CN109863273A

CN109863273A - 用于定义升降臂的操作区域的系统和方法

Info

Publication number: CN109863273A
Application number: CN201780065598.4A
Authority: CN
Inventors: 大卫·格拉瑟; 乔纳森·瑞尔
Original assignee: Equipamentos Clark Ltda
Current assignee: Doosan Bobcat North America Inc
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-06-07
Anticipated expiration: 2037-11-02
Also published as: CA3042386A1; KR20190082202A; KR102511691B1; CN109863273B; EP3535458B1; ES2959695T3; US10494788B2; US20180119383A1; EP3535458A1; WO2018085553A1

Abstract

本发明公开了诸如挖掘机的动力机械(100；200；400；700)，所述动力机械具有围绕底盘上的垂直轴线旋转的底座(211；711)。在某些情况下，挖掘机上的控制系统(160；260；460)可以限制底座的旋转移动和/或升降臂(130；230；730)上的摆动功能的枢转，以将工具执行的工作包含在预定范围或工作区域。

Description

用于定义升降臂的操作区域的系统和方法

技术领域

本公开涉及动力机械。更具体地，本公开涉及具有升降臂的动力机械以及这种升降臂的横向位置的控制，其中所述升降臂能够相对于动力机械的至少一部分横向移动。具有可以相对于动力机械的至少一部分横向移动的升降臂的一种动力机械类型是挖掘机。这种动力机械的另一个示例是拖拉机-装载机-反铲机。在一些情况下，诸如滑移装载机的动力机械可以具有安装到装载机的反铲机形式的工具，该工具也可以相对于装载机横向移动。

背景技术

出于本公开的目的，动力机械包括为了完成特定任务或各种任务的目的而产生动力的任何类型的机械。一种动力机械类型是作业车辆。作业车辆通常是具有可以被操纵以执行工作功能的工作装置(例如，升降臂)(尽管一些作业车辆可以具有其他工作装置)的自行式车辆。仅举几个示例，工作车辆包括挖掘机、装载机、多用途车辆、拖拉机、拖拉机-装载机-反铲机、和挖沟机。

挖掘机是已知类型的动力机械，该动力机械具有底盘和在底盘上选择性地旋转的底座。底座的旋转运动被称为回转运动。一些挖掘机上的回转运动允许底座在任一方向上的无限旋转。这在许多应用中是有用的，例如在操作者将挖掘沟渠然后旋转底座以倾倒弃土的挖沟应用中是有用的。然而，在一些应用中，空间可能受到限制，以使得在不碰到障碍物的情况下可能无法使底座进行全360度旋转。此外，在一些应用中，可能需要挖掘仅在特定工作区域中发生。通过回转，摆动(在一些挖掘机的情况下，升降臂可以相对于底座进行横向旋转运动)和升降臂运动、控制升降臂的位置、或者更具体地，连接到升降臂的挖掘或其他工作工具可以通过各种致动器的操作来改变，所述致动器在一些动力机械上包括回转、摆动和升降臂致动器中的一些或全部。

以上讨论仅仅是为了一般背景信息而提供的，并不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

发明内容

公开了具有升降臂的动力机械，该升降臂被构造成能够相对于动力机械的框架中的一些或全部旋转。在一个实施例中，挖掘机形式的动力机械包括底盘、可相对于底盘绕垂直轴线枢转的底座、以及可相对于框架绕垂直轴线枢转的升降臂。在一个实施例中，可以选择性地控制底座的旋转角度以被限制在预定的致动角度内，并且可以防止升降臂绕所述垂直轴线枢转。在另一个实施例中，铲斗或工具在升降臂的端部上的位置可以被限制到在预定运动范围内的位置。

在另一个实施例中，动力机械包括框架和升降臂，所述升降臂安装到框架并且可绕垂直或大致垂直轴线相对于框架枢转。可以选择性地控制升降臂围绕垂直或大致垂直轴线的旋转角度以被限制在预定的致动角度内，并且可以防止升降臂围绕所述垂直轴线在预定的致动角度之外枢转。

在另一个实施例中，公开了一种控制升降臂的方法。该方法包括预先限定升降臂的操作区域并控制围绕垂直轴线的移动以将升降臂的位置限制在预定的操作区域内。

提供本发明内容和摘要是为了以简化的形式介绍一些概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征。

附图说明

图1是示出可以实施本公开的实施例的代表性动力机的功能系统的框图；

图2是可以实施本公开的实施例的挖掘机形式的代表性动力机械的左前侧透视图；

图3是图2的挖掘机的右后侧透视图；

图4是示出根据一个示例性实施例的动力机的控制系统的多个部分的框图；

图5是示出根据一个示例性实施例的在两种不同模式下控制功能到操纵杆控制装置的映射的功能映射图；

图6是示出根据一个示例性实施例的控制挖掘机的方法的流程图；

图7-1是示出确认用于控制挖掘机的预定移动范围的一种示例性方法的流程图；

图7-2是示出确认用于控制挖掘机的预定移动范围的另一示例性方法的流程图；

图8是具有在预定操作范围内操作的回转、摆动和升降臂功能的挖掘机的示意性俯视图；

图9A和9B是图8的挖掘机的示意性俯视图，其中显示了确认预定操作范围的第一种方法；

图10是图8的挖掘机的示意性俯视图，其中示出了确认预定操作范围的第二种方法；

图11是图8的挖掘机的示意性俯视图，其中示出了确认预定操作范围的第三种方法；

图12是图8的挖掘机的示意俯视图，其中示出了升降臂结构摆动移动以将工具定位在由预定操作范围限定的工作区域内；

图13是图8的挖掘机的示意性俯视图，其中示出了底座的回转移动和升降臂结构的摆动运动将工具定位在由预定操作范围限定的工作区域内；

图14是图8的挖掘机的示意性俯视图，其中示出了底座在预定操作范围之外的回转运动与升降臂结构的摆动运动相结合，以将工具定位在由预定操作范围限定的工作区域内。

具体实施方式

参考示例性实施例描述和说明了该讨论中所公开的概念。然而，这些概念在其应用中不限于所示实施例中的部件的构造和布置的细节，并且能够以各种其他方式被实践或实施。本文中的术语用于描述的目的，不应视为限制。本文使用的诸如“包括”、“包含”和“具有”及其变体的词语旨在涵盖其后列出的项目、其等同物以及附加项目。

