CN104246747B - 铲的铲斗摆动的自动化控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

补偿铲斗摆动控制的系统和方法。一种方法，包括：利用至少一个处理器确定与所述铲斗的当前摆动方向相反的补偿方向，并且当所述铲斗的加速度大于预定的加速度值时，沿补偿方向施加最大可用摆动扭矩。该方法还能够包括：确定铲的当前状态，并且当铲的当前状态为摆动至卡车状态或返回至收拢状态时，执行上面的步骤。当铲的当前状态为挖掘状态时，该方法可包括：限制最大可用摆动扭矩，并且当铲斗缩回至预定推挤位置时，利用至少一个处理器使摆动扭矩在预定时段内渐升至最大可用摆动扭矩。

Description

铲的铲斗摆动的自动化控制方法及系统
相关申请
本申请要求2012年3月16日提交的美国临时专利申请 No.61/611,682的优先权，该美国临时专利申请的整个内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及监控诸如电绳铲或动力铲(shovel)的工业机器的性能和自动地调节性能。
背景技术
诸如电绳或动力铲、拉铲挖掘机等的工业机器被用来执行挖掘操作使得从例如矿料堆迁移材料。操作员在挖掘操作期间控制绳铲为铲斗加载材料。操作员将铲斗中的材料倒入料斗或卡车中。在卸载材料之后，挖掘循环继续，并且操作员摆动铲斗返回至料堆以执行另外的挖掘。一些操作员将铲斗以高速率不正确地摆到料堆中，即使对挖掘操作使铲斗减慢并且停止，这也会损害铲斗和铲的其它部件，诸如齿条、柄、鞍座块、移动轴和吊臂。铲斗在挖掘循环期间还会影响其它物体(例如，料斗或卡车、料堆、位于铲周围的其它机械块等)，这会损坏铲斗或其它部件。
因此，本发明的实施例自动地控制铲斗的摆动以减轻由铲斗与位于铲周围的物体(诸如，料堆、地面和料斗)的冲击所引起的冲击和应力。例如，在铲斗已经被卸载并且返回到料堆以便随后的挖掘操作之后，控制器监控铲斗的操作。控制器监控铲斗摆动的各个方面，诸如速度、加速度和由操作员控制器指示的参照(例如，施加到诸如控制杆的操作员控制器的力的方向)控制器使用所监控的信息来确定铲斗是否摆动太快，在这种情况下，铲斗将以不合理的速度撞击料堆。在该情形下，当控制器检测与料堆的高冲击时，控制器使用马达扭矩来减慢铲斗的摆动。具体地，控制器沿与铲斗的移动方向相反的方向施加马达扭矩，这抵消铲斗速度并且使摆动速度下降。
发明内容
特别，本发明的一个实施例提供一种补偿铲的铲斗的摆动的方法。该方法包括：通过至少一个处理器确定与所述铲斗的当前摆动方向相反的补偿方向，并且当所述铲斗的加速度大于预定的加速度值时，通过所述至少一个处理器沿与所述铲斗的所述当前摆动方向相反的所述补偿方向施加最大可用摆动扭矩。
本发明的另一个实施例是提供一种用于补偿铲的铲斗的摆动的系统。该系统包括包含至少一个处理器的控制器。该至少一个处理器被配置成限制最大可用摆动扭矩，确定铲斗的推挤位置，并且当铲斗到达预定推挤位置之后，约束摆动扭矩在预定时段内渐升至所限制的最大可用摆动扭矩。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得明显。
附图说明
图1示出根据本发明的实施例的工业机器。
图2A和图2B示出在挖掘位置和翻卸位置之间的图1的机器的摆动。
图3示出根据本发明的实施例的工业机器的控制器。
图4-9示出用于自动地控制图1的机器的铲斗的摆动的方法的流程图。
图10a-10c和11a-11c是示出在图4-9的方法中的至少一些中激活的子例程的流程图。
图12-13是图10a-10c和图11a-11c的子例程的生成扭矩速度曲线的图形表示。
具体实施方式
在详细地解释本发明的任何实施例之前，应理解的是，本发明在其应用上并不限于下列说明书中所阐明的或下列附图中所阐明的部件的结构和布置的细节。本发明能够涵盖其它实施例并且可以各种方式实践或实施。另外，需理解的是，此处所使用的措辞和术语是出于说明目的，并且不应被视为限制性的。此处对“包含”、“包括”或“具有”和其变型的使用意味着涵盖其后列出的项目和其等同物以及另外的项目。术语“安装”、“连接”和“联接”广泛地被使用并且包括直接和间接的安装、连接和联接。此外，“连接”和“联接”不管是直接还是间接，不限于物理或机械连接或联接，并且能够包括电气或液压连接或联接。另外，电子通信和通知可以使用包括直接连接、无线连接等的任何已知方式被实施。
