(57)【要約】【解決手段】土工システム（１００）は、一実施形態において、レーザ光の基準ビーム（１０４）を送信するレーザ送信機（１０２）と、ブルドーザーブレード上のマスト（１２８）に搭載されたレーザ受信機（１２６）を有している。ブルドーザー（１０６）は、車枠（１０８）とその車枠（１０８）から延びるブレード支持体（１１２）により支持される採掘ブレード（１１０）とを有する。ブレード支持体（１１２）は、車枠（１０８）に対してブレード（１１０）を上昇又は下降させ、ブレードを長手方向にチルトさせる油圧シリンダー（１１４）を含む。マスト（１２８）は、ブレードから上方に延びると共にブレードと共に動く。傾斜計（１３４）は、ブレードと共に動くように搭載され、ブレード（１１０）の傾斜を示す情報を提示する。センサ（１６０）はブルドーザーの旋回を検出する。制御部（１４０）は、レーザ受信機（１２６）、傾斜計（１３４）及びセンサ（１６０）に対して応答するものであり、シリンダー（１４０）の動作を制御すると共にブレード（１１０）の位置を調整する。ブルドーザー（１０６）の急激な旋回が検出された場合、制御部（１４０）は、傾斜計（１３４）の間違った出力から生じるであろうエラーを抑制するように動作する。【選択図】図１
2010505052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の基準ビームを送信するレーザ送信機と、
車枠とその車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードとを有するブルドーザーであって、前記ブレード支持体が、前記車枠に対して前記ブレードを上昇又は下降させる油圧シリンダーを含むようなブルドーザーと、
前記採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載され、前記採掘ブレードと共に動くことが可能であり、前記レーザ光の基準ビームを感知するレーザ受信機と、
前記採掘ブレードと共に動くように搭載され、前記ブレードの傾斜を示す情報を提示する傾斜計と、
前記ブルドーザーの旋回を検出するセンサと、
前記レーザ受信機、前記傾斜計及び前記センサに対して応答するものであり、前記シリンダーの動作を制御すると共に前記ブレードの位置を調整し、前記ブルドーザーの急激な旋回が検出された場合に前記ブレードを不変のレベルに維持することにより、前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制する制御部と、
を備えることを特徴とする土工システム。
【請求項２】
前記レーザ送信機は、レーザ光の回転ビームを発する送信機を備え、前記制御部は、前記受信機が前記回転ビームにより照射されるたびに前記採掘ブレードの位置を判定することを特徴とする請求項１に記載の土工システム。
【請求項３】
前記センサは、前記ブルドーザーのステアリングシステムに接続されて旋回を検出するセンサであることを特徴とする請求項１に記載の土工システム。
【請求項４】
前記センサは、前記傾斜計の出力における急激な変化の原因となるような油圧シリンダーの動作がない状態において、そのような変化を検出する回路を有することを特徴とする請求項１に記載の土工システム。
【請求項５】
前記センサは、前記傾斜計の出力における急激な変化を検出する回路を有することを特徴とする請求項１に記載の土工システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記ブルドーザーの旋回が終わった後の予め設定された時間、前記ブレードを不変のレベルに維持することにより、前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制することを特徴とする請求項１に記載の土工システム。
【請求項７】
ブレード支持体により支持される採掘ブレードを有する土工機械であって、前記ブレード支持体が、車枠に対して前記ブレードを上昇又は下降させる油圧シリンダーを含むような土工機械と、
前記採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載され、前記採掘ブレードと共に動くことが可能であり、レーザ光の基準ビームを感知するレーザ受信機と、
前記採掘ブレードと共に動くように搭載され、前記ブレードの傾斜を示す情報を提示する傾斜計と、
前記土工機械の旋回を検出するセンサと、
前記レーザ受信機、前記傾斜計及び前記センサに対して応答するものであり、前記シリンダーの動作を制御すると共に前記ブレードの位置を調整し、前記土工機械の急激な旋回が検出された場合に前記ブレードを不変のレベルに維持することにより、前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制する制御部と、
