CN108474196A - 有效载荷监控系统 - Google Patents

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Abstract

一种机械上的有效载荷监控系统包括有效载荷传感器(312)和控制器(310)，所述有效载荷传感器(312)被配置为生成与机械(110)的铲斗(112)中的有效载荷量对应的多个有效载荷数据，所述多个有效载荷数据包括第一有效载荷数据和第二有效载荷数据。所述控制器(310)被配置为：从所述有效载荷传感器(312)接收所述第一有效载荷数据并且从非机载系统(314)接收非机载有效载荷数据(212)；将所述第一有效载荷数据与所述非机载有效载荷数据(212)进行比较来生成有效载荷数据偏移量；从所述有效载荷传感器(312)接收所述第二有效载荷数据；以及基于所述第二有效载荷数据和所述有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。

Description

有效载荷监控系统
技术领域
本公开总体上涉及有效载荷监控系统，更具体地涉及机械上的可以基于非机载有效载荷数据来生成经调整的有效载荷数据的有效载荷监控系统。
背景技术
优化针对诸如重型挖掘机或前铲挖掘机的重型机械的有效载荷布置可为有益的。挖掘机被设计为以基本上重复的作业循环运行。例如，前铲挖掘机或挖掘机通常可以以包括挖掘、摆动、倾倒和返回步骤的作业循环来操作以操纵铲斗挖掘并装载碎石、泥土、矿物、覆盖层等，从而达到采矿目的。为了提高作业效率，可以利用前铲挖掘机的最少的作业循环次数将诸如大型矿用卡车的拖运机械装载到满容量。
确定装载到矿用卡车上的物料的总重量的一种方法是自动计算或估计挖掘机的作业工具输送到矿用卡车的总有效载荷。监控每个有效载荷的总重量可以确保矿用卡车的容量得到充分利用。
上述考虑促使设计人员提出了多种方法来更准确地测量铲斗内的有效载荷量。授予Faivre等人的美国专利号8,924,094公开了一种这样的方法。＇094专利公开了一种确定有效载荷的方法，包括感测作业工具的位置、感测动臂速度，以及感测动臂摆动速度。因此，＇094专利公开了基于铲斗和动臂的移动来确定有效载荷。这些类型的基于移动的确定可能会包括误差，因为所述确定取决于挖掘机的操作员以特定方式移动铲斗。
发明内容
本公开涉及一种机械上的有效载荷监控系统以及一种控制机械上的有效载荷系统的方法。所述有效载荷监控系统可以包括有效载荷传感器，所述有效载荷传感器被配置为生成与机械的铲斗中的有效载荷量对应的多个有效载荷数据，所述多个有效载荷数据包括第一有效载荷数据和第二有效载荷数据。所述有效载荷监控系统还可以包括控制器，所述控制器被配置为：从有效载荷传感器接收第一有效载荷数据并且从非机载系统接收非机载有效载荷数据；将第一有效载荷数据与非机载有效载荷数据进行比较来生成有效载荷数据偏移量；从有效载荷传感器接收第二有效载荷数据；以及基于第二有效载荷数据和有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。
在另一个实施例中，所述有效载荷监控系统可以包括包含铲斗的第一机械、有效载荷控制器和有效载荷传感器。所述有效载荷控制器可以被配置为：从有效载荷传感器接收第一有效载荷数据并且从非机载系统接收非机载有效载荷数据；将第一有效载荷数据与非机载有效载荷数据进行比较来生成有效载荷数据偏移量；从有效载荷传感器接收第二有效载荷数据；以及基于第二有效载荷数据和有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。所述有效载荷传感器可被配置为生成与铲斗中的有效载荷量对应的多个有效载荷数据，其中所述多个有效载荷数据包括第一有效载荷数据和第二有效载荷数据。所述有效载荷监控系统还可以包括包含接收区域的非机载机械和被配置为生成非机载有效载荷数据的非机载有效载荷传感器。
在又一个实施例中，一种控制第一机械上的有效载荷系统的方法可以包括：从具有铲斗的第一机械上的有效载荷传感器提供第一有效载荷数据；从具有接收主体的第二机械上的非机载有效载荷传感器提供非机载有效载荷数据；通过将第一有效载荷数据与非机载有效载荷数据进行比较来生成有效载荷数据偏移量；从有效载荷传感器提供第二有效载荷数据；以及基于第二有效载荷数据和有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。
