BR102018069539B1

BR102018069539B1 - Veículo de trabalho, e, método para controlar uma ferramenta de trabalho

Info

Publication number: BR102018069539B1
Application number: BR102018069539-8A
Authority: BR
Inventors: David J. Myers; Doug M. Lehmann; Craig A. Conrad
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2023-07-11
Also published as: US10981763B2; BR102018069539B8; US20190135599A1; CN109748201B; CN109748201A; BR102018069539A2

Abstract

De acordo com uma modalidade exemplificativa, um veículo de trabalho pode incluir um chassi, uma articulação, uma ferramenta de trabalho, primeiro e segundo atuadores conectados à articulação, um ou mais sensores e um controlador. A ferramenta de trabalho é conectada de modo móvel ao chassi pela articulação e é conectada de modo pivotante a uma articulação em torno de um eixo geométrico de base. A ferramenta de trabalho inclui uma ponta posicionada em uma extremidade dianteira da ferramenta de trabalho, com um eixo geométrico de ponta paralelo ao eixo geométrico de base e passando através da ponta. O um, ou mais de um, sensor, é configurado para prover um ou mais sinais de pelo menos um dentre uma posição, velocidade e aceleração da ferramenta de trabalho. O controlador é configurado para atuar, com base em um ou mais sinais, o primeiro atuador e o segundo atuador para nivelar a ferramenta de trabalho girando a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de ponta.

Description

Campo técnico

[001] A presente descrição refere-se, geralmente, a um sistema e método de controle para nivelar uma ferramenta de trabalho conectada por meio de uma articulação a um veículo de trabalho.

Fundamentos

[002] Os veículos de trabalho podem ser usados com ferramentas de trabalho para engatar cargas e deslocá-las. Um exemplo de tal ferramenta de trabalho é um conjunto de forquilhas, geralmente com dentes planos separados por uma distância e projetados para engatar ranhuras a um palete para permitir que o veículo de trabalho eleve e desloque o palete. Os veículos de trabalho, de modo geral, têm a capacidade tanto de elevar quanto de abaixar as forquilhas, e também de incliná-las.

[003] Para o engate total das ranhuras a um palete, o veículo de trabalho precisa, geralmente, ter forquilhas tanto na altura quanto no nível certo para as ranhuras, de modo suficiente para que os dentes das forquilhas possam ser inseridos nas ranhuras a uma profundidade suficiente para manusear a carga no palete, sem danificar as forquilhas ou o palete.

Sumário

[004] Vários aspectos dos exemplos da presente descrição são especificados nas reivindicações.

[005] De acordo com um primeiro aspecto da presente descrição, um veículo de trabalho pode incluir um chassi, uma articulação, uma ferramenta de trabalho, primeiro e segundo atuadores conectados à articulação, um ou mais sensores e um controlador. A ferramenta de trabalho é conectada de forma móvel ao chassi por meio da articulação e conectada, de forma pivotante, à articulação em torno de um eixo geométrico de base. A ferramenta de trabalho inclui uma ponta posicionada em uma extremidade dianteira da ferramenta de trabalho, com um eixo geométrico de ponta paralelo ao eixo geométrico de base e que passa através da ponta. O um, ou mais de um, sensor é configurado para prover um, ou mais de um, sinal indicativo de pelo menos uma posição, velocidade e aceleração da ferramenta de trabalho. O controlador é configurado para atuar com base em um, ou mais de um, sinal, o primeiro atuador e o segundo atuador para nivelar a ferramenta de trabalho girando a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de ponta.

[006] De acordo com um segundo aspecto da presente descrição, um método para controlar tal ferramenta de trabalho pode incluir o recebimento de um, ou mais de um, sinal de sensor no controlador e controlar, com o controlador, a atuação de um atuador de inclinação e um atuador de elevação para girar a ferramenta em torno do eixo geométrico de ponta, com base em um, ou mais de um, sinal, o atuador de inclinação conectado à articulação e configurado para girar a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de base quando atuado, o atuador de elevação conectado à articulação e configurado para elevar ou abaixar o eixo geométrico de base quando atuado.

[007] De acordo com um terceiro aspecto da presente descrição, um veículo de trabalho pode incluir um chassi, articulação, conjunto de forquilhas, sensor de elevação, sensor de inclinação e um controlador. A articulação pode incluir uma lança com uma primeira extremidade conectada de forma pivotante ao chassi, cilindros de elevação conectados de forma pivotante em uma primeira extremidade ao chassi e, em uma segunda extremidade à lança, uma manivela em cotovelo conectada de forma pivotante à lança, um cilindro de inclinação conectado de forma pivotante a uma primeira extremidade da manivela em cotovelo e uma articulação inferior conectada em uma primeira extremidade à segunda extremidade da manivela em cotovelo. O conjunto de forquilhas é conectado de forma pivotante a uma segunda extremidade da lança em torno do eixo geométrico de base e conectado de forma pivotante a uma segunda extremidade da articulação inferior. O conjunto de forquilhas inclui uma ponta posicionada em uma extremidade dianteira do conjunto de forquilhas, com um eixo geométrico de ponta paralelo ao eixo geométrico de base e passando através da ponta. O sensor de elevação é configurado para prover um sinal de elevação indicativo de um ângulo da lança em relação ao chassi. O sensor de inclinação é configurado para prover um sinal de inclinação indicativo de um ângulo da manivela em cotovelo em relação ao chassi. O sensor de inclinação é configurado para prover um sinal de inclinação indicativo de um ângulo da manivela em cotovelo em relação à lança. O controlador está em comunicação com o sensor de elevação e o sensor de inclinação e está configurado para atuar os cilindros de elevação e o cilindro de inclinação para girar o conjunto de forquilhas em torno do eixo geométrico de ponta com base no sinal de elevação e no sinal de inclinação.

