相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求2016年4月15日提交的、申請(qǐng)?zhí)枮?2/323,093的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過引用而并入本申請(qǐng)。

在此說明的實(shí)施方式涉及采掘鏟，具體地涉及為采掘鏟提供自動(dòng)傾斜控制的方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在采掘過程中，采掘機(jī)械(如采掘鏟)的操作員協(xié)調(diào)提升、挖掘和傾斜運(yùn)動(dòng)，使得相應(yīng)的鏟斗定向?yàn)橛行н\(yùn)作盡可能快地提供最大有效荷載累積。對(duì)于某些挖掘條件，如繩鏟挖掘路徑及平地挖掘路徑，這會(huì)是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)。另外，傾斜功能的不當(dāng)介入可導(dǎo)致生產(chǎn)力損失、機(jī)械損傷，或二者兼有。

因此，在此說明的實(shí)施方式提供了進(jìn)行自動(dòng)傾斜控制的方法和系統(tǒng)，如在特定挖掘條件或工作周期中輔助操作員的傾斜控制。特別地，一些實(shí)施方式提供的方法和系統(tǒng)響應(yīng)于提升和挖掘指令而促動(dòng)傾斜運(yùn)動(dòng)，使得當(dāng)前(瞬時(shí))齒向量與當(dāng)前(瞬時(shí))挖掘路徑的軌跡之間的挖掘角(θ)受限于預(yù)設(shè)且可配置的值以及采掘鏟的物理作業(yè)范圍。例如，與采掘鏟關(guān)聯(lián)的控制器可接收輸入，輸入包括機(jī)械定向(齒、唇、最大齒、最小齒、最大唇以及最小唇的x軸和y軸位置)以及傾斜活塞桿和缸蓋側(cè)的壓力?；谒鲚斎?，控制器計(jì)算當(dāng)前挖掘角度，并基于采掘鏟的物理作業(yè)范圍計(jì)算出該角度極限。控制器隨后可調(diào)節(jié)采掘鏟的傾斜，以使當(dāng)前挖掘角更接近目標(biāo)挖掘角。在一些實(shí)施方式中，例如pid(比例-積分-微分)控制器、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器、比值控制器或類似的控制器執(zhí)行反饋控制循環(huán)，以使當(dāng)前挖掘角趨近目標(biāo)挖掘角。這些反饋機(jī)制的增益可為常數(shù)，或者可線性或非線性地變化。在一些實(shí)施方式中，基于運(yùn)動(dòng)限制、超載負(fù)荷(缸套穴蝕)、操作員干擾或其組合，控制器可采用一種或多種超馳(override)。在一些實(shí)施方式中，控制器由操作員手動(dòng)啟動(dòng)，并且可由操作員選擇性禁用。

舉例來說，在此說明的一些實(shí)施方式給出了一種為包含鏟斗的采掘機(jī)械提供傾斜控制的方法。所述方法包括用電子處理器確定鏟斗上所含齒的當(dāng)前齒向量和所述齒的當(dāng)前路徑向量，以及用電子處理器確定所述當(dāng)前齒向量與所述當(dāng)前路徑向量之間的當(dāng)前挖掘角。所述方法還包括：用電子處理器基于所述當(dāng)前挖掘角和目標(biāo)角確定增量角，并基于所述增量角自動(dòng)調(diào)節(jié)所述鏟斗的傾斜。

另一實(shí)施方式給出了一種工業(yè)機(jī)械，所述工業(yè)機(jī)械包括具有齒和控制器的鏟斗。所述控件器被配置用于確定所述齒的當(dāng)前齒向量和所述齒的當(dāng)前路徑向量。所述控件器還被配置用于確定所述齒的最大角度和所述齒的最小角度、獲取目標(biāo)角度，以及響應(yīng)于所述目標(biāo)角度大于所述齒的最大角度或小于所述齒的最小角度的情況而調(diào)整所述目標(biāo)角度。另外，所述控制器還被配置用于確定所述當(dāng)前齒向量與所述當(dāng)前路徑向量之間的當(dāng)前挖掘角，基于所述當(dāng)前挖掘角和所述目標(biāo)角度確定增量角，并基于所述增量角，經(jīng)由樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器自動(dòng)調(diào)節(jié)所述鏟斗的傾斜。

又一實(shí)施方式包括非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述介質(zhì)存儲(chǔ)的指令在被電子處理器執(zhí)行時(shí)執(zhí)行一系列功能。所述一系列功能包括確定工業(yè)機(jī)械的鏟斗上所含齒的當(dāng)前齒向量和所述齒的當(dāng)前路徑向量。所述一系列功能還包括確定所述齒的最大角度和所述齒的最小角度、獲取目標(biāo)角度，以及響應(yīng)于所述目標(biāo)角度大于所述齒的最大角度或小于所述齒的最小角度的情況而調(diào)整所述目標(biāo)角度。另外，所述一系列功能還包括確定所述當(dāng)前齒向量與所述當(dāng)前路徑向量之間的當(dāng)前挖掘角、基于所述當(dāng)前挖掘角和所述目標(biāo)角度確定增量角，以及基于所述增量角，利用反饋控制循環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)所述鏟斗的傾斜。

