JPH1171781A - 作業機械の掘り下げ防止装置および方法 - Google Patents

作業機械の掘り下げ防止装置および方法

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JPH1171781A
JPH1171781A JP10191844A JP19184498A JPH1171781A JP H1171781 A JPH1171781 A JP H1171781A JP 10191844 A JP10191844 A JP 10191844A JP 19184498 A JP19184498 A JP 19184498A JP H1171781 A JPH1171781 A JP H1171781A
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digging
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JP10191844A
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Lee R Denbraber
アール． デンブラバー リー
John D Duffy
ディー． ダフィー ジョン
Mark R Hawkins
アール． ホーキンス マーク
Steven J Zmuda
ジェイ． ズムダ スティーヴン
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バケットが履帯の下方や、あるいはその直近
を掘削する場合、オペレータによる過失を未然に防止し
て作業機械の損傷を未然に防止するため、作業機械の動
作範囲を機械的に制限している。 【解決手段】 作業機械に取り付けられる作業器具によ
る作業機械の掘り下げを制御可能に防止する装置であっ
て、メモリ２７０と、このメモリ２７０に格納されたデ
ータ値Ｄ12によって表されると共に作業機械の少なくと
も一部に対して所定パターンに位置決めされた掘り下げ
限界と、作業器具に連結されて作業器具の位置検出信号
ＳP を生ずる少なくとも１つの位置センサ２４０と、メ
モリ２７０と接続し、作業器具の位置検出信号ＳP を受
けて作業器具の位置検出信号ＳP と掘り下げ限界データ
値Ｄ12との間の比較に応じて修正した望ましい位置信号
ＳPCを発するコントローラ２００とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概ね作業機械の掘
り下げ（underdigging）を防止する方法および装置に関
し、より詳細には作業機械を掘り下げてしまうような作
業器具の移動を制御可能に防止する少なくとも１つの掘
り下げ限界を設定することである。
【０００２】
【従来の技術】掘削機, 採鉱ショベル, バックホウ, ホ
イールローダなどのような付属作業器具を有する作業機
械は、土壌を動かすために用いられる。このような作業
器具は、バケットや衝撃岩石リッパおよび他の材料取り
扱い装置を有することができる。バケットに関する典型
的な作業サイクルは、材料をバケットに詰めるための掘
削位置と、搬送位置と、持ち上げ位置と、バケットから
材料を取り除くための投げ捨て位置とにバケットおよび
関連するリフトアームの連続的な位置調整を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、多くの履帯式
掘削機において、バケットの移動が正確に制御されない
場合、機械を損傷する可能性がある。この損傷は、オペ
レータが地面を掘削しようとする場合、バケットが履帯
の下方か、あるいはその直近を掘削するために生ずる。
同様に、バックホウに対する損傷は、掘削領域から離れ
るようにタイヤを動かす前に、掘削のためにオペレータ
がバケットを向けた時に発生しよう。これらの実例にお
いて、作業器具の動きは、作業機械が転倒するような位
置の傾斜をもたらしたり、作業機械に損傷をもたらすか
も知れない。
【０００４】作業器具の動作範囲を機械的に制限するこ
とによって、そのフレキシビリティを制限することは望
ましいことではない。これは、損傷の発生を抑制するけ
れども、作業機械の機能性を潜在的に制限するおそれが
ある。
【０００５】一般に、作業機械のオペレータは、作業器
具がこの作業機械の掘り下げを防止するように正確に操
作されることを保証する必要がある。作業機械の通常の
操作において、多くの事柄が同時に発生している。これ
は、作業器具が作業機械を掘り下げ状態にしてしまう危
険性を含め、オペレータの過失の可能性を増大する。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、作業機械の動作範囲を機械的
に制限することなく、バケットが履帯の下方や、あるい
はその直近を掘削する場合でも、オペレータによる過失
を未然に防止して作業機械の損傷を未然に防止し得る装
置およびその方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
作業機械に取り付けられる作業器具による前記作業機械
