(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地ツールを有する作業器具を制御する方法であって、
垂直軸の回りのアーチ状経路に沿って前記接地ツールを移動させるためにスイングアセンブリにスイングコマンドを送るステップと、
前記接地ツールの水平面に投影される移動経路が最短経路にとなるように、前記スイングアセンブリの速度に基づいて所定終点に向けた前記接地ツールの最終的運動を発生させるために計算されるクラウドコマンドを決定するステップと、
前記接地ツールを所定終点に向かって移動させるためにクラウド機構にクラウドコマンドを送るステップと、
を備える方法。
【請求項２】
クラウド機構は、前記接地ツールを垂直軸に向かって移動し、スイングアセンブリは、クラウド機構の運動方向と略垂直をなす方向に前記接地ツールを移動し、前記接地ツールの最終的運動の水平成分は、前記接地ツールの場所を所定終点と結ぶ直線と略一致する移動経路に沿っている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
接地ツールを有する作業器具の制御システムであって、
所定終点の場所を識別する１組の座標を格納するように構成されたメモリと、
作業器具に動作可能に接続され、前記接地ツールの現在位置の指示を提供するように構成された位置感知システムと、
水平成分と垂直成分とを有し、前記接地ツールの現在位置と所定終点とを結ぶ移動経路を決定するように構成された制御装置であって、移動経路の水平成分の少なくとも一部が前記接地ツールの現在位置を所定終点と結ぶ水平線と略一致し、前記接地ツールの運動を制御して前記接地ツールを移動経路に沿って所定終点に移動させるように構成される、制御装置と、
を備える制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機械の制御システムに関する。より詳しくは、本発明は、作業器具を制御して作業機械のサイクルタイムを改善する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業機械は、通常、掘削または浚渫作業で大量の土砂または他の材料を移動するために使用される。これらの作業機械は典型的に、一方の場所から土砂または他の材料の一荷を取り上げ、第２の場所にその荷を降ろすように設計された作業器具を含む。例えば、エキスカベータは、バケットまたはクラムシェルのような、接地ツールを有する作業器具を包含しても良い。操作者は、掘削現場から一荷の土砂を取り上げるように接地ツールの運動を制御しても良い。操作者は、次に、ダンピング（荷下し）場所まで接地ツールを移動させ、そこで土砂が除去車両に荷揚げされも良い。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５，４４６，９８０号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの作業機械は、通常、液圧システムによって動力が供給され、これらは加圧された流体を使用して作業器具と機械との両方を動かす。液圧システムは、典型的に、例えば、液圧シリンダまたは流体モータのような、一連の液圧アクチュエータを含む。これらの液圧アクチュエータの運動は、液圧アクチュエータに流入する流体、および液圧アクチュエータから流出する流体の流量および方向を制御することによって制御されても良い。典型的に、一連の液圧アクチュエータは、作業機械の全体に分配されて作業機械および作業器具を移動させるのに必要な動力を伝達する。液圧アクチュエータに流入する流体の流量および方向を制御することによって、作業機械、および作業器具の運動が制御されても良い。
【０００５】
掘削または浚渫タイプの作業中、操作者は、たいてい反復動作シーケンスのステップを通じて作業機械を案内する。例えば、掘削作業において、作業機械の操作者は、接地ツールが土砂を取り上げるローディング（積込み）場所に接地ツールを移動する。操作者は次に、接地ツールを上昇させ、ダンピング場所に移動させ、そこでその荷が除去車両に積載される。操作者は次に、接地ツールをローディング場所に戻して新たに土砂を取り上げる。この動作シーケンスのステップを完了するのに要する時間は、特定動作のサイクルタイムと称される。
