CN102639793B - 用于移动机器的缆索循迹系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于移动机器(12)的缆索循迹系统(28)。缆索循迹系统可以具有定位在移动机器上的卷筒(26)，其随着移动机器围绕工地行进而选择性地分配和卷绕从移动机器延伸到固定源(14)的缆索(16)。缆索循迹系统还可以具有：与卷筒相联的至少一个传感器(32)，以产生指示卷筒参数的第一信号；与移动机器相联的定位系统(33)，以产生指示移动机器的位置的第二信号；和与至少一个传感器和定位系统通信的控制器(34)。控制器能够基于第一信号和第二信号确定缆索避开地带(24)。

Description

用于移动机器的缆索循迹系统和方法

技术领域

本发明涉及一种循迹系统和方法，更具体地，涉及一种用于针对移动机器的缆索循迹的系统和方法。

背景技术

例如架式钻床、长臂挖掘机和掘凿机等大型土方设备通常系有缆索，以便经由连接到设备的大的高压电缆从固定源接收电力。在设备的运行过程中，电缆可以横亘于工地地面或者沿着台阶底。随着设备运动到新的位置，例如当设备行进到新的井场或钻探目标之间的枢轴点时，电缆被牵引经过地面并且电缆的位置相对于地面改变。

一些是人控的和一些是自动或半自动的非缆索式移动设备的其它元件通常在工地处与缆索式机器协同定位并且围绕工地操纵，执行其它挖掘和/或运输活动。在移动设备的这些其它元件运行过程中，应当避免与前述电缆接触，以防止损坏电缆和设备。但是，围绕电缆移动和操纵是困难的，因为电缆难以被看到并且它们的位置不总是保持不变。

于1986年5月6日授予Stoldt的美国专利No.4587383(“‘383专利”)中描述了一种在保护相联的供电电缆的同时用于向移动设备供应连续电流的系统。’383专利公开了一种大型前端装载机，其经由连接到可转动地安装在机器顶部上的转动架的电缆提供电力。转动架具有一高度，该高度足以使得柔性电缆在进入转动架时升高到机器的最高固定部分之上。以此方式，随着装载机的铲斗处于其降低和工作位置，机器在升高的电缆下具有完全的转动和运动自由度，并且电缆避开了开采地面，在该处，电缆可能被损坏或形成安全危险。

虽然’383专利中描述的系统可以有助于降低由系到电缆的机器造成的对电缆的损坏，但其益处也是有限的。即，’383专利的系统对远离紧邻缆索式机器的位置处的电缆的保护甚微，在所述位置处，其它运行的机器会损坏电缆。另外，转动架的延伸高度会限制机器在一些应用中的使用并且/或者增加由转动架与高架障碍物的碰撞引起的损坏机器的可能性。

本发明的缆索循迹系统和方法旨在对现有技术的改进。

发明内容

本发明的一方面涉及一种缆索循迹系统。缆索循迹系统可以包括定位在移动机器上的卷筒，其随着移动机器围绕工地行进而选择性地分配和卷绕从移动机器延伸到固定源的缆索。缆索循迹系统还可以包括：与卷筒相联的至少一个传感器，以产生指示卷筒参数的第一信号；与移动机器相联的定位系统，以产生指示移动机器的行进路径参数的第二信号；和与至少一个传感器和定位系统通信的控制器。控制器能够基于第一信号和第二信号确定缆索避开地带。

本发明的另一方面涉及一种附加的缆索循迹系统。该缆索循迹系统可以包括：定位在移动机器上的卷筒，其随着移动机器围绕工地行进而选择性地分配和卷绕从移动机器延伸到固定源的缆索；和与卷筒相联的马达，用以在缆索的分配和卷绕过程中驱动卷筒。该缆索循迹系统还可以包括：与卷筒相联的传感器，以产生指示由缆索施加给卷筒的力的第一信号；与移动机器相联的定位系统，以产生指示移动机器的行进路径参数的第二信号；和与传感器和定位系统通信的控制器。控制器能够基于第一信号和第二信号确定缆索避开地带，基于第一信号调节马达的运行并且在缆索的卷绕过程中指引移动机器行进经过缆索地带。

