專利名稱：具有自動(dòng)鏟板定位系統(tǒng)的機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有鏟板(blade)定位系統(tǒng)的機(jī)械(機(jī)器)，更具體 地涉及一種具有斜度和高度控制的自動(dòng)伊板定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)平地機(jī)主要被用作將建筑工地表面修整成最終形狀和廓形的精整 工具。通常，機(jī)動(dòng)平地機(jī)包括許多手動(dòng)操作的控制裝置以操縱平地機(jī)的輪 子、使伊板定位以及鉸接移動(dòng)(articulate)平地機(jī)的前部框架。伊板可調(diào) 節(jié)地安裝在前部框架上以來回移動(dòng)較少量的土壤。此外，前部框架的鉸接 通過使平地機(jī)的前部框架相對(duì)于平地機(jī)的后部框架轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)節(jié)。
為了生成最終的表面廓形，伊板和框架可被調(diào)節(jié)至許多不同位置。機(jī) 動(dòng)平地機(jī)伊板的定位是復(fù)雜而耗時(shí)的任務(wù)。特別地，諸如控制表面的高度、 角度及切入深度之類的操作可能需要占用操作員很大部分的注意力。這種
對(duì)操作員的要求可能導(dǎo)致操作機(jī)動(dòng)平地機(jī)所需的其它任務(wù)被忽視。
簡化操作員控制的一種方法是提供妒板的自主控制。 一個(gè)示例是1998 年6月9日授予Henderson的美國專利No. 5,764,511 (，511專利)。，511 專利公開了一種具有自動(dòng)控制鏟板位置的系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)平地機(jī)。特別地，機(jī) 動(dòng)平地機(jī)自動(dòng)地控制相對(duì)于地理表面切入的斜度。GPS和/或一系列傳感器 被用于確定鏟板的左底緣和右底緣相對(duì)于期望截切平面的相對(duì)位置。 一控 制器分析所感測到的位置數(shù)據(jù)并將鏟板的相應(yīng)邊緣自動(dòng)地移動(dòng)到期望位 置，以產(chǎn)生特定的切入斜度。
盡管，5U專利的系統(tǒng)可自主地控制切入的斜度，但是伊板的操作可能 仍需要操作員很大部分的注意力。特別地，，511專利的系統(tǒng)可能無法預(yù)料
到與截切相關(guān)的故障。此外，所述系統(tǒng)不能自動(dòng)地采取措施來防止這類故 障。預(yù)料和防止這類故障的責(zé)任仍然落在操作員身上，并且可能要求這種 注意力，使得操作機(jī)動(dòng)平地機(jī)所需的其它操作被忽視。 本文公開的系統(tǒng)旨在克服上述一個(gè)或多個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種工作機(jī)具定位系統(tǒng)。所迷系統(tǒng)包括至少一個(gè) 用于致動(dòng)工作機(jī)具的運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器。此外，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器， 所述至少 一個(gè)傳感器與所述至少 一個(gè)致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)，并且被構(gòu)造成感測至 少一個(gè)指示所述工作機(jī)具的取向和位置的參數(shù)。所述系統(tǒng)還包括至少一個(gè) 地面傾斜度傳感器，該地面傾斜度傳感器構(gòu)造成感測指示地表面傾斜度的 參數(shù)。所述系統(tǒng)還包括控制器，所述控制器被構(gòu)造成響應(yīng)于從所述至少一
個(gè)傳感器和所述至少一個(gè)地面傾斜度傳感器接收到的數(shù)據(jù)而自動(dòng)地調(diào)節(jié)所 述工作機(jī)具的取向和位置。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種用于使機(jī)械的工作機(jī)具移動(dòng)和定 向的方法。所述方法包括感測至少 一個(gè)指示工作機(jī)具的取向和位置的參數(shù)。 此外，所述方法包括感測至少一個(gè)指示地面傾斜度的參數(shù)。所迷方法還包 括響應(yīng)于所感測到的所述工作機(jī)具的取向和位置以及地面傾斜度而自動(dòng)地 更改所述工作機(jī)具的取向和位置。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的示例性機(jī)動(dòng)平地機(jī)的圖示；
圖2是用于圖l的機(jī)動(dòng)平地機(jī)的示例性鏟板定位系統(tǒng)的框圖3是示例性工地的示意圖3A是圖3的示例性工地的另一個(gè)示意圖4是另一個(gè)示例性工地的示意圖5是示例性伊板控制策略的圖示；和
