特表 2022-531778 作業器具の位置を制御するためのシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-11

(54)【発明の名称】作業器具の位置を制御するためのシステム

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/02 20200101AFI20220704BHJP

   E02F 3/85 20060101ALI20220704BHJP

   G05D 1/00 20060101ALN20220704BHJP

【ＦＩ】

G05D1/02 Y

E02F3/85 D

G05D1/00 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021565720

(86)(22)【出願日】2020-04-13

(85)【翻訳文提出日】2021-11-04

(86)【国際出願番号】 US2020027886

(87)【国際公開番号】W WO2020226848

(87)【国際公開日】2020-11-12

(31)【優先権主張番号】16/402,667

(32)【優先日】2019-05-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】391020193

【氏名又は名称】キャタピラー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フェヴル、ジョセフ エル．

(72)【発明者】

【氏名】ツオ、ティエンチアオ

(72)【発明者】

【氏名】レンツェン、ポール ディー．

(72)【発明者】

【氏名】クラウス、スティーブン アール．

【テーマコード（参考）】

2D003

5H301

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AA02

2D003AA03

2D003AB04

2D003BA02

2D003BA03

2D003BA04

2D003DB03

2D003DB04

2D003DB05

5H301AA03

5H301AA10

5H301BB02

5H301BB03

5H301CC03

5H301CC06

5H301CC10

5H301DD07

5H301GG07

5H301GG08

5H301GG12

5H301GG17

(57)【要約】

【解決手段】 地表係合作業器具を制御するためのシステムは、機械位置センサ、作業面位置センサ、作業器具位置センサ、およびコントローラを含む。コントローラは、機械の位置を決定し、作業面の地形を決定し、タスク開始位置に隣接したタスク前トリガー位置の位置を決定し、地表係合作業器具の最下面の位置を決定する。コントローラは、横行信号を生成して、機械をタスク終了位置からタスク開始位置に向けて推進し、作業器具高さ信号を生成して、機械がタスク終了位置からタスク開始位置に向けて移動する際に、地表係合作業器具の最下面を横行閾値高さ以上に維持し、作業器具下降信号を生成して、機械がタスク前トリガー位置を通過した後で、作業器具をタスク前閾値高さまで下降させる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械（１０）の地表係合作業器具（１６）を制御し、その間に前記機械を作業面（１０４）に沿ってタスク終了位置からタスク開始位置（１０７）に移動させるシステム（３８）であって、
前記機械の位置を示す機械位置データを生成するように構成された機械位置センサ（２８）と、
前記作業面の地形を示す標高データを生成するように構成された作業面位置センサと、
前記地表係合作業器具（１６）の最下面（２３）の位置を示す作業器具位置データを生成するように構成された作業器具位置センサ（３２）と、
コントローラ（３６）であって、
横行閾値高さにアクセスし、
タスク前閾値高さにアクセスし、
前記機械位置データに基づき、前記機械の前記位置（１０）を決定し、
前記標高データに基づき、前記作業面（１０４）の前記地形を決定し、
前記タスク開始位置（１０７）に隣接するタスク前トリガー位置（１１９）の位置を決定し、
前記作業器具位置データに基づき、前記地表係合作業器具（１６）の前記最下面（２３）の位置を決定し、
前記機械（１０）を前記タスク終了位置（１０８）から前記タスク開始位置（１０７）に向けて推進するための横行信号を生成し、
前記機械（１０）が前記タスク終了位置（１０８）から前記タスク開始位置（１０７）に向けて移動する際に、前記地表係合作業器具（１６）の前記最下面（２３）を前記横行閾値高さ以上に維持するために作業器具高さ信号を生成し、
前記機械（１０）が前記タスク前トリガー位置（１１９）を通過した後、前記作業器具（１６）を前記タスク前閾値高さまで下降させるための作業器具下降信号を生成するように構成されたコントローラを含む、システム。

【請求項2】

前記横行閾値高さが、前記作業（１０４）表面に対するものである、請求項１に記載のシステム（３８）。

【請求項3】

前記横行閾値高さが、前記機械１０に対するものである、請求項１に記載のシステム（３８）。

【請求項4】

前記横行信号が、前記機械（１０）を、前記経路（１１７）の位置に沿って、経路端部（１０８）の位置から、切取り位置（１１５）を通過し、逆進から前進へのシフト位置（１１８）に推進させる働きをし、前記コントローラ（３６）がさらに、前記機械を前記逆進から前進へのシフト位置から前記切取り位置に推進させるための切取り前前進コマンドを生成するように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム（３８）。

【請求項5】

前記作業器具下降信号が、前記横行閾値高さと前記タスク前閾値高さとの間で、前記地表係合作業器具（１６）を直線的に下降させる働きをする、請求項１～４のいずれか一項に記載のシステム（３８）。

【請求項6】

前記タスク前トリガー位置が、前記作業位置に隣接している、請求項１～５のいずれか一項に記載のシステム（３８）。

【請求項7】

前記横行閾値高さが、前記経路に沿った前記作業面の前記地形に基づく、請求項１～６のいずれか一項に記載のシステム（３８）。

【請求項8】

コントローラ（３６）がさらに、第一の横行閾値高さおよび第二の横行閾値高さを記憶し、第一の高さ閾値によって変化する際に前記作業面（１０４）の前記地形上の前記第一の横行閾値高さにアクセスし、第二の高さ閾値によって変化する際に前記作業面の前記地形上の前記第二の横行閾値高さにアクセスし、前記第二の高さ閾値が前記第一の高さ閾値よりも大きいように構成される、請求項７に記載のシステム（３８）。