[008] Os recursos acima, e outros, ficarão aparentes a partir da descrição e dos desenhos anexos a seguir.

Breve Descrição dos Desenhos

[009] A descrição detalhada dos desenhos refere-se às figuras anexas, nas quais: A figura 1 é uma vista lateral direita de um veículo de trabalho com uma ferramenta de trabalho conectada via uma articulação, com a ferramenta de trabalho em uma posição nivelada; A figura 2a é uma vista lateral direita de uma porção do veículo de trabalho, com a ferramenta de trabalho em uma posição inclinada; A figura 2b é uma vista lateral direita da porção do veículo de trabalho, com a ferramenta de trabalho na posição nivelada; e A figura 3 é um fluxograma de um sistema de controle para nivelar a ferramenta de trabalho.

[0010] Números de referência semelhantes são usados para indicar elementos semelhantes através de várias figuras.

Descrição Detalhada

[0011] Pelo menos uma modalidade exemplificativa da matéria da presente descrição é entendida com referência às figuras 1 a 3 dos desenhos.

[0012] A figura 1 representa um veículo de trabalho 100, que é ilustrado como um carregador com rodas, mas que poderia ser uma série de outros veículos de trabalho onde se deseja nivelar uma ferramenta de trabalho anexada sem mudar a altura de uma porção em particular da ferramenta de trabalho, tal como retroescavadeiras, carregadeira compacta com esteira, pá carregadeira, minicarregadeiras e tratores. O veículo de trabalho 100 compreende um chassi rígido 102 para sustentar o veículo de trabalho 100 que, por sua vez, compreende um chassi dianteiro 104 conectado, de forma pivotante, a um chassi traseiro 106 para permitir que o veículo de trabalho 100 seja guiado por meio da articulação do chassi 102. Neste contexto, a direção 101a pode ser referida como dianteira, a direção oposta à direção 101a pode ser referida como traseira, a direção 101b pode ser referida como para cima e a oposta à direção 101b pode ser referida como para baixo, com altura medida ao longo da direção 101b.

[0013] Uma articulação 108 é conectada ao chassi dianteiro 104. A articulação 108 compreende múltiplos membros rígidos, incluindo uma lança 110, uma manivela em cotovelo 112 e uma articulação inferior 114. A porção traseira da articulação 108 é conectada ao chassi dianteiro 104 de modo a permitir que a lança 110, que é compreendida de dois braços paralelos, pivote em relação ao chassi dianteiro 104 em torno dos pinos da lança 116. A manivela em cotovelo 112 é conectada à lança 110 para permitir que a manivela em cotovelo 112 pivote em relação à lança 110 em torno de um pino da manivela em cotovelo 118. A articulação inferior 114 é conectada à manivela em cotovelo 112 para permitir que a articulação inferior 114 pivote em relação à manivela em cotovelo 112 em torno de um pino de articulação inferior 120. A porção dianteira da articulação 108 é conectada a uma ferramenta de trabalho, nessa modalidade forquilhas 122, de modo tal que as forquilhas 122 possam se mover para cima ou para baixo por meio da articulação 108, ou girar para a frente/para baixo ou para trás/para cima (isto é, no sentido horário e no sentido anti-horário na figura 1, respectivamente). As forquilhas 122 são do tipo comumente usados pelos veículos para deslocar e transportar certas cargas, como paletes que contêm mercadorias e materiais, ao conduzir em direção à parte dianteira até que as forquilhas 122 estejam engatados a ranhuras ou sulcos na palete, elevando as forquilhas 122 para erguer a palete para fora da superfície na qual estava apoiada e transportar a palete para outro local. As forquilhas 122 podem ser referidos como forquilhas ou um conjunto de forquilhas.

[0014] As forquilhas 122 compreendem orifício superior 124a, orifícios de base 126a e uma ponta 128. O orifício superior 124a recebe um pino superior 124b que também é recebido por um orifício na articulação inferior 114, de modo a permitir que o orifício superior 124a pivote em relação à articulação inferior 114 em torno de um eixo geométrico superior 124c enquanto ainda está sendo apoiado pela articulação inferior 114. Os orifícios de base 126 a recebem os pinos de base 126b, que também são recebidos por um orifício em cada um dos dois braços da lança 110, de modo a permitir que os orifícios de base 126a pivotem em relação à lança 110 em torno de um eixo geométrico de base 126c enquanto ainda está sendo apoiado pela lança 110. Embora uma única combinação de orifício e pino seja usada para o orifício superior 124a e o pino superior 124b, e um par de orifícios de base coaxiais 126a recebam um par de pinos de base coaxiais 126b na figura 1, entende-se que cada uma das duas conexões pivotantes das forquilhas 122 às articulações 108 podem utilizar qualquer número de orifícios e pinos coaxiais, do mesmo modo que a lança 110 e a manivela em cotovelo 112 podem ser membros únicos ou membros paralelos múltiplos com orifícios e pinos coaxiais.