を備えることを特徴とする土工システム。
【請求項８】
前記センサは、前記土工機械のステアリングシステムに接続されて旋回を検出するセンサであることを特徴とする請求項７に記載の土工システム。
【請求項９】
前記センサは、前記傾斜計の出力における急激な変化の原因となるような油圧シリンダーの動作がない状態において、そのような変化を検出する回路を有することを特徴とする請求項７に記載の土工システム。
【請求項１０】
前記センサは、前記傾斜計の出力における急激な変化を検出する回路を有することを特徴とする請求項７に記載の土工システム。
【請求項１１】
前記制御部は、前記土工機械の旋回が終わった後の予め設定された時間、前記ブレードを不変のレベルに維持することにより、前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制することを特徴とする請求項７に記載の土工システム。
【請求項１２】
車枠とその車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードとを有するブルドーザーであって、前記ブレード支持体が、前記車枠に対して前記ブレードを上昇又は下降させる油圧シリンダーを含むようなブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法であって、
前記採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載されるレーザ受信機を使用してレーザ光の基準ビームの相対的位置を感知することにより、前記採掘ブレードの配置を定期的に判定し、
前記ブレードに搭載された傾斜計により前記採掘ブレードの傾斜を感知し、
前記ブルドーザーの旋回を感知し、
前記シリンダーの動作を制御することにより、前記ブルドーザーの旋回の間、前記採掘ブレードの垂直位置が変わらないように前記採掘ブレードの位置を制御することを特徴とするブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項１３】
センサが、前記ブルドーザーのステアリングシステムに接続されて旋回を検出することを特徴とする請求項１２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項１４】
センサが、前記傾斜計の出力における急激な変化の原因となるような油圧シリンダーの動作がない状態において、そのような変化を検出する回路を有することを特徴とする請求項１２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項１５】
センサが、前記傾斜計の出力における急激な変化を検出することを特徴とする請求項１２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項１６】
制御部が、前記ブルドーザーの旋回が終わった後の予め設定された時間、前記ブレードを不変のレベルに維持することにより、前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制することを特徴とする請求項１２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項１７】
車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードを有するブルドーザーであって、前記ブレード支持体が、前記車枠に対して前記ブレードを上昇又は下降させる油圧シリンダーを含むようなブルドーザーと、
前記ブルドーザーの位置を判定する基準位置システムと、
前記採掘ブレードと共に動くように搭載され、前記ブレードの傾斜を示す情報を提示する傾斜計と、
前記ブルドーザーの旋回を検出するセンサと、
前記傾斜計及び前記センサに対して応答するものであり、前記シリンダーの動作を制御すると共に前記ブレードの位置を調整し、前記ブルドーザーの急激な旋回が検出された場合に前記ブレードを不変のレベルに維持することにより、前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制する制御部と、
を備えることを特徴とする土工システム。
【請求項１８】
前記センサは、前記ブルドーザーのステアリングシステムに接続されて旋回を検出するセンサであることを特徴とする請求項１７に記載の土工システム。
【請求項１９】
前記センサは、前記傾斜計の出力における急激な変化の原因となるような油圧シリンダーの動作がない状態において、そのような変化を検出する回路を有することを特徴とする請求項１７に記載の土工システム。
【請求項２０】
前記センサは、前記傾斜計の出力における急激な変化を検出する回路を有することを特徴とする請求項１７に記載の土工システム。
