專利名稱：用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及具有整地器具的建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種具有一固定跟蹤站的機(jī)器控制系統(tǒng)，所述跟蹤站能確定建筑機(jī)械的位置，并且輸出一基準(zhǔn)激光束以控制其整地器具的高度。
希望的是，能自動(dòng)地控制具有整地器具的建筑機(jī)械，例如平地機(jī)、鋪路機(jī)和推土機(jī)。建筑任務(wù)通常包括搬運(yùn)土方或鋪設(shè)路面等，以完成一符合建成計(jì)劃的路面。建筑機(jī)械的操作者一般要靠遍布工地現(xiàn)場的高度基準(zhǔn)，例如標(biāo)樁和標(biāo)線，來引導(dǎo)他們工作。設(shè)立這樣的高度基準(zhǔn)是非常費(fèi)時(shí)而且昂貴的，因?yàn)楸仨毿⌒牡販y(cè)量每個(gè)高度基準(zhǔn)以確保精度。如果因?yàn)樗谖恢帽仨毐恍拚蛞驗(yàn)楣室馄茐?，或因?yàn)槠渌氖韬鲂袨槎斐筛叨然鶞?zhǔn)移動(dòng)的話，必須重新設(shè)立高度基準(zhǔn)，這就額外增加了耽擱時(shí)間和費(fèi)用。此外，由于高度基準(zhǔn)散布整個(gè)工地現(xiàn)場，所以需要熟練的機(jī)器操作者把散布的高度信息轉(zhuǎn)變成期望的經(jīng)修整的地面。
現(xiàn)已有了一種靠基準(zhǔn)激光束來確定高度的自動(dòng)控制系統(tǒng)。典型的這種類型的系統(tǒng)具有一能建立起水平基準(zhǔn)面的旋轉(zhuǎn)或脈沖的激光束。連接于建筑機(jī)械之整地器具的激光接收器可檢測(cè)激光束，以提供一高度基準(zhǔn)。拿基準(zhǔn)激光束檢測(cè)到的高度與一設(shè)定點(diǎn)作比較，一控制器可使整地器具上下移動(dòng)，以自動(dòng)地修正任何高度誤差。這種類型的機(jī)器自動(dòng)控制系統(tǒng)旨在相對(duì)于水平的激光基準(zhǔn)平面以一恒定高度來修整一水平表面。
對(duì)上述激光基準(zhǔn)系統(tǒng)有這樣的改進(jìn)，即，添加一機(jī)載計(jì)算機(jī)(on-boardcomputer)和一些確定建筑機(jī)械之X-Y位置的裝置，它們可適應(yīng)建成計(jì)劃中的高度變化。一旦知道了建筑機(jī)械的X-Y位置，機(jī)載計(jì)算機(jī)可參考其儲(chǔ)存的建成計(jì)劃(site plan)，并且確定在該X-Y位置上的期望高度。X-Y的位置可以由建筑機(jī)械上的裝置或者是處在其它位置上的裝置來確定，并且通過無線電傳送至機(jī)載計(jì)算機(jī)。在這種控制系統(tǒng)的一種變化型式中，用一種固定裝置來確定建筑機(jī)械的X-Y位置，并且計(jì)算在該位置上的期望高度，然后再把該期望高度傳送給建筑機(jī)械。在這兩種方式中，系統(tǒng)通常是靠無線電遙測(cè)，而這種無線電遙測(cè)必須在嘈雜的環(huán)境中可靠地工作，而且必須承受振動(dòng)和極端的天氣變化。
自動(dòng)跟蹤總站是用來確定一遠(yuǎn)方目標(biāo)物(通常是一個(gè)反光鏡)的位置的測(cè)量儀器。通過測(cè)量角度和距離，所述總站可以精確地確定遠(yuǎn)方目標(biāo)物在極座標(biāo)內(nèi)的位置?？傉镜挠脩艨砂淹h(yuǎn)鏡的十字準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)方目標(biāo)物?？傉就ǔ？蓽y(cè)量望遠(yuǎn)鏡的方位(水平)角和天頂(垂直)角，并且利用激光器和探測(cè)器來測(cè)量至遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離。通過為望遠(yuǎn)鏡和光學(xué)跟蹤裝置添加伺服驅(qū)動(dòng)器，就可以使總站沿垂直和水平的方向掃描，從而可以跟蹤遠(yuǎn)方的目標(biāo)物。總站可以在遠(yuǎn)方目標(biāo)物移動(dòng)時(shí)自動(dòng)地加以跟蹤，因此能提供一移動(dòng)目標(biāo)物的實(shí)時(shí)位置。自動(dòng)跟蹤總站可以是例如來自日本東京的拓普康株式會(huì)社的AP-L1型產(chǎn)品。
