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特表2022-550685機械オペレーターのコマンド遅延を軽減させる方法及び装置
(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】2022-12-05
(54)【発明の名称】機械オペレーターのコマンド遅延を軽減させる方法及び装置
(51)【国際特許分類】
E02F 3/43 20060101AFI20221128BHJP
【ＦＩ】
E02F3/43 C
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022516278
(86)(22)【出願日】2020-08-24
(85)【翻訳文提出日】2022-03-31
(86)【国際出願番号】 US2020047683
(87)【国際公開番号】W WO2021061321
(87)【国際公開日】2021-04-01
(31)【優先権主張番号】16/585,662
(32)【優先日】2019-09-27
(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】505315742
【氏名又は名称】トプコン ポジショニング システムズ， インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100112427
【弁理士】
【氏名又は名称】藤本 芳洋
(72)【発明者】
【氏名】ヴァーノン，ジョセフ，ブラーベック
【テーマコード（参考）】
2D003
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB03
2D003AB04
2D003AC07
2D003BA02
2D003BB05
2D003BB11
2D003CA02
2D003DA02
2D003DA04
2D003DB04
2D003DB05
2D003FA02
(57)【要約】
機械のグレードアシスト方法には、ユーザー入力によって機械の器具が所望の地面の高さの下まで掘削するかを決定することが含まれる。掘削機（１００）のスティック（１０４）を動作させるユーザー入力は液圧を使用してブロック及び／又は遅延させることができ、これによって掘削機のスティック及びブーム（１０２）の両方の動作を同期させ、スティックの動作時にバケット（１０６）が所望の地面の高さ（４０４）の下まで掘削することを防止することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
建設機械のスティックを前記建設機械の本体に向けて移動させる信号を検知すること、前記スティックの動作を液圧で遅延させること、
前記信号に応じて、前記信号に応答する前記スティックの予測動作に基づき、前記建設機械のブームの所望動作であって前記建設機械のバケットを所望の地面の高さの上方に維持するための前記ブームの所望動作を決定すること、
前記信号に応じて、前記信号に応答する前記スティックの前記予測動作及び前記ブームの前記所望動作に基づき、前記建設機械の前記スティックの所望動作であって前記建設機械の前記バケットを前記所望の地面の高さの上方に維持するための前記スティックの所望動作を決定すること、
前記ブームの前記所望動作に基づき前記ブームを液圧で作動すること、及び
前記スティックの前記所望動作に基づき前記スティックを液圧で作動すること、を含む方法。
【請求項2】
前記ブームの前記所望動作を決定すること及び前記スティックの前記所望動作を決定することは更に、前記所望の地面の高さに対する前記建設機械の前記バケットの現在位置に基づく請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記バケットの前記現在位置は、前記ブーム、前記スティック、前記バケットの位置を検知するセンサーからのデータに基づく請求項２記載の方法。
【請求項4】
前記スティックの所望動作を決定することは更に、前記ブームの所望動作を決定することに基づく請求項３記載の方法。
【請求項5】
前記掘削機がグレードアシストモードであると判定することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項6】
前記ブームの前記所望動作を決定することは、前記スティックのスウィングアーク及び前記ブームのスウィングアークに基づく請求項１記載の方法。
【請求項7】
前記ブームを前記液圧で作動することは、前記スティックを前記液圧で作動することと同時である請求項１記載の方法。
【請求項8】
前記スティックの動作を前記液圧で遅延させることは、ユーザー入力に応じて加えられる作動液圧力により前記スティックの動作をブロックさせる反比例バルブを作動することを含む請求項１記載の方法。
【請求項9】
前記スティックの動作を前記液圧で遅延させることは、ユーザー入力に応じて電磁バルブの第１入力に加えられる作動液圧力により前記スティックの動作をブロックさせる前記電磁バルブを作動することを含む請求項１記載の方法。
【請求項10】
前記スティックは、バルブを作動するコントローラーから前記電磁バルブの第２入力への作動液圧力の追加によって作動される請求項９記載の方法。
【請求項11】
プロセッサーと、コンピュータープログラム指令を保存するメモリとを備える装置であって、
前記コンピュータープログラム指令は前記プロセッサーによって実行されるときに前記プロセッサーに、
建設機械のスティックを前記建設機械の本体に向けて移動させる信号を検知すること、
前記スティックの動作を液圧で遅延させること、
前記ユーザー信号に応じて、前記信号に応答する前記スティックの予測動作に基づき、前記建設機械のブームの所望動作であって前記建設機械のバケットを所望の地面の高さの上方に維持するための前記ブームの所望動作を決定すること、
