JP3534979B2 - 掘削機の制御方法 - Google Patents
掘削機の制御方法Info
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
- E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
- E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
- E02F9/20—Drives; Control devices
- E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
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- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は掘削機用の機械制御
システムに関し、特に、自動的に掘削機用のバケットの
深さ及び角度を制御する掘削機の制御方法に関する。
システムに関し、特に、自動的に掘削機用のバケットの
深さ及び角度を制御する掘削機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】掘削機は２つの部材よりなる連結装置の
端部に取り付けられたバケットを有する。連結装置の一
方の部材はブームと呼ばれ、掘削機の上部旋回体に回動
自在に取り付けられて、上方に向けて外側に延出してい
る。連結装置の他方の部材はアームと呼ばれ、その一端
をブームの外端部に上下方向回動自在に取り付けられ
て、ブームの支点から下方に延出している。バケットは
アームの外端部に上下方向回動自在に取り付けられる。
３つの油圧シリンダがブーム、アーム及びバケットを、
オペレータによる制御、或いは機械的な制御システムに
より個別に動かす。別の油圧駆動装置が上部旋回体を下
部旋回体に対して回転させ、投げ降ろし等の作業のため
のバケットの再位置決めを行わせる。
端部に取り付けられたバケットを有する。連結装置の一
方の部材はブームと呼ばれ、掘削機の上部旋回体に回動
自在に取り付けられて、上方に向けて外側に延出してい
る。連結装置の他方の部材はアームと呼ばれ、その一端
をブームの外端部に上下方向回動自在に取り付けられ
て、ブームの支点から下方に延出している。バケットは
アームの外端部に上下方向回動自在に取り付けられる。
３つの油圧シリンダがブーム、アーム及びバケットを、
オペレータによる制御、或いは機械的な制御システムに
より個別に動かす。別の油圧駆動装置が上部旋回体を下
部旋回体に対して回転させ、投げ降ろし等の作業のため
のバケットの再位置決めを行わせる。
【０００３】掘削機を効果的に作動させるには熟練した
オペレータが必要である。上部旋回体、ブーム、アーム
及びバケット間の連結部はそれぞれ回動し、油圧シリン
ダ或いはアクチュエータを１つでも伸縮させることでバ
ケットの掘削先端部は円弧状に動く。しかし、殆どの掘
削作業は水平或いは傾斜した平坦な仕上げ面である。従
って、平面をバケットで掘削するためには多数のシリン
ダを同時に制御する必要がある。通常、オペレータは２
つのジョイスティックを使用し、各ジョイスティックは
１つのシリンダの伸縮を制御すべく左右に運動自在であ
り、また別のシリンダの伸縮を制御すべく前後に運動自
在である。
オペレータが必要である。上部旋回体、ブーム、アーム
及びバケット間の連結部はそれぞれ回動し、油圧シリン
ダ或いはアクチュエータを１つでも伸縮させることでバ
ケットの掘削先端部は円弧状に動く。しかし、殆どの掘
削作業は水平或いは傾斜した平坦な仕上げ面である。従
って、平面をバケットで掘削するためには多数のシリン
ダを同時に制御する必要がある。通常、オペレータは２
つのジョイスティックを使用し、各ジョイスティックは
１つのシリンダの伸縮を制御すべく左右に運動自在であ
り、また別のシリンダの伸縮を制御すべく前後に運動自
在である。
【０００４】掘削機の１つの問題は、バケットの切削先
端が掘削する深さを如何にしてオペレータに示して、掘
削工程で正確な高さ或いは傾斜を得るかである。これに
関連する問題は、バケットの切削先端がオペレータの視
野から外れ得ることである。深さを示すための１つの公
知の方法は上部旋回体、ブーム、アーム及びバケット間
の相対角度を測定する角度センサを利用し、また幾何学
の原理を用いてバケットの深さを計算し、連結装置の測
定された角度及び長さを提供するものである。計算され
た深さはその後、オペレータのために表示され、これは
例えば米国特許第４、１２９、２２４号に開示されてい
る。
端が掘削する深さを如何にしてオペレータに示して、掘
削工程で正確な高さ或いは傾斜を得るかである。これに
関連する問題は、バケットの切削先端がオペレータの視
野から外れ得ることである。深さを示すための１つの公
知の方法は上部旋回体、ブーム、アーム及びバケット間
の相対角度を測定する角度センサを利用し、また幾何学
の原理を用いてバケットの深さを計算し、連結装置の測
定された角度及び長さを提供するものである。計算され
た深さはその後、オペレータのために表示され、これは
例えば米国特許第４、１２９、２２４号に開示されてい
る。
【０００５】この概念の延長として、測定された深さ及
び／或いは傾斜の情報を利用して、掘削機のバケットの
動きを自動制御するものがある。例えば、米国特許第
４、１２９、２２４号では、アームを動かす油圧シリン
ダをオペレータにより制御し、機械制御システムでブー
ムシリンダ及びバケットシリンダを自動制御し、バケッ
トを直線状に動かしている。
び／或いは傾斜の情報を利用して、掘削機のバケットの
動きを自動制御するものがある。例えば、米国特許第
４、１２９、２２４号では、アームを動かす油圧シリン
ダをオペレータにより制御し、機械制御システムでブー
ムシリンダ及びバケットシリンダを自動制御し、バケッ
トを直線状に動かしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の自動
機械制御システムの重要な欠点は、自動制御にとりかか
るとオペレータが制御工程から外されることである。自
動機械制御システムが掘削深さを自動制御し、所望の地
盤深さに到達する前に除去すべき大量の物質があった場
合、機械制御システムが切削できる物質が多くなり過
ぎ、掘削機に過剰な負荷をかけることになり、不正確な
切削及び装置の故障を招くことになる。
機械制御システムの重要な欠点は、自動制御にとりかか
るとオペレータが制御工程から外されることである。自
動機械制御システムが掘削深さを自動制御し、所望の地
盤深さに到達する前に除去すべき大量の物質があった場
合、機械制御システムが切削できる物質が多くなり過
ぎ、掘削機に過剰な負荷をかけることになり、不正確な
切削及び装置の故障を招くことになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】図示した好適な実施態様
例によれば、本発明は、深さ或いは勾配等の所望の外郭
まで表層を掘削するために掘削深さ及び掘削機のバケッ
トの角度を制御する方法を提供する。本発明の方法は、
掘削機のバケットの位置を決定し、掘削の間、バケット
の位置及び動きを自動制御する機械制御システムと連係
して作用するものである。
例によれば、本発明は、深さ或いは勾配等の所望の外郭
まで表層を掘削するために掘削深さ及び掘削機のバケッ
トの角度を制御する方法を提供する。本発明の方法は、
掘削機のバケットの位置を決定し、掘削の間、バケット
の位置及び動きを自動制御する機械制御システムと連係
して作用するものである。
【０００８】本発明の方法は、基本的に、（１）掘削さ
れる表層の所望の外郭（深さ或いは勾配）を限定するた
めにデータを機械制御システムに入力する工程（ステッ
プ）と；（２）掘削機のバケットを前記所望の外郭の近
くに位置決めする工程と；（３）自動制御を可能にする
工程と；（４）掘削機のバケットの切削先端位置が掘削
機の過負荷を防止し得る所定の距離内、或いは所望の外
郭の角度内にある時だけ、掘削機のバケットの動きを自
動制御する工程と；を有し、前記バケットの切削先端が
前記所定の測定値外にある時に、自動制御から解放する
ことで、前記バケットの自動制御による前記掘削機への
過負荷が防止されることを特徴とする。すなわち、前記