【請求項２１】
前記制御部は、前記ブルドーザーの旋回が終わった後の予め設定された時間、前記ブレードを不変のレベルに維持することにより、前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制することを特徴とする請求項１７に記載の土工システム。
【請求項２２】
採掘ブレードを支持すると共に、前記採掘ブレードを上昇又は下降させる油圧シリンダーを含むブレード支持体と、前記ブレードの傾斜の情報を提示する傾斜計とを有するブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法であって、
前記傾斜計からの出力に応じて、前記シリンダーを操作して前記採掘ブレードの高さ及び傾斜を制御し、
前記ブルドーザーの旋回を感知し、
前記ブルドーザーの旋回が感知された場合、前記採掘ブレードの高さの望まざる変動を回避するのに十分な時間、前記傾斜計の出力に拘わらずに前記シリンダーの位置を維持することを特徴とするブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項２３】
車枠とその車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードとを有するブルドーザーであって、前記ブレード支持体が、前記車枠に対して前記ブレードを上昇又は下降させ、また前記ブレードの長手方向の傾斜を変化させる油圧シリンダーを含むようなブルドーザーと、
前記採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載され、前記採掘ブレードと共に動くことが可能であり、垂直位置を感知する位置センサと、
前記採掘ブレードと共に動くように搭載され、前記ブレードの傾斜を示す情報を提示する傾斜計と、
前記ブルドーザーの旋回を検出する旋回センサと、
前記位置センサ、前記傾斜計及び前記旋回センサに対して応答するものであり、前記シリンダーの動作を制御すると共に前記ブレードの位置及び傾斜を調整し、前記ブルドーザーの急激な旋回が検出された場合に前記シリンダーの動作を阻止することにより、前記ブレードの間違った垂直方向移動と間違ったチルトを抑制する制御部と、
を備えることを特徴とする土工システム。
【請求項２４】
レーザ光の基準ビームを送信する送信機を更に備え、前記位置センサは、前記レーザ光の基準ビームを感知するレーザ受信機を備えることを特徴とする請求項２３に記載の土工システム。
【請求項２５】
前記位置センサは、前記マストに搭載されたＧＰＳアンテナを有するＧＰＳ受信機を備えることを特徴とする請求項２３に記載の土工システム。
【請求項２６】
車枠とその車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードとを有するブルドーザーであって、前記ブレード支持体が、前記車枠に対して前記ブレードを上昇又は下降させ、また前記ブレードの長手方向の傾斜を変化させる油圧シリンダーを含むようなブルドーザーと、
前記採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載され、前記採掘ブレードと共に動くことが可能であり、垂直位置を感知する位置センサと、
前記採掘ブレードと共に動くように搭載され、前記ブレードの傾斜を示す情報を提示する傾斜計と、
前記ブルドーザーの旋回を検出する旋回センサと、
前記位置センサ、前記傾斜計及び前記旋回センサに対して応答するものであり、前記ブルドーザーの旋回中の前記傾斜計からの間違った出力に含まれる誤差を最小にするように、前記シリンダーの動作を制御すると共に前記ブレードの位置及び傾斜を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする土工システム。
【請求項２７】
前記ブルドーザーの旋回を検出する前記旋回センサは、前記ブルドーザーのステアリング機構の動きを監視するセンサを備えることを特徴とする請求項２６に記載の土工システム。
【請求項２８】
前記ブルドーザーの旋回を検出する前記旋回センサは、慣性誘導システムを備えることを特徴とする請求項２６に記載の土工システム。
【請求項２９】
前記ブルドーザーの旋回を検出する前記旋回センサは、前記傾斜計の出力を監視して旋回により生じた前記出力の急激な変化を解釈する回路を備えることを特徴とする請求項２６に記載の土工システム。
【請求項３０】
前記制御部は、前記ブルドーザーの旋回が検出された場合に前記ブレードの傾斜を不変のレベルに維持し、前記ブレードの高さを、旋回中の前記位置センサの出力と旋回の直前の傾斜計の出力とに依存するように制御することを特徴とする請求項２６に記載の土工システム。
