JP2014529024A - センサシステムと方法 - Google Patents

Abstract

作業現場で作業を実行するように構成された自走機械の機械部材に関する情報を収集する方法が開示される。センサシステムは、機械部材の表面または内部に取り付けられてもよく、機械部材は、自走機械にセンサシステムとともに取り付けてもよい。情報は、機械が作業現場で作業を実行中にセンサシステムで収集されてもよく、情報は、機械部材に生じる特徴に関する。情報は、センサシステムで転送されてもよい。センサシステムは、自走機械の装軌型下部構造体またはトンネル掘削機の切削ヘッドに関する情報を収集してもよい。

Description

関連出願の相互参照
本開示は、２０１１年９月３０日に出願された仮特許出願第６１／５４２，１４８号明細書および２０１２年４月６日に出願された仮特許出願第６１／６２１，１１３号明細書の優先権を主張し、その各々の全体を参照によって本明細書に援用する。

本開示は概してセンサシステムに関し、より具体的には自走機械に関する情報を収集するためのセンサシステムに関する。

自走機械は様々な作業現場、例えば建設現場、解体現場、採鉱現場または埋立現場で多様な作業を行うために使用できる。例えば、ブルドーザは建設現場で土石を押し均すために使用できる。ブルドーザは、装軌型自走機械として、機械の左右両側に履帯を備える装軌型下部構造体を含む。履帯の各々は、多数の履板リンクを相互に接続したチェーンを含み、多数の履板をチェーンに接続する。履帯は、機械の両側の各種の転輪アセンブリにより支持される。

ブルドーザの動作が、履板リンクや転輪アセンブリなどの、下部構造体の部材を含む各種の部材の摩耗や損傷を招くことは避けられない。機械部材は例えば、部材がその予想寿命（部材の製造後の年数またはその部材が経た使用時間数に基づく）を超えたとき、または部材の検査や評価の結果に基づいて、修理または交換を行うことが知られている。

部材の修理または交換を行うべき時期を判断するための、このような既知の方法には多くの欠点がある。例えば、特定の機械部材は、その予想寿命をはるかに超えて使用できることがあり、それゆえ、製造後の年数だけに基づく部材の交換は、時期尚早で、不必要なコストと機械のダウンタイムの原因となる可能性がある。逆に、特定の機械部材は、その予想寿命よりずっと前に故障する可能性もあり、損傷した部材を含む機械の動作を続けた場合、機械のその他の部材の損傷を招き得る。同様に、機械部材の点検と評価は、結果的に部材の修理や交換が不要と判断されたときには、不必要なコストと機械のダウンタイムにつながったことになりうる。さらには、点検と評価では、機械を評価するために、機械のあちこちに各種のセンサを一時的に取り付けて、長い配線でセンサとセンサからのデータやその他の情報を収集するコンピュータとをつながなければならないことがある。配線により、機械を作業現場で動作できなくなり、それゆえ、このような評価では、機械が作業を行っているときの実際の使用に関する情報が得られない。

そこで、自走機械に関する情報収集のための改良されたセンサシステムが求められている。本開示によるセンサシステムと方法は、既知のシステムと方法の使用から生じる上記およびその他の欠点を克服または回避できる。

本開示は、作業現場で作業を行うように構成された自走機械の機械部材に関する情報を収集する方法を提供できる。センサシステムを機械部材の表面または内部に取り付けてもよく、機械部材をセンサシステムとともに自走機械に取り付けてもよい。情報は、機械が作業現場で作業を行っている間にセンサシステムを使って収集してもよく、この情報は、機械部材に生じる特徴に関する。情報は、センサシステムを使って転送してもよい。

本開示はさらに、作業現場で作業を行うように構成された自走機械の下部構造体の機械部材に関する情報を、機械部材の表面またはその内部のセンサシステムを使って収集する方法をさらに提供できる。この情報は、機械が作業現場で作業を行っている間にセンサシステムを使って収集してもよく、この情報は、下部構造体の機械部材に生じる摩耗、温度、液量、液圧または負荷のうちの少なくとも１つに関する。収集した情報は、機械が作業を行っている間にセンサシステムを使って転送してもよい。

本開示はさらにまた、トンネルを掘削するように構成されたトンネル掘削機の切削ヘッドの機械部材に関する情報を、機械部材の表面または内部のセンサシステムを使って収集する方法を提供できる。この情報は、機械がトンネルを掘削している間にセンサシステムを使って収集してもよく、この情報は、切削ヘッドの機械部材に生じる摩耗、温度、液量、液圧または負荷のうちの少なくとも１つに関する。収集した情報は、機械がトンネルを掘削している間にセンサシステムを使って転送してもよい。

