CN105358770B - 用于机器的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器控制系统。该系统包括与机器的松土机相关联的松土机传感器，松土机传感器配置成产生指示松土机的位置的信号。该系统包括与机器的转向控制模块相关联的转向命令传感器。转向命令传感器配置成产生指示机器的转向命令的信号。该系统还包括控制器，控制器配置成接收指示松土机的位置和机器的转向命令的信号。控制器配置成基于松土机的接合状态和机器的转向命令执行动作。

Description

用于机器的控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于机器的控制系统，并且更具体来说涉及与机器的松土机相关联的控制系统。

背景技术

移动挖掘机器(诸如，举例而言，履带式推土机、机动平土机和铲土机)通常包含用于耕作、挖掘或掘进地表面的一个或多个材料接合器具。地表面可包含所述机器容易或难以处理的非均匀松散土壤或密实材料。此外，所述器具需要以避免在机器的转向或高速行进期间损坏所述器具的元件的方式来处理。

例如，美国专利第8,083,004号涉及一种用于具有动力源、牵引装置和掘进工具的机器的控制系统。控制系统可具有配置为生成指示机器滑动的至少一个信号的滑动传感器，以及可操作以定位掘进工具的至少一个致动器。控制系统还可具有与滑动传感器、至少一个致动器以及动力源通信的控制器。控制器可配置为接收指示可接受滑动值的至少一个操作者输入，并且基于至少一个信号确定实际机器滑动。控制器可还配置为基于可接受滑动值和实际机器滑动在挖掘过程期间直接并单独调节机器的速度和掘进工具的位置。

发明内容

在一个方面中，本发明提供一种用于机器的控制系统。所述系统包含与机器的松土机相关联的松土机传感器。松土机传感器配置为生成指示松土机的位置的信号。所述系统包含与机器的转向模块相关联的转向命令传感器。转向命令传感器配置为生成指示机器的转向命令的信号。所述系统还包含配置为接收指示松土机的位置和机器的转向命令的信号的控制器。控制器配置为基于松土机的接合状态和机器的转向命令执行动作。

在另一个方面中，本发明提供一种用于控制机器的方法。所述方法包含接收指示与机器相关联的松土机的位置的信号。所述方法还包含接收指示机器的转向命令的信号。所述方法包含基于松土机的位置确定松土机是否处于接合状态。所述方法还包含基于松土机的接合状态和机器的转向命令执行行动。

在另一个方面中，本发明提供一种包含动力源、转向模块、牵引装置和松土机的机器。所述机器包含与松土机相关联的松土机传感器。松土机传感器配置为生成指示松土机的位置的信号。所述机器还包含与转向模块相关联的转向命令传感器。转向命令传感器配置为生成指示所述机器的转向命令的信号。所述机器还包含配置为接收指示松土机的位置和所述机器的转向命令的信号的控制器。控制器配置为基于松土机的接合状态和所述机器的转向命令执行行动。

附图说明

图1示出根据本发明的一个实施例的示例性机器的侧视图；

图2示出机器的控制系统的框图；以及

图3示出用于控制机器的方法。

具体实施方式

现详细参考具体实施例或特征，在附图中示出其实例。一般来说，在可能时，将使用对应或类似参考编号来指代相同或对应部件。

图1示出示例性机器100的侧视图。机器100可以是用于许多行业(例如尤其是矿业、农业、建筑、林业、废物管理和材料处理)中的各种类型的机械中的一种。例如，机器100可以是运土机器，例如自动平地机、推土机、装载机、挖沟机、挖掘机或任何其他运土机器。在所示出的实施例中，机器100包含履带式推土机。

机器100可横越作业地点来操纵作业表面102之下的材料，例如，运输、耕作、挖掘、掘进和/或执行任何其他本技术中已知的操作。机器100可包含机架104。动力源106可容纳在机器100的外壳内。动力源106配置为产生机械功力。动力源106可以是任一类型的内燃机，诸如，举例而言，柴油机、汽油机，或气体燃料动力发动机。此外，动力源106可以是非发动机类型的动力产生装置，诸如，举例而言，燃料电池、电池、马达或本技术中已知的另一类型的动力源。

机器100还可包括转向控制模块108。机器100设有用于移动的牵引装置110。牵引装置110可包括履带，履带位于机器100的每侧(仅示出一侧)且由一个或多个链齿轮112可操作地驱动。链齿轮112可以可操作地连接至动力源106以从其接收动力并驱动牵引装置110。牵引装置110可以是液压致动、机械致动、电致动，或用任何其它合适的方式致动。牵引装置110的移动可以相对于作业表面102推进机器100。进一步，履带的相对运动可引起机器100转向的方向改变。可选地，牵引装置110可附加地或可选地包括车轮、带、或其它牵引装置。