通過考慮以下具體說明和附圖，其它特征和方面將變得更為明顯。

附圖說明

圖1是采掘鏟的透視圖。

圖2是圖1所示采掘鏟的側(cè)視圖。

圖3是圖1所示采掘鏟所含鏟柄和鏟斗的透視圖。

圖4是圖3所示鏟柄和鏟斗的下方透視圖。

圖5是沿5-5線的、圖4所示鏟柄和鏟斗的剖視圖。

圖6是圖5所示鏟柄的放大剖視圖。

圖7是鏟斗的透視圖。

圖8是圖7所示鏟斗的側(cè)視圖。

圖9示意性地示出與圖1所示采掘鏟相關(guān)聯(lián)的控制器。

圖10是說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、由圖9所示控制器執(zhí)行的鏟斗傾斜控制方法的流程圖。

圖11是說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、由圖9所示控制器執(zhí)行的確定是否存在超馳情況的方法的流程圖。

圖12是說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、由圖9所示控制器執(zhí)行的確定控制輸出的運(yùn)算方法的流程圖。

圖13示出繩鏟挖掘路徑的路徑向量和齒向量。

圖14示出平地挖掘路徑的路徑向量和齒向量。

圖15和16示出計(jì)算路徑向量所需的采掘鏟的運(yùn)動(dòng)學(xué)位置。

具體實(shí)施方式

在詳細(xì)說明本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)了解，在此說明的實(shí)施方式作為范例給出，在此說明的和在附圖中展示的部件的詳細(xì)構(gòu)造和排布不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。而且，可以理解的是，在此使用的措辭和術(shù)語以描述為目的，其不應(yīng)被視為限制性的。在此用到的術(shù)語“包括”、“包含”或“具有”及其各種變體，意在既涵蓋其后列出的各項(xiàng)內(nèi)容及其等同替換，也涵蓋附加項(xiàng)?！鞍惭b”、“連接”、“耦接”這些術(shù)語含義寬泛，涵蓋直接和間接的安裝、連接和耦接。進(jìn)一步地，“連接”和“耦接”并不局限于物理的或機(jī)械的連接或耦接，并且可包括電學(xué)的連接或耦接，直接或間接的皆可。另外，電子通訊及通知可以用任何公知的方法進(jìn)行，包括直接連接、無線連接等。

應(yīng)當(dāng)注意，許多基于硬件和軟件的設(shè)備，以及許多不同結(jié)構(gòu)的元件可用于實(shí)施在此說明的實(shí)施方式或部分實(shí)施方式。另外，應(yīng)當(dāng)了解，在此說明的實(shí)施方式可包括硬件、軟件，以及電子元件或模塊。為了討論目的，在顯示和說明中大部分元件僅以硬件實(shí)施。然而，在閱讀本具體說明的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，在至少一種實(shí)施方式中，本文說明的基于電子設(shè)備完成的方面可在由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的軟件中實(shí)施(儲(chǔ)存于非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))。由此，應(yīng)當(dāng)注意，許多基于硬件和軟件的設(shè)備，以及許多不同結(jié)構(gòu)的元件可用于實(shí)施在此說明的實(shí)施方式。例如，本說明書中說明的“控制器”以及“控制單元”可包含一個(gè)或多個(gè)處理器、一個(gè)或多個(gè)包括非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的存儲(chǔ)器模塊、一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出接口，以及連接各元件的各種連接裝置(例如系統(tǒng)總線)。

圖1示出了采掘鏟10。應(yīng)當(dāng)了解，采掘鏟10作為示例給出，在此說明的實(shí)施方式可用于與圖1所示采掘鏟10不同的采掘鏟或者其它采掘機(jī)械。

如圖1和2所示，采掘鏟10置于支撐面或地面上，且包括底座22、支臂26、第一構(gòu)件或鏟柄30、鏟斗34和樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36。底座22包括用于卷起和放開提升繩42的提升卷筒40(圖1)。支臂26包括耦接于底座22的第一端46、與第一端46相對(duì)的第二端50、支臂滑輪54、鞍塊58和承運(yùn)軸62(圖1)。支臂滑輪54耦接于支臂26的第二端50并且引導(dǎo)提升繩42跨越第二端50。提升繩42通過提梁66耦接于鏟斗34。隨著提升卷筒40使提升繩42卷起或放開，鏟斗34相應(yīng)升高或降低。鞍塊58通過承運(yùn)軸62可旋轉(zhuǎn)地耦接于支臂26。承運(yùn)軸62位于支臂26的第一端46與第二端50之間，并且貫穿支臂26延伸。承運(yùn)軸62包括花鍵齒輪70(圖6)。鏟柄30通過鞍塊58可移動(dòng)地耦接于支臂26。