の掘り下げを制御可能に防止する装置であって、メモリ
と、このメモリに格納されたデータ値によって表される
と共に前記作業機械の少なくとも一部に対して所定パタ
ーンに位置決めされた掘り下げ限界と、前記作業器具に
連結されて前記作業器具の位置検出信号を生ずる少なく
とも１つの位置センサと、前記メモリと接続し、前記作
業器具の位置検出信号を受けて前記作業器具の位置検出
信号と前記掘り下げ限界との間の比較に応じて修正した
望ましい位置信号を発するコントローラとを具えたこと
を特徴とするものである。
【０００８】本発明によると、掘り下げ限界は、作業機
械の少なくとも一部から所定のパターンで設定される。
作業器具に連結された少なくとも１つの位置センサは、
作業器具の位置検出信号を生ずる。コントローラは、作
業器具の位置検出信号と掘り下げ限界値との間の差に応
じて作業器具に対する修正した望ましい位置信号を伝え
る。
【０００９】本発明の第２の形態は、作業器具を有する
作業機械の掘り下げを防止する方法であって、前記作業
機械に対する掘り下げ限界を設定するステップと、前記
作業機械に対する前記作業器具の位置を検出するステッ
プと、前記作業器具の位置検出信号と前記掘り下げ限界
とを比較するステップと、前記作業器具の位置検出信号
と前記掘り下げ限界とを比較するステップに応じ、前記
作業器具が前記掘り下げ限界を越えて移動することを制
御可能に防止するステップとを具えたことを特徴とする
ものである。
【００１０】本発明によると、作業器具が作業機械に連
結され、この作業機械に対する掘り下げ限界が設定され
る。作業器具の位置が検出されて掘り下げ限界の位置と
比較される。そして、作業器具が掘り下げ限界を越えて
移動しないように制御可能である。
【００１１】本発明の第３の形態は、作業器具を有する
作業機械の掘り下げを防止する方法であって、前記作業
機械に対する作業器具移動許容空間を設定してこの作業
器具移動許容空間を表す作業器具移動許容空間のデータ
値をメモリに格納するステップと、前記作業機械に対す
る前記作業器具の位置を検出するステップと、検出され
た作業器具の位置と前記作業器具移動許容空間とを比較
するステップと、前記作業器具が前記作業器具移動許容
空間から外れて移動し、所定状態に前記作業機械を掘り
下げることを制御可能に防止するステップとを具えたこ
とを特徴とするものである。
【００１２】本発明によると、作業器具が作業機械に連
結され、作業器具移動許容空間が設定される。作業器具
の位置が検出されて作業器具移動許容空間と比較され
る。この比較に基づき、作業器具が作業器具移動許容空
間を外れないようにして作業機械の掘り下げを防止す
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の第１の形態による装置に
おいて、前記作業機械は、平坦面を有する地面に置か
れ、前記掘り下げ限界の前記所定パターンは、前記平坦
面と共通の上辺部（top periphery ）を有すると共にこ
の上辺部から前記平坦面に対して角度をもって配される
半平面（half plane）であってもよい。
【００１４】同様に、前記作業機械は、長手方向軸線を
持った旋回ピンを有し、前記掘り下げ限界は、前記長手
方向軸線から所定距離にあってもよい。あるいは、前記
作業機械は、長手方向軸線を持った旋回ピンを有し、前
記掘り下げ限界の前記所定パターンは、上辺部を有する
と共に前記作業機械の下方に配されて前記長手方向軸線
から所定距離にある第１の半平面と、外辺部（perimete
r ）を有すると共にこの外辺部から延在して前記上辺部
と交差する第２の半平面との組み合わせであり、前記外
辺部は、前記第１の半平面に対して前記上辺部から角度
をもって配されると共に前記長手方向軸線から第２の所
定距離にあるものであってもよい。
【００１５】前記掘り下げ限界の前記所定パターンは、
上辺部を有すると共に前記作業機械の下方に配される第
１の半平面および外辺部を有すると共にこの外辺部から
延在して前記上辺部と交差する第２の半平面であり、前
記外辺部は前記第１の半平面に対して前記上辺部から角
度をもって配されているものであってもよい。
【００１６】前記コントローラに連結されるデータ入力
インタフェースを有し、前記掘り下げ限界の値は、この
データ入力インタフェースを用いて設定されるものであ
ってもよい。
【００１７】さらに、前記メモリに格納された値を持つ
第２の限界を有し、この第２の限界は、前記掘り下げ限
界に対して位置決めされているものであってもよい。こ
の場合、前記コントローラは、前記作業器具に作業器具
速度限界を伝える作業器具速度コントローラを有するも
のであってもよく、さらに前記コントローラに連結され
て前記掘り下げ限界と前記第２の限界と前記作業器具速
度限界とを設定するデータ入力インタフェースを有する
ものであってもよい。
【００１８】本発明の第２の形態による方法において、
前記作業機械は、平坦面を有する地面に置かれ、前記平
坦面と共通の上辺部を有すると共に前記作業機械から所
定距離にあって前記平坦面に対して前記上辺部から角度
