(57)【要約】  工事現場（１３）上で動作する機械（１０）の制御システム（３０）が、所定の器具制御計画（７４）に従って付加的建設動作を実施する付加的建設器具（１２）と関連付けられる。システム（３０）は、位置決めシステム（５２）と、一つまたは複数の器具制御アクチュエータ（３２）と、コントローラ（５０）とを含む。位置決めシステム（５２）は、少なくとも工事現場の地形およびその上に存在する任意の工事現場のオブジェクトに関連付けられた位置決め信号（５２）を決定するように構成されている。コントローラ（５０）は、機械（１０）および器具（１２）が位置決め信号（５９）および所定の器具制御計画（７４）に基づいて、使用可能なゾーン（１１５）内で付加的建設動作を実行することができる使用可能なゾーン（１１５）を決定し、および使用可能なゾーン（１１５）内で、工事現場（１３）上の所望の付加的建設サイトに対し、動作ゾーン（１１９）を決定し、動作ゾーン（１１９）のパラメータは、少なくとも部分的に、使用可能なゾーン（１１５）、機械構成（１００）、および所定の器具制御計画（７４）に基づいている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工事現場（１３）上で動作し、所定の器具制御計画（７４）に従って付加的建設動作を実行するように構成された器具（１２）と関連付けられた機械（１０）のための制御システム（３０）であって、
少なくとも前記工事現場（１３）の地形およびその上に存在する任意の工事現場オブジェクトに関連する位置決め信号（５９）を決定するように構成された位置決めシステム（５２）と、
前記器具（１２）および前記機械（１０）と動作可能に関連付けられた一つまたは複数の制御アクチュエータ（３２）であって、その一つまたは複数のアクチュエータ（３２）は、前記機械（１０）に対して前記器具（１２）を位置決めするように構成され、一つまたは複数の制御アクチュエータ（３２）は、前記機械用の機械構成（１００）に基づいて前記器具（１２）を位置決めすることができ、前記機械構成（１００）は、器具動作範囲（１０４）および機械設置面積（１０２）を含む、一つまたは複数の制御アクチュエータと、
プロセッサを含むコントローラ（５０）であって、
前記位置決めシステム（５２）から前記位置決め信号を受信し、
前記機械（１０）および前記器具（１２）が少なくとも前記位置決め信号（５９）および前記所定の器具制御計画（７４）に基づき、使用可能なゾーン（１１５）内で付加的建設動作を実行することができる、工事現場（１３）内の前記使用可能なゾーン（１１５）を決定し、
前記使用可能なゾーン（１１５）内の前記工事現場（１３）上の所望の付加的建設サイトに対して、動作ゾーン（１１９）を決定することであって、前記動作ゾーン（１１９）のパラメータが、少なくとも部分的に、前記使用可能なゾーン（１１５）、前記機械構成（１００）、および前記所定の器具制御計画（７４）に基づく、決定するように構成されるコントローラと、を含む、制御システム（３０）。
【請求項２】
前記コントローラ（５０）が、前記付加的建設動作の実行前に、または実行の間に、前記機械（１０）を前記動作ゾーン（１１９）に移動させるよう指示する命令（１２１）を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載の制御システム（３０）。
【請求項３】
前記コントローラ（５０）と動作可能に関連付けられ、
前記コントローラ（５０）から前記機械（１０）を指示する命令（１２１）を受信し、
前記機械（１０）を前記機械（１０）のオペレータ（６０）に指示する命令（１２１）を提示するように構成される、オペレータ出力部（７１）をさらに含む、請求項２に記載の制御システム（３０）。
【請求項４】
前記コントローラ（５０）が、前記機械（１０）を指示する前記命令（１２１）に基づいて、前記機械（１０）の推進および操舵を自律的に制御するようにさらに構成される、請求項２に記載の制御システム（３０）。
【請求項５】
前記コントローラ（５０）が、前記動作ゾーン（１１９）内で、前記機械の最適建設位置（１１７ａ）を、少なくとも部分的に、前記所定の器具制御計画（７４）に基づいて、決定するようにさらに構成される、請求項１に記載の制御システム（３０）。
【請求項６】
前記コントローラ（５０）が、前記機械を、前記付加的建設動作の前または間に、前記最適建設位置（１１７ａ）に近接した位置（１１７ｂ）に移動させるよう指示する命令（１２１）を決定するようにさらに構成される、請求項５に記載の制御システム（３０）。
【請求項７】
前記コントローラ（５０）によって、前記機械の前記最適建設位置（１１７ａ）を決定することは、機械（１０）および器具（１２）が、前記最適建設位置（１１７ａ）に位置決めされるとき、最小数の機械動作を使用して、前記最適建設位置から前記付加的建設動作を実行することができるよう、最適建設位置（１１７ａ）を決定することを含む、請求項５に記載の制御システム（３０）。
【請求項８】
前記コントローラ（５０）によって前記機械（１０）の前記最適建設位置（１１７ａ）を決定することは、前記最適建設位置から前記付加的建設動作を実施するために必要な前記機械（１０）および前記器具（１２）による動きに割り当てられたコストのコスト分析に基づき、コスト効率のための前記最適建設位置（１１７ａ）を構成することを含む、請求項５に記載の制御システム（３０）。
【請求項９】
前記コントローラ（５０）が、
前記位置決め信号に基づいて、前記使用可能なゾーン（１１５）内の障害物（１０５）を検出し、
前記障害物（１０５）が検出された場合、前記位置決め信号（５９）に基づいて前記障害物（１０５）の位置決めを決定し、
前記コントローラ（５０）によって、前記動作ゾーン（１１９）を決定することが、前記動作ゾーン（１１９）のパラメータを、さらに前記障害物（１０５）の前記位置決めに基づいて構成することを含む、請求項１に記載の制御システム（３０）。
【請求項１０】
前記機械（１０）が、ハウジング（１４）と、クレーン（２２）とを含み、前記一つまたは複数のアクチュエータ（３２）の少なくとも一つが、前記工事現場（１３）に対して前記器具（１２）を位置決めするとき、前記ハウジング（１４）に対して前記クレーン（２２）を動かすように構成され、
前記器具動作位置決め範囲（１０４）が、少なくとも前記クレーン（２２）に対する動きの範囲によって制約される、請求項１に記載の制御システム（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、付加的建設動作のための制御システムに関し、特に、付加的建設動作の前または間に、機械および／または関連する付加的建設器具を位置決めするための制御システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
付加的建設は、機械および／または関連する器具を制御して前記構造を構築するために使用されうるコンピュータ実装付加的建設計画に基づいて、構造物を作り出すために工事現場上に実行されてもよい。いくつかの実施例において、掘削機械、テレビハンドラー、およびガントリ機械など（但しこれらに限定されない）の作業機械を利用して、このような作業機械が、付加的建設を実施するために、付加的建設器具を制御するために使用されうる。
【０００３】
付加的建設器具およびそれに関連する機械を制御するために、様々な制御システムが、少なくとも部分的に、付加的建設計画に基づいて、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向に、機械および作業器具の動きを、手動、自律または半自律で、制御するために利用される。例えば、機械および器具のための制御システムは、器具のロール、ピッチ、および／またはヨー（但しこれらに限定されない）のような付加的建設器具の配向を制御することができる。こうした制御システムは、コントローラを利用して、様々なソース（例えば、ユーザ制御、メモリ、遠隔制御など）から命令を受信し、制御システムを介して実行する制御を決定することができる。制御システムは、モータやアクチュエータなどのコントローラに関連付けられた要素に信号を送信し、決定された制御に従って付加的建設器具を位置付ける。
