旋回され、また延伸される。均しの間、バケットのエッジは、ブームが傾斜の直接下方を指すか、あるいは傾斜の最も急な勾配に沿って指しているときにのみ、均される傾斜面に対し平行である適切なロール位置を維持する。傾斜の直接下方にないかあるいは傾斜の最も急な勾配に沿っていない方向に、揺動軸線を中心にしてブームが旋回するならば、バケットエッジは傾斜面に対し平行にならない。したがって、泥を均すかまたは移動するとき、バケットの一方のエッジは他方のエッジの前で堀り、所望の平坦面の代わりに泥の中に隆起を引き起こす。
【０００５】
いくつかの掘削型機械には、機械の重量を機械タイヤから取り除き、かつ掘削作業の間に機械を安定させるように構成された安定化アームが装備される。これらの安定化アームは機械を平らにするためにも使用される。しかし、レベリングオペレーションは典型的におおざっぱなものに過ぎず、機械操作者の判断に左右される。運転者の判断が良くなければ、掘削は、著しく斜めになる可能性があり、この結果、隣接する構造体あるいは以前に埋設されたケーブルまたはパイプラインを損傷するかもしれない。
【０００６】
上述の不都合に取り組む１つの試みが、１９９９年２月２３日に交付されたＳｕｔｔｏｎ、ＩＩへの特許文献１に開示されている。‘１９６特許は、想像上のロール軸線およびピッチ軸を備えたフレームを有するコンピュータ制御されたバックホウを開示している。適切な油圧アクチュエータによりフレームをロール軸線に対して平らにして、アウトリガーを移動するために、２つのアウトリガーが使用される。システムは、フレームのロールおよびピッチ軸線の位置を連続的に感知する二重軸線ジャイロを含む。情報は、フレーム位置の変化を補償するコンピュータに供給される。しかし、‘１９６特許は、作業機械の掘削アセンブリの揺動軸線を所望の配向に連続的に調整できる自動化された制御システムを提供していない。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第５，２８８，１９６号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、先行技術に関連する問題および不都合の１つ以上を克服することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様は、作業機械の揺動軸線を配向するための制御システムである。作業機械は揺動フレームとフレーム構造体とを含み、また制御システムは、操作者入力を受信するように構成された操作者インタフェースを含み、操作者入力は揺動フレームの揺動軸線の所望の配向を示す。制御システムはまた、揺動フレームの揺動軸線の実際の配向を決定するように構成されたセンサアセンブリと、揺動軸線の所望の配向と実際の配向とを比較して、揺動角を決定するように構成された制御器とを含む。制御器は、揺動角を出力するように構成される。
【００１０】
本発明の他の態様では、揺動フレームとフレーム構造体とを有する作業機械の揺動軸線を配向する方法を開示する。本方法は、揺動フレームの揺動軸線の所望の配向を示す操作者入力を操作者インタフェースに入力する工程と、揺動軸線の実際の配向を感知する工程と、揺動軸線の所望の配向と実際の配向とを比較して、揺動角を決定する工程と、揺動角に基づいて揺動軸線を調整して、揺動軸線の所望の配向を得る工程と、を含む。
【００１１】
上述の一般的な説明と次の詳細な説明の両方が例示的かつ説明目的にすぎず、また請求されるように、本発明を限定するものでないことを理解すべきである。
【００１２】
本明細書の部分に組み込まれかつそれを構成する添付図は、本発明の例示的実施形態を示しており、記載した説明と共に、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施形態について記載するが、同様の参照番号は同一または機能的に同様の要素を示している。図面ではまた、それぞれの参照番号の最も左の桁は、参照番号が最初に使用される図面に対応する。特定の構造および構成が説明されているが、これが例示目的のみのために行われることを理解すべきである。当業者は、本発明の精神と範囲から逸脱することなしに、他の構造および構成を利用できることを認識するであろう。
【００１４】
図１を参照するに、様々な作業機能を実行するための作業機械１００は、フレーム構造体１０２と、フレーム構造体１０２に支持された運転室１０６と、フレーム構造体１０２によって支持されると共に作業機械１００の後部に典型的に連結される掘削アセンブリ１０８とを含む。
【００１５】
作業機械１００は、作業機械１００を支持するための前輪１０４および後輪１０５をさらに含む。作業機械１００は、一般にバックホウローダと呼ばれる型式であることが可能であり、作業機械１００の前部でフレーム構造体１０２に連結し得るローダバケットアセンブリのような前部作業器具アセンブリ１３０をさらに含み得る。例示的実施形態はバックホウローダとして示されているが、他の型式の作業機械を本発明に利用し得る。
【００１６】
掘削アセンブリ１０８は、揺動フレーム１１０、ブーム部材１１２、スティック部材１１４、および作業器具１１６を含む。掘削アセンブリ１０８を使用して、例えば、穴または溝を掘削し、地面を平らにするか、あるいは所望の角度で領域を均すことができる。揺動フレーム１１０はフレーム構造体１０２に連結しかつそれによって支持され得る。ブーム部材１１２は揺動フレーム１１０とスティック部材１１４との間に延在する。スティック部材１１４はブーム部材１１２から作業器具１１６に延在する。作業器具１１６はスティック部材１１４の端部に連結される。