还应注意的是，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可以被使用以实施本发明。此外，应理解，出于讨论目的，本发明的实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，所述硬件、软件、和电子部件或模块可以示出和描述为犹如大多数部件在硬件中单独地实现。然而，一个本领域的普通技术人员根据对这份详细描述的阅读将明白，在至少一个实施例中，基于本发明的各方面的电子器件可以在可由一个或多个处理器执行的软件(例如，存储在非暂态计算机可读介质上)中实现。因此，应注意，可以利用多个基于硬件和软件的设备，以及多个不同结构的部件来实现本发明。而且，如在随后的段落中描述的，在附图中示出的特定机械配置旨在例证本发明的实施例并且其它替代机械配置是可能的。例如，在本说明书中描述的“控制器”可以包括标准处理部件，诸如一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入输出接口和连接这些部件的各种连接件(例如，系统总线)。
图1描绘示例性绳铲100。绳铲100包括履带105，用于前向和后向推进绳铲100以及用于使绳铲100旋转(即，通过使左右履带的速度和/或方向相对于彼此改变)。履带105支撑包括驾驶室115的基部 110。基部110能够绕摆动轴线125摆动或旋转，比如，从挖掘位置移动至翻卸位置并且再返回至挖掘位置。在一些实施例中，履带105的移动不是摆动运动所需的。绳铲进一步包括支撑可枢转铲斗柄135和铲斗140的铲斗轴或吊臂130。铲斗140包括门145，用于将铲斗140 所容纳的物品翻卸至翻卸位置。
铲100还包括：拉紧悬吊缆绳150，该拉紧悬吊缆绳150联接在基部110与吊臂130之间用于支撑吊臂130；起吊缆绳155，该起吊缆绳155附接到基部110内的绞盘(未示出)用于卷起缆绳155以使铲斗140上升和下降；铲斗门缆绳160，该铲斗门缆绳附接到另一个绞盘(未示出)以便打开铲斗140的门145。在某些情况下，铲100为由Joy Global制造的系列铲，而铲100可以为另一个类型或型号的采矿挖掘机。
当挖掘铲100的履带105处于静态，铲斗140在操作中基于三个控制动作吊起(hoist)、推挤(crowd)和摆动(swing)而移动。吊起控制通过卷起和展开起吊缆绳155来使铲斗140升高和降低。推挤控制使柄135和铲斗140的位置伸出和缩回。在一个实施例中，通过使用齿条齿轮装置来推挤柄135和铲斗140。在另一个实施例中，通过使用液压驱动系统来推挤柄135和铲斗140。摆动控制使铲斗140相对于摆动轴线125旋转。在工作期间，操作员控制铲斗140以从挖掘位置挖掘土材料，使挖斗140摆动至翻卸位置，释放门145以翻卸土材料，并且收拢铲斗140，这促使门145关闭，同时使铲斗140摆动至相同的或另一个挖掘位置。
图1还描绘移动挖掘破碎机175。在工作期间，绳铲100通过打开门145将材料从铲斗140翻卸到挖掘破碎机175的料斗170中。虽然绳铲100被描述为与移动挖掘破碎机175一起使用，但是绳铲也能够将材料从铲斗140翻卸至其它材料收集器(诸如翻斗车(未示出))或直接翻卸到地上。
图2A描绘定位在翻卸位置中的绳铲100。在翻卸位置中，将吊臂 130定位在料斗170上方，并且打开门145以将铲斗140内所容纳的材料翻卸到料斗170中。
图2B描绘定位在挖掘位置中的绳铲100。在挖掘位置，吊臂130 在挖掘位置220处利用铲斗140挖入到料堆215中。在挖掘之后，使绳铲100返回到翻卸位置并且根据需要重复该过程。
如上文概述部分所描述的，当铲100将铲斗140向后摆动到挖掘位置，料堆215不应被用来使铲斗140减速和停止。因此，铲100包括控制器，该控制器可以补偿对铲斗140的控制以确保铲斗140以适当的速度摆动并且随着它靠近料堆215或其它物体而减速。如果适用，则控制器能够包括尤其可操作用以监控铲100的操作和补偿控制铲斗 140的硬件和软件的组合体。