掘削機の過負荷を防止し得る所定の範囲内でのみ自動制
御を可能とすることにより、前記掘削機に自動掘削によ
る過剰な負荷が掛からないように、所定の測定値まで前
記バケットの手動操作により掘削した後、前記バケット
を自動制御可能とすることを特徴とする。
れる表層の所望の外郭（深さ或いは勾配）を限定するた
めにデータを機械制御システムに入力する工程（ステッ
プ）と；（２）掘削機のバケットを前記所望の外郭の近
くに位置決めする工程と；（３）自動制御を可能にする
工程と；（４）掘削機のバケットの切削先端位置が掘削
機の過負荷を防止し得る所定の距離内、或いは所望の外
郭の角度内にある時だけ、掘削機のバケットの動きを自
動制御する工程と；を有し、前記バケットの切削先端が
前記所定の測定値外にある時に、自動制御から解放する
ことで、前記バケットの自動制御による前記掘削機への
過負荷が防止されることを特徴とする。すなわち、前記
掘削機の過負荷を防止し得る所定の範囲内でのみ自動制
御を可能とすることにより、前記掘削機に自動掘削によ
る過剰な負荷が掛からないように、所定の測定値まで前
記バケットの手動操作により掘削した後、前記バケット
を自動制御可能とすることを特徴とする。
【０００９】機械制御システムは、所望の深さまで掘削
する深さ制御モードと、所望の勾配まで掘削する勾配制
御モードとの、少なくとも２つのモードで作業すること
ができる。オプションとしてのレーザ制御モードはレー
ザ高度基準を用いて所望の深さ及び／或いは勾配で掘削
する。本発明は機械制御システムのこれらの作業モード
で作業して、バケットの深さ或いは指向角度を制御す
る。
する深さ制御モードと、所望の勾配まで掘削する勾配制
御モードとの、少なくとも２つのモードで作業すること
ができる。オプションとしてのレーザ制御モードはレー
ザ高度基準を用いて所望の深さ及び／或いは勾配で掘削
する。本発明は機械制御システムのこれらの作業モード
で作業して、バケットの深さ或いは指向角度を制御す
る。
【００１０】機械制御システムが深さ制御モードで作業
している時は、本発明は、掘削機のバケットの切削先端
が前記所望の深さの上方或いは下方に近い距離内にある
時にだけ、自動深さ制御を行う。本発明の自動深さ制御
は、（１）オペレータにより作動可能である場合、及び
（２）切削先端が所定の近い距離以内、或いは所望の深
さの「作業深さ範囲」以内にある場合に、掘削が行われ
る。掘削バケットが所望の深さに対して作業深さ範囲の
外に位置する場合、本発明の自動深さ制御は行われな
い。勾配制御モードは切削の深さではなく勾配を制御す
るものであるため、本発明のこの発明、即ち、切削深さ
の自動制御は、機械制御システムの勾配制御モードでは
なく機械制御システムの深さ制御モードで行われる。
している時は、本発明は、掘削機のバケットの切削先端
が前記所望の深さの上方或いは下方に近い距離内にある
時にだけ、自動深さ制御を行う。本発明の自動深さ制御
は、（１）オペレータにより作動可能である場合、及び
（２）切削先端が所定の近い距離以内、或いは所望の深
さの「作業深さ範囲」以内にある場合に、掘削が行われ
る。掘削バケットが所望の深さに対して作業深さ範囲の
外に位置する場合、本発明の自動深さ制御は行われな
い。勾配制御モードは切削の深さではなく勾配を制御す
るものであるため、本発明のこの発明、即ち、切削深さ
の自動制御は、機械制御システムの勾配制御モードでは
なく機械制御システムの深さ制御モードで行われる。
【００１１】本発明の別の発明は、掘削の間、バケット
の指向角度を自動的に維持することである。しかし、こ
れはバケットの底部の傾きが所望の勾配の所定の小さな
角度以内にある時にだけ行われる。所望の勾配とは、機
械制御システムの勾配制御モードで設定された傾斜角度
か、機械制御システムの深さ制御モードにおいて水平で
あるかの何れかである。本発明の自動バケット角度制御
は、（１）オペレータにより作動可能である場合、及び
（２）バケットの底面の傾きが小さな角度以内、或い
は、所望の勾配の「作業角度範囲」以内である場合に、
掘削が行われる。掘削機のバケットの底面の傾きが所望
の勾配に対して作業角度範囲の外側にある場合、自動バ
ケット角度制御は行われない。本発明のこの発明は、機
械制御システムの深さ制御モード及び勾配制御モードの
両方で行われる。勾配制御では、作業角度範囲は所望の
勾配の上方及び下方の角度範囲である。深さ制御では、
所望の勾配はゼロであり、作業角度範囲は水平に対して
上方及び下方の角度範囲である。
の指向角度を自動的に維持することである。しかし、こ
れはバケットの底部の傾きが所望の勾配の所定の小さな
角度以内にある時にだけ行われる。所望の勾配とは、機
械制御システムの勾配制御モードで設定された傾斜角度
か、機械制御システムの深さ制御モードにおいて水平で
あるかの何れかである。本発明の自動バケット角度制御
は、（１）オペレータにより作動可能である場合、及び
（２）バケットの底面の傾きが小さな角度以内、或い
は、所望の勾配の「作業角度範囲」以内である場合に、
掘削が行われる。掘削機のバケットの底面の傾きが所望
の勾配に対して作業角度範囲の外側にある場合、自動バ
ケット角度制御は行われない。本発明のこの発明は、機
械制御システムの深さ制御モード及び勾配制御モードの
両方で行われる。勾配制御では、作業角度範囲は所望の
勾配の上方及び下方の角度範囲である。深さ制御では、
所望の勾配はゼロであり、作業角度範囲は水平に対して
上方及び下方の角度範囲である。
【００１２】機械制御システムの深さ制御モードでの作
業時には、本発明により切削の深さ及びバケットの角度
の両方を自動制御することができる。これは、（１）オ
ペレータが自動制御を行える場合；（２）バケットの切
削先端が所望の深さの作業深さ範囲以内にある場合；及
び（３）バケットの指向角度が水平の作業角度範囲以内
にある場合、に可能となる。これら３つの条件が満たさ
れれば、掘削工程の間、切削先端が所望の深さに沿って
切削し、バケットの指向角度が一定に保たれるようにバ
ケットの動きが自動制御される。
業時には、本発明により切削の深さ及びバケットの角度
の両方を自動制御することができる。これは、（１）オ
ペレータが自動制御を行える場合；（２）バケットの切
削先端が所望の深さの作業深さ範囲以内にある場合；及
び（３）バケットの指向角度が水平の作業角度範囲以内
にある場合、に可能となる。これら３つの条件が満たさ
れれば、掘削工程の間、切削先端が所望の深さに沿って
切削し、バケットの指向角度が一定に保たれるようにバ
ケットの動きが自動制御される。
【００１３】好適な実施態様例では、バケット深さ制御
のための作業深さ範囲は掘削される表層の所望の地盤深
さから上方及び下方に６インチ（０．５フィート或いは
０．１５メートル）である。従って、掘削深さの自動制
御は、掘削機のバケットの切削先端が所望の地盤深さに
対して上方或いは下方に６インチ以下の範囲にある場合
に行うことができる。バケットが所定の地盤深さより６
インチ以上上方或いは下方にあれば、自動深さ制御は行
われない。本発明は、最終的な地盤深さ工程では、掘削
機に過剰な負荷をかけないように自動制御下で６インチ
以下の切削しか行わないことを確実にするものである。
のための作業深さ範囲は掘削される表層の所望の地盤深
さから上方及び下方に６インチ（０．５フィート或いは
０．１５メートル）である。従って、掘削深さの自動制
御は、掘削機のバケットの切削先端が所望の地盤深さに
対して上方或いは下方に６インチ以下の範囲にある場合
に行うことができる。バケットが所定の地盤深さより６
インチ以上上方或いは下方にあれば、自動深さ制御は行
われない。本発明は、最終的な地盤深さ工程では、掘削
機に過剰な負荷をかけないように自動制御下で６インチ
以下の切削しか行わないことを確実にするものである。
【００１４】また、好適な実施態様例では、バケット角
度制御のための作業角度範囲は掘削される表層の所望の
勾配から１０％の勾配（５．７度）分だけプラス或いは
マイナスである。掘削機のバケットの底面が所望の勾配
の１０％以内であれば、オペレータにより自動バケット
角度制御を行うことができ、バケットの指向角度は掘削
工程を通じて維持される。反対に、バケットの底面が掘
削される表層の所望の勾配から１０％以上離れていれ
ば、自動バケット角度制御は行われない。本発明は、作
業角度範囲内で掘削条件に合ったバケット角度をオペレ
ータに選択させ、そのバケット角度は掘削工程の間、自