【００１７】
作業器具１１６は、例えば、泥と土を拾い上げて移動するためのバケットまたはショベルであり得るが、当業者に明白であるような他の任意の器具でもよい。アクチュエータ１１８は揺動フレーム１１０とブーム部材１１２との間、ブーム部材１１２とスティック部材１１４との間、およびスティック部材１１４と作業器具１１６との間に延在して、ブーム部材１１２、スティック部材１１４および作業器具１１６を操作および操縦する。アクチュエータ１１８は典型的に油圧式電動シリンダであるが、当業者に明白であるような他の型式のアクチュエータでもよい。
【００１８】
作業機械１００は、図２に最もよく示した安定化システム１２０を含み得る。作業機械１００の安定化システム１２０は、第１および第２の安定化アーム２２１、２２２、および個々の第１および第２の安定化アクチュエータ２２４、２２６を含む。安定化アクチュエータは油圧式電動シリンダであり得るが、当業者に明白であるような他の型式のアクチュエータでもよい。
【００１９】
安定化アーム２２１、２２２はフレーム構造体１０２から延在し、掘削動作中に作業機械１００を安定化するように構成される。一般に、作業機械上のタイヤは空気充填されまた圧縮可能なので、掘削、掘削アセンブリ１０８の昇降および回転によって加えられるような大きな負荷の印加は、掘削動作中に作業機械１００を揺らし、バウンドさせ、さもなければ動かすことがある。安定化アーム２２１、２２２を使用して、作業機械１００の重量、ならびに掘削アセンブリ１０８、および掘削アセンブリによって運ばれる任意の材料の重量を後輪１０５から除去でき、これによって、作業機械のバウンドまたは増分変位の機会が低減される。さらに、作業器具が重い荷物を支承する場合、ブーム部材１１２およびスティック部材１１４の延長部は片持ち荷重を増加させ、これが作業機械１００を不安定にさせることがある。したがって、安定化アーム２２１、２２２は後輪１０５の幅を越えて延在し、作業機械１００を安定化するための幅広の基部をもたらすことが可能である。
【００２０】
前部作業器具アセンブリ１３０を使用して、地面から前輪１０４を持ち上げ、これによって、作業機械１００の前端の跳ね返りを回避することが可能である。前輪１０４から負荷を除去するために前部作業器具アセンブリ１３０が下げられとき、および後部タイヤから負荷を除去するために安定化アクチュエータ２２４、２２６が下げられるとき、作業機械１００は三脚状の三点平衡システムによって安定化される。
【００２１】
安定化アクチュエータ２２４、２２６を伸長または収納することにより、それらを操作して、安定化アーム２２１、２２２の配置を制御する。安定化アクチュエータ２２４、２２６を長くすることによって、安定化アーム２２１、２２２は地面に下げられ、かつフレーム構造体１０２および後輪１０５を地面から上げることができる。安定化アクチュエータ２２４、２２６を短縮することによって、安定化アーム２２１、２２２はフレーム構造体１０２および後輪１０５を地面に下げ、次に、安定化アーム２２１、２２２は地面から持ち上げられる。
【００２２】
安定化アームの個別の設定を可能にするために、安定化アクチュエータ２２４、２２６を別個に作動し得る。したがって、安定化アクチュエータ２２４、２２６の作動は、地面に対し作業機械１００および掘削アセンブリ１０８を傾斜するように機能し、これによって、操作者は所望の傾斜または角度で作業機械を配向することが可能である。
【００２３】
掘削アセンブリ１０８の揺動フレーム１１０は、作業機械１００のいずれかの側に向かって揺動軸線２２８を中心に回転し得る。したがって、揺動フレーム１１０はブーム部材１１２、スティック部材１１４および作業器具１１６を支持するので、掘削アセンブリ１０８全体は揺動軸線２２８を中心に回転する。
【００２４】
図３に示した別個の掘削アセンブリに関して、揺動軸線をより良く理解できる。図３は、揺動フレーム３０２、ブーム部材３０４、スティック部材３０６、および作業器具３０８を含む掘削アセンブリ３００の実施形態を示している。図示したように、揺動フレーム３０２は揺動軸線３１０を中心に旋回する。
【００２５】
図４と図５は、本発明の制御システムを実施するための例示的方法およびシステムに関する。図４は、作業機械の揺動軸線の配向を制御する例示的方法を示したフローチャートである。図５は、制御システム用の例示的操作者インタフェース５００である。制御システムは、コンピュータプロセッサのようなコンピュータ制御モジュールを含んでもよく、インタフェースおよび予めプログラミングされたＲＯＭは、変位命令を計算および出力して作業機械の揺動軸線の配向を変更するように構成される。制御モジュールは、例えば、当業者に明白であるようなコンピュータ内の標準的な任意の中央プロセッサであり得る。
【００２６】