一些測(cè)量儀器具有用來產(chǎn)生基準(zhǔn)平面的旋轉(zhuǎn)式激光器。拓普康株式會(huì)社的RT-10S型數(shù)字式經(jīng)緯儀就是這種類型的儀器，它能測(cè)量一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的方位角和天頂角，并且能在一平行于望遠(yuǎn)鏡之視準(zhǔn)線的基準(zhǔn)平面上投射一激光束。這樣的測(cè)量儀器在建筑機(jī)械的的自動(dòng)控制方面有著種種限制，這是因?yàn)樾枰盐恢眯畔魉徒o機(jī)載計(jì)算機(jī)。
根據(jù)描述的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的一個(gè)方面在于，提供一種用來控制建筑機(jī)械的整地器具位置的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)有三個(gè)基本構(gòu)件一固定跟蹤站、一連接于該跟蹤站的計(jì)算機(jī)、以及一附著于建筑機(jī)械的器具控制器。所述跟蹤站可測(cè)量其與一位于該建筑機(jī)械上的遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和方位(水平)角，并能把位置信息傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可查詢儲(chǔ)存于其內(nèi)的一建成計(jì)劃，以確定在該位置上的期望高度并計(jì)算出一相應(yīng)的天頂(垂直)角，并將期望的天頂角傳送給跟蹤站。隨后，跟蹤站在期望的天頂角上產(chǎn)生一天頂角基準(zhǔn)激光束。所述器具控制器可探測(cè)天頂角基準(zhǔn)激光束，并且相對(duì)于天頂角基準(zhǔn)激光束來調(diào)節(jié)整地器具，直至達(dá)到所需位置。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于，提供一種用來控制建筑機(jī)械之整地器具位置的相應(yīng)方法。該方法包括如下步驟測(cè)量從一固定跟蹤站到安裝在建筑機(jī)械上的一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和方位角；確定一作為測(cè)得的遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和方位角之函數(shù)的期望天頂角；由所述固定跟蹤站以期望的天頂角產(chǎn)生一天頂角基準(zhǔn)激光束；以及把所述整地器具相對(duì)于基準(zhǔn)激光束定位在一期望位置上。
跟蹤站最好是改良的AP-L1型自動(dòng)跟蹤總站。可對(duì)拓普康株式會(huì)社的AP-L1型跟蹤站作這樣的改良，即，添加一個(gè)扇形或回轉(zhuǎn)激光裝置，并使自動(dòng)的天頂角跟蹤功能變得無用。該跟蹤站可在由計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的、并且由建成計(jì)劃確定的期望天頂角所確定的平面內(nèi)投射天頂角基準(zhǔn)激光?；蛘?，可以把AP-L1型跟蹤站改成廢除其天頂角自動(dòng)跟蹤功能，但是不添加另一個(gè)激光器，在這種情況下，測(cè)量方位角或水平角的激光器也被用來設(shè)定天頂角或垂直角基準(zhǔn)。
所述計(jì)算機(jī)最好是臺(tái)板式(lap-top)計(jì)算機(jī)，但是也可以把其功能結(jié)合入跟蹤站。計(jì)算機(jī)通過RS-232接口與跟蹤站相聯(lián)系。該計(jì)算機(jī)內(nèi)存有一現(xiàn)場地圖以及一在被給予了建筑機(jī)械上的遠(yuǎn)方目標(biāo)物的方位角和距離后能確定天頂角的程序。
器具控制器最好是一先前與水平基準(zhǔn)激光一起用的標(biāo)準(zhǔn)激光或發(fā)光二極管(LED)接收器及高度控制系統(tǒng)，這樣就可以把本發(fā)明及其延伸很方便地改裝到現(xiàn)有的激光接收器上。還可以采用一種相對(duì)簡單的激光接收器，它采用了固定探測(cè)器代替活動(dòng)探測(cè)器或可伸展的天線。
本發(fā)明的一個(gè)重要特征在于，在跟蹤站和建筑機(jī)械之間無需傳送數(shù)據(jù)來控制整地器具的高度。期望高度是根據(jù)基準(zhǔn)激光束的天頂角來設(shè)定的，而所述基準(zhǔn)激光束的天頂角是由計(jì)算機(jī)確定并由跟蹤站設(shè)定的。通過用器具控制器簡單地調(diào)節(jié)整地器具的高度，直至激光接收器檢測(cè)到天頂角基準(zhǔn)激光束，就可以獲得正確的修整高度。
