CN102880065B - 用于主动地偏置负载销的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于主动地偏置负载销的系统和方法。本发明涉及将传感器偏置。用于主动地偏置负载销的系统和方法。该系统例如包括动力铲定位模块、负载销偏置模块和主动偏置确定模块。该动力铲定位模块被配置为确定工业机器的一个或多个部件的位置。该负载销偏置模块被配置为产生与可以用于描述在x方向和y方向上向负载销施加的力的向量(例如，具有幅度和方向)相关联的信号。该主动偏置确定模块被配置为确定工业机器是否在对于主动地偏置负载销而言适当的状态或状况中，并且当工业机器在对于负载销偏置而言适当的状况中时确定在工业机器的操作期间的负载销偏置值。

Description

用于主动地偏置负载销的系统和方法

技术领域

本发明涉及将传感器偏置。

背景技术

在工业机器中使用诸如负载销的传感器来计算被拖动、抬起或从一个位置向另一个移动的负载的重量。负载销被配置为将从机械移动施加的力转换为用于表示所施加的力的电信号。

发明内容

虽然负载销在将机械移动与电信号相关上有效，但是负载销测量的精度限制了采用负载销来有效地测量负载的系统的能力。例如，负载销受到由一般的磨损、温度波动等引起的测量偏差的影响。这些测量偏差不利地影响测量的负载的精度，并且结果可以不利地影响依赖于负载测量的工业机器的操作。

因此，本发明提供了系统和方法，用于针对由例如热漂移、磨损等引起的这样的测量偏差主动地偏置负载销以补偿由负载销产生的电信号。所述系统除了别的之外包括动力铲(power shovel)定位模块、负载销偏置模块和主动偏置确定模块。所述动力铲定位模块被配置为确定工业机器的一个或多个部件的位置。例如，所述动力铲定位模块包括运动模型模块，所述运动模型模块基于一个或多个解析器的输出和与工业机器的提升、推挤和摆动值相关联的信号来确定铲斗的位置或角度。所述负载销偏置模块被配置为产生与可用于描述在x方向和y方向两者上向负载销施加的力的向量(例如，具有幅度和方向)相关联的信号。所述主动偏置确定模块被配置为除了别的之外确定工业机器是否在对于主动地偏置负载销而言适当的状态或状况中，并且当工业机器在对于负载销偏置而言适当的状况中时，在工业机器的操作期间确定负载销偏置值。

在一个实施例中，本发明提供了一种主动地偏置与工业机器相关联的负载销的方法。所述方法包括：从所述负载销接收与向所述负载销施加的力相关的第一多个信号；从一个或多个传感器接收与所述工业机器的提升机参数、推挤件参数和摆动参数的至少一个相关的第二多个信号；基于所述工业机器的第一运动模型来产生所述工业机器的第一特性；并且，基于所述工业机器的第二运动模型来产生所述工业机器的第二特性。所述第一运动模型基于来自所述负载销的所述第一多个信号，并且所述第二运动模型基于所述第二多个信号。所述方法还包括：确定所述工业机器的操作状况；基于所述工业机器的所述操作状况确定是否能够主动地偏置所述负载销；并且，当能够主动地偏置所述负载销时，基于所述工业机器的所述第一运动模型和所述工业机器的所述第二运动模型来填充一个或多个角度阵列。然后，基于所述一个或多个角度阵列来计算负载销偏置值。

在另一个实施例中，本发明提供了一种用于主动地偏置与工业机器相关联的负载销的系统。所述系统包括存储器和与所述存储器连接的处理装置。所述存储器被配置为存储与所述工业机器相关联的一个或多个参数。所述处理装置被配置为从所述负载销接收与向所述负载销施加的力相关的第一多个信号，从一个或多个传感器接收与所述工业机器的提升机参数、推挤件参数和摆动参数的至少一个相关的第二多个信号，基于所述工业机器的第一运动模型来产生所述工业机器的第一特性，并且，基于所述工业机器的第二运动模型来产生所述工业机器的第二特性。所述第一运动模型基于来自所述负载销的所述第一多个信号，并且所述第二运动模型基于所述第二多个信号。所述处理装置还被配置为确定所述工业机器的操作状况，基于所述工业机器的所述操作状况来确定是否能够主动地偏置所述负载销，并且，当能够主动地偏置所述负载销时，基于所述工业机器的所述第一运动模型和所述工业机器的所述第二运动模型来填充一个或多个角度阵列。然后基于所述一个或多个角阵列来计算负载销偏置值。

