相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2015年12月15日提交的、第62/267,732號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而并入本申請(qǐng)。

本申請(qǐng)涉及工業(yè)機(jī)械，更具體地，涉及用于估計(jì)工業(yè)機(jī)械的有效負(fù)載的系統(tǒng)和方法。工業(yè)機(jī)械包括但不限于：電動(dòng)鋼絲繩或動(dòng)力鏟挖掘機(jī)(electricropeorpowershovel)、索鏟挖掘機(jī)(dragline)、液壓機(jī)械以及反鏟挖掘機(jī)(backhoe)。

背景技術(shù)：

工業(yè)機(jī)械，例如電動(dòng)鋼絲繩或動(dòng)力鏟挖掘機(jī)、索鏟挖掘機(jī)、液壓機(jī)械以及反鏟挖掘機(jī)等，被用于執(zhí)行操作，例如通過(guò)挖掘而從礦堆移除物料。這些工業(yè)機(jī)械和/或它們的部件一般由促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，促動(dòng)器包括但不限于：馬達(dá)、液壓系統(tǒng)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有效負(fù)載數(shù)據(jù)可以被確定，有效負(fù)載數(shù)據(jù)例如可以是機(jī)械的鏟斗內(nèi)開采物料的估計(jì)量。通常來(lái)說(shuō)，可以使用機(jī)械的各種促動(dòng)器(例如，一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)或者促動(dòng)器)的一個(gè)或多個(gè)扭矩估計(jì)值來(lái)確定有效負(fù)載數(shù)據(jù)。這種估算有效負(fù)載數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)是有問題的，因?yàn)榕ぞ乇还烙?jì)的促動(dòng)器常常位于遠(yuǎn)離實(shí)際有效負(fù)載(例如，容納開采物料的鏟斗)的位置。此外，對(duì)于某些類型的促動(dòng)器，例如某些類型的馬達(dá)，扭矩估計(jì)可能是不精確的，因此基于該種扭矩估計(jì)的任何有效負(fù)載估計(jì)也是不精確的。

相應(yīng)地，需要一種用于估計(jì)工業(yè)機(jī)械的有效負(fù)載的新方法和系統(tǒng)。因此，在某一實(shí)施例中，本申請(qǐng)?zhí)峁┑墓I(yè)機(jī)械包括基部。所述工業(yè)機(jī)械還包括可旋轉(zhuǎn)地耦接至基部的鏟柄，以及通過(guò)銷和促動(dòng)器可旋轉(zhuǎn)地耦接至所述鏟柄的鏟斗。所述工業(yè)機(jī)械進(jìn)一步包括第一傳感器、第二傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器和控制器。所述第一傳感器配置成檢測(cè)促動(dòng)器力。所述第二傳感器配置成檢測(cè)提升力。所述旋轉(zhuǎn)傳感器配置成檢測(cè)所述鏟斗的旋轉(zhuǎn)角。所述控制器配置成接收所述促動(dòng)器力、提升力和旋轉(zhuǎn)角，并且用所述促動(dòng)器力、提升力和旋轉(zhuǎn)角確定有效負(fù)載數(shù)據(jù)。

在另一實(shí)施例中，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N確定工業(yè)機(jī)械的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的方法，所述工業(yè)機(jī)械具有鏟斗和鏟柄，所述鏟斗和鏟柄通過(guò)銷和促動(dòng)器可旋轉(zhuǎn)地耦接。所述方法包括：通過(guò)第一傳感器檢測(cè)與所述促動(dòng)器相關(guān)的第一力；通過(guò)位置靠近銷的第二傳感器檢測(cè)與所述鏟斗相關(guān)的第二力；通過(guò)位置靠近所述銷的第三傳感器檢測(cè)所述鏟斗的旋轉(zhuǎn)角；以及基于所述第一力、第二力和旋轉(zhuǎn)角，確定所述有效負(fù)載數(shù)據(jù)。

通過(guò)考慮具體說(shuō)明和附圖，本申請(qǐng)的其它方面將變得更加明顯。

附圖說(shuō)明

圖1展示了根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例的工業(yè)機(jī)械。

圖2是根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例的圖1所示工業(yè)機(jī)械的鏟柄和鏟斗的側(cè)視圖。