【請求項9】

機械（１０）の地表係合作業器具（１６）を制御し、その間に、前記機械を作業面（１０４）に沿って、タスク終了位置（１０８）からタスク開始位置（１０７）まで移動させる方法であって、請求項１～８のいずれか一項に記載のシステム（３８）によって実行される工程を含む、方法。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか一項に記載のシステム（３８）を備える、機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、機械の制御に関し、より具体的には、機械の作業器具を制御しながら、その間に、第一のタスクの終了位置と次のタスクの開始位置との間で運転するシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ドーザ、モータグレーダ、ホイールローダなどの機械は、様々なタスクを行うために使用される。例えば、これらの機械は、作業現場で材料を移動するために使用されうる。機械は、自律的、半自律的、または手動で運転して、機械の作業計画の一部として生成されたコマンドに応答して、これらのタスクを実行しうる。機械は、採掘、土工、その他の産業活動に関連するものなど、作業現場における異なる材料の掘削、緩め、運搬などを含む作業を実施するための作業計画に従って命令を受けることができる。

【0003】

自律的に運転される機械は、人間のオペレータまたは環境条件に関係なく、一貫して生産性を維持しうる。さらに、自律システムは、人間のオペレータにとって不適切または不快な環境での運転を可能にしうる。自律システムまたは半自律システムはまた、経験不足の人間のオペレータだけでなく、反復的なタスクに関連する非効率を補償しうる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

自律的または半自律的な方法で運転する場合、オペレータの介入の必要性を最小限に抑えることが望ましい。作業運転の合間に、ある位置から別の位置へ機械を移動させる間、作業器具が作業面と不注意に係合する可能性を低減することが望ましい。さらに、後続の作業運転のために機械を準備するために必要なサイクル時間を短縮することが望ましい。

【0005】

米国特許公開第２０１８／０１１９３８７号は、所望のグレード制御深度に基づき、作業車両のリッパーを自動的に制御するためのシステムを開示している。制御システムは、実際のグレード制御深度を示すフィードバック信号を提供する少なくとも一つのフィードバック装置を含み、フィードバック信号が、実際のグレード制御深度が所望のグレード制御深度と等しいことを示す時に、リッパーを上昇させる。

【0006】

一態様では、機械の地表係合作業器具を制御しながら、その間に、機械を作業面に沿ってタスク終了位置からタスク開始位置へ移動させるためのシステムは、機械位置センサ、作業面位置センサ、作業器具位置センサ、およびコントローラを含む。機械位置センサは、機械の位置を示す機械位置データを生成するように構成される。作業面位置センサは、作業面の地形を示す標高データを生成するように構成される。作業器具位置センサは、地表係合作業器具の最下面の位置を示す、作業器具位置データを生成するように構成される。コントローラは、逆進閾値高さにアクセスし、タスク前閾値高さにアクセスし、機械位置データに基づき機械の位置を決定し、標高データに基づき作業面の地形を決定し、タスク開始位置に隣接したタスク前トリガー位置の位置を決定し、作業器具位置データに基づき地表係合作業器具の最下面の位置を決定するように構成される。コントローラはさらに、横行信号を生成して、機械をタスク終了位置からタスク開始位置に向けて推進し、作業器具高さ信号を生成して、機械がタスク終了位置からタスク開始位置に向けて移動する際に、地表係合作業器具の最下面を横行閾値高さ以上に維持し、および作業器具下降信号を生成して、機械がタスク前トリガー位置を通過した後で、作業器具をタスク前閾値高さまで下降させるように構成される。

【0007】

別の態様では、機械の地表係合作業器具を制御し、その間に、機械を作業面に沿ってタスク終了位置からタスク開始位置へ移動させる方法は、横行閾値高さにアクセスすることと、タスク前閾値高さにアクセスすることと、機械に関連付けられた機械位置センサからの機械位置データに基づき機械の位置を決定することと、作業面位置センサからの位置データに基づき作業面の地形を決定することと、作業位置に隣接したタスク前トリガー位置の位置を決定することと、機械に関連付けられた作業器具位置センサからの作業器具位置データに基づき地表係合作業器具の最下面の位置を決定することと、を含む。方法はさらに、機械をタスク終了位置から作業位置に向けて推進するための横行信号を生成することと、機械がタスク終了位置から作業位置に向けて移動する際に、地表係合作業器具の最下面を横行閾値高さ以上に維持するための作業器具高さ信号を生成することと、機械がタスク前トリガー位置を通過した後で、地表係合作業器具をタスク前閾値高さまで下降させるために作業器具下降信号を生成すること、とを含む。