附图说明
图1是挖掘机的图示；
图2是挖掘机和矿用卡车在采矿现场进行数据通信的描绘；
图3是控制器的图解；以及
图4是所公开的方法的流程图。
具体实施方式
在图1所示的实施例中，挖掘机110被示为具有铲斗112。在该图中，挖掘机110是前铲挖掘机。尽管图1示出了挖掘机110，但挖掘机110可以是任何装载机械，例如挖掘机、机械铲、动力铲、前铲或装载机。挖掘机110上的铲斗112可以铲起不同量的载荷。挖掘机110可以控制动臂114、斗杆116和铲斗112以在铲斗112中铲起有效载荷量。
参考图2，挖掘机110与矿用卡车210进行通信。尽管图2示出了矿用卡车，但矿用卡车210可以是任何接收机械，诸如自卸卡车、装料斗、铰接式卡车或能够从挖掘机110接收物料的其他机械。矿用卡车210可以生成有效载荷数据，例如非机载有效载荷数据212。此外，矿用卡车210可以将非机载有效载荷数据212发送到挖掘机110。可以通过测量矿用卡车210的有效载荷来生成非机载有效载荷数据212。在一个实施例中，可以在矿用卡车210静止时生成非机载有效载荷数据212。这可以提高有效载荷重量测量的准确性。矿用卡车210上的非机载系统314可以将非机载有效载荷数据212传送给挖掘机110。
挖掘机110铲起有效载荷并执行对有效载荷的载荷估计，以生成多个有效载荷数据。通常，在铲斗112移动的同时执行载荷估计。可以根据回归模型或物理动态模型导出载荷估计。回归模型和物理动态模型需要在校准过程中通过为两个模型中的相关系数分配适当的值来校准。此外，载荷估计通常要求操作员以精确的方式移动铲斗112，以使得可将载荷估计与经校准的基线值进行比较并使估计误差最小化。在作业运行期间若不进一步调整模型系数，对挖掘机110上的载荷估计可能不准确，因为操作员可能不会以精确的方式移动以重复在校准过程中使用的典型作业循环。由静止矿用卡车210提供的非机载有效载荷数据212通常更准确，因为有效载荷和有效载荷传感器是静止的。
参考图3，挖掘机110可以包括控制器310。控制器310可以从有效载荷传感器312接收第一有效载荷数据并且从非机载系统314接收非机载有效载荷数据212。例如，有效载荷传感器312可以包括虚拟传感器、压力传感器和测力传感器中的一个或多个。在一个实施例中，有效载荷传感器312可以是与铲斗112、动臂114和斗杆116的一个或多个气缸相关联的压力传感器。在另一个实施例中，有效载荷传感器312可以是放置在挖掘机110的匹配机械部件之间或动臂114的支撑结构上的测力传感器。在另一实施例中，有效载荷传感器312可以是虚拟传感器，其将来自压力传感器、测力传感器中的一个或多个的数据，或铲斗112、动臂114和斗杆116的位置和速度纳入考虑。虚拟传感器可以基于载荷估计来导出有效载荷数据。
控制器310可将来自有效载荷传感器312的第一有效载荷数据与来自非机载系统314的非机载有效载荷数据212进行比较来生成有效载荷数据偏移量。在一个实施例中，控制器310可以通过将来自有效载荷传感器312的第一有效载荷数据与非机载有效载荷数据212进行比较以使用偏移量来调整回归模型或物理动态模型的系数。在一个实施例中，当矿用卡车210处于静止状态时，由矿用卡车210上的非机载系统314测量非机载有效载荷数据。
然后，控制器310可以从有效载荷传感器312接收第二有效载荷数据。在一个实施例中，控制器310可以基于第二有效载荷数据和有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。在另一个实施例中，控制器310可以通过调整载荷估计的系数来生成经调整的有效载荷数据。控制器310还可以基于非机载载荷数据212来确定矿用卡车210的剩余容量。
控制器310可以将经调整的有效载荷数据发送给铲斗控制系统316。铲斗控制系统316可以控制动臂114、斗杆116和铲斗112中的一个或多个来增大或减小铲斗中的有效载荷量。提高有效载荷数据的准确性可以提高挖掘机的效率，这也可以降低燃料消耗。因此，采矿现场的效率也会提高。
有效载荷数据偏移量可用于提高有效载荷数据的准确性。挖掘机110可以铲起第一有效载荷并且基于有效载荷传感器312来生成第一有效载荷数据。然后，挖掘机110可以将第一有效载荷装入矿用卡车210中。矿用卡车210包括其自身的有效载荷传感器，例如非机载系统314中的非机载有效载荷传感器。矿用卡车210可以使用非机载传感器来确定非机载有效载荷重量或非机载有效载荷数据212，并将非机载有效载荷数据212传送给挖掘机110上的控制器310。
