CN111411561A - 用于控制压实机的边缘成形工具的操作的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于控制与压实机相关联的边缘成形工具的操作的控制系统。该控制系统包括位置传感器，用于输出边缘成形工具相对于压实机的机架的当前位置。该控制系统还包括设置成与位置传感器通信的控制器。该控制器经配置从位置传感器接收边缘成形工具的当前位置。此外，该控制器经配置至少部分地基于接收的边缘成形工具的当前位置，将边缘成形工具从其当前位置移动到期望位置。

Description

用于控制压实机的边缘成形工具的操作的控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种具有边缘成形工具的压实机。更具体地，本发明涉及一种用于控制压实机的边缘成形工具的操作的控制系统和方法。

背景技术

在本领域中众所周知的是，在压实机上安装边缘成形工具以在铺砌材料(例如沥青)的垫层中形成边缘。边缘成形工具可以安装到压实机的机架上，并且可以包括边缘切割工具或拉边机，这取决于应用的具体要求。

美国专利8,500,363公开了一种压实机，其包括机架和联接到机架的压实元件。在‘363专利的压实机中，边缘轮组件也联接到机架上，并且可以在升高配置和降低配置之间调节，在该配置处，边缘轮接触压实元件外侧的基底。‘363专利的压实机还包括用于边缘轮的喷雾系统和与喷雾系统控制通信的控制装置。控制装置经配置响应于检测到边缘轮的降低而命令激活喷雾系统。然而，‘363专利没有公开控制装置控制边缘轮组件的操作的方式。可以想象，当使用压实机来执行边缘成形操作时，边缘轮组件的操作中的控制可以为操作者提供便利。

因此，需要一种用于在边缘成形工具的操作中提供控制的控制系统和方法。

发明内容

在本发明的一方面中，提供了一种用于控制与压实机相关联的边缘成形工具的操作的控制系统。该控制系统包括位置传感器，用于输出边缘成形工具相对于压实机的机架的当前位置。该控制系统还包括设置成与位置传感器通信的控制器。该控制器经配置从位置传感器接收边缘成形工具的当前位置并且至少部分地基于接收的边缘成形工具的当前位置，将边缘成形工具从其当前位置移动到期望位置。

在本发明的另一方面中，压实机包括机架和可移动地联接到机架的边缘成形工具。压实机还包括用于控制边缘成形工具的操作的控制系统。该控制系统包括位置传感器，用于输出边缘成形工具相对于压实机的机架的当前位置。该控制系统还包括设置成与位置传感器通信的控制器。该控制器经配置从位置传感器接收边缘成形工具的当前位置并且至少部分地基于接收的边缘成形工具的当前位置，将边缘成形工具从其当前位置移动到期望位置。

在本发明的又一方面中，提供一种用于控制与压实机相关联的边缘成形工具的操作的方法。该方法包括提供用于输出边缘成形工具相对于压实机的机架的当前位置的位置传感器。该方法还包括提供与位置传感器通信的控制器。该方法还包括使用控制器从位置传感器接收边缘成形工具的当前位置。该方法还包括使用控制器至少部分地基于接收的边缘成形工具的当前位置，将边缘成形工具从其当前位置移动到期望位置。

根据以下描述和附图，本发明的其他特征和方面将显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的压实机的示意图，该压实机具有机架、边缘成形工具和用于控制边缘成形工具的操作的控制系统；

图2是根据本发明的实施例的图1的压实机的一部分的示意图，示出边缘成形工具与铺砌材料的垫层接合；

图3是示出根据本发明的实施例的控制系统的各种部件的控制系统的部分示意图；并且

图4是描绘根据本发明实施例的用于控制边缘成形工具的操作的方法的步骤的流程图。

具体实施方式

在多个附图中出现的附图标记表示它们中的每一个中相同或相应的部分。除非在所附权利要求中明确陈述，否则对单数形式的元件的引用也可解释为涉及复数形式且反之亦然，而不将本发明的范围限制为此类元件的确切数目或类型。

