專利名稱：用于限制工業(yè)機(jī)器的二次傾翻力矩的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對工業(yè)機(jī)器、例如電動繩鏟或機(jī)鏟的挖掘操作進(jìn)行控制。
背景技術(shù)：
工業(yè)機(jī)器，例如電動繩鏟或機(jī)鏟、拉鏟挖土機(jī)等，用于執(zhí)行挖掘操作，來將物料從例如礦山堤岸移除。這些機(jī)器和/或它們的元件通常由馬達(dá)所驅(qū)動。傾翻載荷不利地影響該主要機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用壽命，因為它們極大的歸于這些結(jié)構(gòu)的周期疲勞加載。在一些情況下，在具有鏟斗的機(jī)鏟標(biāo)準(zhǔn)操作期間(即在該鏟在堤岸中挖掘的時候)，發(fā)生一次動態(tài)傾翻。此外，在鏟斗的傾倒周期期間(例如當(dāng)操作者將該滿載鏟斗傾倒和卸載到車輛中的時候)還發(fā)生非常高的二次傾翻載荷。施加這種一次和二次傾翻載荷，導(dǎo)致了該機(jī)械元件中的應(yīng)力。例如，該提升系統(tǒng)、該提升附件以及該整個機(jī)械結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，由于這些傾翻載荷而增加。這可導(dǎo)致焊接斷裂以及整個工業(yè)機(jī)器上的其他應(yīng)變。因此，限制該工業(yè)機(jī)器的傾翻載荷能夠增加該機(jī)器的使用壽命。傳統(tǒng)的機(jī)鏟通常并不設(shè)計為在該鏟傾倒該鏟斗的時間期間限制該動態(tài)二次傾翻力矩。該鏟的標(biāo)準(zhǔn)操作參數(shù)被設(shè)置為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定性和安全性的平衡，但是這些參數(shù)通常恒定，與鏟斗的位置或鏟斗中的載荷無關(guān)。因為疲勞壽命對于該鏟的使用壽命是非常重要的，因此限制該鏟的二次傾翻載荷將在傾倒循環(huán)期間消除該不必要的二次力。所描述的本發(fā)明試圖提供一種控制系統(tǒng)和方法，其在鏟斗的卸載期間限制了動態(tài)二次傾翻運動。所提出的方法使用了關(guān)于該鏟擺動速度和 鏟狀態(tài)的信息，來限制提升馬達(dá)的提升速度和加速/減速，以使該動態(tài)二次傾翻運動平滑，尤其是當(dāng)操作者將滿載鏟斗下降到該車輛的后面然后在松開門同時將其快速提升出的時候。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種控制工業(yè)機(jī)器的挖掘操作的方法。該工業(yè)機(jī)器包括連接到鏟斗柄的鏟斗，附接到鏟斗的提升繩索，以及移動提升繩索和鏟斗的提升馬達(dá)。該方法包括確定該鏟斗準(zhǔn)備被卸載，通過控制提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、控制該提升馬達(dá)的加速斜率以及控制該提升馬達(dá)的減速斜率而致動二次傾翻控制操作。該方法還包括確定何時該鏟斗被卸載，以及停用該二次傾翻控制操作。在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種工業(yè)機(jī)器。該工業(yè)機(jī)器包括連接到鏟斗的鏟斗柄、附接到鏟斗的提升繩索、構(gòu)造為將一個或多個控制信號提供給提升馬達(dá)的提升馬達(dá)驅(qū)動器，該提升馬達(dá)可操作以向提升繩索提供作用力來移動該鏟斗。該工業(yè)機(jī)器還包括連接到該提升馬達(dá)驅(qū)動器的控制器。該控制器構(gòu)造為確定該鏟斗準(zhǔn)備被卸載，致動二次傾翻控制操作，來控制提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，控制該提升馬達(dá)的加速斜率以及控制該提升馬達(dá)的減速斜率。該控制器還構(gòu)造為確定何時該鏟斗被卸載并且停用該二次傾翻控制操作。在又一實施例中，本發(fā)明提供一種控制工業(yè)機(jī)器的挖掘操作的方法。該工業(yè)機(jī)器包括連接到鏟斗柄的鏟斗，附接到鏟斗的提升繩索，以及移動提升繩索和鏟斗的提升馬達(dá)。該方法包括確定該鏟斗處于將被卸載的位置，降低該提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，降低該提升馬達(dá)的加速斜率，降低該提升馬達(dá)的減速斜率，確定何時該鏟斗被傾倒，增加該提升馬達(dá)的加速斜率，以及增加該提升馬達(dá)的減速斜率。本發(fā)明的其他方面將通過參照具體實施方式
和所附的附圖變得更加明顯。


圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的工業(yè)機(jī)器。圖2圖示了用于根據(jù)本發(fā)明的實施例的工業(yè)機(jī)器的控制器。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制工業(yè)機(jī)器的流程。圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于控制工業(yè)機(jī)器的可替換流程。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的用于控制工業(yè)機(jī)器的可替換流程。