如圖3和4所示，鏟柄30包括限定第一端82和第二端86的一對(duì)臂78，以及用于嚙合花鍵齒輪70的齒條90(圖4)。鏟柄30的第一端82可移動(dòng)地容納在鞍塊58中，鏟柄30穿過鞍塊58，使得鏟柄30被配置用于相對(duì)于支臂26旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)(圖1)。換言之，鏟柄30可相對(duì)于鞍塊58線性延伸，并且可繞承運(yùn)軸62旋轉(zhuǎn)。在所示的實(shí)施方式中，手柄30基本上是筆直的。在其它實(shí)施方式中，鏟柄30可包括彎曲部分。如圖5和6所示，齒條90嚙合花鍵齒輪70，承運(yùn)軸62的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由齒輪-齒條機(jī)構(gòu)促進(jìn)鏟柄30的平移運(yùn)動(dòng)。

如圖5所示，在腕關(guān)節(jié)(wristjoint)92處，鏟斗34可樞轉(zhuǎn)地耦接至鏟柄30的第二端86。提梁66耦接至越過支臂滑輪54(圖1)的提升繩42(圖1)，并且繞第一關(guān)節(jié)(提梁關(guān)節(jié)94)可樞轉(zhuǎn)地耦接至鏟斗34。在所示的實(shí)施方式中，腕關(guān)節(jié)92和提梁關(guān)節(jié)94為銷聯(lián)軸器。在其它實(shí)施方式中，提梁66可樞轉(zhuǎn)地耦接至鏟柄30。在其它實(shí)施方式中，鏟斗34可以在提梁關(guān)節(jié)94處耦接至其他類型的提升促動(dòng)器。

樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36通過使鏟斗34繞腕關(guān)節(jié)92旋轉(zhuǎn)來控制鏟斗34的翻轉(zhuǎn)或傾斜。如圖4和5所示，樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36包括在第二關(guān)節(jié)98處耦接至鏟柄30的第一端96，以及在第三關(guān)節(jié)104處耦接至鏟斗34的第二端102。在所示的實(shí)施方式中，樞軸促動(dòng)器36包括直接耦接在鏟柄30下部與鏟斗34下部之間的一對(duì)液壓缸。在其它實(shí)施方式中，可使用不同類型的促動(dòng)器。另在其它實(shí)施方式中，促動(dòng)器耦接于鏟柄30上部與鏟斗34上部之間，或與二者皆耦接。另在其它實(shí)施方式中，樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36經(jīng)由中間連桿機(jī)構(gòu)耦接至鏟斗。

如圖7和8所示，鏟斗34可以是包括主體110和端壁或后壁114的蛤殼式抓斗。主體110繞鏟斗關(guān)節(jié)122可樞轉(zhuǎn)地耦接至后壁114。主體110限定在一端的接料口126和在相對(duì)端的卸料口。主體110包括下壁138、在接料口126與所述卸料口之間延伸的側(cè)壁142，以及靠近接料口的挖掘邊緣或唇146。在所示的實(shí)施方式中，側(cè)壁142經(jīng)由鏟斗關(guān)節(jié)122耦接至后壁114。

如圖7所示，唇146包括多個(gè)間隔開的齒150。在其它實(shí)施方式中，唇146包括沿唇146的邊緣延伸的單個(gè)齒，而不是多個(gè)間隔開的齒150。唇146在下壁138與側(cè)壁142之間形成彎曲、連續(xù)的過渡部或輪廓而非直角。唇146的彎曲輪廓處于可接合待挖掘的物料并減少側(cè)壁142上的扭力負(fù)載的位置。也就是說，各側(cè)壁142與下壁138之間的轉(zhuǎn)角為圓形的，多個(gè)間隔開的齒150中所含的至少一個(gè)齒沿圓角安置成接近各側(cè)壁142。在一個(gè)實(shí)施方式中，倒圓角的半徑大于或等于鏟斗34寬度的大約5％，鏟斗34的寬度為從一側(cè)壁142到另一側(cè)壁142之間測(cè)得的距離。較大的半徑輪廓便于鏟斗34在待挖掘的物料中運(yùn)動(dòng)，這提高了挖掘效率。

盡管未在圖1或2中示出，采掘鏟10還包括一個(gè)或多個(gè)用于控制采掘鏟10各元件的控制器。例如，圖9示意性地示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、包括在采掘鏟10中的控制器200。如圖9所示，控制器200包括電子處理器202(例如微處理器、專用集成電路(asic)或其它電子設(shè)置)、輸入/輸出接口206，以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)204。電子處理器202、輸入/輸出接口206與計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)204通過一條或多條通信線路或總線相互連接及通訊。應(yīng)當(dāng)了解，控制器200可包括比圖9所示更少或更多的元件，也可包括與圖9中所示配置不同的元件。另外，與在此說明的功能相比，控制器200可配置用于執(zhí)行額外的功能。另外，控制器200的功能可分布于一個(gè)或多個(gè)控制器中。相應(yīng)地，在此描述的、由電子處理器202執(zhí)行的功能可由控制器200所包含的多個(gè)電子處理器、獨(dú)立設(shè)備或其組合來執(zhí)行。此外，在一些實(shí)施方式中，控制器200可處于遠(yuǎn)離采掘鏟10的位置。