图1示出了根据本发明的实施例的压实机100。压实机100包括机架102。机架102可以具有前端106、后端104和位于前端106和后端104之间的操作员控制站108。一对可旋转压实元件110和112联接到机架102，并分别朝向机架102的前端106和后端104设置。每个可旋转压实元件110、112可以包括金属压实轮。尽管本文公开了金属压实轮，但是在替代实施例中，压实机100可以使用一个或多个气动压实元件或轮胎来代替每个金属压实轮110、112。

压实机100还包括边缘轮组件114。边缘轮组件114具有边缘成形工具116和用于将边缘成形工具116可移动地联接到压实机100的机架102的支撑臂118。在所示实施例中，仅示出了一个边缘轮组件114。然而，本领域技术人员可以想到替代的配置，其中可以使用多达四个边缘轮组件，使得两个边缘组件分别与压实元件110和112中的每一个相关联。

可选地，如所示实施例中所示，支撑臂118可以使用支架120安装到机架102。此外，支撑臂118在其端部处分别枢转地连接到支架120和边缘成形工具116中的每一个。在其他实施例中，可以使用一些其他类型的连杆，而不是枢转支撑臂118。例如，在替代实施例中，支撑臂118可滑动地连接到压实机100的机架102，使得支撑臂118可以相对于机架102轴向可移动。

现参照图2，示出了压实机100的一部分，其中边缘成形工具116已经相对于压实机100的机架102定位，使得边缘成形工具116接触压实机100下方的铺砌材料的垫层200。在所示实施例中，边缘成形工具116实施为用于在铺砌材料的垫层200中切割边缘的边缘切割器。在其他实施例中，边缘成形工具116可以用于选择性地加宽压实机100的压实覆盖区，切割压实机100下方的铺砌材料的垫层200(如图2所示)，或两者都进行。

如图2所示，压实机100还具有用于控制边缘成形工具116的操作的控制系统300。参照图3的视图，描绘了根据本发明的实施例的控制系统300的示意图。如图所示，控制系统300包括位置传感器302，用于输出边缘成形工具116相对于压实机100的机架102的当前位置。位置传感器302可以实施为线性或旋转编码器，其经配置以提供模拟或数字输出信号，该信号指示边缘成形工具116相对于机架102的当前位置。此外，用于形成位置传感器302的编码器的类型在其测量技术中可以是增量的，或者优选地是绝对的，尽管后者可以优于前者，由于后者消除了对在每个测量本身并排进行的测量的数目进行计数的需要，这在使用前者类型的编码器(即增量编码器)时是典型的。

控制系统300还包括设置成与位置传感器302通信的控制器304。控制器304经配置从位置传感器302接收边缘成形工具116的当前位置，并且至少部分地基于接收的边缘成形工具116的当前位置，将边缘成形工具116从其当前位置移动到期望位置。

在本文的实施例中，控制器304可以包括经配置以执行根据本发明的功能的各种软件和/或硬件部件。本发明的控制器304可以是独立的控制器或者可以经配置与机器(例如压实机100)的现有电子控制单元(ECU)(未示出)协作。

此外，控制器304可以实施为包括用于执行根据本发明的功能的部件的单个微处理器或多个微处理器。许多市售微处理器可以经配置执行本文公开的控制器304的功能。应当理解，控制器304可以容易地实施在能够控制多种机器功能的通用机器微处理器中。控制器304还可以包括存储器306(如图3的所示实施例中所示)和用于运行应用的任何其他部件。各种电路可以与控制器304相关联，例如电源电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路和其他类型的电路。此外，各种例程、算法和/或程序可以存储在控制器304处，用于控制边缘成形工具116的操作，即用于至少部分地基于由位置传感器302感测和输出的边缘成形工具116的当前位置来控制边缘成形工具116相对于机架102的移动和/或定位。

在如图3所示的实施例中，控制器304包括处理器308和致动器310。处理器308设置成与位置传感器302通信。致动器310设置成与处理器308通信并联接到边缘成形工具116。致动器310经配置致动边缘成形工具116相对于机架102的移动。