具體實施例方式在詳細(xì)說明本發(fā)明的任何實施例之前，可以理解的是，本發(fā)明并不將其應(yīng)用限于下面說明書中所闡述或者下面附圖中所圖釋的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和元件的布置。本發(fā)明能夠采用其他實施例，并且能夠以不同的方式實踐 或?qū)嵤?。同樣，可以理解的是，在此使用的措辭和術(shù)語是出于描述的目的而并不應(yīng)當(dāng)作為限制。在此使用的"包括"、"包含"、或者"具有"及其變型意味著包含其后所列項目和其等同物以及附加項目。術(shù)語"安裝"、"連接"和"聯(lián)接"廣義的使用并且包含直接以及間接安裝、連接和聯(lián)接。此外，"連接"和"聯(lián)接"并不限于物理或者機(jī)械連接或聯(lián)接，并且可包括電連接或聯(lián)接，無論是直接或間接。同樣，可使用包括直接連接、無線連接等的任何已知裝置而實現(xiàn)電子通信和通知。需要注意的是，基于裝置的多個硬件和軟件以及多個不同的結(jié)構(gòu)元件可用來實現(xiàn)本發(fā)明。此外，正如之后段落所描述的，附圖中所示的特定結(jié)構(gòu)是用來例示本發(fā)明的實施例，并且其他可替換的結(jié)構(gòu)也是可能的。術(shù)語“處理器”、“中央處理單元”和“CPU”是可互換的，除非另有說明。其中術(shù)語"處理器"或"中央處理單元"或"CPU"用于標(biāo)示執(zhí)行特定功能的單元，可以理解的是，除非另行說明，可通過單個處理器或以任何形式布置的多處理器而實現(xiàn)這些功能，多處理器包括并行處理器、串行處理器、串聯(lián)處理器或云處理/云計算結(jié)構(gòu)。在此所述的發(fā)明涉及與機(jī)器鏟斗卸載期間工業(yè)機(jī)器的動態(tài)二次傾翻運動的控制相關(guān)的系統(tǒng)、方法、裝置和計算機(jī)可讀介質(zhì)。該工業(yè)機(jī)器，例如電動繩鏟或類似的采掘機(jī)能夠操作以執(zhí)行挖掘操作以從堤壩移除有效負(fù)載(即物料)。在通過鏟斗獲取物料之后，該操作者擺動該鏟以將該鏟斗布置于釋放場所的上方(例如裝載車輛或輸送機(jī)線路)。運行并將該滿載的鏟斗卸載到裝載車輛中，這可導(dǎo)致傾翻載荷，該傾翻載荷在極限情況下可導(dǎo)致完全傾覆。這些傾翻載荷可增加牽引該鏟斗的起重馬達(dá)的提升扭矩峰值。這導(dǎo)致了傾翻載荷的峰值，該傾翻載荷促成結(jié)構(gòu)疲勞和應(yīng)力，其將對工業(yè)機(jī)器的使用壽命產(chǎn)生不利的影響。為了限制工業(yè)機(jī)器的二次傾翻載荷，工業(yè)機(jī)器的控制器控制起重馬達(dá)的提升速度和加速/減速，從而限制該機(jī)器的提升扭矩峰值。具體而言，該控制器使用關(guān)于鏟擺動速度和鏟狀態(tài)的信息，來決定挖掘機(jī)鏟斗柄何時伸展以及鏟斗準(zhǔn)備被卸載。然后，該控制器通過控制該提升馬達(dá)而限制了在該鏟斗運行前后該鏟斗的過度強(qiáng)烈減速和加速。在挖掘操作期間以這樣的方式控制工業(yè)機(jī)器的操作抑制了通常在工業(yè)機(jī)器的傾卸周期期間發(fā)生的傾翻載荷的破壞作用。盡管在此描述的本發(fā)明可應(yīng)用于各種工業(yè)機(jī)器(例如，繩索鏟、具有提升和挖掘動作的拉鏟挖土機(jī)等)、由它們執(zhí)行或者與它們聯(lián)合使用，但是在此相對于電動繩鏟或機(jī)鏟描述所述本發(fā)明的實施例，例如如圖1中所示的機(jī)伊10。該纟產(chǎn)10包括移動底座15、驅(qū)動履帶20、轉(zhuǎn)臺25、機(jī)器甲板30、吊桿35、下端40、滑輪45、拉索50、后支柱55 (也稱為受拉構(gòu)件)、起重臺架結(jié)構(gòu)60、鏟斗70、一個或多個提升繩索75、絞盤卷筒80、鏟斗臂或柄85、鞍塊90、樞轉(zhuǎn)點95、傳動單元100、提環(huán)銷105、傾斜計110以及滑輪銷115。該移動底座15由驅(qū)動履帶20所支撐。該移動底座15支撐該轉(zhuǎn)臺25和該機(jī)器甲板30。該轉(zhuǎn)臺25能夠繞著機(jī)器甲板30相對于移動底座15作360度轉(zhuǎn)動。該吊桿35在下端40處可樞轉(zhuǎn)地連接到機(jī)器甲板30。吊桿35通過拉索50以向上和向外延伸方式保持到該甲板，拉索錨固到起重臺架結(jié)構(gòu)60的該后支柱55。該起重臺架結(jié)構(gòu)60剛性地安裝在機(jī)器甲板30上，并且該滑輪45可旋轉(zhuǎn)地安裝在吊桿35的上端上。鏟斗70通過提升 繩索75從吊桿35懸掛下來。該提升繩索75纏繞在滑輪45上并且在提環(huán)銷105處附接到鏟斗70。該提升繩索75錨固到機(jī)器甲板30的絞盤卷筒80。該絞盤卷筒80由至少一個包含傳動單元(未示出)的馬達(dá)82所驅(qū)動。隨著該絞盤卷筒80旋轉(zhuǎn)，該提升繩索75被放出以降低該鏟斗70或者收起以升高該鏟斗70。該鏟斗柄85也剛性附接到該鏟斗70。該鏟斗柄85可滑動地被支撐在鞍塊90中，并且該鞍塊90在樞轉(zhuǎn)點95處可樞轉(zhuǎn)地被安裝到該吊桿35。該鏟斗柄85包括其上的齒條齒結(jié)構(gòu)，該齒條齒結(jié)構(gòu)接合安裝在鞍塊90中的驅(qū)動小齒輪。該驅(qū)動小齒輪由馬達(dá)和傳動單元100所驅(qū)動，以相對于該鞍塊90而展開或縮回該鏟斗臂85。電源安裝到該機(jī)器甲板30，以將電力提供給用來驅(qū)動該絞盤卷筒80的提升電動馬達(dá)82，用來驅(qū)動該鞍塊傳動單元100的一個或多個推擠電動馬達(dá)，以及用來旋轉(zhuǎn)該轉(zhuǎn)臺25的一個或多個擺動電動馬達(dá)。每個推擠、提升以及擺動馬達(dá)可由其自己的馬達(dá)控制器所驅(qū)動，或者響應(yīng)于由控制器發(fā)出的控制信號而驅(qū)動，如下所述。圖2圖示了一種與圖1的機(jī)鏟10相關(guān)聯(lián)的控制器200。該控制器200電連接和/或通訊連接到鏟10的各種模塊或與元件。例如，該圖示的控制器200連接到一個或多個指示器205，用戶界面模塊210，一個或多個提升馬達(dá)和提升馬達(dá)驅(qū)動器215，一個或多個推擠馬達(dá)或推擠馬達(dá)驅(qū)動器220，一個或多個擺動馬達(dá)和擺動馬達(dá)驅(qū)動器225，數(shù)據(jù)存儲器或數(shù)據(jù)庫230，動力提供模塊235，一個或多個傳感器240，以及網(wǎng)絡(luò)通訊模塊245。