用于包括平土鏟的輪式裝載機的機器控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于包括平土鏟的輪式裝載機的機器控制系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于控制具有土地平整(land levelling)或推土(earthmoving) ψ(blade)的輪式裝載機(wheel loader)在預定的工作面中的土地平整或推土處理的機器控制系統(tǒng)。
[0002]在建筑地點和建設(shè)區(qū)域上，通常由推土機(bulldozer)來執(zhí)行土地平整和推土處理。這些推土機配備有用于提供相對于地面的穩(wěn)定姿態(tài)(attitude)的連續(xù)履帶以及用于推沙子、泥土和碎片的推土機鏟。對于土地平整，通常使用直鏟，所述直鏟相對短并且沒有橫向彎曲或側(cè)翼。
[0003]然而，推土機與輪式裝載機相比具有缺點，因為操作成本更高。例如，推土機到工地(worksite)的轉(zhuǎn)移昂貴，因為即使對于短距離，推土機也需要被運送到工地(例如，在拖車(articulated vehicle)上)，而諸如輪式裝載機這樣的輪式重型機械通?？梢酝ㄟ^其自身的車輪在公共道路上行駛。
[0004]因此，正在用于平土(grading)操作的建設(shè)地點和相關(guān)領(lǐng)域使用數(shù)量增加的輪式裝載機。另一方面，如果要保持預定的工作面，則用于精確的土地平整和推土處理的輪式裝載機的使用對于操作員(operator)復雜并具有挑戰(zhàn)性。由于它們的車輪，輪式裝載機通常具有比推土機更高的重心。此外，減震器在兩個軸處獨立工作。因此，例如如果裝載機鏟斗(bucket)或鏟上的重載荷使重心朝前部轉(zhuǎn)移，則輪式裝載機的工作軸經(jīng)受更高的加速振蕩和其它變化。另外，存在導致一個或更多個車輪沉入工作面之下的車輪空轉(zhuǎn)(spin)的可能性。因此，對于操作員，幾乎不可能在整個處理中一直使裝載機的工具保持在相對于工作面的正確的位置和方向(orientat1n) ο
[0005]因此，對于精確的土地平整和推土處理，需要一種幫助操作員始終使工具保持在相對于工作面的正確的位置和方向(具體地，正確的高度和傾斜角度)的機器控制系統(tǒng)。
[0006]對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的重型機械設(shè)備，存在一些機器控制輔助系統(tǒng)，這些機器控制輔助系統(tǒng)測量工具相對于機械的位置和/或方向，并且向操作員提供關(guān)于位置和姿態(tài)的反饋或者至少部分自動操作該機械。例如，US 2006/0245902A1公開了一種識別裝載機鏟斗的方向并且向操作員指示所述方向的系統(tǒng)，并且EP I 988 220A2公開了一種用于輪式裝載機和其它重型機械設(shè)備的、適合于將工具自動重新定位到預定位置的機器控制系統(tǒng)。
[0007]然而，對于利用可以用于在預定的工作面中的土地平整或推土目的的輪式裝載機和鏟來進行精確的土地平整和推土處理的特殊需求，這些可得到的系統(tǒng)不適合。
[0008]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于輪式裝載機的、在執(zhí)行土地平整或推土處理時支持該輪式裝載機的操作員的改進的機器控制系統(tǒng)。
[0009]另一目的是提供允許以更高的精度來執(zhí)行土地平整或推土處理的這樣一種機器控制系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的特定目的是提供適合于自動執(zhí)行土地平整或推土處理的步驟的這樣一種機器控制系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種用于控制輪式裝載機的土地平整或推土處理的改進方法。