在图1和2所示的实施例中，致动器310实施为轴向可伸展和可缩回的线性致动器，例如具有活塞和气缸布置的气动或液压致动器310。如在图2的视图中最佳示出的，线性致动器在其端部联接到支架120和从支撑臂118的下侧伸展的曲柄314。因此，线性致动器的伸展导致边缘成形工具116远离垫层200移动，而线性致动器的缩回导致边缘成形工具116朝向垫层200移动。使用线性致动器和曲柄的替代布置，反过来也是可能的，其中线性致动器的伸展导致边缘成形工具116朝向垫层200移动，而线性致动器的缩回导致边缘成形工具116远离垫层200移动。尽管前面公开了具有线性致动器和曲柄的边缘轮组件114的布置，但是在其他实施例中，可以使用具有或采用一个或多个可旋转元件的旋转致动器310来代替线性致动器和曲柄布置，以相对于机架102移动边缘成形工具116。本文公开的旋转致动器310可以包括但不限于压实机100的发动机或电动机(未示出)，而可旋转元件可以包括但不限于驱动轴、皮带和滑轮系统和/或齿轮驱动系统。

再次参照图3的示意图，控制系统300可以进一步包括与控制器304通信的至少一个用户输入装置312。至少一个用户输入装置312可操作用于向控制器304提供至少一种类型的输入，用于将边缘成形工具116从其当前位置移动到期望位置。如所示实施例中所示，至少一个用户输入装置312包括三个用户输入装置312a、312b和312c。然而，在替代实施例中，可实施更少或更多输入装置以用于代替本文所示的三个用户输入装置312a、312b和312c。

在图1所示的实施例中，用户输入装置312a可以经由提供在一个或多个像素显示器上的图形用户界面(GUI)来实现。有利地，来自这些像素显示器的至少一个像素显示器可以实现为至少一个触摸屏显示器，用于允许操作者可操作地向控制器304提供至少一种类型的输入。附加地或可选地，GUI或GUI的一部分可以经由包括至少一个触摸屏显示器、触摸按钮和/或物理按钮的便携式装置(未示出)来实现。

此外，用户输入装置312b可以经由其上安装有可移动控制杆和控制开关的操纵杆控制来实现。本文公开的操纵杆可以是独立的操纵杆，即操纵杆可以经指定用于单独控制边缘成形工具116的操作。替代地，除了控制边缘成形工具116的操作之外，操纵杆可以与伸展以控制压实机100的其他部件的附加功能集成。

此外，用户输入装置312c可以通过其上安装有物理按钮、滑块或可移动元件的控制模块来实现，该物理按钮、滑块或可移动元件可操作用于控制边缘成形工具116的操作。可以注意到，所使用的用户输入装置的类型不受本发明的限制。关于图3所示的实施例，每一类型的用户输入装置312a、312b和312c可彼此独立或组合使用以执行符合本发明的功能。

由输入装置312可操作地提供的至少一种类型的用户输入包括初始输入。初始输入表示从控制器304的多个操作模式中选择的操作模式。在一个实施例中，作为所选择的操作模式提供的初始输入可以包括手动可调节模式，即，操作者可以经由用户输入装置312可操作地提供初始输入手动可调节模式作为所选择的操作模式。在手动可调节模式中，控制器304可以经配置基于提供给控制器304的二次输入相对于机架102移动边缘成形工具116。该二次输入还可操作地从用户输入装置312(例如，实施为操纵杆的用户输入装置312b)提供。该二次输入可以指示边缘成形工具116的期望位置。对应于例如操纵杆的速度和幅度，控制器304可以将边缘成形工具116移动到相对于机架102的期望位置。