圖3是根據(jù)本申請(qǐng)的一些實(shí)施例的圖1所示工業(yè)機(jī)械的控制系統(tǒng)的方框圖。

圖4是展示了圖1所示工業(yè)機(jī)械的隨時(shí)間變化的各種力的圖表。

圖5是根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例的圖1所示工業(yè)機(jī)械運(yùn)行的流程圖。

圖6是根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例的圖1所示工業(yè)機(jī)械的鏟斗的側(cè)視圖，其中鏟斗的方向相對(duì)于參考點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不限于在以下說(shuō)明中所闡述的和在以下附圖中所示出的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和部件排布。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施例，并且能夠以各種不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤┍景l(fā)明。另外，應(yīng)當(dāng)明白，本申請(qǐng)中使用的措辭和術(shù)語(yǔ)只用于描述目的，并且不應(yīng)當(dāng)作為限制。本申請(qǐng)中使用的“包括”、“包含”或“具有”及其變形不僅包括其后列明的項(xiàng)目和其等同物，還包括其它項(xiàng)目。術(shù)語(yǔ)“安裝”、“連接”和“耦接”及其變形被廣義地使用，并且包括直接和間接的安裝、連接和耦接。進(jìn)一步，“連接”和“耦接”不限于物理或機(jī)械的連接或耦接，它們還可包括電連接和電耦接，不管是直接地還是間接地。此外，可以使用任何已知的方法執(zhí)行電子通信和通知，這些方法包括直接連接、無(wú)線連接等。

應(yīng)當(dāng)注意，可以使用多個(gè)基于硬件和軟件的裝置，以及多個(gè)不同結(jié)構(gòu)的部件來(lái)實(shí)施本申請(qǐng)。另外，可以理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以包括硬件、軟件以及電子元件或模塊，為了討論目的，它們被展示和描述成如同只以硬件實(shí)施大部分元件。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀具體實(shí)施方式的基礎(chǔ)上可以認(rèn)識(shí)到，在至少一個(gè)示例中，可以在能夠被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的軟件(例如，存儲(chǔ)在非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中)中實(shí)施本發(fā)明的基于電子的方面。此外，如下述段落所述，附圖中展示的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)只意在舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可能有其它可供選擇的機(jī)械結(jié)構(gòu)。例如，說(shuō)明書中描述的“控制器”可以包括標(biāo)準(zhǔn)處理部件，例如一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)模塊、一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出接口、以及連接各部件的各種連接(例如，系統(tǒng)總線)。

雖然各種工業(yè)機(jī)械(例如，采掘機(jī)、鋼絲繩鏟挖掘機(jī)、具有提升或拖拉運(yùn)動(dòng)的索鏟挖掘機(jī)、液壓機(jī)械、反鏟挖掘機(jī)等)可以應(yīng)用、執(zhí)行或結(jié)合使用在此描述的申請(qǐng)，但是關(guān)于電動(dòng)鋼絲繩或動(dòng)力鏟挖掘機(jī)，例如圖1中展示的工業(yè)機(jī)械，來(lái)描述在此描述的本申請(qǐng)的實(shí)施例。圖1所示的實(shí)施例展示了采掘機(jī)，例如作為鋼絲繩鏟挖掘機(jī)(ropeshovel)的電采礦鏟挖掘機(jī)(electricminingshovel)100，然而在其它實(shí)施例中，采礦鏟挖掘機(jī)100可以是其它類型的工業(yè)機(jī)械，例如混合動(dòng)力采礦鏟挖掘機(jī)、索鏟挖掘機(jī)等。采礦鏟挖掘機(jī)100包括履帶105，履帶105用于將采礦鏟挖掘機(jī)100向前和向后推進(jìn)，以及用于使采礦鏟挖掘機(jī)100轉(zhuǎn)向(即，通過(guò)改變左履帶和右履帶相對(duì)彼此的速度和/或方向)。履帶105支撐基部110，基部110包括駕駛室115?；?10能夠繞著擺動(dòng)軸125擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，例如，從挖掘位置移動(dòng)至傾倒位置。在一些實(shí)施例中，擺動(dòng)軸垂直于水平軸127。對(duì)于擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)而言，履帶105的移動(dòng)不是必需的。采礦鏟挖掘機(jī)100還包括懸臂130，懸臂130支撐可樞轉(zhuǎn)的鏟柄135(鏟柄135)以及附接物。在某一實(shí)施例中，附接物是鏟斗140。鏟斗140包括門145，門145用于將容納物從鏟斗140中傾倒在傾倒位置，例如料斗、傾倒貨車或者運(yùn)輸車輛。鏟斗140進(jìn)一步包括鏟斗齒147，鏟斗齒147用于掘入挖掘位置的礦堆中。應(yīng)當(dāng)理解，各種工業(yè)機(jī)械可以具有各種附接物(例如，具有鏟子的反鏟挖掘機(jī)、具有鏟斗的挖掘機(jī)、具有鏟斗的裝載機(jī)等)。雖然在此描述的各種實(shí)施例討論了采礦鏟挖掘機(jī)100的鏟斗140的使用，但是工業(yè)機(jī)械的任何附接物可以與所描述的本申請(qǐng)結(jié)合使用。

