CN111335126A - 冷铣刨机转子避碰 - Google Patents

Abstract

一种示例性冷铣刨机系统包括机架、设置在铣削室中的铣削转子、第一传感器、第二传感器和控制模块。控制模块包括处理器和控制器。处理器配置为接收指示机器的运动方向的第一信号和指示物体是否存在于物体检测区中的第二信号。处理器处理第一信号和第二信号以产生控制信号。控制器配置为接收来自处理器的控制信号，并且如果物体存在于物体检测区中，则启动转子避碰模式。

Description

冷铣刨机转子避碰

技术领域

本发明总体上但非限制性地涉及冷铣刨机，并且更具体地涉及在确定某些条件时在反向推进期间启动转子避碰模式。

背景技术

建造沥青表面的道路以便于车辆行驶。根据使用密度、基本条件、温度变化、湿度变化和/或物理年龄，道路的表面最终会变成畸形的、非平面的，不能支撑车轮负荷，或者在其他方面不适合车辆来往。为了修复道路以继续供车辆使用，去除废沥青以为表面重修做好准备。

冷铣刨机，有时也称为碾路机或松土机，是通常包括由履带式驱动单元推进的机架的机器。机架支撑发动机、操作者站和铣削转子。装配有切削工具的铣削转子由发动机通过合适的界面旋转以破碎道路的表面。破碎的道路材料由铣削转子沉积到一台输送机或一系列输送机上，输送机将材料从机器运走并运到附近的拖运车辆以从工地运走。

控制模块设置在诸如冷铣刨机的机器中以操作铣削转子并控制与机器相关联的某些机构。例如，当不处于铣削模式时，例如当冷铣刨机沿着与工作(例如铣削)方向相反的方向移动时，控制模块可以控制将铣削转子移动到升高的位置。

铣床，例如冷铣刨机，可以通过进行若干平行道次来操作。优选地，当反向移动时可以使铣削转子旋转以准备下一道次，因为关停铣削转子以及重新启动铣削转子需要时间，并且可能引起动力传动系统的磨损并缩短传动系统的寿命。然而，如果正在旋转的铣削转子与物体接触同时机器正在反向移动，则由物体与正在旋转的铣削转子之间的碰撞产生的反冲可能损坏机器和/或物体。

2009年5月12日授权给Berning等人的美国专利第7,530,641号中描述了解决该问题的一种尝试。‘641专利描述了一种施工机器，其监测铣削滚筒和地面之间的距离，并且当监测装置检测到降至低于预定距离的偏离时，将升高的铣削滚筒与驱动发动机分离，或将行进装置与驱动发动机分离，或升高机架或产生警报信号。

尽管‘641专利提供了一种防止由转子与物体的碰撞产生的反冲的方法，但是该设计也可能具有缺点，因为其限于检测铣削滚筒和地面之间的距离以防止反冲。

2016年9月15日公开的授予Engelmann等人的美国专利申请公开号2016/0265174中描述了解决此问题的另一种尝试。‘174公开描述了一种具有障碍物检测和映射功能的控制系统。该控制系统可包括障碍物检测传感器和定位装置，其中障碍物检测传感器可在铣削滚筒前方的位置处安装到冷平面。控制系统可以使用来自障碍物检测传感器和定位装置的信号来产生工作区域的电子地图，并且基于该电子地图选择性地调节冷铣刨机的操作。

尽管‘174公开包括障碍物检测，但是‘174公开中的控制系统限于映射工作区域，并且不以能够防止反冲的方式感测或映射。

本发明涉及所提出的问题中的一个或多个问题。

发明内容

本文描述了示范性冷铣刨机系统和方法，其包括传感器，用于确定准许控制模块启动转子避碰模式的情况。

铣床，例如冷铣刨机，可以通过进行若干平行道次来操作。优选地，当反向移动时可以使铣削转子旋转以准备下一道次，因为关停铣削转子以及重新启动铣削转子需要时间，并且可能引起动力传动系统的磨损并缩短传动系统的寿命。然而，如果正在旋转的铣削转子与物体接触同时机器正在反向移动，则由物体与正在旋转的铣削转子之间的碰撞产生的反冲可能损坏机器和/或物体。