图3中示出根据本发明的一个实施例的控制器300。如图3所示，控制器300尤其包括处理单元350(例如，微处理器、微控制器或其他适当的可编程装置)、非暂态计算机可读介质355、和输入输出接口 365。处理单元350、介质355和输入输出接口365通过一个或多个控制和/或数据总线连接。应理解，在其它结构中，控制器300包括附加部件、更少的部件、或不同的部件。
计算机可读介质355存储程序指令和数据，并且控制器300被配置成从介质355获取并且尤其是执行这些指令以执行本文所描述的控制过程和方法。输入输出接口365在控制器300和外部系统、网络、和/或装置之间交换数据并且从外部系统、网络、和/或装置接收数据。输入输出接口365能够将从外部来源接收的数据存储到介质355和/或为处理单元350提供数据。
如图3所示，控制器300从操作员接口370接收输入。操作员接口370包括推挤控制器、摆动控制器、吊起控制器、和门控制器。推挤控制器、摆动控制器、吊起控制器、和门控制器包括操作员控制输入设备(比如诸如操纵杆、杠杆、脚踏开关)和其它执行器。操作员接口370经输入设备接收操作员输入并且将数字动作命令输出到控制器300。动作命令包括例如吊起、放下、推挤延伸、推挤缩回、顺时针摆动、逆时针摆动、铲斗门释放、左轨前进、左轨倒退、右轨前进、和右轨倒退。当接收了动作命令，控制器300通常按照操作员命令控制一个或多个马达或机构(例如，推挤马达、摆动马达、起吊马达和/ 或铲门闩)。然而，如将更详细地解释的，控制器300被配置成补偿或修改操作员动作命令，并且在一些实施例中，产生动作命令而独立于操作员命令。在一些实施例中，控制器300还通过操作员接口370 为操作员提供反馈。例如，如果控制器300修改操作员命令以限制铲斗140的操作，则控制器300能够与用户接口模块370互动以(例如，使用视觉、听觉、和/或触觉反馈)向操作员告知自动化控制。
控制器300还与多个传感器380通信以监控铲斗140的位置、移动和状态。多个传感器380能够包括一个或多个推挤传感器、摆动传感器、起吊传感器和/或铲传感器。推挤传感器指示铲斗140的延伸或缩回程度。摆动传感器指示柄135的摆动角度。起吊传感器指示基于起吊缆绳155位置的铲斗140高度。铲传感器380指示铲斗门145是否为敞开的(以便翻卸)或关闭的。铲传感器380还可以包括一个或多个重量传感器、加速度传感器和/或倾斜传感器以提供为控制器300 提供关于铲斗140内的负载的附加信息。在一些实施例中，推挤传感器、摆动传感器和起吊传感器中的一个或多个包括解析器或转速计，所述解析器或转速计指示用来移动铲斗140的马达(例如，推挤马达、摆动马达和/或吊起马达)的绝对位置或相对移动。比如，随着吊起马达旋转以卷起起吊缆绳155来升高铲斗140，起吊传感器输出指示起重机的旋转量和用以指示铲斗140的相对移动的移动方向的数字信号。控制器300将这些输出转换成铲斗140的位置(例如，高度)、速度和/或加速度。
如上所指出的，控制器300被配置成从介质355获得指令并且执行指令以执行关于铲100的各种控制方法。例如，图4-9示出由控制器 30基于由处理器350执行的指令执行的用以监控铲斗摆动性能并且基于真实世界反馈来补偿铲斗性能的方法。因此，所提出的方法帮助减轻在各种铲循环状态下因摆动冲击施加到铲100的应力。例如，当铲斗140在料堆215中挖掘、摆动至移动式破碎机175、或自由地摆动时，控制器300能够补偿铲斗控制。
图4-9所示的方法表示用于实施铲斗摆动的这样的自动化控制方法的多个变型或选项。应理解，另外的选项也是可能的。特别地，如图4-9所示，所提出的方法中的一些包含子例程，这些子例程也具有用于实施的多个选项或变型。例如，各种加速度监控实施方式能够与不同的铲状态，诸如挖掘、摆动至翻卸(例如，摆动至卡车)等组合。此外，并非解释控制方法和子例程的每种排列，在图4-9所示的方法中提及这些子例程，但是在图10a-10c和图1la-11c中独立地描述这些子例程。特别地，子例程与图4-9所示的控制方法的交叉点使用短划线(例如，-----)标记。此外，从一个迭代到下一个迭代的差异中的一些使用例如点划线(例如，_.._.._..)标记。
