用于搶先確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的載荷重量的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于搶先確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的載荷重量的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]根據(jù)35U.S.C § 119(e)，本申請(qǐng)要求享有于2012年9月21日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/704，110的權(quán)益，通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容和主旨并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本公開(kāi)涉及諸如人力操作和/或自主動(dòng)力鏟、吊斗鏟(drag lines)等用于表面礦區(qū)裝載操作的重型設(shè)備，并且更具體地涉及在這樣的設(shè)備上使用以測(cè)量每個(gè)載荷中的挖掘的材料的凈重量的系統(tǒng)。
[0004]在大型表面開(kāi)采操作中，極大比例的挖掘設(shè)備被用于挖掘和裝載材料。通常用具有每鏟數(shù)十噸的挖斗容量的動(dòng)力鏟來(lái)執(zhí)行挖掘。
[0005]已經(jīng)開(kāi)發(fā)出在將動(dòng)力鏟挖斗中的材料轉(zhuǎn)移至卡車(chē)時(shí)確定其凈重量的測(cè)量系統(tǒng)。然而，在確定載荷的凈重量超出需要重量時(shí)，挖掘設(shè)備可能被強(qiáng)制卸下一部分挖掘的材料，造成挖掘周期時(shí)間的增加，并且因此造成更高的總體勞動(dòng)和維護(hù)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1圖示根據(jù)實(shí)施例的用于搶先確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的載荷重量的示例性流程圖；
[0007]圖2圖示根據(jù)實(shí)施例的用于選擇最優(yōu)挖掘區(qū)域輪廓的示例性方法；
[0008]圖3圖示根據(jù)實(shí)施例的用于測(cè)量挖掘設(shè)備的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的示例性方法；
[0009]圖4圖示根據(jù)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)量的示例性方法；
[0010]圖5圖示示例性挖掘設(shè)備；
[0011]圖6圖示根據(jù)實(shí)施例的用于搶先確定載荷重量的示例性方法；
[0012]圖7圖示加入重新調(diào)整因子的示例性系統(tǒng)；
[0013]圖8圖示用于計(jì)算切力的示例性系統(tǒng)；以及
[0014]圖9圖示可以被用于實(shí)現(xiàn)挖掘開(kāi)采設(shè)備的搶先載荷重量測(cè)量的示例性計(jì)算機(jī)的示例性高級(jí)別框圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]提供一種用于搶先確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的載荷重量的方法和系統(tǒng)。特別地，提供一種方法，其中:掃描挖掘表面以產(chǎn)生挖掘表面輪廓；選擇針對(duì)挖掘表面輪廓的挖掘計(jì)劃；基于開(kāi)采挖掘設(shè)備的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，利用搶先載荷稱(chēng)重算法在挖掘表面上執(zhí)行針對(duì)挖掘表面輪廓的挖掘計(jì)劃；以及至少基于多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的多個(gè)導(dǎo)數(shù)、多個(gè)所計(jì)算的信號(hào)以及挖掘表面輪廓來(lái)確定要由開(kāi)采挖掘設(shè)備挖掘的材料的體積。