本發(fā)明的另一個(gè)功能是，它還能控制整地器具的斜度。這種功能是這樣社現(xiàn)的，即，計(jì)算機(jī)向跟蹤站輸出一根據(jù)儲(chǔ)存的建成計(jì)劃而建立的在建筑機(jī)械的被測(cè)位置上的期望斜度。跟蹤站把斜度信息編碼而成天頂角基準(zhǔn)激光束，并且把它送至器具控制器的激光接收器。器具控制器接收斜度信息并進(jìn)行解碼，把期望斜度值與借助安裝在整地器具上的斜度傳感器探測(cè)到的實(shí)際斜度值作比較，并由此來調(diào)節(jié)整地器具的斜度，直至與期望斜度相符。這種額外的功能無需使跟蹤站和建筑機(jī)械相聯(lián)系，但是它可以有選擇地通過激光束來完成。斜度信息可取決于建筑機(jī)械和整地器具的取向，所以可借助計(jì)算機(jī)或器具控制器對(duì)變量加以計(jì)算來完成這種轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的機(jī)器控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍很廣，它可以用于各種建筑設(shè)備，包括但不限于平地機(jī)、鋪路機(jī)、推土機(jī)和拖拉機(jī)。該機(jī)器控制系統(tǒng)可以代替采用了標(biāo)線、觸地傳感器、或水平激光基準(zhǔn)平面等來控制高度的現(xiàn)有的自動(dòng)控制系統(tǒng)。還可以將一種變化的系統(tǒng)(即把激光接收器與建筑機(jī)械分離)用于測(cè)量和檢驗(yàn)。
上文中提及的方位角是在介于一固定的基準(zhǔn)方向和經(jīng)過遠(yuǎn)方目標(biāo)物的一垂直平面之間的一水平面上測(cè)得的水平角。所謂固定的基準(zhǔn)方向可以從方便于操作者的任何一個(gè)方向，例如正北方、磁極北方、或其它方向中加以選擇。所謂天頂角是在介于一垂線和經(jīng)過遠(yuǎn)方目標(biāo)物的一直線之間的垂直面中測(cè)得的垂直角。雖然水平和垂直的基準(zhǔn)方向是最經(jīng)常采用的，但是也可以等價(jià)地采用其它的基準(zhǔn)方向。更通常的是，本發(fā)明可以以其它的極座標(biāo)系統(tǒng)來加以限定，用兩個(gè)角度和一個(gè)距離便可限定遠(yuǎn)方目標(biāo)物的位置。所采用的術(shù)語“方位角”和“天頂角”不應(yīng)該限于任何特定的座標(biāo)系統(tǒng)。
說明書中所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)并沒有包羅一切，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員在附圖、說明書和權(quán)利要求的基礎(chǔ)上，可以清楚地認(rèn)識(shí)到其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)注意的是，說明書中采用的語言是經(jīng)過選擇的，以便于閱讀和教導(dǎo)，但是對(duì)本發(fā)明沒有什么限制，所以要用所附權(quán)利要求來確定的本發(fā)明的保護(hù)范圍。


圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)的側(cè)視圖，它示出了一固定跟蹤站、計(jì)算機(jī)、以及一可動(dòng)的器具控制器的兩個(gè)位置；圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)之相對(duì)位置的平面圖；圖3是本發(fā)明中計(jì)算機(jī)所采用之程序的簡化的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)控制系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖1至圖4示出了本發(fā)明的各較佳實(shí)施例，但是它們僅起到說明作用。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可從下文中清楚地認(rèn)識(shí)到在不偏離本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，可以作出各種替代的結(jié)構(gòu)和方法的實(shí)施例。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例是一個(gè)控制系統(tǒng)，以及用該控制系統(tǒng)來自動(dòng)地控制建筑機(jī)械之整地器具的高度的方法。如圖1所示，該控制系統(tǒng)基本上包括一跟蹤站10、一計(jì)算機(jī)12、以及一器具控制器14。
