CN112211238A - 自动履带对准和底盘回转 - Google Patents

Abstract

一种作业机器，包括：底盘；主框架；回转轴承；所述回转轴承从所述主框架支撑所述底盘；回转马达，所述回转马达被配置成使所述主框架在所述回转轴承上围绕枢转轴线枢转；大臂，所述大臂沿着作业方向从所述主框架延伸；和枢转角度传感器，所述枢转角度传感器被配置成提供对应于所述主框架相对于所述底盘围绕所述枢转轴线的枢转位置的枢转角度信号。控制器被配置成接收所述枢转角度信号并且被配置成自动地驱动所述回转马达。

Description

自动履带对准和底盘回转

发明领域

本公开涉及具有相对于作业机器的底盘围绕大体竖直的枢转轴线枢转的大臂组件的类型的作业机器。

背景技术

这种类型的作业机器可以举例来说包括挖掘机机器、伐木归堆机器、前铲斗机器以及其它。这些机器可以具有从地面表面支撑底盘的履带式或轮式地面接合单元。这样的机器出现了各种情况，其中人类操作员需要控制大臂组件相对于底盘的枢转位置。

举例来说，在履带式挖掘机机器的情况下，相对于大臂组件的底盘定向影响机器稳定性，并且它影响履带在挖掘操作期间的磨损。通常，人类操作员需要改变底盘定向而不干扰大臂组件相对于地面表面的定向。人类操作员可能期望将大臂组件与履带对准，使得挖掘方向在履带的向前前进方向上延伸，以改进稳定性并且减少履带上的磨损。或者，人类操作员可能需要相对于地面表面的一些特征重新定向底盘，而不影响大臂组件相对于地面表面的定向。

目前，在不改变底盘相对于地面表面的定向的情况下改变大臂组件与底盘的对准需要人类操作员来回多次移动挖掘机或其它作业机器，这导致操作员疲劳和疲乏。为了在不改变大臂组件相对于地面表面的定向的情况下执行这样的对准的改变，由于需要同时的控制操作，因此人类操作员必须高度熟练。

发明内容

本公开提供了用于控制大臂组件和底盘的对准的自动控制系统的改进。

在一个实施例中，作业机器包括底盘，所述底盘包括第一和第二地面接合单元，所述第一和第二地面接合单元包括分别用于驱动所述第一和第二地面接合单元的第一和第二行驶马达。主框架由回转轴承从所述底盘支撑，使得所述主框架可围绕枢转轴线相对于所述底盘枢转，当由所述地面接合单元接合的地面表面基本上水平时，所述枢转轴线基本上竖直。回转马达被配置成使所述主框架在所述回转轴承上围绕所述枢转轴线相对于所述底盘枢转。大臂沿着所述大臂的作业方向从所述主框架延伸。枢转角度传感器被配置成提供对应于所述主框架相对于所述底盘围绕所述枢转轴线的枢转位置的枢转角度信号。控制器被配置成接收所述枢转角度信号，并且选择性地自动地驱动所述回转马达以使所述主框架围绕所述枢转轴线相对于所述底盘旋转到所述主框架相对于所述底盘的目标枢转位置。

在另一实施例中，提供了一种控制这样的作业机器的方法。所述方法可以包括以下步骤：

(a)自动地感测所述主框架相对于所述底盘围绕所述枢转轴线的枢转位置；和

(b)自动地控制所述回转马达，并且借此使所述主框架围绕所述枢转轴线相对于所述底盘旋转到所述主框架相对于所述底盘的目标枢转位置。

在当结合附图一起阅读以下公开内容后，本文中所陈述的实施例的许多目的、特征和优点对本领域技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

图1是并入本文中公开的自动控制系统的履带式挖掘机机器的侧视立面图。

图2是图1的履带式挖掘机机器的示意性后视立面分解视图，图示了与回转轴承和主框架分离的底盘。示意性地图示了用于相对于底盘枢转主框架的回转马达和用于驱动履带的行驶马达。还示意性地图示了枢转角度传感器、第一和第二行驶马达速度传感器以及用于定向传感器的两种替代设计。

图3是并入本文中所公开的自动控制系统并且包括用于控制回转轴承的俯仰和滚转的调平机构的履带式伐木归堆机器的侧视立面图。

图4是具有相关联的输入传感器和到相关联的致动器的输出信号的控制器的示意性图示。

图5A是图1的机器的示意性平面图，示出了与履带的向前行驶方向对准的大臂的作业方向。

图5B是图1的机器的示意性平面图，示出了横向于履带的向前行驶方向延伸的大臂的作业方向。

图5C是图1的机器的示意性平面图，示出了平行于履带的向前行驶方向但与其成180度定向的大臂的作业方向。

图6A到图6C包括图1的机器的示意性的顺序性的一系列平面图，其图示了自动履带对准模式，所述自动履带对准模式提供底盘相对于地面的定向通过第一角度的改变，并且提供主框架相对于底盘通过与第一角度相反并且相等的第二角度的同时旋转，使得底盘移动成与大臂对准，而不改变大臂相对于地面表面的定向。