采礦鏟挖掘機(jī)100還包括：張緊懸索150，張緊懸索150被耦接在基部110和懸臂130之間以用于支撐懸臂130；一個(gè)或多個(gè)起重索155，起重索155被附接至基部110內(nèi)的絞盤(未顯示)，以用于纏繞起重索155而提升或降低鏟斗140；以及鏟斗門索160，鏟斗門索160被附接至另一絞盤(未顯示)，以用于打開鏟斗140的門145。采礦鏟挖掘機(jī)100可進(jìn)一步包括被可旋轉(zhuǎn)地耦接至懸臂130的懸臂末端滑輪162。懸臂末端滑輪162可被配置成支撐一個(gè)或多個(gè)起重索155。

鏟斗140可操作而基于三種控制動(dòng)作進(jìn)行運(yùn)動(dòng)：提升、推擠(crowd)和擺動(dòng)。提升控制通過(guò)纏繞和退繞起重索155來(lái)提升和降低鏟斗140。推擠控制延伸和回縮鏟柄135和鏟斗140的位置。在某一實(shí)施例中，鏟柄135和鏟斗140通過(guò)使用齒條和齒輪系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行推擠。在另一實(shí)施例中，鏟柄135和鏟斗140通過(guò)使用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行推擠。擺動(dòng)控制使基部110繞著擺動(dòng)軸125相對(duì)于履帶105旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，鏟斗140可相對(duì)于鏟柄135旋轉(zhuǎn)或傾斜至各種鏟斗角度。在其它實(shí)施例中，鏟斗140所包括的角度例如相對(duì)于鏟柄135是固定的。

圖2展示了采礦鏟挖掘機(jī)100的鏟柄135和鏟斗140的側(cè)視圖。鏟斗140可通過(guò)鏟斗-鏟柄銷200被可樞轉(zhuǎn)地附接至鏟柄135。鏟斗140可通過(guò)促動(dòng)器205而相對(duì)于鏟柄135可樞轉(zhuǎn)地運(yùn)動(dòng)。如圖所示，促動(dòng)器205通過(guò)鏟柄-促動(dòng)器銷210可旋轉(zhuǎn)地耦接至鏟柄135。此外，如圖所示，促動(dòng)器205通過(guò)鏟斗-促動(dòng)器銷215可旋轉(zhuǎn)地耦接至鏟斗140。在一些實(shí)施例中，促動(dòng)器205是液壓促動(dòng)器。在另一實(shí)施例中，促動(dòng)器205包括一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)，包括但不限于，直流(dc)馬達(dá)、交流(ac)馬達(dá)、開關(guān)磁阻(sr)馬達(dá)。

如圖3所示，圖1的采礦鏟挖掘機(jī)100包括控制系統(tǒng)300?？梢岳斫?，除了采礦鏟挖掘機(jī)100之外，控制器300可以被用于各種工業(yè)機(jī)械(例如，索鏟挖掘機(jī)、液壓機(jī)械、施工機(jī)械、反鏟挖掘機(jī)等)?？刂葡到y(tǒng)300包括控制器305、操作員控制310、鏟斗控制315、傳感器320、用戶界面325以及其它輸入/輸出(i/o)330。控制器305包括處理器335和存儲(chǔ)器340。存儲(chǔ)器340存儲(chǔ)能夠被處理器335執(zhí)行的指令，以及用于諸如允許控制器305與操作員之間或者控制器305與傳感器320之間進(jìn)行通信的各種輸入/輸出。在一些情況下，控制器305包括微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、專用集成電路(asic)等中的一個(gè)或多個(gè)。