【０００６】
作業機械の効率の１つの基準は、所定期間に移動される材料の量で定義されても良い。１サイクルを完了するのに要する時間の量のいかなる低減も、その期間中に移動される材料の量の増加となろう。ゆえに、サイクルタイムの減少は、作業機械の効率の増加となる。
【０００７】
作業機械の効率を改善する１つの試みは、作業器具の制御を自動化することである（特許文献１参照）。この試みにおいて、自動制御システムは、操作者からの最小限の入力で特定のタスクを実行するように作業器具の運動を制御する。このタイプの自動制御は、長時間および環境的問題に関係なく、自動制御が一貫して生産性を維持するので作業機械の効率を改善する。
【０００８】
但し、これらのタイプの自動制御システムは、サイクルタイムを低減する問題を直接扱わない。自動制御システムは典型的に、操作者が行うのと同じように、作業サイクルを通じて作業機械を案内するようにプログラム作成される。例えば、作業機械が、ローディング場所からダンピング場所に移動するために大回転を経て接地ツールを移動させなければならない掘削作業を考えると、典型的に、操作者または自動制御システムは、接地ツールを旋回させるために作業機械のスイングアセンブリを作動させることによってローディング場所からダンピング場所に接地ツールを移動させる。旋回運動は、接地ツールがローディング場所とダンピング場所との間のアーチ状経路に沿って移動することになる。操作者または自動制御システムは、次に接地ツールを同アーチ状パターンを経てローディング場所に戻す。但し、これらのアーチ状経路は典型的に、２つの場所間の最短可能経路を表さない。これらの経路に沿って接地ツールを移動させることで、作業機械は、作業サイクルを完了するのに必要以上の時間を費やすることになるので、これは効率の低下となる。
【０００９】
本発明の制御システムは、上述の１つまたはそれ以上の問題を解決する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一形態は、接地ツールを有する作業器具を制御する方法に関する。スイングコマンドは、スイングアセンブリに送られて接地ツールを垂直軸の回りで旋回移動させる。クラウドコマンドは、スイングアセンブリの速度に基づいて決定される。クラウドコマンドは、所定終点に向かう接地ツールの最終的正味運動を発生させるように計算される。クラウドコマンドは、クラウド機構に送られて所定終点に向かって接地ツールを移動させる。
【００１１】
他の形態において、本発明は、接地ツールを有する作業器具の制御システムに関する。制御システムは、所定終点の場所を格納するように構成されたメモリを含む。位置感知システムは、作業器具に動作可能に接続され、接地ツールの現在位置の指示を提供するように構成される。制御装置は、接地ツールの現在位置と所定終点とを結ぶ水平成分の経路を有する移動経路を決定するように構成される。移動経路の水平成分の少なくとも一部は、接地ツールの現在位置を所定終点と結ぶ直線と略一致する。この制御装置は、さらに、接地ツールを移動経路に沿って所定終点に移動させるために接地ツールの運動を制御するように構成される。
【００１２】
前述の概説および以下の詳細な説明は例示的且つ説明のみを目的としたものであり、特許請求の範囲に記載されるように、本発明を限定するものではないことは理解されるべきである。
【００１３】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付図面は、本発明の例示的実施形態を例示し、明細書と共に、本発明の原理を説明する役割をなす。
【００１４】
【発明の実施の形態】
さて、添付図面にその例が例示されている発明の例示的実施形態を詳細に参照する。可能な限り、全図面を通して同一部分または同様の部分には同一参照符号を付すものとする。
【００１５】
作業機械１０の例示的実施形態が図１に例示される。作業機械１０は、スイング要素を含むいかなるタイプの材料移動機械であっても良い。例えば、作業機械１０は、エキスカベータまたはバックホーであっても良い。
【００１６】