本发明的又一方面涉及一种针对移动机器的缆索循迹的方法。该方法可以包括：感测与缆索卷筒相关的参数并且响应地产生第一信号；并且确定移动机器的行进路径参数并且响应地产生第二信号。该方法还可以包括基于第一信号和第二信号确定缆索避开地带。

附图说明

图1是具有缆索式和非缆索式移动机器的一种示例性公开的工地的示意图；

图2是可以在图1的工地处使用的缆索循迹系统的示意图；并且

图3是描绘可以由图2的缆索循迹系统执行的一种示例性公开的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了例如建筑或采矿场地的工地10，在该处，多个机器可以运行以执行多项任务。在一个例子中，这些任务可以包括诸如钻探、装载、牵引、平地等土方操作。但是，应当注意到，如果希望的话，与土方不相关的其它任务也可以通过工地10处的机器来完成。

在图1中描绘的示例性工地10中，一些机器被示出为缆索式机器，而其它被示出为非缆索式。特别地，被描绘为架式钻床12的第一机器经由缆索16操作地连接到基站14。分别被描绘为拖运卡车18、轮式装载机20和推土机22的第二机器、第三机器和第四机器被示出为非缆索式。可以设想，任何类型的机器都可以在工地10处运行，并且每个机器可以是或不是缆索式。系有缆索到基站14的机器的类型对本发明来说不是关键的。

在工地10处运行的机器可以是手动操作的、自动操作的或半自动操作的。即，一种或多种机器的运行可以响应于环境输入和/或预定指令完全通过机载或场外控制器来调节，而工地10处的其它机器可以完全通过操作者来调节。并且，还有其它一些机器可以具有由控制器调节的一些功能，和由操作者调节的其它功能。在这些情况中的任意情况中，每个机器能够与彼此、与基站14和/或工地10处的其它实体通信，以接收和发送能够执行不同机器的运行和控制的信息。

在工地10处的每个机器可以经由位于每个机器上和位于基站14处的通信装置21向彼此和/或向基站14传送信息。通信装置21可以具体化为有利于机器和基站14之间数据交换的任何机构。例如，通信装置21可以包括使每个机器和基站14能够经过直接数据链路(未示出)或无线通信链路发送和/或接收数据消息的硬件和/或软件。无线通信例如可以包括使机器和基站14能够无线地交换信息的卫星、移动电话、红外线和任何其它类型的无线通信装置。

关于架式钻床12，缆索16能够给架式钻床12提供有利于执行分配给架式钻床12的任务的元件。例如，缆索16可以具体化为能够传导架式钻床12为了推进和/或为了相关联作业工具25的驱动功率所使用的高压电流的电力供应电缆。在另一例子中，缆索16可以替代地或附加地能够供应气体或流体，例如空气、水、泥浆等，有利于钻探操作、切割操作、分离操作、清洁操作或本领域中已知的任何其它操作。在又一例子中，缆索16可以替代地具体化为用于收回或范围限制架式钻床12的实心绞盘电缆或绳索、用于与架式钻床12远程通信和/或控制架式钻床12的运行的通信线(例如，实心通信线或光纤)、或者如果希望的话本领域中已知的任何其它类型的缆索。在这些情况的任意情况中，缆索16可以从基站14延伸到架式钻床12(或者在工地10处的任何其它缆索式机器)，其中基站14用作供应电、空气、水、泥浆、范围限制等的固定源。

为了有助于确保架式钻床12的连续运行并避免损坏工地10处的设备，包括架式钻床12本身在内的在工地10处运行的机器应当避免与缆索16不慎接触。特别地，在工地10处运行的机器应当试图避免在缆索16上驱动或者使作业工具、有效负载与缆索16无意接合，或者以任何其它方式与缆索16无意接合，因为这种接合会造成缆索16破裂和/或损坏与缆索16接合的部件。