【請求項３１】
車枠とその車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードとを有するブルドーザーであって、前記ブレード支持体が、前記ブレードの長手方向の傾斜を変化させる油圧シリンダーを含むようなブルドーザーと、
前記採掘ブレードと共に動くように搭載され、前記ブレードの傾斜を示す情報を提示する傾斜計と、
前記ブルドーザーの旋回を検出するセンサと、
前記傾斜計に対して応答するものであり、前記シリンダーの動作を制御すると共に前記ブレードの位置及び傾斜を調整し、前記ブルドーザーの急激な旋回が検出された場合に前記ブレードを不変の傾斜に維持することにより、前記ブレードの間違った垂直方向移動と間違ったチルトを抑制する制御部と、
を備えることを特徴とする土工システム。
【請求項３２】
車枠とその車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードとを有するブルドーザーであって、前記ブレード支持体が、前記車枠に対して前記ブレードを上昇又は下降させ、また前記ブレードをチルトさせる油圧シリンダーを含むようなブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法であって、
前記採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載されるセンサの位置を定期的に判定し、
前記ブレードに搭載された傾斜計により前記採掘ブレード及び前記マストの傾斜を感知し、
前記ブルドーザーの旋回を感知し、
前記シリンダーの動作を制御することにより、前記ブルドーザーの旋回の間、前記ブレードの高さが前記傾斜計からの間違った出力に影響されないように前記採掘ブレードの位置を制御することを特徴とするブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項３３】
前記ブレードの高さは、前記マストに搭載されたレーザ受信機により感知されることを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項３４】
前記ブレードの高さは、前記マストに搭載されたアンテナを有するＧＰＳ受信機により感知されることを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項３５】
前記ブルドーザーの旋回は、前記ブルドーザーのステアリングを監視することにより感知されることを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項３６】
前記ブルドーザーの旋回は、慣性センサを使用して感知されることを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項３７】
前記ブルドーザーの旋回は、前記傾斜計の出力における急激な変化により感知されることを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項３８】
前記シリンダーの動作を制御することにより、前記ブルドーザーの旋回の間、前記ブレードの高さが前記傾斜計からの間違った出力に影響されないように前記採掘ブレードの位置を制御するステップは、前記ブルドーザーの旋回が終わった後の予め設定された時間、前記ブレードを不変のレベルに維持し、それにより前記ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制するステップを含むことを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項３９】
前記シリンダーの動作を制御することにより、前記ブルドーザーの旋回の間、前記ブレードの高さが前記傾斜計からの間違った出力に影響されないように前記採掘ブレードの位置を制御するステップは、前記ブルドーザーの旋回が感知された場合、前記採掘ブレードの高さの望まざる変動を回避するのに十分な時間、前記傾斜計の出力に拘わらずに前記シリンダーの位置をそのときの高さに維持するステップを含むことを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項４０】
前記シリンダーの動作を制御することにより、前記ブルドーザーの旋回の間、前記ブレードの高さが前記傾斜計からの間違った出力に影響されないように前記採掘ブレードの位置を制御するステップは、旋回中の前記ブレードの高さを決定するに際し、旋回の開始の前に感知された前記傾斜計の出力を使用するステップを含むことを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【請求項４１】
