(57)【要約】  舗装機械またはテクスチャ加工機械のスマートステアリング制御システムは、機械の現在および将来の位置に対応する経路要素を受ける。現在の要素と将来の要素とを比較することにより、現在の位置を出て将来の位置に入るための予想完了時間が導出され、スマートステアリング制御システムは、機械の操縦可能なトラックの調整を現在の経路から将来の経路に同期させる。スマートステアリング制御システムは、仮想タイロッドとして機能し、損傷を防ぎ、トラクション制御を強化し、機械のパワーを引き出し、その構成要素の動作寿命を維持する。【選択図】図４Ａ
2020514161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのプロセッサであって、
半径部分を含む少なくとも１つの経路要素を備える経路を受け、
前記半径部分に関連した共通回転点を判定し、
ツールキャリアの第１のトラックに関連した第１角度であって、前記共通回転点からの前記第１のトラックの距離によって定義される第１角度を判定し、
ツールキャリアの第２のトラックに関連した第２角度であって、前記共通回転点からの前記第２のトラックの距離によって定義される第２角度を判定し、
ツールキャリアの第３のトラックに関連した第３角度であって、前記共通回転点からの前記第３のトラックの距離によって定義される第３角度を判定するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成するためのプロセッサ実行可能コードを格納するメモリとデータ通信する少なくとも１つのプロセッサを備え、
前記少なくとも１つの経路要素は、ツールの経路の一部を備える、
コンピュータ装置。
【請求項２】
前記プロセッサ実行可能コードは、前記半径部分を含む前記少なくとも１つの経路要素の完了時間を計算するように前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記経路は、直線部分を含む少なくとも１つの経路要素をさらに備え、
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記直線部分によって定義される前記第１のトラックに関連した第４角度を判定し、
前記直線部分によって定義される前記第２のトラックに関連した第５角度を判定し、
前記直線部分によって定義される前記第３のトラックに関連した第６角度を判定するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記完了時間が経過した後、前記第１のトラックを前記第１角度から前記第４角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第２のトラックを前記第２角度から前記第５角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第３のトラックを前記第３角度から前記第６角度に移行させるように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの経路要素は、第１の半径部分を含む第１の経路要素を含み、
前記経路は、前記第１の半径部分とは異なる第２の半径部分を含む第２の経路要素をさらに備え、
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記第２の半径部分に関連付けられた第２の共通回転点を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第１のトラックの距離によって定義される前記第１のトラックに関連した第４角度を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第２のトラックの距離によって定義される前記第２のトラックに関連した第５角度を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第３のトラックの距離によって定義される前記第３のトラックに関連する第６角度を判定し、
前記第１の経路要素の完了時間を計算するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記完了時間が経過した後、前記第１のトラックを前記第１角度から前記第４角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第２のトラックを前記第２角度から前記第５角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第３のトラックを前記第３角度から前記第６角度に移行させるように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの経路要素は、可変半径曲線を含み、
前記少なくとも1つの経路要素の完了時間を計算し、
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記完了時間中に前記少なくとも１つの経路要素を通してツールを運ぶために、前記第１角度から前記第１のトラックの角度を滑らかに変更するための第１トラック関数を判定し、
前記完了時間中に前記少なくとも１つの経路要素を通してツールを運ぶために、前記第１角度から前記第２のトラックの角度を滑らかに変更するための第２トラック関数を判定し、