本開示によるセンサシステムのブロック図を示す。 本開示による図１のセンサシステムを使用できるブルドーザの斜視図を示す。 本開示による図１のセンサシステムを使用できるトンネル掘削機の斜視図を示す。 本開示による図１のセンサシステムの例示的な使用方法を示す。

図１は、本開示によるセンサシステム１０の例示的実施形態のブロック図である。センサシステム１０は、センサシステム１０がその表面または内部に取り付けられている自走機械に関するデータまたはその他の情報を測定および／または受信してもよく、および／またはそのようなデータまたはその他の情報を出力してもよい。詳しくは後述するように、測定され、受信され、および／または出力された情報は、センサシステム１０がその表面または内部に取り付けられている機械の特徴、機械の部材の特徴、機械の動作条件、機械に生じる環境条件、またはその他あらゆる情報のうちの１つまたは複数に関していてもよい。例えば、センサシステム１０は、トラクタ（図２に示されており、図２に示されるブルドーザに関して後で説明される）、トンネル掘削機（図３に示されており、図３に関して後で説明される）またはその他の任意の機械や構造等の自走機械に使用してもよい。センサシステム１０は、例えば機械部材の製造中に、機械の部材の表面または内部に取り付けてもよく（例えば、内部に埋め込む）、センサシステム１０からの情報は、その機械部材および／または他の機械部材を修繕、修理または交換すべき時期の判断に使用してもよい。あるいは、またはこれに加えて、センサシステム１０からの情報はまた、機械の動作の制御に使用してもよい。自走機械の制御には、センサシステム１０を含む機械部材の調整、他の機械部材の調整、または自走機械の自律制御が含まれていてもよい。機械部材の交換時に、交換用部材もまた、その部材の内部または表面に取り付けられた他のセンサシステム１０を含んでいてよい。

図１に示されるように、センサシステム１０は、例えば１つまたは複数の中央処理ユニット（ＣＰＵ）またはプロセッサを含む１つまたは複数の有体の非一時的なハードウェア部材を含んでいてもよい。例えば、センサ部材１２は、入力として情報を直接的および／または間接的に測定し、検出し、および／またはその他の方法で受信するために使用してもよい。信号調整器１４は、センサ部材１２から受け取った信号を調整して、この信号をセンサシステム１０の１つまたは複数の部材が使用できるようにしてもよい。増幅器１６は、１つまたは複数の信号を増幅して、これをセンサシステム１０の１つまたは複数の部材がさらに使用できるようにしてもよい。マルチプレクサ１８は、１つまたは複数の信号を多重化して、これをセンサシステム１０の１つまたは複数の部材がさらに使用できるようにしてもよい。アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータとデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータのいずれかまたは両方などのコンバータ２０は、１つまたは複数の信号を変換して、これをセンサシステム１０の１つまたは複数の部材がさらに使用できるようにしてもよい。

低電力コントローラなどのコントローラ２２は、センサ部材１２から受け取った入力および／または、信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８、コンバータ２０のいずれかまたは全部により処理された１つまたは複数の信号に応答して出力を供給してもよい。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とリードオンリメモリ（ＲＯＭ）のいずれかまたは両方などのオンボードメモリ２４は、センサ部材１２から受け取った入力、信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８および／またはコンバータ２０からの１つまたは複数の処理済み信号、コントローラ２２からの出力のうちの１つまたは複数に関する情報を保存してもよい。あるいは、またはこれに加えて、オンボードメモリ２４は、コントローラ２２などのセンサシステム１０の１つまたは複数のその他の部材によって使用される命令を保存してもよい。

例えば無線（ＲＦ）トランシーバなどのトランシーバ２６は、コントローラ２２によって供給された出力を、２．４ＧＨｚ、９００ＭＨｚの周波数またはその他の周波数等で、無線放送してもよい。あるいは、またはこれに加えて、例えばＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ポートまたは同様のポートなどの出力ポート２８が、コントローラ２２により供給された出力を、出力ポート２８に取り外し可能に接続されるケーブルまたはその他のコネクタを通じて転送してもよい。例えばリチウムイオン（Ｌｉイオン）バッテリなどのバッテリ３０は、センサシステム１０の部材の１つまたは複数に動力を供給してもよい。バッテリ３０の代わりに、またはそれに加えて、振動型エネルギーハーベスティングシステムなどのエネルギー源３２がセンサシステム１０の部材の１つまたは複数に動力を供給してもよく、および／またはバッテリ３０の充電に使用されてもよい。これらの部材のいずれかまたは全部は、部材を高温、低温、振動、気候、液体への曝露、作業現場の条件および／または、センサシステム１０の部材に損傷を与える可能性のあるその他の条件から十分に保護する密閉された筐体内に設置されてもよい。