圖6是所公開的用于移動(dòng)圖l中機(jī)動(dòng)平地機(jī)的鏟板的示例性方法的流
5 程圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出機(jī)械10的示例性實(shí)施例。機(jī)械10可以是機(jī)動(dòng)平地機(jī)，
反伊裝載機(jī)、農(nóng)用拖拉機(jī)、輪式裝栽機(jī)、滑移操縱裝載機(jī)以及本領(lǐng)域中已
知的任意其它類型的機(jī)械。機(jī)械10可包括可操縱(steerable)牽引裝置12、 被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14、由被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14支承的動(dòng)力源16以及將可操縱 牽引裝置12連接到被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14上的框架18。機(jī)械10還可包括工 作機(jī)具，例如，拉桿-環(huán)圏-隼板(drawbar-circle-moldboard )組件(DCM ) 20 、操作員站22及鏟板控制系統(tǒng)24 。
可操縱和被驅(qū)動(dòng)牽引裝置12、 14兩者均可包括位于機(jī)械10各側(cè)(僅 示出了 一側(cè))的一個(gè)或多個(gè)輪子。所述輪子可以是可轉(zhuǎn)動(dòng)的和/或可傾斜的， 以在操縱和平整(leveling)工作表面(未示出)的過程中使用?；蛘?，可 操縱和/或被驅(qū)動(dòng)牽引裝置12、 14可包括軌道、帶或本領(lǐng)域中已知的其它 牽引裝置?？刹倏v牽引裝置12也可以是或不是被驅(qū)動(dòng)的，而被驅(qū)動(dòng)牽引裝 置14也可以是或不是可操縱的?？蚣?8可通過例如鉸接接頭26將可操縱 牽引裝置12連接到被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14。此外，可讓機(jī)械10使可操縱牽引 裝置12經(jīng)鉸接接頭26相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14鉸接。
動(dòng)力源16可包括連接到傳動(dòng)裝置(未示出)的發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)。所 述發(fā)動(dòng)機(jī)可以例如是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或本領(lǐng)域中 已知的任意其它發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力源16還可以是非燃燒動(dòng)力源，如燃料電池、 電源儲(chǔ)存裝置或本領(lǐng)域中已知的其它動(dòng)力源。所述傳動(dòng)裝置可是電傳動(dòng)裝 置、液壓傳動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)裝置或本領(lǐng)域中已知的任意其它傳動(dòng)裝置。 所述傳動(dòng)裝置可操作以產(chǎn)生多個(gè)輸出速比，并且可構(gòu)造成以一定范圍內(nèi)的 輸出速度從動(dòng)力源16向被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14傳遞動(dòng)力。
框架18可包括將被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14連接到框架18的鉸接接頭26。 可讓機(jī)械10使可操縱牽引裝置12經(jīng)鉸接接頭26相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)牽引裝置 14鉸接。機(jī)械10還可包括中立(neutral)鉸接特征，即，當(dāng)被致動(dòng)時(shí)，
使可操縱牽引裝置12相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)牽引裝置14自動(dòng)重新排齊而使鉸接接 頭26返回到中立鉸接位置。
框架18還可包括支承固定連接的中心位移安裝部件30的梁部件28。 梁部件28可例如為具有基本上空心的正方形橫截面的單獨(dú)形成的或組裝 的梁。所述基本上空心的正方形橫截面可為框架18提供充分支承DCM20 和中心位移安裝部件30所需的非常高的慣性矩。梁部件28的橫截面可替 換地為矩形、圓形、三角形或任意其它適當(dāng)?shù)男螤睢?br> 中心位移安裝部件30可支承一對(duì)用于影響DCM 20的豎直運(yùn)動(dòng)的雙 動(dòng)式液壓油缸32 (僅示出了一個(gè))、用于影響DCM20的水平運(yùn)動(dòng)的中心 位移氣缸34以及可在多個(gè)預(yù)定位置之間調(diào)節(jié)的鏈接桿36。中心位移安裝 部件30可焊接或以其它方式固定連接在梁部件28上，以通過一對(duì)鐘形曲 柄38 (也已知為提升臂)間接地支承液壓油缸32。也就是說，鐘形曲柄 38可沿水平軸線40可樞轉(zhuǎn)地連接到中心位移安裝部件30上，而液壓油缸 32可沿豎直軸線42可樞轉(zhuǎn)地連接到鐘形曲柄38上。每個(gè)鐘形曲柄38還 可沿水平軸線44可樞轉(zhuǎn)地連接到鏈接桿36上。中心位移氣缸34可類似地 可樞轉(zhuǎn)地連接到鏈接桿36。