图7A到图7C包括图1的机器的示意性的顺序性的一系列平面图，图示了底盘回转模式，所述底盘回转模式允许人类操作员控制底盘相对于地面表面旋转到由人类操作员选择的任何定向，同时维持大臂组件相对于地面表面的初始定向。

图8A到图8C包括图1的机器的示意性的顺序性的一系列平面图，图示了自动大臂对准模式，其中在没有对底盘相对于地面表面的定向做出任何改变的情况下，大臂组件相对于底盘自动地旋转到其中大臂组件的作业方向平行于向前行驶方向的位置。

图9A到图9C包括图1的机器的多个替代平面图，图示了多个预设位置模式，所述预设位置模式允许人类操作员预设主框架相对于底盘的多个预设目标枢转位置，并且然后选择主框架相对于底盘的预设目标枢转位置中的任何一个。

具体实施方式

现在参考附图，并且特别参考图1，作业机器被示出并且通常由附图标记20指定。图1示出了履带式挖掘机机器20。本文中公开的系统可应用于挖掘机机器、伐木归堆机器、前铲斗机器和具有相对于作业机器的底盘围绕大体上竖直的枢转轴线枢转的大臂组件的类型的其它作业机器。这些机器可以具有从地面表面支撑底盘的履带式或轮式地面接合单元。

作业机器20在图1中以侧视立面组装视图示出，并且在图2中以后视立面示意性部分分解视图示出。

作业机器20包括底盘22，底盘22包括第一地面接合单元24和第二地面接合单元26，第一地面接合单元24和第二地面接合单元26包括分别用于驱动第一地面接合单元24和第二地面接合单元26的第一行驶马达28和第二行驶马达30。

主框架32由回转轴承34从底盘22支撑，使得主框架32可围绕枢转轴线36相对于底盘枢转。当由地面接合单元24和26接合的地面表面38基本上水平时，枢转轴线36基本上竖直。回转马达40被配置成使主框架32在回转轴承34上围绕枢转轴线36相对于底盘22枢转。

大臂组件42包括大臂44、枢转地连接到大臂44的小臂46和作业工具48。大臂44枢转地附接到主框架32，以围绕大体上水平的轴线相对于主框架32枢转。在这个实施例中的作业工具是枢转地连接到小臂46的挖掘机铲斗48。大臂组件42沿着大臂组件42的作业方向50从主框架32延伸。作业方向50也可以被描述为大臂44的作业方向。

在图1的实施例中，第一地面接合单元24和第二地面接合单元26是履带式地面接合单元。履带式地面接合单元中的每一个包括前引导轮52、驱动链轮54和围绕前引导轮52和驱动链轮54延伸的履带链56。每个履带式地面接合单元24或26的行驶马达28或30驱动其相应的驱动链轮54。每个履带式地面接合单元具有从驱动链轮54朝向前引导轮52限定的向前行驶方向58。履带式地面接合单元的向前行驶方向58也限定底盘22以及因此作业机器20的向前行驶方向58。

操作员驾驶室60可以位于主框架32上。操作员驾驶室60和大臂组件42都可以安装在主框架上，使得操作员驾驶室60面向大臂组件的作业方向50。控制站62可以位于操作员驾驶室60中。

同样安装在主框架32上的是用于为作业机器20提供动力的发动机64。发动机64可以是柴油内燃机。发动机64可以驱动液压泵66以向作业机器20的各种操作系统提供液压动力。在图4中进一步示意性地图示了发动机64、液压泵66和用于作业机器20的相关液压动力系统，这将在下文进一步描述。

如图2中示意性地示出的回转轴承34包括被配置成螺栓连接到主框架32的下侧的上部环68和被配置成螺栓连接到底盘22的下部环70。下部环70包括内部带齿的环形齿轮72。回转马达40安装在主框架32上，并且驱动小齿轮74，小齿轮74向下延伸成与内部带齿的环形齿轮72接合。回转马达40的操作驱动小齿轮74，这导致主框架32在回转轴承34上围绕枢转轴线36相对于底盘22的枢转移动。

如图2中示意性地图示的，枢转角度传感器76可以包括安装在主框架32上的上部传感器部分76A和安装在底盘22上的下部传感器部分76B。枢转角度传感器76被配置成提供对应于主框架32相对于底盘22围绕枢转轴线36的枢转位置的枢转角度信号76S(参见图4)。枢转角度传感器76举例来说可以是霍尔效应旋转传感器。这样的霍尔效应旋转传感器可以包括霍尔元件、旋转轴和磁体。当霍尔元件的角位置改变时，磁场中的对应改变导致输出电压的线性改变。其它合适类型的旋转位置传感器包括旋转电位计、分解器、光学编码器、感应传感器和类似物。

第一行驶马达28和第二行驶马达30可以具有与其相关联的第一行驶马达速度传感器78和第二行驶马达速度传感器80，第一行驶马达速度传感器78和第二行驶马达速度传感器80被配置成分别提供对应于第一行驶马达28和第二行驶马达30的旋转速度的第一行驶马达速度信号78S和第二行驶马达速度信号80S(参见图4)。行驶马达速度传感器78和80举例来说可以是霍尔效应旋转传感器，或者上述替代传感器类型中的任何一个。