进一步，机器100包括设置在机器100一端的松土机114。在一个实施例中，松土机114能够移动。更具体地，松土机114配置成相对于机架104提升、下降，并且可以倾斜。松土机114可包括通过安装构件120保持就位的柄118。柄118可穿透作业表面102以扰乱或破坏(例如掘进)位于作业表面102下方的材料。柄118可以能够相对于安装构件120移动。进一步，柄118可具有相对于安装构件120的几种配置。例如，柄118可以移动至更高、更低、远离或朝向机器100的机架104的位置。

安装构件120可以经由联动系统连接至机器100的机架104。这里所用的术语“联动系统”指的是松土机114和其它与松土机114相关联的部件。在示出的实施例中，第一液压致动器122连接至松土机114，从而提升和降低松土机114。同样的，第二液压致动器124连接至松土机114，从而倾斜松土机114。可以设想，松土机114可以可选择地包括犁、铲尖、中耕机，和/或本领域已知的基于应用的任何其它执行任务的装置。

松土机114的移动可对应于多个预定的位置和/或方向(例如，柄118的角度设置)。例如，柄118可具有离散的穿透角度和离散的挖掘角度，所述角度可基于作业表面102的材料组分、机器100的尺寸或能力，和/或柄118相对于安装构件120的配置而改变。在一个实例中，柄118的穿透角度相对于作业表面102可以是竖直的，以有助于实现作业表面102的高效穿透。为了维持针对每个可用柄配置的不同配置的竖直角度，安装构件120的第一液压致动器122和第二液压致动器124可需要基于当前柄配置进行调整。

机器100还可包括操作站126。操作者可以经由操作站内的控制器来控制松土机114的运行。控制器可包括但不限于松土机控制装置128和转向控制装置130。松土机控制装置128可使操作者将柄118的高度设置为高于或低于作业表面102和/或相对于作业表面102设置柄118的角度。转向控制装置130可进一步连接至转向控制模块108。转向控制模块108可以配制成控制机器100的转向。尽管松土机控制装置128和转向控制装置130在附图中示作操纵杆，但控制器可选地包括按钮、触摸屏控制器、声控制器、方向盘、开关和旋钮。操作站126还可包括其他控制器，例如，加速踏板、减速踏板或任何其它本领域已知的控制装置。

在一个实施例中，松土机控制装置128和转向控制装置130可以可操作地连接至控制器132。在本发明中，控制器132配置成用于接收经由松土机控制装置128和转向控制装置130的来自操作者的输入。控制器132配置成当松土机114处于接合状态时确定操作者何时尝试使机器100转向。将结合图2对控制器132的作业进行详细说明。

图2示出了根据本发明的一个实施例的用于机器100的控制系统200。控制系统200可包括与机器100的转向控制模块108相关联的转向命令传感器202。转向命令传感器202产生指示机器100的转向命令的信号。转向命令可以是操作者命令或自动控制系统输入。在一个实施例中，转向命令可以是所需的转向变化或所需的机器100的横摆率。在本发明的一方面，转向命令传感器202配置成确定牵引装置110与机器100行驶方向之间的转向角度所需的变化。转向命令传感器202可信息交互地联接至控制器132。控制器132配置成接收由转向命令传感器202生成的信号，该信号指示机器100的所需转向变化或所需转向控制操作。

该控制系统200可进一步包括与机器100的松土机114相关联的松土机传感器204。松土机传感器204配置为产生指示松土机114的位置的信号。松土机传感器204可包括位置传感器、压力传感器、销传感器、流量传感器和旋转传感器中的至少一个。在一个实施例中，松土机传感器204可与第一液压致动器122和第二液压致动器124相关联。松土机传感器204可定位成临近和/或在第一液压致动器122和第二液压致动器124内。在一个实施例中，在松土机114上设置的压力传感器可包括应变仪。该应变仪可配置为检测与松土机114相关联的扭应变。松土机传感器204配置为产生指示第一液压致动器122和第二液压致动器124的延伸的信号。可以构想，通过松土机传感器204产生的信号可以表示与松土机114的提升和倾斜成比例的值。在另一个实施例中，松土机传感器204可基于松土机114的液压模型来估算第一液压致动器122和第二液压致动器124的位置。松土机114的液压模型可包括计量进入致动器的液压流体的集成。此外，该液压模型还可包括第一液压致动器122和第二液压致动器124的感应压力。松土机传感器204可通信地联接到控制器132。