前記信号に応じて、前記信号に応答する前記スティックの前記予測動作及び前記ブームの前記所望動作に基づき、前記建設機械の前記スティックの所望動作であって前記建設機械の前記バケットを前記所望の地面の高さの上方に維持するための前記スティックの所望動作を決定すること、
前記ブームの前記所望動作に基づき前記ブームを液圧で作動すること、及び
前記スティックの前記所望動作に基づき前記スティックを液圧で作動すること、
を含むオペレーションを実行させる装置。
【請求項12】
前記ブームの前記所望動作を決定すること及び前記スティックの前記所望動作を決定することは更に、前記所望の地面の高さに対する前記建設機械の前記バケットの現在位置に基づく請求項１１記載の装置。
【請求項13】
前記バケットの前記現在位置は、前記ブーム、前記スティック、前記バケットの位置を検知するセンサーからのデータに基づく請求項１２記載の装置。
【請求項14】
前記スティックの所望動作を決定することは更に、前記ブームの所望動作を決定することに基づく請求項１３記載の装置。
【請求項15】
前記掘削機がグレードアシストモードであると判定することを更に含む請求項１１記載の装置。
【請求項16】
前記ブームの前記所望動作を決定することは、前記スティックのスウィングアーク及び前記ブームのスウィングアークに基づく請求項１１記載の装置。
【請求項17】
前記ブームを前記液圧で作動することは、前記スティックを前記液圧で作動することと同時である請求項１１記載の装置。
【請求項18】
前記スティックの動作を前記液圧で遅延させることは、ユーザー入力に応じて加えられる作動液圧力により前記スティックの動作をブロックさせる反比例バルブを作動することを含む請求項１１記載の装置。
【請求項19】
前記スティックの動作を前記液圧で遅延させることは、ユーザー入力に応じて電磁バルブの第１入力に加えられる作動液圧力により前記スティックの動作をブロックさせる前記電磁バルブを作動することを含む請求項１１記載の装置。
【請求項20】
前記スティックは、バルブを作動するコントローラーから前記電磁バルブの第２入力への作動液圧力の追加によって作動される請求項１９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
この出願は２０１９年９月２７日に出願された先の米国特許出願Ｎｏ．１６／５８５，６６２に基づく優先権を主張しており、その開示内容すべてが本明細書に取り込まれている。
【背景技術】
【0002】
本開示は概して建設機械に関するものであり、更に具体的には、ユーザーが表面を造成するためのアシストを行う建設機械の操作モードであって、掘削機の器具のブーム及びスティックの動作を遅延及び同期させることによって、所望の地面の高さの下まで掘削することを防止するものに関する。
【0003】
掘削機などの建設機械は、所望の現場計画に基づき表面を造成するために頻繁に使用される。現場計画には一般的に、所望の地面の高さの仕様が含まれている。所望の地面の高さ上方に位置する物質は除去する必要がある。所望の地面の高さの下まで掘削することなく、所望の地面の高さ上方に位置する物質を除去することは困難を伴う場合がある。建設機械のユーザーは、経験が浅い場合又は偶発的に、所望の地面の高さの下まで掘削してしまうことが多い。更に経験豊かなユーザーであっても、建設機械の器具の一部が同期せずに動作するために、所望の地面の高さの下まで意図せずに掘削する場合がある。たとえばユーザーは、掘削器具のブームが起動する前に掘削器具のスティックが起動するために、所望の地面の高さの下まで意図せず掘削することが多い。建設機械の液圧系統における遅延のためにブーム起動が遅延しながらスティックが起動することから、スティック端部に位置するバケットが所望の地面の高さの下まで掘削してしまい、ブームを上昇させてそのような掘削を防止することが間に合わない場合がある。
【発明の概要】
【0004】
機械オペレーターのコマンド遅延を軽減させる方法及び装置は、ターゲット表面軌道を併せて規定する操作中に、プロセッサーの制御及び適切なアルゴリズムに基づき、掘削機のスティック動作をコマンドする信号を感知してスティックの動作を遅延させることによって、掘削機のスティック及びブームの両方を同時に動作可能とするものである。スティックの起動遅延、及び、掘削機のスティックの動作とブームの演算動作との同期は、掘削機がグレードアシストモードに置かれている時点で発生する。
【0005】
前記方法には、ユーザーが機械をグレードアシストモードに設定した時点を検知するステップが含まれる。グレードアシストモードでは、ユーザー入力に応答して建設機械のスティックを建設機械本体の接近方向（又は離間方向）に移動させる信号が検知される。スティックの動作は液圧によって遅延する。信号に応答した建設機械のブームの所望動作は、スティックの予測動作及び所望の設計表面軌道に基づき決定される。建設機械のブームの所望動作とは、建設機械のバケットを所望の地面の高さ上方に維持するための動作である。建設機械のスティックの所望動作は、ユーザー信号に応答して、更にスティックの予測動作及びブームの所望動作に基づき決定される。スティックの所望動作とは、建設機械のバケットを所望の地面の高さ上方に維持するための動作である。その後、決定された所望動作に基づき、ブーム及びスティックが液圧によって起動する。一実施の形態では更に、所望の地面の高さ設計との関係における建設機械のバケットの現在位置に基づき、所望動作が決定される。ブーム、スティック、バケットの現在位置を、センサーからのデータに基づき決定することができる。一実施の形態では、スティックのスウィングアーク及びブームのスウィングアークに基づき、ブームの所望動作を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