前記ブレードの傾斜は、前記ブルドーザーの旋回の間、変化しないことを特徴とする請求項３２に記載のブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土工システムのための制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばブルドーザー等の土工機械を制御するための各種の制御装置がこれまでに開発されてきており、それにより地面を所望のレベルや高度に平坦化にすることができる。土工装置の位置をレーザ、ＧＰＳ、又は光学的な基準位置システムにより判定する多くのシステムが開発されてきている。そのようなシステムにおいては、土地が測量され、所望の最終形状を含んだ用地計画が設計される。土地の測量と用地の計画から、その土地の特定の領域において必要な採掘と充填の量を示す採掘／充填マップが作成されて、所望の最終形状が計画される。その情報は、その後土工装置のコンピュータ制御システムに格納される。
【０００３】
土工装置のある種の制御システムにおいては、レーザ受信機のような位置基準受信機が、採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載されている。そのレーザ受信機は、送信機から発射され、地面の上方の平面内で回転する基準レーザビームを傍受する。機械制御システムは、そのビームから、垂直基準位置情報が分かる。ｘ及びｙ位置情報については、他の基準ビーム、ＧＰＳシステム、又は他のナビゲーション技術により決定することができる。レーザ受信機におけるレーザビームの垂直傍受位置は、採掘ブレードの高さを示しており、それはコンピュータ制御システムに送られる。制御システムは、受信機が搭載されているマストの長さ情報を格納している。自動モードにおいては、制御システムは、採掘／充填マップと装置の検出平面位置に基づいて平坦化作業の高さ誤差を算出する。土工装置のための他の種類の制御システムにおいては、採掘ブレードから上方に延びるマスト上にＧＰＳ受信機アンテナが取り付けられている。この種のシステムにおいては、ＧＰＳ受信機が機械制御システムの垂直位置情報とともにｘ及びｙ位置情報についても判断する。
【０００４】
傾斜計が採掘ブレードに備えられており、ブレードの長さ方法についての傾斜の情報を提供している。マストはブレードから上方に延びるので、傾斜計は、マストの、真の垂直から外れたチルト情報も提供できることになる。レーザビームからブレードの採掘エッジまで、又はＧＰＳアンテナからブレードの採掘エッジまでの計測された距離に対して、このチルト角のコサインを掛けることにより、傾いたマストを補償し、レーザビーム又はＧＰＳアンテナとブレードの採掘エッジとの間の実際の垂直変位の情報を提供できる。傾斜計は単独でも使用可能であるし、レーザ利用システム、ＧＰＳ利用システム、又はレーザ及びＧＰＳ測定装置双方を備えたシステムと共に使用可能であり、ブレードの傾斜を制御し、又はブレードの傾斜を監視する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の傾斜計は重力利用のものであり、高周波振動からくるノイズについてはとりわけ軽減するように図られてはいるが、機械の動作中における加速度付加により誤差が生じてしまう。更にとりわけ、ブルドーザーのような機械がかなり高速で移動しながら旋回をするような場合、傾斜計は、エラー出力を呈し、つまりブレードは実際のブレードの向きとはかなり異なる角度で傾斜していると示すような出力を行う。そのようなエラー出力は機械の動作に対して悪い影響を与える。高さセンサが、ブレードに据え付けられたマストに取り付けられているタイプの機械の場合だとすると、システムは間違ったブレード高さを算出することになる。このデータは表示され、またシステムが自動モードで動作していれば、間違ってブレードを下げてしまうであろう。傾斜計の出力がブレードの傾斜を表示又は制御するために使用される場合には、表示又は制御におけるブレード傾斜についてのエラーもまた生ずるであろう。
【０００６】
故に、ブルドーザー又は他の土工機械を利用するものであって、ブルドーザーの急激な旋回から生ずる採掘ブレードの位置や向きの不正確性を補償するような制御が行われる土工システム及び方法が要求されているようである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの要望は、本発明による土工方法及びシステムにより解決され、その土工方法及びシステムというのは、レーザ光の基準ビームを送信するレーザ送信機と、車枠及びその車枠から延びるブレード支持体により支持される採掘ブレードを有するブルドーザーとを備える。ブレード支持体は、ブレードを車枠との関係でブレードを上昇及び下降させる油圧シリンダーを含んでいる。