動機械制御システムにより一定に保持される。
度制御のための作業角度範囲は掘削される表層の所望の
勾配から１０％の勾配（５．７度）分だけプラス或いは
マイナスである。掘削機のバケットの底面が所望の勾配
の１０％以内であれば、オペレータにより自動バケット
角度制御を行うことができ、バケットの指向角度は掘削
工程を通じて維持される。反対に、バケットの底面が掘
削される表層の所望の勾配から１０％以上離れていれ
ば、自動バケット角度制御は行われない。本発明は、作
業角度範囲内で掘削条件に合ったバケット角度をオペレ
ータに選択させ、そのバケット角度は掘削工程の間、自
動機械制御システムにより一定に保持される。
【００１５】オペレータが自動制御を可能にする時に、
バケットの深さ或いは角度が作業範囲の外側にある場
合、掘削工程の間にバケットが作業範囲内に入るまで、
切削深さ或いはバケット角度の自動制御は行われない。
バケットの深さ或いは角度が作業範囲の外側にある場
合、掘削工程の間にバケットが作業範囲内に入るまで、
切削深さ或いはバケット角度の自動制御は行われない。
【００１６】本発明の更に別の発明は、上記概念を段違
いの多層に応用したことである。この特徴は、幾層もの
材料を溝に戻す際に有益である。本発明によれば、多層
の掘削の作業全体にわたり、種々の深さ及び層の厚さを
限定することができ、バケットが所望の値のうちの１つ
の作業深さ範囲内にあれば、自動深さ制御を行うことが
できる。この作業モードでは、オペレータは溝を所望の
深さまで掘削でき、その後、溝を選択された基礎層の厚
さまで基礎材で埋めることができる。バケットが基礎層
の所望の頂面の作業深さ範囲内にある時、自動深さ制御
が行われ、これにより、基礎層の頂面を自動に傾斜させ
ることができる。その後、通常は、溝内で基礎層の頂部
にパイプ或いは導管が敷かれ、次いで、掘削のオペレー
タはカバー材で溝を選択された厚さまで埋めることがで
きる。ここでも、バケットがカバー層の頂面の作業深さ
範囲内にある時に、自動深さ制御が行われる。戻された
材料の一番上の層はその後、所望の厚さまで調整されて
掘削作業を終了する。
いの多層に応用したことである。この特徴は、幾層もの
材料を溝に戻す際に有益である。本発明によれば、多層
の掘削の作業全体にわたり、種々の深さ及び層の厚さを
限定することができ、バケットが所望の値のうちの１つ
の作業深さ範囲内にあれば、自動深さ制御を行うことが
できる。この作業モードでは、オペレータは溝を所望の
深さまで掘削でき、その後、溝を選択された基礎層の厚
さまで基礎材で埋めることができる。バケットが基礎層
の所望の頂面の作業深さ範囲内にある時、自動深さ制御
が行われ、これにより、基礎層の頂面を自動に傾斜させ
ることができる。その後、通常は、溝内で基礎層の頂部
にパイプ或いは導管が敷かれ、次いで、掘削のオペレー
タはカバー材で溝を選択された厚さまで埋めることがで
きる。ここでも、バケットがカバー層の頂面の作業深さ
範囲内にある時に、自動深さ制御が行われる。戻された
材料の一番上の層はその後、所望の厚さまで調整されて
掘削作業を終了する。
【００１７】明細書に記載される特徴及び利点は全てを
含んだものではなく、特に、図面、明細書及び請求の範
囲を考慮すれば、その他の多くの特徴及び利点も当業者
にとって明らかであろう。更に、明細書で使用した表現
は読みやすさ及び教示を目的として原則的に選択したも
のであり、発明的要旨を表したり、範囲を限定するため
に選択したものではなく、そのような発明的要旨を判断
するのに必要な請求の範囲に依存するものである。
含んだものではなく、特に、図面、明細書及び請求の範
囲を考慮すれば、その他の多くの特徴及び利点も当業者
にとって明らかであろう。更に、明細書で使用した表現
は読みやすさ及び教示を目的として原則的に選択したも
のであり、発明的要旨を表したり、範囲を限定するため
に選択したものではなく、そのような発明的要旨を判断
するのに必要な請求の範囲に依存するものである。
【００１８】本発明のその他の目的、利点及び新規な特
徴は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らか
になろう。
徴は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らか
になろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１乃至７は本発明の種々の好適
な実施態様例を例としてのみ示すものである。本分野に
おける当業者であれば、以下の記載から、ここに示され
る構造及び方法の別の実施態様例を本発明の原理から逸
脱せずに採用できることが容易に認識できよう。
な実施態様例を例としてのみ示すものである。本分野に
おける当業者であれば、以下の記載から、ここに示され
る構造及び方法の別の実施態様例を本発明の原理から逸
脱せずに採用できることが容易に認識できよう。
【００２０】本発明の好適な実施態様例は、掘削機のバ
ケットの実際の位置が所定の距離内、或いは所望の地盤
深さの測定角度以内にある時に、掘削機のバケットの深
さ及び／或いは指向角度を自動制御することにより掘削
機を制御する方法である。
ケットの実際の位置が所定の距離内、或いは所望の地盤
深さの測定角度以内にある時に、掘削機のバケットの深
さ及び／或いは指向角度を自動制御することにより掘削
機を制御する方法である。
【００２１】本発明は掘削機で実施される。図１に示す
ように、掘削機１０は下部旋回体１４に回転自在に取り
付けられた上部旋回体１２を有する。ブーム１６が上部
旋回体１２のピボット１７に回動自在に取り付けられて
外方に延びている。運転席に座っているオペレータによ
り、或いは機械制御システムにより制御される油圧シリ
ンダ１８が掘削工程の間上部旋回体と相対的にブームを
動かす。アーム２２がブーム１６の外端のピボット２３
に回動自在に取り付けらる。同様に、掘削の間、油圧シ
リンダ２４がアームをブームと相対的に動かす。バケッ
ト２６がアーム２２の外端のピボット２７に回動自在に
取り付けられる。掘削の間、油圧シリンダ２８がバケッ
トをアームと相対的に動かす。
ように、掘削機１０は下部旋回体１４に回転自在に取り
付けられた上部旋回体１２を有する。ブーム１６が上部
旋回体１２のピボット１７に回動自在に取り付けられて
外方に延びている。運転席に座っているオペレータによ
り、或いは機械制御システムにより制御される油圧シリ
ンダ１８が掘削工程の間上部旋回体と相対的にブームを
動かす。アーム２２がブーム１６の外端のピボット２３
に回動自在に取り付けらる。同様に、掘削の間、油圧シ
リンダ２４がアームをブームと相対的に動かす。バケッ
ト２６がアーム２２の外端のピボット２７に回動自在に
取り付けられる。掘削の間、油圧シリンダ２８がバケッ
トをアームと相対的に動かす。
【００２２】図１に示す掘削機１０は地表の下方を固定
された深さ３０まで掘削している。バケット２６は底面
３２を有すると共に、掘削の間、バケットの先端に表層
を掘るための切削先端３４を有する。本発明の自動深さ
制御の特徴は、バケット２６の切削先端３４が所望の地
盤深さ３５の作業深さ範囲３３以内にある時に実行され
る。好適な実施態様例では、この作業深さ範囲は、深さ
制御モードでの作業中では所望の地盤深さの上下６イン
チ（０．５フィート）である。バケット２６の切削先端
３４が、前記所望の地盤深さよりも上方或いは下方に６
インチ以上作業深さ範囲３３から外れて位置する場合、
自動深さ制御特徴は行われない。これによりバケットの
切削先端が作業深さ範囲以内に来るまでオペレータが掘
削機を手動で制御し、その後、所望の完成面を得るべく
自動制御下にて最終掘削を行う。
された深さ３０まで掘削している。バケット２６は底面
３２を有すると共に、掘削の間、バケットの先端に表層
を掘るための切削先端３４を有する。本発明の自動深さ
制御の特徴は、バケット２６の切削先端３４が所望の地
盤深さ３５の作業深さ範囲３３以内にある時に実行され
る。好適な実施態様例では、この作業深さ範囲は、深さ
制御モードでの作業中では所望の地盤深さの上下６イン
チ（０．５フィート）である。バケット２６の切削先端
３４が、前記所望の地盤深さよりも上方或いは下方に６
インチ以上作業深さ範囲３３から外れて位置する場合、
自動深さ制御特徴は行われない。これによりバケットの
切削先端が作業深さ範囲以内に来るまでオペレータが掘