【0008】

また別の態様では、機械は、プライムムーバ、地表係合作業器具、機械位置センサ、作業面位置センサ、作業器具位置センサ、およびコントローラを含む。地表係合作業器具は、作業面を係合するための最下面を有する。機械位置センサは、機械の位置を示す機械位置データを生成するように構成される。作業面位置センサは、作業面の地形を示す標高データを生成するように構成される。作業器具位置センサは、地表係合作業器具の最下面の位置を示す、作業器具位置データを生成するように構成される。コントローラは、横行閾値高さにアクセスし、タスク前閾値高さにアクセスし、機械位置データに基づき機械の位置を決定し、標高データに基づき作業面の地形を決定し、タスク開始位置に隣接したタスク前トリガー位置の位置を決定し、作業器具位置データに基づき地表係合作業器具の最下面の位置を決定するように構成される。コントローラはさらに、横行信号を生成して、機械をタスク終了位置からタスク開始位置に向けて推進し、作業器具高さ信号を生成して、機械がタスク終了位置からタスク開始位置に向けて移動する際に、地表係合作業器具の最下面を横行閾値高さ以上に維持し、作業器具下降信号を生成して、機械がタスク前トリガー位置を通過した後で、作業器具をタスク前閾値高さまで下降させるように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

本開示は例として図示されるものであり、添付された図中、同様の参照番号は類似の要素を示す。

【図1】図１は、本明細書に開示される原理を組み込んだ機械が使用されうる作業現場の概略図を示す。

【図2】図２は、本開示による機械の図解を示す。

【図3】図３は、材料移動計画の様々な態様を示す、作業現場の一部分を図解した断面を示す。

【図4】図４は、逆進運転の異なるセクションを示す、作業現場の一部分を図解した断面を示す。

【図5】図５は、逆進運転の開始からブレードが次の切取りレベルに来るまでの時間の関数としてのブレード高さの例示的なグラフを示す。

【図6】図６は、本開示による材料移動プロセスを示すフローチャートを示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、一つ以上の機械１０が、自律的、半自律的、または手動で運転しうる、作業現場１００の図解を示す。作業現場１００は、採掘現場、埋立地、採石場、建設現場、または材料の移動が望ましい任意の他の領域の一部であってもよい。移動材料に関連するタスクは、ドーズ作業、グレーディング作業、レベリング作業、バルク材料除去作業、または作業現場１００における既存の地形の変化をもたらす他の任意のタイプの作業を含みうる。図示するように、作業現場１００は、一端に高壁１０２、反対端に稜、盛土、またはその他の標高の変化などの頂部１０３を有する作業領域１０１を含む。材料は、概して、高壁１０２から、頂部１０３に向けて移動される。作業領域１０１の作業面１０４は、任意の形態をとることができ、作業領域の地勢の実際の外形または位置を意味する。

【0011】

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は、人間のオペレータによる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き自律的に動作する。半自律的に動作する機械は、機械内または遠隔でのオペレータを含み、このオペレータが、一部のタスクを実行するか、または一部の入力を提供して、他のタスクは自動的に実行され、様々なセンサから受信した情報に基づくものでもよい。手動で運転される機械は、オペレータが、機械のすべてまたは実質的にすべての機能を制御する機械である。機械は、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（すなわち、リモートコントロール）されてもよい。

【0012】

図２は、材料を押すように構成されたブレード１６などの地表係合作業器具を有する、ドーザなどの機械１０の図解を示す。機械１０は、フレーム１２と、エンジン１３などのプライムムーバとを含む。軌道１５などの地表係合駆動機構は、機械１０の対向面上の駆動スプロケット１４によって駆動されて、機械を推進してもよい。機械１０は「軌道タイプ」構成で示されているが、ホイール構成などの他の構成を使用してもよい。駆動スプロケット１４および軌道１５に動作可能に接続されたエンジン１３およびトランスミッション（図示せず）の動作は、コントローラ３６を含む制御システム３５によって制御されうる。本開示のシステムおよび方法は、静圧駆動、電気駆動、または機械駆動を含む、当技術分野で適用可能な任意の機械推進および駆動機構と共に使用されうる。

【0013】

ブレード１６は、機械１０の各側面上のアーム１８によってフレーム１２に枢動可能に連結されてもよい。フレーム１２に連結された第一の油圧シリンダ２１は、ブレード１６を垂直方向に支持し、ブレード１６が、図２の視点から上下に移動することを可能にする。機械１０の各側面上に一つある一対の第二の油圧シリンダ２２は、ブレード先端２３のピッチ角が機械の中心線に対して変化することを可能にする。

【0014】

機械１０は、オペレータが物理的に占有し、機械を制御するための入力を提供することができる運転台２４を含んでもよい。運転台２４は、オペレータが機械の推進システムおよびステアリングシステムを制御するコマンドを発行し、また機械に関連付けられた様々な器具を操作することができる、ジョイスティック２５などの一つ以上の入力装置を含みうる。

【0015】

機械１０は、機械１０との関連を示す図２の矢印によって一般的に示されるように、制御システム３５によって制御されうる。制御システム３５は、電子制御モジュールまたはコントローラ３６および複数のセンサを含みうる。コントローラ３６は、無線通信システム３０を介して、運転台２４内または機外から機械１０を運転するオペレータからの入力信号を受信してもよい。コントローラ３６は、駆動システムおよび油圧システムを含む機械１０の様々な態様の動作を制御しうる。

【0016】

コントローラ３６は、演算を実行し、制御アルゴリズムを実行し、データおよびその他の所望の演算を保存・取得するために、論理的な様式で動作する電子コントローラであってもよい。コントローラ３６は、メモリ、二次記憶装置、プロセッサ、およびアプリケーションを実行するための他の任意の構成要素を含みうるか、またはそれらにアクセスしうる。メモリおよび二次記憶装置は、コントローラによってアクセス可能な、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または集積回路の形態としうる。電源回路、信号調整回路、ドライバ回路、および他のタイプの回路など様々な他の回路が、コントローラ３６と関連付けられてもよい。