控制器305接收來(lái)自操作員控制310的輸入。操作員控制310包括推擠控制或驅(qū)動(dòng)345、擺動(dòng)控制或驅(qū)動(dòng)350、提升控制或驅(qū)動(dòng)355以及門控制360。推擠控制345、擺動(dòng)控制350、提升控制355以及門控制360例如包括：操作員所控制的輸入裝置，比如操縱桿、杠桿、腳踏板和其它促動(dòng)器。操作員控制310通過(guò)輸入裝置接收操作員輸入，并且向控制器305輸出數(shù)字運(yùn)動(dòng)命令。運(yùn)動(dòng)命令包括：例如，吊起、吊落、推擠延伸、推擠回縮、順時(shí)針擺動(dòng)、逆時(shí)針擺動(dòng)、鏟斗門釋放、左履帶向前、左履帶倒退、右履帶向前以及右履帶倒退。

一旦接收到運(yùn)動(dòng)命令，控制器305通常會(huì)如同操作員命令的那樣控制鏟斗控制315。鏟斗控制315控制采礦鏟挖掘機(jī)100的多個(gè)馬達(dá)316。多個(gè)馬達(dá)316包括但不限于：一個(gè)或多個(gè)推擠馬達(dá)365、一個(gè)或多個(gè)擺動(dòng)馬達(dá)370以及一個(gè)或多個(gè)提升馬達(dá)375。例如，如果操作員通過(guò)擺動(dòng)控制350指示逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)基部110，那么控制器305通常會(huì)控制擺動(dòng)馬達(dá)370而使基部110逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。然而，在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，控制器305可操作而限制操作員運(yùn)動(dòng)命令，并且在獨(dú)立于操作員輸入的情況下生成運(yùn)動(dòng)命令。

馬達(dá)316可以是施加力的任何促動(dòng)器。在一些實(shí)施例中，馬達(dá)316可以是，但不限于，交流馬達(dá)、交流同步馬達(dá)、交流異步馬達(dá)、直流馬達(dá)、換向器直流馬達(dá)(例如永磁直流馬達(dá)、勵(lì)磁直流馬達(dá)等)、磁阻馬達(dá)(例如開關(guān)磁阻馬達(dá))、線性液壓馬達(dá)(即液壓缸)、以及徑向柱塞式液壓馬達(dá)等。在一些實(shí)施例中，馬達(dá)316可以但不限于是扭矩控制的、速度控制的、或者依照固定的扭矩-速度曲線的特征?？梢愿鶕?jù)各個(gè)馬達(dá)的能力連同采礦鏟挖掘機(jī)100所需的失速力(stallforce)來(lái)確定馬達(dá)316的扭矩極限。

控制器305還與一些傳感器320通信。例如，控制器305與一個(gè)或多個(gè)推擠傳感器380、一個(gè)或多個(gè)擺動(dòng)傳感器385、一個(gè)或多個(gè)提升傳感器390、促動(dòng)器傳感器392以及銷傳感器395通信。推擠傳感器380檢測(cè)與采掘機(jī)的推擠運(yùn)行相關(guān)的物理特性，并且將檢測(cè)的物理特性轉(zhuǎn)換成將被傳輸至控制器305的數(shù)據(jù)或電子信號(hào)。推擠傳感器380例如包括多個(gè)位置傳感器、多個(gè)速度傳感器、多個(gè)加速度傳感器和多個(gè)扭矩傳感器。多個(gè)位置傳感器向控制器305指示出鏟斗140延伸或回縮的水平。多個(gè)速度傳感器向控制器305指示鏟斗140延伸或回縮的速度。多個(gè)加速度傳感器向控制器305指示鏟斗140延伸或回縮的加速度。多個(gè)扭矩傳感器向控制器305指示通過(guò)鏟斗140的延伸或回縮所產(chǎn)生的扭矩量。