控制器132从松土机传感器204接收指示松土机114的位置的信号。在一个实施例中，控制器132可以将松土机114的位置与预定的阈值相比较。在另一个实施例中，控制器132可通信地联接到数据库(未示出)。数据库配置为存储机器100的实际地面高度。预定的阈值可基于存储在数据库中的实际地面高度调整。本领域普通技术人员应该明白数据库可以是本领域中任何常规的或非常规的数据库，如基于Oracle的数据库。此外，数据库可以按照操作和设计的需要能够存储和/或修改预先存储的数据。在一个实施例中，数据库对于机器100来说可以是非固有的，并且位于远离机器100的远端地点。可替代地，数据库可以是机器100所固有。

控制器132配置为从数据库接收预定的阈值并且将松土机114的位置与预定的阈值相比较。如果松土机114的位置比预定的阈值低，控制器132可确定松土机114的接合状态。在另一个实施例中，控制器132可根据由操作者发出的用户命令来确定松土机114的接合状态。

在一个实施例中，控制器132配置为基于松土机114与预定的阈值的比较来执行任何一个动作或动作的组合。更具体的，如果确定松土机114处于接合状态并且操作者试图使机器100转向，控制器132执行动作。基于从转向命令传感器202接收到的信号，控制器132可以确定操作者试图使机器100转向。

一个动作可以包括警告上文已提及场景中的操作者。相应地，控制器132联接到输出单元206。输出单元206配置为基于松土机114与作业表面102的接合以及机器100的转向命令来向操作者提供反馈。在一个实施例中，输出单元206可以进一步指示转向的持续时间。警告装置可以包括，但不限于，显示单元或者指示灯。不同颜色的指示灯可以指示松土机的不同的接合状态，例如，红色的灯可以指示松土机处于接合状态。在另一个实施例中，警告装置可以包括听觉输出装置，例如，扬声器。相应地，当松土机114处于接合状态时，操作者可以基于警告通过转向控制装置130来停止或禁止转向。

在另一个实施例中，动作包括通过控制器132控制机器100的转向。控制器132可将机器100的转向命令与阈值相比较。基于比较，控制器132可以确定机器100的转向命令是否超过阈值，并随后限制机器100的转向。这种情形下，该控制器132联接到转向控制模块108。基于松土机114处于接合状态的确定和机器100的转向命令，控制器132配置为将信号发送到转向控制模块108以控制或禁止机器100的转向。

在又一个实施例中，动作可包括控制松土机114的位置。在此情形下，控制器132向松土机114发出控制信号。松土机114可以从作业表面102脱离，从而使机器100受控制。例如，控制器132可以控制供应到与松土机114相关联的第一液压致动器122和第二液压致动器124的流体，从而改变松土机114的位置。

此外，动作也可以包括控制机器100的速度。因此，如图2所示，控制系统200可选择性地包括与控制器132通信地联接的速度传感器208。速度传感器208配置为产生指示机器100的速度的信号。速度传感器208可以感应动力源、传动系统或者牵引装置110相对于机器100的速度。速度传感器208可以定位成临近与牵引装置110相关联的从动部件，如链齿轮112。速度传感器208可以具体化为任何类型的运动或速度感应遥感器，例如，霍尔传感器、旋转传感器、多普勒雷达、多普勒GPS、光学运动探测器，或任何其他已知的传感器。

控制器132配置成从速度传感器208接收指示机器100的速度的信号。控制器132将机器100的速度与阈值相比较。控制器132进一步配置成确定机器100的速度是否超出相应阈值限制。进一步地，控制器132配置成通过基于松土机的接合状态、机器100的转向角度和/或机器100的速度向牵引装置110发送控制信号来执行动作。

控制器132可具体化为单个微处理器或多个微处理器，其包括用于在机器100的转向过程中控制机器100的装置。例如，控制器132可包括存储器、辅助存储装置以及处理器，诸如中央处理单元或任何其它用于控制机器100的装置。许多市场上可购得的微处理器都可配置成执行控制器132的功能。应当理解的是，控制器132能容易地具体化为能够控制许多动力源功能的通用的动力源微处理器。

工业实用性

在机器100的转向过程中，由于松土机114上增加的转向力或负载，尤其是当松土机114接合在作业表面102内时，设置在机器100后部的松土机114及其相关部件可能因此损坏或磨损。通常，在机器100转向之前，操作者手动检查松土机114是否接合在作业表面102内。这对于操作者来说可能并不是个容易的任务，因为他可能在操作换档过程中忘记。

在本发明中，控制器132配置成当操作者试图使机器100转向时(其中松土机114仍然接合在作业表面102内)，确定松土机114的接合状态且执行不同动作中的一个动作或不同动作的组合。这些动作可包括警告操作者、控制松土机114的位置、控制机器100的转向和/或控制机器100的速度。

图3示出用于控制机器100的方法300。在步骤302，控制器132从松土机传感器204接收指示松土机114位置的信号。在步骤304，控制器132从转向命令传感器202接收指示机器100的转向命令的信号。可选地，控制器132还可从速度传感器208接收指示机器100的速度的信号。