【0017】

コントローラ３６は、機械１０の様々な機能および／または特性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」という用語は、機械１０に関連付けられてもよく、機械の様々な機能および動作を制御するために連動しうる、一つ以上のコントローラおよび／またはマイクロプロセッサを含むように、その最も広い意味で使用されることが意図される。コントローラ３６の機能は、機能に関係なく、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに実装されてもよい。コントローラ３６は、コントローラのメモリに記憶されうる、機械１０および作業現場１００の動作条件および動作環境に関する一つ以上のデータマップに依存してもよい。これらのデータマップの各々は、表、グラフ、および／または方程式の形態でのデータ集合体を含みうる。

【0018】

制御システム３５およびコントローラ３６は、機械１０上に位置してもよく、コマンドセンター１２９（図１）など、機械から遠隔して位置する構成要素を含んでもよい。制御システム３５の機能は、特定の機能が機械１０で実行され、他の機能が遠隔で実行されるように、分散されてもよい。このような場合、制御システム３５は、機械１０と機械から遠隔して位置するシステムとの間で信号を送信するための無線通信システム１３０などの通信システムを含んでもよい。

【0019】

機械１０は、自律的に、半自律的に、または手動で運転されるよう構成されてもよい。半自律的または手動で運転する場合、機械１０は、遠隔制御によって、および／または運転台２４内に物理的に位置しているオペレータによって運転されてもよい。

【0020】

機械１０は、機械１０との関連を示す図２の矢印によって一般的に示されるように、機械の様々な運転パラメータおよび／または機械が運転されている動作環境を示す（直接的または間接的に）データを提供する、複数の機械センサ２６を備えてもよい。「センサ」という用語は、機械１０に関連付けられることができ、機械の様々な機能、動作、および動作特性、および機械が運転されている環境および／または状況を感知するために連動しうる、一つ以上のセンサおよび関連構成要素を含めて、その最も広い意味で使用されることが意図される。

【0021】

機械位置感知システム２７は、機械１０との関連を示す図２の矢印によって一般的に示されるように、作業現場１００に対する機械の位置および配向（すなわち、進行方向、ピッチ、ロールまたは傾斜、およびヨー）を感知するために、機械位置センサ２８を含みうる。機械１０の位置および配向は、時には集合的に機械の位置と呼ばれる。機械位置センサ２８は、機械１０の位置および配向を示す機械位置データまたは信号を生成して、コントローラ３６に提供するように構成される、複数の個々のセンサを含みうる。

【0022】

一つの例では、機械位置センサ２８は、位置センサとして動作するために、全地球航法衛星システムまたは全地球測位システムなどの測位システムと相互作用する一つ以上のセンサを含みうる。別の実施例では、機械位置センサ２８は、さらにまたは代替的に、地表または地面の基準に対する機械１０の勾配または傾斜を測定するための慣性計測装置および／または勾配センサまたは傾斜センサ（例えば、ピッチ角センサ）を含みうる。コントローラ３６は、機械位置センサ２８からの機械位置信号を使用して、作業現場１００内の機械１０の位置を決定してもよい。他の実施例では、機械位置センサ２８は、オドメーターもしくは別のホイール回転感知センサ、知覚ベースのシステムを含んでもよく、またはレーザー、ソナー、もしくはレーダーなどの他のシステムを使用して、機械１０の位置のすべてまたは一部の側面を決定してもよい。

【0023】

さらに、機械位置感知システム２７は、機械１０が移動している作業面１０４の標高または地形を決定するためにも使用されうる。より具体的には、機械１０の既知の寸法および作業現場１００での機械の標高に基づき、作業面１０４の標高または地形も決定されうる。結果として、機械位置感知システム２７は、機械位置感知システムおよび作業面位置感知システムのいずれかまたは両方として動作しうる。同様に、機械位置センサ２８は、機械位置センサおよび作業面位置センサのいずれかまたは両方として動作しうる。したがって、機械位置センサ２８はまた、作業面１０４の関連する標高または地形を決定するために、コントローラ３６によって解釈される標高データまたは信号を生成する作業位置センサとして動作してもよい。別の地上機械（図示せず）またはドローン（図示せず）上などの、他のセンサまたは専用の作業面位置センサが、作業面１０４の標高または地形を示す標高データを生成するために、代替的に使用されてもよい。作業面１０４の標高または地形を示すデータは、（例えば、地球、作業現場１００、機械１０などに対して）多数ある参照フレームまたは視点のどれかで表現または取得されうる。

【0024】

機械１０との関連を示す図２の矢印によって一般的に示されるように、作業器具位置感知システム３１は、ブレード１６などの作業器具の位置を感知するために、作業器具位置センサ３２を含みうる。ブレード１６の既知の寸法に基づき、先端２３などの最下面の位置または高さは、作業器具位置データから決定されうる。実施形態では、作業器具位置センサ３２は、作業器具位置データまたはブレード１６の位置を示す信号を生成し、コントローラ３６に提供するように構成された第一の油圧シリンダ２１上に位置するシリンダ位置センサを備えてもよい。