図１に例示されるように、作業機械１０は、操作者の着席部分を包含しても良いハウジング１２を含む。ハウジング１２は、垂直軸３４の回りでハウジング１２を回転または旋回させるように構成されるスイングアセンブリ１６上に搭載される。スイングアセンブリ１６は、例えば、垂直軸３４の回りでハウジング１２を旋回させる流体モータまたは液圧シリンダのような液圧アクチュエータを包含しても良い。加圧された流体は、スイングアセンブリ１６に導入されてスイングアセンブリ１６を移動させる。加圧流体の導入流の方向および流量は、スイングアセンブリ１６の運動方向を制御する。
【００１７】
ハウジング１２およびスイングアセンブリ１６は、トラクション装置１４で支えられる。トラクション装置１４は、作業機械１０が運転状態にあるとき作業機械１０を安定に支持できるいかなるタイプの装置であっても良い。加えて、トラクション装置１４は、作業現場周辺、および／または作業現場間の作業機械１０の移動を提供しても良い。例えば、トラクション装置１４は、車輪ベースまたは履帯ベースであっても良い。加えて、トラクション装置は、例えば、はしけのような水上船であっても良い。
【００１８】
さらに図１で例示されるように、作業機械１０は作業器具１８を含む。作業器具１８は、ブーム２０およびスティック２２を含むクラウド機構、および接地ツール２４を含む。接地ツール２４は、一荷２６の土砂、残骸、または他の材料を移動するために作業機械で通常に使用されるいかなるタイプの機構であっても良い。例えば、接地ツール２４はバケットまたはクラムシェルであっても良い。
【００１９】
クラウド機構のブーム２０は、矢印２１で指示される方向に運動するようにハウジング１２上に旋回可能に取り付けられても良い。他の例示的実施形態において、ブーム２０は、スイングアセンブリ１６に直に取り付けられ、ハウジング１２はトラクション装置１４に対して固定されても良い。この代替実施形態において、スイングアセンブリ１６は、ハウジング１２に対しブームを垂直軸の回りで旋回させることができる。
【００２０】
ブームアクチュエータ２８は、ブーム２０とハウジング１２との間、またはブーム２０とスイングアセンブリ１６との間に接続されても良い。ブームアクチュエータ２８は、例えば、流体モータまたは液圧シリンダのような、液圧動力が供給される１つまたはそれ以上のアクチュエータであっても良い。あるいは、ブームアクチュエータ２８は、ハウジング１２に対しブーム２０を移動することができるような当業者には容易に分かる任意の他の装置であっても良い。加圧された流体は、ブームアクチュエータ２８に導入されてブーム２０をハウジング１２に対し移動させる。ブームアクチュエータ２８への加圧流体流の方向および流量は制御され、それによってブーム２０の運動の方向および速度を制御する。
【００２１】
スティック２２は、矢印２３で示された方向に運動できるようにブーム２０の一端に旋回可能に接続される。スティックアクチュエータ３０は、スティック２２とブーム２０との間に接続されても良い。スティックアクチュエータ３０は、例えば、流体モータまたは液圧シリンダのような、液圧動力が供給される１つまたはそれ以上のアクチュエータであっても良い。あるいは、スティックアクチュエータ２２は、ブーム２０に対しスティック２２を移動することができるような当業者には容易に分かる任意の他の装置であっても良い。加圧された流体は、スティックアクチュエータ３０に導入され、スティック２２をブーム２０に対し移動させる。スティックアクチュエータ３０への加圧流体流の方向および流量は制御され、それによってスティック２２の運動の方向および速度を制御する。
【００２２】
接地ツール２４は、矢印２５で示された方向に運動できるようにスティック２２の一端に旋回可能に接続される。ツ−ルアクチュエータ３２は、接地ツール２４とスティック２２との間に接続されても良い。ツールアクチュエータ３２は、例えば、流体モータまたは液圧シリンダのような、液圧動力が供給される１つまたはそれ以上のアクチュエータであっても良い。あるいは、ツールアクチュエータ３２は、スティック２２に対し接地ツール２４を移動できるような当業者には容易に分かる任意の他の適当な装置であっても良い。加圧された流体は、ツールアクチュエータ３２に導入されてスティック２２に対し接地ツール２４を移動する。ツールアクチュエータ３２への加圧流体流の方向および流量は、制御され、それによってスティック２２に対し接地ツール２４の運動の方向および速度を制御する。