DCM 20可包括由梁部件28支承的拉桿部件46和位于可操縱牽引裝 置12附近的球窩接頭(未示出)。隨著液壓油缸32和/或中心位移氣缸34 被致動(dòng)，DCM20可繞球窩接頭樞轉(zhuǎn)。環(huán)圏組件48可經(jīng)馬達(dá)(未示出)連 接到拉桿部件46上，以驅(qū)動(dòng)地支承犁板組件50，犁板組件50具有4產(chǎn)板52 和伊板定位氣缸54。除了 DCM 20相對(duì)于梁部件28豎直地和水平地定位 以外，DCM 20還可被控制成使環(huán)閨和翠板組件48、 45相對(duì)于拉桿部件 46轉(zhuǎn)動(dòng)。鏟板52可水平地和豎直地移動(dòng)，并且可通過伊板定位氣缸54相 對(duì)于環(huán)圏組件48定向。
操作員站22可具體表現(xiàn)為在機(jī)械10上構(gòu)造成容納操作員的區(qū)域。操 作員站22可包括操控板56和儀表板58, >(3^板58包括刻度盤和/或用于 傳送信息和操縱機(jī)械10及其各種部件的控制裝置。
如圖2所示，操控板56可包括顯示系統(tǒng)60和用戶接口 62。此外，儀表板58可包括顯示系統(tǒng)64和用戶接口 66。顯示系統(tǒng)60和64以及用戶接 口 62和66可與鏟板控制系統(tǒng)24通信。顯示系統(tǒng)60和64可包括計(jì)算機(jī)監(jiān) 控器，所述計(jì)算機(jī)監(jiān)控器具有音頻揚(yáng)聲器、顯示屏和/或向操作員傳送信息 的任意其它適當(dāng)?shù)目梢曪@示裝置。還可想到，用戶接口 62和66可包括鍵 盤、觸摸屏、數(shù)字鍵板、操縱桿或任意其它合適的輸入裝置。
伊板控制系統(tǒng)24可響應(yīng)于從用戶接口 62和/或66接收的輸入信號(hào)而 將伊板52移動(dòng)到預(yù)定位置。伊板控制系統(tǒng)24可包括多個(gè)氣缸位置傳感器 68、鉸接傳感器70、鏈接桿傳感器72、 J^JL檢測器74和控制器76?？上?到，如果需要，鏟板控制系統(tǒng)可包括其它傳感器。
氣釭位置傳感器68可感測液壓油缸32、中心位移氣缸34和/或纟產(chǎn)板定 位氣缸54的伸展和回縮。特別地，氣缸位置傳感器68可具體表現(xiàn)為與嵌 入在液壓油缸32、中心位移氣缸34和妒板定位氣缸54的活塞組件中的^茲 體(未示出)相關(guān)的電磁式拾音器型傳感器。當(dāng)液壓油缸32、中心位移氣 缸34和伊板定位氣缸54伸展和回縮時(shí)，氣缸位置傳感器68可向鏟板控制 器24提供液壓油缸32、中心位移氣釭34和鏟板定位氣缸54的位置指示。 可想到，氣缸位置傳感器68能可替換地具體表現(xiàn)為其它類型的位置傳感 器，例如與液壓油缸32、中心位移氣缸34及伊板定位氣缸54內(nèi)的波導(dǎo)相 關(guān)的磁致伸縮傳感器，與從外部安裝到液壓油缸32、中心位移氣缸34及 鏟板定位氣缸54上的纜線相關(guān)的纜線型傳感器，從內(nèi)部或外部安裝的光學(xué) 型傳感器，或本領(lǐng)域中已知的任意其它類型的位置傳感器。應(yīng)當(dāng)理解，所 述氣缸的伸展和回縮可與存儲(chǔ)在控制器74的存儲(chǔ)器中的基準(zhǔn)查閱圖和/或 表格進(jìn)行比較，以確定鏟板52的位置和取向。
鉸接傳感器70可感測鉸接接頭26的運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置并且可操作地與 鉸接接頭26接合。適當(dāng)?shù)你q接傳感器70的一些示例包括，尤其是，長度 電位計(jì)、無線電頻率諧振傳感器、旋轉(zhuǎn)電位計(jì)、機(jī)械鉸接角度傳感器等等。 應(yīng)當(dāng)理解，鉸接接頭26的運(yùn)動(dòng)可與存儲(chǔ)在控制器74的存儲(chǔ)器中的基準(zhǔn)查 閱圖和/或表格進(jìn)行比較，以確定機(jī)械10的鉸接。
鏈接桿傳感器72可感測鐘形曲柄38繞水平軸線40的轉(zhuǎn)角。例如，鏈
接桿傳感器72可具體表現(xiàn)為與嵌入在中心位移安裝部件30的突出部分中 的磁體(未示出)相關(guān)的電磁式拾音器型傳感器。當(dāng)鐘形曲柄38繞水平軸 線40轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鏈接桿傳感器72可向控制器76提供鐘形曲柄38的角位置 指示。鐘形曲柄38的角位置可與鎖銷(未示出)與鏈接桿36上的孔(未 示出)中特定的一個(gè)孔的對(duì)準(zhǔn)直接相關(guān)。在確定鏟板52的位置和取向時(shí)， 控制器76可利用鎖銷的對(duì)準(zhǔn)。可想到，鏈接桿傳感器72可替換地具體表 現(xiàn)為另一種類型的角位置傳感器，例如光學(xué)型傳感器。