図１はセンサシステム１０において使用される具体的な部材の例を示しているが、センサシステム１０は図中に示される特定の部材に限定されない。むしろ、本開示によれば、センサシステム１０は、上述のもの以外の部材、それより多くの部材、またはそれより少ない部材を含んでいてもよい。さらに、上述のハードウェア部材の１つまたは複数が、部分的または全面的にソフトウェアを使って実装されてもよいことが想定される。このようなソフトウェア部材の１つまたは複数は、有体の非一時的なコンピュータ読取可能記憶媒体上に保存されてもよく、これは、プロセッサまたはその他のコンピュータハードウェアにより実行されたときに本開示による方法と工程を実行する、コンピュータ実行可能命令を含む。

図２は、センサシステム１０を使用するトラクタの特定の非限定的実施形態を示す。具体的には、図は、上記のセンサシステム１０を使用できる自走機械の一例としてのブルドーザ４０を示す。図２はブルドーザを示しているが、センサシステム１０は他のどのような種類の装軌型または装輪型自走機械に使用してもよく、これは例えばトラクタ、ローダ、掘削機または、採鉱、建設、解体、埋立、農業等の業界やその他の業界に関連する作業を行う、他の任意の機械である。

ブルドーザ４０は、動力源４４により駆動される装軌型下部構造体４２を含んでいてもよい。具体的には、動力源４４は、広い範囲の出力速度および／またはトルクで装軌型下部構造体４２を駆動してもよい。動力源４４はエンジン、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、気体燃料型エンジン、またはその他どのような適当なエンジンであってもよい。動力源４４はまた、非燃焼型動力源、例えば燃料電池、動力貯蔵装置、または業界で知られているその他の動力源であってもよい。

装軌型下部構造体４２は、その左右両側に履帯４６（図２にのみ示されている）を含んでいてもよく、これらは動力源４４によって、同様にその左右両側にある起動輪４８を介して駆動される。具体的には、各起動輪４８はファイナルドライブアクスル５０によって駆動されてもよく、これ自体は動力源４４によって駆動される。各履帯４６はチェーン５２を含んでいてもよく、そこに履板５３が取り付けられる。各チェーン５２は、ロッドアセンブリ５６によって相互に接続された履板リンク５５で構成される複数のチェーンリンクアセンブリ５４を含んでいてもよい。起動輪４８はロッドアセンブリ５６と係合して、ここにトルクを伝え、それによって遊動輪アセンブリ５８と転輪アセンブリ６０の周囲でチェーン５２を移動させ得る。各遊動輪アセンブリ５８は誘導輪６２を含んでいてもよく、これは遊動輪車軸（図示せず）に取り付けられて回転する。各転輪アセンブリ６０は転輪リム６４を含んでいてもよく、これは転輪車軸（図示せず）に取り付けられて回転する。一般に、２つの遊動輪アセンブリ５８と４〜８つの転輪アセンブリ６０をブルドーザ４０の各々の側で使用してもよい。しかしながら、ブルドーザ４０の片側または両側で異なる数の遊動輪アセンブリ５８および／または転輪アセンブリ６０を使用してもよい。本開示によれば、遊動輪アセンブリ５８と転輪アセンブリ６０のいずれかまたは両方とともに、またはその代わりに他の転輪アセンブリ（図示せず）を使用してもよい。

図２に示されるように、ブルドーザ４０は、機械の後端に接続された土工装置６６を含んでいてもよい。土工装置６６は例えば、地表、岩または作業現場のその他の物質を破壊するように構成されたリッパであってもよい。リッパは、リッパシャンク６８に取り外し可能に取り付けられた交換可能なリッパチップ６７を含んでいてもよい。図２は、特定の土工装置の一例を示すが、ブルドーザ４０はリッパのみの使用に限定されない。その代わりに、ブルドーザ４０は別の種類の土工装置を使用してもよい。また、本開示によれば、ブルドーザ４０は土工装置６６をまったく使用しなくてもよい。

図２に示されるように、ブルドーザ４０は機械の前端に接続された排土板６９を含んでいてもよい。排土板６９は、作業現場の例えば土、岩、またはデブリを押し均し、移動させ、持ち上げ、運出し、またはその他の方法で作業を行うために使用してもよい。図２は特定の排土板６９の一例を示しているが、ブルドーザ４０は、この特定の排土板の使用に限定されない。その代わりに、ブロドーザ４０は異なるタイプのブレードを含んでもよい。また、本開示によれば、ブルドーザ４０は排土板６９をまったく使用しなくてもよい。土工装置６６および／または排土板６９およびその他の部材を含みうるブルドーザ４０とのセンサシステム１０の使用に関する詳細を、次の項で説明する。