遗憾的是，由于在工地10处运行的机器的尺寸和/或由于工地10处的地形和其它不可控制因素，一个机器的缆索16可能难以由自动控制器或另一机器的人工操作者来检测。为此，可以建立避开地带24，其提供缆索16可能或最可能存在其中的一个或多个边界区域。避开地带24可以包括缆索16的实际或接近位置，或者可以在缆索16的任一侧提供在工地10处运行的机器应当避开的一个或多个区域(裕度因子)。由于一些机器可能会对缆索16造成较大损坏或者被缆索16严重损坏，可以想到的是，避开地带24可以针对机器的每一个个体、种类或型号具有不同的尺寸，并且/或者对进入避开地带24和/或触碰缆索16的机器的响应可能对于每个机器不同。有关缆索16和/或避开地带24的位置的信息可以经由通信装置21通信至每个机器，并且用于在正常运行期间自动和/或手动地引导机器不接触避开地带24。

在一个例子中，由于轮式装载机20行进的速度相对较高，针对轮式装载机20的避开地带24会比针对推土机22的宽。在另一例子中，由于拖运卡车18在完全装载时的重有效载荷以及由重量造成的对缆索16的相关损坏可能，针对拖运卡车18的避开地带24可以更宽。

在又一例子中，避开地带24可以针对一个机器包括仅单组边界位置，以及针对另一机器包括多组边界位置。在这种情况中，每组边界位置可以与当每个边界组的位置被机器越过时启动的不同响应相对应。例如，当轮式装载机20触碰边界位置24C时，轮式装载机20会被通知和/或引导沿着使轮式装载机20远离避开地带24的路径行进。在该相同的例子中，当轮式装载机20触碰内边界位置24A时，轮式装载机20会被禁止进一步行进到避开地带24中(例如，轮式装载机20会停机或限制为仅反向行进离开避开地带24)。相反，拖运卡车18在越过避开地带24的单个边界位置时会立即停机。应当注意的是，边界组的数量和边界位置相对于缆索16的对称性并不由本发明限制。还可以想到，针对机器接近避开地带24、避开地带的边界被穿过、和/或机器被驱动进入避开地带一距离可以发出不同的响应。

如图2所示，缆索16可以在与作业工具25相对的端部处连接到架式钻床12。在一种实施方式中，缆索16可以连接到卷筒26，该卷筒26可转动地安装到架式钻床12的后端处。在架式钻床12分别远离或朝向基站14运动时，卷筒26能够分配和卷绕缆索16。可以设想，如果希望的话，一个或多个中心定位的引导件(未示出)可以与卷筒26相关联，以促进缆索16围绕卷筒26的平滑卷绕。

架式钻床12可以配备有缆索循迹系统(“系统”)28，该系统28调节卷筒26的操作并且响应于一个或多个输入针对缆索16的位置循迹。系统28可以包括连接成驱动卷筒26的马达30、与卷筒26的操作相关联的一个或多个传感器32、定位系统33、以及与马达30、一个或多个传感器32和定位系统33通信的控制器34等。如以下将更加详细的描述，控制器34可以根据预编指令并基于从一个或多个传感器32和/或定位系统33接收的信号调节马达30的运行以分配和/或卷绕缆索16。

马达30可以是本领域中已知的任何类型的电动或液压马达，其可操作以响应于来自控制器34的输入驱动卷筒26沿顺时针和逆时针方向转动。可以设想，如果希望的话，可以利用多个马达30以协作地驱动卷筒26。马达30可以直接地连接到卷筒26或经由齿轮配置(未示出)、棘轮机构(未示出)、滑轮系统(未示出)或以任何其它方式间接地连接到卷筒26。马达30可以被控制以选择性地改变施加到卷筒26的转动方向、速度和/或转矩输出。

一个或多个传感器32可以定位成监控卷筒26的参数，并且响应地产生指示该参数的一个或多个信号。例如，一个传感器32可以具体化为能够监控由马达30和/或缆索16施加给卷筒26的转动方向、速度和/或转矩输出的转动传感器32A。替代地或附加地，另一传感器32可以具体化为与卷筒26的安装支架相关联的负载传感器32B，其能够监控由马达30和/或缆索16施加给卷筒26的力(即，传感器32B可以监控作用在卷筒26上的转矩和/或在经过卷筒26和安装支架传输到架式钻床12的框架时缆索16的张力)。一个或多个传感器32可以产生指示这些监控的参数的信号，并且将信号通信至控制器34。

