CN101424921A - 作业工具通知和用户可选择的机械控制配置 - Google Patents

Abstract

本发明公开作业工具通知和用户可选择的机械控制配置。本发明提供一种控制系统，用于响应于对机械的工具安装而控制机械中的一个或多个致动器，所述控制系统检测对机械的工具安装，并提示机械的用户配置控制器对于一个或多个致动器中的至少一个的操作。

Description

作业工具通知和用户可选择的机械控制配置

技术领域

本发明总的涉及机械控制的重新配置，更具体地，涉及这样一种控制系统，其具有工具转换所触发的提示模式，以提示用户重新配置信息。

背景技术

大型工业机械(例如轮式装载机、挖掘机、斗式装载机等)的获得和操作都很昂贵，因此期望利用这种机械执行尽可能更多的任务。然而，给定的机械配置不适合于所有期望的任务。因此，许多这种机械支持可转换的附件或“工具”，从而可使用相同的基础机械实现多种不同任务。现有技术中存在多个附件，包括：提桶(bucket)、铲斗、叉子、吊杆、刷子、挖斗、反铲、凿岩锤等。通常，在转换工具时，必须转换对于机械用户的控制接口的响应，从而新的工具将正常运行。例如，与工具相关的液压致动器的范围、方向和配位(coordination)可能在工具与工具之间明显不同。

作为特定非限制实例，当叉式装载机连接至机械时，通常协调关联的液压致动器的移动，从而在提升和降低叉子时，使得叉子实质上保持与地面平行。相反，可能需要提桶在提升时向前倾斜。典型地，需要为每个工具编程在致动器之间的这种关联，从而在用户操作用户控制时使得工具适当响应。

尽管在转换工具时用户可以对机械控制器手工重新编程，但是这需要用户基本熟悉工具和机械，从而理解应该对控制器重新配置的方式。另一方面，某些系统已经发展为通过识别新工具并由此自动重新配置控制器来避免完全地用户交互。例如，伯杰(Berger)等人的标题为“AdaptableController For Work Vehicle Attachments”的美国专利6,061,617描述了这样一种系统，其采用与特定工具一致的数据存储设备。每个数据存储设备包含与特定工具相关的指令，并且机械控制器根据从数据存储设备读取的数据操作致动器。在另一个实施例中，机械控制器直接从新工具读取识别数据，并从存储设备选择对应的指令数据。然而，申请人意识到，完全去除用户控制元素的系统在某些方面与需要完全用户控制的系统一样具有缺陷。

本发明公开的机械配置系统旨在克服在某些实施例中的现有系统中的一个或多个缺陷，但是可以理解，上述背景技术的讨论仅帮助读者。并没有限制本发明或权利要求，因此不应该表示先前系统的任意特定元素都不适用，也不表示包括用以解决问题的任意元素在实现这里所述的实例或类似实例中是重要的。

发明内容

在一方面中，本发明描述一种机械控制系统，用于响应于对机械的工具安装而控制机械中的一个或多个致动器。在该实施例中，所述控制系统包括：控制器，用于控制一个或多个致动器；警报设备，用于检测对机械的工具安装，以及用于响应于所述检测向所述控制器发送检测信号；以及在与控制器相关的计算机可读介质上的配置程序，其可由控制器操作，并且包括响应于检测信号的接收向机械的用户显示提示的指令，以及接收和处理通过用户对控制器的用户输入以配置控制器对于一个或多个致动器中的至少一个的操作的指令。

在另一方面，本发明描述一种机械控制系统，用于响应于对机械的工具安装而控制工具。在该实施例中，所述控制系统包括：警报设备，用于检测对机械的工具安装，以及用于响应于所述检测发送检测信号；和控制器，适用于接收所述检测信号，以及响应于所述检测信号的接收而提示机械的用户配置所述控制器以操作所述工具，并接收由所述用户对所述控制器的用户输入以配置所述控制器。