削機を手動で制御し、その後、所望の完成面を得るべく
自動制御下にて最終掘削を行う。
【００２３】図２は本発明の方法で使用される機械制御
システム３６のブロック図である。機械制御システム３
６は、ブーム１６、アーム２２及びバケット２６の角度
位置に関するデータをシステムコントローラ４４にそれ
ぞれ提供する３つの角度センサ３８、４０及び４２を有
する。これらセンサは、ブーム、アーム及びバケットの
ピボット１７、２３及び２７の近傍で掘削機にそれぞれ
取り付けられる。システムコントローラ４４はプログラ
ムされたプロセッサであり、角度センサにより測定した
既知の角度、及びブーム１６、アーム２２及びバケット
２６の幾何学により、掘削の間、バケットの実際の位置
を判断する。これに関するシステムコントローラ４４の
作業は本分野では良く知られており、ここではこれ以上
の説明はしない。システムコントローラ４４は、後に詳
述するオペレータ制御パネル４６及びトリガースイッチ
４８に連結される。システムコントローラ４４は制御信
号を油圧弁コントローラ５０に送り、該油圧弁コントロ
ーラ５０はブームシリンダ１８及びバケットシリンダ２
８の動きを制御する。オプションとして、機械制御シス
テムにレーザレシーバ５１を設けても良い。レーザレシ
ーバ５１は、掘削機に取り付けられたマストに基準レー
ザ光線がぶつかる高さを検出して高さ基準を提供する。
システム３６のブロック図である。機械制御システム３
６は、ブーム１６、アーム２２及びバケット２６の角度
位置に関するデータをシステムコントローラ４４にそれ
ぞれ提供する３つの角度センサ３８、４０及び４２を有
する。これらセンサは、ブーム、アーム及びバケットの
ピボット１７、２３及び２７の近傍で掘削機にそれぞれ
取り付けられる。システムコントローラ４４はプログラ
ムされたプロセッサであり、角度センサにより測定した
既知の角度、及びブーム１６、アーム２２及びバケット
２６の幾何学により、掘削の間、バケットの実際の位置
を判断する。これに関するシステムコントローラ４４の
作業は本分野では良く知られており、ここではこれ以上
の説明はしない。システムコントローラ４４は、後に詳
述するオペレータ制御パネル４６及びトリガースイッチ
４８に連結される。システムコントローラ４４は制御信
号を油圧弁コントローラ５０に送り、該油圧弁コントロ
ーラ５０はブームシリンダ１８及びバケットシリンダ２
８の動きを制御する。オプションとして、機械制御シス
テムにレーザレシーバ５１を設けても良い。レーザレシ
ーバ５１は、掘削機に取り付けられたマストに基準レー
ザ光線がぶつかる高さを検出して高さ基準を提供する。
【００２４】図２のブロック図も、手動制御入力値を油
圧弁コントローラ５０に提供する一対のジョイスティッ
ク４９を示している。オペレータは、手動制御下での作
業時に、ジョイスティックを動かしてバケット、アーム
及びブームを制御する。好適な実施態様例における自動
制御下では、オペレータはスティックシリンダ２４だけ
を手動で制御し、システムコントローラ４４がブームシ
リンダ１８及びバケットシリンダ２８を自動で制御して
所望の勾配或いは深さまで掘削を行う。
圧弁コントローラ５０に提供する一対のジョイスティッ
ク４９を示している。オペレータは、手動制御下での作
業時に、ジョイスティックを動かしてバケット、アーム
及びブームを制御する。好適な実施態様例における自動
制御下では、オペレータはスティックシリンダ２４だけ
を手動で制御し、システムコントローラ４４がブームシ
リンダ１８及びバケットシリンダ２８を自動で制御して
所望の勾配或いは深さまで掘削を行う。
【００２５】オペレータ制御パネル４６は、データをシ
ステムコントローラ４４に入力して機械制御システム３
６の作業パラメータを限定する手段をオペレータに提供
するものである。制御パネル４６は、オペレータが手動
で制御するか、或いは機械制御システム３６で自動制御
するかについて掘削工程を監視すべく、オペレータに情
報の表示も行う。制御パネルの作業及びこれに使用され
る種々の画面についての完全な説明は、参考用に本願に
含めた「掘削機の制御方法」という名称で、ＵＳＳＮ０
８／６５８，７０２（本願と同日付け日本出願）に記載
されている。
ステムコントローラ４４に入力して機械制御システム３
６の作業パラメータを限定する手段をオペレータに提供
するものである。制御パネル４６は、オペレータが手動
で制御するか、或いは機械制御システム３６で自動制御
するかについて掘削工程を監視すべく、オペレータに情
報の表示も行う。制御パネルの作業及びこれに使用され
る種々の画面についての完全な説明は、参考用に本願に
含めた「掘削機の制御方法」という名称で、ＵＳＳＮ０
８／６５８，７０２（本願と同日付け日本出願）に記載
されている。
【００２６】制御パネル４６は平坦なタッチパネルディ
スプレイを有する。制御パネルは掘削の作業中、種々の
画面を表示し、タッチパネルは、画面の適切な部分、典
型的にはラベルの付いたボックスに触れることにより、
システムコントローラ４４に情報を入力する手段をオペ
レータに提供する。基本的に、システムコントローラ
は、深さ制御モード、多層モード、勾配制御モード及び
レーザモードという幾つかのモードで作動できる。各モ
ードは所望の深さ或いは勾配を限定するためのデータを
オペレータに入力させるセットアップ画面、及び、バケ
ットのアイコンと、所望の地盤深さとの相対位置を表示
するための表示画面を有する。
スプレイを有する。制御パネルは掘削の作業中、種々の
画面を表示し、タッチパネルは、画面の適切な部分、典
型的にはラベルの付いたボックスに触れることにより、
システムコントローラ４４に情報を入力する手段をオペ
レータに提供する。基本的に、システムコントローラ
は、深さ制御モード、多層モード、勾配制御モード及び
レーザモードという幾つかのモードで作動できる。各モ
ードは所望の深さ或いは勾配を限定するためのデータを
オペレータに入力させるセットアップ画面、及び、バケ
ットのアイコンと、所望の地盤深さとの相対位置を表示
するための表示画面を有する。
【００２７】オペレータは、作業の深さ制御モードを選
択し、制御パネル上の適切なコマンドを入力することに
より、所望の深さを限定するデータを入力する。所望の
深さの値を一度入力すると、掘削機はその深さとは異な
る表層をもたらすべく掘削の用意ができる。オペレータ
はバケット２６を手動で位置決めし、ジョイスティック
４９を用いて油圧弁コントローラ５０を介して、バケッ
トシリンダ２８、スティックシリンダ２４及び／或いは
ブームシリンダ１８を制御することによりバケットの角
度を調整する。自動制御を始めるには、オペレータは、
ジョイスティック４９、或いはその近傍に取り付けられ
たトリガースイッチ４８を押す。トリガースイッチ４８
を入れることにより、自動深さ制御機能が可能となる
が、バケット２６の切削先端３４が所望の深さ３５の作
業深さ範囲（図１）の範囲内にある時にのみ、自動深さ
制御が行われる。
択し、制御パネル上の適切なコマンドを入力することに
より、所望の深さを限定するデータを入力する。所望の
深さの値を一度入力すると、掘削機はその深さとは異な
る表層をもたらすべく掘削の用意ができる。オペレータ
はバケット２６を手動で位置決めし、ジョイスティック
４９を用いて油圧弁コントローラ５０を介して、バケッ
トシリンダ２８、スティックシリンダ２４及び／或いは
ブームシリンダ１８を制御することによりバケットの角
度を調整する。自動制御を始めるには、オペレータは、
ジョイスティック４９、或いはその近傍に取り付けられ
たトリガースイッチ４８を押す。トリガースイッチ４８
を入れることにより、自動深さ制御機能が可能となる
が、バケット２６の切削先端３４が所望の深さ３５の作
業深さ範囲（図１）の範囲内にある時にのみ、自動深さ
制御が行われる。
【００２８】図３は、所望の地盤深さ３５と作業深さ範
囲３３に対するバケット２６を示している。図３Ａは、
切削先端３４が作業深さ範囲３３以内の所望の地盤深さ
３５に位置にあるバケットを示し、この状態では自動深
さ制御機能が行うことができ、掘削工程の間、切削先端
が所望の地盤深さについていくようにバケットの動きを
制御する。図３Ｂは作業深さ範囲３３の外側に位置する
バケットを示している。バケットが高すぎるため自動深
さ制御機能は行えない。自動深さ制御を行うためには、
作業深さ範囲に到達するまでオペレータはより深く掘ら