在步骤306，控制器132基于松土机114的位置确定松土机114是否处于接合状态。在一个实施例中，控制器132可基于松土机114的位置与预定的阈值的比较确定松土机114的接合状态。在另一个实施例中，用户命令可指示松土机114的接合状态。

在步骤308，控制器132可基于松土机114的接合状态和机器100的转向命令执行任何一个动作或动作的组合。动作可包括基于松土机114的接合状态和机器100的转向命令经由输出单元206警告操作者。操作者可基于警告经由转向控制装置130禁止机器100的转向，从而避免损坏松土机114及其相关部件。动作还可包括控制松土机114的移动。控制器132可向松土机114发出控制信号以改变松土机114的位置。此外，松土机114可从作业表面104脱离，从而防止损坏。

其它动作可包括控制机器100的转向和/或速度。控制器132可将机器100的转向命令和速度与相应阈值相比较，从而确定当松土机114处于接合状态时机器100的转向命令或速度是否超出相应阈值限制。控制器132分别向转向控制模块108和/或牵引装置110发送适当的控制信号以控制机器100的转向命令和/或速度。

显而易见的是，本领域的技术人员可对所公开的在发动机上组装燃料泵的方法进行各种改变和变型，而不偏离本发明的范围。对本领域熟练技术人员来说，通过对说明书的思考和对本文公开的系统的实践，本发明的其它实施例是显而易见的。说明书和示例旨在仅仅是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求书及其等价内容指示。

综上所述，将理解的是，虽然本文为了进行说明描述了特定的实施例，但可作出各种改变和变型，而不偏离本文所要求保护的发明特征的精神和范围。对本领域熟练技术人员来说，通过对说明书和附图的思考和对本文公开的布置的实践，本发明的其它实施例是显而易见的。说明书和所公开的示例旨在认为仅仅是示例性的，真实发明范围和精神由所附权利要求书及其等价内容指示。

Claims (10)

1.一种用于控制机器(100)的方法(300)，所述方法(300)包括：

接收指示与所述机器(100)相关联的松土机(114)的位置的信号；

接收指示所述机器(100)的转向命令的信号；

基于所述松土机(114)的所述位置确定所述松土机(114)是否处于接合状态；以及

基于所述松土机(114)的所述接合状态和所述机器(100)的所述转向命令执行动作。

2.如权利要求1所述的方法(300)，其中执行所述动作包括基于所述松土机(114)的所述接合状态和所述机器(100)的所述转向命令警告操作者。

3.如权利要求1所述的方法(300)，其中确定所述松土机(114)是否处于所述接合状态进一步包括将所述松土机(114)的所述位置与阈值相比较。

4.如权利要求2所述的方法(300)，其还包括基于所述确定的所述松土机(114)的所述接合状态控制所述松土机(114)的移动。

5.如权利要求1所述的方法(300)，其还包括接收指示所述机器(100)速度的信号。

6.如权利要求5所述的方法(300)，其还包括：

确定所述转向命令和所述机器(100)的所述速度中的至少一个是否超过相应的阈值极限；以及

如果超过所述相应的阈值极限，基于所述松土机(114)的所述接合状态控制所述转向命令或所述机器(100)的所述速度中的至少一个。

7.一种机器(100)，其包括：

动力源(106)；

转向控制模块(108)；

牵引装置(110)；

松土机(114)；

松土机传感器(204)，其与所述松土机(114)相关联，所述松土机传感器(204)配置成产生指示所述松土机(114)的位置的信号；

转向命令传感器(202)，其与所述转向控制模块(108)相关联，所述转向命令传感器(202)配置成产生指示所述机器(100)的转向命令的信号；以及

控制器(132)，其可通信地联接到所述松土机传感器(204)和所述转向命令传感器(202)，所述控制器(132)配置成：

接收指示所述松土机(114)的所述位置的所述信号；

接收指示所述机器(100)的所述转向命令的所述信号；

基于所述松土机(114)的所述位置确定所述松土机(114)是否处于接合状态；以及

基于所述松土机(114)的所述接合状态和所述机器(100)的所述转向命令执行动作。

8.如权利要求7所述的机器(100)，其中所述动作包括基于所述松土机(114)的所述接合状态和所述机器(100)的所述转向命令警告操作者。

9.如权利要求7所述的机器(100)，其中所述控制器(132)还配置成：

将所述松土机(114)的所述位置与阈值作比较以确定所述松土机(114)是否处于所述接合状态；以及

基于所述确定的所述松土机(114)的所述接合状态控制所述松土机(114)的运动。

10.如权利要求7所述的机器(100)，其还包括速度传感器(208)，所述速度传感器(208)可通信地联接到所述控制器(132)，所述速度传 感器(208)配置成产生指示所述机器(100)的速度的信号。