レーザ受信機は、採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載され、採掘ブレードと共に動くことが可能である。レーザ受信機は、レーザ光の基準ビームを感知する。レーザ受信機は、レーザ光の基準ビームを感知する。傾斜計は、採掘ブレードと共に動くように搭載されており、ブレードの傾きの情報を提示する。また、ブルドーザーの旋回を検出するセンサが存在する。制御部は、レーザ受信機、傾斜計及びセンサに対して応答するものであり、シリンダーの動作を制御すると共に前記ブレードの位置を調整する。制御部は、ブルドーザーの急激な旋回が検出された場合にブレードを不変のレベルに維持する。その結果、傾斜計の間違った計測から生じるであろうブレードの垂直方向の望まざる移動が抑制される。
【０００８】
レーザ送信機は、レーザ光の回転ビームを発する送信機を備える。制御部は、受信機が回転ビームにより照射されるたびに採掘ブレードの位置を判定する。センサは、ブルドーザーのステアリングシステムに接続されて旋回を検出するセンサである。センサは、傾斜計の出力における急激な変化を検出する回路を有する。センサは、傾斜計の出力における急激な変化の原因となるような油圧シリンダーの動作がない状態において、そのような変化を検出する回路を有する。制御部は、ブルドーザーの旋回が終わった後の予め設定された時間、ブレードを不変のレベルに維持することにより、ブレードの垂直方向の間違った移動を抑制する。
【０００９】
ブルドーザーの採掘ブレードの位置を制御する方法は、採掘ブレードから上方に延びるマストに搭載されるレーザ受信機を使用してレーザ光の基準ビームの相対的位置を感知することにより、採掘ブレードの配置を定期的に判定するステップと、ブレードに搭載された傾斜計により採掘ブレードの傾斜を感知するステップとを備える。また、ブルドーザーの旋回が感知される。シリンダーの動作を制御することにより、ブルドーザーの旋回の間、採掘ブレードの垂直位置が変わらないように採掘ブレードの位置を制御する。
【００１０】
センサが、ブルドーザーのステアリングシステムに接続される。センサが、傾斜計の出力における急激な変化を検出する。特に、センサが、傾斜計の出力における急激な変化の原因となるような油圧シリンダーの動作がない状態において、そのような変化を検出する。制御部が、ブルドーザーの旋回が終わった後の予め設定された時間、ブレードを不変のレベルに維持する。この構成により、ブレードの垂直方向の間違った移動が抑制できる。
【００１１】
本発明の目的は、採掘ブレードの高さを急激な旋回の間、一定に維持することができる土工システム及びそのようなシステムを動作させる方法を提供することにある。本発明の他の目的や利点というのは、以下の詳細な説明、添付図面、及び付随する請求項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明による土工システムの側面図である。
【図２】図２は、本発明による、図１の土工システムに使用される制御部のブロック図である。
【図３】図３は、採掘ブレードと、レーザ受信機と、ブレードから上方に延びると共にレーザ受信機が搭載されるマストとを表現する概略図である。
【図４】図４は、採掘ブレードと、レーザ受信機と、ブレードから上方に延びると共にレーザ受信機が搭載されるマストとを表現する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで参照する図１は、本発明に基づいて作られた土工システム１００を表わしている。システム１００は、レーザ光１０４の基準ビームを送信するレーザ送信機１０２を有している。レーザ光のビームは、垂直軸の周りを回転して水平基準面を規定する。知られている通り、傾斜度が光平面により定義されるべき場合には、基準面というのは、水平線面に対して正確に制御された角度で傾いていてもよい。
【００１４】
システム１００は、車枠１０８及び採掘ブレード１１０を有するブルドーザー１０６を有している。採掘ブレード１１０は、車枠１０８から延びるブレード支持体１１２により支持されている。ブレード支持体１１２は、車枠に対してブレードを上昇及び下降させる一組の油圧シリンダー１１４を含んでいるが、図１では片方のみが示されている。一組のアーム１１６が、ブレード支持体１１２の他端に取り付けられていると共に車枠１０８に対して１１８において旋回可能に取り付けられている。シリンダー１１４は、アーム１１２が１１８に対して旋回するのに伴って、ブレード１１０を下降又は上昇させるべく伸縮できるようになっている。シリンダー１２０はブレード１００の上端とアーム１１６の間に延設されており、旋回接続部１１２についてブレードを旋回させるために使用される。油圧シリンダー１１５は、ブレード支持体の背面に延設されており、それが伸縮するとブレードの長手方向に沿っていずれの方向にもブレードが傾く（チルトする）ように概ね接続されている。ブルドーザー１０６は、運転台１２４を有しており、運転手はそこで、自動運転モードか、ブルドーザーの動作を制御する各種制御を運転手が手動で操作する手動運転モードかを選択することができる。
