提供連桿定位訓(xùn)練的挖掘系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及一種挖掘系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種提供連桿定位訓(xùn)練的挖掘系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如液壓挖掘機(jī)、反鏟機(jī)、正鏟機(jī)、拉鏟機(jī)以及其它種類重型設(shè)備的挖掘機(jī)器使用作業(yè)工具(例如鏟斗)來移動(dòng)土壤材料。作業(yè)工具通過連桿方式連接到機(jī)器的主體，并且經(jīng)由附接到連桿的不同節(jié)段的一個(gè)或多個(gè)液壓致動(dòng)器來回運(yùn)動(dòng)。為了能夠獲利，操作人員必須在給定時(shí)間內(nèi)用作業(yè)工具移動(dòng)盡可能多的材料。并且為了移動(dòng)盡可能多的材料，操作人員必須在機(jī)器的每次挖掘經(jīng)過中正確地裝填作業(yè)工具。這是很困難的，尤其是在操作人員不熟練、缺乏經(jīng)驗(yàn)、或者被阻擋而不能適當(dāng)?shù)赜^察連桿和作業(yè)工具時(shí)。
[0003]于2012年10月18日公開的Taylor等人的美國專利公開申請N0.2012/0263566 ( “’ 566公開文獻(xiàn)”)中公開了改進(jìn)機(jī)器操作的一種嘗試。具體地，’ 566公開文獻(xiàn)公開了一種帶有自動(dòng)擺動(dòng)到料斗(swing-to-hopper)控制系統(tǒng)的繩伊所述控制系統(tǒng)包括控制器，控制器追蹤繩鏟的提升(上/下)運(yùn)動(dòng)、塞進(jìn)(crowd)(進(jìn)/出)運(yùn)動(dòng)、和擺動(dòng)(左/右)運(yùn)動(dòng)。然后控制器在繩鏟位于料斗上方的期望位置時(shí)使綠色LED點(diǎn)亮。當(dāng)繩?產(chǎn)的操作人員看見LED時(shí)，操作人員使繩伊^停止運(yùn)動(dòng)并傾卸其容納物。
[0004]雖然’ 566公開文獻(xiàn)的系統(tǒng)可通過幫助操作人員將繩鏟適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉谟糜趦A卸的料斗上方來改進(jìn)機(jī)器操作，但是所述系統(tǒng)并不是最優(yōu)。特別是，在傾卸過程中繩鏟的裝載對生產(chǎn)材料運(yùn)動(dòng)的影響比鏟的定位要大。例如，將較大的力從鏟傳遞到材料中，以及隨后的使鏟裝載相應(yīng)較大量的材料會(huì)使繩鏟具有更高的效率和生產(chǎn)力。并且‘566公開文獻(xiàn)中的自動(dòng)擺動(dòng)到料斗系統(tǒng)不能影響鏟的裝載。此外，該自動(dòng)擺動(dòng)到料斗系統(tǒng)對除繩鏟之外的機(jī)器缺乏適用性。
[0005]本發(fā)明公開的挖掘系統(tǒng)針對克服以上所述的一種或多種問題和/或現(xiàn)有技術(shù)中的其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明一方面針對用于機(jī)器的挖掘系統(tǒng)。所述挖掘系統(tǒng)可包括作業(yè)工具、和將作業(yè)工具連接到機(jī)器的連桿。挖掘系統(tǒng)還可包括能夠產(chǎn)生表示連桿的角度的信號的至少一個(gè)傳感器、顯示器、以及與所述至少一個(gè)傳感器和顯示器通信的控制器?？刂破髂軌蛟谶B桿的角度處于期望的材料穿入角度范圍內(nèi)時(shí)選擇性地使顯示器通知挖掘系統(tǒng)的使用人員。
[0007]本發(fā)明另一方面針對控制具有作業(yè)工具的挖掘機(jī)器的方法。所述方法可包括感應(yīng)連接到作業(yè)工具的連桿的角度。方法還可包括在角度處于期望的材料穿入角度范圍內(nèi)時(shí)產(chǎn)生通知。