【0025】

図３を参照すると、機械１０は、作業現場１００で、一つ以上の材料移動計画に従って、経路１１７に沿って、第一の位置１０７から、ダンプ位置１０８などの経路またはタスク終了位置に、材料を移動させるように構成されうる。ダンプ位置１０８は一般に、第一の位置から坂を下ったところに位置するが、必ずしもそうとは限らない。ダンプ位置１０８は、頂部１０３または任意の他の位置であってもよい。材料移動計画は、とりわけ、作業現場１００の経路に沿って第一の位置１０７からダンプ位置１０８まで、作業面１０４に間隔を置いて切り込まれた複数のチャネルまたはスロット１１０を形成することを含みうる。そうすることで、各機械１０は、第一の位置１０７とダンプ位置１０８との間を経路１１７に沿って前後に移動しうる。

【0026】

図３に示すように、一実施形態では、各スロット１１０は、最終作業面または最終設計平面１１２に到達するまで、一つ以上の層１１３の作業面１０４から材料１０５を除去することによって形成されうる。機械１０のブレード１６は、スロット１１０に沿って縦方向に間隔をおいた一連の切込み１１４のある作業面１０４と係合してもよい。それぞれの切込み１１４は、作業面１０４に沿った切取り位置１１５などのタスク開始位置で始まり、そこでブレード１６は作業面１０４と係合し、材料１０５内まで延び、特定の層の標的表面１１６に向けて移動する。多くの作業では、切取り位置１１５は、ダンプ位置１０８に最も近い位置から始まり、第一の位置１０７に向けて漸進的に後方または坂を上って移動する。したがって、図３に図示するように、材料は、標的表面１１６全体が露出されるまで、特定の層１１３に対して、連続的な切取り位置１１５で、右から左へ複数の切取り作業を実行することによって移動される。次いで、このプロセスが、後続のそれぞれの層１１３に対して繰り返される。

【0027】

本明細書で使用される「上り坂」という用語は、頂部１０３またはダンプ位置１０８に対して、高壁１０２に向かう方向を指す。同様に、「下り坂」という用語は、高壁１０２に対して、頂部１０３またはダンプ位置１０８に向かう方向を指す。

【0028】

材料の展延またはダンピングは、任意の所望の様式で達成されうる。一つの実施形態では、材料または表土は、下向きの勾配または頂部に到達し、落下するまで、作業面に沿って押しやられる。第二の実施形態では、材料または表土は、所望の移動位置の端部に到達するまで、作業面に沿って押しやられる。所望の移動位置の端部に到達すると、機械１０は逆方向に運転され、機械が運転されている作業面上に材料の山が残る。いずれの実施形態でも、経路端部または移動位置の端部に到達した後、機械が、ブレード１６の先端２３が次の切取り位置と整列し、次の連続的な材料移動作業が実行される作業面１０４上の位置に到達するまで、機械１０を、経路端部または移動位置の端部から離れるように後方に推進することによって、逆進運転が実行される。

【0029】

一部の実施形態では、機械１０は、次の切取り位置から上り坂に位置する逆進から前進へのシフト位置１１８に到達するまで、次の切取り位置１１５を通過して作業面１０４を推進させてもよい。言い換えれば、図４を参照すると、逆進運転は、ダンプ位置１０８と切取り位置１１５との間に延在する矢印１２２によって示される第一のセクションと、切取り位置１１５と逆進から前進へのシフト位置１１８との間に延在する矢印１２３によって示される第二のセクションとを含む。逆進から前進へのシフト位置１１８に到達すると、前進推進信号を生成して、ブレード１６が作業面１０４の上方にある状態で、切取り位置１１５に向けて機械１０を推進することができる。ブレード１６が切取り位置１１５に到達した後、ブレード１６が切取り位置で作業面１０４に切り込み、材料をダンプ位置１０８に移動されることで、材料移動プロセスが繰り返される。

【0030】

制御システム３５は、採掘計画の様々な態様の決定または計画をするためのモジュールまたは計画システム３７を含みうる。計画システム３７は、作業面１０４の構成、最終設計平面１１２、望ましい標的の形状、および移動される材料の特性などの様々なタイプの入力を受信・記憶しうる。計画システム３７は、複数の切取り位置で作業面１０４を切り取った結果をシミュレートし、その後、一つ以上の基準に基づき、最も望ましい結果を生む次の切取り位置を選択しうる。計画システム３７はまた、材料移動計画の他の態様を計画する働きをさせてもよい。

【0031】

実施形態では、計画機能は、機械１０を運転する間に行われてもよい。他の実施形態では、計画機能の一部またはすべての態様は、前もって実行されてもよく、計画システム３７への様々な入力や結果および関連データが、コントローラ３６のデータマップの一部として記憶されてもよい。

【0032】

制御システム３５はまた、機械１０が、ダンプ位置１０８など、そのタスク終了または移動位置の終了から、次のタスク開始または切取り位置１１５に移動する際に、ブレード１６の位置を制御する働きをする、横行器具位置システム３８を含んでもよい。より具体的には、機械１０が材料を前の切取り位置からダンプ位置１０８に移動させた後、機械は、作業面１０４に沿って後方に次の切取り位置１１５まで移動される。多くの場合、作業面１０４は平坦ではなく、したがって、機械１０は、経路１１７に沿って機械が推進される際に前方および後方に傾くこともある。例えば、図４を参照すると、機械１０が後方に移動すると、隆起１２０に遭遇することがあり、これによって、機械が隆起を越えて移動する際に、機械の前面が下に移動した後、上に移動する。同様に、機械１０が作業面１０４にある穴や凹部１２１に遭遇することがあり、これによって、機械が凹部を通って移動する際に、機械１０の前面が上に移動した後、下に移動する。