本方法および制御システムは様々な作業機械で実行かつ使用可能であり、このシステムは、例示目的のために、作業機械１００で実行かつ使用されるものとして記載する。したがって、制御システムを使用して、作業機械１００の揺動軸線２２８の配向を制御し得る。操作者インタフェース５００（図５）は運転室１０６（図１）内に配置可能であり、かつ作業機械１００の使用中に操作者によって使用されかつ参照されることができる。操作者インタフェース５００はタイトルバー５０２を含み得る。タイトルバー５０２は、「ＡｕｔｏＬｅｖｅｌ　Ｏｐｅｒａｔｏｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ」と示されたタイトルを有し得るか、あるいは操作者インタフェース５００をレベリングインタフェースとして指定する他の任意のタイトルを有し得る。あるいは、操作者インタフェース５００にはタイトルまたはタイトルバーが全くなくてもよい。
【００２７】
図４の工程４００において、操作者はシステムを作動する。図５の５０４で示したオン／オフトグルスイッチを使用して、システムをオンにし得る。トグルスイッチ５０４がトグルオフされるか、あるいはシステムがトグルオンのときに操作者が制御システムを無効にする場合、作業機械１００は、操作者が所望し得るように手動で平らにするかあるいは配向し得る。
【００２８】
工程４０２では、操作者は、操作対象の単位を入力する。単位は、ロール角単位セレクタ５０６とピッチ角単位セレクタ５０８とを介して入力し得る。ロール角単位セレクタ５０６およびピッチ角単位セレクタ５０８により、操作者は、揺動軸線２２８を配向するために使用される角度単位を選択できる。ロール角単位セレクタ５０６とピッチ角単位セレクタ５０８とによって選択される単位は、以下にさらに記載するように、値表示部で操作者に表示される単位である。
【００２９】
ロール角単位セレクタ５０６およびピッチ角単位セレクタ５０８により、操作者は、例えば角度、ラジアンおよびパーセント勾配を含み得るオプションリストから単位を選択できる。当業者に明白であるように、他の単位の利用が可能であり得る。操作者は、例えば、選択可能なすべての単位を示すドロップダウンメニュー、ダイアル、または一度に１つのオプションを表示する単位選択によってスクロールするように構成されるメニューを含む任意の方法を用いて、異なる単位オプションを選択し得る。単位はプリセットし得るか、あるいはシステムは、操作者が何の選択も行わない場合に特定の単位オプションにデフォルト設定し得ることが考えられる。
【００３０】
工程４０４では、操作者は揺動軸線の所望の配向を入力する。操作者は、所望のピッチおよびロール角に応じて揺動軸線の所望の配向を入力し得る。ロール角は、側面から側面方向の垂直位置からの揺動軸線２２８の偏差である。したがって、ロール角は安定化アーム２２１、２２２の設定によって影響される。例えば、第１の安定化アーム２２１が第２の安定化アーム２２２よりも大きく作動され、これによって作業機械１００が傾斜される場合、揺動軸線２２８のチルト角はロール角である。ピッチ角は、前部から背部方向の垂直位置からの揺動軸線２２８の偏差である。したがって、ピッチ角は、作業機械の前部に対する安定化アーム２２１、２２２の設定によって影響される。したがって、作業機械１００の後部を持ち上げるために両方の安定化アーム２２１、２２２が使用され、かつ前端が上げられない場合、前部から背部または背部から前部方向の揺動軸線２２８の傾斜角はピッチ角である。同様に、前部作業器具アセンブリ１３０を使用して、作業機械１００の前端を上げるかあるいは下げるならば、ピッチ角が影響を受ける。
【００３１】
所望のロール角表示部５１０および所望のピッチ角表示部５１２は、操作者によって入力される所望の角度値を示している。所望のロールおよびピッチ角は、揺動軸線２２８の配向に対し操作者が望むロールおよびピッチ角であり得る。所望のロールおよびピッチ角は、均すべき傾斜のような斜面に対し垂直方向に揺動軸線２２８を配向するために必要な角度であり得るか、あるいは他の任意の所望の角度方向でもよい。所望のロール角および所望のピッチ角は、例えば、当業者に明白であるような数字キーパッド、キーボード、マウス、ダイアル、タッチスクリーンまたは他の任意の入力装置を用いて制御システムに入力し得る。制御システムは、揺動軸線の所望の角度あるいは作業面または所望の傾斜の所望の角度を操作者が入力できるように構成され得る。表面角度が入力される場合、制御システムは、入力された表面角度に対する揺動軸線の配向を調整し得る。
【００３２】
操作者は工程４０６で警報しきい値を入力し得る。警報しきい値は、揺動軸線の測定された配向からの揺動軸線の所望の配向の許容偏差量である。揺動軸線の測定された配向は揺動軸線の実際の配向であり、以下にさらに記載する。操作者インタフェース５００は、ロール角警報しきい値表示部５１４およびピッチ角警報しきい値表示部５１６を示している。ロールおよびピッチ角の警報しきい値は、ロールおよびピッチ方向における揺動軸線２２８の公差の範囲をそれぞれ設定する。
【００３３】
ロール角警報しきい値またはピッチ角警報しきい値を超えた場合、アラームを作動して、偏差について操作者に警告し得る。アラームは、当業者に明白であるように、点滅光のような視覚的アラーム、またはビープアラームのような聴覚的アラーム、またはそれらの両方であり得る。操作者は、偏差が設定範囲にあるように揺動軸線２２８の配向を補正し、アラームを切って偏差を無視してもよく、あるいはより高い値のロール角警報しきい値またはピッチ角警報しきい値を再セットしてもよい。
【００３４】