擺動(dòng)傳感器385檢測(cè)與采掘機(jī)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的物理特性，并且將檢測(cè)的物理特性轉(zhuǎn)換成將被傳輸至控制器305的數(shù)據(jù)或電子信號(hào)。擺動(dòng)傳感器385例如包括多個(gè)位置傳感器、多個(gè)速度傳感器、多個(gè)加速度傳感器和多個(gè)扭矩傳感器。位置傳感器向控制器305指示基部110圍繞擺動(dòng)軸125相對(duì)于履帶105的擺動(dòng)角，而速度傳感器指示擺動(dòng)速度，加速度傳感器指示擺動(dòng)加速度，并且扭矩傳感器指示擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的扭矩。

提升傳感器390檢測(cè)與采掘機(jī)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的物理特性，并且將檢測(cè)的物理特性轉(zhuǎn)換成將被傳輸至控制器305的數(shù)據(jù)或電子信號(hào)。提升傳感器390例如包括多個(gè)位置傳感器、多個(gè)速度傳感器、多個(gè)加速度傳感器和多個(gè)扭矩傳感器。位置傳感器基于起重索155的位置，向控制器305指示鏟斗140的高度，而速度傳感器指示提升速度，加速度傳感器指示提升加速度，并且扭矩傳感器指示提升運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的扭矩。在一些實(shí)施例中，扭矩提升傳感器可以被用于確定吊鉤拉力(bailpullforce)和提升力。在一些實(shí)施例中，加速度傳感器、擺動(dòng)傳感器385、提升傳感器390是振動(dòng)傳感器，其可包括壓電材料。在一些實(shí)施例中，傳感器320還包括門閂傳感器，所述門閂傳感器首先指示鏟斗們145是否打開或關(guān)閉，并且測(cè)量鏟斗140中容納的載荷的重量。在一些實(shí)施方式中，位置傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和扭矩傳感器中的一個(gè)或多個(gè)被直接結(jié)合到馬達(dá)316內(nèi)，并且檢測(cè)馬達(dá)的各種特性(例如，馬達(dá)電壓、馬達(dá)電流、馬達(dá)功率、馬達(dá)功率因數(shù)等)，以便確定加速度。

促動(dòng)器傳感器392檢測(cè)促動(dòng)器205的位移和/或由促動(dòng)器205施加的力。在促動(dòng)器205是液壓促動(dòng)器的實(shí)施例中，促動(dòng)器傳感器392通過(guò)測(cè)量液壓促動(dòng)器的壓力來(lái)測(cè)量促動(dòng)器205施加的力。在促動(dòng)器205是馬達(dá)的另一實(shí)施例中，促動(dòng)器傳感器292可以是扭矩傳感器，該傳感器測(cè)量由促動(dòng)器205施加的扭矩。

銷傳感器395檢測(cè)鏟斗140相對(duì)于鏟柄135的角位置或旋轉(zhuǎn)角。在一些實(shí)施例中，施加在銷傳感器395的位置處的質(zhì)量或重量等價(jià)于采礦鏟挖掘機(jī)100的吊鉤拉力或提升力。在一些實(shí)施例中，銷傳感器395可額外地測(cè)量鏟斗140相對(duì)于鏟柄135的角速度和角加速度。

用戶界面325向操作員提供有關(guān)采礦鏟挖掘機(jī)100以及與采礦鏟挖掘機(jī)100通信的其它系統(tǒng)的狀態(tài)信息。用戶界面325包括下述的一個(gè)或多個(gè)：顯示器(例如液晶顯示器(lcd))；一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(led)或其它發(fā)光裝置；平視顯示器(例如，投射到駕駛室115的窗戶上)；用于聲音反饋的揚(yáng)聲器(例如，嗶嗶聲、口頭信息等)；觸覺反饋裝置，例如能夠使操作員的椅子或者操作員控制310振動(dòng)的振動(dòng)裝置；或者其它反饋裝置。