【0033】

いずれの場合においても、機械１０の前面が下向きに移動すると、ブレード１６の先端２３などの最下面が作業面１０４と接触し、機械が経路１１７に沿って推進される際に、材料を引きずることになる。したがって、横行器具位置システム３８は、ブレード１６の先端２３などの最下面を指定された高さ以上に維持することによって運転してもよく、一方、機械は作業現場１００を横行して、作業器具を次のタスク開始位置に位置付けるように作動する。ブレード１６の最下面（例えば、先端２３）を、図５の１５０で描写されるこうした「横行閾値高さ」以上に維持することは、機械１０が逆進して次の切取り位置に推進される際に、ブレードが作業面１０４に接触する可能性を最小化する働きをする。

【0034】

一部の実施形態では、横行器具位置システム３８は、作業器具（例えば、ブレード１６）の最下面（例えば、先端２３）を、機械１０に対して指定された高さ（すなわち、横行閾値高さ１５０）に維持するように構成されてもよい。例えば、横行器具位置システム３８は、最下面（例えば、先端２３）が、機械１０が作業面１０４上を移動する際に、機械の底部から指定された距離（例えば、１ｍ）だけ上方に留まるように、ブレード１６を上方に移動させてもよい。しかし、機械１０が隆起１２０および凹部１２１上を移動する際に、作業器具の最下面と作業面１０４との間の実際の距離は、機械の前面が上下に移動する結果として変化しうる。

【0035】

他の実施形態では、横行器具位置システム３８は、例えば、機械１０に対するブレードの位置を連続的に調整することにより、作業面１０４の地形が変化しても、作業器具（例えば、ブレード１６）の最下面（例えば、先端２３）を、作業面１０４の上方の指定された高さまたは距離（すなわち、横行閾値高さ１５０）に維持するように構成されてもよい。こうした場合、横行器具位置システム３８は、機械が経路１１７に沿って移動する際の作業面の地形に基づき、機械１０に対するブレード１６の位置を調整する高さ信号を生成しうる。こうした構成を通して、横行器具位置システム３８は、機械１０が後方に推進される際に、少なくとも横行閾値高さ１５０と等しい作業面１０４より上の距離に、作業器具の最下面を維持する。

【0036】

さらに、機械１０が可能な限り効率的に動作するためには、機械が次のタスク開始位置に近づくにつれて、ブレード１６を作業面１０４に向けて下降させることが望ましい場合がある。言い換えれば、逆進運転の全期間中、ブレード１６の最下面を（例えば、先端２３）を横行閾値高さ１５０より上に維持するのではなく、横行器具位置システム３８は、逆進運転のほとんどの期間中に、作業器具の最下面を横行閾値高さ以上に位置付けるように作動し、その後、機械１０が次のタスク開始位置（例えば、切取り位置１１５）に近づくにつれて、作業器具の最下面を作業面１０４に向けて下降させるように作動させてもよい。

【0037】

例えば、横行器具位置システム３８は、タスク前トリガー位置１１９（図４）でブレード１６を下降させ始め、最終的に切取り位置１１５と整列した位置でタスク前閾値高さ（図５の１５１で表される）に最終的に達するように、ブレードを徐々に下降させてもよい。実施形態では、タスク前閾値高さ１５１は、作業面１０４のわずかに上方でもよい。第一の実施形態では、下降プロセスは、図５に示すように、時間に関して直線的であってもよく、第二の実施形態では、機械が移動する距離に関して直線的であってもよい。

【0038】

ブレード１６が横行閾値高さ１５０で維持される逆進運転中に移動した距離は、図４に１２４で示され、対応する経過時間は、図５の１２５で示されている。ブレード１６がタスク前閾値高さ１５１に向けて移動している逆進運転中に移動した距離は、図４に１２６で示され、ブレード１６がタスク前閾値高さ１５１に向けて移動している逆進から前進へのシフト位置１１８から切取り位置１１５まで移動した距離は、１２７で示されている。ブレードがタスク前閾値高さ１５１に移動している間の機械１０の移動に対応する経過時間は、図５に１２８で示されている。

【0039】

コントローラ３６は、機械１０がタスク前トリガー位置１１９を通過した後、作業器具下降信号を生成して、ブレード１６をタスク前閾値高さ１５１まで下降させることによって動作してもよい。一例として、一実施形態では、機械１０は、逆進運転中に５０～１００ヤードを、およびタスク前閾値動作中に約１０～１５ヤード（すなわち、タスク前トリガー位置１１９と切取り位置１１５との間の機械移動距離）を移動しうる。逆進から前進へのシフト位置１１８は、切取り位置１１５から５ヤードだけ坂の上であってもよく、そのため、タスク前閾値距離が１２ヤードである場合、切取り前トリガー位置１１９は、切取り位置１１５から２ヤードだけ坂の下である。こうした実施例では、タスク前トリガー位置１１９は、それが切取り位置から５～７．５ヤード以内である場合、切取り位置１１５に隣接しているとみなされうる。タスク前閾値距離の長さは、機械１０のサイズに依存することがあり、より大きな機械ほど、大きなタスク前閾値距離を必要とする。タスク前トリガー位置１１９は、逆進から前進へのシフト位置１１８の位置およびブレード１６が下降される速度に応じて、切取り位置から下り坂または上り坂であってもよい。こうした運転を通して、ブレード１６が切取り位置１１５に隣接して、横行閾値高さ１５０からタスク前閾値高さ１５１まで下降している間、切取り位置１１５に隣接している時間は無駄にならない。