前記完了時間中に前記少なくとも１つの経路要素を通してツールを運ぶために、前記第１角度から前記第３のトラックの角度を滑らかに変更するための第３トラック関数を判定するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
半径部分を含む少なくとも１つの経路要素を備える舗装ツール経路を受け、
前記半径部分に関連した共通回転点を判定し、
ツールキャリアの第１のトラックに関連した第１角度であって、前記共通回転点からの前記第１のトラックの距離によって定義される第１角度を判定し、
ツールキャリアの第２のトラックに関連した第２角度であって、前記共通回転点からの前記第２のトラックの距離によって定義される第２角度を判定し、
ツールキャリアの第３のトラックに関連した第３角度であって、前記共通回転点からの前記第３のトラックの距離によって定義される第３角度を判定する、
ことを含む、舗装方法。
【請求項９】
前記半径部分を含む前記少なくとも１つの経路要素の完了時間を計算し、
前記舗装ツール経路における直線部分を含む前記少なくとも１つの経路要素によって定義される前記第１のトラックに関連した第４角度を判定し、
前記直線部分によって定義される前記第２のトラックに関連した第５角度を判定し、
前記直線部分によって定義される前記第３のトラックに関連した第６角度を判定する、
ことを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記完了時間が経過した後、前記第１のトラックを前記第１角度から前記第４角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第２のトラックを前記第２角度から前記第５角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第３のトラックを前記第３角度から前記第６角度に移行させる、
ことを更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの経路要素は、第１の半径部分を含む第１の経路要素を備え、前記経路は、前記第１の半径部分とは異なる第２の半径部分を含む第２の経路要素をさらに備え、前記第２の半径部分に関連した第２の共通回転点を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第１のトラックの距離によって定義される前記第１のトラックに関連した第４角度を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第２のトラックの距離によって定義される前記第２のトラックに関連した第５角度を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第３のトラックの距離によって定義される前記第３のトラックに関連した第６角度を判定し、
前記第１の経路要素の完了時間を計算する、
ことを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記完了時間が経過した後、前記第１のトラックを前記第１角度から前記第４角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第２のトラックを前記第２角度から前記第５角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第３のトラックを前記第３角度から前記第６角度に移行させる、
ことを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
可変半径曲線を含む前記少なくとも１つの経路要素の完了時間を計算し、
前記完了時間中に前記少なくとも１つの経路要素を通してツールを運ぶために、前記第１角度から前記第１のトラックの角度を滑らかに変更するための第１トラック関数を判定し、
前記完了時間中に前記少なくとも１つの経路要素を通してツールを運ぶために、前記第１角度から前記第２のトラックの角度を滑らかに変更するための第２トラック関数を判定し、
前記完了時間中に前記少なくとも１つの経路要素を通してツールを運ぶために、前記第１角度から前記第３のトラックの角度を滑らかに変更するための第３トラック関数を判定する、
ことを更に含む請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
シャーシと、
前記シャーシに接続された少なくとも３つの操縦可能なトラックと、
少なくとも１つのプロセッサであって、
半径部分を含む少なくとも１つの経路要素を備える経路を受け、
前記半径部分に関連した共通回転点を判定し、
前記少なくとも３つの操縦可能なトラックにおける第１のトラックに関連した第１角度であって、前記共通回転点からの前記第１のトラックの距離によって定義される第１角度を判定し、
前記少なくとも３つの操縦可能なトラックにおける第２のトラックに関連した第２角度であって、前記共通回転点からの前記第２のトラックの距離によって定義される第２角度を判定し、
前記少なくとも３つの操縦可能なトラックにおける第３のトラックに関連した第３角度であって、前記共通回転点からの前記第３のトラックの距離によって定義される第３角度を判定するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成するためのプロセッサ実行可能コードを格納するメモリとデータ通信する少なくとも１つのプロセッサを備え、