図３は、上記のセンサシステム１０を使用できる自走機械の別の具体的な例として、トンネル掘削機７０を示している。センサシステム１０は、図３に示される特定の掘削機との使用に限定されず、例えば土、岩、および／またはその他の物質を切り開いて、またはその他の方法で排除するどのような掘削機とともに使用してもよい。

図３に示されるように、トンネル掘削機７０は、地中にトンネルを掘削しながら土、岩、その他の物質を切り開くように構成された切削ヘッド７２を含んでいてもよい。切削ヘッド７２は、縦軸７５を含む円筒形本体７４の第一の端に取り付けられていてもよい。トンネルの掘削中、切削ヘッド７２は円筒形本体７４の縦軸７５の周囲で回転してもよく、その一方で、円筒形本体７４は回転しない。

切削ヘッド７２は、土、岩、砂利、またはその他の物質のいずれかまたはすべてを切り開き、その他の方法でほぐすように構成された複数のカッタ７６（例えば、広い言葉でロックカッタと呼ばれるドラッグカッタおよび／またはローラカッタ）を含んでいてもよい。切削ヘッド７２はまた、ロックカッタ７６間に配置された複数の取り込みポート８０を含んでいてもよい。各取り込みポート８０は、円筒形本体７４の中空の内部と連通していてもよい。コンベヤおよびミキサ（図示せず）などの各種の物質移動機構を円筒形本体７４の中空の内部の中に配置してもよい。

この構成によって、土、岩、またはその他の物質はまず、トンネル掘削機７０によって地中に形成されているトンネルから、円筒形本体７４に関する切削ヘッド７２の回転によって切削され、ほぐされ、またはその他の方法で排除される。トンネルから切削され、ほぐされた物質は、取り込みポート８０を通じて円筒形本体７４の中空の内部で受けられてもよい。物質は、中空の内部を通って運ばれ、トンネル掘削機７０の後端８２から排出されてもよい。推進機構（図示せず）を使って、トンネル掘削機７０を土中で推進させてもよく、その間、物質が切削ヘッド７２によってトンネルから排出される。とりわけ切削ヘッド７２を含みうるトンネル掘削機７０とのセンサシステム１０の使用に関する詳細を以下に述べる。

従って、上記の説明はセンサシステム１０の例示的な構成およびセンサシステム１０を使用できる特定の自走機械の例（例えば、ブルドーザ４０とトンネル掘削機７０）についての説明である。しかしながら、センサシステム１０は、これらの具体的な自走機械における使用に限定されず、以下の説明に従って、他の各種の機械や構造にも使用できる。センサシステム１０のさらに詳しい使用方法を、図４を参照しながら後述する。

本開示によれば、上記のセンサシステム１０は、センサシステム１０が使用される機械、例えばブルドーザ４０やトンネル掘削機７０等の自走機械に関するデータまたはその他の情報を測定および／または受信してもよく、および／またはそのようなデータまたはその他の情報を出力してもよい。以下に、センサシステム１０で測定可能な、摩耗、温度、液量、液圧、負荷を含む特徴の具体的な例を説明する。また、以下では、センサシステム１０の特定の例示的方法を、図４を参照しながら説明する。しかしながら、センサシステム１０はこれらの具体的な例に限定されない。

本開示によれば、センサシステム１０は、摩耗（例えば、１つまたは複数のその他の部材との使用および／または接触によって生じる部材の物理的大きさまたは形状の変化であるが、これに限定されない）を測定するために使用してもよい。非限定的な例として、センサシステム１０は、自走機械の装軌型または装輪型下部構造体の中の部材、例えば履板リンク、履板、転輪アセンブリの部材、遊動輪アセンブリの部材、起動輪、ブッシング、その他任意の転輪、およびこれらまたはその他の部材の組み合わせの摩耗を測定してもよい。本開示によれば、センサシステム１０は土工装置の部材、例えばバケットのチップ、アダプタ、エッジ、ベースエッジ、サイドカッタ、またはその他の部材、コンパクタのチップ、プレート、エンドビット、またはその他の部材、リッパチップ、刃先、ウェアバー、ウェアプレート、およびこれらまたはその他の部材の組み合わせの摩耗を測定してもよい。また、本開示によれば、センサシステム１０はトンネル掘削機の部材、例えばロックカッタ、切削ヘッドのその他の部材、またはこれらまたはその他の部材の組み合わせの摩耗を測定するために使用してもよい。しかしながら、センサシステム１０はこれらのシステムおよび部材のみの摩耗の測定に限定されず、上記のシステムのいずれかの部材、または他のシステムの別の部材の摩耗の測定に使用してもよい。