をもって配される半平面を規定することにより前記掘り
下げ限界を設定するステップを有し、前記作業器具が前
記掘り下げ限界を越えて移動しないようになっていても
よい。
【００１９】また、上辺部を有すると共に前記作業機械
の下方に配される第１の半平面と、外辺部を有すると共
にこの外辺部から延在して前記上辺部と交差する第２の
半平面とを組み合わせることによって前記掘り下げ限界
を設定するステップを有し、前記外辺部は、前記作業機
械から所定距離にあって前記第１の半平面に対して上辺
部から角度をもって配され、前記作業器具が前記掘り下
げ限界を越えて移動するのを防止するようになっていて
もよい。
【００２０】前記作業機械は、長手方向軸線を持った旋
回ピンを有し、この長手方向軸線から所定距離に前記掘
り下げ限界を設定するステップを有するものであっても
よい。あるいは、前記作業機械は、長手方向軸線を持っ
た旋回ピンを有し、上辺部を有すると共に前記作業機械
の下方に配されて前記長手方向軸線から所定距離にある
第１の半平面と、外辺部を有すると共にこの外辺部から
延在して前記上辺部と交差する第２の半平面とを組み合
わせることによって前記掘り下げ限界を設定するステッ
プを有し、前記外辺部は、第１の半平面に対して上辺部
から角度をもって配されると共に前記長手方向軸線から
第２の所定距離にあり、前記作業器具が前記掘り下げ限
界を越えて移動しないようにしたものであってもよい。
【００２１】データ入力インタフェースから前記掘り下
げ限界データの値を与えるステップを有するものであっ
てもよく、あるいは第２のメモリから前記掘り下げ限界
のデータ値を切り換えるステップを有するものであって
もよい。
【００２２】前記作業機械に対する前記作業器具の少な
くとも１つの位置を検出して記録するステップを有し、
前記少なくとも１つの位置は、前記掘り下げ限界のデー
タ値を規定するものであってもよい。
【００２３】さらに、前記掘り下げ限界に対して第２の
限界を設定して前記メモリに前記第２の限界を表す第２
限界データ値を格納するステップと、前記第２の限界と
前記掘り下げ限界との間の作業器具の速度限界を設定し
てこの作業器具速度限界を前記メモリに格納するステッ
プと、前記作業器具の検出位置と前記第２の限界データ
値とを比較するステップと、前記作業器具の位置検出信
号と前記第２の限界データ値とを比較するステップに応
じて前記作業器具速度限界を制御可能に用いるステップ
とを有するものであってもよい。
【００２４】本発明の第３の形態による方法において、
前記作業器具移動許容空間のデータ値を規定するデータ
入力インタフェースを用いるステップを有するものであ
ってもよい。この場合、前記作業機械に対する前記作業
器具の複数の位置を検出して記録するステップを有し、
これら複数の位置は、前記作業器具移動許容空間のデー
タ値を規定するものであってもよい。
【００２５】
【実施例】本発明をクローラ式油圧ショベルに応用した
実施例について、図１〜図１０を参照しながら詳細に説
明するが、本発明はこのような実施例に限らず、これら
をさらに組み合わせたり、同様な課題を内包する他の分
野の技術にも応用することができる。
【００２６】本発明の好ましい実施例は、作業機械１０
０の掘り下げを防止するための装置および方法を提供す
る。以下の説明は、単なる一例として履帯１０２を有す
る掘削機（excavator ）１０５を使用している。本発明
は、作業器具１１０および履帯１０２の代わりに車輪を
有する他の型式の作業機械１００に利用することができ
る。他の例としては、採鉱ショベル, ホイールローダ,
バックホウなどを挙げることができる。同様に、以下の
説明は一例としてバケット１５０を使用している。しか
しながら、衝撃岩石リッパの如き他の作業器具を使用す
ることも可能である。
【００２７】図１において、作業機械１００には作業器
具１１０が連結され、掘り下げ限界１２０が作業機械１
００の少なくとも一部に対して所定パターンで位置決め
されている。図１に示した掘り下げ限界１２０の位置
は、可能性のある位置の典型である。他の利点および好
ましい位置は、以下に記述される。
【００２８】掘削機１０５の作業器具１１０は、ブーム
１３０とスティック１４０とバケット１５０とを一般的
に有する。ブーム１３０は、通常、ブームピン１６０に
よって作業機械１００に取り付けられる。スティック１
４０は、ブーム１３０の自由端に連結され、バケット１
５０はスティック１４０に取り付けられる。ブーム１３
０, スティック１４０およびバケット１５０は、それぞ
れ直線的に伸長可能な油圧シリンダ１７０, １８０, １
９０によって独立に制御可能に操作される。バケット１
５０は、バケット油圧シリンダ１９０によって直接操作
され、一般的にバケットピボットピン１９５のスティッ
ク回りのピボット旋回動作領域を有する。
【００２９】図２において、作業機械１００は、作業器
具システム２１０の各油圧シリンダ１７０, １８０, １
９０の動作を制御するための油圧制御器２３０ａ, ２３
０ｂ, ２３０ｃに望ましい位置信号ＳPCを伝えることが
できるコントローラ２００と、作業器具１１０に対応し