【０００４】
一部の制御システムでは、機械の構造は、制御システムによって利用され、制御システムによって作動されて、付加的建設器具の位置を制御することができる。これらのシステムは、一つまたは複数のアクチュエータを使用して、付加的建設器具を位置付けつつ、機械およびまたは器具の動きを制御することができる。しかしながら、こうした機械関連構成要素を介した制御は、付加的建設器具に対する望ましい制御精度を提供しない場合があり、および／またはこうした構成要素は、付加的建設計画に従って使用するよう構成していない、または構成できない場合がある。
【０００５】
米国特許第８，６４４，９６４号に開示されている制御システムのようないくつかの現代の器具制御システム（「機械上のエンドエフェクタの動きを制御するための方法およびシステム」）は、機械の信号の動きを、制御システムの可動要素に伝達する制御方式を採用することができ（例えば掘削機械のクレーンの制御）、器具制御計画に従って、機械の動きのための信号を、器具とより直接的に関連する制御システムの他の要素に送信する。しかしながら、こうした信号は、付加的建設動作を最適化するために、工事現場に対する機械の特定の位置決めのための命令を提供しない。
【０００６】
したがって、このような既知の制御システムおよび方法はどちらも、制御に適切な精度を提供しない、または付加的建設動作の前または間に機械配置の最適化を考慮しない。したがって、付加的建設動作の前または間に、機械および／または関連する付加的建設器具を位置付けるための制御システムおよび方法が望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一態様によれば、工事現場で動作する機械の制御システムが開示されている。機械は、所定の器具制御計画に従って付加的建設動作を実施するよう構成された器具と関連付けられてもよい。システムは、位置決めシステム、一つまたは複数の制御アクチュエータ、およびコントローラを含みうる。位置決めシステムは、少なくとも工事現場およびその上に存在する任意の工事現場のオブジェクトに関連付けられた位置決め信号を決定するように構成されうる。一つまたは複数の制御アクチュエータは、器具と動作可能に関連付けられてもよく、機械および一つまたは複数の制御アクチュエータのそれぞれは、機械に対して器具を位置付けるように構成されてもよく、機械の機械構成に基づいて器具を位置決めすることができる。機械構成は、器具動作範囲および機械設置面積を含みうる。プロセッサを含むコントローラは、位置決めシステムから位置決め信号を受信し、少なくとも工事現場の位置決め信号と所定の器具制御計画に基づいて、工事現場内で、機械および器具が使用可能なゾーン内で付加的建設動作を実行することができる使用可能なゾーンを決定するように構成されてもよい。コントローラは、使用可能なゾーン内の工事現場の所望の付加的建設サイトに対する動作ゾーンを決定するようにさらに構成されてもよく、動作ゾーンのパラメータは、少なくとも部分的に、使用可能なゾーン、機械構成、および所定の器具制御計画に基づく。
【０００８】
本開示の別の態様によると、機械および機械に関連する器具の位置決めを最適化するための方法が開示されている。器具は、所定の器具制御計画に従って、工事現場で付加的製造動作を実施するように構成されてもよい。機械は機械構成を有してもよく、これは器具動作範囲および機械設置面積を含む。本方法は、少なくとも工事現場の地形およびその上に存在する任意の工事現場のオブジェクトに関連付けられた位置決め信号を決定することを含みうる。本方法は、機械および器具が使用可能なゾーン内で付加的建設動作を実行することができる、工事現場内での、使用可能なゾーンを決定すること、少なくとも、位置決め信号および所定の器具制御計画に基づいて、使用可能なゾーンを利用することさらに含みうる。本方法は、使用可能なゾーン内の、工事現場の所望の付加的建設サイトに対する動作ゾーンを決定することをさらに含み、動作ゾーンのパラメータは、少なくとも部分的に、使用可能なゾーン、機械構成、および所定の器具制御計画に基づくように構成される。
【０００９】
本開示のさらに別の態様によれば、工事現場に付加的建設動作を実施するためのシステムが開示されている。付加的建設動作は、所定の器具制御計画と関連付けられてもよい。システムは、器具、機械、位置決めシステム、およびコントローラを含んでもよい。機械は、一つまたは複数の制御アクチュエータと、機械を工事現場で推進するように構成された一つまたは複数の地面係合装置と、機械の機能を実施するための一つまたは複数のアクチュエータおよび一つまたは複数の地面係合装置の少なくとも一つに電力を供給する電源とを含みうる。一つまたは複数のアクチュエータは、器具と動作可能に関連付けられてもよく、機械および一つまたは複数のアクチュエータのそれぞれは、機械に対して器具を位置付けるように構成されてもよく、機械の機械構成に基づいて器具を位置決めすることができる。機械構成は、器具動作範囲および機械設置面積を含みうる。位置決めシステムは、少なくとも工事現場およびその上に存在する任意の工事現場のオブジェクトに関連付けられた位置決め信号を決定するように構成されうる。プロセッサを含むコントローラは、位置決めシステムから位置決め信号を受信し、少なくとも位置決め信号と所定の器具制御計画に基づいて、工事現場内で、機械および器具が使用可能なゾーン内で付加的建設動作を実行することができる使用可能なゾーンを決定するように構成されてもよい。コントローラは、使用可能なゾーン内の工事現場の所望の付加的建設サイトに対する動作ゾーンを決定するようにさらに構成されてもよく、動作ゾーンのパラメータは、少なくとも部分的に、使用可能なゾーン、機械構成、および所定の器具制御計画に基づく。コントローラはさらに、所定の器具制御計画を実行する前に機械の一つまたは複数の地面係合装置を動作ゾーン内に機械を位置付けるように指示し、機械の一つまたは複数のアクチュエータに、所定の器具制御計画に従って付加的建設動作を実行するための器具を制御するように指示するように構成されてもよい。
【００１０】
本開示のこれらおよびその他の態様および特徴は、添付図面と併せて読み取られるとより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の一実施形態による、例示的器具、関連する機械、および関連する制御システムの側面図である。
【図２】図２は、本開示および図１の実施形態による、図１の制御システムの概略図である。
【図３】図３は、図１の例示的器具および機械の例の別の側面図であるが、図１および２に示される制御システムと関連付けられた粗動制御アクチュエータの機能的特性を示す。
【図４】図４は、図１の制御システムと関連付けられ、拡大された形態で示された、微動制御構造および微動アクチュエータの三次元斜視図である。
【図５】図５は、本開示の一実施形態による、機械の機械構成を示す、図１の例示的器具および関連する機械の側面図である。
【図６】図６は、本開示の一実施形態による、図５の機械構成を示す、図１および５の例示的器具および関連する機械の上面図である。
【図７】図７は、本開示の一実施形態による、図５および６の機械構成および所定の器具制御計画を示す、図１〜６の機械および器具が付加的建設動作を実施する、例示的な工事現場の上面図である。
【図８】図８は、図７および本開示による、所定の器具制御計画の実行中に機械が位置決めされうる使用可能なゾーンを示す、図７の例示的な工事現場の別の上面図である。