図１は建設機械、具体的には掘削機１００を示す。掘削機１００は、ブーム１０２、スティック１０４、バケット１０６からなる器具（たとえば表面造成器具）を有し、これらは掘削機１００の運転台１０８に位置するユーザーによりそれぞれ制御される。運転台１０８は掘削機１００の本体としても称される部分であり、運転体１０８にはトレッド及びその他の搬送手段も含まれる。この実施の形態では、ユーザーは運転台１０８に配置された操縦桿を操作し、液圧シリンダー１１０に加えられる作動液圧力を介してブーム１０２を動作させる。ユーザーは他の操縦桿を操作し、液圧シリンダー１１２に加えられる作動液圧力を介してスティック１０４を動作させる。ユーザーは更なる操縦桿を操作し、液圧シリンダー１１６に加えられる作動液圧力を介してバケット１０６を動作させる。ユーザーは所望の設計表面軌道（たとえば所望の設計表面形状）に従い、器具を使用して表面を造成する。
【0017】
図２は掘削機１００の各部分の動作可能な方向を示す。図２に示すように、ブーム１０２は矢印１０３Ａ及び１０３Ｂで示す方向に、旋回軸２０２の周囲を回動可能である。このようにブーム１０２は、一般に、掘削機１００が位置する表面に接近する方向及び離間する方向に動作する。スティック１０４は矢印１０５Ａ及び１０５Ｂで示す方向に、旋回軸２０４を中心として回動可能である。このようにスティック１０４は、掘削機１００本体に略接近する方向及び略離間する方向に動作する。バケット１０６は矢印１０７Ａ及び１０７Ｂで示す方向に、旋回軸２０６を中心として回動可能である。このようにバケット１０６は、掘削機１００本体に略接近する方向及び略離間する方向に動作する。
【0018】
通常操作において、運転台１０８に位置するオペレーターは、複数の操縦桿のいずれか１つを操作することにより、ブーム１０２、スティック１０４、バケット１０６のそれぞれを動かす。それぞれの操縦桿を操作することによって、各液圧シリンダーに作動液圧力が加えられ、ブーム１０２、スティック１０４、バケット１０６のいずれか１つが移動する。各操縦桿の動作によって作動液圧力が各液圧シリンダーに加えられるが、操縦桿の作動から器具の各部位の動作までの間に遅延が発生する可能性がある。この遅延の結果として、器具の望ましくない動作が発生し、バケット１０６が所望の地面の高さの下まで掘削する可能性がある。たとえば、ユーザーが操縦桿を操作して、スティック１０４を掘削機１００の本体に向かって移動させたとする。スティック１０４が移動を開始すると、ユーザーは、バケット１０６が所望の地面の高さの下まで掘削することを防止する目的で、操縦桿を操作してブーム１０２を上方に移動させる。スティック１０４が掘削機１００の本体に向かって移動するときに、操縦桿を操作してブーム１０２を上方に移動させるまでの間に遅延が生じることから、各操縦桿の操作に応答してブーム１０４が上方に移動する前に、バケット１０６が所望の地面の高さの下まで掘削する可能性がある。
【0019】
図３は、この実施の形態に係るブーム１０２及びスティック１０４の自動制御に関する掘削機１００の各構成部品の概要を示す。この実施の形態に係るコントローラー３０２は、コンピューターを使用して実行される。コントローラー３０２はプロセッサー３１８を有しており、プロセッサー３１８は、コントローラー３０２の全体的なオペレーションを規定するコンピュータープログラム指令を実行することによって、この全体的なオペレーションを制御する。コンピュータープログラム指令は、記憶装置３２２又はその他のコンピューター読取可能媒体（たとえば磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ等）に保存され、コンピュータープログラム指令の実行を希望するときにメモリ３２０にロードされ得る。すなわち、図７に示す方法のステップ（後述する）は、メモリ３２０及び／又は記憶装置３２２に保存されたコンピュータープログラム指令によって規定され、このコンピュータープログラム指令を実行するプロセッサー３１８によって制御され得る。たとえば、コンピュータープログラム指令は、図７に示す方法のステップで規定されるアルゴリズムを実施するために、当業者によってプログラムされたコンピューター実行可能コードとして実装され得る。したがって、コンピュータープログラム指令を実行することによって、プロセッサー３１８は、図７に示す方法のステップで規定されるアルゴリズムを実行する。当業者であれば、コントローラーの実行にはその他の構成部品も含まれる可能性があり、コントローラー３０２は、このようなコントローラーの構成部品のいくつかを、例示目的で高レベルに表現したものであると理解するであろう。
【0020】
センサー３０４は掘削機１００の位置及び状態を検知する１つ又は複数のセンサーを有している。この実施の形態において、掘削機１００の位置は、ＧＰＳ受信器及び／又は慣性計測ユニット（ＩＭＵ）を使用して判定される。この実施の形態において、掘削機１００の状態は、器具のブーム１０２、スティック１０４、バケット１０６の位置を判定するためのリニア若しくはロータリーセンサー、及び／又は慣性計測ユニットを使用して判定される。この実施の形態において、センサー３０４には更に、建設現場の現在状況を検知するためのセンサーを含むこともできる。たとえばセンサー３０４には、カメラ、隻眼線スキャナ、又は掘削機１００が位置する建設現場の現在状況を判定するためのその他のタイプの装置を含むことができる。
【0021】
この実施の形態において、入力３０８には、掘削機１００を操作するユーザーからの入力が含まれる。この実施の形態において、入力３０８には、ブーム１０２、スティック１０４、バケット１０６を動作させるための１つ又は複数の操縦桿を含むことができる。たとえばブームの操縦桿は、ブーム１０２を上昇又は下降させるユーザーのコマンドによって起動させることができる。同様にスティックの操縦桿（すなわちスティック１０４の動作を制御する操縦桿）は、スティック１０４を掘削機１００の本体に接近させる又は掘削機１００から離間させるユーザーのコマンドによって起動させることができる。この実施の形態において、各操縦桿に関係する各入力は、それぞれの操縦桿に関係する各センサーからの信号である。操縦桿の起動による入力は更に、それぞれの操縦桿の動作に関係する液圧変化を検知する各センサーからも受信することができる。入力３０８は更に、タッチスクリーン、ボタン、その他のタイプの入力など、各種入力装置を介したユーザーからの入力を含むこともできる。