在另一个实施例中，本发明提供了一种用于主动地偏置与工业机器相关联的负载销的方法。所述方法包括：基于所述工业机器的第一运动模型来产生第一特性；基于所述工业机器的第二运动模型来产生第二特性，并且基于所述工业机器的操作状况来确定是否能够主动地偏置所述负载销。所述第一运动模型基于来自所述负载销的第一多个信号，并且所述第二运动模型基于来自一个或多个传感器的与所述工业机器的提升机参数、推挤件参数和摆动参数的至少一个相关的第二多个信号。所述方法还包括：当能够主动地偏置所述负载销时，基于所述工业机器的所述第一运动模型和所述工业机器的所述第二运动模型来填充两个或更多个角度阵列；基于所述两个或更多个角度阵列来计算负载销偏置值；并且，向所述第一运动模型应用所计算的负载销偏置值。

通过考虑详细说明和附图，本发明的其他方面将变得清楚。

附图说明

图1图示根据本发明的一个实施例的工业机器。

图2图示根据本发明的一个实施例的控制器。

图3图示根据本发明的一个实施例的用于工业机器的控制系统。

图4和5图示在负载销传感器中的偏差。

图6图示根据本发明的一个实施例的用于主动地偏置负载销的系统。

图7图示根据本发明的一个实施例的第一组角度阵列数据。

图8图示根据本发明的一个实施例的第二组角度阵列数据。

图9图示根据本发明的一个实施例的第三组角度阵列数据。

图10图示根据本发明的一个实施例的负载销偏置。

图11图示根据本发明的一个实施例的用于实现负载销偏置的系统。

图12-13是用于主动地偏置负载销的处理。

具体实施方式

在详细描述本发明的任何实施例前，应当明白，本发明在其应用上不限于在下面的说明书中阐述的或在下面的附图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式被实施或执行。

在此所述的发明的实施例涉及工业机器(例如，动力铲、起重机等)的控制，除了别的之外，该工业机器被配置为抬起和降低负载。该工业机器例如包括铲斗、悬臂、一个或多个滑轮、一个或多个绳索、一个或多个驱动马达和控制系统。为了确定在铲斗中的负载的重量，控制系统从负载销接收一个或多个信号。负载销被配置为将向其施加的力转换为与所施加的力对应的电信号。然而，在负载销对于所施加的力的响应中的非线性会影响基于负载销信号的负载确定的精度。为了补偿该非线性，在工业机器的操作期间主动地偏置负载销，以对于负载销信号补偿例如由热漂移、磨损等造成的偏差。

虽然本发明可以被应用到多种工业机器，但是将关于诸如在图1中所示的动力铲10的动力铲来描述在此公开的本发明的实施例。动力铲10是电动绳索铲或电动采矿铲。动力铲10包括移动基座15、驱动轨20、转台25、机械甲板30、悬臂35、下端40、滑轮45、拉索50、后支杆55、支杆结构60、铲斗70、提升绳索75、绞盘80、铲斗臂或柄85、鞍状块90、枢轴点95、传动单元100、提环销105和测斜仪32。

移动基座15被驱动轨20支撑。移动基座15支撑转台25和机械甲板30。转台25能够相对于移动基座15围绕机械甲板30进行360度的旋转。悬臂35在下端40处枢轴地连接到机械甲板30。悬臂35被拉索50保持为关于甲板向上和向外延伸，拉索50被锚定到支杆结构60的后支杆55。支杆结构60被稳固地安装在机械甲板30上。滑轮45可旋转地被安装在悬臂35的上端上。

铲斗70被提升绳索75从悬臂35悬挂。提升绳索75缠绕在滑轮45上，并且在提环销105处附接到铲斗70。提升绳索75被锚定到机械甲板30的绞盘80。随着绞盘80旋转，提升绳索75被拉出以降低铲斗70或被拉入以提升铲斗70。铲斗70还包括稳固地与其附接的铲斗柄85。在鞍状块90中可滑动地支撑铲斗柄85，并且，鞍状块90在枢轴点95处枢轴地安装到悬臂35。铲斗柄85其上包括有齿条构造，该齿条构造与在鞍状块90中安装的驱动小齿轮啮合。该驱动小齿轮被电动马达和传动单元100驱动，以相对于鞍状块90延伸或收缩铲斗臂85。

电源被安装到机械甲板30以向用于驱动绞盘80的一个或多个提升机电动马达、用于驱动鞍状块传动单元100的一个或多个推挤件电动马达和用于转动转台25的一个或多个摆动电动马达供电。推挤件、提升机和摆动电动马达的每一个被其本身的马达控制器驱动或响应于与操作员命令对应的控制电压和电流来驱动。

