CN103154386A

CN103154386A - 建筑机械

Info

Publication number: CN103154386A
Application number: CN2012800016032A
Authority: CN
Inventors: 林和彦; 竃门光彦; 中川智裕
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: CN103154386B; US20130081836A1; JPWO2013047180A1; WO2013047180A1; US8463512B2; JP5247938B1

Abstract

本发明提供一种推土机，该推土机包括：固定于车体的GPS接收器和角度取得部，该角度取得部中存储有将转角缸长度和倾斜缸长度的组合与转角角度和倾斜角度的组合相对应的换算表。

Description

建筑机械

技术领域

本发明涉及可识别推土机的推土铲的全球位置的建筑机械。

背景技术

目前，利用GPS（Global Positioning System；全球定位系统）对全球坐标系中推土铲的全球位置进行识别，这种方法已经为人们所知晓（参照专利文献1）。根据专利文献1的方法，作为减轻基于表示本机全球位置的GPS数据计算推土铲的全球位置的计算负荷的目的，接收GPS数据的GPS接收器装配在推土铲上，而不是车体上。

现有技术文献

专利文献1：（日本）特开1998-141955号公报

发明内容

然而，根据专利文献1的方法，GPS接收器装配在推土铲上，因而有可能会因为推土铲的振动直接传导到GPS接收器上而无法接收到正确的GPS数据。而且，还有必要对GPS接收器加以保护，以防受到因推土铲铲动而蹦起的沙土的损害。另一方面，如果将GPS接收器装配在车体上，要想演算推土铲的全球位置，就要考虑安装于车体和推土铲间的数个液压缸的长度，系统方面的处理负荷随之加大。

本发明是鉴于上述状况所做的，目的在于提供一种既能保护GPS接收器，并精确地接收GPS数据，又能对推土铲的全球位置简便地进行演算的建筑机械。

如本发明第一方面所述的建筑机械，包括：车体；可上下摆动地安装于车体的提升支架；支撑在提升支架前端的推土铲；提升缸；转角缸；倾斜缸；基于提升缸的提升缸长度、转角缸的转角缸长度和倾斜缸的倾斜缸长度取得提升角、转角和倾斜角的角度取得部；固定于车体、接受显示本机位置的GPS数据的GPS接收器；基于通过GPS接收器接收的GPS数据，通过角度取得部取得的提升角、转角和倾斜角，取得推土铲在全球坐标系中所处的位置的全球位置取得部。角度取得部存储有将转角缸长度和倾斜缸长度的组合与转角和倾斜角的组合相对应的换算表。

根据第一方面的建筑机械，可以抑制推土铲的振动直接传导到GPS接收器上，因而GPS接收器可以精准地接收GPS的数据。而且，还能保护GPS接收器免受因推土铲铲动而蹦起的沙土等的损害。不仅如此，与通过复杂的几何计算每次从转角缸长度及倾斜缸长度计算出转角和倾斜角的情况相比，可以极其简便地取得转角和倾斜角。因此，能够降低建筑机械的处理负荷。

本发明第二方面的建筑机械，与第一方面相关，换算表将提升缸长度变换为提升角。

根据第二方面的建筑机械，不需要从提升缸长度算出提升角，能够进一步降低处理负荷。

本发明第三方面的建筑机械，与第一及第二方面相关，GPS接收器装配在车体上。

根据第三方面的建筑机械，可以防止GPS接收器被车体所遮挡，因而能够精确地接收GPS数据。

本发明第四方面的建筑机械，与本发明第三方面相关，GPS接收器装配在车辆宽度方向中央。

本发明第五方面的建筑机械，与本发明第一方面相关，在车体、提升支架、推土铲、提升缸、转角缸及倾斜缸的3D模型中，通过所述转角缸长度和所述倾斜缸长度的组合与所述转角和所述倾斜角的组合顺序对应而制成换算表。

本发明第六方面的建筑机械，与本发明第一方面相关，具有包括安装于车体的一对履带的行驶装置。

根据本发明，能够提供一种既能保护GPS接收器，并精确地接收GPS数据，又能对推土铲的全球位置进行简便演算的建筑机械。

附图说明

图1是表示推土机整体结构的侧视图。

图2A是推土铲的侧视图。

图2B是推土铲的俯视图。

图2C是推土铲的正视图。

图3是表示推土铲位置识别系统的结构的框图。

图4是说明提升角计算方法的示意图。

图5是表示转角长度和角度之间关系的换算表。

附图标记说明

30...提升支架

40...推土铲

50...提升缸

60...转角缸

70...倾斜缸

210...角度取得部

80...GPS接收器

230...全球位置取得部

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的实施方式。在以下附图的表述中，相同或类似的部分标注了相同或类似的符号。但是，附图为示意图，各种尺寸的比率等有时会与实物不同。因此，具体的尺寸等应参照以下的说明做出判断。当然，附图相互间也有彼此的尺寸关系和比率不同的部分。