M檢測器74可以是與機(jī)械10相關(guān)的雙軸線傾斜計(jì)，并且可持續(xù)地 檢測機(jī)械10相對(duì)于實(shí)際水平面的傾斜度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，^JL檢 測器74可與機(jī)械10的框架相關(guān)聯(lián)或固定地連接到所迷框架上。然而，可 想到，如果需要，M檢測器74可位于機(jī)械10的任意穩(wěn)定表面上。M 檢測器74可檢測任意方向上的傾斜，包括前后方向，并且響應(yīng)性地產(chǎn)生和 向控制器76發(fā)送傾斜信號(hào)。應(yīng)當(dāng)注意，盡管本發(fā)明將JWL檢測器74描述 為傾斜計(jì)，但是也可使用其它坡度檢測器。例如，在替換實(shí)施例中，M 檢測器74可包括分別設(shè)在機(jī)械10的各端上的兩個(gè)GPS接收器。通過獲知 接收器的位置差異即可計(jì)算出機(jī)械IO相對(duì)于實(shí)際水平面的傾斜度。
控制器76可致動(dòng)液壓油缸32以將4產(chǎn)板52移動(dòng)至期望的位置和取向， 并且所述控制器可具體表現(xiàn)為包括用于定位鏟板52的裝置的單個(gè)^:處理 器或多個(gè)微處理器。很多商售的微處理器可用于執(zhí)行控制器76的功能。應(yīng) 當(dāng)認(rèn)識(shí)到，控制器76可容易地具體表現(xiàn)為能夠控制諸多機(jī)器功能的通常的 機(jī)器微處理器?？刂破?6可包括存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)裝置、處理器及用于運(yùn) 行應(yīng)用程序的任意其它部件?？刂破?6可結(jié)合有各種其它電路，如供電電 路、信號(hào)調(diào)制電路、螺線管驅(qū)動(dòng)器電路以及其它類型的電路。此外，控制 器76可包括時(shí)間跟蹤裝置78。時(shí)間跟蹤裝置78可以是時(shí)鐘、計(jì)時(shí)器或能 夠追蹤時(shí)間的本領(lǐng)域已知的任意其它裝置?？上氲?，盡管時(shí)間跟蹤裝置78 被公開為與控制器76成一體，但如果需要，它也可以是獨(dú)立的整裝裝置。
圖3示出與供機(jī)械10來回穿行的示例性工地80相關(guān)的機(jī)械10和鏟板 52的前視圖。當(dāng)機(jī)械10在工地80上來回穿行時(shí)，控制器76可自主地控
制和連續(xù)地監(jiān)控鏟板52的傾斜角度e和切入深度d。傾斜角度e可經(jīng)過伊
板52的底前緣82,并且是相對(duì)于與實(shí)際水平面基本平行的平面84定義的。 此外，切入深度d可以是地表面與妒板52上的最低點(diǎn)85之間的最小距離。 可基于由氣缸位置傳感器68、鉸接傳感器70、鏈接桿傳感器72及M檢
測器74傳送的信號(hào)來計(jì)算傾斜角度e和切入深度d。
一旦從上述傳感器接收到信號(hào)，控制器76可將傾斜角度e和切入深度
d分別與目標(biāo)傾斜角度et和目標(biāo)切入深度dt進(jìn)行比較。目標(biāo)傾斜角et和目
標(biāo)切入深度dt可由操作員或高級(jí)計(jì)算機(jī)(未示出)和基準(zhǔn)算法、圖表、曲 線圖和/或表格進(jìn)行選擇，以確定適當(dāng)?shù)膭?dòng)作方案來實(shí)現(xiàn)和/或保持目標(biāo)傾斜
角度0t和目標(biāo)切入深度dt。這種動(dòng)作方案可包括，使液壓油缸32伸展或
回縮不同的量以保持目標(biāo)傾斜角度et并且伸展或回縮基本上相似的量以保
持目標(biāo)切入深度dt，從而升高和/或降低妒板52的左側(cè)和/或右側(cè)。目標(biāo)傾 斜角度0t可從平面84到基本上與鏟板52的期望切入平面平行的目標(biāo)平面 86進(jìn)行測量。此外，目標(biāo)切入深度dt可是地表面和最低點(diǎn)85的期望位置 87之間的最小距離?？上氲?，其它所有定位操作可由操作員手動(dòng)地執(zhí)行或 由控制器76或能夠控制鏟板52的任意其它控制器自動(dòng)地執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)理解， 在伊板的位置和/或取向改變的情況下，控制器76可致動(dòng)液壓油缸M以將 伊板52的傾斜角度e和切入深度d保持為目標(biāo)傾斜角度&和目標(biāo)切入深 度dt。
通常，目標(biāo)傾斜角度et可選擇成使得鏟板52僅有一部分可穿透地表
面。如果妒板52的穿透部分過大，則動(dòng)力源16可能會(huì)超載并且停機(jī)。在
某些情況下，土地的廓形可能會(huì)與目標(biāo)傾斜角度et沖突。特別地，土地的 廓形可能是這樣的，即實(shí)現(xiàn)目標(biāo)傾斜角度et可能會(huì)導(dǎo)致鏟板52的足夠大