在示例性机器中，该机器包括机架、动力源、铣削转子、铣削室、第一传感器、第二传感器和控制模块。铣削转子可操作地连接到动力源和机架。铣削室联接到机架并包围铣削转子(例如，铣削转子设置在铣削室中，其中铣削室通向地面)。第一传感器配置为检测机器的运动方向并产生第一信号。第二传感器配置为确定物体是否在物体检测区内并产生第二信号。物体检测区位于铣削室的外部。控制模块包括处理器和控制器。处理器配置为接收并处理第一信号和第二信号，且基于第一和第二信号产生控制信号。控制器配置为接收来自处理器的控制信号且基于该控制信号启动转子避碰模式。

在用于铣床的示例性控制模块中，该控制模块包括处理器和控制器。处理器配置为接收指示机器的运动方向的第一信号和指示物体存在于物体检测区内的第二信号。物体检测区位于包围铣削转子的铣削室的外部。处理器处理第一信号和第二信号以基于第一信号和第二信号产生控制信号。控制器配置为接收来自处理器的控制信号且基于该控制信号启动转子避碰模式。

在用于控制机器的示例性方法中，该方法包括利用第一传感器检测机器的运动方向。该方法包括基于机器的运动方向产生第一信号。除了第一传感器检测和产生之外，该方法还包括使用第二传感器确定物体是否在物体检测区中，并且产生指示物体存在或不存在于物体检测区中的第二信号。该方法包括利用处理器处理第一和第二信号，并基于第一和第二信号产生控制信号。基于所产生的控制信号，该方法可以包括利用控制模块启动转子避碰模式。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的标号可在不同视图中描述类似部件。具有不同字母后缀的相同标号可表示类似部件的不同实例。附图总体上通过示例而非限制的方式示出了本文件中讨论的各种实施例。

图1是根据至少一个实施例的机器的透视图。

图2是图1的机器的另一个透视图。

图3是根据至少一个实施例的控制系统的示意图。

图4是示出根据至少一个实施例的操作机器的方法的流程图。

图5是示出根据至少一个实施例的图1-3的物体检测区和机器的一部分的俯视图的示意图。

图6A是示出根据至少一个实施例的图1-3的另一物体检测区和机器的一部分的侧视图的示意图

图6B是示出根据至少一个实施例的图6A的物体检测区和图1-3的机器的一部分的俯视图的示意图。

图7是根据至少一个实施例的其他第二传感器、物体检测区和类似于图1-3的机器的机器的一部分的示意图。

具体实施方式

冷铣刨机可以被定义为用于从现有道路移除硬化沥青层的机器。可以设想，所公开的冷铣刨机也可以或可选地用于移除水泥和其他道路表面。尽管实施例中示出的机器类型是冷铣刨机，但是该机器可以是包括铣削转子的任何其他类型。示出的冷铣刨机主要是为了说明的目的，以公开各种实施例的特征。

在本发明中，相对术语，例如“向后”或“向前”可以相对于沿着作为向前方向的工作方向行进的铣床来描述。此外，术语“向后”或“向前”可以相对于铣削转子来描述。例如，当冷铣刨机沿着工作(例如，向前)方向行进时，铣削转子的后部可以被定义为铣削转子的后部。

在本发明中，相对术语，例如“基本上”用于表示可能的变化，例如所述数值中±10％。

本发明涉及一种用于机器100的铣削转子的控制系统。图1-2示出了其中可以实现本文所描述的实施例的示范性机器100的视图。机器100 可以是轮式或履带式工业车辆，包括但不限于用于道路压实、铣削等的冷铣刨机、铺路机、履带式车辆。如图1-2所示，机器100可以体现为冷铣刨机，其可以用于从地面104铣削土壤或沥青。机器100可包括机架128和动力源106。动力源106可以是向机器100传递动力的原动机，例如发动机或电动机。动力源106经由推进系统103为行进系统108提供动力。推进系统103传递机械力或电力以控制行进系统108的运动。在一个实施例中，如图1-2所示，行进系统108可以包括履带。