前記少なくとも１つの経路要素は、ツールの経路の一部を備える、
ツールキャリア。
【請求項１５】
前記プロセッサ実行可能コードは、前記半径部分を含む前記少なくとも１つの経路要素の完了時間を計算するように前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１４に記載のツールキャリア。
【請求項１６】
前記経路は、直線部分を含む少なくとも１つの経路要素をさらに備え、
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記直線部分によって定義される前記第１のトラックに関連した第４角度を判定し、
前記直線部分によって定義される前記第２のトラックに関連した第５角度を判定し、
前記直線部分によって定義される前記第３のトラックに関連した第６角度を判定するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１５に記載のツールキャリア。
【請求項１７】
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記完了時間が経過した後、前記第１のトラックを前記第１角度から前記第４角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第２のトラックを前記第２角度から前記第５角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第３のトラックを前記第３角度から前記第６角度に移行させるように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１６に記載のツールキャリア。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの経路要素は、第１の半径部分を含む第１の経路要素を含み、
前記経路は、前記第１の半径部分とは異なる第２の半径部分を含む第２の経路要素をさらに備え、
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記第２の半径部分に関連付けられた第２の共通回転点を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第１のトラックの距離によって定義される前記第１のトラックに関連した第４角度を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第２のトラックの距離によって定義される前記第２のトラックに関連した第５角度を判定し、
前記第２の共通回転点からの前記第３のトラックの距離によって定義される前記第３のトラックに関連する第６角度を判定し、
前記第１の経路要素の完了時間を計算するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１４に記載のツールキャリア。
【請求項１９】
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記完了時間が経過した後、前記第１のトラックを前記第１角度から前記第４角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第２のトラックを前記第２角度から前記第５角度に移行させ、
前記完了時間が経過した後、前記第３のトラックを前記第３角度から前記第６角度に移行させるように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１８に記載のツールキャリア。
【請求項２０】
前記プロセッサ実行可能コードは、
前記ツールキャリアのフロントポイントに関連したフロントエラーを判定し、
前記ツールキャリアのリアポイントに関連したリアエラーを判定し、
前記フロントエラーとリアエラーとにステアリング権限を掛けて、仮想補正を生成し、
瞬間的なフロント角度とリア角度とのそれぞれに前記仮想補正を加え、
前記フロントポイントとリアポイントとのラインとラインの交点と、補正された瞬間的なフロント角度とリア角度と、に基づいて同期ポイントを計算し、
前記同期ポイントに基づいて、前記少なくとも３つの操縦可能なトラックのそれぞれに関連した角度と推進速度とを更新するように、
前記少なくとも１つのプロセッサを構成する、請求項１４に記載のツールキャリア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本明細書で開示される発明概念の実施形態は、概して、プログラム可能な制御のために構成された舗装機械およびテクスチャ加工機械を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