計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)204包括存儲(chǔ)程序指令(軟件)和數(shù)據(jù)的非暫時(shí)性存儲(chǔ)器(例如只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器或其組合)。電子處理器202被配置用于從計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)204讀取指令和數(shù)據(jù)，并執(zhí)行本文所述方法的指令。輸入/輸出接口206將來自控制器200的數(shù)據(jù)傳輸至外部的系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備或其組合，并接收來自外部的系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備或其組合的數(shù)據(jù)。輸入/輸出接口206還可將從外界來源接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)204、將接收的數(shù)據(jù)提供給電子處理器202，或二者兼有。在一些實(shí)施方式中，如圖9所示，輸入/輸出接口206包括與通訊網(wǎng)絡(luò)210交互的無線發(fā)射器。

如圖9所示，控制器200可與一個(gè)或多個(gè)傳感器208a交互(例如通過輸入/輸出接口206)。傳感器208a可包含在控制器200中或在控制器200的外部。在一些實(shí)施方式中，控制器200直接經(jīng)有線或無線連接，或者通過一個(gè)或多個(gè)中間設(shè)備(例如另一控制器、信息總線、通訊網(wǎng)絡(luò)等)與傳感器208a通訊。在一些實(shí)施方式中，傳感器208a包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36壓力(例如樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36中所含各液壓缸的活塞桿側(cè)壓力、缸蓋側(cè)壓力，或兩者兼有)的壓力傳感器。在一些實(shí)施方式中，傳感器208a還包括其它用于檢測(cè)提升位置、挖掘位置，或者鏟斗34或采掘鏟10的其它元件的其它位置或運(yùn)動(dòng)的設(shè)備(例如使用編碼器、位置傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器等)。

類似地，控制器200可與一個(gè)或多個(gè)控制器208b通訊，控制器208b與采掘鏟10關(guān)聯(lián)(安裝在采掘鏟10上或遠(yuǎn)離采掘鏟10)。在一些實(shí)施方式中，控制器208b可與傳感器208a通訊，并且可充當(dāng)控制器200與傳感器208a之間的中間設(shè)備。控制器208b還可操控采掘鏟10的元件。例如，如下文中詳細(xì)說明，控制器200可配置為用于確定傾斜位置或調(diào)整，且控制器200可基于所述傾斜位置控制樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36，或可將所述傾斜位置輸出至被配置用于控制樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36的獨(dú)立控制器208b。

在一些實(shí)施方式中，控制器200還接收來自一個(gè)或多個(gè)操作員控制設(shè)備208c(例如操縱桿、操作桿、按鈕、腳踏板、由操作員操作的用于控制采掘鏟10操作的另一促動(dòng)器，或其組合)的輸入。例如，操作員可用操作員控制設(shè)備208c來操控采掘鏟10，包括通過控制提升(通過提升繩42)、挖掘(通過鏟柄30)和傾斜(通過樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36)來指揮鏟斗34的運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，控制器200還與一個(gè)或多個(gè)用戶接口208d交互(例如通過輸入/輸出接口206)，如顯示設(shè)備或觸摸屏。用戶接口208d可向操作員顯示例如關(guān)于傾斜控制的反饋。此外，在一些實(shí)施方式中，用戶接口208d允許操作員輸入數(shù)據(jù)，諸如操作數(shù)據(jù)或用于采掘鏟10的指令、傾斜控制配置數(shù)據(jù)(例如系統(tǒng)配置參數(shù)文件內(nèi)的數(shù)據(jù))，或二者兼有。

如上所述，鏟斗34與三個(gè)元件相接：1)在腕關(guān)節(jié)92處連接鏟柄30的第二端86(控制挖掘)；2)在第三關(guān)節(jié)104處連接樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36(控制傾斜)；以及3)在提梁關(guān)節(jié)94處連接提升繩42(控制提升)。腕關(guān)節(jié)92、提梁關(guān)節(jié)94、第二關(guān)節(jié)98和第三關(guān)節(jié)104的相對(duì)位置可變更，以優(yōu)化鏟斗34在挖掘循環(huán)期間的表現(xiàn)。相應(yīng)地，如上文提到的，采掘鏟10的操作員通過操作一個(gè)或多個(gè)操作員控制設(shè)備208c來例行協(xié)調(diào)提升、挖掘以及傾斜的運(yùn)動(dòng)，以盡可能快地為有效運(yùn)作提供最大的有效荷載累積。然而，對(duì)于某些挖掘條件，這會(huì)是一項(xiàng)很艱巨的任務(wù)。另外，傾斜功能的不當(dāng)參與可導(dǎo)致生產(chǎn)力損失、機(jī)械損傷，或二者兼有。