【附圖說明】
[0008]圖1是示意性公開機(jī)器的等距視圖；
[0009]圖2是可連同圖1的機(jī)器使用的示意性公開挖掘系統(tǒng)的示意圖；和
[0010]圖3-5是可與圖2的挖掘系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的不同的示意性公開顯示器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1示出具有協(xié)作挖掘并將材料裝載到附近的拖運(yùn)車輛12上的多個(gè)系統(tǒng)和組件的示意性挖掘機(jī)器10。在描繪的示例中，機(jī)器10是液壓挖掘機(jī)。但是可以預(yù)見，機(jī)器10可以替代地為其它挖掘或物料搬運(yùn)機(jī)器，例如反鏟機(jī)、正鏟機(jī)、拉鏟挖掘機(jī)或其它類似的機(jī)器。除了其它的之外，機(jī)器10可包括能夠在壕溝內(nèi)或土堆處的挖掘位置18與傾卸位置20(例如拖運(yùn)車輛12上方)之間運(yùn)動(dòng)作業(yè)工具16的挖掘系統(tǒng)14。機(jī)器10還可包括用于手動(dòng)控制挖掘系統(tǒng)14的操作員控制臺22?？梢灶A(yù)見，如果需要的話機(jī)器10除了裝車之外可執(zhí)行諸如起吊、挖溝以及物料搬運(yùn)的操作。
[0012]挖掘系統(tǒng)14可包括通過流體致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)作業(yè)工具16起作用的連桿。具體地，挖掘系統(tǒng)14可包括通過一對相鄰的雙作用液壓缸28(圖1中只示出I個(gè))相對于作業(yè)表面26豎直樞轉(zhuǎn)的吊桿24。挖掘系統(tǒng)14還可包括通過單個(gè)雙作用液壓缸36相對于吊桿24繞水平樞轉(zhuǎn)軸32豎直樞轉(zhuǎn)的桿30。挖掘系統(tǒng)14還可包括操作地連接到作業(yè)工具16以相對于桿30繞水平樞轉(zhuǎn)軸40豎直地傾斜作業(yè)工具16的單個(gè)雙作用液壓缸38。吊桿24可樞轉(zhuǎn)地連接到機(jī)器10的框架42，而框架42可樞轉(zhuǎn)地連接到底盤44并通過一個(gè)或多個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)49繞豎直軸線46擺動(dòng)。桿30可利用樞轉(zhuǎn)軸32和40將作業(yè)工具16樞轉(zhuǎn)地連接到吊桿24?？梢灶A(yù)見，如果需要的話，挖掘系統(tǒng)14內(nèi)可包括以除上面所述之外的方式連接的更多或更少數(shù)量的流體致動(dòng)器。
[0013]許多不同的作業(yè)工具16能夠附接到單個(gè)機(jī)器10并且能夠經(jīng)由操作人員控制臺22進(jìn)行控制。作業(yè)工具16可包括用來執(zhí)行特定任務(wù)的任何設(shè)備，例如鏟斗、葉片、鏟、碎土器或本領(lǐng)域已知的任何其它任務(wù)執(zhí)行設(shè)備。雖然在圖1的實(shí)施例中連接用以相對于機(jī)器10提升、擺動(dòng)和傾斜，但是作業(yè)工具16可替代地或除此之外地以本領(lǐng)域已知的其它方式旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、伸展、張開和關(guān)閉、或運(yùn)動(dòng)。