【0022】
この実施の形態において、ディスプレイ３０６は掘削機１００の運転台に配置され、ユーザーに情報を表示する。ディスプレイ３０６は、タッチスクリーン、発光ダイオードディスプレイ、液晶ディスプレイ、ヘッドアップ投影ディスプレイなど、いずれのタイプのディスプレイでもよい。ディスプレイ３０６は、関係する機械、現在の現場計画、所望の現場計画などに関するさまざまな情報をユーザーに提示する。
【0023】
コントローラー３０２は、掘削機１００の器具に関係する複数の制御バルブに接続されている。この実施の形態において、ブーム上昇バルブ３１０及びブーム下降バルブ３１２は電気機械バルブであり、電気機械バルブはブーム１０２に関係する液圧シリンダーに作動液圧力を送り込むことによって、掘削機１００のブーム１０２の動作を制御するために使用される。この実施の形態において、スティック接近バルブ３１４及びスティック離間バルブ３１６は電気機械バルブであり、スティック１０４に関係する液圧シリンダーに作動液圧力を送り込むことによって、掘削機１００のスティック１０４の動作を制御するために使用される。コントローラー３０２には更に、バケット１０６又はその他の掘削機１００に関係する機械を制御するための電気機械バルブを接続することもできる。
【0024】
この実施の形態においてコントローラー３０２は、入力３０８及びセンサー３０４からの入力を受信する。コントローラー３０２は、その入力を分析し、ディスプレイ３０６を介してユーザーに表示する情報を決定する。コントローラー３０２は、更に入力を分析し、ブーム上昇バルブ３１０若しくはブーム下降バルブ３１２に信号を送信してブーム１０２を制御すべきか、及び／又はスティック接近バルブ３１４若しくはスティック離間バルブ３１６に信号を送信してスティック１０４を制御すべきか決定する。この実施の形態においてコントローラー３０２はまた、バルブ３１０、３１２、３１４、３１６のいずれか１つ又は複数を作動させることによって、通常の操作中に入力３０８を介したユーザーからの入力に基づいて発生するであろうブーム１０２及び／又はスティック１０４の動きを遅らせることができる。
【0025】
図４に示す掘削機１００は、所望の地面の高さ４０４の上方に位置する物質を除去するために表面４０６を造成する工程を示す。この実施の形態においてコントローラー３０２は、入力３０８を介してスティック１０４を移動するよう命令するユーザーからの入力（たとえば操縦桿からの入力）に応じて、掘削機１００のスティック１０４の動作を遅延させる。図４は、ユーザーからの入力に応答してのみ移動することが許可されている場合に、バケットが所望の地面の高さ４０４を下回る原因となる円弧４０２をバケット１０６が描く様子を示している。コントローラー３０２は、バケット１０６が円弧４０２に沿って移動することを許可した場合、バケット１０６が所望の地面の高さ４０４の下まで進行することになるのか判定する。この実施の形態においてコントローラー３０２は、（スティック１０４の動作によって発生する）バケット１０６の動作が所望の現場計画と比較された現在の現場をどのように造成するのかという比較に基づき、バケット１０６が所望の地面の高さの下まで進行するであろうと判断する。
【0026】
バケット１０６が所望の地面の高さ４０４の下まで進行するという判断に応答して、コントローラー３０２は、ユーザー入力に優先して、バケットが所望の地面の高さ４０４の下まで掘削することを禁止する。この実施の形態において、バケット１０６が所望の地面の高さ４０４の下まで掘削することなくバケット１０６を移動させるために、コントローラー３０２は、スティック１０４の動作を遅延させた後に、ブーム１０２を上昇させる動作と同期させつつスティック１０４の動作を制御する。コントローラー３０２は、スティック１０４が円弧を描きながら動作するときにバケット１０６が所望の地面の高さ４０４の下まで進行しない特定の距離まで、ブーム１０２を上方に移動させる。コントローラー３０２は、必要に応じて、ブーム１０２及びスティック１０４を作動させるための液圧系統の一部であるブーム上昇バルブ３１０、ブーム下降バルブ３１２、スティック接近バルブ３１４、及び／又はスティック離間バルブ３１６に信号を送信する。なお、ユーザー入力の遅延及びブームとスティックとの同期動作は、掘削機１００が半自動運転の場合、又はオペレーター不在で完全自動制御が使用されている場合にも発生させることができる。
【0027】
図５は所望の地面の高さ４０４に沿ってバケット１０６が動作する状態を示す。スティック１０４を移動させるユーザー入力によって、バケット１０６が図４に示す所望の地面の高さ４０４の下まで進行する場合がある。コントローラー３０２によって、矢印５０４に示す掘削機本体に接近するスティック１０４の動作を遅延させ、矢印５０２に示すブーム１０２の上方への移動と同期させて、バケット１０６が所望の地面の高さ４０４の下まで掘削することを防止する。図５に示すようにバケット１０６は、スティックの動作が遅延する動作、及びその後のスティックが掘削機１００に接近する動作とブーム１０２の上昇動作との同期によって、所望の地面の高さ４０４の下まで掘削することなく表面４０６から物質を除去する。
【0028】
図６Ａは掘削機１００の液圧系統６００の一部の概要を示す。ユーザーは、掘削機１００のスティック１０４が掘削機１００の本体に接近する移動又は掘削機１００の本体から離間する移動を命令するために操縦桿６０６を操作する。なお、この実施の形態において操縦桿６０６（及びここで述べるその他の操縦桿）は、液圧構成部品に適用される操縦桿６０６の作動に応答して転送されるパイロット作動液圧力の供給を受けてもよい。
【0029】