【図９】図９は、図７、８、および、本開示に従って、機械が所定の器具制御計画を実行しうる動作ゾーンを示す、図７および８の例示的な工事現場のなお別の上面図である。
【図１０】図１０は、図７〜９および本開示による、機械の動作ゾーンおよび最適建設位置を示す、図７〜９の例示的な工事現場のなお別の上面図である。
【図１１】図１１は、付加的建設動作を実施するために、動作ゾーンおよび最適建設位置に近接して位置決めされている機械を示す、図７〜１０の例示的な工事現場のなお別の上面図である。
【図１２】図１２は、本開示の一実施形態に従って、図１〜１１を参照しながら器具および制御システムが図示および説明される、別の例示的な機械の側面図である。
【図１３】図１３は、本開示による、機械の位置決めおよび機械と関連付けられた器具の最適化方法の代表的なフローチャートである。  以下の詳細な説明は、特定の例示的実施形態に関して提供されるが、図面は必ずしもスケールどおりではないこと、および、開示された実施形態は、時には図式的に、かつ部分的に図示されていることを理解されたい。さらに、特定の例では、開示された主題の理解に必要ない詳細、またはその他の詳細を知覚することが困難であるという詳細が省略されている場合がある。したがって、本開示は、本明細書に開示および図示される特定の実施形態に限定されず、本開示および請求項全体の公正な読み取り、ならびにそれらの任意の等価物に限定されないことが理解されるべきである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで図面を参照し、図１に特定の参照を用いることにより、本開示の教示に従い、器具１２を有する機械１０が図示される。図１の機械１０は概して、掘削機械として図示されているが、本開示の教示は、機械１０と関連する器具用の制御システムを採用する他の作業機械に関連しうる。本明細書で使用される場合、「機械」という用語は、採掘、建築、農業、輸送、または当技術分野で既知の任意の他の業界など、業界に関連するいくつかの種類の動作を実施する任意の機械を指してもよい。例えば、機械１０は、地上走行機、ホイールローダ、掘削機械、ガントリ機械および／またはシステム、ダンプカー、バックホー、材料運搬装置などであってもよい。さらに、機械１０に接続された器具１２は、当技術分野で既知の大規模な三次元印刷、付加製造、および任意の類似のタスクを実施するために利用される付加的建設器具であってもよい。
【００１３】
図１に示すように、機械１０は、下部走行体１６の上部に配置され、下部走行体１６によって支持されるハウジング１４を含みうる。下部走行体１６は、一つまたは複数の地面係合装置１８と関連付けられてもよく、これは機械１０の可動性および推進に使用されてもよい。地面係合装置１８は、一対の連続的なトラックとして示されている。しかし、地面係合装置１８は連続的なトラックであることに限定されず、追加的または代替的に、回転可能なホイールなどの他の地面係合装置を含みうる。電源システム２０は、推進力を提供するか、またはそうでなければ地面係合装置１８を移動させることができ、内燃エンジン、電気モータ、燃料電池、電池、ウルトラキャパシタ、発電機、および／または当業者に知られている任意の電源などの一つまたは複数の電源を含みうる。こうした電源システム２０は、さらに、器具１２または機械１０および／または器具１２に関連付けられた任意の他の要素および制御システムの動きを作動させるために使用されてもよい。
【００１４】
器具１２を制御するために、機械はさらに、スティック２６と動作可能に連結されたブーム２４を含むことができるクレーン２２を含みうる。器具１２は、例えば、スティック２６の遠位端２８でクレーン２２に取り付けられてもよい。器具１２を位置決めのために、クレーン２２、および関連要素としてのブーム２４およびスティック２６が、器具制御システム３０によって制御されてもよい。制御システム３０は、図２の概略図で示されている。
【００１５】
図１および図２の両方を参照すると、制御システム３０は、いくつかの実施例において、機械１０および／または器具１２を位置付けおよび／または移動させるための複数の粗動制御アクチュエータ３６を含みうる、一つまたは複数のアクチュエータ３２を含みうる。複数の粗動制御アクチュエータ３６は、油圧アクチュエータ、モータ、または、機械１０の構成要素、器具１２または機械１０および／または器具１２の動きに影響を与えうる機械１０に関連する任意の他の構成要素を作動させるための命令を受ける他の任意の適切な装置、を含むことができるが、これらに限定されない。複数の粗動制御アクチュエータ３６は、ブームアクチュエータ３７が作動する時、ブーム２４をハウジング１４に対して、回転させ、上昇させ、下降させ、および／またはその他の方法で位置決めするための一つまたは複数のブームアクチュエータ３７を含みうる。ブーム２４に対するスティック２６の位置決めを制御するために、複数の粗動制御アクチュエータ３６は、動作に伴いスティックを回転させ、上昇させ、下降させ、および／またはその他の方法で位置付けるための一つまたは複数のスティックアクチュエータ３８を含みうる。複数の粗動制御アクチュエータ３６は、器具１２の粗動位置決めを制御するための器具アクチュエータ４０をさらに含んでもよい。器具アクチュエータ４０は、動作に伴い器具１２を回転させ、上昇させ、下降させ、および／またはその他の方法で位置決めすることができる。
【００１６】
作動のために複数の粗動制御アクチュエータ３６に信号を提供するために、粗動制御アクチュエータ３２は、コントローラ５０を含んでもよく、またはそうでなければ動作可能に関連付けられてもよい。コントローラ５０は、一つまたは複数のアクチュエータ３２と動作可能に関連付けられ、また同時に、粗動制御アクチュエータ３６と関連付けられる。コントローラ５０は、微動アクチュエータ５４を制御するためにさらに使用してもよい。
【００１７】
コントローラ５０は、様々な自律型モード、半自律モード、または手動モードにおける器具１２を制御するために使用されてもよい。本明細書で使用される場合、自律的な様式で動作する機械１０の器具１２は、人間のオペレータ入力を必要とせずに、様々なセンサから受信した情報に基づいて自律的に動作する。さらに、半自律的に動作する機械１０の器具１２の制御には、様々なセンサから受信した情報に基づいて、タスクが自律的に実施されつつ、機械１０内、または遠隔のいずれかで、一部のタスクを実行し、または、いくつかの入力を行うオペレータ６０からの入力を含みうる。手動動作する機械１０の器具１２は、オペレータ６０が、機械１０の器具１２の方向、速度および操作機能のすべてまたは実質的にすべてを制御するものである。機械１０の器具１２は、手動または半自律的な方法でオペレータによって遠隔操作（例えば、遠隔操作６２）されてもよい。
【００１８】
上記参照のいずれかの方法で、器具１２の動作をコントローラ５０によって実行することができる。コントローラ５０は、動作を実行し、制御アルゴリズムを実行し、データを保存し、データを収集し、データを検索し、データを収集し、および／または所望の任意の他の計算または制御作業を行うプロセッサを含む任意の電子コントローラまたはコンピューティングシステムであってもよい。コントローラ５０は、器具１２および機械１０の様々な機能および／または機能を制御するように配置された、単一のコントローラであってもよく、または二つ以上のコントローラを含んでもよい。コントローラ５０の機能は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに実現されてもよく、機械１０の動作および器具１２の動作に関連する一つまたは複数のデータマップに依存してもよい。そのため、コントローラ５０は、内部メモリ６４を含んでもよく、および／またはコントローラ５０は、その他の方法でデータベースまたはサーバなどの外部メモリ６６に接続してもよい。内部メモリ６４および／または外部メモリ６６には、一つまたは複数の読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ポータブルメモリなどを含むことができるが、これに限定されない。こうしたメモリ媒体は、非一時的メモリ媒体の例である。