以下参照附图就作为建筑机械一例的推土机进行说明。在以下的说明中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”是以坐在驾驶席的操作员为基准的用语。

〔推土机100的整体结构〕

图1是表示本实施方式的推土机100整体结构的侧视图。

推土机100包括：车体10、行驶装置20、提升支架30、推土铲40、提升缸50、转角缸60、倾斜缸70、GPS接收器80、惯性测量单元（Inertial Measurement，简称IMU）90。而且，推土机100搭载了推土铲位置识别系统200。关于推土铲位置识别系统200的结构和动作，后面将会说明。

车体10具有驾驶室11和发动机室12。驾驶室11内装有未图示的座位和各种操作装置。发动机室12配置在驾驶室11的前方。

行驶装置20由一对履带（图1仅图示左侧的履带）构成，安装在车体10的下部。推土机100靠一对履带的转动来行驶。

提升支架30在车辆宽度方向上装配在行驶装置20的内侧。提升支架30以与车辆宽度方向平行的轴X（第一轴的一例）为中心，可上下摆动地安装于车体10。提升支架30通过球关节部31、俯仰支撑连杆32、支柱部33支撑推土铲40。

推土铲40装配在车体10的前方。推土铲40通过与球关节部31连接的万向接头41和与俯仰支撑连杆32连接的倾斜接头42，被提升支架30所支撑。推土铲40随着提升支架30的上下摆动而上下移动。推土铲40的下端部形成有平整土地时、挖掘时插入地面的推土铲刃部40P。

提升缸50与车体10和提升支架30连接。通过提升缸50的伸缩，提升支架30以轴X为中心上下摆动。

转角缸60与提升支架30和推土铲40连接。通过转角缸60的伸缩，推土铲40以贯通万向接头41和倾斜接头42的旋转中心的轴Y（第二轴的一例）为中心摆动。

倾斜缸70与提升支架30的支柱部33和推土铲40的右上端部连接。通过倾斜缸70的伸缩，推土铲40以连接球关节部31和俯仰支撑连杆32的下端部的轴Z（第三轴的一例）为中心摆动。

GPS接收器80配置在车体10上的车辆宽度方向中央。所谓车辆宽度方向，是以坐在驾驶室的操作者为基准的左右方向。GPS接收器80是GPS（Global Positioning System；全球定位系统）用天线。GPS接收器80接收表示本机全球位置的GPS数据。GPS接收器80将接收的GPS数据向后述的全球位置取得部230（参照图3）传送。

IMU90取得表示前后左右方向的车体倾斜角的车轮倾斜角数据。IMU90将车体倾斜角数据传送给全球位置取得部230。

在此，图2为表示推土机100的结构的示意图。具体而言，图2A为推土铲40的侧视图，图2B为推土铲40的俯视图，图2C为推土铲40的正视图。而且，在图2A～图2C，提升支架30的原点位置以双点划线表示。提升支架30位于原点位置时，推土铲40的刃部40P水平接地。

如图2A～图2C所示，推土机100具有提升缸传感器50S、转角缸传感器60S和倾斜缸传感器70S。提升缸传感器50S、转角缸传感器60S和倾斜缸传感器70S分别由测出连杆位置的旋转辊和用于使连杆位置复原的磁力传感器构成。

如图2A所示，提升缸传感器50S测出提升缸传感器50S的行程长度（以下称作“提升缸长度L1”），然后传送给下述角度取得部210（参照图3）。角度取得部210基于提升缸长度L1取得推土铲40的提升角θ1。本实施方式的提升角θ1与自推土铲40原点位置的下降角度、即推土铲端部40P插入地下的深度相对应。提升角θ1的计算方法后述。

如图2B所示，转角缸传感器60S测出转角缸60的行程长度（以下称作“转角缸长度L2”），然后传送给角度取得部210。如图2C所示，倾斜缸70S测出倾斜缸70的行程长度（以下称作“倾斜缸长度L3”），然后传送给角度取得部210。角度取得部210基于转角缸长度L2和倾斜缸长度L3，取得推土铲40的转角θ2和倾斜角θ3。