センサシステム１０を摩耗の測定に使用する場合、センサシステム１０の部材、例えばセンサ部材１２を、摩耗が測定されるべき場所に設置してもよい。例えば、センサ部材１２を機械部材の表面の具体的な部分に設置し、機械部材の表面が摩耗すると、同時にセンサ部材１２にもそれに対応する量の摩耗が生じるようにしてもよい。センサ部材１２の特徴または出力は、センサ部材１２が摩耗すると変化しうる。本開示によれば、センサ部材１２の部材（ワイヤ、コンデンサ、抵抗器、ダイオード、トランジスタまたはその他の部材）の摩耗量が閾値を超えると回路が開閉してもよく、またはセンサ部材１２の電気特性が、センサ部材１２が受ける摩耗の量に基づいて、およびこれに関係して徐々に変化してもよい。信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８、コンバータ２０などのセンサシステム１０の上記の部材は、センサ部材１２から受け取った信号および／または相互から受信した１つまたは複数の信号を処理するために使用してもよい。

コントローラ２２は、センサ部材１２から受け取った入力および／または信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８、コンバータ２０の１つまたは複数による処理からの信号に応答して出力を供給してもよい。メモリ２４は、センサ部材１２から受け取った入力、信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８、コンバータ２０の１つまたは複数からの処理済み信号、およびコントローラ２２からの出力のうちの１つまたは複数に関する情報を保存してもよい。トランシーバ２６および／または出力ポート２８は、コントローラ２２により供給される出力を転送してもよい。バッテリ３０および／またはエネルギー源３２は、センサシステム１０の部材の１つまたは複数に動力を供給してもよい。プロセッサまたはその他のコンピュータシステムなど、自走機械に搭載された１つまたは複数の部材がコントローラ２２の出力を受け取って、機械に乗っているオペレータが是正措置またはその他の行動（例えば、センサシステム１０および／またはその他の部材を含む機械部材の修理、修繕または交換を含む）を取ることができるように、センサシステム１０を含む機械部材および／またはその他の機械部材の自動調整が行われるように、および／または自走機械の自律制御が行われるように警報を発してもよい。あるいは、またはそれに加えて、プロセッサまたはその他のコンピュータシステムなど、機械に搭載されていない１つまたは複数の部材がコントローラ２２の出力を受け取ってもよい。

同じく本開示によれば、センサシステム１０は温度を測定するために使用してもよい。非限定的な例として、センサシステム１０は、自走機械の装軌型または装輪型下部構造体の部材、例えば転輪アセンブリの部材、遊動輪アセンブリの部材、ブッシング、その他の任意の転輪、およびこれらまたはその他の部材の組み合わせの、またはその内部の温度を測定してもよい。本開示によれば、センサシステム１０は、トンネル掘削機の部材、例えばロックカッタ、切削ヘッドのその他の部材、またはその他の任意の部材の、またはその内部の温度の測定に使用してもよい。センサシステム１０は、これらのシステムと部材のみの温度の測定に限定されず、上記のシステムのいずれかの部材、またはその他のシステムの別の部材の温度の測定に使用してもよい。

センサシステム１０の部材、例えばセンサ部材１２は、温度測定に使用してもよい。例えば、センサ部材１２はサーモカップルを含んでいてもよい。センサ部材１２は、機械の部材の内部の流体、例えば潤滑剤（例えばオイル）の中に浸漬されても、されなくてもよい。従って、センサシステム１０の上記の部材は１つまたは複数の信号を処理し、コントローラ２２からの出力を、例えばトランシーバ２６および／または出力ポート２８を使用して転送してもよい。その出力は、機械に搭載された部材および／または機械に搭載されていない部材が受け取ってもよい。

さらに本開示によれば、センサシステム１０は液量または液圧を測定するために使用してもよい。非限定的な例としては、センサシステム１０は自走機械の装軌型または装輪型下部構造体の部材、例えば転輪アセンブリ、遊動輪アセンブリまたはその他の任意の転輪アセンブリのいずれかに関連する１つまたは複数の油圧システムおよびこれらまたはその他の部材の組み合わせの内部の液量または液力を測定してもよい。本開示によれば、センサシステム１０はトンネル切削機の部材、例えばロックカッタに関連する１つまたは複数の油圧システム、切削ヘッドに関連する１つまたは複数の油圧システムのその他の部材、またはその他任意の部材の内部の液量または液圧を測定するために使用してもよい。センサシステム１０は、これらのシステムと部材のみの内部の液量または液圧を測定することに限定されず、上記のシステムのいずれかの部材またはその他のシステムの別の部材の内部の液量または液圧の測定に使用してもよい。