て少なくとも１つの位置センサ２４０ａ, ２４０ｂ,２
４０ｃを持った位置センサシステム２２０とを有する。
これら位置センサ２４０ａ, ２４０ｂ, ２４０ｃは、好
ましくは変位センサであって、これら変位センサ２４０
ａ, ２４０ｂ, ２４０ｃはブーム１３０およびスティッ
ク１４０およびバケット１５０のそれぞれに対応して設
けられている。コントローラ２００は、これと情報の授
受を行うメモリ２７０を有し、このメモリ２７０には掘
り下げ限界データ値Ｄ12が格納されている（図３のステ
ップ３１０参照）。コントローラ２００には、比較器２
５０が好ましくは設けられている。コントローラ２００
は、位置センサ２４０ａ, ２４０ｂ, ２４０ｃからの作
業器具の検出位置検出信号ＳP を受け入れるように設け
られる。比較器２５０は、コントローラにプリベントエ
ントリー信号を伝えるように設けられ、コントローラ２
００は作業器具１１０に修正した望ましい位置信号ＳPC
を伝える。
【００３０】好ましい一実施例において、図２を参照す
ると、この電子コントローラ２００は、米国イリノイ州
Schaumburgにある Motorola Inc.で製造された６８３３
６マイクロコントローラである。しかしながら、他の適
当なマイクロコントローラがこの技術において周知であ
り、これらのうちのどれでも本発明の実施例と関連付け
て容易かつ手軽に使用することができる。当業者であれ
ば、選択したマイクロコントローラに対して具体的なア
センブリィ言語やマイクロコードを用い、図３に示した
フローチャートから具体的なプログラムコードを容易か
つ手軽に書き込むことができる。
【００３１】さて、図２〜図５を参照すると、本発明の
好ましい一実施例において、第２の限界４００が掘り下
げ限界１２０に対して設定されており（ステップ３０５
参照）、そのデータ値Ｄ40がメモリ２７０に格納されて
いる（ステップ３１０参照）。さらに、掘り下げ限界デ
ータ値Ｄ12および作業器具速度限界ＶL が設定され（ス
テップ３０５参照）、メモリ２７０に格納されている
（ステップ３１０参照）。作業器具速度限界ＶL は、第
２の限界４００と掘り下げ限界１２０との間の作業器具
１１０の移動速度を制限して減少させる。センサ２４０
は、作業器具１１０の位置を検出し、作業器具の位置検
出信号ＳP を出力する。第１の判断ブロック（ステップ
３２５）において、コントローラ２００は、作業器具位
置検出信号ＳP と第２限界データ値Ｄ40とを比較する。
作業器具が第２の限界４００に侵入していない場合、作
業器具の移動速度を制限しないステップ３２６に移行す
る。
【００３２】しかしながら、第２限界４００に侵入して
おり、この第２限界４００と掘り下げ限界１２０との間
に移動しているとの最初の判断ブロック（ステップ３２
５）の判断に応じて作業器具速度限界ＶL が呼び出され
る。この作業器具速度限界ＶL は、作業器具の検出位置
が掘り下げ限界１２０と第２限界４００との間にある場
合、呼び出され続ける。
【００３３】第２の判断ブロック（ステップ３３５）に
おいて、作業機械１００に対する作業器具１１０の位置
が掘り下げ限界値３０５と比較される。作業器具の望ま
しい位置信号ＳPCは、作業器具が掘り下げ限界１２０の
方向にさらに移動するのを制限することによって（ステ
ップ３４０参照）、掘り下げ限界１２０を越えて移動し
ないようにコントローラ２００によって制御可能に修正
される。
【００３４】さらに、図２を参照すると、コントローラ
２００にインプットをもたらすオペレータコントロール
装置２８０を設けることが好ましい。このオペレータコ
ントロール装置２８０は、土木作業器具１１０の手動コ
ントロールをもたらす。この技術において周知となって
いるように、オペレータコントロール装置２８０の望ま
しい位置信号ＳPOは、作業器具１１０に対してオペレー
タが希望した移動に対応する。コントローラ２００は、
ブーム１３０, スティック１４０およびバケット１５０
の移動を調整し、オペレータコントロール装置２８０の
移動に追従する。
【００３５】データ入力インタフェース２９０をコント
ローラ２００に接続することが好ましい。このデータ入
力インタフェース２９０は、液晶ディスプレィやコンソ
ール, キーボード, 押しボタン, 音声認識の他に、この
技術で周知の他のインタフェースあるいは好ましくはラ
ップトップコンピュータであってもよい。好ましくは、
データ入力インタフェース２９０は、オペレータが掘り
下げ限界データ値Ｄ12と第２限界データ値Ｄ40と作業器
具速度限界ＶL とを入力できるように作られている。し
かしながら、具体的な実施例において、掘り下げ限界デ
ータ値Ｄ12は第２メモリ３４５からそれを切り換えるこ
とによってもたらされる。これは、ディーラあるいはエ
ンドユーザにより、工場や現場にて行うことができる。
別の具体的な実施例において、掘り下げ限界データ値Ｄ
12は、作業機械１００に対する作業器具１１０の少なく
とも１つの位置Ｐ1 （図７参照）を検出して記録するこ
とによってもたらされる。この１つの位置Ｐ1 は、掘り
下げ限界１２０を規定する。
【００３６】図１を参照すると、作業機械１００は、平