图4示出用于补偿铲斗摆动控制的选项#1。如图4所示，当铲100 处于挖掘模式或状态下时(在500处)，控制器300能够可选地将铲斗140的最大可用摆动扭矩限制至最大可用扭矩的预定百分比(例如，最大可用摆动扭矩的近似30％至近似80％)(在502处)。控制器300 还监控推挤解析器计数以确定最大推挤位置(在504处)。在确定最大推挤位置之后，控制器300确定操作员何时已经将铲斗140从最大推挤位置缩回预定百分比(例如，近似5％至近似40％)(在506处)。当这种情况发生时，控制器300允许摆动扭矩在预定时间段T内渐升至最大可用扭矩(在508处)。在一些实施例中，预定时间段在近似 100毫秒与2秒之间(例如，近似1.0秒)。
如图4所示，当铲100处于摆动至卡车状态下时(在510处)，控制器300可选地确定铲斗140的摆动速度是否大于最大速度的预定百分比(例如，最大速度的近似5％至近似40％)(在512处)。在一些实施例中，在摆动速度到达该阈值之前，控制器300不补偿铲斗140的控制。控制器300还确定铲斗140的摆动方向(在514处)。控制器300使用确定摆动方向以识别补偿方向(即与当前摆动方向相反的方向，以抵抗和减慢当前摆动速度)。
控制器300然后计算实际摆动加速度(在516处)。如果实际加速度值(例如，负加速度值)大于预定值(例如，指示铲斗140撞到物体)(在518处)，控制器300补偿对铲斗140的摆动控制。特别地，控制器300能够增加最大可用摆动扭矩(例如，最高可达近似200％) 并且沿补偿方向施加增加的可用扭矩(例如，100％的增加扭矩)(在 520处)。应理解，在一些实施例中，控制器300施加最大可用扭矩限制，且最初不增加限制。在摆动速度下降到预定值Y或以下之后(例如，近似0rpm至近似300rpm)(在522处)，控制器300停止摆动补偿，并且铲斗140返回至其默认或标准控制(例如，控制器300不补偿铲斗140的操作员控制)。
在选项#1的返回至收拢状态下(在524)，控制器300执行与选项#1的摆动至卡车状态类似的功能。然而，控制器300用来与当前摆动加速度(在518处)相比较的预定值α，在摆动至卡车状态期间，该预定值被调节以补偿铲斗140空的而非满的铲斗140。
图5a和图5b示出用于补偿铲斗摆动控制的选项#2。如图5a中所示，当铲100处挖掘状态下时(在530处)，对于挖掘状态，控制器 300类似于上文所描述的选项#1那样操作。特别地，在铲斗140已经被缩回至预定推挤位置之后(在506)，类似于选项#1那样，控制器 300通过允许摆动扭矩在预定时间段T渐升至最大可用扭矩而操作(在 508处)。一旦这种情况发生，在选项#2中，控制器300计算铲斗140 的实际摆动加速度(例如，负加速度)(在532处)。如果实际加速度值大于预定值(在534处)(例如，指示铲斗140撞到物体)，则控制器300开始摆动补偿。特别地，控制器300能够增加可用最大摆动扭矩(例如，最高可达近似200％>)并且沿补偿方向施加增加的扭矩(例如，100％的扭矩)。应理解，在一些实施例中，控制器300施加最大可用扭矩限制，且最初不增加限制。在摆动速度下降至预定速度Y或以下时(例如，近似0rpm至近似300rpm)(控制538处)，摆动控制返回至标准摆动控制(例如，操作员控制，当通过控制器300 补偿的控制相比时)。
如图5b所示，当铲100处于摆动至卡车状态下时(在540处)或返回至收拢状态时(在542处)，对于选项#1，控制器300如上文所描述的那样通过计算当前加速度而操作(在516处)并且将计算的加速度与预定值α相比较(在518处)。这时，控制器300激活子例程 #1(在544处)，这导致三种可能的响应。下面相对于图10a-10c描述子例程#1。
图6示出用于补偿铲斗摆动控制的选项#3。如图6所示，当铲100 处于挖掘状态时(在550处)，控制器300如上文相对于选项#1中的挖掘状态所描述那样操作。另外，应理解，在一些实施例中，对于选项#3的摆动至卡车状态，控制器300将渐升摆动扭矩替换为如下所述的监控加速度(在508)(参见图6中的部分551)。