在另一个实施例中，作为所选择的操作模式提供的初始输入可以包括踢出模式，即，操作者可以经由用户输入装置312可操作地选择踢出模式。一旦选择了踢出模式，用户输入装置312，例如用户输入装置312b，即操纵杆可以由操作者从其中间位置移动到与操作者期望边缘成形工具116的位置相对应的位置。边缘成形工具116的期望位置现在可以例如通过位于操纵杆上的物理开关的长按来限定，即存储在存储器306中，长按具有不小于3秒的持续时间或取决于应用的特定要求的另一预定义的时间量。

在将边缘成形工具116的期望位置存储在控制器304的存储器306中时，在随后的时间段中，操作者可能仅需要发出踢出命令，例如通过暂时按压物理开关，即通过短按操纵杆上存在的物理开关持续约1秒或更短的持续时间，使得控制器304从存储器306读取这种先前存储的位置，即边缘成形工具116的预定义的期望位置，并命令致动器310对应于这种预定义的期望位置移动边缘成形工具116。

在另一个实施例中，作为所选择的操作模式提供的初始输入可以包括自主模式，即，操作者可以经由用户输入装置312可操作地选择自主模式。一旦选择自主模式，控制器304经配置根据边缘成形工具116的当前位置和包括铺砌材料的垫层200的深度来确定边缘成形工具116的期望位置，并且将边缘成形工具116从其当前位置移动到由控制器304确定的期望位置。为了获得铺砌材料的垫层200的深度，在一个实施例中，控制系统300还可以包括位于压实机100和另一机器(未示出)之一上的深度传感器316，例如通常用于铺砌操作的整平摊铺机。深度传感器316可以设置成与控制器304通信，用于向控制器304输出指示垫层200的深度的信号。如果位于压实机100之外的机器上，则深度传感器316可优选地设置成与控制器304无线通信。

本文公开的功能可以在控制器304处预设，并且其中可以具有至少一个预定义逻辑。例如，该功能可以作为查找表存储在存储器306中，该查找表可以由处理器308访问以确定期望位置，并且可以包括预先计算的表和/或曲线，其可以表示各种理论模型、逻辑模型、分析模型、统计模型、仿真模型。或者与边缘成形工具116的期望位置的计算有关的其他测试和/或实验数据。

图4示出了根据本发明的实施例的用于控制边缘成形工具116(例如，与压实机100相关联的边缘成形工具116)的操作的方法400。在步骤402，方法400包括提供位置传感器302，用于输出边缘成形工具116相对于压实机100的机架102的当前位置。在步骤404，方法400还包括提供与位置传感器302通信的控制器304。在步骤406，方法400还包括由控制器304从位置传感器302接收边缘成形工具116的当前位置。在步骤408，方法400还包括由控制器304至少部分地基于接收的边缘成形工具116的当前位置，将边缘成形工具116从其当前位置移动到期望位置。

本文所公开的各种实施例应以说明性和解释性意义来理解，并且不应以任何方式解释为对本发明的限制。所有连接参考(例如，相关的、提供的、连接的、联接的等)仅用于帮助读者理解本发明，并且可以不产生限制，特别是关于本文公开的系统和/或方法的位置、取向或使用。因此，连接参考，如果有的话，将进行广泛地解释。此外，这种连接参考不一定意味着两个元件彼此直接连接。

另外，所有数字术语，例如但不限于“第一”、“第二”或任何其他普通和/或数字术语，也应当仅作为标识符，以帮助读者理解本发明的各种元件、实施例、变型和/或修改，并且可以不产生任何限制，特别是关于任何元件、实施例、变型和/或修改相对于或超过另一元件、实施例、变型和/或修改的顺序或偏好。

应当理解，针对一个实施例示出或描述的各个特征可以与针对另一实施例示出或描述的各个特征组合。上述实施方式决不限制本发明的范围。因此，应当理解，尽管示出或描述了一些特征以在功能段的上下文中说明本发明的使用，但是在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神的情况下，可以从本发明的范围中省略这些特征。

工业实用性

通过实施本文公开的实施例，压实机的制造商可以提供用于控制压实机的一个或多个边缘成形工具的操作的控制系统。使用本发明的控制系统300，操作者可以根据操作者期望便利和容易程度并且基于应用的其他具体要求在至少三种操作模式之间进行选择，即，手动可调节模式、踢出模式和自主模式。