[0002] いくつかの舗装およびテクスチャ加工プロジェクトは、非常に小さな半径の曲面の周りのスリップフォーミング（slipforming）および／またはテクスチャ加工（texturing）を必要とし得る。１つまたは複数の半径、直線部分、スパイラル、または自由形状の曲線要素を含み得る曲面の正確な形状に関係なく、舗装機械がこれらの曲線要素に従って縁石（または溝）をうまくスリップフォーム（slipform）またはテクスチャ加工するためにタイトまたは可変な曲線の周りで機械を操縦することが可能でなければならない。例えば、機械を曲線要素に向かって反時計回り（または左回転）方向に操縦し、縁石金型または他のツールを曲面の所望の位置に適用する。機械レイアウトごとに、直線位置から曲線に入るために左フロントトラックを７０度、リアトラックを１０度回転させる必要があるなど、左フロントトラックをリアトラックよりも曲線要素の半径に近い反時計回りに操縦する。ステアリングコントローラは、フルドライブ、たとえば１０度／秒で最大トラック角で回転しようと試み得る。この場合、左フロントトラックが所望の位置に到達するまでに７秒かかり得る。２つのトラックが同期されていない場合、両方のトラックは２秒で２０度の回転位置に到達し、標的経路要素は維持されない。リアトラックが１０のときに左フロントラックが３５度になるようにトラックの回転を比例配分する別の解決策でも、標的経路要素を維持することはできない。
【０００３】
[0003] したがって、所望のツール位置に関してトラック回転を同期させ、経路トラッキングエラー（ツールが必要とされる場所と実際の場所との差）をより効果的に最小化することが望まれ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004] 本明細書に開示される発明概念の実施形態は、曲面に対応する経路に沿って１つまたは複数のツールを適用するように構成された舗装機械またはテクスチャ加工機械のスマートステアリング制御システム（スマートステアリングコントローラ、ＳＳＣ）に関する。ＳＳＣは、機械の現在および将来の位置に対応して、手動オペレータまたは外部ソース（リモートまたは自動操作の場合など）から経路要素を継続的に受け得る。将来の位置は、現在の位置の直接的に前方、または機械が逆方向に移動している場合、現在の位置の後方にあり得る。現在の要素と将来の要素とを比較することにより、現在の位置を出て将来の位置に入るための予想完了時間を導出することができる（例えば、機械の速度に基づいて）。ＳＳＣは、所望の経路要素を維持し、現在の経路要素に対応する設定から将来の経路要素に対応する設定に機械の操縦可能なトラックの回転角度の調整を同期することにより、予想完了時間中の経路トラッキングエラーを最小限に抑える。このように、ＳＳＣは、機械が自動または手動の制御下にあり、経路面（直線、単一および複合半径、スパイラル、フリーフォーム）に関係なく、仮想タイロッドとして機能し、損傷を防ぎ、トラクション制御を強化し、機械のパワーを引き出し、その構成要素の動作寿命を維持する。
【０００５】
[0005] 前述の概略的な説明および以下の詳細な説明は共に例示および説明にすぎず、特許請求の範囲を制限するものではないことを理解されたい。本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本明細書に開示される発明概念の例示的な実施形態を示し、概略的な説明とともに、その原理を説明するのに役立つ。
【０００６】
[0006] 本明細書に開示される本発明の概念の実施形態の多数の利点は、添付の図面を参照することにより、当業者によりよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本明細書に開示される本発明の概念による舗装機械またはテクスチャ加工機械の例示的な実施形態の俯瞰図を示す。
【図２】図２は、図１のようなツールキャリアの概略図である。
【図３】図３は、動作中の図１のツールキャリアの図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、図１のツールキャリアの局所的に参照される座標参照系（ＣＲＦ）の図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図１のツールキャリアの短半径動作の図を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図１のツールキャリアの短半径動作の図を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図１のツールキャリアの短半径動作の図を示す。
【図５】図５は、図１のツールキャリアの逆動作の図を示す。
【図６】図６は、図１のツールキャリアの時計回りの動作の図を示す。
【図７】図７は、図１のツールキャリアの組み合わせ動作の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0007] 本明細書に開示される発明概念の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明概念は、その適用において、以下の説明によるまたは図面に示された構成要素の構造もしくは配置、またはステップ、または方法論に限定されないことを理解されたい。本発明の概念の実施形態の以下の詳細な説明では、本発明の概念のより完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が述べられている。しかし、本開示の利益を有する当業者には、本明細書に開示された本発明の概念がこれらの特定の詳細なしで実施され得ることが明らかであろう。他の例では、本開示を不必要に複雑にすることを避けるために、周知の特徴は詳細に説明されない場合がある。本明細書に開示された本発明の概念は、他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実践または実行することができる。また、本明細書で使用される語法および用語は説明を目的とするものであり、限定とみなされるべきではないことを理解されたい。