[0015] A ponta 128 compreende as pontas dianteiras das forquilhas 122 quando as forquilhas 122 estão nivelados, ou posicionados paralelos a uma superfície de solo 130 que sustenta o veículo de trabalho 100, conforme mostrado na figura 1. Sendo as pontas dianteiras das forquilhas, a ponta 128 é, então, a primeira porção das forquilhas 122 a ser inserida nas ranhuras (isto é, orifícios, sulcos, vãos) quando o veículo de trabalho 100 se move para a frente para engatar uma palete ou outra carga. Um eixo geométrico de ponta 132 é um eixo geométrico paralelo ao eixo geométrico de base 126c, mas distante de tal forma que passe através da ponta 128. Quando as forquilhas 122 engatarem primeiramente uma palete e a extremidade 128 é posicionada na entrada das ranhuras, a rotação das forquilhas 122 em torno do eixo geométrico de ponta 132 não afetaria a altura da ponta 128 na direção 101b e, assim, não deveria causar movimento da ponta 128 com relação às ranhuras. Por exemplo, se a ponta 128 é colocada na altura adequada para engatar as ranhuras a um palete, a rotação das forquilhas 122 em torno do eixo geométrico de ponta 132 pode ser usada para nivelar as forquilhas 122 sem interferir no alinhamento da ponta 128 com as ranhuras do palete.

[0016] Conforme usado para descrever a modalidade mostrada nas figuras 1-3, o “nível” refere-se ao nivelamento dos dentes das forquilhas 122 com a superfície do solo 130 que sustenta o veículo de trabalho 100. Determinar se as forquilhas 122 estão nivelados é algo que pode ser feito de vários modos, mas um modo seria determinar em que ângulo das forquilhas 122 em relação ao chassi 102 as forquilhas 122 estão nivelados em relação à superfície do solo 130 e usar esse ângulo para nivelar as forquilhas 122 enquanto se presume que o ângulo do chassi 102 em relação à superfície do solo 130 coincide. Em modalidades alternativas, o nível pode se referir a algo que não seja o ângulo nivelado em relação ao chassi 102 e à superfície do solo 130, por exemplo, pode estar nivelado em relação a uma direção de gravidade. Como um exemplo, se a superfície de solo 130 estiver inclinada para cima, então o plano de referência para “nível” para as forquilhas 122 poderia ser a superfície de solo 130 ou, em vez disso, poderia ser um plano perpendicular à direção de gravidade. Se a direção de gravidade for usada, as forquilhas 122 podem ser nivelados, embora não paralelos, à superfície do solo 130 se a superfície de solo 130 estiver angulada para cima ou para baixo. Para determinar a direção de gravidade a fim de usá-la para formar o plano de referência, um acelerômetro ou uma IMU (unidade de medida inercial) pode ser conectada a uma parte do veículo de trabalho 100, tal como o chassi 102, a articulação 108 ou as forquilhas 122.

[0017] As forquilhas 122 são conectados de forma móvel ao chassi 102, especificamente o chassi dianteiro 104. Esse movimento é feito por três atuadores, um par de cilindros de elevação 134 e um cilindro de inclinação 136. Os cilindros de elevação 134 são um par de cilindros hidráulicos, conectados de forma pivotante por arranjos de pino e orifício em uma extremidade traseira ao chassi dianteiro 104 e em uma extremidade dianteira à lança 110. A atuação dos cilindros de elevação 134 resulta, portanto, em rotação da lança 110 em torno do pino da lança 116. O cilindro de inclinação 136 é um cilindro hidráulico conectado, de forma pivotante, por meio de arranjo de pino e orifício em uma extremidade traseira ao chassi dianteiro 104 e em uma extremidade dianteira à manivela em cotovelo 112. A atuação do cilindro de inclinação 136 resulta, portanto, em rotação da manivela em cotovelo 112 em torno do pino da manivela em cotovelo 118, que resulta em rotação das forquilhas 122 em torno do eixo geométrico de base 126 c.

[0018] Devido à cinemática da articulação 108, que pode ser referida como a articulação de barra Z, a atuação dos cilindros de elevação 134 pode causar tanto uma mudança na altura das forquilhas 122 quanto uma mudança na inclinação das forquilhas 122 (isto é, o ângulo das forquilhas 122 em relação ao chassi dianteiro 104). Em outras palavras, a atuação dos cilindros de elevação 134 pode causar tanto a translação dos pinos de base 126b (e, assim, do eixo geométrico de base 126c), quanto a rotação das forquilhas 122 em torno do eixo geométrico de base 126c em relação ao chassi 102. No eixo geométrico de ponta 132, a cinemática combinada das forquilhas 122 e a articulação 108 resulta no fato de a altura do eixo geométrico de ponta 132 ser mudada por uma atuação dos cilindros de elevação 134 ou uma atuação do cilindro de inclinação 136. Em outras palavras, embora os cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 sejam referidos como cilindros de “elevação” e “inclinação” para ajudar a descrever o veículo de trabalho 100, cada cilindro pode realizar tanto uma elevação da ponta 128 das forquilhas 122 quanto uma inclinação das forquilhas 122 ao serem atuados.