挖掘机110上的控制器310可以将第一有效载荷数据与非机载有效载荷数据212进行比较，并基于这两个量之间的差值来生成有效载荷数据偏移量。挖掘机110可以铲起第二有效载荷并且基于有效载荷传感器312来生成第二有效载荷数据。控制器310可以基于第二有效载荷数据和有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。控制器310可以一次或多次生成经调整的有效载荷数据以提高有效载荷数据的准确性。
在另一个实施例中，挖掘机110上的控制器310可以通过利用非机载有效载荷数据212重新校准回归模型或物理动态模型来自适应地调整回归模型或物理动态模型的系数。由于非机载有效载荷数据212通常是在矿用卡车210处于静止状态时测量的，因此非机载有效载荷数据212提供准确的参考值。挖掘机110可以铲起第二有效载荷并且基于偏移量或重新校准的回归模型或物理动态模型来生成经调整的有效载荷数据。
基于经调整的有效载荷数据，挖掘机110可以使用铲斗控制系统316来增大或减小铲斗112中的有效载荷量。例如，挖掘机110可以通过比在预定满载点更早地朝向斗杆116转动铲斗112来减小铲斗112的挖掘容量。然后，挖掘机110可以装入有效载荷量以使矿用卡车210的剩余容量的利用率最大化。
例如，如果挖掘机110需要将80吨的有效载荷物料装载到矿用卡车210中，并且挖掘机110根据与挖掘机110上的铲斗112中的量对应的有效载荷传感器312来铲起40吨的有效载荷物料。挖掘机110将其有效载荷装入矿用卡车210中。矿用卡车210上的非机载传感器确定从挖掘机110装入了35吨有效载荷物料。非机载系统314可以向挖掘机110上的控制器310发送对应于35吨的有效载荷量的数据。控制器310可以将第一有效载荷数据(40吨)与非机载有效载荷数据212(35吨)进行比较，并生成有效载荷数据偏移量(5吨)。
控制器310可以使用非机载有效载荷数据212来确定矿用卡车210仍然具有45吨的剩余容量。此外，当挖掘机110铲起第二载荷(例如50吨)时，控制器310可以接收第二有效载荷数据。在一个实施例中，控制器可以基于第二有效载荷数据和有效载荷数据偏移量来生成45吨的经调整的有效载荷数据。在另一个实施例中，在控制器310确定第一有效载荷数据(40吨)和非机载有效载荷数据212(35吨)之间存在5吨的差值之后，控制器310可以根据同样由控制器310自适应地修改的经调整的估计模型来生成45吨的经调整的有效载荷数据。在没有经调整的有效载荷数据的情况下，操作员将认为挖掘机110的铲斗112中的有效载荷量将比矿用卡车210的剩余容量超出5吨。当将有效载荷物料装入矿用卡车210中时，操作员将不得不减缩5吨，或者铲起对应于矿用卡车210的剩余容量或更少的另一载荷。然而，由于经调整的有效载荷数据，操作员可以将挖掘机110的铲斗112中的全部有效载荷量装入矿用卡车210中。
或者，控制器310可以将经调整的有效载荷数据发送给铲斗控制系统316。铲斗控制系统316可以控制铲斗112、斗杆116和动臂114中的一个或多个来铲起有效载荷，以使挖掘机110的效率和矿用卡车210的剩余容量的利用率最大化。当控制器310可以根据载荷估计来提高有效载荷数据的准确度时，性能和效率提高，燃料消耗减少。
工业实用性
如所描述的，控制器310可以从有效载荷传感器312和非机载系统314接收有效载荷数据。控制器310可以将来自估计模型和非机载系统314的有效载荷数据进行比较来生成有效载荷数据偏移量，或使用偏移量、有效载荷数据和非机载有效载荷数据中的一个或多个来调整载荷估计。然后，控制器310可以通过将偏移量应用于第二有效载荷数据或者通过调整载荷估计的系数来使误差最小化，从而生成经调整的有效载荷数据。控制器310可以将经调整的有效载荷数据发送给铲斗控制系统316。经调整的有效载荷数据使得挖掘机110能够提高挖掘机110的效率，并使得矿用卡车210的剩余容量的利用率最大化。
在一个实施例中，图4公开了一种控制机械上的有效载荷系统的方法。在框402处，所述方法包括提供第一有效载荷数据。在框404处，所述方法包括提供非机载有效载荷数据212。然后，所述方法在框406处包括基于第一有效载荷数据和非机载有效载荷数据212来生成有效载荷数据偏移量。或者，所述方法可以包括调整载荷估计以使第一有效载荷数据和非机载有效载荷数据212之间的差异最小化。