如图6所示，在摆动至卡车状态下(在552处)，控制器300可选地确定铲斗140的摆动速度是否大于最大速度的预定百分比(例如，近似5％至近似40％)(在554处)。在一些实施例中，如果该速度小于该阈值，则控制器300不采取任意校正动作。控制器300还决定摆动方向以确定与摆动方向相反的补偿方向(在556处)。然后，控制器300基于参考扭矩(即，操作员将诸如控制铲斗摆动的操纵杆的输入装置移动多远)和铲斗140为满的假设来计算预测摆动加速度(在 558处)。在一些实施例中，存在用于计算该值的两个选项。在一个选项中，控制器300假设铲斗140利用垂直绳处于标准位置。在另一个选项中，控制器300使用铲斗位置(例如，半径、高度等)和生成惯性来计算预测加速度。一般地，参考扭矩越大，预测加速度越大。
在计算预测加速度之后(在558处)，控制器300计算铲斗140 的实际摆动加速度(例如，负加速度)(在560处)。如果实际加速度值大于一个比预测加速度小的预定百分比(例如，大于少了近似10％至近似30％的预测加速度，这表明铲斗140撞到物体)(在562处)，则控制器300开始摆动控制补偿。特别地，为了比较计算的预测加速度和实际加速度，控制器300激活子例程#1(在544)，如上文所指示，这导致三种可能的响应中的一种(参见图10a-10c)。
如图6所示，在返回至收拢状态下(在564)，控制器300如上文所描述的对于选项#3的摆动至卡车状态那样操作。然而，控制器计算在假设铲斗140为空而非满的情况下的预测加速度(在558处)。如上所指出的，在一些实施例中，存在用于计算该加速度值的两个选项。在一个选项中，控制器300假设铲斗140利用垂直绳处于标准位置。在另一个选项中，控制器300使用铲斗位置(例如，半径、高度等)和生成惯性来计算预测加速度。
图7示出用于补偿铲斗摆动控制的选项#4。如图7中所示，当铲100处挖掘状态下时(在570处)，控制器300类似于选项#1那样操作。另外，应理解，在一些实施例中，对于选项#4的其它状态(参见图7中的部分571)，控制器300将渐升摆动扭矩替换为如下所述的监控加速度(在508处)。
如图7所示，当铲100处于除挖掘状态之外的任何状态下时(在 570处)，控制器300确定当前摆动速度是否大于最大速度的预定百分比(例如，最大摆动速度的近似5％至近似40％)(在572处)。如果摆动速度为不大于该阈值，则控制器300激活子例程#2(在574处)，这导致三种可能的响应中的一种。关于子例程#2的细节，参见图 11a-11c。
如果摆动速度大于阈值(在572处)，控制器确定当前摆动方向以确定补偿方向(在576处)。然后，控制器300基于参考摆动扭矩、当前铲斗有效负载以及可选地铲斗位置来计算预测摆动加速度(在578 处)。在一些实施例中，存在用于计算预测加速度的两个选项。在一个选项中，控制器300假设铲斗140利用垂直绳处于标准位置。在另一个选项中，控制器300基于铲斗位置(例如，半径、高度等)和铲斗140的生成惯性来计算预测加速度。
在计算预测加速度之后(在578处)，控制器300计算实际摆动加速度(例如，负加速度)(在580处)并且确定实际加速度值是否大于一个比预测加速度小的预定百分比(例如，大于少了近似10％至近似30％的预测加速度，这表明铲斗140撞到物体)(在582处)。如果是，则控制器300激活子例程#1(在544处)。关于子例程#1的细节，参见图10a-10c。
图8示出用于补偿铲斗摆动控制的选项#5。如图8所示，无论铲 100的当前状态如何，控制器300确定铲斗140的当前摆动速度是否大于最大摆动速度的预定百分比(例如，近似5％至近似40％)(在572 处)。如果当前速度不大于该阈值时，则控制器300激活子例程#2(在 574处)，这导致三种可能的响应中的一种(参见图11a-11c)。替代地，当当前速度大于阈值时，控制器300确定当前摆动方向以确定补偿方向(在576处)。控制器300还基于扭矩参考、当前铲斗有效负载以及可选地铲斗位置计算预测摆动加速度(在578)。在一些实施例中，控制器300能够使用用于计算预测加速度的多个选项中的一个。在一个选项中，控制器假设铲斗140利用垂直绳处于标准位置。在另一个选项中，控制器300使用铲斗位置(例如，半径、高度等)和生成惯性来计算预测加速度。在计算预测加速度之后，控制器300计算实际加速度(例如，负加速度)(在580处)并且确定实际加速度值是否大于一个比预测加速度小的预定百分比(例如，大于少了近似10％至近似30％的预测加速度，这表明铲斗140撞到物体)(在582处)(参见子例程#1)。