作业机器20可以进一步包括定向传感器82，定向传感器82被配置成提供对应于定向传感器82相对于地面表面38的定向或定向的改变的定向信号82S(参见图4)。尽管定向传感器82在图1中被示出为相对于主框架32被固定，但是它们也可安装在底盘22上。

定向传感器82的一个实施例可以包括安装在主框架32或驾驶室60上的惯性测量单元(IMU)84。这样的IMU可以呈三轴线陀螺仪单元的形式，其被配置成检测定向传感器82的定向的改变，并且因此检测它所固定到其的主框架32相对于初始定向的定向的改变。

定向传感器82的另一实施例可以包括相对于主框架32和驾驶室60固定的多个GPS感测单元86、88。这样的GPS感测单元可以检测作业机器20在外部参考系统内的绝对位置和定向，并且可以检测这样的位置和定向的改变。

定向传感器82的另一实施例可以包括基于摄像机的系统，所述系统可以经由图像处理观察周围的结构特征，并且可以响应于作业机器相对于那些周围结构特征的定向。这样的基于摄像机的定向传感器82还可以向人类操作员显示底盘和周围地面表面38的图像。

图4的控制系统

如图4中示意性地图示的，作业机器20包括控制系统90，控制系统90包括控制器92。控制器92可以是作业机器20的机器控制系统的一部分，或者可以是单独的控制模块。控制器92可以安装在操作员驾驶室60中在控制面板62处。控制器92被配置成接收来自枢转角度传感器76的枢转角度信号76S、来自马达速度传感器78和80的马达速度信号78S和80S以及来自定向传感器82的定向信号82S作为输入信号。在图4中通过将传感器连接到控制器的虚线示意性地指示了从各个传感器传输到控制器92的信号，其中箭头指示信号从传感器到控制器92的流动。

类似地，控制器92将产生用于控制各种致动器的操作的控制信号，所述控制信号在图4中由将控制器92连接到各种致动器的虚线示意性地指示，其中箭头指示命令信号从控制器92到相应致动器的流动。将理解，如本文中公开的各种致动器可以是液压马达或者可以是液压活塞油缸单元，并且来自控制器92的电子控制信号实际上将由与致动器相关联的电动液压控制阀接收，并且电动液压控制阀将控制液压流体到相应液压致动器的流动和从相应液压致动器的流动，以响应于来自控制器92的控制信号来控制其致动。

可替选地，致动器可以是电动致动器。回转马达40以及第一行驶马达28和第二行驶马达30可以是电动马达。在这样的实施例中，来自控制器92的控制信号可以激活继电器和开关，以将电力引导到电动马达，从而以所期望的速度在所期望的方向上驱动马达。

发送到回转马达40的控制信号40C(参见图4)选择性地驱动回转马达40，以响应于输入信号中的各种信号而使主框架32围绕枢转轴线36相对于底盘22自动地旋转。可以被称为第一和第二行驶马达速度信号的控制信号28C和30C(参见图4)被发送到第一行驶马达28和第二行驶马达30，控制第一行驶马达28和第二行驶马达30的方向和速度，以控制底盘22相对于地面表面38的旋转移动。控制信号至少部分地响应于输入信号中的一个或多个而产生。

控制器92包括处理器94、计算机可读介质96、数据库98和具有显示器102的输入/输出模块或控制面板100或可以与处理器94、计算机可读介质96、数据库98和具有显示器102的输入/输出模块或控制面板100相关联。提供了输入/输出装置104(例如键盘、操纵杆或其它用户接口)，使得人类操作员可以向控制器输入指令。应当理解，本文中所描述的控制器92可以是具有所有所描述功能性的单个控制器，或者它可以包括多个控制器，其中所描述功能性分布在多个控制器当中。

如结合控制器92描述的各种操作、步骤或算法可以直接实施在硬件中、计算机程序产品106(例如，由处理器94执行的软件模块)中或者两者的组合中。计算机程序产品106可以驻留在RAM存储器、闪存存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘或本领域已知的任何其它形式的计算机可读介质96中。示例性计算机可读介质96可以联接到处理器94，使得处理器可以从存储器/存储介质读取信息，并且将信息写入到存储器/存储介质。在替代方案中，所述介质可以与处理器成一体。处理器和介质可以驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和介质可以作为离散部件驻留在用户终端中。

如本文所使用的术语“处理器”可以指代至少通用或专用处理装置和/或逻辑，如本领域技术人员可以理解的，包括但不限于微处理器、微控制器、状态机和类似物。处理器也可以实施为计算装置的组合，例如，DSP和结合DSP内核的微处理器、多个微处理器、一个或多个微处理器的组合、或者任何其它这样的配置。

在图4中，还图示了包括由发动机64驱动的先前提到的液压泵66的液压流体供应系统。泵66从箱108获取液压流体，并且向液压流体供应管线110提供加压液压流体。供应管线110连接到与第一行驶马达28和第二行驶马达30以及回转马达40相关联的电动液压方向和流量控制阀28V、30V和40V中的每一个的第一入口。