工程４０８では、操作者はレベルモードセレクタ表示部５１８からレベルモードを選択する。レベルモードセレクタ表示部５１８によって、操作者は、少なくとも２つの異なるレベルモードから選択できる。レベルモードセレクタ表示部５１８は、例えばドロップダウンメニューまたはスクロールメニューであり得る。あるいは、レベルモードセレクタ表示部５１８は、選択可能なすべてのレベルモードを連続表示可能であり、これによって、操作者は、どのレベルモードを選択するか、かつどのレベルモードを選択しないかを容易に決定できる。図示した実施形態は、レベルモードセレクタ表示部５１８をドロップダウンメニューとして表示している。レベルモードセレクタ表示部５１８が選択されると、選択可能なレベルモードインジケータを示すドロップダウンメニュー５２０が現れる。本実施形態では、レベルモードインジケータは、連続モードインジケータ５２２とオンコマンドモードインジケータ５２４とを含む。本実施形態の操作者インタフェース５００は、連続モードインジケータ５２２が選択されていることを示す。
【００３５】
連続モードが選択されると、制御システムの制御モジュールは、所望のロールおよびピッチ角を連続的に読み取り、それらを、以下にさらに記載する測定ロールおよびピッチ角と比較する。制御モジュールは、所望のピッチおよびロール角からの、測定ピッチおよびロール角の偏差に基づいて揺動角を連続的に計算し、揺動角データを連続的に更新する。揺動角は制御モジュールから連続的に出力され、揺動フレームの揺動軸線を配向するように動作するアクチュエータを作動する。
【００３６】
オンコマンドモードが選択されると、制御システムの制御モジュールは、揺動軸線の所望のロールおよびピッチ角を読み取り、それらを揺動軸線の測定ロールおよびピッチ角と比較して、揺動角を計算する。制御モジュールは揺動角を出力してアクチュエータを作動し、揺動軸線を所望の配向に配向する。測定された配向が所望の配向に実質的に等しい場合、制御モジュールは、アクチュエータへの揺動角データの送信を停止する。したがって、揺動軸線の測定された配向が揺動軸線の所望の配向に位置合わせされると、制御モジュールは、もはや揺動軸線を配向するように動作しない。したがって、制御モジュールは揺動軸線の配向を連続的に更新せず、操作者の命令によってのみ揺動軸線の配向を更新する。
【００３７】
操作者が工程４０８でオンコマンドモードを選択したと仮定すると、測定装置は、揺動軸線の測定された実際の配向を工程４１０で読み取る。測定されたこの配向は、測定されたピッチ角および測定されたロール角として読み取ることが可能である。測定ロール角は、測定ロール角表示部５２６に表示され、測定ピッチ角は、操作者インタフェース５００の測定ピッチ角表示部５２８に表示される。測定されたロール角および測定されたピッチ角は、作業機械の揺動軸線の実際の配向を示す。測定ロール角および測定ピッチ角は、例えば二重軸の傾斜計またはジャイロスコープのような機構によって測定し得る。しかし、当業者に明白であるように、他の任意の適切な測定機構を使用してもよい。測定ロール角表示部５２６および測定ピッチ角表示部５２８に表示するために、角度をデジタル形態に変換して、操作者インタフェース５００に出力することが可能である。
【００３８】
図１と図２の実施形態では、揺動フレーム１１０はフレーム構造体１０２に連結され、測定機構は作業機械１００それ自体に固定され得る。このような実施形態では、作業機械１００の測定されたロール角および測定されたピッチ角は、揺動軸線２２８のロール角およびピッチ角に一致する。図６〜図９を参照して以下にさらに説明するように、揺動軸線が作業機械のフレーム構造体の配向と無関係に回転可能である実施形態では、測定機構は、例えば掘削アセンブリの揺動フレームのような揺動軸線のロール角およびピッチ角に一致するロール角およびピッチ角を有する構造体の上に固定されるべきである。
【００３９】
測定ピッチ角および測定ロール角はまた、アナログロール角インジケータ５３０およびアナログピッチ角インジケータ５３２によってアナログ形態で表示し得る。一実施形態では、測定ロール角表示部５２６、測定ピッチ角表示部５２８、アナログロール角インジケータ５３０、およびアナログピッチ角インジケータ５３２は、すべてリアルタイムで更新される。他の実施形態では、表示部およびインジケータは間隔を置いてのみ更新される。
【００４０】
工程４１２では、制御モジュールは、揺動軸線の測定された配向が警報しきい値量を超える量だけ所望の配向から偏差しているかどうかを決定する。揺動軸線の測定された配向が、警報しきい値量を超える量だけ所望の配向から偏差していない場合、制御モジュールは補正動作を行わず、工程４１４で制御を終了する。
【００４１】
１つの例示的実施形態では、制御システムは、揺動軸線の測定された配向の所望の配向からの偏差を監視し続けることが可能であり、偏差量が警報しきい値量を超えるときにアラームを作動し得る。その場合でも、制御モジュールは、オンコマンドモードの場合に補正動作を行わない。
【００４２】
工程４１２において、揺動軸線の測定された配向が、警報しきい値量を超える量だけ所望の配向から偏差している場合、制御モジュールは揺動角としての信号を発生し、工程４１６において信号をアクチュエータに送信して、揺動軸線の実際のピッチ角およびロール角を調整する。したがって、測定された配向は制御モジュールによって変更される。