图9示出用于补偿铲斗摆动控制的选项#6。如图9所示，除了当摆动速度大于最大摆动速度的预定百分比时，选项#6类似于选项#5(在 572处)，扭矩水平渐升(ramp up)(在590处)而非立即阶跃(step) 到最大(在592处，图8)。
图10a-10c示出子例程#1。子例程#1提供与将预测摆动加速度和实际加速度进行比较相关联的三个可能的例程(该比较图10a-10c中被称为“AC”)。可能的例程被定义为子例程1A、2A和3A。图12示出子例程#1的生成扭矩速度曲线的表示。如图12所示，在子例程#1的执行期间，附加扭矩是可用的。
如图10a所示，在子例程1A中，当实际加速度值大于一个比预测加速度小的预定百分比(在600处)，控制器300启动或复位定时器 (在602a或602b处)。然后，控制器300增加可用的扭矩限制(例如，将扭矩设置成大于100％的当前参考扭矩)并且沿当前摆动方向的相反方向施加近似100％的参考扭矩(在604处)。
当实际加速度值不大于一个比预测加速度小的预定百分比(在600 处)，控制器300确定定时器是否运行(在606处)。如果定时器正在运行并且已经到达预定时间段(例如，近似100毫秒至近似2秒) (在608处)，则控制器300将使定时器停止(在610处)并且重置参考扭矩(在612处)。
如图10b所示，在子例程1B中，当实际加速度值大于一个比预测加速度小的预定百分比时(在620处)，控制器300增加可用扭矩限制(例如，将扭矩设置到近似200％的当前参考扭矩)并且沿当前摆动方向的相反方向施加(例如，100％)参考扭矩(在622处)。一旦摆动速度减小了预定百分比(例如，近似25％至近似50％)(在624处)，则控制器300返回摆动控制至其标准或默认控制方法。
在子例程1C中(参见图10c)，当实际值大于一个比预测加速度小的预定百分比时(在630处)，控制器300基于预测加速度与实际加速度之间的差的大小来计算施加的扭矩量(即，计算施加到摆动铲斗140的减速力的大小)(在632处)。例如，随着该差增加，施加的扭矩也增加。在一些实施例中，在计算施加的扭矩之前，控制器300 还使最大可用摆动扭矩增加。在计算扭矩之后，控制器300沿当前摆动方向的相反方向施加计算的扭矩(在634处)。当摆动速度减小了预定百分比时(例如，近似25％至近似50％)(在636处)，则控制器300结束摆动补偿控制。
图11a-11c示出子例程#2。子例程#2提供与计算摆动速度相关联的三种可能的例程。可能的例程被定义为子例程2A、2B、和2C。图 13示出子例程#2的生成扭矩速度曲线的表示。如图13所示，在子例程#2的执行期间，可用的扭矩减小。
如图11a所示，在子例程2A中，控制器300将摆动马达驱动扭矩设置为可用扭矩的预定百分比(例如，可用扭矩的近似30％至近似80％) (在700处)。在子例程2B中(参见图11b)，控制器300监控铲的倾斜计。如果铲角度小于第一预定角度(例如，近似5°)(在702处)，则控制器300的摆动马达驱动扭矩设置成可用扭矩的第一预定百分比的(例如，近似30％至近似50％)(在704处)。如果铲角度大于或等于第一预定角度且小于第二角度(例如，近似10°)(在706处)，则控制器300将摆动马达驱动扭矩设置成可用扭矩的第二百分比(例如，近似40％至近似80％)(在708处)。如果铲角度大于或等于第二预定角度(在710处)，则控制器300将摆动马达驱动扭矩设置成可用扭矩的第三百分比(例如，近似80％至近似100％)(在712处)。