坦面１０７を持った地面１０３に置かれる。本発明の具
体的な実施例において、掘り下げ限界１２０の所定のパ
ターンは、平坦面１０７と共通の上辺部（top peripher
y ）１２４を有する半平面（half plane）１２２であ
る。この半平面１２２は、湾曲していてもよい。具体的
な一実施例において、上辺部１２４は、作業機械１００
から所定距離Ｌ1 にある。さらに、半平面１２２は平坦
面１０７に対して上辺部１２４から角度θ1 をもって配
されている。この角度θ1 は、約０度から約１８０度の
範囲にあってもよいが、好ましくは９０度と１５０度と
の間である。
【００３７】図６を参照すると、具体的な実施例におい
て、掘り下げ限界１２０の所定のパターンは、第１の半
平面６００と第２の半平面６２０との組み合わせであ
る。第１または第２の半平面６００, ６２０は湾曲して
いてもよい。第１の半平面６００は、作業機械１００に
対して下方に配された上辺部６１０を有する。第２の半
平面６２０は、外辺部（perimeter ）６３０を有し、こ
の外辺部６３０から延在して上辺部６１０と交差してい
る。この外辺部６３０は、第１の半平面６００に対して
上辺部６１０から角度θ2 をもって配され、具体的な一
実施例において、外辺部６３０は作業機械１００から所
定距離Ｌ1 にある。この角度θ2 は、約０から約１８０
度までの範囲でよいが、好ましくは９０と１５０度との
間である。
【００３８】図５および図７を参照すると、好ましい一
実施例において、作業機械１００は、長手方向軸線Ｃを
有する旋回ピン７００を持っている。さらに、掘り下げ
限界１２０は長手方向軸線Ｃから所定距離Ｌ1 に置かれ
ている。
【００３９】図８を参照すると、作業機械１００は、長
手方向軸線Ｃを有する旋回ピン７００を持っている。掘
り下げ限界１２０の所定パターンは、上辺部６１０を有
する第１の半平面６００と、外辺部６３０を持った第２
の半平面６２０との組み合わせである。好ましくは、第
１および第２の半平面６００, ６２０は湾曲している。
第１の半平面６００は、作業機械１００の下方に配さ
れ、長手方向軸線Ｃから所定距離Ｌ1 に置かれている。
第２の半平面６２０は外辺部６３０から延在して上辺部
６１０と交差している。外辺部６３０は第１の半平面６
００に対して上辺部６１０から角度θ2 をもって配さ
れ、長手方向軸線Ｃから第２の所定距離Ｌ2にある。外
辺部６３０と第１の半平面６００との間の角度θ2 は、
約０から約１８０度の範囲であるが、好ましくは９０度
と１５０度との間にある。
【００４０】図９および図１０を参照すると、本発明の
他の形態が平坦面１０７を有する地面１０３に置いた作
業機械１００に関して示されている。本発明の具体的な
一実施例において、作業機械１００は、この作業機械１
００に連結される作業器具１１０と、望ましい位置信号
ＳPCを作り出して作業器具１１０にこの望ましい位置信
号ＳPCを伝えるコントローラ２００と、このコントロー
ラ２００に連結されるメモリ２７０とを有する。
【００４１】作業器具移動許容空間９００が作業機械１
００に対して設定されており、作業器具移動許容データ
値（図示せず）はメモリ２７０に格納されている。作業
器具移動許容空間９００は、作業機械１００が置かれる
地面１０３の安定性に応じて変化しよう。作業器具移動
許容空間９００の範囲は、第１間隔Ｒが好ましくは作業
機械１００の履帯１０２から作業器具１１０の最大リー
チまで水平に延在する。また、作業器具移動許容空間９
００の範囲は、第２間隔Ｈが好ましくは作業機械１００
の平坦面１０７の下の作業器具１１０の最下端リーチか
ら作業機械１００の平坦面１０７の上の作業器具１１０
の最上端リーチまで垂直に延在する。さらに、作業器具
移動許容空間９００の範囲は第１および第２間隔Ｒ, Ｈ
に対して好ましくはほぼ直角な第３間隔Ｗに延在してい
る。この第３間隔Ｗは、バケット１５０の掘り返しおよ
び投げ捨ての領域に沿って延在しているだけであること
が好ましい。しかしながら、第３間隔Ｗは、作業機械の
回りの一部あるいは全体に延在可能であり、ほぼ旋回ピ
ンの長手方向軸線を中心とするドーナツ状の形態を持つ
作業器具移動許容空間となる。
【００４２】作業機械１００に対する作業器具１１０の
位置が検出されると、作業器具の位置検出信号ＳP は、
作業器具移動許容データ値（図示せず）と比較される。
作業器具が作業器具移動許容空間９００から外れている
場合、望ましい位置信号ＳPCが制御可能に修正され、作
業器具が作業器具移動許容空間９００を出ないようにし
て作業機械の掘り下げを阻止する。
【００４３】好ましい一実施例において、データ入力イ
ンタフェース２９０は、作業器具移動許容空間９００を
規定するのに用いられる。具体的な一実施例において、
作業機械１００に対する作業器具１１０の複数の位置Ｐ
2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 ，Ｐ6が検出されて記録される。
複数の位置Ｐ2 〜Ｐ6 は、作業器具移動許容空間を規定
する。
【００４４】本発明の形態が上の好ましい実施例に関し