センサシステム１０の部材、例えばセンサ部材１２は、液量または液圧の測定に使用してもよい。センサ部材１２は、機械の部材の内部の流体、例えば潤滑剤（オイル等）に浸漬されても、されなくてもよい。例えば、センサ部材１２は、液量を光学的に検出する光センサを含んでいてもよい。あるいは、またはこれに加えて、センサ部材１２は部材の内部の液圧を測定する圧力センサを含んでいてもよい。従って、センサシステム１０の上記の部材は、１つまたは複数の信号を処理し、例えばトランシーバ２６および／または出力ポート２８を使って、コントローラ２２からの出力を転送してもよい。この出力は、機械に搭載された部材および／または機械に搭載されていない部材が受け取ってもよい。

さらに本開示によれば、センサシステム１０は負荷の測定に使用してもよい。非限定的な例として、センサシステム１０は自走機械の装軌型または装輪型下部構造体の内部の部材、例えば履板リンク、履板、転輪アセンブリの部材、遊動輪アセンブリの部材、起動輪、ブッシング、その他の任意の転輪、およびこれらまたはその他の部材の組み合わせにかかる負荷を測定してもよい。本開示によれば、センサシステム１０は、土工装置の部材、例えばバケットのチップ、アダプタ、エッジ、ベースエッジ、サイドカッタまたはその他の任意の部材、コンパクタのチップ、プレート、エンドビットまたはその他の任意の部材、リッパチップ、刃先、ウェアバー、ウェアプレート、およびこれらまたはその他の部材の組み合わせにかかる負荷を測定してもよい。また本開示によれば、センサシステム１０はトンネル掘削機の部材、例えばロックカッタ、切削ヘッドのその他の部材、またはこれらまたはその他の部材の組み合わせにかかる負荷を測定するために使用してもよい。しかしながら、センサシステム１０はこれらのシステムと部材にかかる負荷の測定に限定されず、上記のシステムのいずれかの部材または他のシステムの別の部材にかかる負荷を測定するために使用してもよい。

センサシステム１０を負荷の測定に使用する場合、センサシステム１０の部材、例えばセンサ部材１２を、負荷が測定される予定の場所に設置してもよい。例えば、センサ部材１２は１つまたは複数のひずみゲージであってもよい。従って、センサシステム１０の上述の部材は、１つまたは複数の信号を処理して、例えばトランシーバ２６および／または出力ポート２８を使って、コントローラ２２からの出力を転送してもよい。この出力は、機械に搭載された部材および／または機械に搭載されていない部材が受け取ってもよい。

図４は、機械部材に生じる、またはこれが受ける上記のような特徴の１つまたは複数に関する情報を測定し、またはその他の方法で収集するように構成されたセンサシステム１０を使用する例示的方法を示す。図４に示されるように、ステップ４１０で、センサシステム１０を自走機械、例えばブルドーザ４０、トンネル掘削機７０またはその他の任意の機械の部材の表面または内部に設置してもよい。センサシステム１０を取り付ける場所と方法は、センサシステム１０により測定されるべき１つまたは複数の特徴に関連していてもよい。例えば、センサシステム１０が履板リンクにかかる負荷を測定する場合、センサシステム１０を履板リンクの内部の表面、またはその中に直接取り付けてもよい。本開示によれば、センサシステム１０は、機械部材の製造中に据え付けてもよく、センサシステム１０の取り外し、交換、または修理を妨害または阻止するような方法で取り付けて、機械部材とセンサシステム１０が単体となるようにしてもよい。さらに、図４に示されるように、ステップ４２０で、センサシステム１０を備えた機械部材を自走機械に取り付けてもよい。この機械部材を取り付けるには、センサシステム１０を含まない機械部材と比較して、追加のステップ、工具据付、または工程が必要となり得る。図２に関連して前述したように、特定の機械部材は、装軌型下部構造体の部材などの、ブルドーザ用であってもよい。また、図３に関連して上述したように、特定の部材は、切削ヘッドの部材のように、トンネル掘削機用であってもよい。しかしながら本開示によれば、ステップ４１０の機械部材はこれらの具体的な機械に使用される部材に限定されず、それゆえ、ステップ４２０の機械も同様に、ブルドーザまたはトンネル掘削機であることに限定されない。