[0019] A cinemática atual pode ser determinada com o conhecimento da geometria e da posição atual das articulações 108 e o das forquilhas 122. A posição atual da articulação 108 e, assim, das forquilhas 122, pode ser detectada por um ou mais sensores. Para o veículo de trabalho 100, isso inclui um sensor de elevação 138 e um sensor de inclinação 140. O sensor de elevação 138 é posicionado com uma porção conectada ao chassi dianteiro 104 e a outra porção que desliza ao longo do lado inferior da lança 110 em um tipo de arranjo de seguidor de came. O sensor de elevação 138 é, portanto, capaz de prover um sinal indicativo de uma posição da lança 110, especificamente o ângulo da lança 110 com relação ao chassi dianteiro 104. Um sensor de inclinação 140 é posicionado com uma porção conectada à lança 110 e a outra porção conectada à manivela em cotovelo 112. O sensor de inclinação 140 é, desse modo, capaz de prover um sinal indicativo de uma posição da manivela em cotovelo 112 em relação à lança 110.

[0020] Cada um dentre o sensor de elevação 138 e o sensor de inclinação 140 está em comunicação com um controlador 142. O controlador 142 recebe os sinais providos por esses sensores e os valores para as distâncias entre os pinos da articulação 108 (isto é, a geometria conhecida da articulação 108) e pode determinar o posicionamento da articulação 108, incluindo qualquer número de ângulos ou posições. Por exemplo, o controlador 104 pode determinar a posição do eixo geométrico de base 126c em relação ao chassi dianteiro 104 aplicando a trigonometria ao comprimento do pino da lança 116 aos pinos de base 126b e o ângulo provido pelo sensor de elevação 138. De modo similar, o controlador 142 pode determinar as posições do eixo geométrico superior 124c e o eixo geométrico da ponta 132 (e, assim, as alturas dos mesmos) e prover os valores tais como o ângulo das forquilhas 122 em relação à superfície do solo 130 usando distâncias conhecidas entre os pinos e os sinais do sensor de elevação 138 e o sensor de inclinação 140. Determinando-se as mudanças nessas posições periodicamente, o controlador 142 é capaz de determinar a velocidade ou a aceleração de qualquer uma dessas posições da articulação 108 e das forquilhas 122. Desse modo, cada um dentre o sensor de elevação 138 e o sensor de inclinação 140 proveem sinais indicativos da posição, velocidade e aceleração da articulação 108 e das forquilhas 122. Especificamente, cada um desses sensores provê sinais indicativos da posição, velocidade e aceleração das forquilhas 122, incluindo a ponta 128 e o eixo geométrico de ponta 132.

[0021] Conforme aqui usado, a intenção é que o termo “controlador” corresponda ao modo como tal termo é usado por uma pessoa versada na técnica e refere-se a um componente de computação com capacidade de processamento, memória e comunicação que é usado para controlar ou se comunicar com um, ou mais de um, componente. Na modalidade ilustrada na figura 1, o controlador 142 é uma unidade de controle de veículo (VCU) que controla múltiplas funções do veículo de trabalho 100, mas em modalidades alternadas, poderia ser um controlador independente.

[0022] A figura 1 ilustra a colocação dos sensores em uma modalidade, mas modalidades alternativas podem usar diferentes colocações, ou sensores que medem tipos diferentes de dados. Como um exemplo, um IMU pode ser colocado em um dos pinos de base 126b e provê um sinal indicativo de três acelerações ortogonais lineares e três velocidades angulares em torno de três eixo geométricos ortogonais. O controlador 142 pode receber esse sinal de IMU e determinar a posição de um dos pinos base 126b e, se os pinos base 126b giram com as forquilhas 122, o ângulo das forquilhas 122. A precisão desses cálculos pode ser aumentada por meio de dados de um sensor adicional, tal como o sensor de elevação 138, para evitar acúmulo de erro com o decorrer do tempo. Um outro exemplo, uma IMU pode ser colocada na ponta 128 e prover diretamente as acelerações lineares e velocidades angulares sofridas pela ponta 128, permitindo que o controlador 142 calcule qualquer número de posições, velocidades ou acelerações relevantes, com um sensor angular adicional absoluto em uma, ou mais de uma, porção da articulação 108 para corrigir desvio e acúmulo de erro que ocorrem no decorrer do tempo.