【００１９】
ユーザ入力部６８は、オペレータ６０が、機械１０の器具１２を操作／制御する能力を有することができるように、制御システム３０に含まれうる。例えば、ユーザ入力部６８は、機械１０のハウジング１４のキャブ６９内に設けられてもよく、ここでオペレータ６０は、機械１０が手動または半自律的な方法で動作している時に、器具１２のコマンドを提供してもよい。ユーザ入力部６８は、制御システム３０の粗動制御アクチュエータ３２および微動アクチュエータ３４のうちの一方または両方を使用することによって、オペレータ６０がコマンドを発行して機械１０の器具１２を制御することができる一つまたは複数の入力デバイスを含みうる。
【００２０】
いくつかの実施例において、システム３０はさらに、コントローラ５０と動作可能に関連付けられるオペレータ出力部７１を含み、コントローラ５０からオペレータ６０へ出力を提供しうる。オペレータ出力部７１は、コントローラ５０からの命令（例えば、オペレータ６０に対する、機械１０のマニュアルまたは半自律制御のための命令）を受信し、その命令をオペレータ６０に提示するように構成されてもよい。オペレータ出力部７１は、例えば、動作命令をオペレータ６０に提示するように構成された視覚的表示を含みうる。
【００２１】
追加的または代替的に、制御システム３０は、無線ネットワークに接続された無線制御リンク７０を含みうる。無線制御リンク７０を介して、コマンドは、遠隔操作６２（例えば、コマンドセンター、職長のステーションなど）からコントローラ５０を介して器具１２に与えられてもよい。さらに、情報は、無線制御リンク７０を使用して、外部メモリ６６からアクセスおよび／またはそれに保存されうる。特定の実施形態では、制御システム３０を介した器具１２の制御は、特定の機能が（例えば、ユーザ入力部６８を利用して、オペレータ６０によって）機械１０レベルで実行され、その他の機能が遠隔操作６２を介して実行されるように分配されてもよい。
【００２２】
さらに、制御システム２５は、所定の器具制御計画７４を実施するように構成されてもよい。所定の器具制御計画７４は、内部メモリ６４および／または外部メモリ６６のうちの少なくとも一つに記憶され、コントローラ５０によって実行される命令であってもよい。所定の器具制御計画７４は、位置決めシステム５２、相対的位置決めシステム５８、ユーザ入力部６８、遠隔操作６２、または器具１２または機械１０に関連付けられた任意の他の条件または制御からの任意の入力またはフィードバックなどの、制御システム３０の要素によって影響を受けうる。所定の器具制御計画７４は、器具１２に関連付けられた所与のタスクの一つまたは複数のパスを含みうる。
【００２３】
所定の器具制御計画７４は、コントローラ５０によって使用され、以下に考察するように、所定の器具制御計画７４およびその他の任意の修正要因に従って、器具１２およびまたは機械１０を制御するための器具制御信号７５を含みうる制御信号７３を決定してもよい。器具制御信号７５は、粗動制御信号７６および微動制御信号７８の一方または両方を含みうる。粗動制御信号７６は、コントローラ５０から一つまたは複数の粗動制御アクチュエータ３６に送信されてもよい。粗動制御信号７６を受信すると、粗動制御アクチュエータ３６は、所定の器具制御計画７４およびその他の任意の修正要因に従って、器具１２の粗動作を実行するよう作動されうる。同様に、微動制御信号７８は、コントローラ５０から一つまたは複数の微動アクチュエータ５４に送信されてもよい。微動制御信号７８を受信すると、微動アクチュエータ５４は、所定の器具制御計画７４およびその他の任意の修正要因に従って、器具１２の微動作を実行するよう作動されうる。「微動作」は、粗動作の動きの範囲よりも小さい動きの範囲を有する器具１２の任意の動作であってもよい。
【００２４】
いくつかの実施例において、所定の器具制御計画７４は、デジタルモデル（例えば、コンピュータ支援ドラフト（ＣＡＤ）モデル、３−Ｄレンダリング、または任意の他のデジタルモデル）に基づいて、建造ベースまたは設計ベースのツール経路命令を含みうる。このような経路計画情報および／または実行可能ファイルは一般的に、様々な形態の付加的建設および／または三次元印刷で公知であり、ここでは、機械または器具に対する制御命令の基礎を提供するデジタルファイルに基づいてオブジェクトが機械によって形成される。例えば、所定の器具制御計画７４は、機械１０および器具１２を使用して付加的建設用の命令を実行してもよい。付加的建設または製造は、三次元印刷とも呼ばれることが多く、デジタル計画または設計ファイルから三次元構造を作成するプロセスである。こうした付加的製造計画および／または設計は、断面に変換され、付加的製造装置によって配置される連続的な層を形成するために使用されうる。経路計画の器具制御命令を提供する任意のデジタルファイル、例えば、これらに限定するものではないが、その他の形式ファイルの中でも、光造形法（．ｓｔｌ）ファイル形式ファイル、バーチャルリアルタイムモデリング言語（ＶＲＭＬ）形式ファイル、バーチャルリアルタイムモデリング言語（ＶＲＭＬ）フォーマットファイルなどが、所定の器具制御計画７４として、またはその一部として使用されてもよい。
【００２５】
所定の器具制御計画７４は、こうしたデジタル計画および／または設計ファイルを含みうる。このような実施例では、器具１２は、材料の連続的な層を連続的に置いて構造物７９を構築するための付加的建設装置（例えば、押出機）であってもよい。こうした所定の器具制御計画７４において、命令は、デジタル、三次元モデルに基づいて生成される器具１２のツール経路命令を含むことができる。命令は、製造される構造物７９の建設が完了するまで積み上げられる材料の連続的な層を含みうる。こうした用途では、制御システム３０を使用して、器具１２の正確な制御が、連続的な層を適切にかつ正確に配置して、所望の構造物を構築するために必要である。
【００２６】
いくつかの実施例において、制御信号７３はさらに、機械１０を工事現場１３について推進または動作させるために、アクチュエータまたは地面係合装置１８などのその他の装置に送信されうる機械動作信号７７をさらに含んでもよい。こうした命令は、所定の器具制御計画７４、ユーザ入力部６８、位置決めシステム５２からの情報、および機械動作信号７７の決定に有用なその他任意の情報に基づいてもよいが、これに限定されない。以下に考察するようないくつかの実施例において、機械動作信号７７は、付加的製造動作の実行前または実行中に、機械１０を特定の位置に方向づけるための信号を含みうる。
【００２７】
上述のように、制御システム３０は、粗動制御アクチュエータ３６を含み、その機能は図３にさらに図示され、本明細書に記述されている。粗動制御アクチュエータ３６の所望の制御を生成し、実行し、最適化し、またはその他の方法で影響を与える場合、コントローラ５０は、位置決めシステム５２によって提供される情報を受信および利用してもよい。このような望ましい制御の観点から、粗動アクチュエータ３６は器具１２の粗動作を制御する。例えば、粗動制御アクチュエータ３６は、コントローラ５０によって命令される所望の動きの経路に沿って、任意の動きプラスマイナス３インチを含む動きの範囲内の器具の動きを制御しうる。しかしながら、この例は単に例示的であり、粗動制御アクチュエータ３６によって制御される粗動作は、微動制御アクチュエータ５４の動きの範囲よりも大きい任意の動作範囲であってもよい。
【００２８】