【0040】

横行閾値１５０の高さは、作業面１０４の予想される地勢または地形に基づき設定されうる。例えば、より大きな隆起１２０および凹部１２１は、ブレード１６の最下面が逆進運転中に作業面１０４に接触する可能性を最小化するために、より大きな横行閾値高さを有する。したがって、一部の実例では、コントローラ３６は、作業面１０４の地形に基づき選択されるか、またはアクセスして使用される、複数の異なる横行閾値高さをその内部に記憶するか、またはそれにアクセスしうる。例えば、コントローラ３６は、第一および第二の異なる横行閾値高さを記憶し、作業面の地形の変化に基づき、横行閾値高さを選択しうる。一部の実例では、ブレード１６を比較的高い位置にして機械１０を運転すると、機械の安定性が低下しかねないため、特定の地形に対して最も低い横行閾値高さを使用することが望ましい場合がある。これは、例えば、機械１０が側壁勾配上で運転している時に発生しうる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本明細書に記述される横行器具位置システム３８の産業的適用性は、先行する考察から容易に理解されるであろう。前述の考察は、一つ以上の機械１０が、作業現場１００で自律的に、半自律的に、または手動で運転されて材料を移動するシステムに適用される。こうしたシステムは、採掘現場、埋立地、採石場、建設現場、道路工事現場、森林、農場、または材料の移動が望ましい任意の他の領域で使用されうる。機械１０は、第一のタスクが完了する位置から、次のタスクが開始される位置まで、作業面１０４の上方を移動される作業器具を含みうる。

【0042】

図６を参照すると、横行器具位置システム３８の例示的な動作を示すフローチャートが図示されている。段階５０では、機械１０の特性は、コントローラ３６内部に記憶されてもよく、またはそれによってアクセスされてもよい。機械の特性は、例えば、機械１０の寸法を含みうる。機械１０の寸法は、例えば、機械１０が経路１１７に沿って移動する際に、作業面１０４の標高または地形が決定されうるように、機械位置センサ２８の位置に対する軌道１５の底部の位置を含みうる。これにより、機械位置センサ２８は、作業面１０４の標高を決定する働きをする位置センサとして動作するようになる。

【0043】

横行器具位置システム３８の運転パラメータは、段階５１でコントローラ３６内部に記憶されてもよく、またそれによってアクセスされてもよい。一つの運転パラメータは、例えば、横行器具位置システム３８がどのように構成されるかに応じて、機械１０の底部または作業面１０４に対して、先端２３などブレード１６の最下部の最小高さを画定する横行閾値高さ１５０を含みうる。別の運転パラメータは、切取り作業を開始する直前に、作業面１０４の上方でのブレード１６の最下面の標的高さを画定する、タスク前閾値高さ１５１を含みうる。運転パラメータはまた、機械１０がその逆進運転を停止し、切取り位置に向けて前方へ移動し始める時または場所を画定する、逆進から前進へのシフト位置１１８の位置を決定するために使用される切取り位置１１５からの距離を含みうる。さらに別の運転パラメータは、横行器具位置システム３８が、横行閾値高さ１５０から、タスク前閾値高さ１５１に向けてブレードを下降させ始める時期または場所を画定する、タスク前トリガー位置１１９の位置を決定するために使用される切取り位置１１５からの距離を含みうる。

【0044】

実際の逆進から前進へのシフト位置１１８およびタスク前トリガー位置１１９は、運転パラメータとして記憶されず、むしろ各切取り位置１１５に対する距離が、運転パラメータとして記憶されうる。したがって、計画システム３７が次の切取り位置１１５の位置を決定すると、横行器具位置システム３８は、逆進から前進へのシフト位置およびタスク前トリガー位置を決定しうる。

【0045】

段階５２で、コントローラ３６は、経路１１７に沿って初期切取り位置１１５を決定しうる。段階５３で、機械１０は、初期切取り位置１１５で作業面１０４に切り込み、材料を経路１１７に沿ってダンプ位置１０８に移動させることによって、材料移動プロセスを実施するように運転されてもよい。コントローラは、決定段階５４で、機械１０がダンプ位置１０８に到達したかどうかを決定してもよい。機械がダンプ位置に到達していない場合、機械の運転は継続され、段階５３～５４が繰り返される。

【0046】

機械１０がダンプ位置１０８に到達すると、コントローラ３６は、段階５５で新しい切取り位置１１５を決定しうる。コントローラ３６は、段階５６で、機械１０が経路１１７に沿って切取り位置１１５に移動する際に、ブレード１６の最下面が作業面１０４に接触する可能性を低減するために、ブレード１６を横行閾値高さ１５０まで上昇させうる。段階５６では、コントローラ３６は、逆進信号を生成して、ダンプ位置１０８などの経路端部から切取り位置１１５に向けて機械を後方に推進しうる。