【００４３】
１つの例示的実施形態では、制御システムの制御モジュールが、安定化アームに配置されたアクチュエータに揺動角を命令として出力すると、測定された配向が変更される。作業機械の実際の配向が警報しきい値未満の量で揺動軸線の所望の配向に位置合わせされるように、安定化アームを移動して作業機械の実際の配向を変更するために、命令によってアクチュエータが作動される。命令はまた、前部作業器具アセンブリを制御するアクチュエータに供給し得る。
【００４４】
アクチュエータはまた、制御モジュールから揺動角信号を受信して、揺動角信号に基づいて制御信号を出力するように構成される油圧シリンダ制御器を含み得る。さらに、アクチュエータは、安定化アームおよび／または前部作業器具アセンブリに配置されたシリンダ変位変換器を含むことが可能であり、この変換器は、測定信号を制御モジュールに送信するように構成される。シリンダ変位変換器は、安定化アームおよび／または前部作業器具アセンブリを変位するアクチュエータの移動を測定し得る。
【００４５】
あるいは、変換器は、安定化アームおよび前部作業器具アセンブリの旋回点に配置される角度変換器でもよい。この角度変換器は、測定信号を制御モジュールに送信するように構成され得る。変換器は、線形式、回転式または他の任意の変換器タイプでもよい。適切な変換器は、例えばＭＴＳ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｒｐ．，ｏｆ　Ｅｄｅｎ　Ｐｒａｉｒｉｅ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから入手可能である。
【００４６】
実際の、したがって測定された揺動軸線のピッチ角およびロール角が工程４１６で調整された後、またはその調整時間中、測定装置は、調整されたピッチおよびロール値の新しい測定を工程４１０で実行する。測定された配向が、警報しきい値量を超える量だけ所望の配向から偏差しなくなるまで、制御システムは、工程４１０、４１２および４１６を通してループし続ける。次に、制御システムは工程４１４で終了し得る。
【００４７】
操作者が工程４０８で連続モードを選択するならば、制御システムは、測定された実際の揺動軸線の配向を工程４１８で読み取る。測定されたこの配向は、上述のような測定ピッチ角および測定ロール角として読み取ることが可能である。
【００４８】
工程４２０では、制御モジュールは、揺動軸線の測定された配向が所望の配向から警報しきい値量を超える量だけ偏差しているかどうかを決定する。揺動軸線の測定された配向が、警報しきい値量を超える量だけ所望の配向から偏差していない場合、制御モジュールはそのときに補正動作を行わない。工程４２０において、揺動軸線の測定された配向が所望の配向から警報しきい値量を超える量だけ偏差している場合、制御モジュールは揺動角としての信号を発生し、工程４２２に示したように信号をアクチュエータに送信して、揺動軸線の実際のピッチ角およびロール角を調整する。したがって、測定された配向は、オンコマンドモードに関して上述したような信号を送信することによって制御システムにより変更される。
【００４９】
連続モードのとき、制御モジュールが揺動角をリアルタイムで読み取って計算し、揺動角データを連続的に更新する。揺動角は、測定された角度を所望の角度に合わせするために必要な補正角度である。使用されるシステムに応じて、揺動角は実際の角度でなくてもよく、測定された揺動軸線配向を所望の揺動軸線配向に位置合わせする補正データを単に表すだけでもよい。揺動フレーム１１０の揺動軸線２２８を配向するように動作するアクチュエータを作動するために、揺動角が制御モジュールから出力される。
【００５０】
測定された配向が、工程４２０で確立されたしきい値を超える量だけ所望の配向から偏差するか否かにかかわらず、実際の、したがって測定された揺動軸線のピッチ角およびロール角が工程４２２で調整された後、またはその調整時間中に、自動制御システムはいくつかの非作動イベントによって妨害されることがある。何らかの非作動イベントが生じたならば、制御システムは無効にされ、作業機械は完全な手動制御に戻る。したがって、自動制御は、妨害状態が自動制御を任意の時間に無効にして、自動制御を終了するまで継続し得る。工程４２４において、制御システムは、工程４２０にもかかわらず無効イベントが生じなかったことを確認する。当業者に明白であるように、システムは、何らかの無効イベントが生じたことを積極的に確認する必要はなく、無効イベントの１つが生じるまで自動制御を続行する。無効イベントの例は、制御システムのオフへの切換え、選択レベルモードの変更、制御されるアクチュエータの手動操作制御、機械のギヤ入れ、および機械の動力遮断を含む。無効イベントが生じた場合、制御システムは工程４２６で制御を終了する。
【００５１】
非作動イベントが生じなかった場合、システムは工程４２４から工程４１８に戻り、制御モジュールは揺動軸線の測定された配向を決定する。制御システムは、連続モード時に無効イベントが生じるまでループし続ける。
【００５２】