シャトルバルブ６０４及びメインバルブ６１４を通じて、液圧シリンダー１１２のスティック接近キャビティ６０１に作動液圧力を加えるように操縦桿６０６を操作することができる。この実施の形態において、メインバルブ６１４（及びここで述べるその他のメインバルブ）は機械液圧バルブであり、２つの入力及び２つの出力を有する。メインバルブの入力に加圧される作動液圧力に基づき、メインバルブの２つの出力のうち１つに作動液圧力が加圧される。（図１に示すように）液圧シリンダー１１２はスティック１０４に接続されており、液圧シリンダー１１２のピストンの動作によって、スティック１０４が動作する。シャトルバルブ６０４は液圧装置であり、２つの入力間の圧力差に基づき、メインバルブ６１４に接続されている出力に作動液圧力を加圧する。シャトルバルブ６０４の一方の入力は操縦桿６０６に接続されており、他方の入力はスティック接近バルブ３１４に接続されている。操縦桿６０６によりシャトルバルブ６０４に加えられた作動液圧力は、液圧センサー６０７により感知される。スティック接近バルブ３１４はコントローラー３０２からの信号によって制御される電気機械装置であり、シャトルバルブ６０４に作動液圧力を加圧する。パイロットサプライ６０８からスティック接近バルブ３１４に作動液圧力が供給され、スティック接近バルブ３１４に転送されなかった作動液は液体タンク６１２に返還され、ここから作動液をパイロットサプライ６０８に供給する。
【0030】
更に、シャトルバルブ６１６及びメインバルブ６１４を通じて、液圧シリンダー１１２のスティック離間キャビティ６０３に作動液圧力を加えるように操縦桿６０６を操作することができる。（図１に示すように）液圧シリンダー１１２はスティック１０４に接続されており、液圧シリンダー１１２のピストンの動作によって、スティック１０４が動作する。シャトルバルブ６１６は液圧装置であり、２つの入力間の圧力差に基づき、メインバルブ６１４に接続されている出力に作動液圧力を加圧する。シャトルバルブ６１６の一方の入力は操縦桿６０６に接続されており、他方の入力はスティック離間バルブ３１６に接続されいる。操縦桿６０６によりシャトルバルブ６１６に加えられた作動液圧力は、液圧センサー６０５により感知される。スティック離間バルブ３１６はコントローラー３０２からの信号によって制御される電気機械装置であり、シャトルバルブ６１６に作動液圧力を加圧する。パイロットサプライ６１７からスティック離間バルブ３１６に作動液圧力が供給され、スティック接近バルブ３１６に転送されなかった作動液は液体タンク６１９に返還され、ここから作動液をパイロットサプライ６１７に供給する。
【0031】
ユーザーは操縦桿６０６を第１方向（たとえば図６Ａに示す操縦桿６０６の右方向）に移動させることによって、スティック１０４が掘削機１００の本体から離間移動するようコマンドする。操縦桿６０６を第１方向に移動させた場合には、液圧シリンダー１１２のスティック離間キャビティ６０３に作動液圧力が加えられ、掘削機１００のスティック１０４を掘削機１００の本体から離間するよう移動させる。
【0032】
ユーザーは操縦桿６０６を第２方向（たとえば図６Ａに示す操縦桿６０６の左方向）に移動させることによって、スティック１０４が掘削機１００の本体に接近移動するようコマンドする。操縦桿６０６を第２方向に移動させた場合には、液圧シリンダー１１２のスティック接近キャビティ６０１に作動液圧力が加えられ、掘削機１００のスティック１０４を掘削機１００の本体に接近するよう移動させる。液圧シリンダー１１２に加えられる作動液圧力は、操縦桿６０６の動作に応答する。この実施の形態において、スティック接近バルブ３１４からシャトルバルブ６０４に作動液圧力を加え、操縦桿６０６がシャトルバルブ６０４に加圧する作動液圧力を打ち消すことによって、掘削機１００の本体に向かうスティック１０４の移動を遅延及び／又は禁止することができる。これをスティック１０４の液圧遅延動作と称する。
【0033】
図６Ｂは掘削機１００の液圧系統６２０の一部の概要を示す。ユーザーは操縦桿６２６を操作することにより、掘削機が位置する表面に対して上昇又は下降するよう掘削機１００のブーム１０２に命令する。
【0034】
シャトルバルブ６２４及びメインバルブ６４０を通じて、液圧シリンダー１１０のブーム上昇キャビティ６２１に作動液圧力を加えるように操縦桿６２６を操作することができる。（図１に示すように）液圧シリンダー１１０はブーム１０２に接続されており、液圧シリンダー１１０のピストンの動作によって、ブーム１０２が動作する。シャトルバルブ６２４は液圧装置であり、２つの入力間の圧力差に基づき、メインバルブ６４０に接続されている出力に作動液圧力を加圧する。シャトルバルブ６２４の一方の入力は操縦桿６２６に接続されており、他方の入力はブーム上昇バルブ３１０に接続されている。操縦桿６２６によりシャトルバルブ６２４に加えられた作動液圧力は、液圧センサー６２７により感知される。ブーム上昇バルブ３１０はコントローラー３０２からの信号によって制御される電気機械装置であり、シャトルバルブ６２４に作動液圧力を加圧する。パイロットサプライ６２８からブーム上昇バルブ３１０に作動液圧力が供給され、ブーム上昇バルブ３１０に転送されなかった作動液は液体タンク６３２に返還され、ここから作動液をパイロットサプライ６２８に供給する。
【0035】
シャトルバルブ６４２及びメインバルブ６４０を通じて、液圧シリンダー１１０のブーム下降キャビティ６２３に作動液圧力を加えるように操縦桿６２６を操作することができる。（図１に示すように）液圧シリンダー１１０はブーム１０２に接続されており、液圧シリンダー１１０のピストンの動作によって、ブーム１０２が動作する。シャトルバルブ６４２は液圧装置であり、２つの入力間の圧力差に基づき、メインバルブ６４０に接続されている出力に作動液圧力を加圧する。シャトルバルブ６４２の一方の入力は操縦桿６２６に接続されており、他方の入力はブーム下降バルブ３１２に接続されている。操縦桿６２６によりシャトルバルブ６４２に加えられた作動液圧力は、液圧センサー６２９により感知される。ブーム下降バルブ３１２はコントローラー３０２からの信号によって制御される電気機械装置であり、シャトルバルブ６４２に作動液圧力を加圧する。パイロットサプライ６４４からブーム下降バルブ３１２に作動液圧力が供給され、ブーム下降バルブ３１２に転送されなかった作動液は液体タンク６４６に返還され、ここから作動液をパイロットサプライ６４４に供給する。