該控制器200包括硬件和軟件的組合，這些組合可操作尤其來控制機(jī)鏟10的操作，控制吊桿35、鏟斗臂85、鏟斗70等的位置，致動該一個或多個指示器205(例如液晶顯示器"IXD")，監(jiān)視該鏟10的操作等。該一個或多個傳感器240主要包括位置傳感器，速度傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器，加速度傳感器，傾斜計110，一個或多個馬達(dá)磁場模塊等。例如，這些位置傳感器構(gòu)造為檢測鏟25的位置(即，如果該鏟正在擺動)，鏟斗柄85和鏟斗70的位置，以及將該信息提供給該控制器200。此外，這些轉(zhuǎn)速和加速度傳感器構(gòu)造為檢測提升馬達(dá)82和擺動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和加速度，以及將該信息提供給該控制器200。在一些實施例中，該控制器200包括多個電力元件和電子元件，所述電元件和電子元件為控制器200和/或鏟10內(nèi)部的元件和模塊提供動力、操作控制和保護(hù)。例如，該控制器200主要包括處理單元250 (例如微處理器，微控制器或另一適當(dāng)?shù)目删幊萄b置)，存儲器255，一些輸入單元260，以及輸出單元265。該處理單元250主要包括控制單元270，算法及邏輯運算單元("ALU" ) 275，以及多個寄存器280 (在圖2中示為一組寄存器)，并且可使用已知的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)而實現(xiàn)該處理單元。該處理單元250，存儲器255，輸入單元260，以及輸出單元265，以及連接到該控制器200的各種模塊通過一個或多個控制和/或數(shù)據(jù)總線(例如公共總線285)所連接。該控制和/或數(shù)據(jù)總線通常為了示意目的而如圖2中所示?？紤]到在此描述的本發(fā)明，用來在各種模塊與元件中通訊間互連的一個和多個控制和/或數(shù)據(jù)總線的應(yīng)用對于所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的。在一些實施例中，該控制器200部分或完全實現(xiàn)在半導(dǎo)體(例如現(xiàn)場可編程門陣列"FPGA"半導(dǎo)體)芯片上，例如通過寄存器傳送級("RTL")設(shè)計程序研發(fā)的芯片上。該存儲器255例如包括不同類型存儲器的組合，例如，只讀存儲器("ROM")、隨機(jī)存取存儲器("RAM")(例如動態(tài)隨機(jī)存儲器["DRAM"]，同步DRAM[" SDRAM"]等等)，可電擦除編程的只讀存儲器("EEPROM")，閃速存儲器，硬盤，SD卡，或者其他適當(dāng)?shù)拇判?、光學(xué)、物理或電記憶裝置。該處理單元250連接到存儲器255，并且執(zhí)行軟件指令，這些軟件指令能夠存儲在存 儲器255的RAM (例如執(zhí)行期間)，存儲器255的ROM (例如在通常永久基礎(chǔ)上)，或者另一非短暫計算機(jī)讀取介質(zhì)，例如另一存儲器或盤。包括在鏟10的履行中的軟件可存儲在控制器200的存儲器255中。該軟件包括例如固件，一個或多個應(yīng)用軟件，程序數(shù)據(jù)，濾波器，規(guī)則，一個或多個程序模塊以及其他可執(zhí)行指令。該控制器200構(gòu)造為從存儲器中重新得到并且尤其執(zhí)行與在此描述的控制程序和方法相關(guān)的指令。在其他結(jié)構(gòu)中，該控制器200包括附加的、較少或不同的元件。該網(wǎng)絡(luò)通訊模塊245可連接到網(wǎng)絡(luò)并且可通過網(wǎng)絡(luò)290通訊。在一些實施例中，網(wǎng)絡(luò)例如是廣域網(wǎng)("WAN")(例如基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)例如全球數(shù)字移動電話系統(tǒng)["GSM"]網(wǎng)絡(luò)，通用分組無線服務(wù)["GPRS"]網(wǎng)絡(luò)，碼分多址["CDMA"]網(wǎng)絡(luò)，演變數(shù)據(jù)優(yōu)化["EV-DO"]網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)型數(shù)據(jù)速率GSM[" EDGE"]網(wǎng)絡(luò)，3GSM網(wǎng)絡(luò)，4GSM網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字增強(qiáng)型無繩通信["DECT"]網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字AMPS[" IS-136/TDMA"]網(wǎng)絡(luò)，或者綜合數(shù)字增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)["iDEN"]網(wǎng)絡(luò)等等)。在其他的實施例中，網(wǎng)絡(luò)290例如是局域網(wǎng)("LAN")，鄰近區(qū)域網(wǎng)("NAN")，家用網(wǎng)絡(luò)("HAN")，或采用各種通信協(xié)議中任一種的個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)("PAN")，這些通信協(xié)議例如為W1-Fi，藍(lán)牙，ZigBee等。由網(wǎng)絡(luò)通信模塊245或控制器200所進(jìn)行的通過網(wǎng)絡(luò)290的通信可使用一個或多個加密技術(shù)來進(jìn)行保護(hù)，例如這些技術(shù)在IEEE802.1標(biāo)準(zhǔn)中，用于基于端口的網(wǎng)絡(luò)安全性，預(yù)先共享密鑰(pre-shared key),可擴(kuò)展身份驗證協(xié)議("EAP")，有線網(wǎng)等效加密("WEP")，臨時密鑰完整性協(xié)議("TKIP" )，W1-Fi網(wǎng)絡(luò)安全接入("WPA")等等提供。