在压实机中实施控制系统300的情况下，例如，在高可变性的情况下，边缘成形操作可以以手动可调节模式进行，其中操作者具有足够的灵活性以通过考虑高可变性来手动控制边缘成形工具116。在其他情况下，例如，在遇到中等到高可变性的情况下，操作者可以选择踢出操作模式。踢出模式可以通过允许操作者在与铺砌材料的垫层200接合和脱离的位置之间循环边缘成形工具116来帮助减少操作者疲劳。在其他情况下，例如，在遇到低到中等可变性的情况下，操作者可以选择自主操作模式。自主模式可以通过完全去除人工干预并允许控制器304根据边缘成形工具116的当前位置和垫层200的深度确定边缘成形工具116的期望位置来帮助进一步减少操作者疲劳。此后，控制器304可以将边缘成形工具116从其当前位置移动到由控制器304较早确定的期望位置。

尽管已经参照上述实施例具体地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，在不脱离所公开的精神和范围的情况下，可以通过修改所公开的机器、系统、方法和过程来设想各种附加实施例。这些实施例应理解为落入基于权利要求及其任何等同物确定的本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种用于控制与压实机相关联的边缘成形工具的操作的控制系统，所述控制系统包括：

位置传感器，用于输出所述边缘成形工具相对于所述压实机的机架的当前位置；

控制器，设置成与所述位置传感器通信，所述控制器经配置：

从所述位置传感器接收所述边缘成形工具的所述当前位置；以及

至少部分地基于接收的所述边缘成形工具的当前位置，将所述边缘成形工具从其当前位置移动到期望位置。

2.根据权利要求1所述的控制系统，进一步包括与所述控制器通信的至少一个用户输入装置，其中所述用户输入装置可操作用于向所述控制器提供至少一种类型的输入，用于将所述边缘成形工具从其当前位置移动到所述期望位置。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中所述至少一种类型的用户输入包括初始输入，所述初始输入指示从用于所述控制器的多个操作模式中选择的操作模式。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其中所述操作模式包括以下之一：

手动可调节模式，其中所述控制器经配置基于提供给所述控制器的二次输入相对于所述机架移动所述边缘成形工具，所述二次输入可操作地从所述用户输入装置提供并且指示所述边缘成形工具的所述期望位置；

踢出模式，其中所述边缘成形工具的所述期望位置由使用所述用户输入装置的用户预定义并且在所述控制器处预设，并且响应于由所述用户输入装置提供给所述控制器的踢出命令，所述控制器将所述边缘成形工具移动到所述预定义的期望位置；以及

自主模式，其中所述控制器经配置：

根据所述边缘成形工具的当前位置和包括铺砌材料的垫层的深度来确定所述边缘成形工具的所述期望位置，所述功能在所述控制器处预设并且其中具有至少一个预定义逻辑；以及

将所述边缘成形工具从其当前位置移动到由所述控制器确定的所述期望位置。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述控制系统进一步包括位于以下之一上的深度传感器：所述压实机和另一机器，所述深度传感器设置成与所述控制器通信，用于向所述控制器输出指示所述垫层的所述深度的信号。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述控制器包括：

处理器，与所述位置传感器和所述深度传感器独立通信；以及

致动器，设置成与所述处理器通信并且与所述边缘成形工具联接，所述致动器经配置用于致动所述边缘成形工具相对于所述机架的移动。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述致动器是旋转致动器和线性致动器之一。

8.一种压实机，包括：

机架；

边缘成形工具，可移动地联接到所述机架；以及

控制系统，用于控制所述边缘成形工具的操作，所述控制系统包括：

位置传感器，用于输出所述边缘成形工具相对于所述压实机的机架的当前位置；

控制器，设置成与所述位置传感器通信，所述控制器经配置：

从所述位置传感器接收所述边缘成形工具的所述当前位置；以及

至少部分地基于所述接收的所述边缘成形工具的当前位置，将所述边缘成形工具从其当前位置移动到期望位置。

9.根据权利要求8所述的压实机，进一步包括与所述控制器通信的用户输入装置，其中所述用户输入装置可操作用于向所述控制器提供至少一种类型的输入，用于将所述边缘成形工具从其当前位置移动到所述期望位置。