【００２３】
図２に図解的に例示されるように、作業機械１０は制御装置４０を包含しても良い。制御装置４０は、例えば、メモリ６２、二次記憶装置、中央処理ユニットのようなプロセッサ、および入力装置のような、アプリケーションをランするのに必要な構成要素を全て有するコンピュータを包含しても良い。当業者には、このコンピュータが付加的または異なる構成要素を包含し得ることは理解されよう。さらに、本発明の形態は、メモリに格納されるように記述されているが、当業者には、これらの形態が、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または他の形のＲＡＭまたはＲＯＭを含む、コンピュータチップや二次記憶装置のような、他のタイプのコンピュータプログラム製品、またはコンピュータ読出し可能な媒体に格納されるか、またはそれらから読み出され得ることは理解されよう。
【００２４】
図２でさらに例示されるように、制御装置４０は、一連の制御弁４２、４６、５０、５４に動作可能に接続される。制御弁４２は、スイングアセンブリ１６に至る流体導管内に配置される。制御弁４６は、ブームアクチュエータ２８に至る流体導管内に配置される。制御弁５０は、スティックアクチュエータ３０に至る流体導管内に配置される。制御弁５４は、ツールアクチュエータ３２に至る流体導管内に配置される。
【００２５】
各制御弁４２、４６、５０、５４は、液圧アクチュエータのチャンバへの流体流の流量および方向を制御するように構成される。例えば、制御弁４２は、スイングアセンブリ１６への流体流の流量および方向を制御する。同様に、制御弁４６、５０、５４は、ブームアクチュエータ２８、スティックアクチュエータ３０、およびツールアクチュエータ３２への流体流の流量および方向をそれぞれ制御する。各制御弁４２、４６、５０、５４は、例えば、４つの独立調整弁を１組にしたような方向制御弁であっても良い。あるいは、各制御弁４２、４６、５０、５４は、液圧アクチュエータへの流体流、および液圧アクチュエータからの流体流の流量および方向を制御するように構成されたスプール弁、分割スプール弁、または任意の他の機構であっても良い。
【００２６】
制御装置４０は、制御弁４２、４６、５０、５４の相対的位置を制御し、それによって各々の液圧アクチュエータへの流体流の流量および方向を制御するように構成される。制御弁４２、４６、５０、５４を通過する流体流の流量および方向を制御することによって、制御装置４０は、スイングアセンブリ１６、ブーム２０、スティック２２、および接地ツール２４の運動の速度および方向を制御しても良い。このようにして、制御装置４０は、作業器具１８の全速度および方向を制御しても良い。
【００２７】
図２で例示されるように、作業機械１０は、作業器具１８の位置の情報を提供する位置感知システム４３を包含しても良い。位置感知システム４３は、以下で説明されるように一連の回転および変位センサを包含しても良い。あるいは、位置感知システム４３は、接地ツール２４の位置を追跡できるような当業者には容易に分かる任意のシステムであっても良い。
【００２８】
１つの例示的実施形態において、位置感知システム４３は、スイングアセンブリ１６の相対的位置を決定するためにスイングアセンブリ１６に動作可能に接続される位置センサ４４を包含しても良い。位置センサ４４は、垂直軸３４に対するスイングアセンブリ１６の回転角度を測定するように構成されても良い。これは、ブーム２０が作業機械１０から延びる方向を制御装置４０が決定できるようにする。
【００２９】
加えて、位置感知システム４３は、アクチュエータ２８、スティックアクチュエータ３０、およびツールアクチュエータ３２に接続される一連の位置センサ４８、５２、５６を包含しても良い。位置センサ４８、５２、５６の各々は、それぞれのアクチュエータの相対的変位を測定する、すなわちアクチュエータが伸びる距離を決定するように構成されても良い。これは、特定のアクチュエータによって移動される作業器具要素の位置を制御装置４０が決定できるようにする。