在一個(gè)實(shí)施例中，掃描挖掘表面以產(chǎn)生挖掘表面輪廓包含使用多個(gè)傳感器掃描在挖掘表面周?chē)沫h(huán)境，以及利用圖案分類(lèi)和識(shí)別算法分析由多個(gè)傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，其中使用多個(gè)傳感器掃描在挖掘表面周?chē)沫h(huán)境包含確定可能干擾開(kāi)采挖掘設(shè)備的活動(dòng)的地形以及確定可能干擾開(kāi)采挖掘設(shè)備的活動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象，并且其中利用圖案分類(lèi)和識(shí)別算法分析由多個(gè)傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包含決策樹(shù)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、高斯處理、獨(dú)立成分分析、自組織圖或支持向量機(jī)中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇針對(duì)挖掘表面輪廓的挖掘計(jì)劃包含在包含多個(gè)預(yù)定挖掘計(jì)劃的數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索匹配挖掘表面輪廓的一個(gè)或多個(gè)挖掘計(jì)劃，響應(yīng)于標(biāo)識(shí)匹配挖掘表面輪廓的一個(gè)或多個(gè)挖掘計(jì)劃，計(jì)算匹配挖掘表面輪廓的一個(gè)或多個(gè)挖掘計(jì)劃中的每個(gè)針對(duì)挖掘表面輪廓的成功可能性，以及從匹配挖掘表面輪廓的一個(gè)或多個(gè)挖掘計(jì)劃中選擇具有最高計(jì)算成功可能性的挖掘計(jì)劃；其中從匹配挖掘表面輪廓的一個(gè)或多個(gè)挖掘計(jì)劃中選擇具有最高計(jì)算成功可能性的挖掘計(jì)劃包含響應(yīng)于未能在數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)識(shí)匹配挖掘表面輪廓的一個(gè)或多個(gè)挖掘計(jì)劃，基于針對(duì)挖掘表面的挖掘表面輪廓產(chǎn)生挖掘計(jì)劃，以及將所產(chǎn)生的挖掘計(jì)劃存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在一個(gè)實(shí)施例中，基于開(kāi)采挖掘設(shè)備的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，利用搶先載荷稱(chēng)重算法在挖掘表面上執(zhí)行針對(duì)挖掘表面輪廓的挖掘計(jì)劃包含測(cè)量開(kāi)采挖掘設(shè)備的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中測(cè)量開(kāi)采挖掘設(shè)備的多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)包含:測(cè)量起重機(jī)電機(jī)扭矩；以及通過(guò)比較與第一時(shí)間相關(guān)聯(lián)的第一起重機(jī)電機(jī)速度和與第二時(shí)間相關(guān)聯(lián)的第二起重機(jī)電機(jī)速度來(lái)測(cè)量起重機(jī)電機(jī)加速度，其中第一時(shí)間先于第二時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)確定挖掘操作對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的至少一個(gè)的影響來(lái)確定當(dāng)開(kāi)采挖掘設(shè)備的挖斗在挖掘表面內(nèi)時(shí)的挖斗中的材料的載荷，其中通過(guò)確定開(kāi)采挖掘設(shè)備相對(duì)于挖掘表面的位置、確定起重機(jī)電機(jī)速度的導(dǎo)數(shù)、確定起重機(jī)位置、確定推壓位置以及確定挖斗的位置，來(lái)確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的挖斗中的材料的載荷。在一個(gè)實(shí)施例中，確定當(dāng)開(kāi)采挖掘設(shè)備的挖斗在挖掘表面內(nèi)時(shí)的挖斗中的材料的載荷還包含確定與開(kāi)采挖掘設(shè)備的挖斗中的材料的量有關(guān)的起重機(jī)電機(jī)速度的減少。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，作為材料落入挖斗的結(jié)果，通過(guò)由掃描儀檢測(cè)落入到挖斗中的材料以及檢測(cè)挖斗中的材料的額外增加，確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的挖斗中的材料的附加載荷。
【具體實(shí)施方式】