10.根据权利要求9所述的压实机，其中所述至少一种类型的用户输入包括初始输入，所述初始输入指示从用于所述控制器的多个操作模式中选择的操作模式。

11.根据权利要求10所述的压实机，其中所述操作模式包括以下之一：

手动可调节模式，其中所述控制器经配置基于提供给所述控制器的二次输入相对于所述机架移动所述边缘成形工具，所述二次输入指示所述边缘成形工具的所述期望位置；

踢出模式，其中所述边缘成形工具的所述期望位置由用户预定义并且在所述控制器处预设，并且响应于提供给所述控制器的踢出命令，所述控制器将所述边缘成形工具移动到所述预定义的期望位置；以及

自主模式，其中所述控制器经配置：

根据所述边缘成形工具的所述当前位置和包括铺砌材料的垫层的深度来确定所述边缘成形工具的所述期望位置，所述功能在所述控制器处预设并且其中具有至少一个预定义逻辑；以及

将所述边缘成形工具从其当前位置移动到由所述控制器确定的所述期望位置。

12.根据权利要求12所述的压实机，其中所述控制系统进一步包括位于以下之一上的深度传感器：所述压实机和另一机器，所述深度传感器设置成与所述控制器通信，用于向所述控制器输出指示所述垫层的所述深度的信号。

13.根据权利要求13所述的压实机，其中所述控制器包括：

处理器，与所述位置传感器和所述深度传感器独立通信；以及

致动器，设置成与所述处理器和所述边缘成形工具通信，所述致动器经配置用于致动所述边缘成形工具相对于所述机架的移动。

14.根据权利要求14的所述压实机，其中所述致动器是旋转致动器和线性致动器之一。

15.根据权利要求8所述的压实机，其中所述压实机是滚筒压实机和气动压实机之一。

16.一种用于控制与压实机相关联的边缘成形工具的操作的方法，所述方法包括：

提供用于输出所述边缘成形工具相对于所述压实机的机架的当前位置的位置传感器；

提供与所述位置传感器通信的控制器；

使用所述控制器从所述位置传感器接收所述边缘成形工具的所述当前位置；以及

使用控制器，至少部分地基于所述接收的所述边缘成形工具的当前位置，将所述边缘成形工具从其当前位置移动到期望位置。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括提供与所述控制器通信的用户输入装置，所述用户输入装置可操作用于向所述控制器提供至少一种类型的输入，用于将所述边缘成形工具从其当前位置移动到所述期望位置。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括经由所述用户输入装置提供初始输入，所述初始输入指示从用于所述控制器的多个操作模式中选择的操作模式。

19.根据权利要求18所述的方法，其中选择所述操作模式包括选择以下之一：

手动可调节模式，其中所述控制器经配置基于提供给所述控制器的二次输入相对于所述机架移动所述边缘成形工具，所述二次输入指示所述边缘成形工具的所述期望位置；

踢出模式，其中所述边缘成形工具的所述期望位置由用户预定义并且在所述控制器处预设，并且响应于提供给所述控制器的踢出命令，所述控制器将所述边缘成形工具移动到所述预定义的期望位置；以及

自主模式，其中所述控制器经配置：

根据所述边缘成形工具的所述当前位置和包括铺砌材料的垫层的深度来确定所述边缘成形工具的所述期望位置，所述功能在所述控制器处预设并且其中具有至少一个预定义逻辑；以及

将所述边缘成形工具从其当前位置移动到由所述控制器确定的所述期望位置。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括提供以下之一上的深度传感器：所述压实机和另一机器，其中所述深度传感器设置成与所述控制器通信，用于向所述控制器输出指示所述垫层的所述深度的信号。

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