１つの例示的実施形態では、制御システムの制御モジュールは、警報しきい値が超えられるまで、揺動角を調整するようにアクチュエータを作動させない。したがって、補正動作は、測定された配向の所望の配向からの偏差について制御システムが補正するときほど頻繁でない間隔で行われる。他の例示的実施形態では、予めプログラミングされた作動しきい値は制御システムに含まれ、これによって、揺動軸線２２８の配向が例えば０．２５°のような最小量だけ所望の配向から偏差する場合にのみ作動を可能にする。
【００５３】
１つの例示的実施形態では、操作者インタフェース５００は偏差値表示部（図示せず）を含む。偏差値表示部は、所望の配向と測定された配向との差を示す。より具体的には、偏差値表示部は、所望のロール角からの測定ロール角と所望のピッチ角からの測定ピッチ角との間の差を示す。
【００５４】
揺動軸線を配向するための第２の例示的構造的実施形態について、図６〜図９を参照して説明する。第２の例示的実施形態は、作業機械のフレームの配向と無関係に揺動軸線の配向を可能にするフレームアセンブリを含む。第２の例示的実施形態では、揺動軸線は、ピッチおよびロールフレームアセンブリ内のアクチュエータを用いて調整される。図４と図５を参照して説明した方法およびシステムを同様に適用して、第２の例示的実施形態の揺動軸線を自動的に配向することが可能である。
【００５５】
図６を参照するに、作業機械６００は、フレーム構造体６０２、運転室６０４、および作業機械６００の後部に配置された掘削アセンブリ６０６を含む。作業機械６００は前輪６０８と後輪６１０とを含み、前部作業器具アセンブリ６１２をさらに含み得る。
【００５６】
掘削アセンブリ６０６は、揺動フレーム６１４、ブーム部材６１６、スティック部材６１８、および作業器具６２０を含み、当業界で知られているように構成されたアクチュエータを用いて操作し得る。作業機械６００はまた、図１を参照して説明したのと同様の安定化アームを含む安定化システム６２１を含み得る。
【００５７】
多自由度のフレームアセンブリ６２４は、フレーム構造体６０２と掘削アセンブリ６０６との間の作業機械６００の後部に配置され得る。フレームアセンブリ６２４は、図６に破線で囲まれて示されている。フレームアセンブリ６２４により、揺動軸線６２２は、作業機械フレームと無関係にピッチ方向およびロール方向に回転する機能を有することができる。上述のように、この配向は、図４と図５に関連して記載した例示的制御システムによって達成し得る。
【００５８】
フレームアセンブリ６２４について、図７〜図９を参照してより詳細に説明する。図７に示したように、フレームアセンブリ６２４は、ロールフレーム７０６に旋回可能に連結された揺動フレーム６１４を含む。図１〜図３を参照して説明したように、揺動フレーム６１４は掘削アセンブリの部分であり得る。揺動フレーム６１４は揺動軸線６２２を中心に旋回する。ロールフレーム７０６はピッチフレーム７０８に回転可能に連結される。ピッチフレーム７０８は、作業機械のフレーム構造体６０２によって支持されるかあるいはそれに連結される。
【００５９】
揺動フレーム６１４は、本体７１６から延在する上部揺動アーム７１２と底部揺動アーム７１４とを含む。上部および底部揺動アーム７１２、７１４のそれぞれは、揺動フレーム６１４が回転し得る上部および底部揺動ピン７１８、７１９を嵌合するように位置合わせして形成される貫通孔を含む。
【００６０】
ロールフレーム７０６は、一般に、上部７２０、底部７２２、閉鎖側面７２４、および開口側面７２６を有するＣ字状のフレーム構造体であり得る。開口側面７２６は、揺動フレーム６１４の上部および底部揺動アーム７１２、７１４を受容するように構成される。ロールフレーム７０６は、揺動ピン７１８、７１９を受容かつ固定するための開口部を含む。したがって、揺動フレーム６１４は、ロールフレーム７０６に連結されたときに揺動軸線６２２を中心に回転し得る。ロールフレーム７０６は、上部揺動アーム７１２をロールフレーム７０６内に固定するための連結棒支持体７２８を含み得る。連結棒支持体７２８は、ロールフレーム７０６の上部７２０からロールフレーム７０６の開口側面７２６に向かって延在する直角の支持体であり得る。揺動フレーム６１４の上部揺動アーム７１２は、ロールフレーム７０６の上部７２０と連結棒支持体７２８との間に嵌合する。上部揺動ピン７１８はロールフレーム７０６の上部７２０から上部揺動アーム７１２を通してロールフレーム７０６の連結棒支持体７２８内に延在し、揺動フレーム６１４をロールフレーム７０６に確実に取り付ける。
【００６１】
ロールフレーム７０６の底部７２２は、底部揺動ピン７１９を受容するための開口部を含み、これによって、ロールフレーム７０６の底部７２２の開口部と底部揺動アーム７１４の貫通孔とを位置合わせし、揺動フレーム６１４の底部揺動アーム７１４をロールフレーム７０６に確実に取り付ける。
【００６２】
図７と図９に最もよく示されているアクチュエータ７３０は、ロールフレーム７０６の閉鎖側面７２４から揺動フレーム６１４に延在する。アクチュエータ７３０は、揺動軸線６２２を中心とする揺動フレーム６１４の回転を制御する。この例示的実施形態では、２つのアクチュエータを使用して、揺動軸線６２２を中心とする揺動フレーム６１４の回転を制御する。しかし、当業者に明白であるように、２つより多いかまたはそれ未満のアクチュエータを使用してもよい。
【００６３】
ロールフレーム７０６は、例えばロールピン７３２のような連結構造体によってピッチフレーム２０８に回転可能に連結される。ロールピン７３２は、ロールフレーム７０６がそれを中心として回転し得るロール軸線７３４を形成する。連結構造体は、ロールフレームをピッチフレームに連結し、かつロール軸線７３４を中心とするロールフレーム７０６の回転を可能にする任意の構造体であり得る。