所公开的实施例示出了挖掘机和用于挖掘机的控制系统，其中所述挖掘机和控制系统提供多种操作模式。控制系统包括操作者输入装置，所述操作者输入装置用于控制升降臂的各个部分的移动、工具相对于升降臂的移动、升降臂相对于框架围绕垂直轴线的摆动、框架的底座部分相对于底盘的旋转。模式选择输入装置被设置以选择操作模式。在第一操作模式中，控制器限制底座在预定旋转角度内旋转。在此模式下，可以禁用摆动功能。在第二操作模式中，工具的位置受限以在预定区域中操作，并且挖掘机上的控制器可以操纵底座的旋转和摆动位置以最佳地适应该位置。

如下所述，这些概念可以在各种动力机械上实施。可以实施所述实施例的代表性动力机械在图1中以图表的形式被示出，并且这种动力机械的一个示例在图2-3中被示出并且在公开任何实施例之前在以下描述所述示例。为简洁起见，仅讨论了一种动力机械。然而，如上所述，以下实施例可以在多个动力机械中的任何一个上实施，包括与图2和图3中所示的代表性动力机械不同类型的动力机械。例如，下面讨论并归因于显示挖掘机的实施例的概念中的一些或所有也可以在诸如拖拉机-装载机-反铲机的动力机械和其他装载机上实施。例如，具有反铲机工具的装载机可以是包括在所示实施例中讨论的有利特征中的一些或所有的实施例。出于本讨论的目的，动力机械包括框架、至少个工作元件、以及被构造成向工作元件提供动力以完成工作任务的动力源。一种动力机械类型是自行式作业车辆。自行式作业车辆是一类动力机械，其包括框架、工作元件和被构造成向工作元件提供动力的动力源。工作元件中的至少一个是用于在动力下移动动力机械的动力系统。

现在参考图1，方框图示出了动力机械100的基本系统，在该动力机械100上可以有利地结合下面讨论的实施例，并且所述动力机械可以是许多不同类型的动力机械中的任何一种。图1的框图标识了动力机械100上的各种系统以及各种部件和系统之间的关系。如上所述，在最基本的层面上，用于本讨论目的的动力机械包括框架、动力源和工作元件。动力机械100具有框架110、动力源120和工作元件130。因为图1中示出的动力机械100是自行式作业车辆，因此该动力机械还具有牵引元件140和操作者站台150，所述牵引元件140本身是被设置成使动力机械在支撑表面上移动的工作元件，所述操作者站台150提供用于控制动力机械的工作元件的操作位置。控制系统160被设置成至少部分地响应于由操作者提供的控制信号与其他系统交互以执行各种工作任务。

某些作业车辆具有被构造成执行专门任务的工作元件。例如，一些作业车辆具有升降臂，诸如铲斗的工具例如通过销钉装置附接到该升降臂。工作元件(即，升降臂)可以被操纵以定位工具，从而执行任务。在一些情况下，工具可以相对于工作元件定位，例如通过相对于升降臂旋转铲斗，以进一步定位工具。在这种作业车辆的正常操作下，铲斗旨在被附接和使用。这种作业车辆可以通过拆卸工具/工作元件组合并重新组装另一个工具来代替原始铲斗来接纳其他工具。然而，其他作业车辆旨在与各种各样的工具一起使用并且具有工具接口(例如，图1中所示的工具接口170)。在最基本的情况下，工具接口170是框架110或工作元件130与工具之间的连接机构，所述连接机构可以像用于将工具直接附接到框架110或工作元件130的连接点一样简单、或者更加复杂，如下所述。

在一些动力机械上，工具接口170可以包括工具承载部，该工具承载部是可移动地附接到工作元件的物理结构。工具承载部具有接合特征和锁定特征以接纳和固定多个工具中的任一个到工作元件。这种工具承载部的个特征在于，一旦工具附接到所述工具承载部，工具承载部则被固定到工具(即，不可相对于工具移动)，并且当工具承载部相对于工作元件移动时，工具与工具承载部一起移动。术语工具承载部不仅仅是枢转连接点，而是专门用于接纳各种不同工具并被固定到各种不同工具的专用装置。工具承载部本身可安装到诸如升降臂或框架110的工作元件130。工具接口170还可以包括一个或多个动力源，所述动力源用于向工具上的一个或多个工作元件提供动力。一些动力机械可以包括具有工具接口的多个工作元件，其中所述工具接口中的每一个都可以但不必具有用于容纳工具的工具承载部。一些其他动力机械可以包括具有多个工具接口的工作元件，以使得单个工作元件可以同时接纳多个工具。这些工具接口中的每一个都可以但不必具有工具承载部。