【０００９】
[0008] 本明細書で使用される参照番号に続く文字は、同じ参照番号（例えば、１、１ａ、１ｂ）が付された先に説明された要素または特徴に類似するが必ずしも同一ではないこともあり得る特徴または要素の実施形態を参照することを意図する。そのような略記法は、便宜上の目的でのみ使用されており、特に断りのない限り、本明細書に開示された本発明の概念を限定するものと解釈されるべきではない。
【００１０】
[0009] さらに、そうではないことが明示的に述べられていない限り、「または」は、包括的な「または」を指し、排他的な「または」を指さない。たとえば状況ＡまたはＢは、Ａは真（または存在する）およびＢは偽（または存在しない）、Ａは偽（または存在しない）およびＢは真（または存在する）、並びにＡおよびＢの両方が真（または存在する）のうち、いずれかを満たすことを示す。
【００１１】
[0010] さらに、単数形（「ａ」または「ａｎ」）の使用は、本発明の概念の実施形態の要素および構成要素を説明するために使用される。これは単に便宜上および発明の概念の概括的な意味を与えるために行われ、単数形（「ａ」および「ａｎ」）は１つまたは少なくとも１つを含むことを意図し、単数形は、そうでないことを意味することが明らかでない限り複数形も含む。
【００１２】
[0011] 最後に、本明細書で使用される「一実施形態」または「いくつかの実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の要素、特徴、構造、または特性が、本明細書に開示されている発明概念の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書のさまざまな箇所での「いくつかの実施形態」という語句の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指しているわけではなく、開示された発明概念の実施形態は、本開示に必ずしも明示的に記載されていないかまたは本質的に記載されていない可能性のある他の特徴と共に、本明細書に明示的に記載または記載されているに等しい特徴の１つまたは複数、またはそのような特徴の２つ以上のサブコンビネーションの組み合わせを含み得る。
【００１３】
[0012] 概して、本明細書で開示される本発明の概念の実施形態は、スマートステアリング制御（ＳＳＣ）システムを対象とする。舗装機械またはテクスチャ加工機械のＳＳＣは、機械の現在および将来の位置に対応する経路要素を受け取る。現在の要素と将来の要素とを比較することにより、現在の位置から将来の位置に至るための予想完了時間が導き出される。スマートステアリング制御システムは、機械の操縦可能なトラックの調整を現在の経路から将来の経路に同期させる。スマートステアリング制御システムは、仮想タイロッドとして機能し、損傷を防ぎ、トラクション制御を強化し、機械のパワーを引き出し、その構成要素の動作寿命を維持する。
【００１４】
[0013] 図１を参照すると、本明細書に開示される発明概念によるツールキャリア１００（例えば、１つ以上のツールを組み込む舗装（またはテクスチャ加工）機械）の例示的な実施形態は、操作プラットフォーム１０４を組み込んだシャーシ１０２を含み、操作プラットフォーム１０４から操作者は機械１００の移動を制御し得る（ツールキャリアは手動または遠隔操作、または自律的に操作され得る）。ツールキャリア１００は、機械に取り外し可能に取り付けられた１つまたは複数のツール１０６を含み、ツール１０６は、ジョブ要件に応じて機械１００に着脱される。例えば、ツール１０６は、限定されるものではないが、縁石型、バリア型、トリマー、シリンダー、コンベヤー／オーガー（１０８）、噴霧器、トレンチャー、ミルまたは同様のグラインダー、プランター、グレーダーブレード、またはこれらのうちの１つまたは複数の組み合わせを含み得る。
【００１５】
[0014] ツールキャリア１００は、様々なモード（例えば、クラブステアリング、フロントオンリーまたはリアオンリー、協調ステアリング、逆回転ステアリング、ツールステアリング）のいずれかで、一連の操縦可能なクローラーまたはトラック１１０を介して一般的に推進および／または操縦され得る。各トラック１１０は、図１に示される動作構成および移送構造（図示せず）を含む様々な構成でトラック１１０を位置決めするためのアクチュエータ１１２に取り付けられ得る。これにより、フラットベッドトラックまたは同様の車両を介した効率的な移送のために機械の幅を最小化することができる。さらに、各トラック１１０は、３６０度の完全回転を通じてトラック１１０を関節運動させるように構成されたスルードライブまたは同様の回転アクチュエータ１１４を介してアクチュエータ１１２に取り付けられてもよい。このようにして、各トラックの個々の回転角度を調整することにより、ツールキャリア１００を最適な精度で操縦することができる。各トラック１１０は、アクチュエータ１１２によって関節運動可能なピボットアーム１１２ａを組み込むことができる（例えば、ピボットアーム１１２ａおよびトラック１１０は、共通のｚ軸に対して一体に回転してもよいし、トラック１１０は、平行四辺形タイプまたは伸縮式／スライド式ピボットアームに取り付けられてもよい。）。ピボットアーム１１２ａはさらに、線形アクチュエータを介してシャーシ１０２またはトラック１１０を（ｚ軸に対して）「上」または「下」に上昇または下降させることにより、シャーシ１０２の勾配制御を提供するように構成され得る。