て詳細に示され、かつ記載されているけれども、種々の
付加的な実施例が本発明の精神および範囲から逸脱する
ことなく、予測可能であることは当業者によって理解さ
れよう。例えば、本発明の方法または装置は、ピラミッ
ドや他の幾何学的形式を持った掘り下げ限界１２０を有
することができる。しかしながら、このような装置や方
法は、特許請求の範囲の記載およびそのあらゆる均等物
に基づいて限定されるような本発明の範囲に含まれるこ
とが理解されるべきである。
【００４５】上述したように、掘削機の如き地上作業機
械１００は、作業サイクル中に多数の位置に移動するこ
とができる作業器具１１０を有する。バケット１５０に
関する一般的な作業サイクルは、ブーム１３０とスティ
ック１４０とバケット１５０とをバケット１５０に土砂
などの対象物で満たす掘削位置と、運搬位置と、持ち上
げ位置と、バケットから対象物を移動させる投げ捨て位
置とに位置決めすることを有する。
【００４６】他の方法および装置と比較した場合、本発
明の具体的な実施例の方法および装置は、作業器具１１
０の移動から結果として生ずる平坦面１０７の崩壊のた
めに作業機械１００の損傷を防止する利点を有し、作業
器具１１０の移動範囲を機械的に制限する望ましくない
結果を回避し、使用, 維持および製造がより経済的であ
る。このような利点は、作業機械１００の設計, 製造お
よび操作に組み入れることが特にふさわしい。さらに、
本発明は、まだ見いだされていない他の利点をもたらす
可能性がある。
【００４７】好ましい実施例をブーム１３０, スティッ
ク１４０, バケット１５０および関連する電子および油
圧回路に関係付けて記載したけれども、本発明は、他の
形式の地上作業機械１００に対する作業器具１１０の位
置を制御するように容易に適合可能であることが理解さ
れよう。例えば、本発明は、油圧採鉱ショベル, バック
ホウ, ホイールローダおよび油圧操作の作業器具１１０
を有する同様な機械に対して作業器具１１０を制御する
ために用いることができる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によると、作業機械に対して所定
パターンの掘り下げ限界を設定し、位置センサからの作
業器具の位置検出信号と掘り下げ限界とを比較して作業
器具の位置を修正するようにしたので、作業器具の移動
範囲を機械的に制限することなく、この作業器具の移動
の結果として生ずる作業面の崩壊に基づく作業機械の損
傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を利用可能な作業機械の一実施例の断面
図であり、図５の１−１線に沿って取った断面形状に対
応する。
【図２】本発明の一実施例によるシステムブロック図で
ある。
【図３】コントローラによって実行されるソフトウェア
の一実施例を描いたフローチャートである。
【図４】本発明を利用可能な作業機械の他の実施例の断
面図であり、図５の１−１線に沿って取った断面形状に
対応する。
【図５】本発明を利用可能な作業機械の作業領域を表す
概略平面図である。
【図６】本発明を利用可能な作業記載の別な実施例の断
面図であり、図５の１−１線に沿って取った断面形状に
対応する。
【図７】本発明を利用可能な作業機械のさらに他の実施
例の断面図であり、図５の１−１線に沿って取った断面
形状に対応する。
【図８】本発明を利用可能な作業機械のさらに別な実施
例の断面図であり、図５の１−１線に沿って取った断面
形状に対応する。
【図９】本発明を利用可能な作業機械の異なる実施例の
断面図であり、図５の１−１線に沿って取った断面形状
に対応する。
【図１０】図９に示した実施例の作業領域を表す概略平
面図である。
【符号の説明】
１００ 作業機械 １０２ 履帯 １０３ 地面 １０５ 掘削機 １０７ 平坦面 １１０ 作業器具 １２０ 掘り下げ限界 １２２ 半平面 １２４ 上辺部 １３０ ブーム １４０ スティック １５０ バケット １６０ ブームピン １７０, １８０ 油圧シリンダ １９０ バケット油圧シリンダ １９５ バケットピボットピン ２００ コントローラ ２１０ 作業器具システム ２２０ 位置センサシステム ２３０ａ, ２３０ｂ, ２３０ｃ 油圧制御器 ２４０ａ, ２４０ｂ, ２４０ｃ 位置センサ ２５０ 比較器 ２７０ メモリ ２８０ オペレータコントロール装置 ２９０ データ入力インタフェース ３４５ 第２メモリ ４００ 第２の限界 ６００ 第１の半平面 ６１０ 上辺部 ６２０ 第２の半平面 ６３０ 外辺部 ７００ 旋回ピン ９００ 作業器具移動許容空間 Ｌ1 所定距離 Ｌ2 第２の所定距離 θ1 ，θ2 角度 ＳP 位置検出信号 ＳPO, ＳPC 望ましい位置信号 ＶL 作業器具速度限界 Ｄ12 掘り下げ限界データ値 Ｄ40 第２限界データ値 Ｃ 長手方向軸線 Ｒ 第１間隔 Ｈ 第２間隔 Ｗ 第３間隔 Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 ，Ｐ5 ，Ｐ6 作業器具の位置