網(wǎng)絡(luò)通信模塊245與網(wǎng)絡(luò)290之間的連接是例如有線連接，無線連接，或者無線和有線連接的組合。類似地，該控制器200與網(wǎng)絡(luò)290或網(wǎng)絡(luò)通信模塊245之間的連接是有線連接，無線連接，或者無線和有線連接的組合。在一些實施例中，控制器200或網(wǎng)絡(luò)通信模塊245包括一個或多個通信端口(例如，以太網(wǎng)，串行高級技術(shù)附件["SATA"]，通用串行總線["USB"]，集成驅(qū)動電子電路["IDE"]等等。)用來傳送、接收或者存儲與鏟10或鏟10的操作的相關(guān)數(shù)據(jù)。電源模塊235將額定交流或者直流電壓供給到控制器200或者鏟10的其他元件或模塊。該電源模塊235由例如動力源所提供動力，該動力源具有介于IOOV和240V AC之間的額定線電壓，以及大約50-60HZ的頻率。該電源模塊235還構(gòu)造為，提供較低的電壓以操作控制器200或鏟10內(nèi)部的電路和元件。在其他結(jié)構(gòu)中，控制器200或鏟10內(nèi)部的其他元件和模塊由一個或多個電池或電池組，或者另一個獨立并網(wǎng)動力源(例如發(fā)電機(jī)，太陽能電池板等)所提供動力。該用戶界面模塊210用來控制或監(jiān)測機(jī)鏟10。例如，該用戶界面模塊210可操作地聯(lián)接到該控制器200，以控制該鏟斗70的位置，該吊桿35的位置，該鏟斗柄85，馬達(dá)82等的位置。該用戶界面模塊210包括數(shù)字和模擬輸入或輸出裝置的組合，需要這些以實現(xiàn)對于鏟10期望的控制水平和監(jiān)視。例如，該用戶界面模塊210包括一個或多個操縱桿，顯示器(例如初次顯示器，二次顯示器等)，以及輸入裝置，該輸入裝置例如觸屏顯示器，多個旋鈕，撥盤，開關(guān)，按鈕等。該顯示器例如為液晶顯示器("IXD")，發(fā)光二極管("LED")顯示器，有機(jī)LED(" OLEO")顯示器，電致發(fā)光顯示器("ELD")，表面?zhèn)鲗?dǎo)電子放射顯示器("SED")，靜電發(fā)射顯示器("FED")薄膜晶體管("TFT" )IXD等等。用戶界面模塊210也可構(gòu)造為實時或基本上實時顯示與機(jī)鏟10相關(guān)的情況或數(shù)據(jù)。例如，該用戶界面模塊210構(gòu)造為顯示機(jī)鏟10的所 測量的電特性，該馬達(dá)82的狀態(tài)，該機(jī)鏟10的狀態(tài)，該鏟 斗70的位置，該鏟斗柄85的位置等。在一些實施中，該用戶界面210模塊以與該一個或多個指示器205 (例如LED、揚聲器等)相關(guān)地被控制，以提供機(jī)鏟10的狀態(tài)或情況的視覺或聽覺的指示。該控制器200的處理器250傳送控制信號，以控制該機(jī)鏟10的操作。例如，該控制器200可尤其控制該鏟10的挖掘、傾倒、提升、推擠以及擺動操作。由控制器200所傳送的控制信號與驅(qū)動信號相關(guān)聯(lián)，用于該鏟10的提升、推擠和擺動馬達(dá)215、220和225。隨著驅(qū)動信號被施加到馬達(dá)215、220和225，這些馬達(dá)的輸出(例如電和機(jī)械輸出)被監(jiān)測并反饋到該控制器200。該馬達(dá)的輸出包括例如馬達(dá)轉(zhuǎn)速，馬達(dá)轉(zhuǎn)矩，馬達(dá)功率，馬達(dá)電流等?；谶@些或其他與鏟10相關(guān)聯(lián)的信號(例如源于傳感器240的信號)，該控制器200構(gòu)造為確定或計算鏟10或其元件的一個或多個操作狀態(tài)或位置。在一些實施例中，該控制器200確定了下列鏟狀態(tài)——挖掘狀態(tài)、擺動狀態(tài)、完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)、傾卸狀態(tài)以及返回狀態(tài)。在其他實施例中，該控制器可確定更多或更少的鏟狀態(tài)。該鏟10的挖掘狀態(tài)指示了該鏟當(dāng)前在堤岸中挖掘物料。該鏟10的擺動狀態(tài)指示了該鏟處于擺動動作(即該擺動電機(jī)225轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)臺25從而轉(zhuǎn)動該鏟10的機(jī)器甲板30)。通常，在操作者擺動該鏟以將該鏟斗70置于裝載車輛上方時，該鏟10處于擺動狀態(tài)。鏟10的完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)指示了操作者要求該鏟的擺動速度的完全減速。通常，在鏟斗置于裝載車輛之上的時候發(fā)生鏟10的完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)。該鏟10的傾卸狀態(tài)指示了該操作者卸載該鏟斗。該鏟10的返回狀態(tài)指示了從該鏟斗70卸載該物料，并且該鏟朝著物料堤岸返回，以開始另一次挖掘循環(huán)。此外，該控制器200確定該鏟10或其部件的不同情況。例如，該控制器200確定了該提升、擺動、或推擠馬達(dá)的操作狀態(tài)，提升繩索卷繞角度、提升馬達(dá)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)("RPM")，推擠馬達(dá)RPM，提升馬達(dá)加速/減速等。此外，該控制器200使用提升負(fù)載計算軟件來確定何時該鏟斗75完全和準(zhǔn)備被卸載。同樣，該控制器200構(gòu)造為確定該鏟斗柄85的位置(例如該纟產(chǎn)斗柄85相對于該吊桿35延伸)。在一個實施例中，該控制器可確定該鏟斗柄85的延伸程度(例如百分比)。例如，該控制器200可將該鏟斗柄85的當(dāng)前位置與預(yù)定柄閾值(例如其中該最大值等于100%或完全延伸手臂)相比較，來確定該臂處于挖掘或卸載該鏟斗70的位置(例如，當(dāng)該柄閾值是處于75%或更多時)。該控制器200也構(gòu)造為確定鏟斗柄角度(未示出)。