【００１６】
[0015] 停止時にトラック１１０を回すと、フレームシフトが生じる場合がある。フレームシフトにより追加の経路トラッキングエラーが発生し、ツールの位置が不正確になる。移動中にトラック１１０を回転させることにより、フレームシフトによる経路トラッキングエラーが無視できる許容レベルに減少するように閉ループ制御がこうしたエラーを継続的に修正する。
【００１７】
[0016] ツールキャリア１００は、各トラック１１０の中心の位置およびツール１０６の位置を測定し、これらの位置をＳＳＣに報告するための位置センサ１１６を含み得る。位置センサ１１６は、伸縮式または平行四辺形タイプのスイング脚／ピボットアーム用のスマートシリンダ、またはピボットアーム１１２またはトラック１１０の回転角度を測定する回転センサを含み得る。ＳＳＣは、ツールキャリア１００の固有の機械パラメータ（例えば、ピボットアームの長さ、平行四辺形の形状、伸縮部材の格納／延長位置）とともに位置センサ１１６からのフィードバックを使用して、操縦および／または勾配制御を改善するためにトラックおよびツール位置を動的に計算することができる。ＳＳＣは、例えば、補助トラック１１８が追加または除去された場合（図４Ａを参照）、ツール１０６が追加、変更、もしくは再配置された場合、またはピボットアーム１１２が回転してトラック１１０が再配置された場合（これにより、ツールキャリア１００の重量分布、重心、および操縦特性が変化する可能性がある）など、機械パラメータの変化に基づいて計算を調整し得る。
【００１８】
[0017] 図２を参照すると、ツールキャリア１００ａは、図１のツールキャリア１００と同様に実装され、同様に動作することができる。ただし、ツールキャリア１００ａには、左フロント（ＬＦ）トラック１１０ａ、右フロント（ＲＦ）トラック１１０ｂ、および中央に取り付けられたリア（ＲＲ）トラック１１０ｃが組み込まれ、各トラック１１０ａ〜ｃは、トラックおよび／または旋回駆動装置／回転アクチュエータ１１４を駆動するためのオンボード電源１２０に結合されている。各トラック１１０ａ〜ｃには、旋回駆動または回転アクチュエータ１１４と回転角度／位置センサ１１６とが組み込まれ得る。位置センサ１１６は、各トラック１１０ａ〜ｃの回転角度、例えば所定の基準角度、例えば、直線舗装方向（１２８、図３）に平行な公称角度（１３０、図３）に対する回転角度と共に、トラック１１０ａ〜ｃの位置をＳＳＣ１２２に報告することができる。ＳＳＣ１２２は、事前にプログラムされた経路プロジェクト計画に対するツールキャリア１００ａの位置および構成、ならびに結果として生じる経路トラッキングエラー（例えば、ストリングライン（stringline）または仮想ガイドラインからの逸脱）を監視し得る。ＳＳＣ１２２からの入力（ならびに例えば、機械の現在の幾何学的形状および／またはステアリングパラメータ）に基づいて、ステアリング制御システム１２４は、トラック１１０ａ〜ｃの１つまたは複数を回転させることによりツールキャリア１００ａの移動方向を変更し得る。
【００１９】
[0018] 図３を参照すると、ツールキャリア１００ｂは、図２のツールキャリア１００ａと同様に実装され動作し得る。直線の縁石または側溝１２６の舗装または切断などの直線操作の場合、ツールキャリア１００ｂは、手動で、遠隔で、または自動的に、直接前方に（たとえば、舗装方向１２８に平行に）進むことができ、各トラック１１０ａ〜１１０ｃは公称角度１３０（例えば、舗装方向１２８に平行なゼロに近い角度であり、閉ループステアリングコントローラによるステアリングのミニまたはミクロ補正を可能にして、経路トラッキングエラーを最小化する角度）で整列される。異なる直線舗装方向１２８ａに沿って、例えば初期舗装方向１２８に対してある角度で作業を継続するために、ツールキャリア１００ｂは所定の点で停止し、各トラック１１０ａ〜ｃを標的角度１３０ａに合わせて回転させ、新しい舗装方向１２８ａに沿って進行することができる。
【００２０】
[0019] いくつかの実施形態では、第１の直線舗装方向１２８から第２の直線舗装方向１２８ａへの移行は、前方ステアリングポイントを変更してツールキャリア１００ｂ全体を回転させ、ツール１０６の長手方向縁部を経路に接して維持することによって達成される。いくつかの実施形態では、第１の直線舗装方向１２８から第２の直線舗装方向１２８ａへの移行は、ツールキャリア１００ｂの向きを変えることなくトラック１１０ａ〜ｃの向きを変えることによって達成される。そのような向きは、ツール１０６の向きを変えることを必要とし得る。
【００２１】
[0020] しかしながら、ツールキャリア１００ｂの特定の舗装またはテクスチャ加工作業は、曲面、例えば、約０．６１ｍ（２フィート）以下の短い半径１３４、複数の半径で定義される複合曲面、または継続的に変化する半径を含むスパイラルによって画定される曲面１３２の湾曲を含み得る。本開示の実施形態によるツールキャリア１００ｂは、ツール位置の変更、および操作者によって提供されるツール速度と共に、経路要素からの経路要素へのトラック１１０ａ〜１１０ｃの位置の変化に基づいて、ターゲットトラック角度１３０ａおよびトラック回転速度を動的に予測および制御することにより、従来のアプローチよりも効率的にクロストラックエラーを排除することができる。