在另一方面，本发明描述一种计算机可读介质，在其上具有用于配置机械控制器的计算机可读指令。在该实施例中，计算机可读指令包括检测对机械的工具安装的指令；提示机械的用户配置控制器以操作工具的指令；响应于提示而接收用户输入的指令；以及与用户输入一致地配置控制器的指令。

结合附图，根据以下讨论，所描述的系统和方法的其它方面、特征和实施例将变得清楚。

附图说明

图1是根据这里所述原理可用的示例性机械的主系统和互连的示意性示图；

图2是示出根据本发明的机械控制器配置的示例性处理的流程图；

图3是根据本发明实施例的示例性用户界面；和

图4是根据本发明另一实施例的示例性用户界面。

具体实施方式

概括地，本发明涉及机械控制的重新配置的系统和方法，其中工具转换触发提示模式，从而提示用户提供重新配置信息和/或选择。具体地，配置机械控制器，以基于与机械连接的工具特征适当地控制和协调一个或多个液压致动器。以下将描述示例性实施例和环境帮助读者理解，但是可以理解，由所附权利要求而并非本说明来限定本发明的范围和界限。

图1以示意图的水平示出示例性机械10的主系统和互连。机械10可以是执行一个或多个工业操作(例如，与采矿、建造、耕作和本领域已知的其他行业相关的操作)的固定或移动机械。例如，机械10可以是物料操作器、反铲挖土机、集成工具运输机、装载机、或本领域已知的任意其他机械。机械10可包括动力源12、传动装置14、可拆卸地连接至机械10的作业工具16、操作员接口18、和控制系统20。

动力源12优选地包括内燃机，例如柴油机、汽油机、天然气发动机、或本领域普通技术人员清楚的任意其他发动机。然而，动力源12可附加地或可选择地包括其他动力源，例如电动力源或其他适当的动力源。

传动装置14被配置为例如以一定范围的输出速度比从动力源12向输出设备(未示出)传送动力。传动装置14可以是液压传动装置、机械传动装置、液压机械传动装置、电传动装置或其他适合的传动装置。输出设备包括接地机构，例如车轮、轨道、皮带、或本领域已知的其他接地设备。输入驱动构件(例如中间轴22)将动力源12连接至传动装置14。传动装置14还包括将传动装置14连接至输出设备的输出驱动构件(例如输出轴24)。这样，通过输出轴24将动力源12生成的动力传送到输出设备。尽管应注意传动装置14支持一定范围的离散或连续可变输出速度比，但是可以理解，传动装置14能够可选择地以一个输出速度比将动力从动力源12传送到输出设备。

在一个实施例中，传动装置14可以是具有泵26和马达28的液压传动装置。泵26和马达28可以是可变排量、可变流量、固定排量或本领域已知的任意其他配置。泵26可经由中间轴22直接连接至动力源12。可选择地，泵26可经由转矩变换器、传动箱、或以本领域已知的任意其他方式连接至动力源12。在所示实例中，马达28通过管道以可流动的方式连接至泵26，所述管道向泵26和马达28提供流体以及和从泵26和马达28返回流体，从而通过液压使得泵26有效地驱动马达28。马达28可经由输出轴24直接连接至输出设备。机械10可包括或可不包括减速齿轮配置，例如布置在马达28和输出设备之间的行星配置。

传动装置控制器30可分别经由控制线路32和34与泵26和马达28通信，并且被配置为响应于机械10的期望行进速度改变泵26和/或马达28的排量，从而控制输出轴24的输出旋转。控制线路32和34可以是数字、模拟或混合通信线路。替代地，可通过机械或液压线路实现与传动装置14的各个组件之间的通信。