相應(yīng)地，控制器200可配置用于自動(dòng)控制鏟斗34的傾斜(通過樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36)。在一些實(shí)施方式中，控制器200可被配置用于響應(yīng)于提升和挖掘指令來控制鏟斗34的傾斜。圖10示出一種由控制器200執(zhí)行的(電子處理器202執(zhí)行指令)、用于自動(dòng)控制鏟斗34傾斜的方法500。

如圖10所示，方法500包括初始化控制器200(在區(qū)塊505中)。初始化控制器200可包括用控制器200讀取系統(tǒng)配置參數(shù)文件。所述系統(tǒng)配置參數(shù)文件可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)204中，或存儲(chǔ)在可由控制器200訪問的外部存儲(chǔ)器。系統(tǒng)配置參數(shù)文件包括用于鏟斗10的參數(shù)、極限和目標(biāo)。例如，系統(tǒng)配置參數(shù)文件可包括鏟斗10的壓力極限、增益值、一個(gè)或多個(gè)挖掘角，以及其它變量(例如極限和參數(shù))。

特別地，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)配置參數(shù)文件包括代表鏟斗34的期望傾斜角度的目標(biāo)角度，如下文中詳細(xì)說明的，作為實(shí)現(xiàn)對(duì)鏟斗10自動(dòng)傾斜控制的一部分，控制器200可維持該角度。系統(tǒng)配置參數(shù)文件還可包括最小壓力，其代表樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36中所含液壓缸以有限的穴蝕風(fēng)險(xiǎn)可經(jīng)受的最低壓力。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)配置參數(shù)文件還包括最大路徑角和最小路徑角。最大路徑角可代表鏟斗10挖掘區(qū)域的最大極限，最小路徑角可代表鏟斗10挖掘區(qū)域的最小極限。系統(tǒng)配置參數(shù)文件還可包括最大挖掘角。另外，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)配置參數(shù)文件包括比例-積分-微分(pid)控制器的增益值(例如比例增益值、積分增益值，以及微分增益值)。

另外，系統(tǒng)配置參數(shù)文件可包括最小運(yùn)動(dòng)值，其代表路徑幅度中的最小運(yùn)動(dòng)量，路徑幅度表明操作員正在指令鏟斗34的運(yùn)動(dòng)。例如，在一些實(shí)施方式中，控制器200可在操作員指揮鏟斗34運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，執(zhí)行方法500。相應(yīng)地，控制器200可用最小運(yùn)動(dòng)值來確定操作員是否正在指揮鏟斗的運(yùn)動(dòng)。此外，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)配置參數(shù)文件包括代表可允許操作員手動(dòng)控制傾斜的傾斜參照的最小傾斜參照。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)配置參數(shù)文件(或其一部分)中包含的數(shù)據(jù)可由用戶(操作員)編輯，以配置由控制器200執(zhí)行的自動(dòng)傾斜控制。

在讀取系統(tǒng)配置參數(shù)文件之外或作為讀取系統(tǒng)配置參數(shù)文件的替代，可通過經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)傳感器208a獲取的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)來初始化控制器200。例如，控制器200可以從傳感器208a獲取代表樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36中所含各個(gè)液壓缸的活塞側(cè)壓力、缸蓋側(cè)壓力，或其兩者的數(shù)據(jù)。來自傳感器208a的數(shù)據(jù)還可包括操作員的控制(例如，提升和挖掘控制)。

作為初始化的一部分，控制器200還可從代表采掘鏟10的物理作業(yè)范圍的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型獲取機(jī)械定向數(shù)據(jù)。機(jī)械定向可包括：多個(gè)間隔開的齒150中的一個(gè)或多個(gè)齒的二維(例如，x軸和y軸)位置、唇146的二維(例如，x軸和y軸)位置、齒150的最大位置、齒150的最小位置、唇146的最大位置和唇146的最小位置。

應(yīng)當(dāng)了解，在一些實(shí)施方式中，控制器200對(duì)以上數(shù)據(jù)的獲取是初始化的一部分，有時(shí)也在方法500的過程中的其他時(shí)刻進(jìn)行。例如，在方法500的每個(gè)新循環(huán)，控制器200可獲取更新的上述數(shù)據(jù)(例如來自傳感器208a、系統(tǒng)配置參數(shù)文件或類似的數(shù)據(jù))。相似地，在一些實(shí)施方式中，例如在控制器200檢查超馳情況、計(jì)算控制輸出、執(zhí)行調(diào)整，或其任意組合的時(shí)候，控制器200可在方法500的一個(gè)循環(huán)中獲取更新的數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，應(yīng)當(dāng)了解，本申請(qǐng)中使用的術(shù)語“輸入數(shù)據(jù)”可包括：在方法500過程的任一點(diǎn)(包括在初始化過程中及其后的過程中)獲取的與樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36關(guān)聯(lián)的壓力數(shù)據(jù)、操作員控制、機(jī)械定向數(shù)據(jù)、從系統(tǒng)配置參數(shù)文件讀取的數(shù)據(jù)，或其組合。如圖10所示，在一些實(shí)施方式中，當(dāng)初始化過程中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，例如當(dāng)系統(tǒng)配置參數(shù)文件包含損壞數(shù)據(jù)或不可讀，或者來自一個(gè)或多個(gè)傳感器208a的數(shù)據(jù)無法獲取時(shí)，方法500終止。