图2图示与图1的动力铲10相关联的控制器200和系统。控制器200连接或耦合到多个附加模块或部件，诸如用户界面模块205、一个或多个指示器210、电源模块215、一个或多个传感器220和一个或多个马达或驱动机构225。该一个或多个马达或驱动机构例如包括参考图1在上面介绍的一个或多个提升机、推挤件和摆动马达。该一个或多个传感器220除了别的之外包括负载销应变计量器。负载销应变计量器例如包括位于x方向(例如，水平)上的一排应变计量器和位于y方向(例如，垂直)上的一排应变计量器，使得可以确定在负载销上的合力。控制器200包括软件和硬件的组合，除了别的之外该组合可用于控制动力铲10的操作，控制悬臂35、铲斗臂85、铲斗70等的位置，启动一个或多个指示器210(例如，LED或液晶显示器[“LCD”])等。除了别的之外控制器200包括处理单元235(例如，微处理器、微控制器或任何适当的可编程装置)、存储器240和输入/输出(“I/O”)系统245。处理单元235、存储器240、I/O系统245以及连接到控制器200的各种模块通过一个或多个控制和/或数据总线连接。为了说明和清楚的目的，从图2省略了控制和/或数据总线。本领域内的技术人员基于在此描述的本发明可了解用于互连各种模块和部件的一条或多条控制和/或数据总线的使用。

存储器240包括例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、快闪存储器、硬盘、SD卡或另一个适当的磁、光、物理或电子存储器装置。处理单元235连接到存储器240，并且执行软件，该软件能够被存储在RAM(例如，在执行期间)、ROM(例如，通常基于永久的)或诸如另一个存储器或盘的另一个非暂时计算机可读介质。另外或替代地，在处理单元235中包括存储器240。I/O系统245包括例程，用于使用如上所述的一条或多条总线在控制器200内的部件和动力铲10的其他部件之间传送信息。可以在控制器200的存储器240中存储在动力铲10的实现中包括的软件。该软件例如包括固件、一个或多个应用、程序数据、一个或多个程序模块和其他可执行指令。除了别的之外，控制器200被配置来从存储器检索并且执行与在此所述的控制处理和方法相关的指令。在其他构造中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。电源模块215向动力铲10供应标称的AC或DC电压。

用户界面模块205用于控制或监控动力铲10。例如，用户界面模块205可操作地耦合到控制器200，以控制铲斗70的位置、传动单元100、悬臂35的位置、铲斗柄85的位置等。用户界面模块205可以包括用于实现对于动力铲10的期望水平的控制和监控的所需的数字和模拟输入或输出装置的组合。例如，用户界面模块205可以包括显示器和输入装置，诸如触摸屏显示器、一个或多个按钮、拨盘、开关、按钮等。显示器例如是液晶显示器(“LCD”)、发光二极管(“LED”)显示器、有机LED(“OLED”)显示器、电致发光显示器(“ELD”)、表面传导电子发射显示器(“SED”)、场发射显示器(“FED”)、薄膜晶体管(“TFT”)LCD等。在其他构造中，显示器是超主动矩阵OLED(“AMOLED”)显示器。用户界面模块205还可以被配置为实时地或基本上实时地显示与动力铲10相关联的状况或数据。例如，用户界面模块205被配置为显示测量的动力铲10的电特性、动力铲10的状态、铲斗70的位置、铲斗柄85的位置等。在一些实现方式中，与一个或多个指示器210(例如，LED)相结合地控制用户界面模块205，以提供动力铲10的状态或状况的可视指示。

图3图示用于动力铲10的更详细的控制系统300。例如，动力铲10包括主控制器305、网络交换机310、控制柜315、辅助控制柜320、操作室325、第一提升机驱动模块330、第二提升机驱动模块335、推挤件驱动模块340、摆动驱动模块345、提升机现场模块350、推挤件现场模块355和摆动现场模块360。控制系统300的各种部件通过用于工业自动化的一个或多个网络协议连接和进行通信，其中网络协议诸如是过程现场总线(“PROFIBUS”)、Ethernet、ControlNet、Foundation现场总线、INTERBUS、控制器区域网络(“CAN”)总线等。控制系统300可以包括上面参考图2描述的部件和模块。例如，马达驱动器225可以对应于提升机、推挤件和摆动驱动330、335和340，可以在操作室325等中包括用户界面205和指示器210。负载销应变计量器可以向主控制器305、控制器柜315、辅助柜320等提供用于指示向负载销施加的力的电信号。

虽然如上所述的负载销应变计量器被配置为实现相对于施加的力的线性关系，但是在应变计量器的输出和向应变计量器施加的力之间的关系经常不是良好地线性的。例如，应变计量器可以包括大约±2%的偏差。图4和5图示这样的应变计量器的输出的非线性。在图4中的图400包括x轴405和y轴410。在所图示的示例中，动力铲10运动模型指示来自负载销的输出应当对应于45°的角度415(例如，围绕滑轮45的缆索缠绕角)。然而，当关于预期的角度输出绘制来自负载销的输出信号测量420时，输出信号测量420图示出在测量范围的高和低端处的偏差。通过叠加与x轴形成45°角425的线，可以看到测量420的非线性。在图4中的测量420的绘图400指示来自负载销的测量的质量。图5是沿着相对于x轴405的测量420的偏差轴435的偏差的绘图430。图5图示对于中间负载的负载销测量的线性和在负载销测量范围的末端处的偏差上的增大。