【0036】
ユーザーは操縦桿６２６を第１方向（たとえば図６Ｂに示す操縦桿６２６の右方向）に移動させることによって、ブーム１０２が下降するようコマンドする。操縦桿６２６を第１方向に移動させた場合には、液圧シリンダー１１０の一方側に作動液圧力が加えられ、掘削機１００のブーム１０２を下降させる。
【0037】
ユーザーは操縦桿６２６を第２方向（たとえば図６Ｂに示す操縦桿６２６の左方向）に移動させることによって、ブーム１０２が上昇するようコマンドする。操縦桿６２６を第２方向に移動させた場合には、液圧シリンダー１１０のブーム上昇キャビティ６２１に作動液圧力が加えられ、掘削機１００のブーム１０２を上昇させる。液圧シリンダー１１０のブーム上昇キャビティ６２１に加えられる作動液圧力は、操縦桿６２６の動作に応答する。この実施の形態において、コントローラー３０２は、ブームの操縦桿６２６によってシャトルバルブ６２４に加圧される作動液圧力に優先させる目的で、シャトルバルブ６２４に作動液圧力を加圧する信号をブーム上昇バルブ３１０に送信することによって、ブーム１０２を上昇移動させることができる。シャトルバルブ６２４における入力の圧力差によって、シャトルバルブ６２４は液圧シリンダー１１０のブーム上昇キャビティ６２１に作動液圧力を加え、ブーム１０２を上昇移動させる。更に、シャトルバルブ６２４に作動液圧力を加え、操縦桿６２６がシャトルバルブ６２４に加圧する作動液圧力を打ち消すことによって、ブーム１０２の上昇移動を禁止することができる。
【0038】
（たとえば操縦桿６０６、６２６からの）ユーザー入力のみを使用して掘削機１００をマニュアル操作する場合、ブーム１０２は操縦桿６２６を使用して上昇又は下降移動が可能である。同様にスティック１０４も、操縦桿６０６を使用して掘削機１００の本体に接近させる移動又は掘削機１００の本体から離間させる移動が可能である。この実施の形態において、掘削機は、所望の地面の高さの下まで掘削することを防止するモードで操作することができる。このモードをグレードアシストモードと称する。掘削機１００をグレードアシストモードで操作する場合、コントローラー３０２はスティック１０４とブーム１０２とを同期して動作させることによって、ユーザーが表面を所望の地面の高さに造成するためのアシストを行う。
【0039】
図７は、この実施の形態において、掘削機１００を使用して表面を所望の地面の高さに造成する際にユーザーをアシストする方法７００のフローチャートを示す。ステップ７０２においてコントローラー３０２は、掘削機１００がグレードアシストモードであることを判定する。この実施の形態においてユーザーは、入力３０８（たとえばボタン又はディスプレイ３０６上の仮想ボタン）を使用して、グレードアシストモードを入力することができる。コントローラー３０２はグレードアシストモードにおいてユーザー入力を監視し、バケット１０６が所望の地面の高さの下まで表面を造成することを防止する。ステップ７０４においてコントローラー３０２は、ユーザー入力を検知し、スティック１０４を掘削機１００の本体に向けて移動させる。この実施の形態においてコントローラー３０２は、スティック１０４を掘削機１００の本体に接近移動させる信号を検知する。この実施の形態において前記信号は、操縦桿６０６からシャトルバルブ６０４の操縦桿側に加圧される液圧に応答した作動液圧力によって生成される。ユーザー入力は更に、信号を発生させる操縦桿６０６に関係するセンサー、たとえば圧力センサー、圧力スイッチ、慣性運動センサー、この系統が電気パイロット形式であれば電気入力などを使用して検知することもできる。
【0040】
図７に戻り、ステップ７０６においてコントローラー３０２は、シャトルバルブ６０４に作動液圧力を加えることによって、スティック１０４の動作を遅延及び／又は禁止する。コントローラー３０２からの信号に応答して、スティック接近バルブ３１４は作動液圧力をシャトルバルブ６０４に加圧する。スティック接近バルブによってシャトルバルブ６０４に加圧された作動液圧力は、操縦桿６０６によってシャトルバルブ６０４に加圧される作動液圧力に対抗する。この実施の形態においてこれらの圧力は実質的に同等であり、シャトルバルブ６０４の動作を禁止することによって、スティック１０４の動作を停止及び／又は禁止する。シャトルバルブ６０４の動作を禁止するために要求される正確な圧力は、作動液を蓄えた導管内の液流抵抗など、さまざまな要因によって変化する。
【0041】
ステップ７０８では、ブーム１０２の所望動作が決定される。この実施の形態においてブームの所望動作は、信号に応答して、前記信号に応答するスティック１０４の予測動作に基づき決定される。たとえばコントローラー３０２が受信した信号は、一定のマグニチュード（大きさ）を有している可能性がある。このマグニチュードは、センサー６０７からのユーザーパイロット圧力と関係させることができる。このように前記信号は、スティック１０４の予測動作を決定するために使用することができる。これに対応するブームの所望動作によって、建設機械のバケットは所望の地面の高さ上方に維持される。バケットが所望の地面の高さ上方に維持されることによって、所望の地面の高さの下まで掘削することが防止される。
【0042】
ステップ７１０では、前記信号に応答して、更に、スティックの予測動作、センサー６０７が感知したユーザー入力、及び建設機械のバケットを所望の地面の高さ上方に維持するブームの所望動作に基づき、建設機械のスティックの所望動作が決定される。この実施の形態においてスティックの所望動作は更に、決定済のブームの所望動作に基づき決定される。たとえばスティックの予測動作は、ブーム１０２の高さに基づきバケット１０６が横移動するスウィングアークを決定するために使用することができる。スティックの所望動作は、建設機械１００のバケット１０６を所望の地面の高さ上方に維持するためにスティック１０４がその円弧上を横移動するときに、ブーム１０３をどの程度まで上昇させる必要があるのか決定するために使用することができる。