【0047】

決定段階５８で、コントローラ３６は、機械１０が、切取り位置１１５に概ね隣接するタスク前トリガー位置１１９に到達したかどうかを判定しうる。機械１０が、タスク前トリガー位置１１９に到達していない場合、機械の運転は変化せず継続し、段階５６～５８が繰り返されうる。

【0048】

機械１０が、タスク前トリガー位置１１９に到達した場合、コントローラ３６は、段階５９で、機械１０を逆方向に推進し続けうる。段階６０で、コントローラ３６は、ブレード１６をタスク前閾値高さ１５１に向けて下降させ始めうる。コントローラ３６は、ブレードの先端２３が切取り位置１１５と整列する時点もしくはそのいくらか前に、ブレード１６の先端２３がタスク前閾値高さ１５１に到達するような速度で、ブレード１６を下降させうる。

【0049】

決定段階６１で、コントローラ３６は、機械１０が逆進から前進へのシフト位置１１８に到達したかを判定しうる。機械１０が逆進から前進へのシフト位置１１８に到達した場合、コントローラ３６は、機械を停止するための制動コマンドを生成し、次いで、段階６２で、機械１０を逆進から前進へのシフト位置から切取り位置１１５に向けて推進するための切取り前前進コマンドを生成しうる。段階６３では、コントローラ３６は、タスク前閾値高さ１５０に向けてブレード１６を下降させ続けうる。

【0050】

コントローラ３６は、決定段階６４で、機械１０が切取り位置１１５に到達したかどうかを判定しうる。機械１０が切取り位置１１５に到達していない場合、段階６２～６４が繰り返され、機械が切取り位置１１５に向けて移動し続け、ブレード１６がタスク前閾値高さ１５１に向けて下向きに移動されうる。機械１０が切取り位置１１５に到達した場合、コントローラ３６は、段階６５で、タスク前閾値高さ１５１でブレード１６の下降を停止しうる。コントローラ３６は次に、次の材料切取り作業を開始し、段階５３～６５を繰り返しうる。

【0051】

一部の実例では、ブレード１６は、機械１０が切取り位置１１５に到達する前に、タスク前閾値高さ１５１に到達してもよい。このような場合、横行器具位置システム３８は、機械１０が切取り位置１１５に到達していなくても、ブレードがタスク前閾値高さに到達した時点でブレード１６の下降を停止するように構成されうる。

【0052】

当然のことながら、前述の説明は、開示されたシステムおよび技法の例を提供する。しかしながら、本開示の他の実施は、前述の実施例から詳細な点で異なってもよいことが企図される。例えば、横行器具位置システム３８は、他のタイプの作業器具が作業面１０４の上の作業現場１００を横行して、前のタスクのタスク終了位置からその次のタスク開始位置へ移動するときにも使用されうる。

【0053】

一例として、材料が一杯入ったバケット（図示せず）を採掘位置からダンプ位置へ移動させる場合、材料がバケットから落下し、作業現場の地形を変化させることがある。したがって、バケットが次の採掘位置に戻る間、バケットが横行閾値高さ以上を保つようにするために、横行器具位置システム３８を利用することが望ましい場合がある。そうするにあたり、横行閾値高さは、機械１０または作業面１０４に対するものであってもよい。さらになお、一部の例では、スクレーパーなどの機械を第一の位置で使用し、次いで第二の位置に輸送して、別の材料移動作業を行ってもよい。横行器具位置システム３８は、機械または作業面のいずれかに対して、スクレーパーの作業器具を所望の高さまたはそれ以上の高さに維持するために使用されうる。

【0054】

本開示またはその実施例への全ての参照は、その点で考察される特定の実施例を参照することを意図しており、一般開示に関する限定を意味するものではない。特定の特徴に関する区別および名誉棄損の全ての文言は、それらの特徴に対する選好性の欠如を示すことを意図しているが、別段の指示がない限り、本開示の範囲からそのようなものを完全に除外するものではない。

【0055】

本発明を説明する文脈における（特に以下の特許請求の範囲の文脈における）「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」および「少なくとも一つ」という用語、ならびに類似の参照語の使用は、本明細書に別段の示唆がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数形および複数形の両方を網羅するように解釈されるべきである。「少なくとも一つ」という用語に、一つ以上の項目のリスト（例えば、ＡおよびＢの少なくとも一つ）が続いて使用される場合、本明細書に別段の示唆がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、列挙された項目（ＡまたはＢ）から選択された一項目、または列挙された項目（ＡおよびＢ）のうち二つ以上の任意の組み合わせを意味すると解釈されるものとする。別段の記載がない限り、「含む」、「有する」、「含む」、および「含有する」という用語は、非限定的な用語として解釈されるものとする（すなわち、「含むがこれに限定されない」を意味する）。

【0056】

本明細書の値の範囲の列記は、本明細書中で特に示さない限り、該範囲内の個々の値を個別に参照する簡略な方法として機能することが単に意図されるものであり、個々の値はそれぞれあたかも本明細書に個別に記載されるかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書中に特に示される、または明らかに文脈と矛盾しない限り、本明細書に記載されるすべての方法は、任意の適切な順序で実施することができる。

【0057】

従って、本開示は、適用法により許可されている特許請求の範囲に記載された主題のすべての修正および均等物を含む。さらに、本明細書に別途指示がない限り、あるいは別途に文脈によって明らかに矛盾しない限り、その可能性のあるすべての変形における上述の要素の任意の組み合わせは、本開示によって包含される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】