阀28V、30V和40V中的每一个被示出为三位阀，所述三位阀具有：中心位置，其中没有流体流过阀；左侧位置，其中流体流动到第一出口端口；和右侧位置，其中流体流动到第二出口端口。来自每个控制阀的液压流体在所选择方向上流动到其相应的液压马达。来自液压马达的返回流体穿过相应的控制阀流回到返回管线112，返回管线112使液压流体返回到箱108。

阀28V、30V和40V中的每一个可以是比例控制阀，其中，除了控制流动方向之外，所述阀还控制液压流体的流量，所有都响应于从控制器92接收的控制信号。可替选地，液压马达中的每一个可以具有与其相关联的单独的流动方向控制阀和流量控制阀。

操作模式

如下文关于几种操作模式进一步描述的，控制器92被配置成接收枢转角度信号76S，并且选择性地自动地驱动回转马达40，以使主框架32围绕枢转轴线36相对于底盘22旋转到主框架32相对于底盘22的目标枢转位置。

出于参考目的，在图5A到图5C中示出了主框架32相对于底盘22的几个可能的定向。图5A是图1的机器的示意性平面图，示出了大臂的与履带的向前行驶方向对准的作业方向。图5B是图1的机器的示意性平面图，示出了大臂的横向于履带的向前行驶方向延伸的作业方向。图5C是图1的机器的示意性平面图，示出了大臂的平行于履带的向前行驶方向但与其成180度定向的作业方向。

图6A到图6C的自动履带对准模式

控制器92包括自动履带对准模式，所述自动履带对准模式将在主框架32下方的适当位置的底盘22旋转到其中在不改变大臂组件42相对于地面表面38的定向的情况下大臂组件42或大臂44的作业方向50与作业机器20的向前行驶方向58对准的位置。在自动履带对准模式中，主框架32相对于底盘22的目标枢转位置是其中地面接合单元24和26的向前行驶方向58与大臂组件42的作业方向50对准的枢转位置。在图6A到图6C的系列中示意性地图示了这种自动履带对准模式。

在图6A中，示出了处于初始位置的作业机器20，其中地面接合单元24和26的向前行驶方向58和大臂组件42的作业方向50彼此成角度地偏移第一角度114。期望在不改变大臂组件42相对于地面表面的定向的情况下将底盘22相对于地面表面重新定向到图6C的位置。

作业机器20的人类操作员可以通过对输入装置104的适当输入来选择自动履带对准模式。当选择了自动履带对准模式时，控制器92被配置成自动地驱动两个行驶马达24和26，以通过以基本上相等的旋转速度在相反方向上同时操作马达24和26并且借此使底盘22相对于地面表面38旋转通过第一角度114，来将底盘22相对于地面表面38的定向从图6A的初始定向改变到图6C的最终定向。控制器92可以至少部分地响应于第一行驶马达速度信号78S和第二行驶马达速度信号80S，而产生到行驶马达24和26的控制信号24C和26C，以确保行驶马达以基本上相等的速度操作。

在自动履带对准模式中，控制器92还被配置成自动地驱动回转马达40，以使主框架32与底盘22相对于地面表面38旋转的同时并且以与底盘22相对于地面表面38旋转基本上相同的速率围绕枢转轴线36从相对于图6A中所示的底盘的初始枢转位置旋转通过与第一角度114相反并且相等的第二角度116到图6C的最终位置，使得主框架32相对于地面表面38的定向被维持，同时底盘22相对于地面表面38的定向被改变。在自动履带对准模式中，主框架32相对于底盘22的目标枢转位置是从主框架32相对于底盘22的初始枢转位置移位第二角度的位置。

图6B示意性地图示了在图6A的初始位置和图6C的最终位置之间的中间位置，其中，履带24和26以相等的速度在相反的方向上驱动，以顺时针旋转底盘22，而回转马达40被同时地驱动，以使主框架32相对于底盘22逆时针旋转。

控制器92还将接收来自枢转角度传感器76的输入信号76S，并且将引导底盘22相对于地面表面38的同时旋转和主框架32相对于底盘22的反向旋转，直到大臂组件42的作业方向50与底盘22的向前行驶方向58对准为止。控制器92可以进一步被配置成随着接近主框架32相对于底盘22的目标枢转位置而逐渐地使旋转和反向旋转减速。

图7A到图7C的底盘回转模式

控制器92包括底盘回转模式，其中，人类操作员可以控制底盘22相对于地面表面38旋转到由人类操作员选择的任何定向，同时维持大臂组件42相对于地面表面38的初始定向。举例来说，作业机器20可以在如图7A中所示的初始位置中开始，其中大臂组件42的作业方向50与作业机器20的向前行驶方向58对准。人类操作员可能期望将底盘22相对于地面表面38逆时针旋转到图7C的最终位置，同时维持大臂组件42相对于地面表面38的初始定向。在图7A到图7C系列中示意性地图示了这种底盘回转模式。