【0043】
この実施の形態においてブーム及びスティックの所望動作は更に、所望の地面の高さに関する建設機械のバケットの現在位置に基づき決定される。スティック１０４は円弧上を移動することから、バケット１０６も円弧上を移動する。スティック１０４はブーム１０２に位置する旋回軸を中心にスウィングする（回動する）ことから、スティック１０４の円弧及びバケット１０６の円弧はいずれも、ブーム１０２の高さに依存する。この実施の形態においてバケットの現在位置は、ブーム、スティック、バケットの各位置を検知するセンサーからのデータを基礎とする。
【0044】
ステップ７１２においてブーム１０２及びスティック１０４は、ブーム及びスティックの所望動作に基づき液圧で作動する。この実施の形態においてブーム１０２は、コントローラー３０２からブーム上昇バルブ３１０への信号に応じて液圧で作動し、ここではシャトルバルブ６２４に作動液圧力が加圧され、その後にシャトルバルブ６２４が作動液圧力を液圧シリンダー１１０に加圧する。この実施の形態においてブーム上昇バルブ３１０に送信された信号は、スティック１０４が円弧上をスウィングするときにバケット１０６が所望の地面の高さの下まで掘削することを防止する程度まで、ブーム１０２を上昇移動させるための計算を行う。この実施の形態においてスティック１０４は、コントローラー３０２からスティック接近バルブ３１４への信号に応答して液圧で起動し、ここではシャトルバルブ６０４に作動液圧力が加圧され、その後にシャトルバルブ６０４が作動液圧力を液圧シリンダー１１２に加圧する。この実施の形態においてスティック接近バルブ３１４に送信された信号は、ブーム１０２が上昇移動するときにバケット１０６が所望の地面の高さの下まで掘削することを防止する程度まで、スティック１０４が円弧上をスウィング移動するための計算を行う。
【0045】
この実施の形態においてスティック及びブームの動作は同期しており、所望の地面の高さの下まで掘削することなく表面を造成するよう同時に動作する。ブーム及びスティックの同期及び／又は同時動作によって、ブームが動作する前に、所望の地面の高さの下までバケットが掘削することを防止する。このような掘削は、該当する場合にはユーザーからの予測外の入力によってスティックが動作する時間と、コントローラー３０２を介してブームが移動する時間との差によって発生することが多い。
【0046】
なおブームの動作及びスティックの動作のいずれも、バケットの位置及び動作に影響を与える。そのためにこの実施の形態においてブームの所望動作は、スティックのスウィングアーク及びブームのスウィングアークに基づき決定される。同様にこの実施の形態においてスティックの所望動作は、スティックのスウィングアーク及びブームのスウィングアークに基づき決定される。なお、スティックの動作及び／又は制限、ブームの動作及び／又は制限は、ユーザー入力及び所望の地面の高さ設計の両方に基づき、コントローラー３０２によって決定することができる。
【0047】
上述したこの実施の形態において、ブーム１０２又はスティック１０４の動作をコマンドするユーザー入力は、各シャトルバルブに対抗する作動液圧力を加圧することによって遅延する。同様にブーム１０２又はスティック１０４の動作をコマンドするユーザー入力は、その他の方法を使用して遅延及び／又はブロックすることができる。この実施の形態では、ユーザー入力に応答して各シャトルバルブに加圧される作動液圧力をブロックするために反比例バルブを使用している。この実施の形態では、各メインバルブに接続されるシャトルバルブとして３ウェイ・２ポジション電磁バルブが使用され、各液圧シリンダーに加圧される作動液圧力を制御している。この実施の形態において作動の遅延及び／又はブロックは、ユーザー入力に応答して加圧される作動液圧力を検知し、所望の設計表面軌道（たとえば所望の設計表面形状）に関して掘削機が実行する演算軌道に基づき、コントローラー３０２がユーザー入力を削減、制限又は無効化して、ユーザー入力への応答を遅延及び複製することによって達成される。
【0048】
図８は、ユーザー入力に応答して加圧される作動液圧力をブロックする目的で反比例バルブを使用している液圧回路８００の実施形態を示す。反比例バルブは電気機械バルブであり、その入力から出力までの液圧の加圧を制御する。液圧シリンダー１１２は掘削機１００のスティック１０４に接続され、関係性を有している。液圧シリンダー１１２は、メインバルブ６１４の２つの出力のうちの１つからその２つの入力のうち対応する１つに加圧される作動液圧力に応答して作動する。メインバルブ６１４は、シャトルバルブ６０４及び／又はシャトルバルブ６１６から加圧される作動液圧力に応答して作動する。
【0049】
シャトルバルブ６０４は、スティック接近バルブ３１４からの作動液圧力を受ける一方の入力と、反比例バルブ８０２を通じた操縦桿６０６からの作動液圧力を受ける他方の入力とを有している。操縦桿６０６の作動に応答してシャトルバルブ６０４に加圧される作動液圧力は、作動液圧力センサー６０７により感知される。シャトルバルブ６１６は、スティック離間バルブ３１６からの作動液圧力を受ける一方の入力と、反比例バルブ８０４を通じた操縦桿６０６からの作動液圧力を受ける他方の入力とを有している。操縦桿６１６の作動に応答してシャトルバルブ６０６に加圧される作動液圧力は、作動液圧力センサー６０５により感知される。
【0050】