【００１５】
土工システム１００は、更に、ブルドーザー１０６に搭載され、回転するレーザ光基準ビーム１０４を感知するためのレーザ受信機１２６を有している。受信機１２６は、ブレード１１０から上方に延びるマスト１２８に搭載されているように示されている。受信機１２６は、ビーム１０４の高さを検出し、採掘ブレード１１０の採掘エッジ１３０の垂直高さを判定することができるようになっている。送信機１０２はとりわけ、基準平面内を約６００ｒｐｍで回転するレーザ光のビームを発射する。システム１００は、更に、採掘ブレード１１０と共に動くように搭載された傾斜計１３４を備えており、それによりブレードの長さ方法についてのブレード１１０の傾斜の情報を提供する。そのような傾斜計は、典型的には、重力利用の機器であり、軽減作用はあるものの、一時的な非垂直加速度を受けた場合、間違った出力を呈する。制御部１４０は、典型的には運転台１２４に載置されており、レーザ受信機１２６及び傾斜計１３４に応答し、システムが自動モードにある場合には採掘ブレード１１０の高さを制御し、システムが手動モードにある場合には運転台１２４にいる運転手に対して採掘ブレードの高さを表示する。
【００１６】
図３を参照すると、そこではある種のエラーが生じる態様が示されている。図３において、ブルドーザーが現場の土地面１５０を所望の高さで移動する場合のブレード１１０、マスト１２８、及びレーザ受信機１２６が実線で示されており、その所望高さというのは、土地面１５０上の距離Ｄとして検出され、基準レーザビーム１０４の受信により判定される。例えばブルドーザーが旋回するときのように、傾斜計３４が横方向の加速度を受ける場合、困難なことが生ずる。旋回を開始する直前、ブレード１１０は所望の垂直高さにあり、その高さを旋回の間、維持すべきものと想定すると、この横方向の加速度により、実際には傾斜計は全く傾いていないのに、傾斜計は例えば角度Θだけ自身が傾いていることを示す出力を行ってしまう。その結果、定常的にブルドーザーの動作中のブレード１１０とマスト１２８の傾きを補償している制御部１４０は、ビーム１０４からブレード１１０の採掘エッジまでの距離を間違って計算し、実際の距離Ｄではなく、Ａ＝ＤｃｏｓΘと計算してしまう可能性がある。制御部１４０は、ブレードが所望のブレード位置（この例では、レーザビーム以下の距離Ｄ）よりも上方のレベルにあると計算してしまうので、自動制御システムは、シリンダー１１４を伸ばしてブレードを下降させようとする。その結果、ブレードは下がり過ぎてしまい、現場の表面を抉ってしまうことになり、運転手が素早く自動制御を手動に切り替えたり、またはその抉られた領域を余計に往復する必要が生じる。レーザ受信機の代わりにマスト上にアンテナを使用するタイプのシステムでも、ブレード高さを判定する際に、同様のエラーが生じることに注意すべきである。加えて、傾斜計の出力が、ブレードの傾斜を表示したり、ブレードの傾斜を自動的に制御したりするのに使用されるようなこれらのシステムにおいては、旋回中に傾斜計が受ける加速度により、ブレードの向きの表示にエラーが生じたり、ブレードの向きの表示及び制御にエラーが生じたりするであろうことは明らかである。
【００１７】
本発明はこれらのエラーに対処している。一実施形態にあっては、ブルドーザーが旋回したときに感知するセンサ構成を採用している。制御システムは、ブルドーザーの旋回が検出されている限り、ブレード１１０を不変のレベルに保つようにする。ここでの仮定は、ブルドーザーの旋回が最初に検出された時点でブレードは所望の高さにある、ということである。旋回の間、ブレードの垂直方向の動きが停止される。もしくは、所定の時間だけブレードの垂直方向の動きが断たれるようにしてもよい。とりわけこのアプローチにより、ブレード１１０が図４の実線で示す位置から符号１１０’が付いた点線で示される位置へ動くことになる。傾斜計１３４からの間違った傾斜角を使用してブレード１１０の傾きを制御しようとしているのであるから、システムは、ブレードを上昇させようとすることなく、ブレードをいくらか傾けようとする可能性がある。しかしながら、この問題は、ブルドーザーの旋回が検出されてブレード１１０の高さが不変に保たれているその時間において、シリンダー１１５によりブレードの傾きのあらゆる変化をも断とうとするような制御部１４０により対処できそうである。
【００１８】