机器100还包括可操作地连接到动力源106的铣削转子102。在操作过程中，动力源106驱动铣削转子102(以下简称为转子)以从地面 104铣削土壤或沥青。为了保护铣削的材料不被转子分散，机器100可以包括铣削室112。转子102可设置在铣削室112中。

在一个实施例中，铣削室112包括一对侧板114、116以基本上覆盖转子102的端面110、110’。如图1所示，第一侧板114邻近转子102 的第一端面110设置。此外，如图2所示，第二侧板116邻近转子102 的第二端面110’设置。如图1所示，机器100还包括竖直设置且基本平行于转子102的纵向轴线X-X’的犁板118。

在一些实施例中，铣削室112、机架128和转子102均通过伸缩机器上的腿一起移动。第一和第二液压缸126、130可相对于转子102上下移动侧板114、116和犁板118。换言之，整个机器100可以作为一个单元移动并且该移动控制转子102的铣削深度。

机器100包括第一传感器120和第二传感器122(例如，一个或多个第一传感器、一个或多个第二传感器)。第一传感器120可配置为检测机器100的运动方向并产生第一信号S1。在一个实施例中，第一传感器120可以连接到机器100的行进系统108。第一传感器120可以通过任何合适的方法检测机器100的运动方向。运动方向可以通过检测例如行进系统108的旋转方向，通过机器100的操作者操纵杆的输入，通过机器100的位移，其他合适的输入或其组合来确定。

除了第一传感器120检测机器100的运动方向之外，第二传感器122 可以配置为确定物体存在或不存在于物体检测区140中并且产生第二信号S2。在一些实施例中，合适的第二传感器包括但不限于智能相机、激光扫描仪和LIDAR。

物体检测区140可以位于铣削室112的外部，例如铣削室112的后部或前部。在一些实施例中，且如图1和图2所示，物体检测区140位于铣削室112的后部。如本文所述，方向“向前”和“向后”是相对于转子102来描述的。例如，向前被定义为当机器沿着向前方向(例如，向前、铣削方向)行进时转子102的前部的方向。与向前方向相反，向后方向被定义为当机器沿着向前方向(例如，铣削方向、工作方向)行进时转子102的后部的方向。

第二传感器122可以位于任何适当位置以感测物体检测区140。在一些实施例中，物体检测区140对应于当机器100正在反向行进时转子 102可能接触的区域。

如图1和图2所示，在一些实施例中，第二传感器122可以安装到机架128。在一些实施例中，第二传感器122可例如通过附接到犁板118 (图7)、行进系统108(图7)或用于感测物体检测区140的任何其他适当位置而安装到铣削室112。

机器100可以包括配置为执行多个功能的控制模块132。图3示出了包括处理器134和控制器136的控制模块132的示意图。处理器134 可以连接到第一传感器120和第二传感器122。处理器134可以配置为接收来自第一传感器120的第一信号S1和来自第二传感器122的第二信号S2。在一个实施方案中，处理器134处理第一信号S1和第二信号 S2以产生控制信号C。应当理解，处理器134可以不处理来自传感器120 和122的实际输出信号S1和S2，而是可以使用输出信号S1和S2的状态的代表性信号或数据来执行其预期的处理功能。控制器136可以连接到动力源106、处理器134、转子102和推进系统103。控制器136可以配置为接收来自处理器134的控制信号C并且基于控制信号C启动转子避碰模式。在一些实施例中，当第一信号S1指示机器100的相反的运动方向且第二信号S2指示物体存在于物体检测区140中时，控制信号C 可以使得控制器136启动转子避碰模式。

启动转子避碰模式可以包括改变机器的操作状态，例如选择性地脱离转子102，减慢转子102的速度，停止机器100的推进系统103，减慢机器100的推进系统103，升高机器100的至少一部分(包括但不限于转子102)，提供警示，或提供警报中的至少一项。