框架110包括可以支撑附接到其上或定位在其上的各种其他部件的物理结构。框架110可以包括任何数量的单独部件。一些动力机械具有刚性框架。也就是说，框架的任何部分都不可相对于框架的另一部分移动。其他动力机械具有能够相对于框架的另一部分移动的至少一部分。例如，挖掘机可以具有上框架部分，该上框架部分相对于下框架部分绕旋转件旋转。其他作业车辆具有铰接框架，以使得框架的一部分相对于另一部分枢转以实现转向功能。在示例性实施例中，动力源的至少一部分位于相对于下框架部分或底盘旋转的上框架或机器部分中。动力源通过旋转件为底盘部分的部件提供动力。

框架110支撑动力源120，所述动力源120被构造为选择性地向包括一个或多个牵引元件140的一个或多个工作元件130提供动力，并且在一些情况下，提供经由工具接口170附接的工具所使用的动力。可以将来自动力源120的动力直接提供给工作元件130、牵引元件140和工具接口170中的任一个。可选地，可以将来自动力源120的动力提供给控制系统160，该控制系统160又选择性地为可以用于执行工作功能的元件提供动力。用于动力机械的动力源通常包括诸如内燃机的动力源和诸如机械传动装置或液压系统的动力转换系统，该动力转换系统被构造成将来自发动机的输出转换成可被工作元件使用的动力的形式。其他类型的动力源可以结合到动力机械中，包括电源或动力源的组合，通常称为混合动力源。

图1示出了被指定为工作元件130的单个工作元件，但是各种动力机械可以具有任何数量的工作元件。工作元件通常附接到动力机械的框架并且在执行工作任务时可相对于框架移动。另外，牵引元件140是工作元件的特殊情况，这是因为牵引元件140的工作功能通常是使动力机100在支撑表面上移动。牵引元件140被显示为与工作元件130分开，这是因为除了牵引元件之外，许多动力机械具有额外的工作元件，但并非总是如此。动力机械可以具有任意数量的牵引元件，所述牵引元件中的一些或全部可以从动力源120接收动力以推进动力机械100。牵引元件可以是例如附接到轮轴、履带组件等的轮子。牵引元件可以刚性地安装到框架，以使得牵引元件的移动被限于围绕一轮轴旋转或者可转向地安装到框架，以通过使牵引元件相对于框架枢转来实现转向。

动力机械100包括操作者站台150，所述操作者站台150提供操作者可以控制动力机械的操作的位置。在一些动力机械中，操作者站台150由封闭或部分封闭的驾驶室限定。可以实施所公开的实施例的一些动力机械可以不具有上述类型的驾驶室或操作者室。例如，步行式装载机可以没有驾驶室或操作者室，而是具有用作可适当地操作动力机械的操作者站台的操作位置。更广泛地说，除了工作车辆之外的动力机械可以具有不一定类似于上面提到的操作位置和操作者室的操作者站台。此外，诸如动力机械100等的一些动力机械，代替邻近动力机械或在动力机械上的操作者站台或者除了邻近动力机械或在动力机械上的操作者站台，无论它们是否具有操作室或操作者位置，都能够被远程操作(即，从远程定位的操作者站台)。这可以包括以下所述的应用：其中动力机的操作者控制功能中的至少一些可以被从与联接到动力机的工具相关联的操作位置操作。可选地，对于一些动力机械，可以设置远程控制装置(即，远离动力机械和与该动力机械联接的任何工具)，所述远程控制装置能够控制动力机械上的操作者控制功能中的一些。

图2-3示出了挖掘机200，挖掘机200是图1中所示类型的动力机械的一个特定示例，其中在所述动力机械上可以采用所公开的实施例。除非另有特别说明，否则下面公开的实施例可以在各种动力机械上被实施，且挖掘机200仅是这些动力机械中的一个。下面为了说明的目的描述挖掘机200。并非可以实施说明性实施例的每一个挖掘机或动力机械都需要具有所述特征中的所有，或者被限于挖掘机200所具有的特征。挖掘机200具有框架210，框架210支撑并包围动力系统220(在图2-3中被表示为块，因为实际动力系统被包围在框架210内)。动力系统220包括向液压系统提供动力输出的发动机。液压系统用作动力转换系统，所述动力转换系统包括一个或多个液压泵，所述一个或多个液压泵用于响应于由操作者输入装置提供的信号将加压液压流体选择性地提供给可操作地联接到工作元件的致动器。液压系统还包括控制阀系统，该控制阀系统响应于由操作者输入装置提供的信号选择性地向致动器提供加压液压流体。挖掘机200包括多个工作元件，所述多个工作元件的形式为第一升降臂结构230和第二升降臂结构330(并非所有挖掘机都具有第二升降臂结构)。另外，作为作业车辆的挖掘机200包括为左履带组件240A和右履带组件240B形式的一对牵引元件，所述左履带组件和所述右履带组件设置在框架210的相反侧部上。

操作者室250部分地由驾驶室252限定，所述驾驶室252安装在框架210上。挖掘机200上示出的驾驶室252是封闭结构，但是其他操作者室不需要被封闭。例如，一些挖掘机具有提供车顶但没有封闭的顶篷。控制系统如框260所示被设置成用于控制各种工作元件。控制系统260包括操作者输入装置，所述操作者输入装置与动力系统220相互作用以选择性地向致动器提供动力信号以控制挖掘机200上的工作功能。在一些实施例中，操作者输入装置包括至少两个双轴线操作者输入装置，其中操作功能可以被映射到所述至少两个双轴线操作者输入装置。

框架210包括上框架部分或底座211，所述上框架部分或底座211经由旋转接头可枢转地安装在下框架部分或底盘212上。旋转接头包括轴承、环形齿轮和带有小齿轮(未示出)的回转马达，其中所述小齿轮与环形齿轮啮合以使动力机械旋转。回转马达接收来自控制系统260的动力信号以使底座211相对于底盘212旋转。底座211被构造成能够响应于操作者对输入装置的操纵使底座211在动力下相对于底盘212围绕旋转轴线214不受限制地旋转。液压管道经由液压旋转件通过旋转接头被供给以向牵引元件和可操作地联接到底盘212的诸如升降臂330的一个或多个工作元件提供加压液压流体。