定位系统33可以具体化为电子接收器，其能够与一个或多个卫星或本地无线电或激光传输系统通信，以确定架式钻床12的行进路径参数。如这里所用，行进路径参数可以包括架式钻床12的相对位置、前进方向、行进速度和/或枢转。在这些实施方式中，定位系统33可以从多个位置接收并分析高频、低功率无线电或激光信号，以对相对三维位置作三角测量。替代地，定位系统33可以具体化为可操作以接收或确定与架式钻床12相关的位置信息的惯性参考单元(IRU)。在又一种构型中，如果希望的话，一组诸如行进速度传感器、转向传感器、里程计等的一个或多个现有机载传感器可以一起具体化为定位系统33，并且用于产生有关架式钻床12的行进路径参数的信息。随后，指示一个或多个行进路径参数的信号可以从定位系统33通信至控制器34，或者替代地，定位系统33可以是控制器34的一部分。

控制器34可以包括能够监控、记录、存储、标引、处理和/或通信来自一个或多个传感器32的卷筒参数和来自定位系统33的架式钻床12的行进路径参数的任何装置，用于响应于该信息控制马达30的运行并且用于确定缆索16的接近或实际位置和计算避开地带24的边界区域。这些装置例如可以包括存储器、一个或多个数据存储装置、中央处理单元、或可以用于运行所公开的应用的任何其它部件。此外，虽然本发明的方面可以被整体描述为存储在存储器中，本领域技术人员将理解这些方面能够存储在不同类型的计算机程序产品或计算机可读介质上或者从不同类型的计算机程序产品或计算机可读介质读取，所述计算机程序产品或计算机可读介质诸如是电脑晶片和辅助存储装置，包括硬盘、软盘、光盘、CD-ROM或其它形式的RAM或ROM。

控制器34能够在分配和卷绕操作过程中调节马达30的性能，以控制卷筒26和/或缆索16的参数，诸如分配长度(即，在架式钻床12远离基站14行进过程中分配的缆索的长度)、分配速度(即，卷筒26的转动速度乘以卷筒26上的缆索16的直径)、分配力(即，马达30的转矩输出)、缆索张力(即，由于架式钻床12的重力和运动作用在缆索16上的拉力或压缩力)、以及缆索位置。特别地，希望的是分配的缆索16的位置在架式钻床12的运行过程中保持基本不变，使得相关的避开地带24也可以保持不变并且能由在工地10处的其它机器和/或操作者预测。为此，不希望的是在分配和卷绕操作过程中和/或架式钻床12的行进或枢转过程中相对于地面明显地运动缆索16(即，不希望拖曳或推动缆索16经过地面)。如果缆索16是以基本上不匹配架式钻床12的行进或枢转速度的速率分配的，缆索16可以相对于地面运动。例如，如果架式钻床12以第一速度运动或枢转，而缆索16以低于该速度的速率分配，缆索16的置于工地10地面上的部分会由于该速度差在架式钻床12后面被拖曳并且在卷筒26上施加显著的拉力。类似地，如果缆索16以比架式钻床12的行进或枢转速度快的速率分配，卷筒26的转动会由于该速度差而实际地导致缆索16被沿着地面远离架式钻床12地推动，并且在卷筒26上施加显著的压缩力。类似情况会在缆索16的卷绕过程中出现。