处理器134和控制器136可以包括一个或多个控制模块，例如电子控制模块(ECM)、电子控制单元(ECU)等。一个或多个控制模块可以包括处理单元、存储器、第二传感器接口和/或用于接收和发送信号的控制信号接口。处理器134可以表示由控制模块132用来执行某些通信、控制和/或诊断功能的一个或多个逻辑和/或处理部件。例如，处理部件可以适于在控制模块132内部和/或外部的设备之间执行路由信息。

图4示出了用于控制图1-3的机器100的转子102或其他方面的方法400。为了便于描述，参考图1-3中示出和描述的元件来描述方法400。然而，方法400可以与其他机器和其他物体检测区一起使用，并且同样地，机器100可以与其他方法一起使用。

在步骤402处，第一传感器120可以检测机器100的运动方向并且基于机器100的运动方向产生第一信号S1。在步骤404处，第二传感器 122可以确定物体是否存在于物体检测区140中，并且可以基于物体存在或不存在于物体检测区140中来产生第二信号S2。在步骤406处，处理器134可以处理第一信号S1和第二信号S2并产生控制信号C。在步骤408处，控制器136可以基于控制信号C来控制转子102。

在一个实施例中，当第一信号S1指示机器100的相反的运动方向R 且第二信号S2指示物体存在或不存在于物体检测区140中时，控制信号C触发控制器136以启动转子避碰模式，例如使转子102从动力源106 脱离。也可以启动其他转子避碰模式，包括但不限于本文所描述的那些实施例，以保护机器100或物体免受损坏。

在一个实施例中，控制模块132可以包括用于执行方法400的任何步骤的机器可读介质。在一个实施例中，术语“机器可读介质”可以包括配置为存储一个或多个指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，或相关联的高速缓冲存储器和服务器)。处理器134可以执行包括处理电路的指令。

图5-7示出了第二传感器(例如122)和物体检测区(例如140)的其他示例。相同的附图标记表示相同的元件，因此，在图5、图6A、图 6B和图7的示例中不一定更详细地描述图1-3中描述的机器100的元件。

图5是根据至少一个实施例的图1的机器100的一部分和物体检测区540的侧视图的示意图。

所示的机器100的多个部分包括机架128、第二传感器122、犁板118和转子102。

物体检测区540可表示转子102(例如，或机器100的另一部分) 在机器100沿着相反的方向行进指定距离时将占据的空间体积的至少一部分。物体检测区540可以包括铣削室112后部的三维区域(图5中示出为犁板118的后部)。在一些实施例中，且如图5所示，第二传感器 122可以感测高于指定高度H的物体10。指定高度H可以对应于物体 10在机器100反向行进时可以接合转子102的高度。指定高度H可表示地面104上方的位置，或对应于地面104的预期位置的位置，或在地面 104或地面104的预期位置上方或下方的某一范围内的位置。

图6A是图1的机器100的一部分以及物体检测区640的另一示例的侧视图的示意图。图6B是根据至少一个实施例的图6A连同机器100 的多个部分的俯视图的示意图。

图6A所示的机器100的多个部分包括机架128、第二传感器122、犁板118和转子102。

如图6A所示，物体检测区640可以包括第一物体检测区642和第二物体检测区644。图6A和图6B示出了第一物体检测区642和第二物体检测区644均可以利用相同的第二传感器622测量的示例。在一些实施方案中，可以利用多个第二传感器622，而不利用单个第二传感器622，测量第一和第二物体检测区642、644，多个第二传感器622包括但不限于不同类型的第二传感器622的组合，例如但不限于本文描述的那些。

图6B所示的机器100的多个部分包括犁板118、第二传感器122 和行进系统108。在一些实施例中，第一物体检测区642可以是警告区，而第二物体检测区644可以是脱离区。在一个实施例中，当物体10处于第一物体检测区642(例如，警告区)中时，控制器136(图3)可以启动第一转子避碰模式。例如，可以减慢转子102，可以减慢机器100的行进速度，或可以向操作者提供第一警告，或其动作的任何组合。