図３に示すようなこうした粗動制御アクチュエータ３６の非限定的な例、および動き命令８０の非限定的な例では、接地係合部材１８に推進命令を送信することによって、およびまたは接地係合部材に対する回転命令８２を接地係合部材１８および下部走行体１６の一方または両方に送信することにより、粗動制御アクチュエータ３６は、機械１０の初期配置を制御しうる。接地係合部材１８および下部走行体１６を位置付けるための付加的アクチュエータ（図示せず）も含まれてもよい。粗動制御アクチュエータ３６は、ハウジング１４、下部走行体１６、および／または粗動制御アクチュエータ３６と関連付けられた任意の他のアクチュエータまたはさらなる動作装置によって受信されうるハウジング回転命令８４を送信することによって、ハウジング１４の回転位置の制御をさらに提供しうる。ハウジング回転命令８４は、クレーン２２の全体的な位置を設定しうる。
【００２９】
クレーン２２は、ブームアクチュエータ３７に送信されるブームの高さ命令８６によってさらに制御されうる。ブームの高さ命令８６は、器具１２の動きの所望の経路に従って、ブーム２４を上昇または下降させうる。器具１２は、アームの高さ命令に基づいてアームアクチュエータ３８の作動に基づいてさらに上昇または下降させることができ、これはコントローラ５０によってアームアクチュエータ３８に送信されうる。さらに、器具１２は、さらに、粗動器具命令９０を介して上昇、下降、または他の方法で位置決めされてもよく、これは器具アクチュエータ４０に伝送され、実行されうる。
【００３０】
器具１２は、さらに、微動アクチュエータ５４によって位置決めされ、移動され、回転され、または他の方法で制御されてもよい。微動アクチュエータ５４は、器具１２の位置決めに必要な微動作を実行するために使用されうる。微動アクチュエータ５４によって実行される「微動作」は、粗動制御アクチュエータ３６の動きの範囲よりも小さい任意の動作範囲内の任意の動きであってもよい。例えば、微動アクチュエータ５４は、コントローラ５０によって命令される所望の動きの経路に沿って、任意の動きプラスマイナス２ミリメートルを含む動きの範囲内の器具１２の動きを制御しうる。微動アクチュエータ５４は、図４の三次元斜視図で示されている。微動アクチュエータ３４の描写が配置されている軸および平面の参照は、図示された「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｙ」および「Ｚ」軸を考慮してなされる。
【００３１】
器具１２の微動さきを制御するために、微動アクチュエータ５４は、微動制御構造９２を含んでもよく、またはそうでなければ関連付けられてもよく、これは微動アクチュエータ５４のうちの一つまたは複数の作動に応答して位置決めされてもよい。微動制御構造９２は、器具１２と動作可能に関連付けられるが、一部の例では、微動制御構造９２は、微動アクチュエータ５４によって制御されつつ、それ自体が器具１２自体の構成要素とみなされてもよい。別の方法として、微動制御構造９２は、器具１２とは独立した構造であってもよく、ここで器具は微動制御構造９２と動作可能に関連付けられる。微動制御構造９２は、例えば、スティック２６の遠位端２８において、クレーン２２のスティック２６にさらに取り付けられ、据え付けられ、またはその他の方法で関連付けられうる。微動アクチュエータ５４は、微動アクチュエータ５４が器具１２を位置付けるのに有用でありうる微動制御構造９２上の任意の位置に位置し、および動作可能に接続されてもよい。例えば、および示されるように、微動アクチュエータ５４は、微動制御構造９２の位置決め構成要素の接続点に位置してもよい。さらに、微動アクチュエータ５４は、油圧アクチュエータ、モータ、または例えば、微動制御構造９２を介して器具１２を位置付けるための命令を受信するための他の好適な装置を含むことができるが、これに限定されない。
【００３２】
微動制御構造９２は、Ｘ、Ｙ、および／またはＺ軸のいずれかの周りを旋回および／またはその他の方法で移動して、器具１２を位置付ける一つまたは複数の関連構成要素から構成されうる。微動制御構造９２の要素の動きは、微動制御信号７８に応答して、一つまたは複数の微動アクチュエータ５４の作動に起因しうる。図４の非限定的な例では、微動制御構造９２は、スティック２６の遠位端２８に接続することができ、Ｚ軸に沿って延びるように示されている第一の脚部９４と、第一の脚部９４に枢動可能に接続することができ、Ｘ軸に沿って延びるように示されている第二の脚部９６と、第二の脚部９６に接続することができ、その上に器具１２を据え付けることができる第一のマウント９７と、器具１２および第一のマウント９７の一方または両方に接続することができ、器具１２を回転させることができる第二のマウント９８とを含む。一つまたは複数の微動アクチュエータ５４を使用して作動する時、第一の脚部９４は、スティック２６の遠位端２８に接続されうるように、スティック２６の位置決めに関して、器具１２を回転、上昇、下降、またはその他の方法で移動させうる。第二の脚部９６は、第一の脚部９４に枢動可能に接続されてもよく、また微動アクチュエータ５４によって作動した時に、第一の脚部９４の位置決めに関して、器具１２を回転、上昇、下降、またはその他の方法で移動させうる。第一のマウント９７は、第二の脚部９６に取り付けられてもよく、またはその他の方法で動作可能に関連付けられてもよく、また微動アクチュエータ５４の作動によって動かされる時、器具１２が第二の脚部９６の動きと共に動くように、第二の脚部９６と器具１２との間の接続を提供することができる。いくつかの実施例において、第一のマウント９７は、第二の脚部９６がその上に配置される平面に対して移動可能であってもよい。例えば、第一のマウント９７は、第一のマウント９７が第二の脚部９６の長さに沿って動くことを可能にするトラックマウントを介して第二の脚部９６に据え付けられうる。さらに、第二のマウント９８は、器具１２がすでに微動アクチュエータ５４の上流要素によって位置決めされる任意の平面に沿って器具１２をさらに回転させるために使用されてもよい。
【００３３】
制御スキーム（例えば、器具制御計画７４）に対する粗動制御および微動制御の両方を決定するためのフィードバックは、位置決めシステム５２および／または相対的位置決めシステム５８によって提供されてもよく、いくつかの実施例において、位置決めシステム５２の一部とみなされるか、またはそれと関連付けられてもよい。位置決めシステム５２は、工事現場に対して器具１２および／または機械１０の絶対的位置決めを決定するために用いられうる。位置決めシステム５２は、機械１０の位置を検出するための一つまたは複数のＧＰＳセンサ、または工事現場１３に対する機械１０の一つまたは複数の要素を含みうる。位置決めシステム５２のその他の要素は、認識ベースのシステムセンサ、およびレーザー位置検出システム、トータルステーションレシーバ、レンジ無線、シングルまたはデュアルグローバルナビゲーション衛星システム（ＧＮＳＳ）レシーバなどを含みうるが、これに限定されない。位置決めシステム５２のすべての要素は、器具１２および／または機械１０の実際の時間の実際の位置決めを決定するために使用されうる。もちろん、器具１２および／または機械１０もしくは工事現場１３の位置決めを検出する補助となる他の要素を含むことができ、他のセンサまたはレシーバからの入力を使用して、器具１２および／または機械１０の位置決めを決定することもできる。
【００３４】
相対位置感知のために、相対的位置決めシステム５８は、制御命令（例えば、器具制御計画７４）を形成または影響するために使用されてもよく、および／または既存の制御命令を変更するために使用されてもよいコントローラ５０に対するさらなるフィードバックを提供する。相対的位置決めシステム５８は、機械の過去の動作に対する位置決めを決定するための一つまたは複数の認識センサを含みうる。例えば、相対的位置決めシステム５８は、一つまたは複数のカメラ、ＬｉＤＡＲシステム、またはその他任意の認識感知装置を含みうる。ＬｉＤＡＲは、レーザーを用いて標的を照射し、反射光を分析することによって距離を測定するレーダーのような遠隔感知技術である（ＬｉＤＡＲは、「ライト」および「レーダー」の両方の機能を兼ね備える）。相対的位置決めシステム５８は、コントローラ５０によって処理され、器具１２の将来の位置決めを決定するために使用される画像を生成しうる。図４に示す例では、相対的位置決めシステム５８は、構造物７９の縁９９を検出するために使用されうる。