但是，如果缆索16能够以与架式钻床12的行进或枢转速度大约相同的速率分配或卷绕，缆索16可以铺设在地面上和从地面上收回而在缆索16和地面之间没有明显的相对运动并且缆索16不会在卷筒26上施加显著的力。为此，控制器34可以与马达30通信，以基于来自一个或多个传感器32和/或定位系统33的输入在缆索16的分配和卷绕过程中改变由马达30施加给卷筒26的绕线方向、速度和/或转矩，以减小作用在卷筒26上的速度和合力的差。例如，控制器34可以控制马达30以基本上匹配由定位系统33所测量的架式钻床12的行进或枢转速度的速率分配和/或卷绕缆索16。在另一例子中，控制器34可以基于由一个或多个传感器32所提供的力测量值控制马达30以分配和/或卷绕缆索16，使得卷筒速度(分配和/或卷绕速度)被间接地控制以匹配架式钻床12的行进速度和枢转。在又一例子中，如果希望的话，可以基于行进速度输入和力输入的结合来控制马达30。作用在卷筒26上的净力(由缆索16和马达30施加给卷筒26的力的总和)以及分配和行进速度差应当最小化。

控制器34还能够基于架式钻床12的已知运动学以及来自一个或多个传感器32和定位系统33的信号确定缆索16的位置。特别地，基于由定位系统33提供的一个或多个行进路径参数并且基于卷筒26在架式钻床12上的固定位置和/或尺寸，控制器34能够确定卷筒26围绕工地12的轨迹(即，运动历史)。并且，基于缆索16在靠近位于架式钻床12后部的卷筒26的已知位置处铺设在地面上和由卷筒26收回的行进过程中在缆索16和地面之间没有或几乎没有相对运动的假设(和/或间接地基于由一个或多个传感器32在卷筒26处测量的指示缆索16和地面之间的相对运动的力)，缆索16的近似位置能够由控制器34根据一个或多个内部和/或预编算法准确地计算。

但是，在一些情况中，在铺设和收回缆索16时使缆索16相对于地面没有任何运动是困难的。为此，在一些例子中，系统28可以设有用于选择性地和/或周期性地识别和/或确认缆索16的接近位置的一个或多个附加的传感器36。传感器36能够在一旦收到指令时或在经过了操作时间段、例如每隔30秒、两分钟或另外的校准时间段之后连续地检测缆索16的实际位置。在缆索相对于地面的运动可能大于阈限量时或者替代地响应于在工地10处的另一机器已经越过避开地带24，控制器34可以要求传感器36来勘测缆索16的实际位置。缆索16可能例如在架式钻床12经历行进方向或速度的突然或过度改变、传感器故障、通信故障或其它类似状况时相对于地面运动。随后，控制器34可以将缆索16的实际位置与缆索16的接近位置进行比较，并且相应地校准接近位置。可以设想，如果希望的话，缆索16的手动观测也可以或替代地由控制器34要求。

传感器36可以定位在架式钻床12上，以便例如在架式钻床12面向后的位置处具有足够的观察视野来监控在架式钻床12的行进过程中缆索16的运动。传感器36例如可以具体化为雷达传感器、扫描激光传感器、超声传感器、红外传感器、光学传感器、诸如测距相机。另外，如果希望的话，传感器36可以具体化为上述技术的任意组合，以增强其用于检测缆索16的实际位置的能力。

在架式钻床12的运行过程中，缆索16可以在架式钻床12后面宽松地限定的区域内变化位置。为此，传感器36可以在架式钻床12的运行过程中、尤其在架式钻床12的行进或枢转过程中周期性地扫描架式钻床12后面的区域并且识别实际缆索位置。这些实际位置可以通过向缆索16的接近位置施加裕度因子来说明。包括裕度因子的缆索避开地带24在图1中示出为具有第一边界位置24A、第二边界位置24B和第三边界位置24C。控制器34能够基于实际缆索位置产生位置数据集，该数据集用于根据预编算法和指令组计算和/或确认上述避开地带24。换句话说，控制器34能够基于缆索16的接近位置和基于说明接近位置从缆索16的实际位置的一些偏离的裕度因子来确定避开地带24。裕度因子可以是预定默认值、可以从传感器36作出的观察导出、或者可以从另一源接收或由另一源计算。