在一个实施例中，当在第二物体检测区644(例如，脱离区)中检测到物体时，控制器136(图3)可以启动第二转子避碰模式。在一些实施例中，第二转子避碰模式可以采取比第一转子避碰模式更积极的动作来防止损坏。例如，转子102可以从动力源106脱离，或者可以停止机器100的行进速度或转子(102，图1)速度，或者可以向操作者接口 138发送第二警告信号。可以采用防止机器100或物体在警告和脱离区受到损坏的任何其他适当的动作。针对第一和第二转子避碰模式列出的动作不限于特定区域或特定动作，而是仅出于示例的目的而呈现。

在一些实施例中，当第一信号S1指示机器100的相反的运动方向R 且第二信号S2指示物体10存在或不存在于第一物体检测区642中但是第二物体检测区644(图6A)中没有物体时，控制信号C可以触发控制器136向操作者接口138(图3)发送警告信号。

在一些实施例中，第一和第二物体检测区642、644可以被实现为多个渐进的、递增的或连续的区域，具有多个严重程度增加的警告或警报。例如，当被感测物体10移近转子102时，具有变化的音高、音量或频率的音响警告，因此具有更大的被撞击风险。风险可以通过多种方式确定，例如基于物体10的尺寸、物体10的高度、物体的接近度、物体接近转子102的速度，以及物体的密度中的一个或多个。

图7是类似于机器100的机器700的一部分以及可采用的第二传感器722和物体检测区742、744的另一示例的俯视图的示意图。所示机器 700的多个部分包括与图1中描述的那些类似或相同的犁板718和行进系统708。

如图7所示，第一物体检测区742可以由第一物体检测区第二传感器722A感测，且第二物体检测区744可以由单独的第二物体检测区第二传感器722B感测。

在该实施例中，第二传感器722A和722B均可以是光束型传感器。也就是说，使用激光、光、雷达或任何其他适当的能量源，可以在第二传感器(722A或722B)的两个部分之间发送和接收光束。第二传感器 (722A或722B)的两个部分可以包括例如发射器和接收器，或两个收发器。当第一物体检测区第二传感器722A的两个部分之间的能量束被物体中断时，第二传感器722A可向控制器136发送指示物体存在于第一物体检测区742中的信号S2(图3)。当第二物体检测区第二传感器722B的两个部分之间的能量束被物体打断时，第二传感器722B可向控制器136发送指示物体存在于第二物体检测区744中的信号S2(图3)。

工业实用性

通常，前述发明可用于各种工业应用，例如土方、建筑、工业、农业、采矿、运输和林业机器。

如图1和图2所示，在操作模式中，当机器100反向时，存在转子 102可能遇到非预期物体的可能性。为了保护转子102免受由于与非预期物体碰撞而引起的任何不期望损坏，控制模块132的处理器134可以使用反映转子102的预期行进路径的物体检测区中的物体的检测。在一个实施例中，处理器134可以确定在物体检测区中感测到的任何物体是否准许启动转子避碰模式，例如选择性地脱离或提升转子102。

图3中示出的并且根据图4的方法400的控制模块132用于控制转子102、推进系统103以及机器100的其他方面。如本文的示范性实施例中所公开的，控制模块132包括处理器134和控制器136。处理器134 配置为接收和处理第一信号S1和第二信号S2，并且产生控制信号C。控制器136配置为接收来自处理器134的控制信号C并且启动转子避碰模式，例如基于控制信号C选择性地使转子102或推进系统103脱离。本文公开的控制模块132允许对机器100的转子102和推进系统103进行独立控制。控制模块132遵循基于第一信号S1和第二信号S2的独立标准的控制信号C的操作逻辑。在一个实施例中，当第一信号S1指示机器100的相反的运动方向且第二信号S2指示物体检测区(140，图1) 中准许动作的物体时，处理器处理第一信号和第二信号S1、S2并利用控制信号C提示控制器136启动转子避碰模式(例如，使转子102从动力源106脱离，或启动另一合适的转子避碰模式，包括但不限于本文描述的那些)。