第一升降臂结构230经由摆动支架215安装到底座211。(一些挖掘机不具有这里所述类型的摆动支架。)第一升降臂结构230是通常在挖掘机上使用的悬臂式升降臂，尽管这种升降臂结构的某些特征对于图2-3中所示的升降臂是独特的。摆动支架215包括框架部分215A和升降臂部分215B，所述升降臂部分215B在安装框架枢轴231A处可旋转地安装到框架部分215A。摆动致动器233A联接到底座211和支架的升降臂部分215B。摆动致动器233A的致动使得升降臂结构230绕垂直轴线枢转或摆动，该垂直轴线纵向延伸穿过安装框架枢轴231A。

第一升降臂结构230包括通常被称为悬臂的第一部分232和被称为臂或铲斗的第二部分234。悬臂232第一端部232A上可枢转地附接在悬臂枢转支架231B处的支架215。悬臂致动器233B附接到支架215和悬臂232。悬臂致动器233B的致动使悬臂232绕悬臂枢转支架231B枢转，这有效地使悬臂的第二端232B相对于底座211升高和降低。臂234的第一端234A在臂安装枢轴231C处可枢转地附接到悬臂232的第二端232B。臂致动器233C附接到悬臂232和臂234。臂致动器233C的致动使臂围绕臂安装枢轴231C枢转。摆动致动器233A、悬臂致动器233B和臂致动器233C中的每一个都可以响应于来自操作者输入装置的控制信号而被独立地控制。

示例性工具接口270设置在臂234的第二端234B处。工具接口270包括工具承载部272，该工具承载部272构造成能够接纳各种不同的工具并将所述各种不同的工具固定到升降臂230。这种工具具有机械接口，该机械接口被构造成与工具承载部272接合。工具承载部272可枢转地安装到臂234的第二端234B。工具承载部致动器233D可操作地联接到臂234和连杆组件276。连杆组件包括第一连杆276A和第二连杆276B。第一连杆276A可枢转地安装到臂234和工具承载致动器233D。第二连杆276B可枢转地安装到工具承载部272和第一连杆276A。连杆组件276被设置成允许工具承载部272在工具承载部致动器233D被致动时绕臂234枢转。

工具接口270还包括工具动力源(图2-3中未示出)，可用于连接到升降臂结构230上的工具。工具动力源包括加压液压流体端口，工具可以联接到所述加压液压流体端口。加压液压流体端口选择性地提供加压液压流体以为工具上的一个或多个功能或致动器提供动力。工具动力源还可以包括用于为工具上的电致动器和/或电子控制器提供动力的电力源。电力源还可以包括电气管，所述电气管与挖掘机200上的数据总线通信以允许工具上的控制器和挖掘机200上的电子设备之间的通信。应该注意的是挖掘机200上的特定工具动力源不包括电力源。

下框架212支撑并附接有一对牵引元件240，在图2-3中确认为左履带驱动组件240A和右履带驱动组件240B。牵引元件240中的每一个都具有联接到下框架212的履带框架242。履带框架242支撑环形履带244并被环形履带244包围，所述环形履带244在动力下旋转以在支撑表面上推进挖掘机200。各种元件联接到履带242或以其他方式由履带242支撑，以用于接合和支撑履带244并使所述履带围绕履带框架旋转。例如，链轮246由履带框架242支撑并与环形履带244接合，以使环形履带绕履带框架旋转。惰轮245通过张紧器(未示出)被保持在履带244上，以在履带上保持适当的张力。履带框架242还支撑多个滚轮248，所述滚轮248与履带接合并且通过履带接合支撑表面以支撑和分配挖掘机200的重量。上部履带引导件249被设置成在履带244上提供张力，并防止履带在履带框架242上摩擦。

第二或下升降臂330可枢转地附接到下框架212。下升降臂致动器332在第一端332A处枢转地联接到下框架212并且在第二端332B处枢转地联接到下升降臂330。下升降臂330被构造成承载下工具334。下工具334可以刚性地固定到下升降臂330，以使得该下工具与升降臂成一体。可选地，下工具可以通过工具接口可枢转地附接到下升降臂，所述工具接口在一些实施例中可以包括上述类型的工具承载部。具有工具接口的下升降臂可以接纳各种不同类型的工具并将所述各种不同类型的工具固定到该工具接口。响应于操作者输入，下升降臂致动器332的致动使得下升降臂330相对于下框架212枢转，从而升起和降下下工具334。

上框架部分211支撑驾驶室252，驾驶室252至少部分地限定操作者室或站台250。座椅254设置在驾驶室252内，操作者可在操作挖掘机时坐在该座椅254上。当坐在座椅254中时，操作者将能够访问操作者可以操纵的多个操作者输入装置256，以控制各种工作功能，例如操纵升降臂230、下升降臂330、牵引系统240、枢转底座211、牵引元件240等。

挖掘机200提供各种不同的操作者输入装置256以控制各种功能。例如，提供液压操纵杆以控制挖掘机的升降臂230和底座211的旋转。带有连杆的脚踏板被设置成用于控制行程和升降臂摆动。电动开关位于操纵杆上以用于控制向附接到工具承载部272的工具提供动力。可以在挖掘机200和其他挖掘机和动力机械中使用的其他类型的操作者输入包括但不限于开关、按钮、旋钮、杆件、可变滑块等。以上提供的具体控制示例本质上是示例性的，并不旨在描述所有挖掘机的输入装置及其控制的内容。