图6图示用于主动地偏置负载销以补偿在上面参考图4和5描述的负载销测量上的偏差的系统500。可以通过例如如上所述的控制器200来实现系统500。该系统包括动力铲定位模块505、负载销偏置模块510和主动偏置确定模块515。动力铲定位模块505被配置为确定动力铲10的一个或多个部件(例如，铲斗70、悬臂35、铲斗柄85等)的位置。动力铲定位模块505包括铲特性模块520、提升机模型模块525、推挤件模型模块530、摆动模型模块535，解析器模块540和运动模型模块。铲特性模块520包括与动力铲10相关联的已知的物理参数、几何图形、操作参数等。该信息可以是特定铲特有的，或者被一般化为与多种铲相关联。在铲特性模块520内的信息被提升机模型模块525、推挤件模型模块530、摆动模型模块535使用来向运动模型模块545提供一个或多个提升、推挤和摆动参数。运动模型模块545还从解析器模块540接收与铲部件的位置或特性相关的信号和信息。解析器模块540电地、可通信地和/或物理地连接到一个或多个解析器。解析器例如是安装到动力铲内的各种齿轮的旋转位移解析器。解析器向解析器模块540提供电信号。解析器模块540被配置为将来自一个或多个解析器的电信号进行传递、作为条件、进行处理等。在一些实施例中，解析器模块540在自一个或多个解析器的电信号被提供到运动模型模块545之前对这些信号进行滤波。运动模型模块545用于基于解析器模块540的输出和分别来自提升机模型模块525、推挤件模型模块530和摆动模型模块535的提升、推挤和摆动信号来确定或计算例如动力铲10的特性，诸如铲斗的位置、围绕滑轮45的提升缠绕角等。在一些实施例中，动力铲定位模块505被配置为以与在下文中描述的负载重量系统类似的方式工作：在2001年5月2日颁发的题为“LOAD WEIGHING SYSTEM FOR A HEAVY MACHINERY(用于重型机械的负载称重系统)”的美国专利No.6,225,574，其整个内容通过引用被并入在此。

负载销偏置模块510包括负载销特性模块550、负载销模型模块555和负载销运动模型模块560。负载销特性模块550例如包括与负载销相关联的标定数据。该标定数据可以包括对于在动力铲10上安装的负载销特有的标定参数(例如，在安装负载销前确定的标定参数)以及在动力铲10的操作期间确定的更新的标定参数。在一些实施例中，动力铲10被配置为在该动力铲的操作中以实时的方式来重新标定参数。在其他实施例中，在动力铲10的停机时间期间执行标定过程。除了别的之外，标定参数包括将施加于负载销的力转换为与所施加的力对应的电信号(例如，电压)所需的值。负载销模型模块555从负载销特性模块接收用于负载销的标定参数，并且产生与向负载销施加的力相关联的电信号。例如，负载销模型模块555包括用于将施加于负载销的力相关的电信号转换为或关联于与所施加的力的幅度和方向对应的标定的电信号所需的功能、关系等。在一些实施例中，负载销模型模块555产生与可以用于描述在x方向和y方向两者上向负载销施加的力的向量(具有幅度和方向)相关联的信号。在其他实施例中，负载销模型模块555被配置为产生与在不同方向(例如，x方向和y方向)上向负载销施加的力对应的多个信号。

负载销运动模型560包括与动力铲10和铲斗70的几何图形相关联的信息。负载销运动模型560从负载销模型模块555接收一个或多个信号，并且使用负载销运动模型来确定或计算例如铲特性，诸如铲斗位置、围绕滑轮45的提升缠绕角、在x方向上的负载销力、在y方向上的负载销力等。

主动偏置确定模块515包括状况监控模块565、主动偏置模块570、信号滤波器模块575、角度阵列模块580、负载销线性化模块585和偏置确定模块590。状况监控模块565被配置为监控动力铲10的操作状态以确定动力铲10是否在用于主动偏置负载销的适当状态或状况中。下面更详细地描述状况监控模块565。主动偏置控制模块570从动力铲定位模块505、负载销偏置模块510和状况监控模块565接收信号。主动偏置控制模块570被配置为控制或监督负载销偏置值的确定和实现。在所图示的实施例中，主动偏置控制模块570被示出为与信号滤波器模块575、角度阵列模块580、负载销线性化模块585和偏置确定模块590分离。然而，在其他实施例中，可以将模块575、580、585和590组合为单个模块，或可以将模块575、580、585和590包括为在主动偏置控制模块570内的子模块。