フロントページの続き (72)発明者 ジョン ディー． ダフィー アメリカ合衆国 61615 イリノイ州 ピ オーリア ウエスト ウッドウエイ ドラ イブ 4709 (72)発明者 マーク アール． ホーキンス アメリカ合衆国 61523 イリノイ州 チ リコスィ イースト トゥルイット ロー ド 1516 (72)発明者 スティーヴン ジェイ． ズムダ アメリカ合衆国 61525 イリノイ州 ダ ンラップ ノース シーダー ブラッフ ドライブ 12602

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 作業機械に取り付けられる作業器具によ
    る前記作業機械の掘り下げを制御可能に防止する装置で
    あって、 メモリと、 このメモリに格納されたデータ値によって表されると共
    に前記作業機械の少なくとも一部に対して所定パターン
    に位置決めされた掘り下げ限界と、 前記作業器具に連結されて前記作業器具の位置検出信号
    を生ずる少なくとも１つの位置センサと、 前記メモリと接続し、前記作業器具の位置検出信号を受
    けて前記作業器具の位置検出信号と前記掘り下げ限界と
    の間の比較に応じて修正した望ましい位置信号を発する
    コントローラとを具えたことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記作業機械は、平坦面を有する地面に
    置かれ、前記掘り下げ限界の前記所定パターンは、前記
    平坦面と共通の上辺部を有すると共にこの上辺部から前
    記平坦面に対して角度をもって配される半平面であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記掘り下げ限界の前記所定パターン
    は、上辺部を有すると共に前記作業機械の下方に配され
    る第１の半平面および外辺部を有すると共にこの外辺部
    から延在して前記上辺部と交差する第２の半平面であ
    り、前記外辺部は前記第１の半平面に対して前記上辺部
    から角度をもって配されていることを特徴とする請求項
    １に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記作業機械は、長手方向軸線を持った
    旋回ピンを有し、前記掘り下げ限界は、前記長手方向軸
    線から所定距離にあることを特徴とする請求項１に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】 前記作業機械は、長手方向軸線を持った
    旋回ピンを有し、前記掘り下げ限界の前記所定パターン
    は、上辺部を有すると共に前記作業機械の下方に配され
    て前記長手方向軸線から所定距離にある第１の半平面
    と、外辺部を有すると共にこの外辺部から延在して前記
    上辺部と交差する第２の半平面との組み合わせであり、
    前記外辺部は、前記第１の半平面に対して前記上辺部か
    ら角度をもって配されると共に前記長手方向軸線から第
    ２の所定距離にあることを特徴とする請求項１に記載の
    装置。
  6. 【請求項６】 前記コントローラに連結されるデータ入
    力インタフェースを有し、前記掘り下げ限界の値は、こ
    のデータ入力インタフェースを用いて設定されることを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記メモリに格納された値を持つ第２の
    限界を有し、この第２の限界は、前記掘り下げ限界に対
    して位置決めされていることを特徴とする請求項１に記
    載の装置。
  8. 【請求項８】 前記コントローラは、前記作業器具に作
    業器具速度限界を伝える作業器具速度コントローラを有
    することを特徴とする請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記コントローラに連結されて前記掘り
    下げ限界と前記第２の限界と前記作業器具速度限界とを
    設定するデータ入力インタフェースを有することを特徴
    とする請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 作業器具を有する作業機械の掘り下げ
    を防止する方法であって、 前記作業機械に対する掘り下げ限界を設定するステップ
    と、 前記作業機械に対する前記作業器具の位置を検出するス
    テップと、 前記作業器具の位置検出信号と前記掘り下げ限界とを比
    較するステップと、 前記作業器具の位置検出信号と前記掘り下げ限界とを比
    較するステップに応じ、前記作業器具が前記掘り下げ限
    界を越えて移動することを制御可能に防止するステップ
    とを具えたことを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 前記作業機械は、平坦面を有する地面
    に置かれ、 前記平坦面と共通の上辺部を有すると共に前記作業機械
    から所定距離にあって前記平坦面に対して前記上辺部か
    ら角度をもって配される半平面を規定することにより前