他の実施形態にあっては、ブルドーザーの旋回中、シリンダー１１５によるブレード１１０の傾きの変化が断たれるものの、ブレードの垂直高さは制御され続けるというものである。この態様においては、傾斜計からの間違った信号は、式Ａ＝ＤｃｏｓΘに基づく高さＡの算出には使用されない。その代わり、旋回の開始の直前に計測される、ブレード１１０及びマスト１２８の傾斜角Θが、その旋回を通して、表示又は制御目的のための高さＡを算出するのに使用される。勿論、この角度というのは大きくは変化しないというのが前提である。他の実施形態にあっては、旋回中のシリンダー１１４及び１１５の伸縮を阻止することによりブレードの垂直高さ又はブレードの傾きの変化を断つ代わりに、ブルドーザーが旋回している時間のみ、傾斜計の出力が極度に弱められるようにしたものである。更に他の実施形態にあっては、旋回が最初に検出されて、そのあとの所定時間の間、傾斜計の出力が極度に弱められるようにしたものである。
【００１９】
本発明の制御システムは、図２に概略的に示されている。油圧シリンダー１１４は、ライン１５４上の信号に応じて伸縮し、油圧バルブを電気的に操作する。ブレード１１０はシリンダー１１４により上昇又は下降し、またそのシリンダー１１４によりビーム１０４を感知するレーザ受信機１２６も上昇又は下降する。油圧シリンダー１１５は、ライン１５５上の信号に応じて伸縮し、油圧バルブを電気的に操作する。ブレード１１０は、シリンダー１１５の伸縮によりその長手方向についていずれの方向にもチルト傾斜するようになっており、それによりブレード１１０の向きを感知する傾斜計１１４も傾くことになる。傾斜計１１４は、制御部１４０に対して信号を出力する。位置センサ１５６は、ＧＰＳでもよいし、現場におけるブルドーザーのＸ及びＹ座標を判定する他のシステムであってもよい。この情報から、制御部は、平坦化された地面の所望の高さを決定する。制御部１４０は、また、レーザ受信機出力及び傾斜計出力からブレード１１０の採掘エッジの実際の高さを判定する。この結果はブルドーザー運転台１２４の運転手に対して表示される。実際の高さと所望の高さの差異は、システムが自動モードにある場合には、ブレードを上昇又は下降させるのに使用される。
【００２０】
センサ１６０はブルドーザー１０６の旋回を検出し、その信号をライン１６２に乗せて制御部１４０に送る。センサ１６０は、選択し得る多くの構成のうちのどのようなものでもよく、例えば、ブルドーザーのステアリングシステムに接続されステアリング機構の回転を直接判定するようなセンサでもよい。また、そのシステムは、ブルドーザーが適所で旋回するときのように、ブルドーザーの両輪が互いに反対方向に移動する場合を検出する回路を含んでいてもよい。また、代わりに、センサは、傾斜計の出力における急激な変化を検出する回路を含んでいてもよい。他の態様においては、センサは、傾斜計の出力の変化の原因となり得る油圧シリンダー１１５の動作がない時間中、傾斜計の出力の急激な変化を検出してもよい。そのような回路としては、ハイパスフィルタや、傾斜計の出力の時間微分を出力する微分回路が考えられる。望むのであれば、制御部は、ブルドーザーの旋回が終わったあとの予め設定された時間、ブレードを不変のレベル及び向きに保つようにしてもよい。この構成によれば、ブレードの垂直方向の間違って動きが抑制される。
【００２１】
土工装置１００はブルドーザーを含むものとして説明したが、当業者であれば理解できることであろうが、ブレードを使用するか、土地を採掘したり充填したりする他の平坦化装備を使用しているあらゆる土工機械が本発明を有用に採用できる。例えば、モーターグレーダー、フロントエンドローダー、スキッドステア、又はパワーショベルなどが本発明の制御を利用することができる。但し、そのような制御は、機械が移動する速度や、旋回中に傾斜計に作用する加速度力により結果的に生ずるエラーに依存して、さほど重要でない場合がある。
【００２２】
ブレードの採掘エッジの高さを判定するためのレーザ受信機がブレード搭載マストに取り付けられ、採掘エッジ高におけるエラーがブレードの傾斜に基づいて補償され、表示モード及び自動制御モードの両モードにおいて、ブレードの所望の傾きが監視され訂正されるようなシステムの中で本発明は説明されてきたが、本発明は、計測されたブレードの傾斜が、ＧＰＳ利用システムや、ブレードの傾斜が制御されないレーザ利用システムを是正するために使用されるようなシステムで、是正を行うようにすることも想定している。
【００２３】
以上のように本発明の土工装置及び方法を、詳細に、また実施形態を参照して説明してきたが、付随する請求項に規定した発明の範囲を逸脱しない範囲で、修正形態や各種形態が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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