各个工具或器具可连接至一个机械并可经由操作员接口18控制。在这里，术语“工具”和“器具”可互换地用以表示可拆卸地连接至机械(例如机械10)以执行任务或行为的装置。例如，工具16可包括叉形装置、叶片、提桶、铲子、裂具、翻斗、扫把、吹雪机、推进设备、剪切设备、抓握设备、或本领域中已知的任意其他任务执行设备。工具16可经由直接枢轴、联动系统、一个或多个液压缸、或任意其他适合装置连接至机械10。工具16可被配置为相对于本领域已知的机械10旋转、转动、滑动、摆动、提升或移动。

操作员接口18可位于机械10的驾驶室中紧邻座位(未示出)处，并且可包括用以控制机械10的组件、特征和功能的多个机构。在一个实例中，操作员接口18包括操纵杆控制器36和脚踏开关38。此外，操作员接口18可包括附加的或不同的控制设备，例如杠杆、开关、按钮、踏板、方向盘和本领域已知的其他控制机构。

通常，操纵杆控制器36被配置为控制工具16的移动，具体地，控制工具或者其某个部分的移动方向和/或速度。例如，操纵杆控制器36可以在相对于机械操作员的向前位置倾斜，以使得作业工具16在第一方向移动。典型地但不是必须的，操纵杆控制器36可以在相对于机械操作员的向后位置倾斜，以使得作业工具16在与第一方向相反的第二方向移动。类似地，操纵杆控制器36典型地在向前和向后两个方向上具有最大和最小倾斜角度的限制，并且可倾斜至在最大和最小位置之间的任意角度，以在关联方向上以最大和最小行进速度之间的对应速度移动工具16或者其某个部分。最大行进速度的百分数与操纵杆控制器36的最大倾斜角的百分数之比可看作工具移动速度增益。

可以理解，操纵杆控制器36可围绕多个轴倾斜、可旋转、和/或可以以任意其他方式移动。还可以理解，操纵杆控制器36可被配置为用以控制除了工具16的移动之外的附加机械功能。还可以理解，可通过除了操纵杆控制器36之外的控制设备(例如滑动机构、方向盘机构、踏板或任意其他适合设备)控制工具16的移动。

脚踏板38可被配置为控制机械10的行进速度和/或驱动力(rim pull)转矩。驱动力是在输出设备(例如，车轮、轨道、皮带或本领域已知的其他接地设备)的转矩的测量。机械10的行进速度和/或驱动力转矩可以与脚踏板38的致动位置成比例。例如，脚踏板38可以在第一方向旋转，以表示机械10的期望行进速度和/或驱动力转矩的增加。脚踏板38也可以在与第一方向相反的第二方向旋转，以表示机械10的期望行进速度和/或驱动力转矩的减少。在实施例中，脚踏板38在第一方向具有最大旋转限制，在第二方向具有最小旋转限制，并且可旋转至最大和最小位置之间的任意位置，从而以最大和最小行进速度和/或驱动力转矩之间的对应速度设置机械10的期望行进速度和/或驱动力转矩。脚踏板38的最大行进速度的百分数与最大旋转角的百分数之比可看作机械行程速度增益。脚踏板38的最大驱动力转矩的百分数与最大旋转角的百分数之比可看作机械驱动力转矩增益。机械10的行程速度和/或驱动力转矩可通过除了脚踏板38之外的控制设备(例如滑动机构、方向盘机构、操纵杆或任意其他适合设备)控制。

控制系统20可经由通信线路40与传动装置14的传动控制器30通信，经由通信线路42与作业工具16通信，经由通信线路44与操纵杆控制器36通信，以及经由通信线路46与脚踏板38通信。控制线路40、46可以是数字、模拟或混合通信线路。在所示实施例中，控制系统20包括控制模块48、工具安装警报设备50。