【００３５】
将来の位置で使用するための器具の相対位置を決定するための相対的位置決めシステム５８の能力は、所定の器具制御計画７４が、タスクを実行するために複数のパスを必要とする場合には、有用でありうる。器具１２が付加的建設装置である、前述の非限定的な例に戻って、コントローラ５０は、次の層を構造物７９に追加するために次のパスを実行する場合、所定の器具制御計画７４に従って、器具１２がどこに位置決めされるべきかを判定することができる。相対的位置決めシステム５８からのフィードバックは、最後のパスの上に器具を整列させるための命令を提供するためにコントローラ５０によって利用されてもよい。なぜなら、前のパスから相対的位置決めシステム５８によって提供された信号は、前のパスで置かれた構造物７９の材料の縁９９を検出することができるからである。
【００３６】
位置決めシステム５２および／または関連する相対的位置決めシステム５８を備える任意のデバイスからの入力は、少なくとも工事現場１３の地形または地形情報を決定するために利用されうる。位置決めシステム５２は、上述の要素または任意の追加的な要素の中で、コントローラ５０に信号を提供するために協働する複数の個別のセンサを含み、作業表面の機械１０の位置および／または工事現場１３の地形トポグラフィーなどのトポグラフィー特性を示すことができる。位置決めシステム５２を使用すると、コントローラ５０は、工事現場１３内の機械１０の位置を決定し、またその地形に対する機械１０の位置決めを決定することができる。該情報で、工事現場１３のリアルタイムマッピングまたは静止マッピングなどの地形およびその上のオブジェクトまたは機械は、工事現場１３の地形およびその上に存在する任意の工事現場のオブジェクトを示す位置決め信号５９内の情報に基づいて、コントローラ５０によって生成されうる。
【００３７】
位置決めシステム５２およびその要素（相対的位置決めシステム５８など）は、機械１０および／または器具１２上にまたはそれらと動作可能に関連付けられている一方、位置決めシステム５２およびその要素は、位置決めシステム５２が、工事現場１３、機械１０、器具１２および／または工事現場１３に存在するその他の任意のオブジェクトに関連付けられた位置決め信号５９を生成することができる限り、機械に取り付ける必要もないし、その他動作可能に関連付けられる必要もない。したがって、工事現場１３の地形を示す情報およびその上に存在する任意のオブジェクトを示す情報を含む位置決め信号５９を提供することができる限り、位置決めシステム５２および／またはその特定の要素は機械１０から取り外されて存在してもよい。
【００３８】
したがって、位置決めシステム５２によって決定される位置決め信号５９は、付加的建設動作の前、間、または後に機械１０の最適な位置決めを決定するために、コントローラ５０によって利用されうる。所定の器具制御計画７４および以下に考察される機械構成１００と共に、位置決め信号５９を利用することにより、コントローラ５０は、所定の器具制御計画７４に基づいて付加的建設動作を行うことができる工事現場１３内で、動作ゾーンおよびまたは最適な機械の位置決めを決定することができる。
【００３９】
ここで図５および図６を参照すると、機械構成１００は、工事現場１３に対して図示され、その要素は破線で示されている。本明細書に定義される機械構成１００は、機械１０および／または器具１２が工事現場の特定のタスクを実施する前に、その間に、またはその後に占める場合がある、工事現場の、実際のおよび潜在的空間、容積、領域を指す。図５および図６の所与の実施例では、機械構成１００は、少なくとも機械設置面積１０２および器具動作範囲１０４を含む。機械設置面積１０２は、工事現場１３上のタスクを実施する前に、その間に、またはその後に機械１０によって占められる工事現場１３内で、任意の大きさと共に、任意の物理的空間、容積、および／または領域を定義する。言い換えれば、機械設置面積１０２は、そのサイズ、重量、寸法特性、および／または機械１０のその他任意の空間消費指標を含む、機械１０の物理的占有でありうる。
【００４０】
さらに、図５〜７および１１で定義されるように、器具動作範囲１０４は、器具１２が付加的建設動作などのタスクを実行する可能性のある動きの範囲である。したがって、器具動作範囲は、機械１０（例えば、クレーン２２）および一つまたは複数のアクチュエータ３２の要素によって提供される動きの範囲によって制約されてもよく、および／または可能であってもよい。器具動作範囲１０４内で、機械１０および器具１２は、付加的建設動作を実施することができる。したがって、一つまたは複数のアクチュエータ３２は、機械構成１００に基づいて器具１２を位置付けることができる。
【００４１】
上述のように、コントローラ５０は、少なくとも、位置決め信号５９、所定の器具制御計画７４、機械構成１００、およびその他任意の追加的情報を利用して、付加的建設動作の前に、その間に、またはその後に、機械１０の最適な位置決めを決定するように構成されうる。その目的のために、図７〜１１は、工事現場１３の一連の上面図１１３を図示したものであり、上面図１１３に重ね合わされた情報は、最適な位置決めを決定するために有用なまたは最適化の要素を視覚的に描写するのに有用な特性および／または情報を示す。所定の器具制御計画７４と直接対応する構造物エリア１７４は、器具制御計画７４が完了すると、構造物７９によって占められる、工事現場１３内の領域、容積、および／または空間を示す。構造物エリア１７４は、一点鎖線のパターンを持つラインによって示され、読み出される。図５〜６と同様に、機械構成１００およびその任意の要素は、破線によって示される。
【００４２】
図７は、同じ工事現場１３に存在する機械１０に対して構造物エリア１７４が存在する例を示す目的の工事現場１３の第一の上面図１１３ａを示す。第一の上面図１１３ａは、構造物エリア１７４およびオプションにより示される工事現場１３上の任意の障害物１０５を持つ工事現場１３の位置決め信号５９から生成される、または位置決め信号５９を示す地形を示してもよい。もちろん、本明細書で説明した上面図１１３は、スケールがなくてもよく、コントローラ５０および／または制御システム３０の機能を説明するための単なる例示である。
【００４３】
図７〜１１に示される情報は、位置決め信号５９が位置決めシステム５２からコントローラ５０によって受信されうるように、工事現場１３、特にその地形を示しうる。次に、コントローラ５０は、構造物エリア１７４などの望ましい付加的建設サイトに対して、工事現場１３内の使用可能なゾーン１１５を決定してもよい。利用可能な領域は、機械１０および器具１２が付加的建設動作を実行できる工事現場１３内の任意の空間、容積、または領域であり、図８の第二の上面図１１３ｂに水平ハッチングによって示される。使用可能なゾーン１１５は、付加的建設動作の前、間、または後に機械１０が存在するのが物理的に可能である工事現場１３上の任意の領域を指しうる。したがって、使用可能なゾーン１１５は、機械１０が、所定の器具制御計画７４の実行前、その間、またはその後に位置決めされうる領域を示す。使用可能なゾーン１１５は、例えば、工事現場の構造物エリア１７４および／または任意の障害物１０５の外にある工事現場１３の任意の領域、空間、または容積を含みうる。障害物１０５は、工事現場１３上の付加的建設動作を妨げうる任意のオブジェクトまたは物理的存在（例えば、木またはその他の植生、地理的構造、その他の機械および機器など）でありうる。
【００４４】