[0014]操作人員控制臺22可配置成從機(jī)器操作人員接收表示期望的作業(yè)工具運(yùn)動(dòng)的輸Ao具體地，操作人員控制臺22可包括一個(gè)或多個(gè)輸入設(shè)備50，具體例如，定位在操作人員座位(未示出)近側(cè)的單軸線或多軸線操縱桿。輸入設(shè)備50可以是比例式控制器，其能夠通過產(chǎn)生表示特定方向上的期望作業(yè)工具速度和/或力的作業(yè)工具位置信號來定位和/或定向作業(yè)工具16。位置信號可用來致動(dòng)任意一個(gè)或多個(gè)液壓缸28、36、38和/或一個(gè)或多個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)49。可以預(yù)見，操作人員控制臺22內(nèi)可替代地或除此之外地包括不同的輸入設(shè)備，例如方向盤、旋鈕、推拉設(shè)備、開關(guān)、踏板、以及本領(lǐng)域已知的其它操作人員輸入設(shè)備。
[0015]在操作機(jī)器10的過程中，操作人員可從控制臺22內(nèi)部操縱輸入設(shè)備50來升高和降低吊桿24、伸展和縮回桿30、以及卷起(curl)和定準(zhǔn)(rack)作業(yè)工具16。并且操作人員協(xié)調(diào)這些功能的方式會(huì)影響挖掘周期的每階段中移動(dòng)材料的量。具體地，當(dāng)最大的力從機(jī)器10的連桿傳遞到材料中時(shí)，可將最大量的材料裝載到作業(yè)工具16中。并且這可在連桿的節(jié)段在期望的材料穿入范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生。例如，在利用作業(yè)工具16的材料穿入過程中當(dāng)桿30以約0° ( S卩，豎直并與重力方向?qū)?zhǔn))和約35°之間的角度α定向遠(yuǎn)離框架42延伸時(shí)，并且當(dāng)作業(yè)工具16的大致平的底部52以約正交于桿30的角度β (例如，約±10°內(nèi))定向時(shí)，可將最大的力傳遞到材料中并且可將相應(yīng)最大量的材料鏟起到作業(yè)工具16中。雖然對于有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來說這些角度范圍是常識，但是對于缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作人員來說以這種方式控制機(jī)器10是很困難的。為此，機(jī)器10可設(shè)置有能夠訓(xùn)練操作人員的挖掘控制器54。
[0016]如圖2所示，挖掘控制器54能夠監(jiān)視機(jī)器10的操作并在機(jī)器10的連桿的運(yùn)動(dòng)處于可使機(jī)器10具有最高效率和生產(chǎn)力的期望范圍內(nèi)時(shí)選擇性地通知操作人員。在公開的示例中，控制器54可與開/閉訓(xùn)練開關(guān)56和多個(gè)傳感器通信。除了其它的之外，傳感器可包括吊桿角度傳感器58、桿角度傳感器60、作業(yè)工具角度傳感器62、擺動(dòng)角度傳感器63、俯仰傳感器64、以及一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器66。在從不同開關(guān)/傳感器56-64接收輸入之后，控制器54可將機(jī)器連桿的當(dāng)前位置與期望范圍進(jìn)行比較，并選擇性地使顯示器68通知操作人員比較情況。
[0017]控制器54可包括協(xié)作完成符合本發(fā)明的任務(wù)的存儲器、二級儲存設(shè)備、時(shí)鐘、以及一個(gè)或多個(gè)處理器。許多市場上可購得的微處理器能夠執(zhí)行控制器54的功能。應(yīng)該認(rèn)識到控制器54易于具體化為能夠控制機(jī)器10的許多其它功能的一般機(jī)器控制器。各種已知電路可與控制器54相關(guān)聯(lián)，包括信號調(diào)節(jié)電路、通信電路、以及其它適合的電路。還應(yīng)該認(rèn)識到控制器54可包括能夠允許控制器54執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的功能的專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、以及邏輯電路中的一個(gè)或多個(gè)。