【００３０】
当業者には明らかであるように、アクチュエータの変位を知ることで、ハウジング１２に対するブーム２０、スティック２２、および接地ツール２４の位置は、簡単な三角法の計算を通じて決定されても良い。位置感知システム４３は、この位置情報を制御装置４０に送る。信号プロセッサ６４が、位置信号を条件付けるために包含されても良い。ゆえに、位置感知システム４３は、接地ツール２４の現在位置を計算するために制御装置４０に必要な情報を提供する。制御装置４０は、位置情報を使用して接地ツール２４の速度、方向、および加速度を決定しても良い。
【００３１】
制御装置４０は、操作者および／または自動制御プログラムから移動命令を受けても良い。例えば、操作者は、１組の制御レバー５８を操作して移動命令を提供しても良い。その１組の制御レバー５８は、例えば、スイングアセンブリ１６、ブーム２０、スティック２２、および接地ツール２４の各々の運動を制御する１つのレバーを包含しても良い。その１組の制御レバー５８を選択的に移動することで、操作者は、スイングアセンブリ１６、ブーム２０、スティック２２、および接地ツール２４の各々の運動の速度および方向を個々に、および選択的に制御しても良い。ゆえに、制御レバー５８の運動を調和させることで、操作者は、作業器具１８の動きを制御しても良い。
【００３２】
あるいは、制御装置４０は、全作業サイクルを通じて作業器具１８を案内するために作業器具１８の移動命令を提供する自動化プログラムを包含しても良い。操作者インターフェイス６０が、特定の動作のパラメータを詳述する情報を制御装置４０に操作者が入力できるように提供されても良い。例えば、操作者は、動作の時間およびシーケンスに関する情報だけでなく、作業場所およびダンピング場所の座標やパラメータを入力しても良い。この情報に基づいて、制御装置４０は、一荷の土砂を回収するために接地ツール２４をローディング場所に自動的に移動させ、土砂を積み降ろすために接地ツール２４をダンピング場所に移動させ、次に他の一荷を回収するために接地ツール２４をローディング場所に戻しても良い。
【００３３】
作業機械１０の動作中、自動制御下、または操作者制御下のいずれであっても、作業器具１８は、反復的にダンピング場所に移動される。例えば、掘削または浚渫現場である例示的作業現場が図３で例示されている。図３で図解的に例示されるように、作業サイクルは、作業機械１０が接地ツール２４を位置８０に位置決めするときに開始する。作業器具１８は、次に、接地ツール２４が一荷２６の土砂を取り上げるローディングシーケンスで作動される。ローディングシーケンスは、操作者によって、または自動制御システムの案内によって実行されても良い。
【００３４】
一旦、接地ツ−ル２４に積み込まれると、作業サイクルの次ステップは、例えば、ダンピング場所７８である所定終点に接地ツール２４を移動させることである。ダンピング場所７８は、ダンプトラックまたは廃棄物除去はしけのような、例えば、残骸除去車両によって画定されても良い。作業機械１０に対するダンピング場所７８の座標は、操作者インターフェイス６０を介してダンピング場所７８の座標を入力することによって制御装置４０に連絡されても良い。あるいは、作業を開始する前に、接地ツール２４がダンピング場所７８に位置決めされ、適切な命令が制御装置４０に伝達されてダンピング場所７８の場所として接地ツール２４の現在位置をメモリ６２にセーブしても良い。
【００３５】
現在位置８０からダンピング場所７８に接地ツール２４を移動する命令は、操作者によって、または自動制御プログラムによって開始されても良い。例えば、操作者は、ボタンを押すことによってダンピング場所７８への動きを開始しても良い。その命令はまた、例えば、最大、またはほぼ最大の旋回が望まれていることを指示するために一定のポイントを過ぎてスイングアセンブリ制御レバーを操作者が移動する場合のような、他のタイプの指示によって発生されても良い。
【００３６】
命令を受けると、制御装置４０は、スイングコマンドをスイングアセンブリ１６に送る。スイングコマンドに応答して、スイングアセンブリ１６は、接地ツール２４および関連の荷２６を垂直軸３４の回りでアーチ状経路７２に沿って移動する。スイングアセンブリ１６がアーチ状経路７２に沿って接地ツール２４を移動させる速度は、操作者および／または自動制御システムから受ける命令に依存する。