在框408处，所述方法包括提供第二有效载荷数据。所述方法包括在框410处基于第二有效载荷数据和有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。在一个实施例中，控制器310可以将偏移量应用于第二有效载荷数据。在另一个实施例中，控制器310可以调整载荷估计的系数，以提供经调整的有效载荷数据。可以以许多方式使用经调整的有效载荷数据。在一个实施例中，可以将经调整的有效载荷数据发送到铲斗控制系统316，所述铲斗控制系统可以通过控制动臂114、斗杆116和铲斗112中的一个或多个来调节铲斗112中的有效载荷物料的量。
通过查看附图和所附权利要求，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
本说明书仅用于说明目的，而不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围。因此，本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的预期精神和范围的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种机械(110)上的有效载荷监控系统，所述有效载荷监控系统包括：
有效载荷传感器(312)，其被配置为生成与机械(110)的铲斗(112)中的有效载荷量对应的多个有效载荷数据，所述多个有效载荷数据包括第一有效载荷数据和第二有效载荷数据；以及
控制器(310)，其被配置为：
从所述有效载荷传感器(312)接收所述第一有效载荷数据并且从非机载系统(314)接收非机载有效载荷数据(212)，
将所述第一有效载荷数据与所述非机载有效载荷数据(212)进行比较来生成有效载荷数据偏移量，
从所述有效载荷传感器(312)接收所述第二有效载荷数据，以及
基于所述第二有效载荷数据和所述有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。
2.根据权利要求1所述的有效载荷监控系统，其中所述多个有效载荷数据基于所述铲斗(112)的移动。
3.根据权利要求1所述的有效载荷监控系统，其中所述控制器(310)被配置为将所述经调整的有效载荷数据传送给铲斗控制系统，并且
其中所述铲斗控制系统被配置为基于所述经调整的有效载荷数据来调整所述有效载荷量，并且
其中所述铲斗控制系统可以基于所述经调整的有效载荷数据来调整所述机械(110)的所述铲斗(112)中的所述有效载荷量。
4.根据权利要求1所述的有效载荷监控系统，其中所述非机载系统(314)被配置为将所述非机载有效载荷数据(212)传送给所述控制器(310)。
5.根据权利要求1所述的有效载荷监控系统，其中所述控制器(310)基于来自所述有效载荷传感器(312)的有效载荷数据中的所述铲斗(112)的移动来计算有效载荷的重量。
6.一种控制第一机械(110)上的有效载荷系统的方法，所述方法包括：
从具有铲斗(112)的第一机械(110)上的有效载荷传感器(312)提供第一有效载荷数据；
从具有接收主体的第二机械上的非机载有效载荷传感器(312)提供非机载有效载荷数据(212)；
通过将所述第一有效载荷数据与所述非机载有效载荷数据(212)进行比较来生成有效载荷数据偏移量；
从所述有效载荷传感器(312)提供第二有效载荷数据；和
基于所述第二有效载荷数据和所述有效载荷数据偏移量来生成经调整的有效载荷数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其中基于所述铲斗(112)的移动来生成所述第一有效载荷数据和所述第二有效载荷数据。
8.根据权利要求6所述的方法，其还包括基于所述经调整的有效载荷数据来调整所述铲斗(112)中的有效载荷量。
9.根据权利要求6所述的方法，其还包括基于所述非机载载荷数据(212)来生成所述第二机械上的剩余容量。
10.根据权利要求9所述的方法，其还包括将所述剩余容量数据传送给所述第一机械(110)。
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