的部分穿透地面而使動(dòng)力源16停機(jī)。為防止出現(xiàn)這種故障，除鏟板52的 傾斜角度6以夕卜，控制器76還可持續(xù)地監(jiān)控地面滾轉(zhuǎn)角度(rollangle)eg。 地面滾轉(zhuǎn)角度6g可從平面84到平面88進(jìn)行測量，平面88基本上與接觸 妒板52的底前緣82的地表面平行。此外，地面滾轉(zhuǎn)角度eg可基于由J^L 檢測器74傳送的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)?shù)孛鏉L轉(zhuǎn)角度9g與目標(biāo)傾斜角度0t之
差的絕對(duì)值大于預(yù)定的差異閾值時(shí)，控制器76可確定可能會(huì)發(fā)生故障，例 如動(dòng)力源16停機(jī)?？刂破?6可將目標(biāo)傾斜角度0t修改為更小的角度而允 許機(jī)械10在不停機(jī)的情況下工作，應(yīng)當(dāng)理解，所述預(yù)定的差異閾值可以是 角度的度量，或者是能夠防止機(jī)械10在上述情形下工作的任意其它值。
在某些情況下，地面的廓形可能會(huì)增大機(jī)械10在工作中向其側(cè)面傾翻 并且可能損壞機(jī)械10或傷害到操作員的可能性。例如地面可能具有促使機(jī) 械10向其側(cè)面傾翻的陡峭的斜度。另夕卜，地面可能足夠堅(jiān)硬而無法被伊板 52穿透。如圖4所示，作為實(shí)現(xiàn)期望切入深度和目標(biāo)傾斜角Gt的替換，妒 板52可推撞地面并增大機(jī)械10的機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em。增大的機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度
em會(huì)增大機(jī)械io向其側(cè)面滾翻的可能性。機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em可從基本上與
機(jī)械10的底面平行的平面90到平面84進(jìn)行測量。此外，機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em 可基于由坡度檢測器74傳送的信號(hào)來計(jì)算。
如圖5所公開，當(dāng)機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em的絕對(duì)值大于預(yù)定的滾轉(zhuǎn)閾值時(shí)，
控制器76可確定出可能發(fā)生這樣的故障，例如機(jī)械10翻倒。控制器76 不能自動(dòng)地解決這種潛在的故障，而是通過切換到手動(dòng)模式而將傾斜角度 控制移交給操作員。應(yīng)當(dāng)理解，所述預(yù)定的滾轉(zhuǎn)闊值可以是角度的度量，
或者是能夠防止才幾械io翻倒的任意其它值。操作員可保持對(duì)傾斜角度e
的手動(dòng)控制，直到機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度6m的絕對(duì)值等于或小于預(yù)定閾值達(dá)預(yù)定時(shí)
長，所述預(yù)定時(shí)長可由時(shí)間跟蹤裝置78來追蹤。當(dāng)機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em的絕
對(duì)值小于預(yù)定的滾轉(zhuǎn)閾值至少達(dá)預(yù)定時(shí)長時(shí)，控制器76可切換到自動(dòng)模式 并承擔(dān)對(duì)傾斜角度0的控制。
在下面討論的圖6示出了利用所公開系統(tǒng)的實(shí)施例的機(jī)械10的操作。 特別地，圖6示出了用于保持妒板52的期望傾斜角度和切入深度的示例性 方法。
工業(yè)適用性
操作員的某些工具控制責(zé)任。特別地，所公開的系統(tǒng)可構(gòu)造成自主地檢測
與工具的傾斜角度有關(guān)的潛在故障并為防止這些錯(cuò)誤而采取措施。例如， 當(dāng)工具的期望切入平面足夠深而使得機(jī)動(dòng)式機(jī)械停機(jī)時(shí)，控制器可<務(wù)改期 望的切入平面并防止機(jī)動(dòng)式機(jī)械停機(jī)。此外，當(dāng)機(jī)動(dòng)式機(jī)械工作時(shí)所處的 角度對(duì)于控制器充分地控制工具和/或機(jī)動(dòng)式機(jī)械來說變得太陡時(shí)，控制器
可將對(duì)工具傾斜角度的控制移交給操作員?，F(xiàn)在將對(duì)伊板定位系統(tǒng)24的操 作進(jìn)行解釋。
圖6示出了描述用于自動(dòng)地控制妒板52的傾斜角度e和切入深度d
的示例性方法的流程圖。所述方法通過選擇4產(chǎn)板52的目標(biāo)傾斜角度et和
目標(biāo)切入深度dt而開始(步驟200)。所述選擇可由操作員執(zhí)行。特別地， 操作員可致動(dòng)用戶接口 62或66上的裝置，例如按鈕、觸摸屏、旋鈕、操 縱桿、開關(guān)或能夠向控制器76發(fā)送選擇信號(hào)的其它裝置?；蛘?，目標(biāo)傾斜 角度6t和目標(biāo)切入深度dt可由計(jì)算裝置選擇，例如控制器76、另 一個(gè)分 離的控制器或計(jì)算機(jī)。所述計(jì)算裝置可通過參考存儲(chǔ)在計(jì)算裝置中的圖表、 表格或算法而作出選擇。