作业机器20的人类操作员可以通过对输入装置104的适当输入来选择底盘回转模式。当选择了底盘回转模式时，控制器92被配置成在来自人类操作员的进一步控制输入下自动地驱动两个行驶马达24和26，以通过以基本上相等的旋转速度在相反方向上同时操作马达24和26来在所选择的顺时针或逆时针方向上将底盘22相对于地面表面38的定向从图7A的初始定向改变。这将使底盘22相对于地面表面38旋转通过第一角度114，直到旋转命令被人类操作员的控制输入终止为止。当底盘22依照人类操作员的指导逆时针旋转时，控制器92自动地驱动回转马达40，以使主框架32与底盘22相对于地面表面38旋转同时并且以与底盘22相对于地面表面38旋转基本上相同的速率围绕枢转轴线36相对于底盘22顺时针旋转。因此，主框架32相对于地面表面38的定向被维持，同时底盘22相对于地面表面38的定向被改变。在底盘回转模式中，主框架32相对于底盘22的目标枢转位置是从主框架32相对于底盘22的初始枢转位置移位与第一角度相等并且相反的角度的位置，由人类操作员选择所述第一角度以使底盘22相对于地面表面38旋转。

图7B示意性地图示了在图7A的初始位置和图7C的最终位置之间的中间位置，其中，履带24和26以相等的速度在相反的方向上驱动，以逆时针旋转底盘22，同时回转马达40被同时地驱动，以使主框架32相对于底盘22顺时针旋转。

图8A到图8C的自动大臂对准模式

控制器92还包括自动大臂对准模式。在自动大臂对准模式中，人类操作员可能希望在没有对底盘22相对于地面表面38的定向做出任何改变的情况下将大臂组件42相对于底盘22旋转到其中大臂组件42的作业方向50平行于向前行驶方向50的位置。大臂组件42可以使其作业方向50如图8B中所见与向前行驶方向58对准，或者如图8C中所见平行于履带的向前行驶方向58但定向成与其成180度。这样的大臂对准可以举例来说在将作业机器从一个作业位置移动到另一作业位置之前是期望的。在图8A到图8C中示意性地图示了这种自动大臂对准模式。

作业机器20的人类操作员可以通过对输入装置104的适当输入来选择大臂对准模式。当选择了大臂对准模式时，控制器92被配置成至少部分地响应于来自枢转角度传感器76的输入信号76S而将回转马达40自动地驱动到图8B或图8C的位置中的任一个。大臂对准模式可以包括可选的输入，从而允许人类操作员选择图8B或图8C的最终位置，或者大臂对准模式可以被编程为自动地选择图8B或图8C的位置中最近的一个。

控制器92可以进一步被配置成随着接近主框架32相对于底盘22的目标枢转位置而逐渐地使旋转和反向旋转减速。

图9A到图9C的多个预设位置模式

控制器92还包括多预置位置模式。在多预设位置模式中，人类操作员可以预设主框架32相对于底盘22的多个预设目标枢转位置，并且然后人类操作员可以选择主框架32相对于底盘22的预设目标枢转位置中的任何一个。举例来说，挖掘机20的操作员可以在大臂组件42相对于地面表面38的第一定向处正在挖掘泥土，如图9A中所示；在大臂组件相对于地面表面处于第二定向上的情况下，正在将挖掘的泥土沉积到桩的左侧，如图9B所示；并且在大臂组件42相对于地面表面处于第三定向上的情况下，正在将挖掘的泥土周期性地装载到位于右侧的卡车，如图9C所示。

作业机器20的人类操作员可以通过对输入装置104的适当输入来选择多预设位置模式。当选择了多预设位置模式时，人类操作员可以将大臂组件42放置在相对于底盘22的所选择位置中，并且将那些位置9A、9B和9C“保存”为多个预设位置。然后，在对控制器92的进一步输入的情况下，操作员可以选择预设位置中的任何一个，并且控制器92将被配置成自动地将大臂组件42从它所处的任何位置枢转到该预设位置。当选择了预设位置中的一个时，控制器92被配置成至少部分地响应于来自枢转角度传感器76的输入信号76S而自动地驱动回转马达40，以将大臂组件42枢转到所选择的预设位置。控制器92可以进一步被配置成随着接近主框架32相对于底盘22的目标枢转位置而逐渐地使旋转和反向旋转减速。

定向感测

上文操作模式中的每一种都可以在有或没有来自定向传感器82中的一个的输入的情况下执行。

定向传感器82中的一个的使用可以向控制器92提供额外的输入，以进一步确保在底盘22相对于地面表面重新定向时，大臂组件42相对于地面表面38的定向不会改变。当使用定向传感器82中的一个时，控制器接收对应于定向传感器相对于地面表面38的定向或定向的改变的定向信号82S，并且控制器92被配置成至少部分地基于定向信号82S而维持主框架32相对于地面表面的定向。

此外，定向传感器82的使用可以确保实现底盘22相对于地面表面38的所期望的重新定向，而不管在底盘22的重新定向期间履带式地面接合单元中的一个或两个相对于地面表面38的滑动。

当使用实施为安装在主框架32或驾驶室60上的惯性测量单元(IMU)84的定向传感器82时，IMU检测定向传感器82的定向的改变，并且因此检测它被固定的主框架32相对于初始定向的定向的改变。