【００３７】
制御装置４０はまた、クラウド機構のブーム２０およびスティック２４の運動を制御するためにクラウドコマンドを決定して、さらに接地ツール２４の運動を制御する。クラウドコマンドは、ブーム２０およびスティック２２の所望速度の動作を指示して垂直軸３４に対する（すなわち、垂直軸３４に接近、または垂直軸３４から離れる）垂直方向および水平方向の接地ツール２４の運動を制御する。クラウドコマンドは、所望垂直運動を所望水平運動と組合せることによって決定されても良い。制御装置４０は、スイングコマンドと同時に、またはスイングコマンドが開始された後の任意の時点でクラウドコマンドを作業器具１８に送っても良い。
【００３８】
制御装置４０は、特定の作業現場の特性に基づいてクラウドコマンドの垂直成分を決定しても良い。例えば、接地ツール２４は、接地ツール２４がダンピング場所７８に向かって移動される前に、掘削場所から地表面高さより上まで上昇されなければならない。加えて、接地ツール２４は、ダンピング場所７８において荷２６を下ろすためにダンピング高さまで上昇されなければならない。
【００３９】
制御装置４０は、作業機械１０のサイクルタイムを低減するためにクラウドコマンドの水平成分を決定しても良い。制御装置４０は、クラウドコマンドの水平成分を、スイングアセンブリ１６が移動するか、または接地ツール２４を移動すると予想される速度の基礎としても良い。例えば、制御装置４０は、現在位置から、例えば、ダンピング場所７８である所定終点に向かって接地ツール２４を移動するためにクラウドコマンドの水平成分を計算しても良い。移動経路７４として示される接地ツール２４の投影された運動経路は、現在位置８０とダンピング場所７８とを結ぶ直線と一致する。本発明の開示のため、移動経路７４は、現在位置８０をダンピング場所７８と結ぶ垂直面であると考えられても良い。換言すれば、接地ツール２４は、接地ツール２４がダンピング場所８０に移動されるときに接地ツール２４の垂直高さが変化しても移動経路７４を辿ると考えられても良い。
【００４０】
図４で例示されるように、スイングアセンブリ１６とクラウド機構との運動は、組み合わさって接地ツール２４を移動経路７４に沿って移動させる。示されるとおり、作業器具１８は、矢印８４で示された、すなわち、垂直軸３４に接近する方向に接地ツール２４を移動させる。スイングアセンブリ１６は、クラウド機構の運動と略垂直をなす矢印８６で示された方向に接地ツール２４を移動させる。クラウド運動とスイング運動とを組合せることによって、接地ツール２４の最終的運動８８を得る。制御装置４０は、最終的運動８８が移動経路７４に沿って存在するように所望のクラウドおよびスイング運動を計算する。
【００４１】
先の論述はクラウドコマンドを決定する際に使用する接地ツール２４の速度および方向を監視する位置センサの使用を説明してきたが、当業者には、他のタイプのセンサおよび／またはフィードバックがクラウドコマンドを決定するために使用されても良いことは理解されよう。例えば、一連のセンサ、または力および位置のセンサの組合せが使用されても良い。図４の図解は、クラウド機構によって接地ツール２４に加えられる力が矢印８４として描かれ、スイング機構１８によって接地ツール２４に加えられる力が矢印８６として描かれる力線図として見られても良い。クラウドおよびスイングコマンドは、最終的クラウドおよびスイングの力が移動経路７４に沿って存在するように計算されても良い。
【００４２】
制御装置４０は、接地ツール２４の実際の動きに基づいてクラウドコマンドおよびスイングコマンドの一方または両方を調整しても良い。制御装置４０は、接地ツール２４をダンピング場所８０に向かって加速させるようにクラウド機構に初期クラウドコマンドを送っても良い。接地ツール２４がクラウドコマンドに応答して移動するとき、制御装置４０は、接地ツール２４の位置、速度、および／または加速度を監視し続けても良い。接地ツール２４の動きがダンピング場所８０以外の場所に向かって方向付けられると制御装置４０が決定する場合、制御装置４０は、接地ツール２４の動きをダンピング場所８０に向かって再度方向付けるようにクラウドコマンドを調整しても良い。