コントローラ５０は、使用可能なゾーン１１７内の構造物エリア１７４など、工事現場１３上の所望の付加的建設サイトに対する動作ゾーン１１９を決定するようにさらに構成されてもよい。動作ゾーン１１９は、水平ハッチングによって示される図９の第三の上面図１１３ｃに図示されている。動作ゾーン１１９のパラメータは、少なくとも部分的に、使用可能なゾーン１１５、機械構成１００、および所定の器具制御計画７４に基づいてもよい。例えば、動作ゾーン１１９のパラメータは、機械１０が置かれ、その器具動作範囲１０４が構造物エリア１７４と交差する場所を含む領域を決定ことによって構成されてもよい。したがって、このような領域では、機械１０の位置決めは、所定の器具制御計画７４に従って、少なくとも一部の付加的建設動作を完了することを可能にする。したがって、動作ゾーン１１９は、構造物エリア１７４を除外してもよく、任意で、任意の障害物１０５によって占められる任意の領域を除外してもよい。
【００４５】
いくつかの実施例において、コントローラ５０は、付加的建設動作の実施前または実施中に機械１０を動作ゾーン１１９に移動するよう指示するための命令１２１を決定するようにさらに構成されうる。図１０の第四の上面図１１３ｄに示すように、命令１２１は、オペレータ（例えば、手動制御または半自律制御）またはコントローラ（例えば、自律制御）によって実行される場合、機械１０が動作ゾーン１１９内に位置決めされる結果となる任意の方向ベースの通信でありうる。したがって、制御システム３０がオペレータ出力部７１を含む一部の実施例において、オペレータ出力部７１は、命令１２１をコントローラ５０から受信し、命令１２１を機械１０のオペレータ６０に提示するように構成されうる。別の方法として、コントローラ５０が、機械１０の推進および運搬の一方または両方を自律的に制御するよう構成されている実施例では、このような自律制御は、命令１２１に基づいてもよい。
【００４６】
いくつかの実施例において、コントローラ５０は、動作ゾーン１１９内の付加的建設動作の実行前または実行中に、機械１０の潜在的位置決めを微調整するようにさらに構成されうる。こうした実施例では、図１０の第四の上面図１１３ｄに示すように、コントローラ５０は、少なくとも部分的に所定の器具制御計画７４に基づいて、最適建設位置１１７ａを決定するようにさらに構成されてもよい。このような実施例では、命令１２１は、機械１０を、最適建設位置１１７ａに近接している位置１１７ｂに移動させるよう指示するためのものであってもよく、位置１１７ｂは図１１の第五の上面図１１３ｅに図示されている。
【００４７】
最適建設位置１１７ａは、所定の器具制御計画７４に基づいて、構造物７９の建設を最適化できる一つまたは複数の決定要因に基づいてもよい。こうした要因は、建設コストおよび建設効率の一方または両方を最適化するために利用されうる。例えば、機械１０のための最適建設位置１１７ａを決定することは、機械１０および器具１２が、最適建設位置１１７ａに配置されたときに、最小数の機械動作（例えば、図３を参照して説明した移動）を使用して、所定の器具制御計画７４に従って、付加的建設動作を実行することができるように、それを決定することを含みうる。最適建設位置１１７ａを決定するためのこうしたシナリオでは、最適建設位置１１７ａの選択された位置は、動作ゾーン１１９内のその他の位置での必要な動きと比較して、所定の器具制御計画７４を完了するための必要な動きが少なくてもよい。追加的または代替的に、機械１０のための最適建設位置１１７ａを決定することは、所定の器具制御計画７４に従って、最適建設位置１１７ａから、機械１０および器具１２によって、付加的建設動作を実行するのに必要とされる移動に割り当てられたコストのコスト分析に基づいて、コスト効果のために最適建設位置１１７ａを構成することを含みうる。こうした実施例で使用されるコスト分析は、燃料コストの分析、オペレータまたは作業者時間のコストの分析、機械の摩耗コストの分析、機械の作業時間のコストの分析、および／または機械１０および／または器具１２の操作に関連する任意の他の経済的またはコスト要因の一つまたは複数を含みうる。したがって、こうしたコスト分析は、オペレータゾーン１１９内の異なる位置でコスト分析を比較し、最適建設位置１１７ａとして使用するためのコスト的に最適化位置を選択することによって最適化されうる。
【００４８】
上述のように、障害物１０５は工事現場１３内に存在してもよく、位置決め信号５９の分析中に示されてもよい。こうした実施例では、コントローラ５０は、位置決め信号５９に基づいて、使用可能なゾーン１１５内の任意の障害物１０５を検出し、障害物１０５が検出された場合、位置決め信号５９に基づいて障害物１０５の位置決めを決定するようにさらに構成されうる。こうした実施例では、動作ゾーン１１９および最適建設位置１１７ａの一方または両方を決定することは、障害物１０５の位置決めにさらに基づいてもよい。
【００４９】
さらに、機械１０、器具１２、および制御システム３０が、工事現場１３上の付加的建設動作を実施するためのシステムとしてまたはその一部として組み合わせて使用される実施例では、コントローラ５０は、機械１０の位置決めが、工事現場１３上に最適化されると、付加的建設動作を実施するようにさらに構成されうる。したがって、コントローラ５０は、所定の器具制御計画７４を実行する前に、一つまたは複数の地面係合装置１８を指示して、機械１０を動作ゾーン１１９内に位置決めする、および／または機械１０を最適建設位置１１７ａに近接して位置決めするようにさらに構成されてもよい。さらに、コントローラは、所定の器具制御計画７４に従って、付加的建設動作を実施するために、器具１２を制御する機械１０の一つまたは複数のアクチュエータ３２を指示するように構成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本開示は一般に、付加的建設動作のための制御システムに関し、特に、付加的建設動作の前または間に、機械および／または関連する付加的建設器具を位置決めするための制御システムおよび方法に関する。上述のように、制御システム３０は、掘削機械の制御に使用されうる。しかし、本開示のシステムおよび方法は、付加的建設を実施する任意の作業機械に適用されうる。さらに、こうした機械は、本開示のシステムおよび方法によって制御される一つまたは複数の器具を含むことができ、このような器具は、制御計画に基づいて構造を構築するための付加的建設器具および類似のツールを含みうるが、これに限定されない。
【００５１】
上述のように、器具１２の制御システム３０および本明細書に開示される任意の他の制御システムまたは方法は、上述の図１〜７および９〜１１に示す機械１０との使用に限定されない。例えば、図１２に示すように、制御システム３０は、本明細書に開示されるシステムおよび方法に従って、代替的な機械１０ｂを制御するために利用されうる。図１２に示す機械１０ｂは、所定の器具制御計画７４など、所定の器具制御計画７４に従って機能を実行するときに器具１２を制御するように使用されるガントリータイプの機械である。機械１０ｂは、一般に、重力の方向に関して垂直に位置決めされた二つ以上の脚部１５２を含んでもよく、図示するように、脚部１５２は、Ｙ軸に沿って「Ｙ」座標方向に延びることを意味する。脚部１５２はそれぞれ、地面係合装置１８ｂに取り付けられてもよく、または地面係合装置１８ｂと動作可能に関連付けられてもよく、地面係合装置１８ｂは機械１０ｂを工事現場１３に対して移動させ、器具１２を機械１０ｂの動作の間または動作後に位置決めすることができる。いくつかの実施例において、地面係合装置１８ｂを介した機械１０ｂの動きは、その周りに地面係合装置１８ｂが位置決めされ、かつそれに沿って推進するトラック１５４によって拘束されてもよく、または案内されてもよい。地面係合装置１８ｂは、トラック１５４によって案内されるか否かを問わず、図示するように、Ｚ軸に沿って機械１０ｂ、そして器具１２を動かすことができる。