控制器34还可以基于影响计算准确性的因素调节沿着缆索16长度的避开地带24的尺寸。例如，当基于指示超过与缆索16的不希望运动相关的阈限量的卷筒转矩或缆索张力的测量参数来计算避开地带24时；当基于来自故障传感器32A和/或32B、定位系统33和/或传感器36的信息进行计算时；当在架式钻床12的过度速度和/或方向改变过程中进行计算时；和/或当基于其它类似状况进行计算时，得到的缆索位置近似值的准确性会低于所希望的。在这些情况中，控制器34可以增大避开地带24的第一边界位置24A和第二边界位置24B之间的宽度尺寸(即，控制器34可以增大施加给接近缆索位置的裕度因子以确定避开地带24)，使得缆索16位于避开地带24中的可能性增大。这种情况在图1中通过避开地带24的标记为区段40的部分示例性示出。

相反，当架式钻床12以基本恒定的方向且不枢转和/或以基本恒定的速度行进时，当由一个或多个传感器32测量的参数指示低卷筒转矩和/或缆索张力时，和/或当系统28的所有感测装置正确地工作时，第一边界位置24A和第二边界位置24B之间超出接近缆索位置的宽度尺寸(即，施加给接近缆索位置的裕度因子)可以减小或者甚至消除，由此减小由避开地带24占据的区域(即，减小在工地10处应当避开的区域)。这种情况在图1中通过避开地带24的标记为区段42的部分示例性示出。以此方式，通过回避避开地带24，可以减少与缆索16的不希望碰撞，同时保持避开地带24的区域尽可能小。

在避开地带24的计算过程中，裕度因子可以沿着缆索16的长度在对应于影响准确性因素检测的位置之前预定距离处增大，使得避开地带24在已知准确性位置处变宽适当量。类似地，裕度因子可以沿着缆索16的长度在对应于影响准确性因素检测的位置之后预定距离处减小，使得避开地带24在已知准确性位置处变窄回到其原始尺寸(或者基于架式钻床12的当前状况的另一尺寸)。以此方式，对应于影响准确性因素检测的位置可以安全地由避开地带24的具有增大尺寸的区段包封。避开地带24的分别在对应于影响准确性因素检测的位置之前和之后变宽和变窄的预定距离可以基于缆索16连接到的机器、接收缆索的机器和/或避开地带位置信息以及其它机器和/或基于位置的参数改变。

例如，如果在与基站14相距50英尺的位置处，传感器32突然开始出故障(或者另一影响准确性因素被检测)并且在架式钻床12远离基站14行进另外10英尺时继续故障，避开地带24可以被计算出从与基站14相距40英尺的位置到70英尺的位置具有较大的宽度尺寸。以此方式，缆索16沿着避开地带24的整个长度留在避开地带24中的可能性可以增大。应当注意的是，可以采用基于影响准确性因素确定增大的缆索避开地带尺寸的起始点和停止点的任何策略。还可以想到采用在改变尺寸之间过渡、诸如阶梯式过渡、线性过渡和非线性过渡的任何策略。

缆索16的接近位置(即，保存的行进路径参数)和/或避开地带24另外可以由架式钻床12用作在缆索16卷绕时反向行进的引导。特别地，如控制器34所确定的避开地带24可以在其分配的任务完成之后用于控制架式钻床12沿着朝向基站14的方向的行进。例如，在钻出多个孔23(参照图1)之后，架式钻床12可以被指令返回到基站14以准备随后的爆破事件。在钻出孔23的过程中，从孔23移除的碎屑堆可以留在相应孔23的周边周围。如果未经检查，架式钻床12的不同于沿原始前向路径到达孔23的反向行进会导致缆索16被拖曳经过或抵靠碎屑堆，由此将碎屑推回到孔23中。通过控制架式钻床12在卷绕缆索16的同时沿反向路径行进经过避开地带24回到基站14，可以防止缆索16不希望地与碎屑接合，由此有助于保持孔23的完整性。架式钻床12可以由控制器34引导用于自动或手动控制，以跟随位于避开地带24内的反向路径。即，控制器34可以根据避开地带24的边界直接地控制架式钻床12的行进，或者替代地，向人工操作者提供视觉和/或听觉的指引，以利于在避开地带24内沿着原始行进路径的手动控制的行进。在一些实施方式中，如果希望的话，在工地10处的孔23、相应碎屑和/或其它障碍物的位置也可以被检测、监控、映像和/或自架式钻床12通信至工地10处的其它机器和/或基站14。