显示装置被设置在驾驶室中以便以可由操作者感测的形式提供与动力机械的操作相关的信息的指示，例如听觉和/或视觉指示。听觉指示可以以蜂鸣器、铃铛等形式或通过口头交流的形式进行。视觉指示可以以图形、灯光、图标、仪表、字母数字字符等形式进行。显示器可以专用于提供专用指示，例如警告灯或仪表，或动态地提供可编程信息，包括可编程显示装置，如各种尺寸和性能的监视器。显示装置可以提供诊断信息、故障诊断信息、指导信息以及帮助操作者操作动力机械或联接到动力机械的工具的各种其他类型的信息。还可以提供可能对操作者有用的其他信息。

以上对动力机械100和挖掘机200的描述是出于说明性目的而提供的，以提供可以实施下面讨论的实施例的说明性环境。虽然所讨论的实施例可以在动力机械上被实施，例如通常由图1的框图中所示的动力机械100所述，并且更具体地，在注入挖掘机200的挖掘机上被实施，但是除非另有说明，否则下面讨论的概念并不旨在将其应用受限于以上具体描述的环境。

图4是示出用于动力机械400的控制系统460的一些功能的简化框图，动力机械400可以类似于如上所述的挖掘机200或其他动力机械。应当理解，用于诸如挖掘机200或任何其他动力机械的动力机械的控制系统可以比如图4所示的控制系统460更复杂，并且控制系统460的简化被提供以集中于控制系统的关键特征。

控制系统460包括控制器462，控制器462可以是任何合适的电子控制器，所述电子控制器被配置成从各种输入装置接收多个输入信号并提供用于控制致动装置的输出信号。控制系统460还包括模式输入装置464，所述模式输入装置可由操作者操纵以选择用于通过致动装置控制动力机械上的功能的操作模式。在一个实施例中，控制系统460被配置成以用于限制升降臂和/或底座的移动的第一模式和第二模式以及默认模式操作，在所述默认模式中，升降臂和底座的移动不受控制系统460的限制。图5示出了作为总可用旋转的预限定部分的操作区域480。

控制系统460还包括用户输入装置466，所述用户输入装置466可由操作者操纵以提供指示操作者定位底座、摆动件、升降臂和/或工具的意图的信号。用户输入装置可以是适于在挖掘机中使用以由操作者操纵并且可以以有线或无线的方式向控制器462提供电信号的任何类型的用户输入装置。这可以包括操纵杆、杆件、按钮等。在一些实施例中，控制系统460包括一个或多个工作组位置传感器468，所述一个或多个工作组位置传感器被配置为向控制器460提供相对于底座的位置信息、升降臂的各个部分(即，悬臂和臂)的摆动和位置以及工具位置。应当理解，在一些实施例中，所有这些传感器都可用于向控制器462提供信号，而在其他实施例中，仅有一些(即摆动和底座旋转)可用。

控制器462被配置为提供输出信号以通过控制一个或多个回转致动器472来控制底座的位置，通过控制回转致动器474来控制升降臂的摆动，并通过控制工作组致动器476来控制升降臂的各个部分的位置。此外，控制器462被配置为响应于用户输入为第一模式和第二模式设置预限定的操作区域。在一个实施例中，通过将底座移动到那个位置并启动用户输入装置来设置最左侧边界(从位于操作者站台的操作者的角度来看)。随后，通过将底座移动到那个位置并启动用户输入装置来设置最右侧边界。在一些实施例中，动力机械可以仅具有回转致动器而不具有摆动致动器。例如，一些挖掘机具有刚性升降臂。术语“刚性”在该特定情况下是指一些挖掘机具有不相对于底座横向移动的升降臂的事实。仅通过相对于底盘移动底座来完成升降臂从一侧移动到另一侧。在其他实施例中，升降臂可能不能仅通过操纵摆动致动器而横向移动。例如，通过使框架的一部分相对于另一部分旋转而不能使安装在装载机框架或升降臂上的许多反铲机移动。

图6示出了根据一个说明性实施例的控制升降臂在预定运动范围内的位置的方法500。以下方法将参考图4的控制系统460以使得理解容易一些。该方法开始于流程图的方框502，在方框502处，控制器462接收模式选择输入。出于本讨论的目的，假设已经预限定了一系列运动，但是也可以是在选择如可选方框514中所示的操作模式之后可以设置上面讨论的允许运动的范围的情况。确认或建立允许的运动范围或预定工作区域的多个方法将在后面描述并在图7-1和7-2中被示出。

返回参照图6，一旦在方框502处接收到模式输入选择输入，控制器462则将在方框504处确定模式输入选择输入是否已指示在默认模式(即模式0)下操作挖掘机的期望。如果是这种情况，控制器462将操作挖掘机而不考虑关于底座和/或摆动件的位置的任何限制。这在该方法的方框506处被示出。如果确定模式选择输入不指示模式0或默认模式，则方法移动到方框508，在方框508处，控制器462确定是否已经选择模式1。如果已经指示模式1，则该方法移动到方框510。在方框510处，控制器将底座的移动限制在预定范围内。如上所述，可以在进入模式1之后设置构成预定范围的内容。此外，在能够使框架的一部分(即底座)和升降臂相对于框架(即，摆动装置)旋转的那些机械上，摆动位置可以被锁定以使得升降臂不能摆动。底座和摆动件的位置由工作组传感器468被指示给控制器462。这些传感器可以是任何合适的类型。在一个实施例中，可以限制或禁止升降臂的移动，直到操作者已经调节摆动装置以使得升降臂直接定位在前方，如图2所示。在操作期间，升降臂(除摆动装置外)的移动不受限制。在预定的操作范围内允许底座的旋转。应当理解，在一些实施例中，仅可用默认模式和模式1。