在選擇了目標(biāo)傾斜角度9t、目標(biāo)切入深度dt后，控制器76可接收來 自氣缸位置傳感器68、鉸接傳感器70、鏈接桿傳感器72及^1檢測器74 的信號(hào)(步驟202)。控制器76可將從氣缸位置傳感器68、鉸接傳感器 70、鏈接桿檢測器72和J^L檢測器74接收到的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在控制器76 中的脈鐠圖、圖表、算法等進(jìn)行比較，以確定的鏟板52的當(dāng)前傾斜角度0 和切入深度d、機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度6m及地面滾轉(zhuǎn)角度eg (步驟204),
一旦確定了當(dāng)前的地面滾轉(zhuǎn)角度eg,控制器76可計(jì)算出當(dāng)前的地面
滾轉(zhuǎn)角度eg與目標(biāo)傾斜角度et之間的差值，并將所得到的差值的絕對(duì)值與
預(yù)定的差異闞值進(jìn)行比較(步驟206)。所述預(yù)定的差異閾值可以是在該 值以上可能會(huì)使機(jī)械10停機(jī)的任意值。此外，所述預(yù)定的差異閾值可基于 任意數(shù)量的因素，如發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度、機(jī)械IO的幾何形狀、鏟板52的幾何形 狀，和/或可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械10停機(jī)的任意其它因素。如果控制器76確定出 地面滾轉(zhuǎn)角度6g和目標(biāo)傾斜角度et之間的差值的絕對(duì)值大于預(yù)定的差異閾 值(步驟206:是)，則控制器76可生成新的目標(biāo)傾斜角度et (步驟208 )
所述新的目標(biāo)傾斜角度et可小于之前的目標(biāo)傾斜角度et。 一旦選擇了新的
目標(biāo)傾斜角度et, ^^可重復(fù)步驟202(即控制器76可從氣缸位置傳感器68、 鉸接傳感器70、鏈接桿傳感器72及坡度檢測器74接收新的信號(hào))。
如果控制器76確定出地面滾轉(zhuǎn)角度9g與目標(biāo)傾斜角度6t之間的差值 的絕對(duì)值小于預(yù)定的差異閾值(步驟206:否)，則控制器76可將機(jī)械滾 轉(zhuǎn)角度em與預(yù)定的滾轉(zhuǎn)角度閾值進(jìn)行比較(步驟210)。所述預(yù)定的滾轉(zhuǎn) 角度閾值可表示在該角度以上會(huì)使機(jī)械10傾翻的角度。此外，所述預(yù)定的 滾轉(zhuǎn)角度闞值可基于任意數(shù)量的因素，例如，機(jī)械10的幾何形狀、妒板 52的幾何形狀，和/或可能導(dǎo)致機(jī)械10向其側(cè)面傾翻的任意其它因素。如 果控制器76確定出機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em大于預(yù)定的滾轉(zhuǎn)角度闊值(步驟210: 是)，則控制器76可切換至由操作員控制伊板52的傾斜角度e的手動(dòng)模 式(步驟212)。但是，如果控制器76確定出機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度9m小于預(yù)定 的滾轉(zhuǎn)角度閾值(步驟210:否)，則控制器76可將實(shí)際的傾斜角度e與 目標(biāo)傾斜角度0t進(jìn)行比較(步驟228 )。步驟228的執(zhí)行將在后面作進(jìn)一 步解釋。
當(dāng)處于手動(dòng)模式下時(shí)，控制器76可致動(dòng)時(shí)間多艮蹤i殳備78以監(jiān)控所經(jīng) 過的時(shí)間量(步驟214)。 一旦控制器76致動(dòng)時(shí)間跟蹤裝置78,就可從坡 度檢測器74接收新的信號(hào)(步驟216)?？刂破?6可將從^JL檢測器74 接收的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在控制器76中的脈語圖、圖表、算法等進(jìn)行比較，以確 定當(dāng)前的機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度0m (步驟218)。 一旦確定了當(dāng)前的機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度 6m，控制器76便可將當(dāng)前的機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em的絕對(duì)值與上述預(yù)定的滾轉(zhuǎn) 角度閾值進(jìn)行比較(步驟220)。如果控制器76確定出機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em 的絕對(duì)值大于預(yù)定的滾轉(zhuǎn)角度閾值(步驟220:是)，則控制器76可停止 并重置時(shí)間跟蹤裝置78 (步驟222)。 一旦時(shí)間跟蹤裝置被重置，可重復(fù) 步驟214 (即控制器76可開始追蹤時(shí)間)。