[0023] A figura 2a mostra uma porção do veículo de trabalho 100 com as forquilhas 122 inclinados para trás/para cima (isto é, no sentido anti- horário) com relação à superfície do solo 130. Um operador que opera o veículo de trabalho 100 de uma central do operador 144 pode atuar uma alavanca de controle para controlar os cilindros de elevação 134 para elevar a lança 110 até que o eixo geométrico de ponta 132 esteja alinhado com as ranhuras 146 em uma palete 148, com o eixo geométrico de ponta 132 a uma altura 150. O operador pode, então, atuar um comutador do operador 152 localizado dentro da central do operador 144. Ao ativar o comutador do operador 152, o controlador 142 aciona os cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 para nivelar as forquilhas 122. O controlador 142 aciona tanto os cilindros de elevação 134 quanto o cilindro de inclinação 136 na quantidade de vezes adequada para obter um movimento total por parte das forquilhas 122 de uma rotação em torno do eixo geométrico de ponta 132. Isso permite que as forquilhas 122 mudem seu ângulo para o nivelamento ao mesmo tempo em que termina com o eixo geométrico de ponta 132 na altura 150. Uma vez que o controlador 142 aciona as forquilhas 122 para a posição de nivelamento, que é mostrada na figura 2b, o veículo de trabalho 100 pode ser atuado para a frente, para engatar as forquilhas 122 às ranhuras 146 do palete 148, já que as forquilhas 122 já estão na altura apropriada 150. Em modalidades alternativas, o controlador 142 pode ser disparado para realizar essa operação de nivelamento de modos diferentes do que a ativação de uma comutação do operador ou outra entrada feita pelo operador, tal como a com base no local do veículo de trabalho 100, sua proximidade com a palete, ou como o operador está operando sua articulação 108.

[0024] Na figura 2a e na figura 2b, a altura 150 do eixo geométrico de ponta 132 e da ponta 128 é mostrada com relação à superfície de solo 130 que sustenta o veículo de trabalho 100, mas, na prática, a altura seria frequentemente medida com relação a uma ponta no chassi 102 (tal como o pino da lança 116) ou outro ponto de referência em uma relação fixa com o chassi 102. Em modalidades alternativas, uma altura da ponta 128 pode ser medida com relação a algo externo ao veículo de trabalho 100.

[0025] O controlador 142 efetua a atuação dos cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 ao controlar uma série de válvulas eletro hidráulicas (não mostradas). O controlador 142 provê um sinal de voltagem às válvulas eletro-hidráulicas que abrem e fecham tais válvulas, controlando, assim, o fluxo do fluido hidráulico das bombas hidráulicas do veículo de trabalho 100 para os cilindros de elevação 134 e para o cilindro de inclinação 136. Em modalidades alternativas, o controlador 142 pode atuar os cilindros de modos alternados, controlando, por exemplo, diretamente o deslocamento da bomba para controlar o fluxo de fluido, ou acionando um ou mais componentes que, por sua vez, acionam as válvulas para controlar os cilindros, tais como relés, comutadores, embreagens ou outros controladores. O controlador 142 pode ser configurado de modo a controlar os cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 com base em um sistema de controle e entrada de sensor, conforme descrito adicionalmente abaixo com referência à figura 3.

[0026] A figura 3 é um fluxograma de um sistema de controle 200 que o controlador 142 pode ser configurado para executar. O sistema de controle 200 é para a atuação dos cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 para nivelar as forquilhas 122 obtendo-se a rotação líquida das forquilhas 122 em torno do eixo geométrico de ponta 132. Na etapa 202, o controlador 142 espera até receber um comando para nivelar as forquilhas 122, tal como um sinal do comutador do operador 152.

[0027] Na etapa 204, o controlador 142 recebe sinais do sensor de elevação 138 e do sensor de inclinação 140 que pode ser referido como um sinal de elevação e um sinal de inclinação, respectivamente. Na etapa 206, o controlador 142 determina a altura inicial, ou a altura no momento em que o comando do nível de forquilha foi recebido, da ponta 128 e, assim, o eixo geométrico da ponta 132 (por exemplo, a altura 150 mostrada na figura 2a e a figura 2b) usando os sinais recebidos na etapa 204 e a geometria conhecida da articulação 108 e das forquilhas 122. Por exemplo, a altura inicial pode ser um metro acima da superfície do solo 130, ou 0,5 metros abaixo de um eixo geométrico do pino da lança 116, como dois exemplos de pontos de referência para determinar a altura. Na etapa 208, o controlador 142 determina o ângulo das forquilhas 122, por exemplo, 7 graus, usando os sinais recebidos na etapa 204 e a geometria conhecida da articulação 108 e das forquilhas 122.

[0028] Na etapa 210, o controlador 142 aciona o cilindro de inclinação 136 na direção apropriada para inclinar as forquilhas 122 em direção à posição de nivelamento mostrada na figura 2b. Se as forquilhas 122 estão incialmente em uma posição inclinada para cima, conforme mostrado na figura 2a, então o controlador 142 retrai o cilindro de inclinação 136, que irá tender a girar as forquilhas 122 para baixo (por exemplo, na direção horária na figura 2a) em direção à posição de nivelamento. Se as forquilhas 122 estão incialmente em uma posição inclinada para baixo, então o controlador 142 estende o cilindro de inclinação 136, que irá tender a girar as forquilhas 122 para cima. Se as forquilhas 122 já estiverem nivelados, então o controlador 142 não irá atuar o cilindro de inclinação 136.