[0017]提供一種用于搶先確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的載荷重量的方法和系統(tǒng)。
[0018]圖1圖示根據(jù)實(shí)施例的用于搶先確定開(kāi)采挖掘設(shè)備的載荷重量的示例性方法100在步驟102，可以掃描挖掘表面以產(chǎn)生挖掘表面的輪廓?？梢允褂眠m于提供對(duì)周?chē)h(huán)境的掃描的多個(gè)傳感器來(lái)掃描挖掘表面?？梢詫⒍鄠€(gè)傳感器本地安放在開(kāi)采挖掘設(shè)備或遠(yuǎn)程安放。遠(yuǎn)程安放的傳感器可以經(jīng)由有線和/或無(wú)線收發(fā)器通信地耦合到設(shè)備。
[0019]掃描可以包含確定定義挖掘表面的多個(gè)參數(shù)，其中可以包括:要被鏟開(kāi)采和/或采掘的材料靜置角，一堆土制材料的粒度分布，一堆中的最大石頭、能夠干擾鏟的活動(dòng)的對(duì)象和/或地形，以及/或者鏟的區(qū)域內(nèi)的車(chē)輛和/或與該鏟相關(guān)聯(lián)的拖動(dòng)機(jī)。
[0020]可以利用諸如決策樹(shù)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、高斯處理、獨(dú)立成分分析、自組織圖和/或支持向量機(jī)等的圖案分類(lèi)和/或識(shí)別算法來(lái)分析由多個(gè)傳感器提供的信息。算法能夠便于執(zhí)行諸如圖案識(shí)別、數(shù)據(jù)提取、分類(lèi)和/或處理建模等任務(wù)。算法能夠適于提高性能和/或響應(yīng)于算法遇到的過(guò)去和/或現(xiàn)有的結(jié)果來(lái)改變其行為。
[0021]能夠通過(guò)向算法提出輸入的示例和對(duì)應(yīng)的期望輸出來(lái)適應(yīng)性地訓(xùn)練算法。例如，輸入可以是與所檢測(cè)到的對(duì)象或輪廓的標(biāo)識(shí)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)傳感器讀取。可以使用合成數(shù)據(jù)和/或提供在先前發(fā)生故障之前的組件有關(guān)的數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法。可以將算法應(yīng)用于能夠被視為某種形式的圖案識(shí)別的幾乎任何問(wèn)題。在某些示例性實(shí)施例中，算法可以被實(shí)現(xiàn)為軟件、固件和/或硬件等。
[0022]要理解的是，諸如本體感受傳感器這樣的負(fù)責(zé)監(jiān)視自我維護(hù)和控制內(nèi)部狀態(tài)的多個(gè)傳感器能夠提供關(guān)于挖掘設(shè)備的很多種信息，諸如與挖掘設(shè)備相關(guān)聯(lián)的所測(cè)量的電機(jī)功率和/或扭矩等，從而確定和/或優(yōu)化挖掘過(guò)程。來(lái)自多個(gè)外感受性(例如接近度)傳感器的信息可以被用于計(jì)算和/或確定挖掘表面的二維和/或三維模型。挖掘表面的二維和/或三維模型能夠被揭示給挖掘設(shè)備的操作者或該挖掘設(shè)備的自主控制系統(tǒng)。
[0023]用于產(chǎn)生二維和/或三維挖掘表面輪廓和挖掘周期的現(xiàn)有方法導(dǎo)致產(chǎn)生存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息的大陣列。在這樣的大陣列中搜索最優(yōu)的挖掘表面輪廓對(duì)系統(tǒng)增加復(fù)雜度。因此，提供一種用于產(chǎn)生挖掘表面輪廓和挖掘周期的新穎的方法。在實(shí)施例中，定義挖掘表面的多個(gè)參數(shù)可以呈現(xiàn)為使用非線性最小平方回歸定義的等式。
[0024]在這樣的方式呈現(xiàn)挖掘輪廓使挖掘表面輪廓和挖掘軌跡能夠通過(guò)定義等式的少量變量來(lái)分類(lèi)。被呈現(xiàn)為等式的挖掘表面輪廓降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低產(chǎn)生挖掘表面輪廓和/或挖掘周期所需的處理功率，并且使挖掘表面輪廓標(biāo)識(shí)能夠基本上是實(shí)時(shí)的。在一個(gè)實(shí)施例中，用于定義挖掘表面輪廓的等式是多階非線性多項(xiàng)式等式。特別地，可以利用求解最佳擬合等式的最小平方方法來(lái)匹配表示挖掘表面輪廓的數(shù)據(jù)點(diǎn)的給出樣本和挖掘軌跡。例如，可以使用等式y(tǒng) = 0.0586x2+0.1227x+0.5264來(lái)定義挖掘表面輪廓，并且可以使用等式 y = 0.139χ2-0.8678Χ+1.4306 來(lái)定義挖掘