返回方框508，如果控制器确定已经指示模式2，则该方法移动到方框512并且控制系统460在模式2下操作。在模式2中，控制器将工具的位置限制到预定的操作范围。为了限定所述范围，操作者将工具定位到最左侧的位置，并指示向左的限制。随后，将工具定位在最右侧的位置，并指示向右的位置。因此，工具的位置将被受限于在从左侧到右侧的该空间内操作。在该模式中，升降臂的到达范围不受限制。除了所述底座和摆动装置只能移动以适应预定操作区域内的位置之外，底座和摆动装置的移动没有被特别限制。例如，可以通过向左旋转底座并向右摆动升降臂来实现工具的最左侧位置。为了在操作中达到该位置，控制器必须旋转底座和摆动装置以实现该位置。虽然上述示例仅示出了两个位置来限定工具可以定位在里面同时在模式2中起作用的空间，但是在一些实施例中，可以是可以设置多于两个的位置以限定操作空间的情况。经由牵引系统使得的挖掘机的移动还可能需要重新限定操作空间和/或重新选择模式。可选地，如果控制器没有感测到牵引系统的移动，则这种移动将起到改变空间操作的作用，这是因为如果动力机械已经移动并且操作空间已经被定义，则整个操作空间由于动力机械的移动(通过牵引系统)而变化。换句话说，这些实施例中的系统操作以根据底座与底盘的相对位置来限定操作区域。

图7-1示出了确认如图6的方框514中所示的预定操作范围的一个示例方法514-1。使用图8、9A和9B中所示的示例性挖掘机700来说明该方法。类似于上面讨论的挖掘机，挖掘机700包括底座711，所述底座711可旋转地安装到底盘712并被构造成由回转致动器(例如，致动器472)在箭头702表示的方向上完全旋转(例如，360度)。升降臂结构可以通过升降臂致动器(例如，诸如致动器233B和233C的工作组致动器476)相对于底座枢转地升起和降下。摆动支架715还允许升降臂结构730通过摆动致动器(例如，摆动致动器233A和474)在箭头704所示的方向上相对于底座横向旋转。在示例性实施例中，升降臂结构730包括悬臂732和铲斗734，如上面参照图2和图3所讨论的。在铲斗734的一端处的工具承载部(未示出)构造成将工具736安装到升降臂结构，以执行诸如挖掘的工作任务。如参考图7-1所讨论并且如图9A和9B所示，第一边界782和第二边界784限定工作区域780，在该工作区域780中，将包含由工具736执行的任何工作。

参考图7中以流程图形式示出的方法514-1，在方框602处，底座711沿第一方向旋转到第一位置，并且在方框604处，做出关于是否已经从边界输入装置470(图4中示出)接收到边界输入的决定。如果已经接收到边界输入，则在方框606处，控制器462在接收到边界输入时从底座711的位置或从工具736的位置确定第一边界782。例如，图9A示出了向左旋转的底座711和延伸到定位工具736的升降臂结构730。当接收到边界输入时，工具736的位置可以用于确定第一边界782，并且第一边界可以被控制器462存储。如上所述并且如在讨论这些示例期间应该考虑的，动力机械的各种实施例可以使用回转致动器和摆动致动器中的一个或两个来定位工具。为了减少混淆，将仅讨论允许通过使用摆动致动器和回转致动器来定位致动器的实施例，但是这不应该是可选实施例可以仅与这些致动器中的一个一起使用的任何指示。

在已经确定第一边界782之后，底座711再次例如在与第一方向相反的第二方向上旋转到第二位置，如方框608中所示。如果在方框610处，已经从边界输入装置470接收到第二边界输入，则在方框612处，控制器462在接收到第二边界输入时由底座711的位置或由工具736的位置确定第二边界784。该位置在图9B中被示出。控制器462存储第二边界784，并且边界782和784一起限定预定范围和相应的工作区域。

图7-2示出了执行确认预定操作范围的可选步骤514的可选示例性方法514-2。使用图10中的挖掘机700进一步说明该方法。方法514-2以与参考方框602、604和606中的方法514-1所讨论的相同方式确定第一边界782。然而，在方法514-2中，不是将底座711移动到第二位置来确定第二边界784，在步骤614处，使用用户输入装置从用户接收预定范围的总角度θ_T。然后，控制器462在方框616处由第一位置或边界782以及从用户接收到的总角度θ_T确定第二边界。这例如在图10中被示出。第一位置可以是最左侧位置或最右侧位置中的任一个，且第二位置是最左侧位置和最右侧位置中的另一个。

虽然已经参考图7-1和7-2讨论了确定或确认预定范围和对应工作区域780的两种示例性方法，但是也可以采用其他方法和技术。例如，在图11中示出了用于确认预定范围的另一种技术。通过使底座711和升降臂结构730朝向限定正前方方向786的正前方定向，用户可以使用用户输入装置输入第一角度和第二角度(例如，左角度θ_L和右角度θ_R)。然后可以由正前方位置或方向786以及第一角度和第二角度确定第一边界782和第二边界784。在第一角度和第二角度相等并且预定范围将围绕正前方位置或方向786对中的一些实施例中，用户仅需要输入一个角度。在其他实施例中，可以选择一位置作为不在正前方位置的参考位置，且由所选择的参考位置限定彼此相同或不同的左角度和右角度。下面的讨论反映了为了方便起见而选择正前方位置作为参考位置的实施例，但是其他位置可以用作参考位置。