在另一个实施例中，当第一信号S1指示机器100的相反的运动方向时，且第二信号S2指示物体检测区中没有物体时，控制器136不发送使转子102从动力源106脱离的控制信号C，并且转子避碰模式不由控制模块132启动。

在本发明的一个方面，控制模块132使机器100的生产率最大化并且保护转子102免受损坏。在机器100的操作过程中，控制模块132可以连续地或以预定间隔(例如，时间)动态地接收第一信号S1和第二信号S2，并且自动地使转子102、推进系统103或两者脱离。

尽管已经参照上述实施例具体示出和描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离所公开的机器、控制模块和方法的情况下，可以有各种其他实施例。

Claims (10)

1.一种机器，包括：

机架；

动力源；

铣削转子，所述铣削转子能够操作地连接到所述动力源和所述机架；

联接到所述机架的铣削室，其中所述铣削室包围所述铣削转子；

第一传感器，所述第一传感器配置为检测所述机器的运动方向并产生第一信号；

第二传感器，所述第二传感器配置为确定物体是否存在于物体检测区内，并产生第二信号，其中所述物体检测区位于所述铣削室外面；

控制模块，包括：

处理器，所述处理器配置为接收所述第一信号和所述第二信号，其中所述处理器基于所述第一和第二信号产生控制信号；以及

控制器，所述控制器配置为接收来自所述处理器的所述控制信号并基于所述控制信号控制所述机器在保护模式下的操作。

2.如权利要求1所述的机器，其中在所述保护模式下，所述控制器启动以下各项中的至少一项：选择性地脱离所述铣削转子，减慢所述铣削转子的速度，停止所述机器的推进系统，减慢所述机器的所述推进系统，升高所述机器的至少一部分，提供警示，提供警报。

3.如权利要求1或2所述的机器，其中所述物体检测区包括所述铣削室后面的区域，其中所述物体检测区表示如果所述机器沿反向行进指定距离，则所述铣削转子将占据的空间体积的至少一部分。

4.如前述权利要求中任一项所述的机器，其中所述第二传感器感测高于指定高度的物体，其中所述指定高度是物体能够接合所述铣削转子的高度，并且进一步地，其中当感测到高于所述指定高度的物体时，所述第二传感器产生所述第二信号并将所述第二信号发送到所述控制器，所述第二信号指示物体存在于所述物体检测区中。

5.如前述权利要求中任一项所述的机器，其中所述物体检测区包括所述铣削室后面的二维区。

6.如前述权利要求中任一项所述的机器，其中所述物体检测区包括所述铣削室后面的三维区。

7.如前述权利要求中任一项所述的机器，其中所述第二传感器或包括光束型传感器，所述光束型传感器包括产生光束的发射器和接收光束的接收器，并且其中当所述光束被中断时，所述第二传感器产生所述第二信号，其中所述第二信号指示物体存在于所述物体检测区中。

8.如前述权利要求中任一项所述的机器，其中当所述第一信号指示所述机器的相反的运动方向且所述第二信号指示物体存在于所述物体检测区中时，所述控制信号使所述控制器启动所述保护模式。

9.一种控制机器的铣削转子的方法，所述方法包括：

利用第一传感器检测所述机器的运动方向；

利用所述第一传感器基于所述机器的所述运动方向产生第一信号；

利用第二传感器确定物体是否在物体检测区中；

利用所述第二传感器产生指示物体存在或不存在于所述物体检测区中的第二信号；

以及

利用处理器基于所述第一信号和所述第二信号产生控制信号；以及

利用控制器基于所述控制信号启动机器保护模式。

10.如权利要求9所述的方法，其中启动所述机器保护模式包括以下各项中的至少一项：选择性地脱离铣削转子，减慢所述铣削转子的速度，停止所述机器的推进系统，减慢所述机器的所述推进系统，升高所述机器的至少一部分，提供和警示，提供警报。

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