【００６４】
図７に示されているように、ピッチフレーム７０８は、上部で開口する３面構造体である。図７から理解されるように、ロールフレーム７０６の底部７２２はピッチフレーム７０８の開口上部内に嵌合する。ピッチフレーム７０８は、底部７３６、揺動フレーム６１４に隣接する側面に配置された第１の壁部７３８、およびロールフレーム７０６の閉鎖側面７２４に隣接する第２の壁部７４０を含む。第１の壁部７３８および第２の壁部７４０はロールピン７３２と協働して、ロールフレーム７０６を支持する。
【００６５】ピッチフレーム７０８は、例えばピッチピン７４２のような連結構造体によってフレーム構造体６０２に連結される。ピッチピン７４２は、ピッチフレーム７０８がそれを中心として回転し得るピッチ軸線８４６を形成する。連結構造体は、ピッチフレーム７０８をフレーム構造体６０２に連結し、かつピッチ軸線８４６を中心とするピッチフレーム７０８の回転を可能にする任意の構造体であり得る。
【００６６】
ピッチフレーム７０８の底部７３６は、ロールフレーム７０６の幅を越えて延在する延長部８４８を含む（図９に最もよくに図示）。延長部８４８は、ロールアクチュエータ７５０を支持するために使用される。ロールアクチュエータ７５０は、ロール軸線７３４に対し垂直方向に、しかしそれと交差せずに、ロールフレーム７０６の閉鎖側面７２４からピッチフレーム７０８の延長部８４８に延在する。ロールアクチュエータ７５０は、ロール軸線７３４を中心とするロールフレーム７０６の回転を制御する。したがって、揺動軸線６２２をロール方向に配向するために、ロールアクチュエータ７５０を作動して、ロール軸線７３４を中心にロールフレーム７０６を回転し、これによって、ロールフレーム７０６に固定される揺動軸線６２２をロール方向に回転する。
【００６７】
同様に、ピッチアクチュエータ７５２は、ピッチ軸線８４６を中心とするピッチフレーム７０８の回転を制御する。ピッチアクチュエータ７５２は、ピッチ軸線８４６に対し垂直方向に、しかしそれと交差せずに、ピッチフレーム７０８の第２の壁部７４０からフレーム構造体６０２に延在する。したがって、揺動軸線６２２をピッチ方向に回転するために、ピッチアクチュエータ７５２を作動して、ピッチ軸線８４６を中心にピッチフレーム７０８を回転し、これによって、ロールフレーム７０６、揺動フレーム６１４、および揺動軸線６２２をピッチ方向に回転する。
【００６８】
フレームアセンブリ６２４の例示的構造体に対する様々な代替的実施形態が考えられる。例えば、１つの例示的実施形態では、揺動フレームはピッチフレームに直接連結可能であり、かつロールフレームは機械フレーム構造体に直接連結し得る。他の例示的実施形態では、ピッチアクチュエータおよび／またはロールアクチュエータを掘削アセンブリに連結することが可能である。
【００６９】
図４と図５を参照して説明した制御システムは、上述のピッチおよびロールフレームに使用し得る。本実施形態では、図４と図５を参照して説明したように、制御システムの制御モジュールは、揺動軸線の入力された所望の配向と揺動軸線の測定された配向とを比較して、揺動角を計算する。測定装置は、揺動フレームのような揺動軸線に対応する作業機械の構造体に配置される。揺動角を制御モジュールから出力して、フレームアセンブリ６２４のピッチおよびロールアクチュエータを作動し、揺動軸線６２２を所望の配向に配向することが可能である。
【００７０】
（産業上の利用可能性）
作業器具を有する作業機械で掘削または均すとき、作業器具とそれに関連した掘削アセンブリの揺動軸線の配向を制御することが有用であることが多い。例えば、所望の均し面に対し垂直方向に揺動軸線を配向することによって、作業器具の掘削エッジは、掘削アセンブリの揺動範囲にわたって掘削表面の平面に対し平行である。したがって、均したときに平坦な作業面を得ることが可能であり、かつ材料の鋸歯リッジが回避される。さらに、溝を掘削するときに所望の表面に対し垂直方向に揺動軸線を配向する結果、ギザギザの壁部よりも、むしろ平滑な壁部を有する溝が得られる。
【００７１】
本発明は、操作者が作業機械の揺動軸線の所望の配向を入力することを可能にする自動制御システムである。次に、システムは、揺動軸線を所望の配向に自動的に配向する。掘削アセンブリの揺動軸線が機械フレームの配向に依存する場合、制御システムを実施して、作業機械フレームの配向を調整することが可能である。このような作業機械は図１の実施形態に示されている。あるいは、制御システムを実施して、機械フレームと無関係に揺動軸線の配向を調整してもよい。この実施の例示的実施形態が図６に示されている。
【００７２】
制御システムは、操作者が傾斜に対し垂直にまたは他の任意の望ましい配向で揺動軸線を容易に位置合わせすることを可能にする。操作者は、試行錯誤により設定を手動調整する必要がないので、揺動軸線の位置を操作者が設定かつ配向し得る容易さは、操作者の効率を向上させる。
【００７３】