如果控制器76確定出積堿滾轉(zhuǎn)角度9ra的絕對(duì)值小于預(yù)定的滾轉(zhuǎn)角度 閾值(步驟220:否)，則控制器76可比較所經(jīng)過的時(shí)間量，并確定所經(jīng) 過的時(shí)間量是否小于預(yù)定的時(shí)間閾值(步驟224)。如果所經(jīng)過的時(shí)間小
于預(yù)定的時(shí)間閾值(步驟224:是)，則可重復(fù)步驟216 (即控制器76可 從坡度檢測器74接收新的信號(hào))。但是，如果所經(jīng)過的時(shí)間等于或大于預(yù) 定的時(shí)間閾值(步驟224:否)，則控制器76可切換回自動(dòng)模式并且承擔(dān) 對(duì)傾斜角度0的控制(步驟226 )。
在從手動(dòng)模式切換回來后或一旦確定機(jī)械滾轉(zhuǎn)角度em小于預(yù)定的滾
轉(zhuǎn)角度閾值(步驟210:否)，控制器76可確定鏟板52的實(shí)際傾斜角度e 是否基本上等于目標(biāo)傾斜角度0t (步驟228 )。如果控制器76確定妒板52 的實(shí)際傾斜角度e基本上等于目標(biāo)傾斜角度0t，則可重復(fù)步驟202 (即控 制器76可從氣缸位置傳感器68、鉸接傳感器70、鏈接桿傳感器72及J^JL 檢測器74接收新的信號(hào))。但是，如果控制器76確定鏟板52的實(shí)際傾斜 角度e并不基本上等于目標(biāo)傾斜角度0t，則控制器76可致動(dòng)液壓油缸32 和34將妒板52移動(dòng)至其期望的位置和取向(步驟230 )。 一旦致動(dòng)液壓 油缸32和34，可重復(fù)步驟202 (即控制器76可從氣缸位置傳感器68、鉸 接傳感器70、鏈接桿傳感器72及坡度檢測器74接收新的信號(hào))。
應(yīng)當(dāng)理解，所公開的方法可無限期地持續(xù)，直到操作員將其停止。自 動(dòng)伊板定位操作可在所述方法中的任意步驟被終止。此外，操作員可通過 致動(dòng)用戶接口 62或66上的裝置(例如按鈕、觸摸屏、旋鈕、開關(guān)或能夠 向控制器76發(fā)送終止信號(hào)的其它裝置)來終止所述操作。
通過考慮機(jī)械的切入平面深度和傾斜度，所公開的鏟板控制系統(tǒng)可預(yù) 測與切入相關(guān)的潛在故障并采取正確的措施來防止這些故障。這可解放操 作員以將他有限的資源用于機(jī)械的正常操作所需的其它任務(wù)。如果4產(chǎn)板的 切入平面過深，則控制系統(tǒng)可自動(dòng)地調(diào)節(jié)所述平面以使機(jī)械不會(huì)停機(jī)。此 外，如果機(jī)械的傾斜度過陡，則控制系統(tǒng)可將對(duì)鏟板的控制移交給操作員 以防止機(jī)械翻倒和對(duì)機(jī)械的傷害或損壞。
對(duì)于本領(lǐng)域l支術(shù)人員來說，在不背離本發(fā)明范圍的情況下作出各種修 改和變化是顯而易見的。考慮到此處公開的本說明書，其它實(shí)施例對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見的。所述說明和示例都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為僅僅是 示例性的，真正的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物確定。
權(quán)利要求
1. 一種工作機(jī)具定位系統(tǒng)，包括:至少一個(gè)用于致動(dòng)工作機(jī)具的運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器；至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器與所述至少一個(gè)致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)，并被構(gòu)造成感測至少一個(gè)指示所述工作機(jī)具的取向和位置的參數(shù)；至少一個(gè)地面傾斜度傳感器，所述至少一個(gè)地面傾斜度傳感器被構(gòu)造成感測指示地表面傾斜度的參數(shù)；以及控制器，所述控制器被構(gòu)造成響應(yīng)于從所述至少一個(gè)傳感器和所述至少一個(gè)地面傾斜度傳感器接收到的數(shù)據(jù)而自動(dòng)地調(diào)節(jié)所述工作機(jī)具的取向和位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所迷的工作機(jī)具定位系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制器還被構(gòu)造為生成目標(biāo)工作機(jī)具位置和取向，并將所述工作機(jī)具的位置 和取向調(diào)節(jié)成與所述目標(biāo)工作機(jī)具位置和取向基本上匹配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工作機(jī)具定位系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制器還被構(gòu)造成基于所述目標(biāo)工作機(jī)具位置和取向以及從所述地面傾斜度 傳感器接收到的lt據(jù)來確定潛在的工作機(jī)具故障，并在確定了所述潛在的 工作機(jī)具故障時(shí)調(diào)節(jié)所述目標(biāo)工作機(jī)具位置和取向。