【００２２】
[0021] 閉ループシステムでは、ＳＳＣは、フロントおよびリアのエラー成分を識別し、そうしたエラー成分にステアリング権限(steering authority)を掛けて、仮想補正を決定することができる。仮想補正は、誤差１ミリメートル当たりの角度を含み得る。仮想補正は、ツールキャリア１００ｂのフロントおよびリアに関連する有効な角度を提供するために瞬間的な標的角度に加えられる。フロントポイントとリアポイントの位置、およびそれらの有効な角度を指定すると、ラインとラインの交差関数が、有効な同期ポイントになる交差を計算する。次に、有効な同期ポイントを使用してすべてのトラック角度と推進速度が更新され、トラック１１０ａ〜ｃが回転する。
【００２３】
[0022] 概して図４Ａ〜４Ｅを参照すると、ツールキャリア１００ｃは、図３のツールキャリア１００ｂと同様に実装されて動作し得る。ただし、ツールキャリア１００ｃのＳＳＣ（１２２、図２）は、ツールキャリア１００ｃの任意の構成要素またはポイントを定義することができるローカル座標系を定義することができる。
【００２４】
[0023] 例えば、特に図４Ａを参照すると、ツールキャリア１００ｃが小半径の曲面（１３２、図３）を反時計回りまたは左方向に舗装する場合、座標系は、ツール位置１３６、あるいは、ツール１０６の左リア隅に対応するリジッドマシンフレーム（ＲＭＦ）の位置、またはシャーシ１０２に対して定義され得る。座標系の他のポイントは、ツール位置１３６の原点［０，０］に対する座標セット［ｘ，ｙ］に対応し得る。たとえば、３次元の現在および将来の経路要素間の動的勾配制御が経路に組み込まれている場合、または構成要素の相対的な高さが経路に不可欠である場合、座標セットにはｚ軸座標（図示せず）が含まれてもよい。トラック１１０ａ〜ｃがツール１０６（およびツールキャリア１００ｃ）に対して固定位置に維持されると仮定すると、トラックは、座標点１３６ａ〜ｃ（ローカル座標［ｘ１，ｙ４］、［ｘ４， ｙ３］、および［ｘ２，ｙ０］によってそれぞれ定義され、シャーシ１０２の中点は、座標点１３６ｄ（［ｘ３，ｙ２］）によって定義され得る。ＳＳＣは、ローカル座標系に基づいて共通の回転点（１４２、図４Ｃ）を定義することができる。ＳＳＣが経路全体にわたってトラック１１０ａ〜ｃの移動をより効果的に予測するために、将来の経路要素（先読み点）１３８をｙ軸上の点またはベクトルとして（例えば、［ｘ１，ｙ０］で）定義することができる。ｙは０より大きいか０より小さいため、ツール位置１３６が曲面の現在の経路要素（１３２、図３）に対応する場合、将来の経路要素１３８は、将来の経路要素における曲面１３２の曲率（およびそれにより将来の経路要素での所望のトラック角）ならびに現在の経路から将来の経路に至る完了時間を動的に決定するために、ＳＳＣによって使用され得る。これらの決定に基づいて、ＳＳＣは、完了時間中に、共通回転点に関して、現在の経路要素に対応する現在の位置から将来の経路要素１３８に対応する将来の位置へのトラック１１０ａ〜ｃの回転を同期させることができる。ツールキャリア１００ｃが動作モードで再構成される場合、例えば、ＲＦトラック１１０ｂがシャーシ１０２または他のトラック１１０ａ、１１０ｃに対して１１０ｄ再配置される場合、ローカル座標系は、再配置されたトラック１１０ｄを新しいトラックポイント１３６ｅに関係づけ、それに応じてＳＳＣはステアリングと回転計算を修正することができる。
【００２５】
[0024] いくつかの実施形態では、将来の経路要素１３８および現在の点または現在の経路要素は、ｙ軸上になくてもよい。そうした実施形態は、オフセット経路をプロットするか、もしくはオフセット経路を組み込むのに有用であり得る。たとえば、３Ｄデザインおよび３Ｄシステムは縁石を袋小路に配置し、続いて、縁石の縁部を使用して、３Ｄシステムが外側にオフセットし、縁石／道路から一定の距離に歩道を配置する。そして、３Ｄシステムは、提供された設計半径データを修正してオフセットを反映する。あるいは、３Ｄシステムは、修正された将来の経路要素１３８／現在の経路要素のｘ値で、縁石の縁部に関連付けられた提供されたアライメントデータを修正してもよい。これにより、システムは新しい機械制御ファイルのＣＡＤ／設計を追加することなく、オフセット形状を作成する。
【００２６】
[0025] 特に図４Ｂを参照すると、ツールキャリア１００ｃは、オペレータから（または外部から）受けた経路要素に従って、曲面１３２に入る前に直線経路（１４０）を舗装するように構成されてもよい。例えば、ツールキャリア１００ｃは、ツール位置１３６が右側の直線経路１４０の端部と整列するポイントで舗装を開始することができる。直線経路１４０上のツール位置１３６の直前に、将来の経路要素１３８を選択することができる。したがって、各トラック１１０ａ〜ｃは、舗装方向１２８に整列した公称角度１３０で維持される。
【００２７】