信号滤波器模块575被配置为平滑在负载销偏置的确定中使用的负载销信号。例如，信号滤波器模块575滤除由自绳索拍击和其他动态响应在负载销信号中造成的波动。过滤负载销信号稳定了信号，以便产生更可靠的偏置值。在一些实施例中，从主动偏置确定模块515省略了信号滤波器模块575或包括信号滤波器模块575但是不使用来平滑负载销信号。角度阵列模块580被配置为产生一个或多个角度阵列。每一个角度阵列包括与由负载销应变计量器感测的力相关的多个数据采样。在一些实施例中，角度阵列是矩阵、表格等。例如，当运动模型模块545或施加于负载销的力指示铲斗70在与特定角度对应的位置(例如，大约+/-0.1°)时，负载销上的力被存储到与该特定角度对应的角度阵列。在一些实施例中，以一度为间隔填充角度阵列(例如，45°、46°、47°等)。在其他实施例中，以更大的间隔(例如，2°间隔)或更小的间隔(例如，小于1°)来填充角度阵列。遍及铲斗70的全部移动范围填充的角度阵列的数量取决于例如可以用来确定角度的精度和有效负荷估计的期望的精度。在一些实施例中，使用大约5个或更多角度阵列来确定负载销偏置，并且使用大约25个数据点(例如，来自负载销的x和y分量力值)来填充每一个角度阵列。

在一些实施例中，将使用负载销运动模型确定的特性角与使用运动模型模块545确定的特性角作比较或相关联。在这样的实施例中，基于运动模型模块545和负载销运动模块560的输出来填充角度阵列。使用运动模型的每一个产生的特性角的比较是例如负载销的线性、运动模型的精度等的说明。下面参考图7-10来更详细地描述角度阵列。

负载销线性化模块585被配置为线性化在每一个角度阵列中存储的数据。如上所述，负载销系统不是良好线性的。响应于在负载销上的负载而产生的信号包括误差(例如，大约2%)。这个偏差可以不利地影响所计算的偏置值。为了去除或最小化这个偏差对于所计算的负载销偏置值的影响，使用最小二乘线性回归技术来线性化角度阵列的每一个。可以使用例如下面的等式1-3来实现回归技术。

y=a₁x+a₀ 等式1

$a_1=\frac{\mathrm{n\Σ}{x}_i{y}_i-\mathrm{\Σ}{x}_i\mathrm{\Σ}{y}_i}{\mathrm{n\Σ}{x}_i^2-{\left({\mathrm{\Σx}}_i\right)}^2}$ 等式2

$a_0=\stackrel{\‾}{y}-a_1\stackrel{\‾}{x}$ 等式3

其中，a₁是线斜率，a_o是y截距，n是力采样的数量，x_i是特定施加的力在x方向上的力分量，并且y_i是特定施加的力在y方向上的力分量。可以将等式2用于n个力采样的每一个，以确定角度阵列线的斜率。

通过线性化角度阵列，减小或消除了来自负载销的异常数据采样、噪声和其他动态响应对于计算的偏置值的影响。在角度阵列的线性化后，在上面的等式1中提供的线的斜率a₁应当等于或大体等于与对应的数据集相关联的角度的效率。如果斜率a₁不等于或不大体等于被识别来协调对应的数据集的角度的斜率(例如，不在大约+/-5%内)，则在负载销偏置的计算中不使用角度的斜率a₁。替代地，使用运动模型模块545确定的提升缠绕角可以被用作数据集线的斜率。通过强制线性化的斜率匹配力角度产生了对于在那个特定力角度下的负载销的响应的最佳近似。这降低了动态力和信号噪声对于负载销偏置计算的影响。然后可以使用最小二乘回归来计算负载销偏移，如下所述。

偏置确定模块590被配置为使用线性化的角度阵列来确定在x方向上的负载销偏置和在y方向上的负载销偏置。在图7-10中以图形图示在x和y方向两者的负载销偏置的确定。该线性化的角度阵列用于找出从线性化数据集形成的线之间的交点。例如，图7图示了相对于x轴605和y轴610的负载销输出值的绘图600。绘图600包括与铲运动模型角度620对应的第一线615。如上所述，基于诸如提升缠绕等的铲参数来确定运动模型角度620。第二线625与点630相关联，在点630处负载销检测到对于第一负载销影响模型角度635而言完全或最大的负载(例如，铲斗70是满的)。第三线640与点645相关联，在点645处负载销检测到对于运动模型角度650而言空的或最低负载。象第一线615那样，第二线625和第三线640具有相对于x轴的相应的角度635和650。在第二线625的点630和第三线640的点645之间形成的第四线655对应于在动力铲运动模型角度620处对于负载销的线性化的输出。