控制模块48典型地包括微处理器，其包括用于存储和比较信息以及控制动力源12的操作的装置。控制模块48可以在一个微处理器或多个微处理器以及相关外围电路(例如外部存储器)等中实现。多个商业可用的微处理器可被配置为执行控制模块48的功能。可以理解，控制模块48可容易地在能够控制多个机械功能的通用机械微处理器中实现。控制模块48可包括用于存储、比较和控制例如存储器、一个或多个数据存储设备、或可用于运行应用的任意其他组件的任意装置。此外，尽管本发明中所述的某些数据通常描述为存储在存储器中，但是本领域普通技术人员可以理解，这种数据可存储在计算机可读介质(例如存储器芯片和第二存储设备，包括硬盘、软盘、光盘、CD-ROM或其他形式RAM或ROM)上或从中读取。各个其他已知电路可以与控制模块48关联，包括电源电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路、通信电路、和其他适当电路。

控制模块48可被配置为改变机械10的操作。具体地，控制模块48可被配置为改变工具移动速度增益、机械行进速度增益、和/或机械驱动力增益。例如，在第一工具16连接至机械10时，控制模块48可实现第一工具移动速度增益、机械行程速度增益和/或机械驱动力增益，以及在第二工具16连接至机械10时，实现第二工具移动速度增益、机械行程速度增益和/或机械驱动力增益。当然，例如当没有工具16连接至机械10时，或者当与第一和第二工具不同的工具连接至机械10时，也可以实现第三工具移动速度增益、机械行程速度增益和/或机械驱动力增益。

工具安装警报设备50被配置为自动生成用以表示与机械10连接的工具16的信号，并将该信号导向至控制模块48。具体地，工具安装警报设备50经由通信线路42与控制模块48通信。用以表示与机械10连接的工具16的信号可以但不必包括与连接工具特定相关的其它信息。工具安装警报设备50包括传感设备，例如光学传感器、激光传感器、磁传感器、按键、按钮、插销(pin)或被配置为检测工具16的存在的其它适合传感器。

转到图2，流程图100示出根据本发明的机械配置的示例性处理。可以理解，在每个实施方式中的步骤顺序不必与本发明所公开的相同，每个实现也不必包括每个步骤。此外，实施方式可根据特定设计者喜好或设计目的包括除了这里所示的附加步骤。根据情况，将额外地参照图3和4描述经由图2中的流程图100所示的处理。

在处理100的步骤101，将工具16连接至机械10。如果另一个工具先前已连接至机械10，则在步骤101之前将其去除。在将工具16连接至机械10时，工具安装警报设备50在步骤102检测到工具16，并生成用以表示工具16被连接的警报信号。在步骤103，工具安装警报设备50通过线路52将警报信号导向至控制模块48，用于处理。

控制模块48在步骤104生成和显示用户提示，从而提醒用户工具的连接和重新配置控制模块48中的控制器(或确认当前配置)的需要，以解决新的连接。用户提示可以是例如经由图形用户界面的图形，或可以是更基本的，例如发光LED。在这里讨论的图形用户界面的示例性实施例中，用户提示可需要用户在多个特征水平中的一个或多个输入特定配置信息。

例如，在图3的简化示例性实施例中的用户界面150提示用户从机械10的显示系统156的屏幕菜单155中所图片显示的工具选项151、152、153、154中选择工具。在示例性实施例中，用户界面150包括附加界面元素。例如，界面150还包括滚动按钮157、158和文本读出区域159。如果用于用户输入，则文本读出区域159可以是触摸感应式，或可使用滚动按钮157、158选择经由选择按钮160选择的读出区域159的元素。

文本读出区域可用于显示任意期望的文本或图形，但是在实施例中，区域159呈现出可选择的配置选项。例如，在示例性实施例中，区域159包括2个可选择的配置选项按键161、162，分别用于选择图形配置模式(如图所示)或手工配置模式。尽管图3中示出图形配置模式，但是可以理解，可根据设计者喜好在工具16的连接时将缺省模式完全设置为任一模式或另一模式。