[0012]這些目的中的至少一個通過根據(jù)權(quán)利要求1的機器控制系統(tǒng)、根據(jù)權(quán)利要求9的輪式裝載機、根據(jù)權(quán)利要求10的用于控制土地平整或推土處理的方法、根據(jù)權(quán)利要求15的計算機程序產(chǎn)品和/或本發(fā)明的從屬權(quán)利要求來實現(xiàn)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，一種機器控制系統(tǒng)包括機器控制單元(MCU)和方向檢測系統(tǒng)，并且特別適合于控制具有土地平整或推土鏟的輪式裝載機的土地平整或推土處理。所述方向檢測系統(tǒng)包括方向檢測裝置，所述方向檢測裝置被設(shè)計成附接至所述鏟和/或所述輪式裝載機，以檢測所述鏟相對于工作面的位置和方向。所述方向檢測裝置適合于根據(jù)所述鏟的所述位置和方向來生成方向數(shù)據(jù)并且將所述方向數(shù)據(jù)發(fā)送給所述MCU。優(yōu)選地可以無線地(例如利用Bluetooth?或相似的連接)發(fā)送所有數(shù)據(jù)。
[0014]所述MCU適合于基于所述方向數(shù)據(jù)使用所述鏟相對于所述工作面的位置和方向來生成所述輪式裝載機和所述?產(chǎn)的圖形表示(graphic representat1n)，和/或適合于通過自動操作工具定位裝置基于所述方向數(shù)據(jù)調(diào)整所述鏟相對于所述工作面的位置和方向來至少部分地控制所述土地平整或推土處理。
[0015]在所述機器控制系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式中，所述MCU適合于使用所述鏟相對于所述工作面的垂直距離和傾斜角度來生成所述圖形表示。
[0016]在所述機器控制系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施方式中，所述MCU適合于自動操作所述工具定位裝置以調(diào)整所述鏟相對于所述工作面的垂直距離和傾斜角度。
[0017]所述MCU可以包括計算裝置，所述計算裝置使用用于基于所接收的方向數(shù)據(jù)來執(zhí)行所述輪式裝載機和所述工具相對于所述面的當前位置和方向的計算的算法。另選地或者另外，所述MCU可以與外部的計算裝置連接，尤其是無線連接。在這種情況下，與當前的土地平整或推土處理有關(guān)的數(shù)據(jù)(包括與所述工作面有關(guān)的信息)還可以在該處理期間動態(tài)更新。
[0018]在所述機器控制系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施方式中，所述方向檢測裝置包括可視特征(feature)，所述可視特征可通過所述方向檢測系統(tǒng)的外部測量裝置來識別，使得可確定所述可視特征相對于所述測量裝置的位置和方向。優(yōu)選地，所述外部測量裝置包括具有相機的激光跟蹤器，并且所述可視特征包括具有后向反射器(ret1-reflector)和有源或無源發(fā)光裝置的后向反射器系統(tǒng)。
[0019]在所述機器控制系統(tǒng)的另一實施方式中，所述方向檢測裝置包括傾斜傳感器和用于外部定位的裝置(諸如激光接收器、定向到地面的測距裝置(尤其是超聲波測距儀)或者GNSS天線)。在所述機器控制系統(tǒng)的另一實施方式中，所述方向檢測裝置包括兩個用于外部定位的裝置。
[0020]在所述機器控制系統(tǒng)的另一實施方式中，尤其如果所述方向檢測裝置未直接設(shè)置在所述鏟上，而是設(shè)置在所述輪式裝載機上，則所述方向檢測系統(tǒng)包括至少一個角度編碼器，所述至少一個角度編碼器用于測量關(guān)于工具定位系統(tǒng)，具體地:
[0021].所述輪式裝載機的前部與所述工具定位裝置的第一構(gòu)件之間的角，
[0022].所述工具定位裝置的兩個構(gòu)件之間的角，和/或
[0023].所述工具定位裝置的最后一個構(gòu)件與所述鏟之間的角。
[0024]優(yōu)選地，在每個位置處檢測三個旋轉(zhuǎn)自由度。
[0025]在優(yōu)選實施方式中，所述機器控制系統(tǒng)適合于與具有通過鉸接式轉(zhuǎn)向接頭連接的前部件和后部件的這種類型的輪式裝載機一起使用。優(yōu)選地，尤其如果所述方向檢測裝置將要設(shè)置在所述輪式裝載機的所述后部件上，則所述方向檢測系統(tǒng)包括在所述鉸接式轉(zhuǎn)向接頭處的角度編碼器，所述角度編碼器用于測量第一主體與第二主體之間的角度(尤其是三個旋轉(zhuǎn)自由度)。
[0026]在另一優(yōu)選實施方式中，所述機器控制系統(tǒng)適合于與具有液壓致動的工具定位裝置(具體為Z運動(kinematics)或并聯(lián)(parallel)運動)的輪式裝載機一起使用，并且適合于自動操作所述液壓致動工具定位裝置。