当使用实施为相对于主框架32和驾驶室60固定的多个GPS感测单元86、88的定向传感器82时，GPS感测单元可以检测作业机器20在外部参考系统内的绝对位置和定向，并且可以检测这样的位置和定向的改变。

图3的替代实施例

可以与具有相对于作业机器的底盘围绕大体竖直的枢转轴线枢转的大臂组件的类型的许多不同的作业机器一起使用本文中所公开的控制系统90。

图3图示了被实施为用于在林业中收获树木的履带式伐木归堆机器120的这样的作业机器的另一个实施例。类似于先前描述的挖掘机类型的作业机器20，履带式伐木归堆机器120具有底盘22、第一履带式地面接合单元24和第二履带式地面接合单元26、主框架32、回转轴承34和大臂组件42。伐木归堆机器120可以包括与刚刚关于图4所描述的相同的控制系统90，以控制其底盘22相对于地面表面38的定向，并且控制其主框架32和大臂组件42相对于其底盘22的定向。

然而，与挖掘机机器20相反，伐木归堆机器120经常在非常不平坦的地面上操作，例如当在多山地区收获树木时。因此，伐木归堆机器120可以包括调平机构122，调平机构122包括多个线性致动器，所述多个线性致动器可以呈液压活塞油缸单元124和126的形式，以调整回转轴承34以及因此主框架32相对于底盘22的俯仰和滚转。调平机构122可以根据第8,180,532号美国专利的教导来构造，所述美国专利的细节通过引用并入本文中。在伐木归堆机器120的情况下，枢转轴线36由回转轴承34限定，并且枢转角度传感器76安装在回转轴承34的上部环68和下部环70之间。

调平机构122的目的是为了正在操作伐木归堆机器120的人类操作员的舒适和安全，将操作员驾驶室60相对于重力维持在大体上水平的定向上。

将了解，对于给定的非水平地面表面138，液压活塞油缸单元124和126的将操作员驾驶室60维持在大体上水平定向上的必要位置将取决于主框架32围绕由回转轴承34限定的枢转轴线36的枢转位置而变化。

当将控制系统90并入包括这样的调平机构122的伐木归堆机器120中时，控制器92包括水平控制模式，其中控制器92被配置成控制调平机构122的各种液压活塞油缸单元124和126的延伸，以至少部分地基于来自枢转角度传感器76的枢转角度信号76S而控制回转轴承34的俯仰和滚转。

如图4中进一步所示，在水平控制模式中，控制器92被配置成向电动液压比例控制阀124V和126V发送控制信号124C和126C，以控制到液压活塞油缸单元124和126的液压流体的方向和流量。控制信号124C和126C至少部分地基于来自枢转角度传感器76的枢转角度信号76S。

可替选地，线性致动器124可以是其它类型的线性致动器，包括液压或电动力的导螺杆、电动或液压动力的齿条和小齿轮、气动致动器或类似物。

操作方法

作业机器20或120的一种操作方法可以包括以下步骤：

(a)自动地感测主框架32相对于底盘22围绕枢转轴线36的枢转位置；和

(b)自动地控制回转马达40，并且借此使主框架32围绕枢转轴线36相对于底盘22旋转到主框架32相对于底盘22的目标枢转位置。

方法可以进一步包括：

以底盘22相对于地面表面38处于初始定向以及主框架32相对于底盘22处于初始枢转位置开始，自动地驱动两个行驶马达24和26，以通过使底盘22相对于地面表面38旋转通过第一角度114而改变底盘22相对于地面表面38的定向；和

其中，步骤(b)进一步包括：自动地驱动回转马达40，以使主框架32在与底盘22相对于地面表面38旋转的同时以与底盘22相对于地面表面38旋转基本上相同的速率围绕枢转轴线36旋转通过与第一角度114相反并且相等的第二角度116，借此维持主框架32相对于地面表面38的定向，同时改变底盘22相对于地面表面38的定向。

方法可以进一步包括：当地面接合单元24、26的向前行驶方向58与大臂组件42的作业方向50对准时，自动地终止底盘22相对于地面表面38的旋转。

方法可以进一步包括：通过来自作业机器20、120的人类操作员的控制输入来终止底盘22相对于地面表面38的旋转。

方法可以进一步包括：

产生表示主框架32相对于地面表面38的定向或定向的改变的定向信号82S；并且

其中，步骤(b)进一步包括：至少部分地基于定向信号82S

保持主框架32相对于地面表面38的定向。

方法还可以进一步包括以下步骤：至少部分地基于主框架32相对于底盘22围绕枢转轴线36的枢转位置而自动地控制回转轴承34的俯仰和滚转。

方法可以进一步包括：在步骤(b)中，在目标枢转位置中，大臂44的作业方向50平行于向前行驶方向50。

方法可以进一步包括：

预设主框架32相对于底盘22的多个预设目标枢转位置；

和

在步骤(b)之前，选择主框架32相对于底盘22的预设目标位置中的一个。

因此，可以看出，本公开的设备和方法容易实现所提到的目的和优点以及其中固有的那些目的和优点。虽然出于当前目的已经图示和描述了本公开的某些优选实施例，但是本领域技术人员可以对部件和步骤的布置和构造进行多种改变，所述改变囊括在如由所附权利要求书限定的本公开的范围和精神内。每个公开的特征或实施例可以与任何其它公开的特征或实施例组合。