【００４３】
２つの場所間を移動経路７４に沿って接地ツール２４を移動させるようにスイングアセンブリ１６、ブーム２０、スティック２２を作動させることによって、制御装置４０は、作業機械１０のサイクルタイムを低減しても良い。図３および４を参照するに、例えば、制御装置４０がスイングアセンブリ１６しか作動させない場合、接地ツール２４の加速度は、スイング経路と接線をなし、接地ツール２４は、ダンピング場所７８へのアーチ状経路７２を辿る。アーチ状経路７２は、移動経路７４よりも長い。従って、最大速度および加速度が一定のままであるとすると、アーチ状経路７２よりも移動経路７４に沿って接地ツール２４を移動させるほうがより少ない時間で済む。ゆえに、移動経路７４を辿ると、作業機械１０のサイクルタイムを減少させる。サイクル毎の時間を低減すると、１日の作業行程中により多くのサイクルを完了し、より多くの土砂を移動することができる機械となる。
【００４４】
さらに、移動経路７４に沿って接地ツール２４を移動させることによって、作業機械１０は、アーチ状経路７２に沿うよりも移動経路７４に沿う方が接地ツール２４により大きな加速度を発生させる。接地ツール２４がアーチ状経路７２に沿って移動されると、スイング力８６のみが接地ツール２４を加速するように作用する。但し、作業器具１８が、接地ツール２４にクラウド力８４が加わるように作動されると、その結果生じる力は、スイング力８６単独よりも大きくなる。従って、接地ツール２４は、アーチ状経路７２に沿うよりも大きな速度で移動経路７４に沿って加速する。
【００４５】
加えて、ブーム２０またはスティック２２の動きは、接地ツール２４を垂直軸３４により接近して移動させるように作用し、それによって作業器具１８のモーメントを低減する。スイングアセンブリ１６が一定トルクを作業器具１８に加える場合、モーメントアームがより短いと、接地ツール２４に加わるスイング力８６もより大きくなる。ゆえに、接地ツール２４に結果として加わる力は、より大きくなり、アーチ状経路７２よりも移動経路７４に沿って移動するときの加速度もより大きくなる。加速度がより大きくなると、接地ツール２４をより短期間でその最大速度に到達させることができ、それによってダンピング場所７８に到達するのに要する時間を低減する。
【００４６】
移動経路７４に沿って接地ツール２４を移動させると、接地ツール２４をダンピング場所７８で停止させるのに要する時間を低減する。ブームアクチュエータ２８、スティックアクチュエータ３０、およびツールアクチュエータ３２の各々は、接地ツール２４に減速力を加えるために使用されても良い。これらの組み合わされた力は、接地ツール２４のより迅速な減速となる。ゆえに、接地ツール２４は、移動経路７４の大部分をその最大速度で移動し、ゆえに、短時間でダンピング場所７８に到達する。
【００４７】
移動経路７４に沿って接地ツール２４を移動することによって提供されるサイクルタイムの利点は、浚渫作業において特に明らかとなる。このような作業において、接地ツール２４は、部分的または完全に水中に入れられ、加速し、接地ツール２４をダンピング場所７８に向かって移動させるかなりの力を要する。スイングアセンブリ１６は、通常、作業器具１８の力と同じ大きさの力を生成できないので、接地ツール２４は、ダンピング場所７８に向かう旋回運動を開始する前に水中から引き揚げられる。但し、スティックアクチュエータ３０および／またはブームアクチュエータ２８が移動経路７４に沿っての接地ツール２４の初期運動を支援するように使用されるとき、その結果生じる力は、ダンピング場所７８に向かって直接的に接地ツール２４を加速させるに足る大きさであり、しかも接地ツール２４は部分的または完全に水中に留まったままであっても良い。ゆえに、接地ツール２４の初期運動は、ダンピング場所７８に向かうものであり、接地ツールを水中から引き揚げるべく上方に向かうものではない。これは、浚渫作業におけるサイクルタイムをさらに低減するように作用する。
【００４８】