なくてはならない。図３は、作業深さ範囲の範囲内では
あるが、所望の地盤深さより低いバケットを示してい
る。バケットが範囲内に位置し、オペレータがトリガー
スイッチ４８を押せば、自動深さ制御でバケットを所望
の地盤深さまで、この場合は上方に動かす。
囲３３に対するバケット２６を示している。図３Ａは、
切削先端３４が作業深さ範囲３３以内の所望の地盤深さ
３５に位置にあるバケットを示し、この状態では自動深
さ制御機能が行うことができ、掘削工程の間、切削先端
が所望の地盤深さについていくようにバケットの動きを
制御する。図３Ｂは作業深さ範囲３３の外側に位置する
バケットを示している。バケットが高すぎるため自動深
さ制御機能は行えない。自動深さ制御を行うためには、
作業深さ範囲に到達するまでオペレータはより深く掘ら
なくてはならない。図３は、作業深さ範囲の範囲内では
あるが、所望の地盤深さより低いバケットを示してい
る。バケットが範囲内に位置し、オペレータがトリガー
スイッチ４８を押せば、自動深さ制御でバケットを所望
の地盤深さまで、この場合は上方に動かす。
【００２９】深さ制御モードでは、バケットの指向角度
に応じて、本発明によれば、深さとバケットの角度、或
いは深さ単独という２つのタイプの自動制御がある。バ
ケットの底面が水平、或いは水平な作業角度範囲内であ
る角度傾斜している場合、システムコントローラ４４
は、第１のタイプの自動制御下で掘削工程を通じてバケ
ットを同指向角度に維持する。第１のタイプの自動深さ
制御では、深さとバケットの角度の両方が自動的に制御
される。バケットは掘削工程を通事、切削先端３４を所
望の深さ３５に従わせたまま固定された指向角度で運搬
し、これはバケットシリンダ２８及びブームシリンダ１
８の両方を制御するシステムコントローラ４４により行
われる。
に応じて、本発明によれば、深さとバケットの角度、或
いは深さ単独という２つのタイプの自動制御がある。バ
ケットの底面が水平、或いは水平な作業角度範囲内であ
る角度傾斜している場合、システムコントローラ４４
は、第１のタイプの自動制御下で掘削工程を通じてバケ
ットを同指向角度に維持する。第１のタイプの自動深さ
制御では、深さとバケットの角度の両方が自動的に制御
される。バケットは掘削工程を通事、切削先端３４を所
望の深さ３５に従わせたまま固定された指向角度で運搬
し、これはバケットシリンダ２８及びブームシリンダ１
８の両方を制御するシステムコントローラ４４により行
われる。
【００３０】第２のタイプの自動深さ制御（深さのみ）
は、バケットの底面が、作業角度範囲の外側にある角度
をなして傾斜している時に行われ、この状態では、シス
テムコントローラ４４はバケットシリンダ２８ではなく
ブームシリンダ１８を制御する。第２のタイプでは、掘
削工程の間、アーム２２が動くとバケットの指向角度が
変化する。両方のタイプ共、オペレータがトリガースイ
ッチ４８を押して自動制御を可能にした時にバケットの
切削先端が作業深さ範囲３３にあった場合に実行され
る。
は、バケットの底面が、作業角度範囲の外側にある角度
をなして傾斜している時に行われ、この状態では、シス
テムコントローラ４４はバケットシリンダ２８ではなく
ブームシリンダ１８を制御する。第２のタイプでは、掘
削工程の間、アーム２２が動くとバケットの指向角度が
変化する。両方のタイプ共、オペレータがトリガースイ
ッチ４８を押して自動制御を可能にした時にバケットの
切削先端が作業深さ範囲３３にあった場合に実行され
る。
【００３１】自動深さ制御の第１のタイプ（深さ及びバ
ケットの角度）は、掘削工程の間、ブームシリンダ１８
及びバケットシリンダ２８の両方を制御するシステムコ
ントローラ４４により達成される。自動深さ制御の第２
のタイプ（深さのみ）は、ブームシリンダ１８だけを自
動制御することにより達成される。両タイプにおいて、
オペレータはジョイスティック４９を介してスティック
シリンダ２４を手動で制御し、これは掘削工程を如何に
早く進めるかに関する制御をオペレータに与えるもので
ある。トリガースイッチを入れた時にバケット２６が所
望の深さ３５に充分に近ければ（作業深さ範囲３３の範
囲内）、システムコントローラ４４は、バケット２６の
切削先端３４が所望の深さに到達するようバケットの動
きを自動的に制御する。自動制御下では、システムコン
トローラ４４は角度センサ３８、４０及び４２からの入
力を監視して、腕シリンダ２８を伸縮させるよう、また
オプションとして、バケットシリンダ２８によりバケッ
ト２６の切削先端３４を所望の深さ３５に沿って動くよ
う、弁コントローラ５０に指示を与える。
ケットの角度）は、掘削工程の間、ブームシリンダ１８
及びバケットシリンダ２８の両方を制御するシステムコ
ントローラ４４により達成される。自動深さ制御の第２
のタイプ（深さのみ）は、ブームシリンダ１８だけを自
動制御することにより達成される。両タイプにおいて、
オペレータはジョイスティック４９を介してスティック
シリンダ２４を手動で制御し、これは掘削工程を如何に
早く進めるかに関する制御をオペレータに与えるもので
ある。トリガースイッチを入れた時にバケット２６が所
望の深さ３５に充分に近ければ（作業深さ範囲３３の範
囲内）、システムコントローラ４４は、バケット２６の
切削先端３４が所望の深さに到達するようバケットの動
きを自動的に制御する。自動制御下では、システムコン
トローラ４４は角度センサ３８、４０及び４２からの入
力を監視して、腕シリンダ２８を伸縮させるよう、また
オプションとして、バケットシリンダ２８によりバケッ
ト２６の切削先端３４を所望の深さ３５に沿って動くよ
う、弁コントローラ５０に指示を与える。
【００３２】掘削工程が完了すると、オペレータはバケ
ット内の荷物を降ろす必要がある。トリガースイッチ４
８が解除され、掘削機を自動制御から解放し、オペレー
タはバケットを手動で制御して荷物を降ろす。その後、
オペレータは新たな掘削工程を行ったり、適切であれば
掘削機の再位置決めを行うことができる。
ット内の荷物を降ろす必要がある。トリガースイッチ４
８が解除され、掘削機を自動制御から解放し、オペレー
タはバケットを手動で制御して荷物を降ろす。その後、
オペレータは新たな掘削工程を行ったり、適切であれば
掘削機の再位置決めを行うことができる。
【００３３】本発明の自動深さ制御の特徴を物質の地盤
深さの多層に使用することができる。図４に示すよう
に、掘削作業では、溝をある特定の深さ６０まで掘り、
次いで基礎材６２を深さ６４まで敷き、その後基礎材の
上にパイプ６６を敷き、そのパイプをカバー材６８で深
さ７０まで覆い、最後に埋め戻し材７２を深さ７４まで
埋めることを要求されることがある。
深さの多層に使用することができる。図４に示すよう
に、掘削作業では、溝をある特定の深さ６０まで掘り、
次いで基礎材６２を深さ６４まで敷き、その後基礎材の
上にパイプ６６を敷き、そのパイプをカバー材６８で深
さ７０まで覆い、最後に埋め戻し材７２を深さ７４まで
埋めることを要求されることがある。
【００３４】オペレータは、コントロールパネル４６を
介してデータを入力し、多数の深さを限定する。溝を所
望の深さ６０まで掘る初期段階では、バケットの切削先
端が深さ６０における溝の底部の作業深さ範囲の範囲内
にある時、自動深さ制御が実行される。次いで、基礎材
６２が溝内に投げ込まれ、基礎埋め深さ６４に設定され
た自動深さ制御を使用して掘削機により高さが調節され
る。深さ６４で自動深さ制御を実行するのにオペレータ
がすべきことは、バケットの切削先端をその深さから６
インチ以内に位置決めし、次いでトリガースイッチ４８
を入れるだけである。パイプ６６を敷き、上にカバー材
６８を投げ込んた後、掘削機がカバー材を広げ、自動深
さ制御により深さ７０まで高さを調節する。最後に、埋
め戻し材７２の層を広げ、適切な深さ７４まで自動的に
高さを調節する。
介してデータを入力し、多数の深さを限定する。溝を所
望の深さ６０まで掘る初期段階では、バケットの切削先
端が深さ６０における溝の底部の作業深さ範囲の範囲内
にある時、自動深さ制御が実行される。次いで、基礎材
６２が溝内に投げ込まれ、基礎埋め深さ６４に設定され
た自動深さ制御を使用して掘削機により高さが調節され
る。深さ６４で自動深さ制御を実行するのにオペレータ
がすべきことは、バケットの切削先端をその深さから６
インチ以内に位置決めし、次いでトリガースイッチ４８