[0029] Na etapa 212, o controlador 142 aciona os cilindros de elevação 134 para resistirem às mudanças na altura da ponta 128, causadas pela atuação na etapa 210. O resultado das etapas 210 e 212 é que o controlador 142 atuará os cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 para fazer com que as forquilhas 122 obtenham um movimento total de rotação em torno do eixo geométrico de ponta 132 para nivelar as forquilhas 122 sem mudar a altura da ponta 128. Há vários modos de a etapa 212 ser feita. O controlador 142 faz isso com o sistema de controle 200 determinando a proporção em que a ativação do cilindro de inclinação 136 na etapa 210 irá mudar a altura da ponta 128. Aciona, então, os cilindros de elevação 134 em uma direção e proporção que causam um efeito oposto na altura da ponta 128. Por exemplo, se o controlador 142 está retraindo o cilindro de inclinação 136 a 0,2 m/s na etapa 210, então o controlador 142 na etapa 212 pode (i) determinar que esse atuação do cilindro de inclinação 136 poderia fazer com que a ponta 128 caísse em 0,4 m/s com base na cinemática e na posição atual da articulação 108 e das forquilhas 122 (com base no sinal de elevação e no sinal de inclinação), o que pode ser referido como uma mudança esperada na altura (ii) determinar, com base na cinemática e posição atual da articulação 108 e das forquilhas 122, que estender os cilindros de elevação 134 em 0,3 m/s faria com que a ponta 128 se elevasse em 0,4 m/s e, assim, iria resistir à atuação do cilindro de inclinação 136, então (iii) atuar os cilindros de elevação 134 em 0,3 m/s na direção estendida. Essa configuração do controlador 142 permitiria que o veículo de trabalho 100 nivelasse as forquilhas 122 enquanto mantivesse a altura da inclinação 128 inalterada durante o processo de nivelamento. Esse exemplo também deixa claro que o controlador 142 é capaz de realizar a etapa 210 e a etapa 212 em paralelo e não precisa esperar até que se complete a atuação do cilindro de inclinação 136 antes da atuação dos cilindros de elevação 134 para manter a altura da ponta 128 inalterada.

[0030] Como uma modalidade alternativa, o controlador 142 na etapa 212 pode realizar um controle de circuito fechado detectando a mudança na altura da ponta 128 e, então, acionando os cilindros de elevação 134 com base nessa mudança para fazer com que a ponta 128 volte para sua altura original. O controlador 142 poderia fazer isso comparando a altura atual da ponta 128 com base nos sinais mais recentes do sensor de elevação 138 e do sensor de inclinação 140 para a altura inicial da ponta 128 determinada na etapa 206. Se for encontrada uma mudança negativa, tal como determinar que a ponta 128 está 0,1 metro abaixo de sua altura inicial, o controlador 142 pode estender os cilindros de elevação 134 para ajudar a elevar a ponta 128 de volta para a sua altura inicial. Em uma variação, a proporção em que os cilindros de elevação 134 são atuados pode ser proporcional ao erro de altura (diferença entre a altura atual da ponta 128 e sua altura inicial), o que faria a proporção com base na magnitude do erro da altura ou mudança na altura. Em outra variação, um controle de PID (controle proporcional-integral-derivativo) pode ser usado no erro de altura para determinar a proporção em que os cilindros de elevação 134 são atuados. Essa configuração do controlador 142 não manteria a altura da ponta 128 inalterada durante o processo de nivelamento, mas reduziria os erros na altura da ponta 128 durante o processo de nivelamento.

[0031] Tanto na modalidade da figura 3 e da modalidade alternativa acima, as forquilhas 122 perfazem um movimento total de uma rotação em torno do eixo geométrico da ponta 132 em vez do eixo geométrico de base 126c, de modo que a altura da ponta 128 permaneça inalterada em vez de a altura dos pinos de base 126b permanecer inalterada. Porém, devido à cinemática da articulação 108, a posição para a frente e para trás da ponta 128 (na direção 101 a) pode mudar através da operação de nivelamento. Mesmo que a posição da ponta 128 possa mudar ao longo da direção 101a, aqui ainda é considerado como sendo a rotação em torno do eixo geométrico da ponta 132 se a posição da ponta 128 ficar inalterada ao longo da direção 101b. Em modalidades alternativas, um conjunto de força motriz do veículo de trabalho 100 pode ser controlado pelo controlador 142 para deslocar o veículo de trabalho 100 para a frente ou para trás de modo tal a resistir às mudanças na posição da ponta 128 ao longo da direção 101a causada pelo processo de nivelamento (isto é, a atuação dos cilindros de elevação 134 e do cilindro de inclinação 136). Em tais modalidades alternativas, a ponta 128 pode não mudar de posição ao longo da direção 101a durante o processo de nivelamento.

[0032] Na etapa 214, o controlador 142 recebe sinais atualizados do sensor de elevação 138 e do sensor de inclinação 140. Na etapa 216, o controlador 142 usa os sinais recebidos na etapa 214 para determinar o ângulo das forquilhas 122, como na etapa 208, e para determinar a altura da ponta 128, como na etapa 206. O controlador 142 determina, então, se as forquilhas 122 estão nivelados e a ponta 128 está na altura inicial determinada na etapa 206. Se ambos estiverem corretos, o controlador 142 cessa qualquer atuação em andamento dos cilindros de elevação 134 e do cilindro de inclinação 136 e prossegue para a etapa 202, onde espera o próximo nível de comando de forquilha. Se cada um desses itens estiver incorreto, o controlador 142 prossegue para a etapa 210. O controlador 142 realiza, desse modo, um circuito de etapas 210, 212, 214 e 216, acionando os cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 para efetuar uma rotação das forquilhas 122 em torno do eixo geométrico de ponta 132 até que as forquilhas 122 estejam nivelados e a ponta 128 esteja em sua altura inicial.