可以想到，避开地带24可以通过定位在每个系有缆索的机器本身上的控制器(例如，通过架式钻床12上的控制器34)、通过工地10处的其它机器的控制器和/或通过例如定位在基站14处的中央控制器(未示出)产生。特别地，如果希望的话，可以使架式钻床12的控制器34仅与其它机器通信缆索16的接近和/或实际位置。在这种情况中，在工地10处运行的每个其它机器的控制器可以独立地产生其自身的围绕缆索16的避开地带，该避开地带基于缆索16的位置和对于每个机器而言独特的因素，诸如行进速度、尺寸、重量、牵引类型、损坏风险等。替代地，中央控制器可以接收来自工地10处的每个系有缆索的机器的缆索位置信息，并且响应地产生显示所有避开地带的集中工地映射。在这种情况中，中央控制器可以基于每个机器的独特特征定制发送到每个机器的映射信息。

图3图示了可以由缆索循迹系统28执行的示例性方法。在下面的部分中将更加详细地讨论图3，以进一步图示所公开的控制系统及其操作。

工业实用性

本发明的缆索循迹系统在利用系有缆索的移动机器的任何工地具有潜在的应用。本发明的系统可以通过产生在工地处运行的所有机器都应避开的围绕缆索的避开地带来有助于减小对机器缆索的损坏。本发明的系统还可以通过指引机器在经过为了其自身的缆索建立的避开地带的路径中而有助于引导系有缆索的机器回到基站。现在将参照图1和3说明系统28的操作。

在工地10处初始操作过程中，系有缆索的架式钻床12可以沿着朝向指定的爆破区域的方向离开基站14，在该区域处可以钻出孔23以便准备用于爆破。随着架式钻床12离开基站14，架式钻床12可以以基本恒定的方向和基本恒定的速度前进。在此时间过程中，控制器34可以监控由缆索16施加给卷筒26的转矩、缆索16的张力和/或架式钻床12的行进路径参数(步骤100、110)，并且响应地调节马达30和卷筒26以便以基本上匹配架式钻床12的行进速度和枢转运动的速度和/或以减小作用在卷筒26上的净力的转矩分配缆索16(步骤120)。即，缆索分配速率可以被直接地控制以基本上匹配架式钻床12的行进速度和枢转运动，使得作用在卷筒26上的净力保持在大约零，或者替代地，卷筒26上的净力可以被保持在大约零，使得缆索分配速率基本上匹配架式钻床12的行进速度。

在架式钻床12在区段42处运行的过程中，控制器34可以基于由定位系统33提供的行进路径参数并且基于由一个或多个传感器32提供的卷筒参数信息约莫缆索16的位置。并且，基于缆索16的接近位置和上述裕度因子，控制器34可以确定避开地带24的尺寸和位置(步骤130)。如果行进速度基本上匹配在区段42处的缆索分配速率并且如果作用在卷筒26上的净力相对低，可以确定缆索16被铺设在工地10的地面上且地面和缆索16之间没有或几乎没有相对运动(步骤140：否)。如此，施加给缆索16的接近位置的裕度因子可以相对小，使得缆索避开地带24的该区段(区段42)相对小。

但是，如果行进速度基本上不匹配在区段42处的缆索分配速率并且如果作用在卷筒26上的净力相对大，可以确定缆索16在被铺设时相对于地面运动(步骤140：是)。在此和/或其它时间点，控制器34可以要求由传感器36观测实际缆索位置，以与缆索16的接近位置相比较(步骤150)。基于该比较，控制器34可以调节所确定的缆索位置和/或缆索避开地带24的尺寸和位置(步骤130)。