在一個實施例中，該鏟斗柄角度是相對于該水平面(未示出)而確定的，該水平面位于相對于樞轉(zhuǎn)點95的90度處。如上所述的該鏟10的控制器200和控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)對于鏟10的二次傾翻控制(SOTC)。在卸載該鏟的鏟斗75期間，SOTC用于控制該鏟10的二次傾翻裝載?？刂坪徒档驮撶P10的二次傾翻載荷降低了該鏟10的各種部件(例如，提升馬達(dá)82，提升繩索75，移動底座15，轉(zhuǎn)臺25，機(jī)器甲板30，下端40等)上的結(jié)構(gòu)疲勞。例如，SOTC構(gòu)造為監(jiān)測該鏟10的各種元件，以確定該鏟準(zhǔn)備被卸載。然后，SOTC限制了該提升馬達(dá)的提升速度和加速/減速，以便使該動態(tài)二次傾翻運動趨于平滑，尤其是當(dāng)該操作者降低該鏟斗到車輛后方中，然后在轉(zhuǎn)換該鏟斗門時將其快速提升出的時候。參照圖3的流程300說明對于該鏟10的SOTC實施。該流程300在此與挖掘操作及所收集物料卸載期間所產(chǎn)生的二次傾翻相關(guān)聯(lián)，且在此參照其進(jìn)行描述。該流程300例示了該SOTC的實施例，并且可通過該控制器200實施該流程300。關(guān)于該流程300在此所述的各種步驟能夠同時被并行執(zhí)行，或以不同于所圖示的執(zhí)行方式順序執(zhí)行。該流程300也能夠使用與所圖示的實施例額外或較少的步驟實施。通過使用一個或多個傳感器240而實現(xiàn)流程300的步驟，例如涉及到確定擺動速度，確定提升加速/減速等，該一個或多個傳感器通過使用由控制器200所執(zhí)行的指令可被處理和分析，以確定用于該鏟10特性的值。如圖3中所示，對于SOTC的該流程300以確定該鏟斗70是否準(zhǔn)備被卸載(步驟305)開始。在一些實施例中，確定該鏟斗是否準(zhǔn)備被卸載，包括確定該鏟斗70是滿載(步驟310)，以及確定該鏟斗70處于該傾倒場所(例如車輛、傳送帶、破碎機(jī)等)之上(步驟315)。例如，該控制器200使用提升負(fù)載計算軟件來確定該鏟斗70滿載。該提升負(fù)載計算軟件使用關(guān)于鏟斗位置和提升馬達(dá)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)("RPM")的傳感器信息，來計算鏟斗中物料的量，并且確定何時該鏟斗滿載。此外，該控制器200使用關(guān)于該鏟10擺動速度的信息以及關(guān)于該鏟狀態(tài)的信息，來 確定何時該鏟置于車輛之上。在一個實施例中，如果擺動馬達(dá)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)RPM大于預(yù)定閾值(例如300RPM)并且該鏟10處于完全產(chǎn)生阻塞狀態(tài)，則該控制器200確定該鏟置于車輛之上。該鏟10的擺動速度指出了該操作者擺動該鏟10，以將其置于車輛之上，并且該完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)指出了該操作者需要擺動速度的全減速(即，該鏟斗被適當(dāng)?shù)牟贾?。如果鏟斗70并未滿載或者該鏟斗并未置于車輛之上，則該流程300返回到其開始點。另一方面，如果該鏟斗70滿載，則該擺動速度超過該預(yù)定閾值，并且該鏟10處于完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)，該流程進(jìn)行到步驟320。在步驟320，該流程300開始該鏟10的二次傾翻控制操作。該操作的目的是控制鏟斗70中物料卸載期間所產(chǎn)生的二次傾翻。在一個實施例中，在二次傾翻控制操作期間，該控制器200控制提升馬達(dá)215的轉(zhuǎn)速、加速和減速。具體來說，該控制器200限制了該提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速(在325)，限制該提升馬達(dá)的加速斜率(在330)，以及限制該提升馬達(dá)的減速斜率(在335)。通過在鏟斗70卸載之前限制該提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速和減速，該控制器200限制了該二次傾倒運動，該二次傾倒運動通常在鏟斗卸載期間產(chǎn)生。
在步驟340，該流程300確定了該鏟斗75是否傾倒或卸載。在一個實施例中，該控制器200監(jiān)測該鏟10的鏟斗底門按鈕(未示出)，以確定何時該鏟斗被卸載/傾倒(例如，該控制器監(jiān)測何時該鏟斗底門按鈕被壓下或打開)。在其他實施例中，控制器200可通過分析該鏟10的其他元件而確定該鏟斗70被卸載。如果該鏟斗70未被卸載，則該流程300繼續(xù)檢查該動作(在步驟340)。另一方面，如果該鏟斗70被卸載，該流程進(jìn)展到步驟345。在步驟345，該控制器200啟動預(yù)定的定時器，用于開始該二次傾翻控制操作。在一個實施例中，該預(yù)定定時器被設(shè)定為兩秒。在其他實施例中，該定時器被設(shè)定為不同時段的時間。在該定時器中設(shè)定的時間過去之后，該控制器通過將該鏟10的提升馬達(dá)215重置到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平而停用該二次傾翻控制操作(在步驟347)。在一些實施例中，控制器200可構(gòu)造為立即返回(即增加)該提升馬達(dá)215的減速斜率到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平(在步驟350)。此外，該控制器200被構(gòu)造為逐漸返回(即增加)該提升馬達(dá)215的加速斜率到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平(在步驟355)。在一個實施例中，該控制器200使用導(dǎo)數(shù)函數(shù)來將該加速斜率傾斜返回該標(biāo)準(zhǔn)水平。在該實施例中，該控制器200接收特定時間基本輸入，用于該函數(shù)中的導(dǎo)數(shù)。