を入れるだけである。パイプ６６を敷き、上にカバー材
６８を投げ込んた後、掘削機がカバー材を広げ、自動深
さ制御により深さ７０まで高さを調節する。最後に、埋
め戻し材７２の層を広げ、適切な深さ７４まで自動的に
高さを調節する。
【００３５】多層モードでは、異なる層の間で自動的な
高さ調節を切り換えるのに再度深さをプログラムする必
要はなく、作業の開始時にデータが入力される。システ
ムコントローラ４４は、４つの作業深さ範囲のうちの１
つの範囲内にバケットを位置決めするのにオペレータが
制御する深さはどれであるかを知っている。従って、本
発明によれば、多層掘削作業を行うために、種々の深
さ、及び層の厚さを一度限定すれば良く、バケットが所
望の高さのうちの１つの作業範囲の範囲内にあれば、自
動深さ制御を行うことができる。
高さ調節を切り換えるのに再度深さをプログラムする必
要はなく、作業の開始時にデータが入力される。システ
ムコントローラ４４は、４つの作業深さ範囲のうちの１
つの範囲内にバケットを位置決めするのにオペレータが
制御する深さはどれであるかを知っている。従って、本
発明によれば、多層掘削作業を行うために、種々の深
さ、及び層の厚さを一度限定すれば良く、バケットが所
望の高さのうちの１つの作業範囲の範囲内にあれば、自
動深さ制御を行うことができる。
【００３６】図５には、所望の勾配８０まで斜面を掘っ
ている掘削機１０が示されている。勾配制御モードに
は、自動制御の２つの側面がある。１つの側面は、バケ
ットの切削先端３４が所望の勾配８０の角度で切削する
ように、バケット２６の動きを自動制御することであ
る。自動勾配制御のこの側面は、自動深さ制御とは異な
り、バケットを作業範囲内に位置決めすることに依存し
ない。勾配制御モードの自動制御の第２の側面は、バケ
ットの指向角度を自動制御することである。本発明によ
れば、バケットの底面が所望の勾配の作業角度範囲内に
あれば、バケットの角度は勾配制御モードで自動制御さ
れる。
ている掘削機１０が示されている。勾配制御モードに
は、自動制御の２つの側面がある。１つの側面は、バケ
ットの切削先端３４が所望の勾配８０の角度で切削する
ように、バケット２６の動きを自動制御することであ
る。自動勾配制御のこの側面は、自動深さ制御とは異な
り、バケットを作業範囲内に位置決めすることに依存し
ない。勾配制御モードの自動制御の第２の側面は、バケ
ットの指向角度を自動制御することである。本発明によ
れば、バケットの底面が所望の勾配の作業角度範囲内に
あれば、バケットの角度は勾配制御モードで自動制御さ
れる。
【００３７】本発明による自動バケット角度制御は、バ
ケット２６の底面３２の勾配が所望の勾配８０の作業角
度範囲８４内にある時に実行される。好適な実施態様例
では、作業角度範囲は所望の勾配の上方或いは下方に１
０％の勾配（５．７度）である。バケット２６が作業角
度範囲８４の外側に位置しており、バケットの底面３２
の勾配が所望の勾配から１０％以上の勾配分異なってい
れば、自動バケット角度制御は行われない。バケットが
所望の勾配と平行に位置していれば、バケットは作業角
度範囲内にあり、掘削工程の間、オペレータがトリガー
スイッチを入れることにより自動バケット角度制御を実
行することができる。
ケット２６の底面３２の勾配が所望の勾配８０の作業角
度範囲８４内にある時に実行される。好適な実施態様例
では、作業角度範囲は所望の勾配の上方或いは下方に１
０％の勾配（５．７度）である。バケット２６が作業角
度範囲８４の外側に位置しており、バケットの底面３２
の勾配が所望の勾配から１０％以上の勾配分異なってい
れば、自動バケット角度制御は行われない。バケットが
所望の勾配と平行に位置していれば、バケットは作業角
度範囲内にあり、掘削工程の間、オペレータがトリガー
スイッチを入れることにより自動バケット角度制御を実
行することができる。
【００３８】図６は所望の勾配８０に対して幾つかの位
置にあるバケット２６を示している。図６Ａでは、図５
と同様に、バケットの底面３２は所望の勾配８０と平行
である。バケットが作業角度範囲８４内にあるため、本
発明の自動バケット角度制御を行うことができる。図６
Ｂでは、バケットの底面３２は所望の勾配に対して傾斜
してはいるが、依然として作業角度範囲内にあるため、
自動バケット角度制御を行うことができる。しかし、図
６Ｃでは、バケットはその底面の勾配８６が作業角度範
囲内から外れる程傾斜しており、この場合、自動バケッ
ト角度制御は実行できない。
置にあるバケット２６を示している。図６Ａでは、図５
と同様に、バケットの底面３２は所望の勾配８０と平行
である。バケットが作業角度範囲８４内にあるため、本
発明の自動バケット角度制御を行うことができる。図６
Ｂでは、バケットの底面３２は所望の勾配に対して傾斜
してはいるが、依然として作業角度範囲内にあるため、
自動バケット角度制御を行うことができる。しかし、図
６Ｃでは、バケットはその底面の勾配８６が作業角度範
囲内から外れる程傾斜しており、この場合、自動バケッ
ト角度制御は実行できない。
【００３９】勾配制御モードで作業するには、オペレー
タはコントロールパネル４６にデータを入力することに
より、所望の勾配８０を限定する。所望の勾配データを
一度入力すると、掘削機はその勾配まで掘削する準備が
できる。オペレータはバケットを切削の所望の深さに手
動で位置決めし、ジョイスティック４９を使用してバケ
ットシリンダ２８、スティックシリンダ２４及び／或い
はブームシリンダ１８を油圧弁コントローラ５０により
制御することによりバケットの角度を調節する。自動制
御を始めるには、オペレータはシリンダの制御ジョイス
ティック４９に、或いはその近傍に取り付けられたトリ
ガースイッチ４８を押す。トリガースイッチ４８を入れ
ることにより、システムコントローラは自動制御を開始
し、バケット２６の切削先端３４を所望の勾配８０と平
行に動くよう制御する（図５）。バケットの底面の勾配
が所望の勾配に対して作業角度範囲８４内にあれば、機
械制御システム３６はバケットを所望の勾配に沿って動
かし、その時点のバケットの角度を維持するようブーム
シリンダ及びバケットシリンダを自動制御する。バケッ
トの角度が作業角度範囲８４以内になければ、機械制御
システムはブームシリンダだけを制御してバケットの切
削先端を所望の勾配に沿って動かす。
タはコントロールパネル４６にデータを入力することに
より、所望の勾配８０を限定する。所望の勾配データを
一度入力すると、掘削機はその勾配まで掘削する準備が
できる。オペレータはバケットを切削の所望の深さに手
動で位置決めし、ジョイスティック４９を使用してバケ
ットシリンダ２８、スティックシリンダ２４及び／或い
はブームシリンダ１８を油圧弁コントローラ５０により
制御することによりバケットの角度を調節する。自動制
御を始めるには、オペレータはシリンダの制御ジョイス
ティック４９に、或いはその近傍に取り付けられたトリ
ガースイッチ４８を押す。トリガースイッチ４８を入れ
ることにより、システムコントローラは自動制御を開始
し、バケット２６の切削先端３４を所望の勾配８０と平
行に動くよう制御する（図５）。バケットの底面の勾配
が所望の勾配に対して作業角度範囲８４内にあれば、機
械制御システム３６はバケットを所望の勾配に沿って動
かし、その時点のバケットの角度を維持するようブーム
シリンダ及びバケットシリンダを自動制御する。バケッ
トの角度が作業角度範囲８４以内になければ、機械制御
システムはブームシリンダだけを制御してバケットの切
削先端を所望の勾配に沿って動かす。
【００４０】作業の深さ制御モード及び勾配制御モード
に加え、機械制御システム３６は高さ基準値等のレーザ
光線を使用するレーザモードでも作動することができ
る。図７に示すように、レーザモードは新たに２つの装
置を要する。１つはレーザ基準光線９２、一般的には回
転或いは扇状走査光線を発生させるレーザ発信機９０で
ある。レーザ基準光線９２は掘削される表層の底部と、
水平方向に、或いは角度を成して同じ勾配に設定するの
が好ましい。新たな装置の２番目のものは、掘削機１０
に取り付けられたレーザ受信機９４である。レーザ受信
機は、マスト９６と、レーザ基準光線９２を感知するま
でそのマスト９６を上或いは下に動かす走行センサ９８
とを有する。レーザ受信機はレーザ基準光線の高さを示
すデータをシステムコントローラ４４に供給し、システ