回到圖10，在初始化之后，方法500包括：用控制器200確定是否存在超馳情況(在區(qū)塊510中)?？刂破?00可基于輸入數(shù)據(jù)確定是否存在超馳情況，如上文提到的，輸入數(shù)據(jù)包括諸如從系統(tǒng)配置參數(shù)文件讀取的數(shù)據(jù)、與樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36關(guān)聯(lián)的壓力數(shù)據(jù)、操作員控制、機(jī)械定向數(shù)據(jù)等。如下文中詳細(xì)說明的，當(dāng)存在超馳情況時(shí)，控制器200可使方法500中止。在本申請(qǐng)中，中止方法500可包括終止方法500、暫停方法500、重啟方法500或其一部分(檢查是否存在超馳情況)，或其組合。在一些實(shí)施方式中，控制器200則向采掘鏟10的操作員發(fā)出通知，該通知提醒操作員自動(dòng)傾斜控制中止。

圖11示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、由控制器220執(zhí)行的方法510a，以確定是否存在超馳情況。在一些實(shí)施方式中，控制器200確定是否存在一個(gè)或多個(gè)不同類型的超馳情況。例如，如圖11所示，控制器200可確定是否存在操作員干擾超馳(在區(qū)塊525中)。這類超馳意味著采掘鏟10的操作員已經(jīng)選擇手動(dòng)控制鏟斗34的傾斜(通過手動(dòng)控制樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36)。在一些實(shí)施方式中，操作員可通過選擇停用自動(dòng)傾斜控制的選擇機(jī)制(如操作員室中所含的按鈕)而做出該選擇。作為替代或補(bǔ)充，操作員可在系統(tǒng)配置參數(shù)文件中設(shè)置允許操作員手動(dòng)控制傾斜的最小傾斜參照。相應(yīng)地，如圖11所示，控制器200可響應(yīng)于對(duì)操作員干擾超馳存在的檢測(cè)而中止方法500。

如圖11所示，控制器200還可確定是否存在壓力超馳(在區(qū)塊530中)。特別地，控制器200可讀取來自檢測(cè)樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36所受壓力的壓力傳感器(包括傳感器208a)的數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的壓力與一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的閾值進(jìn)行比較(取自系統(tǒng)配置參數(shù)文件)，以確定是否已達(dá)到最小或最大壓力。例如，控制器200可檢查該超馳，以確定是否正發(fā)生通常與傾斜缸套穴蝕相關(guān)的采掘鏟10的超載負(fù)荷。如圖11所示，控制器200可響應(yīng)于對(duì)壓力超馳的存在的檢測(cè)而中止方法500。

控制器200還可確定是否存在運(yùn)動(dòng)超馳(在區(qū)塊535中)。如上所述，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)配置參數(shù)文件可指定表明操作員正在指令鏟斗34的運(yùn)動(dòng)的最小運(yùn)動(dòng)值。相應(yīng)地，控制器200可將從運(yùn)動(dòng)傳感器(如速率或運(yùn)動(dòng)傳感器)獲取的數(shù)據(jù)與該最小運(yùn)動(dòng)值相比較，以確定操作員是否正在指令鏟斗34的運(yùn)動(dòng)。如圖11所示，控制器200可響應(yīng)于對(duì)運(yùn)動(dòng)超馳的存在的檢測(cè)而中止方法500(當(dāng)鏟斗34的運(yùn)動(dòng)低于系統(tǒng)配置參數(shù)文件中提供的、表明鏟斗34已停止運(yùn)動(dòng)且不再沿著挖掘路徑挖掘的運(yùn)動(dòng)最小值時(shí))。

如圖11所示，控制器200還可確定是否存在角度超馳(在區(qū)塊540中)。例如，在一些實(shí)施方式中，控制器200可被配置用于響應(yīng)于鏟斗角度、路徑角度，或二者在挖掘區(qū)域(如系統(tǒng)配置參數(shù)文件中所指定的)之外的情況，而中止自動(dòng)傾斜控制。

應(yīng)當(dāng)了解，如圖11所示的超馳作為示例給出，在此說明的實(shí)施方式可在特定的實(shí)施中包括以各種順序或優(yōu)先級(jí)存在的零個(gè)或多個(gè)這些示例的超馳。此外，也可能有其它類型的超馳。例如，在一些實(shí)施方式中，控制器200可檢查是否存在方向超馳，方向超馳可表明多個(gè)間隔開的齒150沒有指向路徑方向。此外，控制器200可檢查是否存在無效運(yùn)算超馳，這可表明由控制器200執(zhí)行的運(yùn)算導(dǎo)致錯(cuò)誤(非數(shù)字，或除以零的無效除法)。相似地，在一些實(shí)施方式中，控制器200可檢查是否存在發(fā)生于傾斜行程結(jié)束的行程結(jié)束超馳，這導(dǎo)致控制器200中止自動(dòng)傾斜控制。此外，控制器200可配置用于檢查是否存在與返回液壓箱的液壓泄漏相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)超馳。在一些實(shí)施方式中，可通過系統(tǒng)配置參數(shù)文件配置控制器200所用的超馳。