在該控制器200將該 提升加速增加到其標(biāo)準(zhǔn)水平，同時該鏟10的操作者要求提升機(jī)加速的情況下，該提升馬達(dá)的加速斜率逐漸增加。因此，該控制器避免了不期望的加速要求和如下情況，即鏟斗70將過快加速并且操作者將不能響應(yīng)于該加速度。圖4圖示了對于該鏟10的SOTC的替代流程400。該流程400例示了該SOTC的另一實施例，并且可通過該控制器200執(zhí)行該流程400。如下所述，流程400中的一些步驟類似于該流程300中的步驟。如圖4中所示，對于SOTC的該流程400以確定該鏟斗70是否準(zhǔn)備被卸載而開始(在步驟405)。在一些實施例中，確定該鏟斗是否準(zhǔn)備被卸載，包括確定該鏟10朝著該卸載車輛擺動(在步驟410和412)，并且該鏟斗70是滿載(在步驟415)。例如，該控制器200使用該鏟10的狀態(tài)或者該鏟擺動速度的信息來確定該鏟正在擺動。在一個實施例中，如果該鏟10處于擺動狀態(tài)(在步驟410)，或者如果該鏟的擺動速度超過預(yù)定閾值(例如最大擺動速度的50% )(在步驟412)，則該控制器200確定該鏟10朝著車輛正在擺動。此外，如果由提升馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩在特定期間(例如兩秒)內(nèi)的平均值大于預(yù)定閾值(例如最大提升扭矩的50% )，則該控制器確定該鏟斗是滿載的。如果該鏟斗70并不滿載或者該鏟并不朝著車輛擺動，則該流程400返回到其開始點。另一方面，如果該鏟斗70是滿載的且該鏟正在擺動，則該流程進(jìn)行到步驟420。在步驟420，該流程400開始該鏟10該二次傾翻的控制操作。該二次傾翻控制操作類似于參照流程300所描述的操作。在一個實施例中，在二次傾翻控制操作期間，該控制器200限制了該提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，該提升馬達(dá)的加速斜率，以及該提升馬達(dá)的減速斜率(在430)。接著，該控制器確定該鏟斗70是否被卸載或傾倒。在一個實施例在中，該控制器200評估該鏟的狀態(tài)(在435)，或者監(jiān)測該鏟10的鏟斗底門按鈕(在步驟440)，以確定何時該鏟斗被卸載/傾倒。例如，當(dāng)該鏟處于傾卸狀態(tài)的時候，或者當(dāng)該鏟斗傾倒按鈕打開的時候，該控制器200確定該鏟斗70被傾倒或卸載。在步驟450，該控制器200開始用于該二次傾翻控制操作的預(yù)定定時器。在該定時器中所設(shè)置的時間過去之后，該控制器通過將該鏟10的提升馬達(dá)215重置到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平而去停用該二次傾翻控制操作(在步驟460)。類似于該流程300，在一些實施例中，該控制器200立即將該提升馬達(dá)215的減速斜率返回(即增加)到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平。此外，該控制器200逐漸將該提升馬達(dá)215的加速斜率返回(即增加)到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平。通過在鏟斗70傾倒之前和之后限制該提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速和減速，該控制器200限制了該二次傾倒，該二次傾倒通常在鏟斗卸載期間產(chǎn)生。圖5圖示了用于該鏟10的SOTC的另一可替換流程500。該流程500例示了 SOTC的另一實施例并且通過該控制器200執(zhí)行該流程500。如下所述，該流程500中的一些步驟類似于該流程300和/或400的步驟。流程500與之前所述的SOTC流程的主要區(qū)別在于，在該流程500中，能夠通過鏟操作者修改該二次傾翻控制操作參數(shù)的值(例如，該提升速度，加速度和減速度)。也就是說，該鏟的操作者可在該鏟斗的卸載階段期間調(diào)整這些操作參數(shù)，而在該流程300和400中這些參數(shù)是固定的(即在存儲器中存儲為固定值)并且不能由操作者所改變。如圖5中所示，用于SOTC的流程500以確定該鏟斗70是否準(zhǔn)備被卸載開始(在步驟505)。在一些實施例中，這包括確定該鏟10朝著卸載車輛正在擺動(在步驟510)，以及確定該鏟斗70是滿載(在步驟515)。如上所述，該控制器200運用該鏟10的狀態(tài)來確定該鏟正在擺動(即監(jiān)測何時該鏟10處于擺動狀態(tài))。此外，該控制器200可使用提升負(fù)載計算軟件來確定該鏟70是滿載的。此外，在挖掘循環(huán)開始之前，操作者可通過輸入特定參數(shù)來降低該提升下降速度(在520)。該操作者的輸入被傳送到該控制器200，并且該控制器200如操作者所指導(dǎo)地限制了該提升馬達(dá)215的轉(zhuǎn)速。在控制器200確定該鏟斗70是滿載之后，該流程進(jìn)行到步驟525。在步驟525，控制器200限制了提升馬達(dá)的加速斜率和減速斜率。例如，在開始挖掘循環(huán)之前，操作者使用用戶界面模塊210將用于加速斜率(在步驟530)，減速斜率(在步驟535)以及提升傾斜乘數(shù)(在步驟540)的特定值輸入到控制器200。通過限制該提升馬達(dá)的提升速度和加速/減速，該控制器200限制了該二次傾翻運動，在操作者傾倒鏟斗的時候產(chǎn)生該二次傾倒運動。在下一步驟中，該控制器確定該鏟斗70是否被卸載或傾倒。在一個實施例中，該控制器200評估該鏟的狀態(tài)(在步 驟550)，來確定該鏟斗何時卸載/或傾倒。例如，當(dāng)該鏟處于返回狀態(tài)的時候，該控制器200確定該鏟斗70被傾倒或卸載。在步驟550，該控制器200將該提升馬達(dá)215重置到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平。類似于之前所述的流程，該控制器200將該提升馬達(dá)215的減速斜率立即返回(即增加)到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平。