一旦已经确认或确定预定范围，控制器462则可以控制底座回转致动器、摆动致动器和/或工作组致动器(例如，升降臂致动器)以将由工具736执行的工作包含到由预定范围限定的工作区域内。例如，图12示出了挖掘机700，其中底座711被定向在正前方(或在参考位置处)，而升降臂结构730相对于正前方方向786横向旋转。由控制器从摆动用户输入装置接收到的任何摆动控制信号将导致控制器控制摆动致动器以相应地旋转升降臂结构，只要工具736不会定位在工作区域780之外。如果升降臂结构730的进一步摆动将工具736放置在工作区域780之外，那么在模式1和模式2操作中，不管来自摆动用户输入装置的命令移动如何，控制器462都将停止进一步的摆动移动。如果底座711如图13所示已经通过回转致动器从正前方方向旋转(例如，以角度θ_SLEW)，则通过一个或多个摆动致动器(例如，以角度θ_SWING)在相同方向上使升降臂结构730的摆动旋转将受到控制器的更多限制，从而将工具736保持在工作区域780内。然而，底座711在相反方向上的旋转可以增加控制器所允许的摆动旋转量。例如，在图14中，底座711被示出已经向右旋转，以使得摆动支架715被定位在预定范围和工作区域780外，从而允许大的摆动角度θ_SWING将工具定位在工作区域内。

在各种实施例中，控制器462被配置为限制底座相对于底盘的旋转，升降臂结构相对于底座的摆动旋转，以及工作组(例如，升降臂)在悬臂与底座之间或铲斗与悬臂之间的升起和降下移动，以便将由工具执行的工作包含到预定范围和相应的工作区域。这种运动限制与用户输入命令无关，以移动超出必要的约束来实现该目标。然而，在限制运动以将所执行的工作包含到限定的工作区域的同时，利用底座旋转、升降臂结构的摆动旋转和工作组的移动中的所有的控制允许在一些实施例中使用复杂的几何工作区域来实施挖掘。

此外，在各种实施例中，可能需要位置反馈以允许控制器确认底座的精确旋转方位、升降臂摆动方位和升降臂工作组方位。在没有位置传感器或其他形式的位置反馈的情况下，在一些实施例中，控制器462被配置为通过控制相应的一个或多个致动器来锁定或禁止这些移动中的某些。例如，在没有摆动位置反馈的情况下，当在除默认模式之外的模式下操作时，控制器462可以禁止升降臂结构的所有摆动运动。在一些实施例中，可以设置超控输入装置，所述超控输入装置将允许操作者将升降臂移出预定的操作区域。在一些实施例中，控制器462将感测升降臂何时返回到预定操作区域，然后重新接合操作区域以防止移出操作区域。在其他实施例中，操作者必须操纵输入装置以停止超控并重新接合预定的操作区域。

此外，虽然描述了由边界输入装置470提供的边界输入，但是可以使用由各种不同用户输入装置提供的各种不同信息来辅助确定预定范围和工作区域。例如，用户输入装置可以是操作者室中的致动开关或按钮、触摸屏显示装置上的软键、旋转开关等。

上面讨论的实施例提供了重要的优点。通过限制升降臂可以在挖掘机或其他动力机械上移动的空间，操作者可以在狭窄的空间中操作并避免诸如建筑物之类的物体以防止对这些物体和/或挖掘机的损坏。

虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离所讨论的范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。

Claims

1.一种控制挖掘机的操作的方法，所述挖掘机具有：升降臂结构，所述升降臂枢转地安装到底座以允许所述升降臂结构通过一个或多个升降臂致动器相对于所述底座升起和降下；安装到所述升降臂结构的工具；和底盘，所述底座能够旋转地安装到所述底盘以允许通过回转致动器使所述底座相对于所述底盘进行360度旋转，所述方法包括：

在控制器处接收来自由操作者操纵的模式输入装置的模式选择输入以选择所述挖掘机的操作模式；

使用所述控制器根据所述模式选择输入确定所选模式是否是第一操作模式，或者确定所选模式是否是第二操作模式，在所述第一操作模式中，允许所述底座响应于回转用户输入通过所述回转致动器进行全360度旋转移动，在所述第二操作模式中，所述底座通过所述回转致动器进行的旋转移动被限制到预定范围以将所述工具的位置限制到由预定范围限定的工作区域；

当确定所选模式是所述第二操作模式时，使用所述控制器确认所述预定范围；

在所述控制器处从所述回转用户输入装置接收回转控制信号，所述回转控制信号指令所述底座相对于所述底盘进行旋转移动；

响应于所述回转控制信号使用所述控制器控制所述回转致动器以使所述底座相对于所述底盘旋转，其中当所选模式是所述第一模式时，响应于所述回转控制信号，所述回转致动器被控制以允许所述底座相对于所述底盘进行全360度旋转，并且其中当所选模式是所述第二模式时，响应于所述回转控制信号，所述回转致动器被控制以将所述底座相对于所述底盘的旋转限制到所述预定范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述控制器确认所述预定范围还包括：

使用所述控制器控制所述回转致动器以将所述底座旋转到第一底座位置；

当所述底座处于第一底座位置时，响应于边界输入装置的致动，在所述控制器处接收来自所述边界输入装置的第一边界输入；以及

基于所述第一底座位置确定所述预定范围的第一边界。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用所述控制器确认所述预定范围还包括：

使用所述控制器控制所述回转致动器以将所述底座旋转到第二底座位置；

当所述底座处于所述第二底座位置时，响应于边界输入装置的致动，在所述控制器处接收来自所述边界输入装置的第二边界输入；以及

使用所述控制器基于所述第二底座位置确定所述预定范围的第二边界。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，使用所述控制器确认所述预定范围还包括：

在所述控制器处接收来自用户输入装置的指示角度的信号；

使用所述控制器基于所述第一边界和接收到的所述角度确定所述预定范围的第二边界。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述控制器确认所述预定范围还包括：