図４に示されるように、ステップ４３０で、センサシステム１０が、機械部材に生じた特徴の測定結果（例えば、摩耗、温度、液量、液圧、または負荷）に関するデータまたはその他の情報を収集し、処理してもよい。この情報は、作業現場での機械の動作中に収集してもよく、それゆえ、機械が作業を行っている間に機械部材が受けた、またはそれに生じた実際の条件を反映しうる。本開示によれば、センサシステム１０は、測定されるべき特定の特徴に関する情報を受け取るように構成された特定のセンサ部材１２を含んでいてもよい。例えば、センサシステム１０が履板リンクの受けた負荷を測定しようとする場合、センサ部材１２は１つまたは複数のひずみゲージを含んでいてもよい。前述のように、信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８、コンバータ２０などのセンサシステム１０の部材は、センサ部材１２から、および／または相互から受け取った信号を処理するために使用してもよい。コントローラ２２は、センサ部材１２から受け取った入力および／または信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８、コンバータ２０の１つまたは複数から受け取った信号に応答して出力を決定してもよい。メモリ２４は、センサ部材１２から受け取った入力、信号調整器１４、増幅器１６、マルチプレクサ１８、コンバータ２０の１つまたは複数からの信号、コントローラ２２からの出力のうちの１つまたは複数に関連する情報を保存してもよい。

図４に示されるように、ステップ４４０で、センサシステム１０は、測定された特徴に関する情報を出力してもよい。例えば、センサシステム１０が履板リンクの受ける負荷に関する情報を収集する場合、コントローラ２２により決定された出力はその負荷を示すものとなりうる。トランシーバ２６および／または出力ポート２８は、コントローラ２２から提供された出力を転送してもよい。この出力は、機械に搭載された部材および／または機械に搭載されていない部材が受け取ってもよい。例えば、搭載された、および／または搭載されていない部材がこの出力を使用して警報を発してもよく、それにより、機械に乗っているオペレータまたは別の存在が是正措置またはその他の行動をとることができ、機械部材（例えば、センサシステム１０および／またはその他の部材を含む）の自動調整が生じ得、および／または自走機械が自律制御され得る。

本開示によれば、１つのセンサシステム１０が複数の上記の特徴を測定してもよく（例えば、摩耗、温度、液量、液圧、負荷のうちの少なくとも２つを測定してもよく）、および／またはその他の特徴を測定してもよい。あるいは、またはこれに加えて、自走機械またはその他の構造は、複数のセンサシステム１０を含んでいてもよく、各々が上記の特徴および／またはその他の特徴の１つまたは複数を測定する。それゆえ、上記の説明は具体的な例を提供しているが、センサシステム１０は上述の特定の使用に限定されない。むしろ、センサシステム１０は、それがその表面および／または内部に設置されている機械のいずれかの特徴、機械のある部材の特徴、機械の動作条件、環境条件、周囲条件またはその他任意の情報を測定してもよい。非限定的な例として、センサシステム１０は、応力、部材間の相対的距離、速度、角速度、加速度、角加速度、位置、ボルト締付負荷、ジョイント締付負荷、亀裂開始、亀裂伝播、トルク、部品が適正に取り付けられているか否か、部品がしっかりと取り付けられているか否か、部品が緩いか否か、部品がなくなっているか否か、部品が回転しているか否か、部品が回転していないか否かをとりわけ測定または判断してもよい。

センサシステム１０の出力は、様々な方法で使用できる。非限定的な例として、出力は、機械部材の構造寿命を評価するため、部材の摩耗寿命を評価するため、発生しそうな部材の故障の警報を発するため、部材の保守または交換が望ましい、または必要であるとの警報を発するため、部材の故障または摩耗を軽減するように機械の動力を制御するため、部材の故障または摩耗を防止するために機械の装置の動作の自律制御を行わせるため、履帯の張力の調整が望ましい、または必要であるとの警報を発するため、部材の異常な摩耗の警報を発するため、および／または機械の動作の自律制御を行わせるために使用してもよい。さらに、出力は様々な存在により使用されてもよい。非限定的な例として、出力は、機械のオペレータ、作業現場の監督、修理担当者、および／または顧客が使用してもよい。それゆえ、センサシステム１０を使用することによって得られる利点には、機械の寿命の改善、機械の性能の改善、機械の保守計画の改善、設備保守管理者による機械の追跡の改善、部材の寿命の改善、部材の性能の改善、機械の再販価格の増大、および／または製品の設計と検証の改善が含まれることもある。

もちろん、センサシステム１０は上述の特定の機械または例に限定されず、いずれかのタイプの土工装置を有する機械などのどのような機械に使用してもよい。例えば、機械は、油圧フロントショベル、ケーブル（ロープ）ショベル、バックホー、大型掘削機（ｍａｓｓ ｅｘｃａｖａｔｏｒ）、油圧掘削機、ドラグライン、ホイールローダ、履帯型ローダ、またはその他のいずれの機械であってもよい。

当業者にとっては、上述のセンサシステムに様々な改良や改変を加えられることが明らかであろう。当業者にとっては、本明細書で開示されたアセンブリと方法の仕様と実施を考えることにより、上述のセンサシステムのその他の実施形態も明らかとなるであろう。仕様と例は非限定的と考えるものとする。