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的工作機(jī)具定位系統(tǒng)，其特征在于，還包括 至少 一個(gè)機(jī)械傾斜度傳感器，所述至少一個(gè)機(jī)械傾斜度傳感器被構(gòu)造成感 測指示一機(jī)械的傾斜度的參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的工作機(jī)具定位系統(tǒng)，其特征在于，所述控 制器還被構(gòu)造成，當(dāng)所述機(jī)械的傾斜度超過預(yù)定的閾值時(shí)切換至手動(dòng)模式， 并且當(dāng)所述機(jī)械的傾斜度小于預(yù)定的閾值達(dá)預(yù)定時(shí)長時(shí)切換至自動(dòng)模式。
6. —種用于使機(jī)械的工作機(jī)具移動(dòng)和定向的方法，包括 感測至少一個(gè)指示工作機(jī)具的取向和位置的參數(shù)； 感測至少一個(gè)指示地面傾斜度的參數(shù)；以及響應(yīng)于所感測到的所述工作機(jī)具的取向和位置以及地面傾斜度而自動(dòng) 地更改所述工作機(jī)具的取向和位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括生成目標(biāo)工作匹配。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括響應(yīng)于潛在故 障的確定而調(diào)節(jié)所述目標(biāo)工作機(jī)具取向。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括感測至少一個(gè) 指示機(jī)械傾斜度的參數(shù)，當(dāng)所感測到的機(jī)械傾斜度超過預(yù)定的閾值時(shí)切換 至手動(dòng)4莫式，并且當(dāng)所感測到的機(jī)械傾斜度小于預(yù)定的閾值達(dá)預(yù)定時(shí)長時(shí) 切換至自動(dòng)模式。
10. —種才幾械，包4舌至少一個(gè)牽引裝置；動(dòng)力源； 工作機(jī)具；至少一個(gè)用于致動(dòng)所述工作機(jī)具的運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器；至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器與所述至少一個(gè)致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)， 并被構(gòu)造成感測至少一個(gè)指示所述工作機(jī)具的取向和位置的參數(shù)；至少 一個(gè)地面傾斜度傳感器，所述至少 一個(gè)地面傾斜度傳感器被構(gòu)造 成感測指示地表面傾斜度的參數(shù)；以及如權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有自動(dòng)鏟板定位系統(tǒng)的機(jī)械。所述系統(tǒng)設(shè)置成定位工作機(jī)具。所述系統(tǒng)具有至少一個(gè)用于致動(dòng)所述工作機(jī)具的運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器。此外，所述系統(tǒng)具有與所述至少一個(gè)致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的、構(gòu)造成感測至少一個(gè)指示所述工作機(jī)具的取向和位置的參數(shù)的至少一個(gè)傳感器。所述系統(tǒng)還具有至少一個(gè)構(gòu)造成感測指示地表面傾斜度的參數(shù)的地面傾斜度傳感器。此外，所述系統(tǒng)具有用于響應(yīng)于從所述至少一個(gè)傳感器和所述至少一個(gè)地面傾斜度傳感器接收到的數(shù)據(jù)而自動(dòng)地調(diào)節(jié)所述工作機(jī)具的取向和位置的控制器。
文檔編號(hào)E02F3/84GK101377684SQ20081021252
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者I·加爾薩利, 朱永亮 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司