操縦桿６０６の作動に応答してシャトルバルブ６０４に加圧される作動液圧力は、反比例バルブ８０２によってブロックすることができる。シャトルバルブ６０４に加圧される作動液圧力は、コントローラー３０２と通信している作動液圧力センサー６０７により検知される。コントローラー３０２は、上述した図７に示す方法によってユーザー入力を遅延及び／又はブロックする必要があるのか決定する。操縦桿６０６の作動に応答してシャトルバルブ６０４に作動液圧力を加圧するユーザー入力を遅延又はブロックすべき場合、コントローラー３０２は反比例バルブ８０２に信号を送信する。反比例バルブ８０２は、操縦桿６０６からシャトルバルブ６０４に作動液圧力が加圧される状況をブロックする。これによってコントローラー３０２は、操縦桿６０６の起動を介したユーザー入力に応答してシャトルバルブ６０４に作動液圧力が加圧される状況をブロックする。
【0051】
コントローラー３０２はユーザーが操縦桿６０６を操作した後の一定時間、スティック接近バルブ３１６を作動して、作動液圧力をシャトルバルブ６０４に加圧することができる。これによって、所望の設計表面軌道（たとえば所望の設計表面形状）に対して掘削機が実行する演算軌道に基づき、コントローラー３０２がスティック１０４及びブーム１０２の動作を同期させる目的で、ユーザー入力をブロック又は遅延させることができる。操縦桿６０６の作動に応答してシャトルバルブ６１６に作動液圧力が加圧され、その圧力に応答してシャトルバルブ６１６への加圧をブロック及び／又は遅延させる構成と同様に、反比例バルブ８０４、作動液圧力センサー６０５、シャトルバルブ６１６、スティック離間バルブ３１６も、コントローラー３０２と組み合わせて使用することができる。
【0052】
図９は、（図６Ａに示すシャトルバルブ６０４及び６１６などの）シャトルバルブに代えて、３ウェイ・２ポジション電磁バルブ９０２、９０４を使用している液圧回路９００の実施形態を示す。この３ウェイ・２ポジション電磁バルブ（以下「電磁バルブ」と称する）は電気機械バルブであり、その２つの入力からその１つの出力までの液圧の加圧を制御する。電磁バルブは第１位置において、作動液圧力をその第１入力からその出力に誘導する。第１位置において、電磁バルブの第２入力に加圧された作動液圧力はブロックされている（すなわち、電磁バルブの出力への加圧が禁止されている）。電磁バルブは第２位置において、作動液圧力をその第２入力からその出力に誘導する。第２位置において、電磁バルブの第１入力に加圧された作動液圧力はブロックされている（すなわち、電磁バルブの出力への加圧が禁止されている）。電磁バルブ９０２及び９０４の位置は、コントローラー３０２からの信号によって制御される。
【0053】
電磁バルブ９０２は、その一方の入力に接続されたスティック接近バルブ３１４の出力と、その他方の入力に接続された操縦桿６０６の出力とを有している。操縦桿６０６又はスティック接近バルブ３１４のいずれか１つから加圧された作動液圧力は、コントローラー３０２から電磁バルブ９０２に送信された信号のコマンドに従う電磁バルブ９０２の位置に基づき、電磁バルブ９０２から出力することをブロックされる。電磁バルブ９０４は、その一方の入力に接続されたスティック離間バルブ３１６の出力と、その他方の入力に接続された操縦桿６０６の出力とを有している。操縦桿６０６又はスティック離間バルブ３１６のいずれか１つから加圧された作動液圧力は、コントローラー３０２から電磁バルブ９０４に送信された信号のコマンドに従う電磁バルブ９０４の位置に基づき、電磁バルブ９０４から出力することをブロックされる。
【0054】
操縦桿６０６の作動に応答して電磁バルブ９０２に加圧される作動液圧力は、コントローラー３０２と通信している作動液圧力センサー６０７により検知される。操縦桿６０６の作動に応答して電磁バルブ９０２に加圧される作動液圧力は、コントローラー３０２からの信号に応じて電磁バルブ９０２によってブロックされることができる。コントローラー３０２は、上述した図７に示す方法によってユーザー入力を遅延及び／ブロックする必要があるのか決定する。操縦桿６０６の作動に応答して電磁バルブ９０２に作動液圧力を加圧するユーザー入力を遅延又はブロックすべき場合、コントローラー３０２は電磁バルブ９０２に信号を送信する。電磁バルブ９０２は、操縦桿６０６からメインバルブ６１４に作動液圧力が加圧されることをブロックする。これによってコントローラー３０２は、操縦桿６０６の作動を介したユーザー入力に応答してメインバルブ６１４に作動液圧力が加圧されることをブロックする。コントローラー３０２はユーザーが操縦桿６０６を操作した後の一定時間、スティック接近バルブ３１４を作動して、作動液圧力をメインバルブ６１４に加圧することができる。これによって、所望の設計表面軌道（たとえば所望の設計表面形状）に関して掘削機が実行する演算軌道に基づき、コントローラー３０２がスティック１０４及びブーム１０２の動作を同期させる目的で、ユーザー入力をブロック又は遅延させることができる。
【0055】
なお液圧回路８００及び液圧回路９００には、バケット１０６など液圧で作動する追加的な構成部品及び／又は部材、更に、その他の液圧で作動する構成部品及び／又は部材の動作をブロック及び／又は遅延させるための追加的な構成部品及び／又は部材を含むことができる。
【0056】
なおユーザー入力に対するコンピューター制御、遅延、減衰化及び／又は優先化のシステムを、あらゆる液圧器具又は液圧器具の部品に使用することができる。たとえばユーザー入力に対するコンピューター制御、遅延、減衰化及び／又は優先化のシステムを、掘削機１００のスティック１０４及びバケット１０６と併せて使用することができる。
【0057】
上述した詳細な説明は、すべての点において参考的かつ例示的であるが、限定的なものではないと理解され、ここで開示された発明の範囲は詳細な説明から決定すべきでなく、むしろ、各特許法で許される最大の幅によって解釈される請求の範囲から決定すべきである。ここで表示及び説明した各実施態様は本発明の原理を参考的に示したものに過ぎず、当業者であれば、発明の範囲及び要旨から逸脱することなく、各種変形例の実施が可能なものと理解される。また当業者であれば、発明の範囲及び要旨から逸脱することなく、各種特徴のその他の組合せの実施が可能なものと考えられる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【国際調査報告】