回到圖10，方法500還包括用控制器200計(jì)算控制輸出(在區(qū)塊515中)。如下文詳細(xì)說明的，在一些實(shí)施方式中，控制器200通過評(píng)估采掘鏟10(鏟斗34)的當(dāng)前狀態(tài)來計(jì)算控制輸出，并且確定是否應(yīng)當(dāng)對(duì)鏟斗34做出調(diào)整。例如，控制器200可基于輸入數(shù)據(jù)來計(jì)算當(dāng)前挖掘角以及該角當(dāng)前的極限。應(yīng)當(dāng)了解，在一些實(shí)施方式中，控制器200配置用于計(jì)算控制輸出，或用于計(jì)算控制輸出的中間數(shù)據(jù)，結(jié)合檢查各種超馳的存在。例如，當(dāng)壓力超馳已通過(不存在壓力超馳)時(shí)，控制器200可配置用于確定如下所述的向量。相似地，當(dāng)運(yùn)動(dòng)超馳通過(不存在運(yùn)動(dòng)超馳)時(shí)，控制器200可配置用于在檢查角度超馳之前確定同樣如下所述的角度。在其它實(shí)施方式中，控制器200可配置用于僅在控制器200已確定不存在超馳之后才計(jì)算控制輸出。同樣如圖10所示，在一些實(shí)施方式中，控制器200可配置用于重復(fù)(以預(yù)定的頻率連續(xù)地，響應(yīng)于預(yù)定的事件或條件等)計(jì)算控制輸出，以基于采掘鏟10的當(dāng)前操作來提供更新的控制輸出。

圖12示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的、由控制器200執(zhí)行的方法515a(在區(qū)塊515中，圖10)，用于計(jì)算控制輸出。如圖12所示，方法515a包括用控制器200確定采掘鏟10的一個(gè)或多個(gè)路徑向量(在區(qū)塊545中)。例如，控制器200可確定當(dāng)前(瞬時(shí))齒向量、最大齒向量、最小齒向量，以及當(dāng)前(瞬時(shí))路徑向量?？刂破?00可利用采掘鏟10的運(yùn)動(dòng)學(xué)位置來確定這些向量。圖13示出繩鏟挖掘路徑的當(dāng)前齒向量300和當(dāng)前路徑向量302。類似地，圖14示出平地挖掘路徑的當(dāng)前齒向量300和當(dāng)前路徑向量302。如圖13所示，當(dāng)前齒向量300與當(dāng)前路徑向量302之間的夾角限定當(dāng)前(瞬時(shí))挖掘角(θ)。

在一些實(shí)施方式中，控制器200可用以下公式確定當(dāng)前齒向量和當(dāng)前路徑向量，其中“齒歷史x”和“齒歷史y”代表齒的一個(gè)或多個(gè)歷史位置。

利用用于確定當(dāng)前齒向量的同一公式，控制器200可確定最大齒向量和最小齒向量，但可用相應(yīng)的最大位置值和最小位置值。

在一些實(shí)施方式中，用于以上公式的齒位置(齒x，齒y)和唇位置(唇x，唇y(tǒng))，對(duì)應(yīng)于唇146的預(yù)定位置和多個(gè)齒150(或一個(gè)齒)的預(yù)定位置。例如，圖15示出代表唇位置的點(diǎn)a和代表齒位置的點(diǎn)b。相應(yīng)地，控制器200可利用當(dāng)前唇位置和當(dāng)前齒位置來確定當(dāng)前向量，并且可利用最小齒位置和最大齒位置來確定最小齒向量和最大齒向量。例如，控制器200可在樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36完全伸出時(shí)確定齒的最大位置，在樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36完全縮回時(shí)確定齒的最小位置。

應(yīng)當(dāng)了解，控制器200可配置為利用鏟斗34的其它位點(diǎn)，或采掘鏟10的其它元件來確定向量。例如，控制器200配置為利用如圖16所示的提梁(提梁66)(點(diǎn)b)或鏟柄凸耳(腕關(guān)節(jié)92)(點(diǎn)a)來確定路徑向量，而不是用唇位置。例如，由于作用于提梁和凸耳位置上的繩索力，利用提梁和凸耳位置確定的向量與利用唇位置確定的向量可能不同。此外，當(dāng)鏟斗34旋轉(zhuǎn)時(shí)，提梁可能會(huì)受到影響。然而，由于提梁更靠近旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)對(duì)提梁的影響不會(huì)像旋轉(zhuǎn)對(duì)唇的影響那么大。因此，當(dāng)控制器200利用提梁確定路徑向量時(shí)，路徑角的變化可能小于控制器200利用唇位置確定路徑向量時(shí)的路徑角的變化。相似地，由于鏟柄凸耳不是鏟斗34的一部分，鏟柄凸耳受鏟斗34旋轉(zhuǎn)的影響要小于提梁或唇。