さらに、掘削プロジェクトを通じて、掘削アセンブリの移動は、作業機械を僅かに変位させる可能性があり、このため揺動軸線の初期の角度設定が維持されないことがある。制御システムは、操作者が常に手動で角度を調整することなく所望の揺動軸線の角度を維持することを可能にする。したがって、システムは、揺動軸線の配向を常に認識しないかもしれない未経験の操作者または疲労した操作者のために特に有利である。追加措置として、本発明は、揺動軸線の角度がその初期設定の配向から変化し始めているかどうかについて操作者に通知する。
【００７４】
本発明は、揺動軸線を特定の配向（例えば作業面に対し垂直）に維持することが望ましい場合、様々な作業機械に適合可能である。例えば、本発明は、掘削機、前部ショベル、材料ハンドラ、またはそれを中心として作業器具が回転する揺動軸線を有する任意の作業機械に有用であり得る。
【００７５】
本発明の他の実施形態は、ここで開示した本発明の明細書および実施を考慮すれば当業者には明白であろう。明細書および実施例はあくまでも例示過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲および精神は、特許請求の範囲によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による作業機械の例示的実施形態の概略側面図である。
【図２】図１の作業機械の背面図である。
【図３】揺動軸線を示した作業機械用の掘削アセンブリの概略側面図である。
【図４】本発明の制御システムの例示的実施形態を実施するフローチャートである。
【図５】本発明の例示的実施形態の操作者インタフェースの正面図である。
【図６】本発明による作業機械の第２の例示的実施形態の概略側面図である。
【図７】図６の点線に示した本発明の制御システムの第２の例示的実施形態の部分拡大側面図である。
【図８】図７のアセンブリの正面図である。
【図９】図７のアセンブリの平面図である。
【符号の説明】
１００　作業機械
１０２　フレーム構造体
１０４　前輪
１０５　後輪
１０６　運転室
１０８　掘削アセンブリ
１１０　揺動フレーム
１１２　ブーム部材
１１４　スティック部材
１１６　作業器具
１１８　アクチュエータ
１２０　安定化システム
１３０　前部作業器具アセンブリ
２２１　第１の安定化アーム
２２２　第２の安定化アーム
２２４　第１の安定化アクチュエータ
２２６　第２の安定化アクチュエータ
２２８　揺動軸線
３００　掘削アセンブリ
３０２　揺動フレーム
３０４　ブーム部材
３０６　スティック部材
３０８　作業器具
３１０　揺動軸線
４００　システムの作動工程
４０２　単位の受信工程
４０４　所望のピッチおよびロール角の受信工程
４０６　警報しきい値の受信工程
４０８　連続モードまたはオンコマンドモードの選択工程
４１０　揺動軸線の測定された配向の決定工程
４１２　測定された配向が警報しきい値を超える量だけ所望の配向から偏差しているかの決定工程
４１４　制御の終了工程
４１６　信号の発生およびアクチュエータへの信号送信と揺動軸線の実際の配向調整工程
４１８　揺動軸線の測定された配向の決定工程
４２０　測定された配向が警報しきい値を超える量だけ所望の配向から偏差しているかの決定工程
４２２　信号の発生およびアクチュエータへの信号送信と揺動軸線の実際の配向調整工程
４２４　システムが無効イベントによって非作動にされたかの決定工程
４２６　制御の終了工程
５００　操作者インタフェース
５０２　タイトルバー
５０４　トグルスイッチ
５０６　ロール角単位セレクタ
５０８　ピッチ角単位セレクタ
５１０　所望のロール角表示部
５１２　所望のピッチ角表示部
５１４　ロール角警報しきい値表示部
５１６　ピッチ角警報しきい値表示部
５１８　レベルモードセレクタ表示部
５２０　ドロップダウンメニュー
５２２　連続モードインジケータ
５２４　オンコマンドモードインジケータ
５２６　測定ロール角表示部
５２８　測定ピッチ角表示部
５３０　アナログロール角インジケータ
５３２　アナログピッチ角インジケータ
６００　作業機械
６０２　フレーム構造体
６０４　運転室
６０６　掘削アセンブリ
６０８　前輪
６１０　後輪
６１２　前部作業器具アセンブリ
６１４　揺動フレーム
６１６　ブーム部材
６１８　スティック部材
６２０　作業器具
６２１　安定化システム
６２２　揺動軸線
６２４　フレームアセンブリ
７０６　ロールフレーム
７０８　ピッチフレーム
７１２　上部揺動アーム
７１４　底部揺動アーム
７１６　本体
７１８　上部揺動ピン
７１９　底部揺動ピン
７２０　ロールフレームの上部
７２２　ロールフレームの底部
７２４　ロールフレームの閉鎖側面
７２６　ロールフレームの開口側面
７２８　連結棒支持体
７３０　アクチュエータ
７３２　ロールピン
７３４　ロール軸線
７３６　底部
７３８　第１の壁部
７４０　第２の壁部
７４２　ピッチピン
７５０　ロールアクチュエータ
７５２　ピッチアクチュエータ
８４６　ピッチ軸線
８４８　延長部
【図１】
2004044375.tif 000003
【図２】
2004044375.tif 000004
【図３】
2004044375.tif 000005
【図４】
2004044375.tif 000006
【図５】
2004044375.tif 000007
【図６】
2004044375.tif 000008
【図７】
2004044375.tif 000009
【図８】
2004044375.tif 000010
【図９】
2004044375.tif 000011