随着架式钻床12继续朝着指定钻探地点行进，架式钻床12会穿过区段40并且经历方向改变、速度改变、地形改变、传感器或系统故障、和/或影响缆索位置计算准确性的其它状况。如果这些状况被检测(步骤160：是)，控制器34可以调节第一边界位置24A和第二边界位置24B之间的距离(即，控制器34可以施加较大的裕度因子以确定避开地带24)，以增大缆索16安全地位于避开地带24内的可能性(步骤170)。这种较大裕度因子的应用可以施加给接近缆索位置的一侧或两侧。

有关缆索16的接近位置和/或避开地带24的所确定的第一边界位置24A和第二边界位置24B的信息可以发送至在工地10处运行的其它机器和/或发送至基站14(步骤180)。并且，基于该信息，在工地10处运行的机器可以被指引以避开缆索16。

在架式钻床12到达指令钻探地点并且形成孔23之后，架式钻床12可以被要求在爆破之前朝向基站14返回。在此时，架式钻床12可以在卷绕缆索16的同时被自动地或手动地指引以折回其原始行进路径经过避开地带24回到基站14。通过在卷绕缆索16的同时折回其原始行进路径，缆索16将碎屑推入孔23的可能性可以减小。

本领域普通技术人员清楚在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明的缆索循迹系统和方法作出多种变型和改变。例如，虽然缆索避开地带24已经被描述为接近缆索位置的函数，可以理解，如果希望的话，缆索避开地带24可以基于所感测的参数被直接确定，而不首先确定接近缆索位置。通过考虑这里公开的实施方式的说明和实践，本领域普通技术人员将清楚其它实施方式。说明书和例子意在被认为仅仅是示例性的，本发明的真正范围由权利要求书指明。

Claims (10)

1.一种缆索循迹系统(28)，包括：

定位在移动机器(12)上的卷筒(26)，其随着所述移动机器围绕工地(10)行进而选择性地分配和卷绕从所述移动机器延伸到固定源(14)的缆索(16)；

与所述卷筒相联的至少一个传感器(32)，其用以产生指示卷筒参数的第一信号；

与所述移动机器相联的定位系统(33)，其用以产生指示所述移动机器的行进路径参数的第二信号；和

与所述至少一个传感器和所述定位系统通信的控制器(34)，所述控制器能够基于所述第一信号和第二信号确定缆索避开地带(24)。

2.根据权利要求1所述的缆索循迹系统，其中：

所述缆索避开地带基于根据所述第一信号和第二信号确定的缆索的接近位置；并且

所述控制器还能够将有关接近缆索位置和避开地带中的至少一个的信息发送至共同定位在工地处的其它移动机器(18，20)。

3.根据权利要求1所述的缆索循迹系统，还包括能够检测所述缆索在地面上的实际位置的附加传感器(36)，其中所述控制器与所述附加传感器通信并且能够选择性地比较所述缆索的接近位置与所检测的位置，并且基于所述比较校准所述接近位置。

4.根据权利要求1所述的缆索循迹系统，其中，所述控制器还能够：

基于所述第一信号确定所述缆索在地面上的部分已经相对于地面运动；并且

响应地要求对实际缆索位置的观测。

5.根据权利要求1所述的缆索循迹系统，其中，所述控制器还能够：

检测所述至少一个传感器或所述定位系统的故障；并且

基于所述检测增大所述避开地带的尺寸。

6.根据权利要求1所述的缆索循迹系统，其中，所述控制器还能够在缆索的卷绕过程中指引所述移动机器行进经过所述避开地带。

7.一种针对移动机器(12)的缆索(16)循迹的方法，包括：

感测与缆索卷筒(26)相关的参数并且响应地产生第一信号；

确定所述移动机器的行进路径参数并且响应地产生第二信号；并且

基于所述第一信号和第二信号确定缆索避开地带(24)。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

基于所述第一信号和第二信号确定接近缆索位置；并且

将有关所述接近缆索位置和缆索避开地带中的至少一个的信息发送至在共同工地(10)处的其它移动机器(18，20)。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括：

检测系统故障；并且

基于所述检测增大所述缆索避开地带的尺寸。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括在所述缆索的卷绕过程中指引所述移动机器行进经过所述缆索避开地带。