类似地，图8图示了相对于x轴705和y轴710的负载销输出值的绘图700。该绘图包括与铲运动模型角度720对应的第一线715。如上所述，基于诸如提升缠绕等的铲参数来确定运动模型角度720。第二线725与点730相关联，在点730处负载销检测到对于第一负载销运动模型角度735二外而言完全或最大的负载(例如，铲斗70是满的)。第三线740与点745相关联，在点745处负载销检测到对于第二负载销运动模型角度750而言空的或最低负载。象第一线715那样，第二线725和第三线740具有相对于x轴705的相应的角度735和750。在第二线725的点730和第三线740的点745之间形成的第四线755对应于在铲运动模型角度720处对于负载销的线性化的输出。

图9图示了相对于x轴805和y轴810的负载销输出值的绘图800。该绘图包括与铲运动模型角度820对应的第一线815。如上所述，基于诸如提升缠绕等的铲参数来确定运动模型角度820。第二线825与点830相关联，在点830处负载销检测到对于第一负载销运动模型角度835而言完全或最大的负载(例如，铲斗70是满的)。第三线840与点845相关联，在点845处负载销检测到对于第二负载销运动模型角度850而言空的或最低负载。象第一线815那样，第二线825和第三线840具有相对于x轴805的相应的角度835和850。在第二线825的点830和第三线840的点845之间形成的第四线855对应于在动力铲运动模型角度820处对于负载销的线性化的输出。

使用来自图7的第四线655、来自图8的第四线755和来自图9的第四线855，可以在概念上确定在x方向上的负载销偏移和在y方向上的负载销偏移，如在具有x轴905和y轴910的图10的绘图900中所示。线655、755和855在交点915处彼此相交。对于负载销的线性化的输出的交点915对应于在x方向920上的负载销偏移和在y方向925中的负载销偏移。

或者，控制器200和主动偏置确定模块515通过下述方式来确定在x和y方向上的负载销偏置值：执行在存储器中存储的软件程序，该软件程序被配置为识别在图10中所示的图形化的x和y截距。例如，使用诸如在下面的等式4-7中提供的最小二乘计算来完成在x方向和y方向两者上的负载销偏置值的确定或计算。

y_bias=0 等式4

x_bias=0 等式5

$y_{\mathrm{bias}}=y_{\mathrm{bias}}+[\frac{{\mathrm{\Σm}}^2}{\mathrm{n\Σ}{m}^2-{\left(\mathrm{\Σm}\right)}^2}-m_i\frac{\mathrm{\Σm}}{\mathrm{n\Σ}{m}^2-{\left(\mathrm{\Σm}\right)}^2}]b_i$ 等式6

$x_{\mathrm{bias}}=x_{\mathrm{bias}}+[\frac{\mathrm{\Σm}}{\mathrm{n\Σ}{m}^2-{\left(\mathrm{\Σm}\right)}^2}-n\frac{m_i}{\mathrm{n\Σ}{m}^2-{\left(\mathrm{\Σm}\right)}^2}]b_i$ 等式7

其中，m_i是由单个角度阵列形成的线，b_i是对于由角度阵列形成的线的y截距，n是线的数量(即，用于确定负载销偏置的角度阵列的数量)，并且∑m是由角度阵列形成的每条线的斜率的和。

需要在稳定的移动期间捕获用于确定偏置值的负载销信号。例如，挖入浅滩中的动力铲10高度动态的移动，并且可能破坏用于填充角度阵列的数据。状况监控模块565(参见图6)用于监控动力铲10的状态。当状况监控确定动力铲10处于有益于以可靠数据填充角度阵列的状态时，动力铲10执行主动负载销偏置。如果状况监控565确定动力铲10不处于有益于以可靠数据填充角度阵列的状态中(例如，挖掘、摆动等)，则防止动力铲主动地偏置负载销。

在确定负载销偏置值(例如，在x方向上的负载销偏置和在y方向上的负载销偏置)之后，控制器200确定动力铲10是否在有益于实现新的负载销偏置值的状态中。例如，如果动力铲在摆动状态中，则在摆动操作、执行负载重量计算等后的过渡动态时间段中，控制器200延迟所计算的负载销偏置值的实施。

控制器200还被配置为根据角度阵列中的新的数据规则地重新计算负载销偏置，以确定负载销偏置是正确的还是需要重新计算。在一些实施例中，控制器200还被配置为监控角度阵列数据集的线性。例如，随着将负载销重复地暴露于压力，结果产生的应力可能引起疲劳，该疲劳会影响负载销的精度(例如，负载销的线性、对于力的敏感性等)。控制器200可以计算角度阵列数据集的线性或误差，并且将该线性与一个或多个预定阈值作比较。如果例如角度阵列数据集的非线性超过该一个或多个预定阈值，则控制器200确定负载销已经变得不可靠，并且应当被替换或调整。