Claims (20)

1.一种作业机器，包括：

底盘，所述底盘包括第一地面接合单元和第二地面接合单元，所述第一地面接合单元和所述第二地面接合单元包括分别用于驱动所述第一地面接合单元和所述第二地面接合单元的第一行驶马达和第二行驶马达；

主框架；

回转轴承，所述回转轴承从所述底盘支撑所述主框架，使得所述主框架能够围绕枢转轴线相对于所述底盘枢转，当由所述地面接合单元接合的地面表面基本上水平时，所述枢转轴线基本上竖直；

回转马达，所述回转马达被配置成使所述主框架在所述回转轴承上围绕所述枢转轴线相对于所述底盘枢转；

大臂，所述大臂沿着所述大臂的作业方向从所述主框架延伸；

枢转角度传感器，所述枢转角度传感器被配置成提供与所述主框架围绕所述枢转轴线相对于所述底盘的枢转位置对应的枢转角度信号；和

控制器，所述控制器被配置成接收所述枢转角度信号，所述控制器被配置成选择性地自动驱动所述回转马达以使所述主框架围绕所述枢转轴线相对于所述底盘旋转到所述主框架相对于所述底盘的目标枢转位置。

2.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述控制器被配置成：

自动地驱动两个行驶马达，以通过使所述底盘相对于所述地面表面旋转通过第一角度而使所述底盘相对于所述地面表面的定向从初始定向改变；并且

自动地驱动所述回转马达，以使所述主框架在与所述底盘相对于所述地面表面旋转的同时以与所述底盘相对于所述地面表面旋转的速率基本上相同的速率围绕所述枢转轴线从相对于所述底盘的初始枢转位置旋转通过与所述第一角度相反并且相等的第二角度，使得在所述底盘相对于所述地面表面的定向被改变的同时，所述主框架相对于所述地面表面的定向被维持，其中，所述主框架相对于所述底盘的所述目标枢转位置是从所述主框架相对于所述底盘的所述初始枢转位置移位所述第二角度的位置。

3.根据权利要求2所述的作业机器，其中：

所述第一地面接合单元和所述第二地面接合单元是履带式地面接合单元，所述履带式地面接合单元中的每一个包括前引导轮、驱动链轮、围绕所述前引导轮和所述驱动链轮延伸的履带链，并且其中，相应的行驶马达驱动所述驱动链轮，每个履带式地面接合单元具有从所述驱动链轮朝向所述前引导轮限定的向前行驶方向；并且

所述控制器包括自动履带对准模式，其中，所述主框架相对于所述底盘的所述目标枢转位置是其中所述地面接合单元的所述向前行驶方向与所述大臂的所述作业方向对准的枢转位置，并且其中，当所述地面接合单元的所述向前行驶方向与所述大臂的所述作业方向对准时，所述底盘相对于所述地面表面的所述旋转自动地终止。

4.根据权利要求2所述的作业机器，其中：

所述控制器包括底盘回转模式，在该底盘回转模式中，所述底盘相对于所述地面表面的所述旋转持续到由来自所述作业机器的人类操作员的控制输入终止为止。

5.根据权利要求2所述的作业机器，进一步包括：

定向传感器，所述定向传感器安装在所述作业机器上，并且被配置成提供与所述定向传感器相对于所述地面表面的定向或定向的改变对应的定向信号；并且

其中，所述控制器被配置成接收所述定向信号，并且被配置成至少部分地基于所述定向信号而维持所述主框架相对于所述地面表面的所述定向。

6.根据权利要求2所述的作业机器，进一步包括：

调平机构，所述调平机构安装到所述底盘并支撑所述回转轴承，所述调平机构包括多个液压缸，所述多个液压缸被配置成调整所述回转轴承相对于所述底盘的俯仰和滚转；并且

所述控制器被配置成至少部分地基于所述枢转角度信号而引导对所述回转轴承的所述俯仰和滚转的控制。

7.根据权利要求1所述的作业机器，其中：

所述地面接合单元限定所述底盘的向前行驶方向；并且

所述控制器包括自动大臂对准模式，在该自动大臂对准模式中，在所述目标枢转位置中，所述大臂的所述作业方向平行于所述向前行驶方向。

8.根据权利要求1所述的作业机器，进一步包括：

控制器接口，所述控制器接口被配置成使得所述作业机器的人类操作员能够预设所述主框架相对于所述底盘的多个预设目标枢转位置，并且所述控制器接口被配置成使得所述人类操作员能够选择所述主框架相对于所述底盘的所述预设目标枢转位置中的任何一个。

9.根据权利要求1所述的作业机器，其中：

所述第一地面接合单元和所述第二地面接合单元是履带式地面接合单元，所述履带式地面接合单元中的每一个包括前引导轮、驱动链轮、围绕所述前引导轮和所述驱动链轮延伸的履带链，并且其中，相应的行驶马达驱动所述驱动链轮，每个履带式地面接合单元具有从所述驱动链轮朝向所述前引导轮限定的向前行驶方向；并且