图4的示意性示图示出根据一实施例的与手工配置模式对应的用户界面。在该模式下，用户能够配置系统致动器对于用户控制元件(例如操纵杆36和踏板38)的响应。在示例性示图中，选择“Select Actuator(选择致动器)”选项163，并且读出区域159显示致动器的可选择列表。其它显示的配置行为包括“Select Range Of Movement(选择移动的范围)”164、“Select Tool Movement Speed Gain(选择工具移动速度增益)”165、和“Link Actuator To Another Actuator(将致动器链接至另一致动器)”166。

在实施例中，可选择在读出区域159中所示的致动器列表的各个致动器，以进一步访问配置选项。例如，如果已经选择致动器并且用户然后选择“Select Range Of Movement”选项164，则用户界面优选地在一个实施例中呈现为允许用户设置对于所选致动器的移动范围。

在处理100的步骤105，用户通过选择适当按键(例如“Done(完成)”键)完成控制器的配置，此时处理100结束，并且控制器退出配置程序。

工业实用性

根据以上讨论，将容易理解这里所述的机械控制器的重新配置系统的工业实用性。描述了这样一种技术，其中机械控制器经由警报设备检测对机械的工具安装，并响应于此提示机械用户配置控制器的操作，以利用所安装的工具进行操作。在实施例中，向用户提供信息和选项，以选择预定配置，但是也可以以不同方式手工配置控制器。

所公开的机械控制器的重新配置系统适用于任意液压致动的机械，包括在机械支持不同工具的情况下的一个或多个液压致动器，以及根据致动器的移动范围和方向以及配位所述系统规定致动器的不同的各个操作或从中获益。

在机械上安装工具时，警报设备检测工具的存在，并提示用户配置控制器，以利用新工具进行适当操作。例如，可能需要修改响应于用户控制输入的相关致动器的移动范围和方向。此外，某些工具可能响应于一个控制输入来规定特定致动器的配位。在实施例中，向用户呈现配置界面，从而用户可容易地选择配置行为和数值。

可以理解，以上说明提供了所公开系统和技术的实例。然而，可以理解，其它实现可能在细节上与以上实例不同。这里对具体实例的所有引用旨在引用此时所讨论的具体实例，而并不暗示一般地与权利要求或本发明公开的范围相关的任意限制。对于所述系统的某些特征或本领域的区别和忽视的所有语言旨在表示对于那些特征缺乏喜好，而并没有将这些特征完全排除在权利要求的范围之外，除非有所指示。

这里的多个数值范围的描述仅用作单独引用落于所述范围内的每个独立数值的简单方法，除非这里有所指定，并且将每个独立值合并到说明书中，好像这里单独描述一样。这里描述的所有方法可以以任意适合的顺序执行，除非这里有所指定，或者明显与上下文抵触。

因此，所附权利要求包括由适用法律允许的所有修改和等价物。此外，包括在其所有可能的变形中的上述元素的任意组合，除非这里有所指定，或者明显与上下文抵触。

Claims (10)

1.一种控制系统，用于响应于对机械的工具安装而控制工具，所述控制系统包括：

警报设备，用于检测对机械的工具安装，以及用于响应于所述检测发送检测信号；和

控制器，适用于接收所述检测信号，以及响应于所述检测信号的接收而提示所述机械的用户配置所述控制器以操作所述工具，并接收由所述用户对所述控制器的用户输入以配置所述控制器。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制器能够经由与所述控制器关联的显示设备向用户显示图形提示。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述图形提示包括工具的可选择列表。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其中所述工具的可选择列表包括图片的工具表示。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制器适用于经由一个或多个致动器操作所述工具。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述一个或多个致动器包括一个或多个液压致动器。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述工具选自包括以下内容的组：提桶、铲斗、叉子、吊杆、刷子、挖斗、反铲和凿岩锤。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述警报设备选自包括以下内容的组：光学传感器、激光传感器、磁传感器、按键、按钮和插销。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述控制器适用于通过这样的方式提示用户，即经由与所述控制器关联的显示设备向用户呈现致动器的可选择列表。

10.一种机械，包括根据权利要求1-9中任意的控制系统。

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