图11图示用于实现确定的负载销偏移的负载销偏置系统1000的实施例。例如，负载销偏置系统1000被配置为向如上所述的负载销运动模型模块560或有效负荷估计系统施加负载销偏移。系统1000被配置为在由Milwaukee WI(密尔沃基，威斯康星州)的P&HMining Equipment生产和销售的诸如Centurion数字驱动和控制系统的铲控制系统或诸如有效负荷系统的负载确定系统的操作期间连续的运行。系统1000包括负载销角度输入1005、安装角度输入1010和转换常数输入1015。系统1000还包括负载销力输入1020、在x方向输入1025中的负载销偏置和在y方向输入1030中的负载销偏置。如上所述，使用在x方向和/或y方向上的负载销力向量，或使用铲运动模型模块545，来确定负载销角度输入1005。负载销角度输入1005在第一求和模块1035处与负载销安装角度输入1010组合(例如，相加、相减等)。向相乘模块1040提供第一求和模块1035的输出和转换常数输入1015，在相乘模块1040中，第一求和模块1035的输出(例如，以度计量)被转换为弧度。例如，第一求和模块1035的输出乘以转换常数输入1015以产生与以弧度计量的负载销角度对应的第一相乘模块1040的输出。

第一相乘模块1040的输出被提供到第一三角法模块1045和第二三角法模块1050。例如，第一三角法模块1045被配置为计算以弧度计量的负载销角度的余弦，并且第二三角法模块1050被配置为计算以弧度计量的负载销角度的正弦。向第二相乘模块1055提供第一三角法模块1045的输出和负载销力输入1020，第二相乘模块1055将负载销角度的余弦和负载销力输入相乘以产生在x方向上的负载销力。类似地，向第三相乘模块1060提供第二三角法模块1050的输出和负载销力输入1020，第三相乘模块1060将负载销角度的正弦和负载销力输入1020相乘，以产生在y方向上的负载销力。在x方向上的负载销力和在y方向上的负载销力然后被分别提供到用于x方向的负载销应变计量器简档模块1065和用于y方向的负载销应变计量器简档模块1070。简档模块1065和1070包括与被定位用来检测在x方向和y方向上的力的负载销应变计量器的特性相关联的信息。例如，可以在制造或装配时确定应变计量器的特性，并且将该特性编程到控制器200内。补充地或替代地，可以在规则或连续的基础上重新标定应变计量器在x方向和y方向两者上的特性，以保证应变计量器简档精确地表示负载销对于在任何一个方向上施加的力的响应。向第二求和模块1075提供用于x方向的负载销应变计量器简档模块1065的输出，在第二求和模块1075中，输出与在x方向输入1025中的负载销偏置组合。向第三求和模块1080提供用于y方向的负载销应变计量器简档模块1070的输出，在第三求和模块1080中，输出与在y方向输入1030中的负载销偏置组合。第二求和模块1075和第三求和模块1080的输出例如分别是与在x和y方向上的负载销输出相关联的毫伏信号。第二求和模块1075和第三求和模块1080的输出分别在x方向缩放模块1085和y方向缩放模块1090中乘以例如增益因子、衰减因子、缩放因子等。x方向缩放模块1085的输出1095和y方向缩放模块1090的输出1100然后作为x输出和y输出被提供到例如负载销运动模型模块560、铲控制系统、有效负荷估计系统等。

图12和13图示了用于主动地偏置与诸如动力铲10的工业机器相关联的负载销的处理1200。处理1200说明用于主动地偏置负载销的处理。然而，能够同时、并行地或以与所图示的串行执行方式不同的顺序执行关于处理1200在此描述的各个步骤。从负载销接收多个负载销信号(步骤1205)，该负载销包括位于x方向和y方向中或具有另一种适当的几何关系(例如，另一种正交关系)的多个应变计量器。接收多个提升机参数信号(步骤1210)。接收多个推挤件参数信号(步骤1215)，并且，接收多个摆动参数信号(步骤1220)。基于接收的负载销信号来产生第一运动模型(步骤1225)。例如，第一运动模型指示在x方向和y方向上向负载销施加的力以及与所施加的力相关联的角度等。基于所接收的提升机参数、推挤件参数和摆动参数信号来产生第二运动模型(步骤1230)。然后确定工业机器的操作状况(步骤1235)。例如，工业机器的操作状况可以是静态、动态、挖掘、摆动等。然而，为了以可靠的方式主动地偏置负载销，不应当在诸如挖掘、摆动等的高度动态的操作期间主动地偏置负载销。而是，应当在诸如抬起和降低铲斗70等的静态或非动态状况期间主动地偏置负载销。因此，评估工业机器的操作状况(步骤1240)。参考在图13中所示并且参考图13描述的处理部分A，工业机器的操作状况的评估用于确定是否可以主动地偏置负载销(步骤1245)。如果不能主动地(即，可靠地)偏置负载销，则处理1200进行到在图12中所示的处理部分B的步骤1205。如果可以偏置负载销，则将负载销信号滤波(步骤1250)以平滑接收的信号的动态特性。在步骤1255，填充角度阵列，并且，然后线性化阵列(步骤1260)。使用线性化的角度阵列，确定一个或多个负载销偏置值(步骤1265)，并且，将负载销偏置值应用(步骤1270)到例如第一运动模型、有效负荷确定系统等。