[0018]開/閉開關(guān)56能夠允許操作人員選擇性地啟動(dòng)儲存在控制器54的存儲器內(nèi)的訓(xùn)練程序。當(dāng)按下(或由操作人員通過其它方式操縱)開關(guān)56時(shí)，控制器54可被啟動(dòng)以開始監(jiān)視機(jī)器操作并使顯示器68選擇性地通知操作人員關(guān)于機(jī)器的性能和操作人員的績效。當(dāng)控制器54關(guān)閉時(shí)(S卩，當(dāng)通過開關(guān)56關(guān)閉訓(xùn)練程序時(shí))，操作人員可不通過顯示器68接收績效通知。在一些例子中，還可在訓(xùn)練程序仍然運(yùn)行時(shí)阻止來自顯示器的通知，但是控制器54已經(jīng)確定機(jī)器10正在執(zhí)行與訓(xùn)練程序不相關(guān)聯(lián)的操作(例如，行進(jìn)或未挖掘材料)。
[0019]吊桿角度傳感器58、桿角度傳感器60、以及作業(yè)工具角度傳感器62可以是類似的并且以相同方式運(yùn)行。具體地，這些傳感器中的每個(gè)都能夠產(chǎn)生表示相應(yīng)連桿節(jié)段的由其關(guān)聯(lián)致動(dòng)器引起的樞轉(zhuǎn)角度的信號。例如，吊桿角度傳感器58能夠產(chǎn)生表示液壓缸28將吊桿24相對于機(jī)器框架42樞轉(zhuǎn)的角度的信號；桿角度傳感器60能夠產(chǎn)生表不液壓缸36將桿30相對于吊桿24樞轉(zhuǎn)的角度的信號；并且作業(yè)工具角度傳感器62能夠產(chǎn)生表示液壓缸38將作業(yè)工具16相對于桿30樞轉(zhuǎn)的角度的信號。這些傳感器中的每個(gè)都可采取本領(lǐng)域已知的任何形式。例如，傳感器58-62可以是產(chǎn)生對應(yīng)于相應(yīng)缸的伸展長度的信號的缸伸展傳感器，然后這些長度被控制器54用來根據(jù)機(jī)器10的已知運(yùn)動(dòng)特性計(jì)算上述角度。替代地，傳感器58-62可直接與上述樞轉(zhuǎn)接合部相關(guān)聯(lián)并能夠產(chǎn)生精確對應(yīng)于樞轉(zhuǎn)角度的信號。如果需要，也可使用其它類型的傳感器。可將由傳感器58-62產(chǎn)生的信號引導(dǎo)至控制器54用于進(jìn)一步處理。
[0020]擺動(dòng)角度傳感器63，像傳感器58-62，能夠產(chǎn)生表示由擺動(dòng)馬達(dá)49所引起的框架42相對于底盤44的樞轉(zhuǎn)角度的信號。擺動(dòng)角度傳感器63能夠直接測量該樞轉(zhuǎn)角度，或者替代地，與和本地參考單元和/或衛(wèi)星接合的本地或全球定位系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)來確定機(jī)器10的擺動(dòng)角度?？蓪⒂蓚鞲衅?3產(chǎn)生的信號引導(dǎo)至控制器54用于進(jìn)一步處理。
[0021]俯仰傳感器64能夠產(chǎn)生表示機(jī)器10 (例如，底盤44的中心點(diǎn))的定向(例如，縱向(pitch)、橫向(roll)、和/或首向(yaw))的一個(gè)或多個(gè)信號。在公開的實(shí)施例中，俯仰傳感器64是慣性測量單元(MU)，其具有產(chǎn)生表示機(jī)器定向相對于重力的改變的信號的一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)和/或陀螺儀。但是可以預(yù)見，俯仰傳感器64可以替代地為與本地參考單元和/或衛(wèi)星接合的本地或全球定位系統(tǒng)的部分以確定機(jī)器10的定向?？蓪⒂筛┭鰝鞲衅?4產(chǎn)生的信號引導(dǎo)至控制器54用于進(jìn)一步處理。
[0022]壓力傳感器66可與一個(gè)或多個(gè)液壓缸28、36以及38相關(guān)聯(lián)，并且能夠產(chǎn)生表示這