在子例程2C中，控制器300还监控被包括在铲中的倾斜计(在 714处)并且基于铲角度来计算摆动马达驱动扭矩限制水平(在716)。特别地，铲角度越大，控制器300设置的扭矩限制越高。
因此，本发明的实施例涉及补偿铲斗摆动控制以减少铲斗和料堆、地面、移动式破碎机、拖运卡车等之间的冲击。应理解，对选项和子例程的编号被提供用于描述的便利性并且不旨在指示重要性或优先级。另外，应理解，控制器300能够执行另外的功能。此外，本申请中所描述的预定阈值和值可以取决于铲100、铲100正在挖掘的环境、和铲100的先前或当前性能。因此，这些阈值和值的任意示例值仅作为示例被提供并且可以变化。
本发明的各种特征和优势在所附权利要求中阐明。

Claims (35)

1.一种补偿铲的铲斗的摆动的方法，所述方法包括：
(a)当所述铲的当前状态为挖掘状态时，限制最大可用摆动扭矩；
(b)当所述铲的当前状态为挖掘状态时，在铲斗缩回至预定推挤位置的情况下，使摆动扭矩在预定时段内渐升至所限制的最大可用摆动扭矩；
(c)通过至少一个处理器确定与所述铲斗的当前摆动方向相反的补偿方向；
(d)增加所述最大可用摆动扭矩；和
(e)当所述铲斗的加速度大于预定的加速度值时，通过所述至少一个处理器沿与所述铲斗的所述当前摆动方向相反的所述补偿方向施加所增加的最大可用摆动扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：通过所述至少一个处理器确定所述铲的当前状态，并且当所述铲的当前状态为摆动至卡车状态或返回至收拢状态时，执行步骤(a)至(e)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，限制最大可用摆动扭矩包括：在所述最大可用摆动扭矩的近似30％和近似80％之间限制所述最大可用摆动扭矩。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述铲斗缩回至预定推挤位置时使摆动扭矩渐升包括：当所述铲斗从最大推挤位置缩回预定百分比时，使摆动扭矩渐升。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述铲斗从最大推挤位置缩回预定百分比时使摆动扭矩渐升包括：当所述铲斗从最大推挤位置缩回在近似5％和近似40％之间时，使摆动扭矩渐升。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，使摆动扭矩在所述预定时段内渐升包括：使所述摆动扭矩在近似100毫秒至近似2秒内渐升。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，增加所述最大可用摆动扭矩包括增加所述最大可用摆动扭矩直到近似200％。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当所述铲斗的摆动速度下降至预定速度值以下时，停止沿与所述铲斗的摆动方向相反的所述补偿方向施加所述最大可用摆动扭矩。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述预定速度值在近似0rpm与近似300rpm之间。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，当所述铲斗的摆动速度下降至预定速度值以下时停止施加所述最大可用摆动扭矩包括：当所述铲斗的摆动速度下降了预定百分比时，停止施加所述最大可用摆动扭矩。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：当定时器值到达预定设定点时，停止沿与所述铲斗的摆动方向相反的所述补偿方向施加所述最大可用摆动扭矩。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述最大可用摆动扭矩包括：基于所述铲斗的加速度与所述预定的加速度值之间的差来计算减速速度。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述铲斗的满状态来确定所述预定加速度值。