因此，除了别的之外，本发明提供了用于主动地偏置负载销的系统和方法。在所附的权利要求中给出了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种主动地偏置与工业机器相关联的负载销的方法，所述方法包括：

从所述负载销接收与施加到所述负载销的力相关的第一多个信号；

基于所述工业机器的第一运动模型来产生所述工业机器的第一特性，所述第一运动模型基于来自所述负载销的所述第一多个信号；

从一个或多个传感器接收与所述工业机器的提升机参数、推挤件参数和摆动参数中至少一个相关的第二多个信号；

基于所述工业机器的第二运动模型来产生所述工业机器的第二特性，所述第二运动模型基于所述第二多个信号；

确定所述工业机器的操作状况；

基于所述工业机器的所述操作状况来确定是否能够主动地偏置所述负载销；

当能够主动地偏置所述负载销时，基于所述工业机器的所述第一运动模型和所述工业机器的所述第二运动模型来填充一个或多个角度阵列；以及

基于所述一个或多个角度阵列来计算负载销偏置值。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：向所述第一运动模型应用所计算的负载销偏置值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工业机器是电动采矿铲。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述一个或多个角度阵列线性化。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述工业机器的所述操作状况的步骤包括：确定所述工业机器是否在挖掘。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将所述工业机器的所述第一特性与所述工业机器的所述第二特性相关联。

7.一种用于主动地偏置与工业机器相关联的负载销的系统，所述系统包括：

存储器，所述存储器被配置为存储与所述工业机器相关联的一个或多个参数；

处理装置，所述处理装置连接到所述存储器，所述处理装置被配置为：

从所述负载销接收与施加到所述负载销的力相关的第一多个信号；

基于所述工业机器的第一运动模型来产生所述工业机器的第一特性，所述第一运动模型基于来自所述负载销的所述第一多个信号；

从一个或多个传感器接收与所述工业机器的提升机参数、推挤件参数和摆动参数中至少一个相关的第二多个信号；

基于所述工业机器的第二运动模型和所述一个或多个参数来产生所述工业机器的第二特性，所述第二运动模型基于所述第二多个信号；

确定所述工业机器的操作状况；

基于所述工业机器的所述操作状况确定是否能够主动地偏置所述负载销；

当能够主动地偏置所述负载销时，基于所述工业机器的所述第一特性和所述工业机器的所述第二特性来填充一个或多个角度阵列；以及

基于所述一个或多个角度阵列来计算负载销偏置值。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理装置被进一步配置为向所述第一运动模型应用所计算的负载销偏置值。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述工业机器是电动采矿铲。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理装置被进一步配置为将所述一个或多个角度阵列线性化。

11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述工业机器的所述操作状况是挖掘状况。

12.根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理装置被进一步配置为将所述工业机器的所述第一特性与所述工业机器的所述第二特性相关联。

13.一种用于主动地偏置与工业机器相关联的负载销的方法，所述方法包括：

基于所述工业机器的第一运动模型来产生第一特性，所述第一运动模型基于来自所述负载销的第一多个信号；

基于所述工业机器的第二运动模型来产生第二特性，所述第二运动模型基于第二多个信号，所述第二多个信号来自一个或多个传感器并且与所述工业机器的提升机参数、推挤件参数和摆动参数中的至少一个相关；

基于所述工业机器的操作状况来确定是否能够主动地偏置所述负载销；

当能够主动地偏置所述负载销时，基于所述工业机器的第一运动模型和所述工业机器的所述第二运动模型来填充两个或更多个角度阵列；

基于所述两个或更多个角度阵列来计算负载销偏置值；以及，

向所述第一运动模型应用所计算的负载销偏置值。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述工业机器是电动采矿铲。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：将所述两个或更多个角度阵列线性化。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述工业机器的所述操作状况的步骤包括：确定所述工业机器是否在挖掘。

17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：将所述第一特性与所述第二特性相关联。

18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：确定用于所述两个或更多个角度阵列的线性值。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：将所述线性值与一个或多个阈值线性值作比较。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：基于所述线性值与所述一个或多个阈值线性值的所述比较来确定所述负载销是否已经变得不可靠。