ムコントローラ４４はそのデータを深さ基準のために使
用する。
に加え、機械制御システム３６は高さ基準値等のレーザ
光線を使用するレーザモードでも作動することができ
る。図７に示すように、レーザモードは新たに２つの装
置を要する。１つはレーザ基準光線９２、一般的には回
転或いは扇状走査光線を発生させるレーザ発信機９０で
ある。レーザ基準光線９２は掘削される表層の底部と、
水平方向に、或いは角度を成して同じ勾配に設定するの
が好ましい。新たな装置の２番目のものは、掘削機１０
に取り付けられたレーザ受信機９４である。レーザ受信
機は、マスト９６と、レーザ基準光線９２を感知するま
でそのマスト９６を上或いは下に動かす走行センサ９８
とを有する。レーザ受信機はレーザ基準光線の高さを示
すデータをシステムコントローラ４４に供給し、システ
ムコントローラ４４はそのデータを深さ基準のために使
用する。
【００４１】レーザモードでは、オペレータはレーザ基
準光線１７８に対する、掘削される表層の所望の深さを
入力すると共に、所望の勾配も入力する。その勾配がゼ
ロであれば、限定された切削はその所望の深さで水平で
ある。勾配がゼロでなけらば、切削位置は、ブームの回
動点１７に垂直に整合した点における所望の深さにより
決定する点を通る所望の勾配を走る線により限定され
る。パラメータを入力した後は、レーザモードの作業は
深さモードの作業と類似している。バケットが所望の深
さの作業深さ範囲内にあれば、バケットの深さは自動的
に制御され、バケットの勾配が所望の勾配の作業角度範
囲内にあれば、バケットの角度は自動的に制御される。
準光線１７８に対する、掘削される表層の所望の深さを
入力すると共に、所望の勾配も入力する。その勾配がゼ
ロであれば、限定された切削はその所望の深さで水平で
ある。勾配がゼロでなけらば、切削位置は、ブームの回
動点１７に垂直に整合した点における所望の深さにより
決定する点を通る所望の勾配を走る線により限定され
る。パラメータを入力した後は、レーザモードの作業は
深さモードの作業と類似している。バケットが所望の深
さの作業深さ範囲内にあれば、バケットの深さは自動的
に制御され、バケットの勾配が所望の勾配の作業角度範
囲内にあれば、バケットの角度は自動的に制御される。
【００４２】上述の説明から、ここに開示した本発明
は、掘削機のバケットの深さ及び角度を制御して表層を
所望の外郭まで掘削する新規で有益な方法を提供するも
のである。以上の記載は、本発明の方法及び実施態様例
を代表的な例としてのみ開示し説明したものである。本
技術分野の当業者であれば、本発明を発明の精神及び本
質的な特徴から逸脱することなしに、別の特定の形態に
具体化できることは理解されよう。従って、上記発明の
実施の形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、
例として示すことを目的とし、本発明の範囲は以下の請
求の範囲に記載されている。
は、掘削機のバケットの深さ及び角度を制御して表層を
所望の外郭まで掘削する新規で有益な方法を提供するも
のである。以上の記載は、本発明の方法及び実施態様例
を代表的な例としてのみ開示し説明したものである。本
技術分野の当業者であれば、本発明を発明の精神及び本
質的な特徴から逸脱することなしに、別の特定の形態に
具体化できることは理解されよう。従って、上記発明の
実施の形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、
例として示すことを目的とし、本発明の範囲は以下の請
求の範囲に記載されている。
【００４３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、バケッ
トを有する掘削機を制御して表層を所望の外郭まで掘削
する掘削機の制御方法であって、前記バケットの切削先
端位置を判断する手段と前記バケットの動きを自動制御
するための手段とを有する機械制御システムであって前
記掘削機に連結された機械制御システムを提供する工程
と；掘削される表層の所望の外郭を限定するためのデー
タを前記機械制御システムに入力する工程と；前記バケ
ットを位置決めする工程と；自動制御を可能にする工程
と；前記バケットの位置が前記所望の外郭から前記掘削
機の過負荷を防止し得る所定の測定値以内にある時に、
前記バケットの動きを自動制御する工程と；を有し、前
記バケットの切削先端が前記所定の測定値外にある時
に、自動制御から解放することで、前記バケットの自動
制御による前記掘削機への過負荷が防止されることを特
徴とする掘削機の制御方法が提供される。従って、本発
明によれば、前記掘削機に自動掘削による過剰な負荷が
掛からないように、所定の測定値まで前記バケットの手
動操作により掘削した後、前記バケットを自動制御下に
おくことができる。これにより、掘削作業において、掘
削機にその自動掘削による過剰な負荷を掛けることな
く、深さ或いは勾配等の所望の外郭まで表層を掘削する
ために切削深さ及び掘削機のバケットの角度を制御する
ことができる。
トを有する掘削機を制御して表層を所望の外郭まで掘削
する掘削機の制御方法であって、前記バケットの切削先
端位置を判断する手段と前記バケットの動きを自動制御
するための手段とを有する機械制御システムであって前
記掘削機に連結された機械制御システムを提供する工程
と；掘削される表層の所望の外郭を限定するためのデー
タを前記機械制御システムに入力する工程と；前記バケ
ットを位置決めする工程と；自動制御を可能にする工程
と；前記バケットの位置が前記所望の外郭から前記掘削
機の過負荷を防止し得る所定の測定値以内にある時に、
前記バケットの動きを自動制御する工程と；を有し、前
記バケットの切削先端が前記所定の測定値外にある時
に、自動制御から解放することで、前記バケットの自動
制御による前記掘削機への過負荷が防止されることを特
徴とする掘削機の制御方法が提供される。従って、本発
明によれば、前記掘削機に自動掘削による過剰な負荷が
掛からないように、所定の測定値まで前記バケットの手
動操作により掘削した後、前記バケットを自動制御下に
おくことができる。これにより、掘削作業において、掘
削機にその自動掘削による過剰な負荷を掛けることな
く、深さ或いは勾配等の所望の外郭まで表層を掘削する
ために切削深さ及び掘削機のバケットの角度を制御する
ことができる。
【図１】 掘削される表層を所望の深さまで傾斜させた
本発明による掘削機の側面図である。
本発明による掘削機の側面図である。
【図２】 本発明で使用する機械制御システムのブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】 掘削される表層の所望の深さに対する掘削機
バケットの位置を示す図であって、（Ａ）ないし（Ｃ）
は所望深さに対してバケットの位置がそれぞれ異なる場
合を示している。
バケットの位置を示す図であって、（Ａ）ないし（Ｃ）
は所望深さに対してバケットの位置がそれぞれ異なる場
合を示している。
【図４】 複数の層を所望の深さまで傾斜させた本発明
による掘削機の側面図である。
による掘削機の側面図である。
【図５】 掘削される表層を所望の勾配まで傾斜させた
本発明による掘削機の側面図である。
本発明による掘削機の側面図である。
【図６】 掘削される表層の所望の勾配に対する掘削機
のバケットの角度を示す図であって、（Ａ）ないし
（Ｃ）は所望の勾配に対してそれぞれ角度が異なる場合
を示している。
のバケットの角度を示す図であって、（Ａ）ないし
（Ｃ）は所望の勾配に対してそれぞれ角度が異なる場合
を示している。
【図７】 レーザモードで作業する本発明による掘削機
の側面図である。
の側面図である。
１０ 掘削機
１６ ブーム
１８ ブームシリンダ
２２ アーム
２４ スティックシリンダ
２６ バケット
２８ バケットシリンダ
３３ 作業深さ範囲
３４ 切削先端
４８ トリガースイッチ
４９ ジョイスティック
フロントページの続き
(72)発明者 レナード ティー．グラハム
アメリカ合衆国カリフォルニア州、リバ
ーモア、イヤハートウェイ 396、トプ
コンレーザーシステムズインコーポレー
ション内