此外，該控制器200逐漸將該提升馬達(dá)215的加速斜率返回(即增加)到其標(biāo)準(zhǔn)操作水平。在本發(fā)明的其他實施例中，該控制器200可確定該鏟斗70準(zhǔn)備被卸載，并且基于該鏟10的不同參數(shù)能夠致動該SOTC的二次傾翻控制操作。例如，該控制器200可使用該鏟10已經(jīng)存在的軟件來確定該鏟70始終所處的位置。該軟件監(jiān)測該鏟斗70的位置并且按照預(yù)定部分和區(qū)域?qū)⒃撶P斗的位置分類。在一個實施例中，使用源于傳感器240的信息和已經(jīng)存在的軟件，該控制器200可確定該鏟被置于"卡車區(qū)域之上的鏟斗"。如果該控制器200確定該鏟200處于該地帶中并且該控制器200也檢測該預(yù)定水平的提升扭矩，則該控制器200確定該鏟斗準(zhǔn)備被卸載(即置于卡車之上)并且能夠致動該二次傾翻控制操作。在又一實施例中，該控制器200可確定該鏟斗70準(zhǔn)備被卸載，并且能夠基于鏟斗柄85的延伸水平和該鏟斗柄角度，而致動該SOTC的二次傾翻控制操作。例如，當(dāng)控制器確定該鏟斗柄85延伸超過預(yù)定柄閾值(例如延伸出完全延伸柄的75% )以及確定該鏟斗柄角度超過預(yù)定水平的時候， 該控制器200確定該鏟斗準(zhǔn)備被卸載并且能夠致動該二次傾翻控制操作。
權(quán)利要求
1.一種控制工業(yè)機(jī)器的挖掘操作的方法，所述工業(yè)機(jī)器包括連接到鏟斗柄的鏟斗、附接到所述鏟斗的提升繩索以及移動所述提升繩索和所述鏟斗的提升馬達(dá)，所述方法包括: 確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載； 通過以下控制來致動二次傾翻控制操作: 控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速， 控制所述提升馬達(dá)的加速斜率， 控制所述提升馬達(dá)的減速斜率； 確定何時所述鏟斗被卸載；以及 停用所述二次傾翻控制操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載還包括確定所述鏟斗是滿載的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括使用提升負(fù)荷計算程序來確定所述鏟斗是滿載的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載還包括確定所述工業(yè)機(jī)器的擺動速度大于預(yù)定閾值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載還包括確定所述工業(yè)機(jī)器處于完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5 所述的方法，其中，在所述完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)期間，操作者要求所述工業(yè)機(jī)器的擺動速度的完全減速。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)指示了所述鏟斗被置于卸載車輛之上。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載還包括確定所述工業(yè)機(jī)器處于擺動狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載還包括確定所述提升馬達(dá)的提升扭矩大于在預(yù)定時間周期內(nèi)的平均值的百分之五十。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括:在所述鏟斗被卸載之后，啟動預(yù)定定時器。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，停用所述二次傾翻控制操作包括立即增加所述提升馬達(dá)的減速斜率。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中，停用所述二次傾翻控制操作包括逐漸增加所述提升馬達(dá)的加速斜率。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定何時所述鏟斗被卸載包括監(jiān)測鏟斗傾倒開關(guān)的位置。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定何時所述鏟斗被卸載包括監(jiān)測所述工業(yè)機(jī)器的位置和狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述工業(yè)機(jī)器的狀態(tài)包括傾卸狀態(tài)和返回狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率包括使用固定的參數(shù)。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率包括使用可修改的參數(shù)。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率包括降低所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載還包括確定所述鏟斗柄以預(yù)定柄閾值延伸。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載還包括確定鏟斗柄角度。