另外，在本实施方式中，仅从提升缸长度L1就可以计算出提升角θ1，而仅从转角缸长度L2则无法计算出转角θ2，也不能仅从倾斜缸长度L3计算出倾斜角θ3。这是因为如图2B所示，在变更了转角缸60的行程长度时，即便倾斜缸70的行程长度是固定的，也会伴随着转角的操作产生倾斜动作。

〔推土铲位置识别系统200的结构〕

图3是表示本实施方式的推土铲位置识别系统200的结构的框图。

推土铲位置识别系统200除上述的提升缸传感器50S、转角缸传感器60S、倾斜缸传感器70S、GPS接收器80、IMU90之外，还包括角度取得部210、本地位置取得部220以及全球位置取得部230。

角度取得部210基于提升缸50的提升缸长度L1、转角缸60的转角缸长度L2以及倾斜缸70的倾斜缸长度L3，取得绕轴X的提升角θ1（参照图2A）、绕轴Y的转角θ2（参照图2B）以及绕轴Z的倾斜角θ3（参照图2C）。

另外，如图3所示，角度取得部210具有提升角几何计算部211和转换部212。

提升角几何计算部211基于提升缸长度L1计算出提升角θ1。在此，图4为图2（A）的局部放大图，是为了说明提升角θ1的计算方法的示意图。如图4所示，提升缸50在前侧旋转轴101可旋转地安装于提升支架30，在后侧旋转轴102可旋转地安装于车体10。在图4中，垂直线103为上下方向的直线，原点指示线104为表示推土铲40的原点位置的直线。另外，第1长度La为连接前侧旋转轴101和提升支架30的轴X的直线的长度，第2长度Lb为连接后侧旋转轴102和提升支架30的轴X的直线的长度。此外，第1角度θａ是以轴X为顶点，由前侧旋转轴101和后侧旋转轴102构成的角度，第2角度θｂ是以轴X为顶点，由前侧旋转轴和提升支架30的上边构成的角度，第3角度θｃ是以轴X为顶点，由后侧旋转轴102和垂直线103构成的角度。第1长度La、第2长度Lb、第2角度θｂ及第3角度θｃ为固定值，角度取得部210存储这些固定值。另外，第2角度θｂ和第3角度θｃ的单位为弧度。

首先，提升角几何计算部211采用基于余弦定理的公式（1）和公式（2）算出第1角度θａ。

Ｌ1²＝La²+Lb²-2LaLb×cos（θa）......（1）

θa＝cos^-1（(Ｌa²+Ｌb²-Ｌ1²)/2Ｌa Ｌb）......（2）

其次，提升角几何计算部211采用公式（3）算出提升角θ1。

θ1＝θa+θb-θc-π/2......（3）

接着，提升角几何计算部211将算出的提升角θ1输出到本地位置取得部220。

换算部212中存储有使转角缸长度L2和倾斜缸长度L3的组合与转角θ2和倾斜角θ3的组合对应的换算表。图5是换算部212包含的换算表的一例。通过参照这样的换算表，换算部212取得转角θ2和倾斜角θ3。换算部212将取得的转角θ2和倾斜角θ3向本地位置取得部220输出。

另外，能够在车体10、提升支架30、推土铲40、提升缸50、转角缸60及倾斜缸70的3D模型中，根据转角缸长度L2和倾斜缸长度L3的组合与转角θ2和倾斜角θ3的组合顺序对应制成所述换算表。也就是说，可以利用推土机100的3D模型数据，对转角缸长度L2和倾斜缸长度L3的组合进行各种改变，在3D模型解析软件上对转角θ2和倾斜角θ3的组合进行演算，以此制成换算表。

但是，也可以根据在推土机100的实体机上进行对应来制成换算表。

具体而言，可以利用推土机100的实体机，一点点实际地逐步改变转角缸长度L2和倾斜缸长度L3的组合，对转角θ2和倾斜角θ3的组合进行实测，以此制成换算表。

本地位置取得部220从角度取得部210取得提升角θ1、转角θ2和倾斜角θ3。而且，本地位置取得部220存储推土机100整个车体的尺寸数据。本地位置取得部220根据提升角θ1、转角θ2和倾斜角θ3以及车体尺寸的数据，取得以车体10为基准的坐标系（以下称作“本地坐标系”）中刃部40P的位置（以下称作“本地位置”）。本地位置取得部220将本地位置传送给全球位置取得部230。

全球位置取得部230从本地位置取得部220取得本地位置。而且，全球位置取得部230从GPS接收器80取得GPS数据，从IMU90取得车体倾斜角数据。全球位置取得部230基于本地位置、GPS数据以及车体倾斜角数据，取得全球坐标系中刃部40P的位置（以下称作“全球位置”）。也就是说，全球位置取得部230将刃部40P的本地位置变换为全球位置。据此，推土铲位置识别系统200能够识别推土铲40（刃部40P）的全球位置。