【００５２】
機械１０ｂは、脚部１５２に実質的に垂直に位置決めされた水平足場１０３をさらに含んでもよく、これはまた、脚部１５２に取り付けられ、またはそうでなければ動作可能に連結され、それによって地面係合装置１８ｂからの推進に応答して脚部１５２と共に移動する。水平足場１０３は、水平足場１０３に対してＸ軸に沿って器具１２を移動させうる、ガントリクレーン２２ｂと動作可能に関連付けられてもよい。例えば、ガントリクレーン２２ｂは、トラック（図示せず）を経由して水平足場１０３に接続されてもよく、また、粗動アクチュエータ３６のうち一つまたは複数によって位置決めされることによって、水平足場１０３に対して、Ｘ軸に沿ってトラック上に位置付けされてもよい。さらに、ガントリクレーン２２ｂは、水平足場１０３に対して別のオブジェクトまたは粗動アクチュエータ３６によって、ガントリクレーン２２ｂの延長、ガントリクレーン２２ｂの退避またはガントリクレーン２２ｂのその他の位置決めを介して、器具１２をＹ軸に沿って位置付けうる。
【００５３】
したがって、制御システム３０は、機械１０ｂを利用することによって、所定の器具制御計画７４に従って、器具１２の位置決めを制御することができる。そのため、制御システム３０は、器具１２を位置決めする際に、機械１０ｂの粗動作を実行するために、粗動アクチュエータ３６を利用し、一方で機械１０の場合と類似なように、微動アクチュエータ５４を利用して、所定の器具制御計画７４に従って、器具１２を微細に位置決めすることができる。
【００５４】
器具１２が付加的建設器具１２である実施例では、本明細書に開示されるシステムおよび方法に従い、構造物７９を付加建設するために、所定の器具制御計画７４に従って、機械１０ｂを制御システム３０と併せて利用することができる。さらに、本明細書に開示されているシステムおよび方法はさらに、機械１０ｂの動作ゾーンを決定するために利用されてもよい。ここで、機械１０ｂのための最適な配置は、少なくとも所定の器具制御計画７４、位置決め信号５９、および機械１０ｂのための機械構成１００ｂに基づいて決定され、それは少なくとも機械設置面積１０２ｂと器具動作範囲１０４ｂとを含む。
【００５５】
もちろん、機械１０、１０ｂは本明細書に例示されているが、本開示のシステムおよび方法は、その他のタイプの機械に適用されてもよく、また確実に本開示のシステムおよび方法は、機械１０、１０ｂと併用する用途ことに限定されないことが意図されている。
【００５６】
上述の機械を使って、付加的建設動作の前に、その間、またはその後に機械の位置決めを最適化するために、本明細書のシステムおよび方法を利用して、開示されたシステムおよび方法は、上述のように、付加的建設動作の効率および／またはコスト効果を増加させうる。その目的のために、図１３は、機械および機械と関連付けられた器具の位置決めを最適化するための例示的方法２００のフローチャートを示す。本方法２００については、図１〜１１を参照しながら上記で詳細に説明した機械１０、器具１２および関連する制御システム３０を参照して以下に記載されている。しかしながら、本方法２００は、機械１０、器具１２および／または関連する制御システム３０と併用する用途に限定されないが、本方法２００は、他の機械、器具、および／または制御システム上で実施することができるか、またはそれを使用することができる。
【００５７】
本方法２００は、ブロック２１０で開始してもよく、位置決め信号５９は、例えば、位置決めシステム５２によって決定され、少なくとも工事現場１３の地形およびその上の任意のオブジェクトに関連付けられる。ブロック２２０で、本方法２００は、使用可能なゾーン１１５を工事現場１３内で決定することを含み、ここで機械１０および器具１２は、使用可能なゾーン１１５内で付加的建設動作を実行できる。ブロック２２０で使用可能なゾーン１１５を決定することは、少なくとも位置決め信号５９および所定の器具制御計画７４に基づいてもよい。本方法２００は、ブロック２３０で、所望の付加的建設サイト（例えば、構造物エリア１７４）および使用可能なゾーン１１５内の動作ゾーン１１９を決定することをさらに含みうる。動作ゾーン１１９のパラメータは、少なくとも部分的に、使用可能なゾーン１１５、機械構成１００、および所定の器具制御計画７４に基づいて構成される。
【００５８】
いくつかの実施例において、本方法２００は、決定２４０によって示されるように、障害物１０５が使用可能なゾーン１１５内に存在するかどうかを判断することを含みうる。障害物１０５が使用可能なゾーン１１５内に存在しない場合、本方法２００はブロック２３０に続く。しかし、障害物１０５が使用可能なゾーン１１５内に存在するように決定された場合、本方法は、本方法をブロック２５０に続き、障害物１０５の位置決めは、位置決め信号５９および本方法２００に基づいて決定され、その後、ブロック２３０に続き、動作ゾーン１１９を決定することが、ブロック２５０で決定された障害物１０５の位置決めにさらに基づく。
【００５９】
いくつかの実施例において、本方法２００は、ブロック２６０に図示されるように、少なくとも部分的に所定の器具制御計画７４に基づいて動作ゾーン１１９の中の機械１０の最適建設位置１１７ａを決定することを含みうる。いくつかの実施例において、機械１０のための最適建設位置１１７ａを決定することは、機械１０および器具１２が、最適建設位置１１７ａに配置されたときに、最小数の機械動作を使用して、所定の器具制御計画７４に従って、付加的建設動作を実行することができるように、機械１０の位置決めを最適化することをもたらしうる。最適建設位置１１７ａを決定するためのこうしたシナリオでは、最適建設位置１１７ａの選択された位置は、動作ゾーン１１９内のその他の位置での必要な動きと比較して、所定の器具制御計画７４を完了するための必要な動きが少なくなる。追加的に、または代替的に、機械１０の最適建設位置１１７ａを決定すると、コスト効率のために最適建設位置１１７ａを最適化することができる。このような実施例で達成されうるコストの最適化は、燃料コスト、オペレータまたは作業者の時間のコスト、機械の摩耗コスト、機械の作業時間のコスト、および／または機械１０および／または器具１２の動作に関連したその他の経済的またはコスト要因を最適化しうる。
【００６０】
動作ゾーン１１９と、任意選択で、最適建設位置１１７ａとに基づいて、本方法２００は、ブロック２７０に示すように、付加的建設動作の実行前または実行、機械１０を動作ゾーン１１９および／または最適建設位置１１７ａに最も近い位置１１７ｂ内に移動するように指示し、ブロック２８０に示されるように、前記決定された命令に基づいて機械に動作ゾーン１１９内に移動するように指示するための命令を決定することをさらに含むことができる。したがって、本方法２００は次に、ブロック２９０に示すように、所定の器具制御計画７４に従って、機械１０の一つまたは複数のアクチュエータ３２を指示して、付加的建設動作を実行するための器具１２を制御することができる。
【００６１】
開示されたシステムおよび方法は、上記の機械、器具、およびそれらの等価物を使用した付加製造用途に有用であるが、開示されたシステムおよび方法は、上記の機械、器具およびその等価物を使用した付加製造用途での使用に限定されない。
【００６２】
本開示は、機械の器具のための微動制御システムを提供することが理解されよう。特定の実施形態のみが記載されてきたが、代替および修正は、上記の説明から当業者に明らかなものである。これらおよび他の代替案は、等価物と考えられ、本開示および添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内であると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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