在操作過(guò)程中，控制系統(tǒng)300可被配置成確定有效負(fù)載數(shù)據(jù)，例如但不限于鏟斗140的填充因數(shù)(fillfactor)。填充因數(shù)是鏟斗140所填充的物料的百分比(例如，0％至100％)。隨著填充因數(shù)的變化，鏟斗140的重心會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)知道重心，可以確定精確的有效負(fù)載數(shù)據(jù)(例如，精確的有效填充因數(shù))。

圖4是展示采礦鏟挖掘機(jī)100隨時(shí)間405變化的各種力的圖表400。圖表400被分成多個(gè)操作。在展示的實(shí)施例中，多個(gè)操作包括但不限于：挖掘操作410、擺向貨車操作415、擺動(dòng)減速和傾倒操作420、傾倒和擺動(dòng)操作425、以及返回貨車操作430。在一些實(shí)施例中，在擺動(dòng)減速和傾倒操作420的期間確定有效負(fù)載數(shù)據(jù)(例如鏟斗140的填充因數(shù))。然而，在其它實(shí)施例中，可以在不同的操作期間或者在多于一個(gè)的操作期間確定有效負(fù)載數(shù)據(jù)。

圖5是展示根據(jù)本申請(qǐng)一些實(shí)施例的方法或操作500的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，操作500中公開的步驟的順序是可以變化的。其它的步驟也可以添加到控制序列中，并且不是所有步驟都是需要的?？刂葡到y(tǒng)300監(jiān)控鏟斗140的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)(框圖505)。通過(guò)確定擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)是否在減速，控制系統(tǒng)300確定采礦鏟挖掘機(jī)100是否處于擺動(dòng)減速和傾倒操作420(框圖510)中。如果擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)不在減速，那么操作500回到框圖505。如果擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)在減速，那么控制系統(tǒng)300從銷傳感器395接收負(fù)載銷數(shù)據(jù)(例如，力、重量等)，從促動(dòng)器傳感器392接收促動(dòng)器數(shù)據(jù)(例如，促動(dòng)器力和促動(dòng)器位移)，以及接收位置數(shù)據(jù)(框圖515)。控制系統(tǒng)300然后使用接收到的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)有效負(fù)載數(shù)據(jù)(框圖520)。控制系統(tǒng)300然后輸出有效負(fù)載數(shù)據(jù)(方框525)。在一些實(shí)施例中，負(fù)載銷數(shù)據(jù)可以被替換成來(lái)自提升扭矩傳感器390的提升扭矩?cái)?shù)據(jù)。

圖6展示了與鏟斗140有關(guān)的多個(gè)向量。鏟斗140的局部原點(diǎn)o，以及全局原點(diǎn)g，被用于確定與鏟斗140有關(guān)的多個(gè)向量。使用來(lái)自提升傳感器390和推擠傳感器380中的一個(gè)或多個(gè)的傳感信息，以及來(lái)自促動(dòng)器傳感器392的促動(dòng)器的傳感位移，連同懸臂130、鏟柄135、鏟斗140以及懸臂末端滑輪162的已知幾何結(jié)構(gòu)，可以計(jì)算局部原點(diǎn)o。在一些實(shí)施例中，如圖1所示，全局原點(diǎn)g位于水平軸127和擺動(dòng)軸125的交點(diǎn)處。在另一實(shí)施例中，全局原點(diǎn)g位于鏟柄135被可旋轉(zhuǎn)地耦接至基部110的點(diǎn)上。在其它實(shí)施例中，全局原點(diǎn)g可以是采礦鏟挖掘機(jī)100上的任何預(yù)先確定的點(diǎn)。第一向量r是從鏟斗-促動(dòng)器銷215至局部原點(diǎn)o的向量。第一全局原點(diǎn)向量r1是從全局原點(diǎn)g至鏟斗-促動(dòng)器銷215的向量。第二全局原點(diǎn)向量r2是從全局原點(diǎn)g至局部原點(diǎn)o的向量。正交向量r’是與第一向量r正交的向量。

可以使用下面的等式估計(jì)有效負(fù)載數(shù)據(jù)：

∑mhdllug＝iα[等式1]

其中：

m＝繞銷200的力矩

i＝鏟斗140的慣性

α＝鏟斗140繞銷200的角加速度

等式1可以被改寫成下面的等式2：

(fhst)d1+(fcyl)d2-(fbucket)d3-(fmaterial)d4＝(ibucket+material)αbucket[等式2]