21.—種工業(yè)機(jī)器，包括: 連接到鏟斗的鏟斗柄； 附接到所述鏟斗的提升繩索； 提升馬達(dá)驅(qū)動器，所述提升馬達(dá)驅(qū)動器被構(gòu)造成將一個或多個控制信號提供給提升馬達(dá)，所述提升馬達(dá)可操作以向所述提升繩索提供作用力來移動所述鏟斗；以及控制器，所述控制器連接到所述提升馬達(dá)驅(qū)動器，所述控制器構(gòu)造為: 確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載， 致動二次傾翻控制操作以 控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速， 控制所述提升馬達(dá)的加速斜率， 控制所述提升馬達(dá)的減速斜率， 確定何時所述鏟斗被卸載；以及 停用所述二次傾翻控制操作。
22.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載的同時確定所述鏟斗是滿載的。
23.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載的同時確定所述工業(yè)機(jī)器的擺動速度大于預(yù)定閾值。
24.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載的同時確定所述工業(yè)機(jī)器處于完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)，并且其中在所述完全阻塞產(chǎn)生狀態(tài)期間，操作者要求所述工業(yè)機(jī)器的擺動速度的完全減速。
25.如權(quán)利要求24所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述完全堵塞產(chǎn)生狀態(tài)指示了所述鏟斗被置于卸載車輛之上。
26.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載的同時確定所述工業(yè)機(jī)器處于擺動狀態(tài)。
27.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在所述鏟斗被卸載之后啟動預(yù)定定時器。
28.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在停用所述二次傾翻控制操作的同時立即增加所述提升馬達(dá)的減速斜率。
29.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在停用所述二次傾翻控制操作的同時逐漸增加所述提升馬達(dá)的加速斜率。
30.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗被卸載的同時監(jiān)測鏟斗傾倒開關(guān)的位置。
31.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗被卸載的同時監(jiān)測所述工業(yè)機(jī)器的位置和狀態(tài)。
32.如權(quán)利要求31所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述工業(yè)機(jī)器的狀態(tài)包括傾卸狀態(tài)和返回狀態(tài)。
33.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器構(gòu)造為通過使用固定的參數(shù)來控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率。
34.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器構(gòu)造為通過使用可修改的參數(shù)來控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率。
35.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器構(gòu)造為通過降低所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率來控制所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、加速斜率和減速斜率。
36.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載的同時確定所述鏟斗柄以預(yù)定柄閾值延伸。
37.如權(quán)利要求21所述的工業(yè)機(jī)器，其中，所述控制器還構(gòu)造為在確定所述鏟斗準(zhǔn)備被卸載的同時確定鏟斗柄的角度。
38.一種控制工業(yè)機(jī)器的挖掘操作的方法，所述工業(yè)機(jī)器包括連接到鏟斗柄的鏟斗、附接到所述鏟斗的提升繩索以及移動所述提升繩索和所述鏟斗的提升馬達(dá)，所述方法包括: 確定所述鏟斗處于將被卸載的位置； 降低所述提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速， 降低所述提升馬達(dá)的加速斜率， 降低所述提升馬達(dá)的減速斜率； 確定何時所述鏟斗被傾倒； 增加所述提升馬達(dá)的加速斜率；以及 增加所述提升馬達(dá)的減速斜率。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于限制工業(yè)機(jī)器的二次傾翻力矩的系統(tǒng)和方法，具體地提供了一種控制工業(yè)機(jī)器的挖掘操作的方法。該工業(yè)機(jī)器包括連接到鏟斗柄的鏟斗，附接到鏟斗的提升繩索，以及移動提升繩索和鏟斗的提升馬達(dá)。該方法包括確定該鏟斗準(zhǔn)備被卸載，通過控制提升馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、控制該提升馬達(dá)的加速斜率以及控制該提升馬達(dá)的減速斜率而致動二次傾翻控制操作。該方法還包括確定何時該鏟斗被卸載，以及停用該二次傾翻控制操作。
文檔編號E02F9/20GK103225326SQ20131009211
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者特洛伊·霍特曼, 李武英, 約瑟夫·科爾威爾, 邁克爾·林斯特羅斯 申請人:哈尼施費格爾技術(shù)公司