所述控制器被配置成在相反的方向上以相同的速率自动地驱动两个行驶马达，以通过使所述底盘相对于所述地面表面旋转通过第一角度而改变所述底盘相对于所述地面表面的定向。

10.根据权利要求9所述的作业机器，进一步包括：

第一行驶马达速度传感器和第二行驶马达速度传感器，所述第一行驶马达速度传感器和所述第二行驶马达速度传感器被配置成分别提供与所述第一行驶马达的旋转速度和所述第二行驶马达的旋转速度对应的第一行驶马达速度信号和第二行驶马达速度信号；并且

其中，所述控制器被配置成接收所述第一行驶马达速度信号和所述第二行驶马达速度信号。

11.根据权利要求1所述的作业机器，其中：

所述第一行驶马达和所述第二行驶马达以及所述回转马达均是液压马达；

所述作业机器进一步包括与所述液压马达中的每一个相关联的电动液压方向和流量控制阀；并且

所述控制器被配置成产生控制信号，所述控制信号被引导到所述电动液压方向和流量控制阀中的每一个，以控制液压流体穿过相应液压马达的方向和液压流体到所述相应液压马达的流量。

12.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述作业机器是从由以下各项组成的组选择的机器：

履带式挖掘机机器；

轮式挖掘机机器；

履带式伐木归堆机器；

履带式前铲斗机器；和

轮式前铲斗机器。

13.一种控制作业机器的方法，所述作业机器包括：

底盘，所述底盘包括第一地面接合单元和第二地面接合单元，所述第一地面接合单元和所述第二地面接合单元包括分别用于驱动所述第一地面接合单元和所述第二地面接合单元的第一行驶马达和第二行驶马达；

主框架；

回转轴承，所述回转轴承从所述底盘支撑所述主框架，使得所述主框架能够围绕枢转轴线相对于所述底盘枢转，当由所述地面接合单元接合的地面表面基本上水平时，所述枢转轴线基本上竖直；

回转马达，所述回转马达被配置成使所述主框架在所述回转轴承上围绕所述枢转轴线相对于所述底盘枢转；和

大臂，所述大臂沿着所述大臂的作业方向从所述主框架延伸；

所述方法包括以下步骤：

(a)自动地感测所述主框架围绕所述枢转轴线相对于所述底盘的枢转位置；和

(b)自动地控制所述回转马达，并且借此使所述主框架围绕所述枢转轴线相对于所述底盘旋转到所述主框架相对于所述底盘的目标枢转位置。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

以所述底盘相对于所述地面表面处于初始定向并且以所述主框架相对于所述底盘处于初始枢转位置开始，自动地驱动两个行驶马达，以通过使所述底盘相对于所述地面表面旋转通过第一角度而改变所述底盘相对于所述地面表面的所述定向；并且

其中，步骤(b)进一步包括：自动地驱动所述回转马达，以使所述主框架在与所述底盘相对于所述地面表面旋转的同时以与所述底盘相对于所述地面表面旋转的速率基本上相同的速率围绕所述枢转轴线旋转通过与所述第一角度相反并且相等的第二角度，借此在改变所述底盘相对于所述地面表面的所述定向的同时，维持所述主框架相对于所述地面表面的定向。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述第一地面接合单元和所述第二地面接合单元是履带式地面接合单元，所述履带式地面接合单元中的每一个包括前引导轮、驱动链轮、围绕所述前引导轮和所述驱动链轮延伸的履带链，并且其中，相应的行驶马达驱动所述驱动链轮，每个履带式地面接合单元具有从所述驱动链轮朝向所述前引导轮限定的向前行驶方向；并且

当所述地面接合单元的所述向前行驶方向与所述大臂组件的所述作业方向对准时，所述底盘相对于所述地面表面的所述旋转自动地终止。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

通过来自所述作业机器的人类操作员的控制输入来终止所述底盘相对于所述地面表面的所述旋转。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

产生表示所述主框架相对于所述地面表面的定向或定向的改变的定向信号；并且

其中，步骤(b)进一步包括：至少部分地基于所述定向信号而维持所述主框架相对于所述地面表面的所述定向。

18.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述作业机器包括调平机构，所述调平机构安装到所述底盘并支撑所述回转轴承，所述调平机构包括多个液压缸，所述多个液压缸被配置成调整所述回转轴承相对于所述底盘的俯仰和滚转；并且

该方法进一步包括以下步骤：至少部分地基于所述主框架围绕所述枢转轴线相对于所述底盘的所述枢转位置而自动地控制所述回转轴承的所述俯仰和滚转。

19.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述地面接合单元限定所述底盘的向前行驶方向；并且

在步骤(b)中，在所述目标枢转位置中，所述大臂的所述作业方向平行于所述向前行驶方向。

20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

预设所述主框架相对于所述底盘的多个预设目标枢转位置；和

在步骤(b)之前，选择所述主框架相对于所述底盘的所述预设目标枢转位置中的一个。

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