[0026] 特に図４Ｃを参照すると、ツール位置１３６が直線経路１４０を出て、小半径１３４と標的回転中心（共通回転点）１４２によって画定される短半径曲線経路１３２に入るように、ツールキャリア１００ｃが前方に進む。ＳＳＣ（１２２、図２）は、例えば位置センサ１１６からの入力に基づいて、現在の経路要素に対応するツール位置１３６の進行を監視することができる。ツール１０６将来の経路要素１３８の位置は、ツール１０６が短半径曲線経路１３２に進んでいることを示し得る。ツール１０６が短半径曲線経路１３２に入ると、現在の位置／向き１１０ａ〜ｃで示される各トラックの将来の位置および向き１４４ａ〜ｃは、各トラックから共通回転点１４２までの放射状ベクトル１４６ａ〜ｃによって決定され得る。例えば、将来のツール位置に対応する将来の経路要素のそれぞれは、放射状ベクトル１４６ａ〜ｃに垂直な各トラック１１０ａ〜ｃの位置／向き１４４ａ〜ｃに関連付けられてもよい。また、後方トラック１１０ｄがツール１０６と位置合わせされていない場合、径方向ベクトル１４６ｄに垂直な将来の位置／向き１４４ｄが含まれてもよい。同様に、均一に維持されていても維持されていなくてもよい機械速度に基づいて、短半径曲線経路１３２に沿った各将来の経路要素１３８への進入は、現在の経路要素に対する完了時間に関連付けられ得る。たとえば、図４Ｂは、ツール１０６が短半径の湾曲経路１３２に入る前の現在の経路要素ツール位置１３６に対応する開始時間ｔ０を示し、図４Ｃは、ツール位置１３６が短半径曲線経路１３２に入る後続の時間ｔｘに対応する将来の経路要素を示す。次いで、ＬＦおよびＲＦトラック１１０ａ〜ｂが、後続の時間ｔｘに対応する将来の経路でそれらの位置および向き１４４ａ〜ｂに対応する所望のトラック角度１４８ａ〜ｂに回転する速度が、例えば、ツールキャリア１００ｃの前進速度と、現在の経路要素と将来の経路要素との間のｔｘ−ｔ０によって定義される決定された完了時間とに基づいて決定され得る。
【００２８】
[0027] 特に図４Ｄを参照すると、時間ｔｘにおいて、対応する将来の経路要素（図４Ｃの１３８）は、小半径曲線経路１３２上の現在のツール位置１３６に対応する現在の経路要素になり得る。同様に、ツール１０６ａの更新された位置およびトラック１４４ａ〜ｃの更新された位置／向きに基づいて、ＳＳＣは、将来のツール位置１３６ａ〜ｂに対応する後続の将来の経路要素を受け、各将来の経路要素１３６ａ〜ｂは、例えば、将来の時刻ｔｙおよびｔｚ（例えば、それぞれ１５０ａ〜ｃおよび１５２ａ〜ｃ）におけるトラック１１０ａ〜ｃの位置／向きに対応する。ＳＳＣは、将来の経路要素が現在の経路要素になるときの各将来の経路要素と、後続の経路要素との間の機械の速度と完了時間（たとえば、ｔｙ−ｔｘおよびｔｚ−ｔｙ）に基づいて、各トラックについて、時間ｔｙ（位置／向き１５０ａ〜ｃ）およびｔｚ（位置／向き１５２ａ〜ｃ）でそれぞれトラックが将来の経路要素に到達するときに小半径曲線経路１３２を維持するように、必要な同期回転を計算する。
【００２９】
[0028] 概して図５〜図７を参照すると、ツールキャリア１００ｄは、図４Ａ〜Ｄのツールキャリア１００ｃと同様に実装されて機能し得る。ただし、特に図５を参照すると、ツールキャリア１００ｄのＳＣＣは、時計回り（例えば、ツールキャリアの向きに対して「逆」）方向１５４に移動しながら、曲線経路要素を通してツールキャリアを同様に案内し、トラック１１０ａ〜ｃ（１５６ａ〜ｃ）の回転を将来の経路要素１３８ａ（ツール１０６ｃ）に対応する位置／向き（１５８ａ〜ｃ）に同期させることができる。
【００３０】
[0029] 特に図６を参照すると、ツールキャリア１００ｄのＳＳＣは、ツールキャリア１００ｄが曲線経路要素１６６の周りを時計回りに前進するにときに、将来の経路要素１３８に対応する位置／向き１６２ａ〜ｃにトラック１１０ａ〜ｃの回転１６０ａ〜ｃを同期させ得る。
【００３１】
[0030] 特に図７を参照すると、ツールキャリア１００ｄは、複数の半径１３４ａ〜ｂおよび複数の共通回転点１４２ａ〜ｂによって画定される曲線経路要素１６８の周りを進み得る。ツールキャリアのＳＳＣは、曲面１６８に対する将来の経路要素の位置に依存して、第１の共通回転点１４２ａ（曲線経路要素１６８ａ）に基づいて、または第２の共通回転点１４２ｂ（曲線経路要素１６８ｂ）に基づいて、現在の経路要素（位置／向き１４８ａ〜ｃ）と将来の経路要素（位置／向き１７０ａ〜ｃ）との間でトラック１１０ａ〜ｃの回転を同期させることができる。
【００３２】
[0031] 本明細書に開示された発明概念およびそれらに付随する利点の多くは、開示された発明概念の実施形態の前述の説明によって理解され、構成要素の形態、構造、および配置は、本明細書に開示された本発明の概念の広い範囲から逸脱することなく、またはそれらの材料の利点のすべてを犠牲にすることなく、様々な変更を行うことができ、そして、様々な実施形態からの個々の特徴を組み合わせて、他の実施形態とすることができる。本明細書の前述の形態は、単に説明のための実施形態であり、特許請求の範囲の記載において、変更を包含および含むことを意図する。さらに、個々の実施形態のいずれかに関連して開示された特徴のいずれも、他の実施形態に組み込むことができる。
【図１】
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【図２】
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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４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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