另外，虽然没有图示，推土机100可以通过将表示挖掘对象目标形状的设计面和全球位置相对应，以此取得相对于设计面的刃部40P的相对位置。利用这种相对位置，推土机100可以让刃部40P追随设计面，进行众所周知的土地平整控制。

〔作用及效果〕

（1）推土机100（建筑机械的一例）具有固定在车体10上的GPS接收器80。

因此，可以抑制推土铲40的振动直接传导到GPS接收器80上，因此便能在GPS接收器80上精确地接收GPS数据。而且，还可以保护GPS接收器80，防止GPS接收器80受到由推土铲40扬起的沙土的损坏。

此外，推土机100包括角度取得部210，该角度取得部210存储有转角缸长度L2和倾斜缸长度L3的组合与转角θ2和倾斜角θ3的组合相对应的换算表。

因此，与每次都通过复杂的几何计算从转角缸长度L2及倾斜缸L3长度计算出转角θ2和倾斜角θ3的情况相比，可以极其简便地取得转角θ2和倾斜角θ3，能降低处理的负荷。

如以上所述，根据本实施方式的推土机100，能够提供一种既能保护GPS接收器，并精确地接收GPS数据，又能简便地对刃部40P的全球位置进行演算。

（2）在推土机100上，GPS接收器80装配在车体10上。因此，可以防止GPS接收器80被车体遮挡，从而更精确地接收GPS数据。

以上就本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不限于所述实施方式，在不超出发明宗旨的范围内可以有种种改变。

（Ａ）在上述实施方式中，角度取得部210存储的换算表将转角缸长度L2和倾斜缸长度L3的组合与转角θ2和倾斜角θ3的组合相对应，但并不限于此。在换算表中，也可以将提升缸长度L1、转角缸长度L2和倾斜缸长度L3的组合与提升角θ1、转角θ2和倾斜角θ3的组合相对应。这样，就没有必要从提升缸长度L1计算提升角θ1，因而也就可以进一步降低处理负荷。

（Ｂ）在上述实施方式中，GPS接收器80配置在车体10的车辆宽度方向中央，但并不限于此。GPS接收器80也可以配置在发动机室12上面等处。

（C）在上述实施方式中，利用如图5所示的换算表将液压缸的长度转换为角度。但是，从图5没有显示的液压缸长度求角度时，可以采用内插法计算。也就是说，要将在图5表示的两个液压缸长度之间的液压缸长度转换为角度时，可以利用与两个液压缸长度对应的两个角度计算出所要的角度。

（D）在上述实施方式中，作为建筑机械以推土机为例进行了说明，但不限于此，也可以是平地机等。

工业实用性

本发明的建筑机械能够提供一种既能保护GPS接收器，并精确地接收GPS数据，又能对推土铲的全球位置进行简便演算，因而可以广泛适用于建筑机械领域。

Claims

1.一种建筑机械，其特征在于，包括：

车体；

可上下摆动地安装于所述车体的提升支架；

支撑在所述提升支架前端的推土铲；

提升缸；

转角缸；

倾斜缸；

基于所述提升缸的提升缸长度、所述转角缸的转角缸长度以及所述倾斜缸的倾斜缸长度取得提升角、转角和倾斜角的角度取得部；

固定于所述车体、接收显示本机位置的GPS数据的GPS接收器；

基于通过所述GPS接收器接收的所述GPS数据，和通过所述角度取得部取得的所述提升角、所述转角和所述倾斜角，取得所述推土铲在全球坐标系中所处的位置的全球位置取得部；

所述角度取得部存储有将所述转角缸长度和所述倾斜缸长度的组合与所述转角和所述倾斜角的组合相对应的换算表。

2.如权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，所述换算表将所述提升缸长度变换成所述提升角。

3.如权利要求1或2所述的建筑机械，其特征在于，所述GPS接收器配置在所述车体上。

4.如权利要求3所述的建筑机械，其特征在于，所述GPS接收器配置在车辆宽度方向中央。

5.如权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，在所述车体、所述提升支架、所述推土铲、所述提升缸、所述转角缸及所述倾斜缸的3D模型中，通过使所述转角缸长度和所述倾斜缸长度的组合与所述转角和所述倾斜角的组合顺序对应而制成所述换算表。

6.如权利要求1所述的建筑机械，其特征在于，具有包括安装于所述车体的一对履带的行驶装置。