[0033] Na modalidade mostrada na figura 3, o controlador 142 aciona o cilindro de inclinação 136 e usa os sinais do primeiro sensor de elevação 138 e do sensor de inclinação 140 para atuar os cilindros de elevação 134 para resistir às mudanças na altura da ponta 128 em um circuito de etapas 210, 212, 214 e 216. Nas modalidades alternativas, o controlador 142 poderia, em vez disso, calcular as posições para os cilindros de elevação 134 e o cilindro de inclinação 136 (isto é, as posições do cilindro alvo) que resultariam nas forquilhas de nivelamento 122 com uma altura inalterada para a ponta 128 (isto é, a posição para as forquilhas 122) e, então, atuar todos os três cilindros até que essas posições fossem alcançadas. Essa configuração do controlador 142 não manteria a altura da ponta 128 inalterada durante o processo de nivelamento, mas o resultado total na extremidade do processo de nivelamento seria que as forquilhas 122 teriam sido submetidos a um movimento líquido de rotação em torno do eixo geométrico de ponta 132 para ficarem nivelado com uma altura inalterada para a ponta 128.

[0034] Sem limitar de forma alguma o escopo, a interpretação ou a aplicação das reivindicações abaixo, um efeito técnico de uma, ou mais de uma, modalidade exemplificativa aqui revelada é um método mais rápido e mais eficiente de controlar os atuadores de uma articulação para nivelar uma ferramenta de trabalho conectada à articulação sem mudar a altura em uma ponta da ferramenta de trabalho. Enquanto a altura da ponta da ferramenta de trabalho pode ser a mesma antes e após a operação de nivelamento, a altura pode mudar durante o processo de nivelamento em certas modalidades, e a posição para a frente e para trás da ponta também pode mudar através do processo de nivelamento e mesmo no final do processo de nivelamento, dependendo da natureza da articulação envolvida.

[0035] Embora a presente descrição tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e descrição acima, tais ilustrações e descrição não têm caráter restritivo, ficando claro que as modalidades ilustrativas foram mostradas e descritas e que o propósito é a proteção de todas as alterações e modificações que estejam dentro do espírito da presente descrição. As modalidades alternativas da presente descrição podem não incluir todos os recursos descritos, mas ainda assim irão aproveitar pelo menos alguma das vantagens de tais recursos. Os versados na técnica podem criar suas próprias implementações, que incorporem um ou mais dos recursos da presente descrição e que estejam dentro do espírito e escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. Veículo de trabalho (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um chassi (102); uma articulação (108); uma ferramenta de trabalho conectada de forma móvel ao chassi (102) por meio da articulação (108), a ferramenta de trabalho conectada de modo pivotante à articulação (108) em torno de um eixo geométrico de base, a ferramenta de trabalho compreendendo uma ponta posicionada em uma extremidade dianteira da ferramenta de trabalho; um eixo geométrico de ponta paralelo ao eixo geométrico de base e passando através da ponta; um primeiro atuador conectado à articulação (108); um segundo atuador conectado à articulação (108); um ou mais sensores, o um ou mais sensores configurado para prover um ou mais sinais indicativos de pelo menos um dentre uma posição, velocidade e aceleração da ferramenta de trabalho; um controle de operador, em que um controlador (142) está em comunicação com o controle de operador e está adicionalmente configurado para atuar, quando o controle de operador é atuado por uma entrada de operador, o primeiro atuador e o segundo atuador para nivelar a ferramenta de trabalho girando a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de ponta; e o controlador (142) configurado para atuar, com base no um ou mais sinais, o primeiro atuador e o segundo atuador para nivelar a ferramenta de trabalho girando a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de ponta; atuar o primeiro atuador e o segundo atuador para nivelar a ferramenta de trabalho sem alterar a altura da ponta durante a atuação do primeiro atuador e do segundo atuador.

2. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para determinar uma altura da ponta e um ângulo da ferramenta de trabalho com base no um ou mais sinais.

3. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro atuador é um primeiro cilindro hidráulico, o segundo atuador é um segundo cilindro hidráulico e a ferramenta de trabalho é um conjunto de forquilhas, e o controlador (142) é adicionalmente configurado para: determinar uma posição atual do conjunto de forquilhas com base no um ou mais sinais, em que a ponta está a uma altura e o conjunto de forquilhas não está nivelado na posição atual; determinar uma posição alvo do conjunto de forquilhas, em que a ponta está na altura e o conjunto de forquilhas está nivelado na posição alvo; determinar uma posição alvo para o primeiro cilindro hidráulico que corresponde à posição alvo do conjunto de forquilhas; determinar uma posição alvo para o segundo cilindro hidráulico que corresponde à posição alvo do conjunto de forquilhas; atuar o primeiro cilindro hidráulico para a posição alvo para o primeiro cilindro hidráulico; e atuar o segundo cilindro hidráulico para a posição alvo para o segundo cilindro hidráulico.

4. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para: atuar o segundo atuador para girar a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de base; e atuar o primeiro atuador, com base no um ou mais sinais, para resistir às mudanças na altura da ponta.

5. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para: 1. uar o segundo atuador para girar a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de base; determinar uma mudança em uma altura da ponta que resulta da atuação do segundo atuador; e atuar o primeiro atuador com base na mudança na altura.

6. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para atuar o primeiro atuador em uma proporção, a proporção com base em uma magnitude da mudança na altura.

7. Método para controlar uma ferramenta de trabalho conectada de forma móvel por uma articulação (108) a um chassi (102) de um veículo de trabalho (100), a ferramenta de trabalho conectada de modo pivotante à articulação (108) em torno de um eixo geométrico de base, a ferramenta de trabalho compreendendo uma ponta posicionada em uma extremidade dianteira da ferramenta de trabalho, o método caracterizado pelo fato de que compreende: receber um ou mais sinais de sensor em um controlador (142), o um ou mais sinais indicativos de pelo menos uma dentre uma posição, velocidade e aceleração da ferramenta de trabalho; e atuar, com o controlador (142), um atuador de inclinação e um atuador de elevação para girar a ferramenta de trabalho em torno de um eixo geométrico de ponta com base no um ou mais sinais de sensor, o atuador de inclinação conectado à articulação (108) e configurado para girar a ferramenta de trabalho em torno do eixo geométrico de base quando atuada, o atuador de elevação conectado à articulação (108) e configurado para elevar ou abaixar o eixo geométrico de base quando atuado, o eixo geométrico de ponta paralelo ao eixo geométrico de base e passando através da ponta, em que, com base em uma entrada de operador para um controle de operador, o atuador de inclinação e o atuador de elevação movem a ferramenta de trabalho para uma posição onde a ferramenta de trabalho está nivelada.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar uma altura da ponta com base no um ou mais sinais; e atuar, com o controlador (142), do atuador de inclinação e o atuador de elevação com base na altura.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a ferramenta de trabalho é um conjunto de forquilhas e a ponta permanece na altura durante a atuação do atuador de inclinação e do atuador de elevação.

10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a etapa de atuação compreende: atuar o atuador de inclinação até que a ferramenta de trabalho esteja nivelada; e atuar, enquanto o atuador de inclinação está sendo atuado, o atuador de elevação com base no um ou mais sinais de sensor para resistir a um efeito de atuação do atuador de inclinação em uma altura do eixo geométrico de ponta.

11. Veículo de trabalho (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um chassi (102); uma articulação (108), a articulação (108) compreendendo: uma lança, uma primeira extremidade da lança conectada de modo pivotante ao chassi (102); cilindros de elevação, as primeiras extremidades dos cilindros de elevação conectadas de modo pivotante ao chassi (102), as segundas extremidades dos cilindros de elevação conectadas de modo pivotante à lança; uma manivela em cotovelo conectada de modo pivotante à lança; um cilindro de inclinação conectado de forma pivotante a uma primeira extremidade da manivela em cotovelo; e uma articulação (108) inferior, uma primeira extremidade da articulação (108) inferior conectada de modo pivotante a uma segunda extremidade da manivela em cotovelo; um conjunto de forquilhas, o conjunto de forquilhas conectado de forma pivotante a uma segunda extremidade da lança, o conjunto de forquilhas conectado de forma pivotante a uma segunda extremidade da articulação (108) inferior, o conjunto de forquilhas compreendendo uma ponta posicionada em uma extremidade dianteira do conjunto de forquilhas; um sensor de elevação configurado para prover um sinal de elevação indicativo de um ângulo da lança em relação ao chassi (102); um sensor de inclinação configurado para prover um sinal de inclinação indicativo de um ângulo da manivela em cotovelo com relação à lança; e um controlador (142) em comunicação com o sensor de elevação e o sensor de inclinação, o controlador (142) configurado para atuar, com base no sinal de elevação e no sinal de inclinação, os cilindros de elevação e o cilindro de inclinação para girar o conjunto de forquilhas de uma posição inclinada com a ponta em uma altura para uma posição nivelada com a ponta na altura; atuar os cilindros de elevação e o cilindro de inclinação para girar o conjunto de forquilhas da posição inclinada para a posição nivelada sem que a altura mude durante a rotação; um controle de operador, em que o controlador (142) está em comunicação com o controle de operador e adicionalmente configurado para atuar, quando o controle de operador é atuado e com base no sinal de elevação e no sinal de inclinação, os cilindros de elevação e o cilindro de inclinação para girar o conjunto de forquilhas da posição inclinada com a ponta na altura para a posição nivelada com a ponta na altura.

12. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para determinar a altura e um ângulo do conjunto de forquilhas com base no sinal de elevação e no sinal de inclinação.

13. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para: determinar a altura com base no sinal de elevação e no sinal de inclinação; atuar o cilindro de inclinação; e atuar os cilindros de elevação com base nas mudanças na altura.

14. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para: atuar o cilindro de inclinação; determinar uma mudança esperada na altura resultante da atuação do cilindro de inclinação; e atuar os cilindros de elevação com base na mudança esperada na altura.

15. Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o controlador (142) é adicionalmente configurado para atuar os cilindros de elevação a uma proporção, a proporção com base em uma magnitude da mudança esperada na altura.