(56)参考文献 特開 平４−136323（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−57781（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−83727（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−277543（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
E02F 3/43
Claims (14)
- 【請求項１】 表層を所望の外郭まで掘削するように、
バケットを有する掘削機を制御する掘削機の制御方法で
あって、前記方法は： 前記バケットの切削先端位置を判断する手段と前記バケ
ットの動きを自動制御するための手段とを有する機械制
御システムであって前記掘削機に連結された機械制御シ
ステムを提供する工程と； 掘削される表層を所望の外郭に限定するためのデータを
前記機械制御システムに入力する工程と； 前記バケットを位置決めする工程と； 自動制御を可能にする工程と； 前記バケットの位置が前記所望の外郭から前記掘削機の
過負荷を防止し得る所定の測定値以内にある時に、前記
バケットの動きを自動制御する工程と；を有し、 前記バケットの切削先端が前記所定の測定値外にある時
に、自動制御から解放することで、前記バケットの自動
制御による前記掘削機への過負荷が防止されることを特
徴とする掘削機の制御方法。 - 【請求項２】 前記所望の外郭は、掘削される表層の深
さであり、データを入力する前記工程は、掘削される表
層の所望の深さを限定することを特徴とする、請求項１
記載の方法。 - 【請求項３】 自動制御する前記工程は、前記バケット
の切削先端が、掘削される表層の前記所望の深さから所
定の距離以内にある時に実行されることを特徴とする、
請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記所定の距離は掘削される表層の前記
所望の深さから上下に所定の距離であることを特徴とす
る、請求項３記載の方法。 - 【請求項５】 前記所定の距離は、掘削される表層の前
記所望の深さから上方或いは下方に約６インチであるこ
とを特徴とする、請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記方法は深さの異なる複数の表層を掘
削するために適用され、データを入力する前記工程は前
記複数の表層のそれぞれの所望の深さを限定することを
特徴とする、請求項２記載の方法。 - 【請求項７】 自動制御する前記工程は、バケットの切
削先端が前記複数の表層のうちの１つの所望の深さから
所定の距離以内にある時に実行されることを特徴とす
る、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】 前記所定の外郭は掘削される表層の勾配
であり、データを入力する前記工程は掘削される表層の
所望の勾配を限定することを特徴とする、請求項１記載
の方法。 - 【請求項９】 自動制御する前記工程は、バケットの底
面の傾きが、掘削される表層の前記所望の勾配から所定
の角度以内にある時に実行されることを特徴とする、請
求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 自動制御を可能にする前記工程は、ト
リガースイッチを入れることを含むことを特徴とする、
請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 表層を所望の深さまで掘削するよう
に、掘削機とそのバケットの動きとを制御する方法であ
って、前記方法は： 前記バケットの切削先端位置を判断する手段と前記バケ
ットの動きを自動制御するための手段とを有する機械制
御システムであって前記掘削機に連結された機械制御シ
ステムを提供する工程と； 掘削される表層の所望の深さを限定するためのデータを
前記機械制御システムに入力する工程と； 前記バケットを位置決めする工程と； 自動制御を可能にする工程と； 前記バケットが掘削される表層の前記所望の深さから前
記掘削機の過負荷を防止し得る所定の距離内にある時
に、前記バケットを所望の掘削深さに維持するよう前記
バケットの動きを自動制御する工程と；を有し、 前記バケットの切削先端が前記所定の距離外にある時
に、自動制御から解放することで、前記バケットの自動
制御による前記掘削機への過負荷が防止されることを特
徴とする掘削機の制御方法。 - 【請求項１２】 バケットの底面の勾配が水平から所定
の角度以内にある時に、前記バケットが一定の指向角度
を維持するよう前記バケットの動きを自動制御するため
の工程を更に有することを特徴とする、請求項１１記載
の方法。 - 【請求項１３】 表層を所望の勾配まで掘削するよう
に、バケットを有する掘削機を制御する方法であって、
前記方法は： 前記バケットの切削先端位置と指向角度とを判断する手
段と、前記バケットの動きを自動制御するための手段と
を有する機械制御システムであって前記掘削機に連結さ
れた機械制御システムを提供する工程と； 掘削される表層の所望の勾配を限定するためのデータを
前記機械制御システムに入力する工程と； 前記バケットを位置決めする工程と； 自動制御を可能にする工程と； 前記所望の勾配に沿って前記バケットの動きを自動制御
する工程と； 前記バケットの底面の勾配が掘削される表層の前記所望
の勾配から前記掘削機の過負荷を防止し得る所定の角度
以内にある時に、前記バケットが一定の指向角度を維持
するよう、前記バケットの動きを自動制御する工程と；
を有し、 前記バケットの切削先端が前記所定の角度外にある時
に、自動制御から解放することで、前記バケットの自動
制御による前記掘削機への過負荷が防止されることを特
徴とする掘削機の制御方法。 - 【請求項１４】 深さの異なる複数の表層を掘削するよ
うに、バケットを揺する掘削機を制御する方法であっ
て、前記方法は： 前記バケットの切削先端位置を判断する手段と前記バケ
ットの動きを自動制御する手段とを有する機械制御シス
テムであって前記掘削機に連結された機械制御システム
を提供する工程と； 掘削される複数の表層の各所望の深さを限定するための
データを前記機械制御システムに入力する工程と； 前記バケットを位置決めする工程と； 自動制御を可能にする工程と； 前記バケットの位置が前記複数の表層のうちの１つの所
望の深さから前記掘削機の過負荷を防止し得る所定の距
離内にある時にだけ、前記バケットの動きを自動制御す
る工程と；を有し、 前記バケットの切削先端が前記所定の距離外にある時
に、自動制御から解放することで、前記バケットの自動
制御による前記掘削機への過負荷が防止されることを特
徴とする掘削機の制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/658,701 US5933346A (en) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Bucket depth and angle controller for excavator |
| US08/658,701 | 1996-06-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1088608A JPH1088608A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3534979B2 true JP3534979B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=24642316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14692497A Expired - Fee Related JP3534979B2 (ja) | 1996-06-05 | 1997-06-04 | 掘削機の制御方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5933346A (ja) |
| EP (1) | EP0811726B1 (ja) |
| JP (1) | JP3534979B2 (ja) |
| AU (1) | AU730270B2 (ja) |
| DE (1) | DE69725780T2 (ja) |
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