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于所述铲斗的空状态来确定所述预定加速度值。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于当前铲斗负载来确定所述预定加速度值。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：基于当前铲斗位置来确定所述预定加速度值。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述最大可用摆动扭矩包括：当所述铲斗的加速度大于预定加速度值并且所述铲斗的摆动速度到达预定阈值时，施加所述最大可用摆动扭矩。
18.根据权利要求17所述的方法，当所述预定阈值为最大速度的近似5％至近似40％。
19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将摆动马达驱动扭矩设置为预定限制。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，将摆动马达驱动扭矩设置到预定限制包括基于从至少一个倾斜计接收的所述铲的角度来设置摆动马达驱动扭矩。
21.一种用于补偿铲的铲斗的摆动的系统，所述系统包括：
包含有至少一个处理器的控制器，所述至少一个处理器被配置成，(a)当所述铲的当前状态为挖掘状态时，限制最大可用摆动扭矩，
(b)当所述铲的当前状态为挖掘状态时，确定所述铲斗的推挤位置，
(c)当所述铲的当前状态为挖掘状态时，在所述铲斗到达预定推挤位置之后，约束摆动扭矩在预定时段内渐升至所限制的最大可用摆动扭矩，
(d)确定与所述铲斗的当前摆动方向相反的补偿方向，
(e)按预定百分比增加所述最大可用摆动扭矩，和
(f)当所述铲斗的加速度大于预定的加速度值时，沿与所述铲斗的所述当前摆动方向相反的所述补偿方向施加所述最大可用摆动扭矩。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述至少一个处理器被配置成限制所述最大可用摆动扭矩至所述最大可用摆动扭矩的近似30％至近似80％。
23.根据权利要求21所述的系统，其中，所述预定推挤位置包括最大推挤位置的预定百分比。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述最大推挤位置的预定百分比是所述最大推挤位置的近似5％至近似30％。
25.根据权利要求21所述的系统，其中，所述预定时段在近似100毫秒与近似2秒之间。
26.根据权利要求21所述的系统，其中，所述至少一个处理器被配置成当所述铲处于摆动至翻卸状态或返回至收拢状态时执行步骤(d)至(f)。
27.根据权利要求21所述的系统，其中，预定百分比最高达200％。
28.根据权利要求21所述的系统，其中，所述至少一个处理器进一步被配置成：当所述铲斗的摆动速度下降至预定速度值以下时，停止沿与所述铲斗的所述摆动方向相反的所述补偿方向施加所述最大可用摆动扭矩。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述预定速度值在近似0rpm与近似100rpm之间。
30.根据权利要求21所述的系统，其中，所述预定加速度值基于所述铲斗的满状态。
31.根据权利要求21所述的系统，其中，所述预定加速度值基于所述铲斗的空状态。
32.根据权利要求21所述的系统，其中，所述预定加速度值基于当前铲斗负载。
33.根据权利要求21所述的系统，其中，所述预定加速度值基于当前铲斗位置。
34.根据权利要求21所述的系统，其中，所述至少一个处理器进一步被配置成：当所述铲斗的加速度大于预定加速度值并且所述铲斗的摆动速度到达预定阈值时，沿与所述铲斗的当前摆动方向相反的所述补偿方向施加所述最大可用摆动扭矩。
35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述预定阈值为最大速度的近似5％至近似40％。
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