１０ センサシステム
１２ センサ部材
１４ 信号調整器
１６ 増幅器
１８ マルチプレクサ
２０ コンバータ
２２ コントローラ
２４ メモリ
２６ トランシーバ
２８ 出力ポート
３０ バッテリ
３２ エネルギー源
４０ ブルドーザ
４２ 装軌型下部構造体
４４ 動力源
４６ 履帯
４８ 起動輪
５０ ファイナルドライブアクスル
５２ チェーン
５３ 履板
５４ チェーンリンクアセンブリ
５５ 履板リンク
５６ ロッドアセンブリ
５８ 遊動輪アセンブリ
６０ 転輪アセンブリ
６２ 遊動輪
６４ 転輪リム
６６ 土工装置
６７ リッパチップ
６８ リッパシャンク
６９ 排土板
７０ トンネル掘削機
７２ 切削ヘッド
７４ 円筒形本体
７５ 縦軸
７６ ロックカッタ
８０ 取り込みポート
８２ バックエンド
４１０（ステップ）−機械部材内にセンサシステムを取り付ける。
４２０（ステップ）−自走機械内に部材を取り付ける。
４３０（ステップ）−特徴に関する情報を収集し、処理する。
４４０（ステップ）−特徴に関する情報を出力する。

Claims (20)

1. 作業現場で作業を行うように構成された自走機械の機械部材に関する情報を収集する方法において、
   機械部材の表面または内部にセンサシステムを取り付けるステップと、
   センサシステムを備えた機械部材を自走機械に取り付けるステップと、
   作業現場で機械が作業を行っている間にセンサシステムで情報を収集するステップであって、情報が機械部材に生じた特徴に関するステップと、
   センサシステムで情報を転送するステップと、
   を含む方法。
2. 特徴が、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
3. 転送するステップが、情報を無線で転送するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. センサシステムがセンサ部材を含み、センサ部材が、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関する情報を収集するように構成された、請求項３に記載の方法。
5. センサ部材が、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも２つに関する情報を収集するように構成された、請求項４に記載の方法。
6. センサシステムが、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関する情報を収集するように構成された第二のセンサ部材を含む、請求項４に記載の方法。
7. 機械部材を取り付けるステップが、機械部材を自走機械の装軌型下部構造体に取り付けるステップを含む、請求項２に記載の方法。
8. 機械部材を取り付けるステップが、機械部材をトンネル掘削機の切削ヘッドに取り付けるステップを含む、請求項２に記載の方法。
9. 作業現場で作業を行うように構成された自走機械の下部構造体の機械部材に関する情報を、機械部材の表面または内部のセンサシステムで収集する方法であって、
   作業現場で機械が作業を行っている間にセンサシステムで情報を収集するステップであって、情報が下部構造体の機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関するステップと、
   機械が作業を行っている間に、収集された情報をセンサシステムで転送するステップと、
   を含む方法。
10. 転送された情報に基づいて、機械部材を調整すること、自走機械の別の部材を調整すること、または自走機械の動作を自律制御することのうちの少なくとも１つによって自走機械の動作を制御するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 転送するステップが、収集された情報を無線で転送するステップを含む、請求項９に記載の方法。
12. センサシステムがセンサ部材を含み、センサ部材が、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関する情報を収集するように構成された、請求項９に記載の方法。
13. センサ部材が、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも２つに関する情報を収集するように構成された、請求項１２に記載の方法。
14. センサシステムが、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関する情報を収集するように構成された第二のセンサ部材を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 下部構造体が、下部構造体の左側と右側に第一と第二の履帯を含む装軌型下部構造体である、請求項９に記載の方法。
16. トンネルを掘削するように構成されたトンネル掘削機の切削ヘッドの機械部材に関する情報を、機械部材の表面または内部のセンサシステムで収集する方法において、
    機械がトンネルを掘削している間にセンサシステムで情報を収集するステップであって、情報が切削ヘッドの機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関するステップと、
    機械がトンネルを掘削している間に、収集された情報をセンサシステムで情報を転送するステップと、
    を含む方法。
17. 機械部材がロックカッタである、請求項１６に記載の方法。
18. センサシステムがセンサ部材を含み、センサ部材が、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関する情報を収集するように構成された、請求項１６に記載の方法。
19. センサ部材が、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも２つに関する情報を収集するように構成された、請求項１８に記載の方法。
20. センサシステムが、機械部材に生じた摩耗、温度、液量、液圧、または負荷のうちの少なくとも１つに関する情報を収集するように構成された第二のセンサ部材を含む、請求項１８に記載の方法。

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