其中：

fhst＝提升力(例如，由銷傳感器395或提升扭矩傳感器390檢測(cè)的質(zhì)量)

fcyl＝由促動(dòng)器傳感器392檢測(cè)的促動(dòng)器力

fbucket＝空鏟斗的鏟斗重力

fmaterial＝物料的重力

ibucket+material＝圍繞銷200的物料和鏟斗慣性

αbucket＝由銷傳感器395檢測(cè)的鏟斗繞銷200的角加速度

d1＝從銷200到起重繩的法線距離

d2＝從銷200到擺缸軸(tiltcylinderaxis)的法線距離(例如，由促動(dòng)器傳感器392檢測(cè)的促動(dòng)器位移)

d3＝從銷200到鏟斗重力的法線距離

d4＝從銷200到物料重力的法線距離

在一些實(shí)施例中，基于促動(dòng)器的傳感位移和工業(yè)機(jī)械部件的大小，可以確定鏟斗140的旋轉(zhuǎn)角。在這樣的實(shí)施例中，工業(yè)機(jī)械部件的大小可以是鏟斗和銷之間的第一連接部(例如，在鏟斗-鏟柄銷200處)與促動(dòng)器和鏟斗之間的第二連接部(例如，鏟斗-缸銷215)之間的距離。鏟斗140相對(duì)于水平軸127的旋轉(zhuǎn)角可以被表示成θ，其中當(dāng)鏟斗-鏟柄銷200軸和鏟斗-缸銷215在同一垂直線上時(shí)，θ等于0。可以通過(guò)下列的等式3-7來(lái)確定cosθ和sinθ：

r＝r2-r1[等式4]

通過(guò)使用下面的等式8-10，等式2可以被進(jìn)一步改寫成等式11：

fmaterial＝c1gx[等式8]

d4＝d5cosθ-d6sinθ[等式9]

imaterial＝c6x+c7[等式10]

其中：

d5＝在鏟斗沒有旋轉(zhuǎn)的情況下，物料的重心距離鏟柄與鏟斗連接點(diǎn)(例如，銷200)的x-距離

d6＝在鏟斗沒有旋轉(zhuǎn)的情況下，物料的重心距離鏟柄與鏟斗連接點(diǎn)(例如，銷200)的y-軸距離

在等式5-8中，x是填充因數(shù)。如上所述，填充因數(shù)x與鏟斗140填充的物料的百分比(例如，0等于填滿的0％，而1等于填滿的100％)有關(guān)。此外，在等式5-8中，c1是鏟斗容量(例如，如果鏟斗容量是100t，那么c1等于100t)，而c2至c7是與鏟斗140填充的物料的百分比有關(guān)的常系數(shù)。在一些實(shí)施例中，常系數(shù)c2至c7是預(yù)先確定的。在這類實(shí)施例中，可以通過(guò)實(shí)證檢驗(yàn)來(lái)預(yù)先確定常系數(shù)。此外，可以通過(guò)實(shí)證檢驗(yàn)來(lái)預(yù)先確定距離d5和d6。

如等式12所示，等式11可以被改寫而求出x的解。

其中：

a＝c1g[c4sinθ-c2cosθ]

b＝c1g(c5sinθ-c2cosθ)-c6αbucket

c＝(fhst)d1+(fcyl)d2-(fbucket)d3-(ibucket+c7)αbucket

并且：

(b²-4ac)>0

因此，通過(guò)上面的等式12可以確定有效負(fù)載數(shù)據(jù)(例如，鏟斗140的填充因數(shù))。

因此，除了其它之外，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于精確確定采掘機(jī)的有效負(fù)載數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法，例如但不限于，采掘機(jī)的鏟斗的填充因數(shù)。該系統(tǒng)和方法在不需要估算推擠馬達(dá)的推擠扭矩的情況下，精確地確定有效負(fù)載數(shù)據(jù)。此外，通過(guò)精確確定采掘機(jī)的有效負(fù)載數(shù)據(jù)，可以確定采掘機(jī)的效率以及采掘機(jī)的操作。在權(quán)利要求書中將詳述本申請(qǐng)的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。