控制器200還可確定各向量的角度和大小(在區(qū)塊550中，圖12)。例如，控制器200可利用以下公式確定大小(magnitude)和角度。

控制器200隨后利用當(dāng)前路徑向量、當(dāng)前齒向量、最大齒向量和最小齒向量來確定當(dāng)前挖掘角、最大挖掘角和最小挖掘角(在區(qū)塊555中)。例如，控制器200可利用以下公式確定當(dāng)前挖掘角：

由于余弦定律只能產(chǎn)生0到180度的角(正角)，可檢查當(dāng)前挖掘角的方向。例如，當(dāng)路徑角大于齒角時(shí)，當(dāng)前挖掘角為負(fù)。相似地，當(dāng)路徑角大于最小齒角時(shí)，最小挖掘角為負(fù)，而當(dāng)路徑角大于最大齒角時(shí)，最大挖掘角為負(fù)。

如圖12所示，在一些實(shí)施方式中，基于采掘鏟10的當(dāng)前狀態(tài)，控制器200可選地確定目標(biāo)角度(如上文所述，系統(tǒng)配置參數(shù)文件中指定)是否可能(在區(qū)塊557中)。例如，控制器200可將目標(biāo)角度與確定的最大挖掘角和最小挖掘角相比較。當(dāng)目標(biāo)角度落在最大挖掘角和最小挖掘角所限定的范圍以外時(shí)，控制器200可調(diào)節(jié)目標(biāo)角度(在區(qū)塊558中)。例如，當(dāng)目標(biāo)角度大于最大挖掘角時(shí)，控制器200可將目標(biāo)角度設(shè)置為最大挖掘角。相似地，當(dāng)目標(biāo)角度小于最小挖掘角時(shí)，控制器200可將目標(biāo)角度設(shè)置為最小挖掘角。在其它實(shí)施方式中，控制器200可在目標(biāo)角度落在范圍之外時(shí)中止方法500。再次，應(yīng)當(dāng)了解，確定目標(biāo)角度是否可能為可選步驟。因此，當(dāng)控制器200未配置用于該檢查時(shí)，控制器200可以不去確定上述的最大齒向量和最小齒向量，以及相關(guān)的最大挖掘角和最小挖掘角。

如圖12所述，在對(duì)目標(biāo)角度進(jìn)行了任何調(diào)整之后，控制器200將當(dāng)前挖掘角與目標(biāo)角度相比較，以確定增量角(代表誤差值)(在區(qū)塊560中)。例如，為確定增量角，控制器200從當(dāng)前角度中減去目標(biāo)角度(必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整后)，如利用以下公式。

增量角＝當(dāng)前角度-挖掘角

隨后，控制器200將增量角作為控制輸出輸出(在區(qū)塊565中)。

再次回到圖10，基于控制輸出調(diào)整鏟斗34的傾斜(在區(qū)塊520中)。例如，在一些實(shí)施方式中，控制輸出被提供給反饋控制循環(huán)(例如，pid控制器、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器等)，由控制器200或通過樞轉(zhuǎn)促動(dòng)器36的自動(dòng)控制來調(diào)整鏟斗34傾斜的獨(dú)立控制器實(shí)施，以使當(dāng)前挖掘角保持在盡可能接近目標(biāo)角度的程度。實(shí)施控制器的增益可為常數(shù)，或者可線性或可非線性地變化。如上文提到的，反饋控制循環(huán)的增益值可定義在系統(tǒng)配置參數(shù)文件中，基于采掘鏟10以及采掘鏟10的操作環(huán)境，該增益值可如上所述那樣變化。反饋控制循環(huán)可在做出傾斜調(diào)整之前使控制輸出正規(guī)化(例如從-1到1)。依據(jù)控制器200所用的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，還可利用過濾器來幫助穩(wěn)定增量角。

因此，在此說明的實(shí)施方式給出了，除其它之外，配置用于對(duì)采掘鏟執(zhí)行自動(dòng)傾斜控制的控制器。在一些實(shí)施方式中，控制器響應(yīng)于提升和挖掘的指令而促動(dòng)傾斜運(yùn)動(dòng)，使得當(dāng)前齒向量與當(dāng)前路徑向量之間的挖掘角(θ)受制于預(yù)定(和可配置)的值和采掘鏟的物理作業(yè)范圍。因此，在自動(dòng)傾斜控制被激活時(shí)，操作員只需要控制提升和挖掘即可。

在此說明的實(shí)施方式的各種特征及優(yōu)勢(shì)列于以下的權(quán)利要求中。