一旦、接地ツール２４がダンピング場所７８に到達すると、制御装置４０は、ツールアクチュエータ３２を作動して一荷の土砂を除去車両内に落下させる。制御装置４０は、次に土砂の他の荷を回収するために移動経路７４に沿って接地ツール２４をローディング場所８０に戻す。あるいは、制御装置４０は、接地ツール２４を第２のローディング場所８２に移動するように命令される。
【００４９】
制御装置４０が接地ツール２４を第２のローディング場所８２に移動するように命令される場合、制御装置は、ダンピング場所７８と第２のローディング場所８２との間の第２の移動経路７６に沿って接地ツール２４を移動するために計算されたクラウドコマンドおよびスイングコマンドを供給する。先に説明されたように、制御装置４０は、第２の移動経路７６を、ダンピング場所７８と第２のローディング場所８２とを結ぶ直線と一致させようとする。但し、直線に沿っての接地ツール２４の移動経路が作業機械１０の周りの安全ゾーン７０と重なる場合、制御装置４０は、例えば、アーチ状セクション７７を発生させて安全ゾーン７０を回避するためにクラウド運動８４を低減または後退させることによるなどして、第２の移動経路７６をそらせるようにしても良い。このようにして、制御装置４０は、ダンピング場所７８と第２のローディング場所８２との間の最短可能経路に沿って接地ツール２４を移動させ、しかも接地ツール２４が作業機械１０の安全な動作を妨害するのを防止する。
【００５０】
（産業上の利用可能性）
前述の説明からも明らかなように、本発明は、作業機械のサイクルタイムを低減する制御システムを提供する。制御システムは、接地ツールを現在位置から所定終点に向かって移動させるように作業器具の動きを制御する。その結果、作業器具は、ローディング場所とダンピング場所との間の最短可能経路に沿って接地器具を移動させる。ダンピング場所に向かって接地器具を移動させるためにスイングアセンブリ、ブーム、およびスティックの動きを調整することで、制御装置は、ローディング場所とダンピング場所との間で接地器具を移動させるのに要する時間を低減しても良い。ローディング場所とダンピング場所との間を移動するのに要する時間を低減することで、本発明は、所定時間内に作業機械によって実行される作業量を増加させる。
【００５１】
本発明の制御システムは、完全自動化システムの一部、または半自動化システムの一部として実施されても良い。操作者が、機械の操作室内に設けられたインターフェースを介して制御システムを開始するか、または自動制御システムが上述の手順を開始しても良い。いずれの場合であっても、本発明の制御システムは、小さな改造だけで既存の作業機械に実施され、いかなる高価なハードウエアの追加も不要である。
【００５２】
様々な修正や変形が発明の趣旨および範囲を逸脱することなく本発明の制御システムに行われても良いことは当業者には明らかとなろう。発明の他の実施形態は、ここで開示される発明の明細書や実施の検討により当業者には明らかであろう。明細書や例は例示することだけを目的として考えられるべきものであり、発明の真の趣旨および範囲は特許請求の範囲およびそれらと等価物によって示されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの例示的実施形態による作業器具を有する作業機械の側面図である。
【図２】本発明の例示的実施形態による作業機械制御の例示的実施形態のブロック線図である。
【図３】ローディング場所とダンピング場所との間の作業器具の運動を例示する図１の例示的作業機械の図解式平面図である。
【図４】接地ツールが所定終点に向かって移動されるときの接地ツールに加えられる力、および最終的運動方向を表す例示的線図である。
【符号の説明】
１０  作業機械
１２  ハウジング
１４  トラクション装置
１６  スイングアセンブリ
１８  作業器具
２０  ブーム
２２  スティック
２３  矢印
２４  接地ツール
２５  矢印
２６  一荷
２８  ブームアクチュエータ
３０  スティックアクチュエータ
３２  ツールアクチュエータ
３４  垂直軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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