    記掘り下げ限界を設定するステップを有し、前記作業器
    具が前記掘り下げ限界を越えて移動しないようになって
    いることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 上辺部を有すると共に前記作業機械の
    下方に配される第１の半平面と、外辺部を有すると共に
    この外辺部から延在して前記上辺部と交差する第２の半
    平面とを組み合わせることによって前記掘り下げ限界を
    設定するステップを有し、前記外辺部は、前記作業機械
    から所定距離にあって前記第１の半平面に対して上辺部
    から角度をもって配され、前記作業器具が前記掘り下げ
    限界を越えて移動するのを防止するようになっているこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記作業機械は、長手方向軸線を持っ
    た旋回ピンを有し、 この長手方向軸線から所定距離に前記掘り下げ限界を設
    定するステップを有することを特徴とする請求項１０に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記作業機械は、長手方向軸線を持っ
    た旋回ピンを有し、 上辺部を有すると共に前記作業機械の下方に配されて前
    記長手方向軸線から所定距離にある第１の半平面と、外
    辺部を有すると共にこの外辺部から延在して前記上辺部
    と交差する第２の半平面とを組み合わせることによって
    前記掘り下げ限界を設定するステップを有し、前記外辺
    部は、第１の半平面に対して上辺部から角度をもって配
    されると共に前記長手方向軸線から第２の所定距離にあ
    り、前記作業器具が前記掘り下げ限界を越えて移動しな
    いようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の方
    法。
  15. 【請求項１５】 データ入力インタフェースから前記掘
    り下げ限界データの値を与えるステップを有することを
    特徴とする請求項１０に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 第２のメモリから前記掘り下げ限界の
    データ値を切り換えるステップを有することを特徴とす
    る請求項１０に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記作業機械に対する前記作業器具の
    少なくとも１つの位置を検出して記録するステップを有
    し、前記少なくとも１つの位置は、前記掘り下げ限界の
    データ値を規定することを特徴とする請求項１０に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】 前記掘り下げ限界に対して第２の限界
    を設定して前記メモリに前記第２の限界を表す第２限界
    データ値を格納するステップと、 前記第２の限界と前記掘り下げ限界との間の作業器具の
    速度限界を設定してこの作業器具速度限界を前記メモリ
    に格納するステップと、 前記作業器具の検出位置と前記第２の限界データ値とを
    比較するステップと、 前記作業器具の位置検出信号と前記第２の限界データ値
    とを比較するステップに応じて前記作業器具速度限界を
    制御可能に用いるステップとを有することを特徴とする
    請求項１０に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 作業器具を有する作業機械の掘り下げ
    を防止する方法であって、 前記作業機械に対する作業器具移動許容空間を設定して
    この作業器具移動許容空間を表す作業器具移動許容空間
    のデータ値をメモリに格納するステップと、 前記作業機械に対する前記作業器具の位置を検出するス
    テップと、 検出された作業器具の位置と前記作業器具移動許容空間
    とを比較するステップと、 前記作業器具が前記作業器具移動許容空間から外れて移
    動し、所定状態に前記作業機械を掘り下げることを制御
    可能に防止するステップとを具えたことを特徴とする方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記作業器具移動許容空間のデータ値
    を規定するデータ入力インタフェースを用いるステップ
    を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記作業機械に対する前記作業器具の
    複数の位置を検出して記録するステップを有し、これら
    複数の位置は、前記作業器具移動許容空間のデータ値を
    規定することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
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