在所述控制器处接收来自所述用户输入装置的第一角度；以及

使用所述控制器基于所述第一角度和所述底座的参考位置确定所述预定范围的第一边界。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用所述控制器确认所述预定范围还包括：

基于所述第一角度和所述底座的正前方位置确定所述预定范围的第二边界。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，使用所述控制器确认所述预定范围还包括：

在所述控制器处接收来自所述用户输入装置的第二角度；以及

使用所述控制器基于所述第二角度和所述底座的参考位置确定所述预定范围的第二边界。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述升降臂结构通过摆动支架安装到所述底座，所述摆动支架被构造成允许所述升降臂结构通过摆动致动器相对于所述底座横向旋转，所述方法还包括：

在所述控制器处从摆动用户输入装置接收摆动控制信号，所述摆动控制信号指令所述升降臂结构相对于所述底座进行横向旋转移动；

响应于所述摆动控制信号，使用所述控制器控制所述摆动致动器以使所述升降臂结构相对于所述底座横向旋转，其中当所选模式是所述第二模式时，所述控制器控制所述摆动致动器，以仅仅在这种横向旋转移动使所述工具移动到由所述预定范围限定的工作区域或将所述工具保持在由所述预定范围限定的工作区域内时，才允许所述升降臂结构相对所述底座进行被指令的横向旋转移动。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，当所选的模式是所述第二模式时，响应于所述回转控制信号，使用所述控制器控制所述回转致动器以使所述底座相对于所述底盘旋转还包括：

如果所述摆动控制信号指令所述升降臂结构相对于所述底座进行横向旋转移动，则允许所述回转致动器将所述底座旋转到所述预定范围之外，其中所述横向旋转移动使所述工具移动到由所述预定范围限定的工作区域中或将所述工具保持在由所述预定范围限定的工作区域内。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在所述控制器处接收来自一个或多个升降臂用户输入装置的升降臂控制信号，所述升降臂控制信号指令所述升降臂结构移动以定位所述工具；

使用所述控制器控制所述一个或多个升降臂致动器以定位所述工具，其中当所选模式是所述第二模式时，所述控制器控制所述一个或多个升降臂致动器，以仅仅在通过所述升降臂结构进行的这种工具定位使所述工具移动到由所述预定范围限定的工作区域中或将所述工具保持在由所述预定范围限定的工作区域内时，才允许进行被指令的工具定位。

11.一种动力机械，包括：

框架；

升降臂结构，所述升降臂结构能够操作地联接到所述框架以允许所述升降臂结构相对于所述框架横向枢转，所述升降臂结构被构造有安装到所述升降臂结构的工具，并且进一步被构造成相对于所述框架被可枢转地升起和降下；

至少一个升降臂致动器，所述至少一个升降臂致动器被构造成相对于所述框架升起和降下所述升降臂结构以定位安装在所述升降臂结构上的工具；

摆动致动器，所述摆动致动器被构造成使所述升降臂结构相对于所述框架横向旋转；

模式输入装置，所述模式输入装置被配置为由操作者操纵以产生用于选择所述动力机械的操作模式的模式选择输入；

控制器，所述控制器被配置为根据所述模式选择输入确定所选模式是否是第一操作模式，或者确定所选模式是否是第二操作模式，在所述第一操作模式中，响应于摆动用户输入，通过所述摆动致动器允许所述升降臂结构进行完全横向移动，在所述第二操作模式中，所述升降臂结构的横向旋转被限制到预定范围以将所述工具的位置限制到由所述预定范围限定的工作区域，所述控制器还被配置为当确定所选模式是所述第二操作模式时确认所述预定范围，并且响应于来自所述摆动用户输入的摆动控制信号来控制摆动致动器以将底座的旋转限制到所述预定范围。

12.根据权利要求11所述的挖掘机，还包括边界输入装置，所述边界输入装置被配置成由所述操作者操纵以产生边界输入，其中所述控制器被配置为：通过控制所述摆动致动器以将所述升降臂结构横向旋转至第一升降臂位置来确认所述预定范围，在所述升降臂结构处于所述第一升降臂位置时从所述边界输入装置接收第一边界输入，并基于所述第一升降臂位置确定所述预定范围的第一边界。

13.根据权利要求12所述的挖掘机，其中，所述控制器还被配置为：通过控制所述摆动致动器以将所述底座横向旋转到第二升降臂位置来确认所述预定范围，在所述升降臂结构处于所述第二升降臂位置时，接收来自所述边界输入装置的第二边界输入，并且基于所述第二升降臂位置确定所述预定范围的第二边界。

14.根据权利要求12所述的挖掘机，其中，所述控制器还被配置为：通过从用户输入装置接收指示角度的信号来确认所述预定范围，并且基于所述第一边界和接收到的所述角度确定所述预定范围的第二边界。

15.根据权利要求11所述的挖掘机，其中，所述控制器被配置为通过从用户输入装置接收第一角度来确认所述预定范围，并且基于所述第一角度和所述升降臂结构的参考定位位置确定所述预定范围的第一边界。

16.根据权利要求15所述的挖掘机，其中，所述控制器还被配置为通过基于所述第一角度和所述升降臂结构的参考定位位置确定所述预定范围的第二边界来确认所述预定范围，以使得所述升降臂结构的所述参考定位位置位于所述预定范围的所述第一边界和所述第二边界之间的中心。

17.根据权利要求15所述的挖掘机，其中，所述控制器还被配置为通过从所述用户输入装置接收第二角度来确认所述预定范围，并且基于所述第二角度和所述底座的参考定位位置确定所述预定范围的第二边界。