跟蹤站10包括一安裝在三角架18上的跟蹤儀器16。跟蹤站包括一可繞縱軸線22旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)20。轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)受到一伺服裝置24的控制，該伺服裝置可以把一激光束26與連接在建筑機(jī)械上的反光鏡28對(duì)準(zhǔn)。反光鏡28最好是一個(gè)鏡面立方體，但也可以是反光帶或其它反光物體。跟蹤站10可通過轉(zhuǎn)臺(tái)20的轉(zhuǎn)動(dòng)按方位角來跟蹤反光鏡28，以便讓激光束26與反光鏡保持對(duì)準(zhǔn)。跟蹤站10還能借助已知的電子測(cè)距技術(shù)(EDM)來測(cè)量其與反光鏡28的距離。開始時(shí)，通過人工控制，用望遠(yuǎn)鏡30使電子測(cè)距激光束26與反光鏡28對(duì)準(zhǔn)，然后激光束26自動(dòng)跟蹤反光鏡。
跟蹤站10還包括一能以所期望的天頂角產(chǎn)生另一激光束32的激光器。如下文所述，計(jì)算機(jī)12可以給跟蹤站10輸入一天頂角，這個(gè)天頂角可以建立天頂角基準(zhǔn)激光束32的取向。天頂角34是介于垂直軸線22和激光束32之間的一垂直角。
較佳的是，天頂角基準(zhǔn)激光束32是以扇形投射的，或者是在一圓周內(nèi)回轉(zhuǎn)。圖2示出了天頂角基準(zhǔn)激光束32的一個(gè)扇形投影36。距離38是指跟蹤站10與安裝在建筑機(jī)械(未示)上的反光鏡28的距離。圖2還示出了基準(zhǔn)線42和跟蹤激光束26的視線45之間的水平夾角40，所述基準(zhǔn)線42是從跟蹤站10延伸至一基準(zhǔn)點(diǎn)44或者是沿一預(yù)定的基準(zhǔn)方向延伸，而視線45則是從跟蹤站10延伸到反光鏡28。在最初的建立過程中，需要把激光束對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)44或者是一個(gè)預(yù)定的基準(zhǔn)方向(例如北方)來對(duì)跟蹤站10進(jìn)行校正，這種校正工作為轉(zhuǎn)臺(tái)20在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)定義了一個(gè)零點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)。通過測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)20從其零點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)開始的轉(zhuǎn)角，就可以簡單地確定反光鏡28的方位角40。
計(jì)算機(jī)12最好是一種臺(tái)板式計(jì)算機(jī)，但它也可以是任何一種能與跟蹤站相聯(lián)系并且能計(jì)算天頂角的計(jì)算機(jī)。較佳的是，計(jì)算機(jī)12和跟蹤站10是通過傳統(tǒng)的RS-232端口相聯(lián)。
圖3所示的流程圖中表示了計(jì)算機(jī)12的基本工作情況。在控制系統(tǒng)可以對(duì)器具加以控制之前，必須在計(jì)算機(jī)12中輸入一建成計(jì)劃。所述建成計(jì)劃是以座標(biāo)系(直角座標(biāo)或極座標(biāo))或矢量的形式定義了所期望的修整地面。最初建立過程中的另一個(gè)任務(wù)是，定義跟蹤站的位置和高度，以使計(jì)算機(jī)能相應(yīng)于建成計(jì)劃來定位跟蹤站，這是因?yàn)樗械木嚯x、方位角和天頂角都是相對(duì)于跟蹤站來定義的。這個(gè)工作是這樣完成的，即，利用已知的測(cè)量技術(shù)通過跟蹤站10來測(cè)量一個(gè)或更多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)44。另一個(gè)最初建立的工作是，輸入高度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)限定了器具控制器14的激光接收器46相對(duì)于整地器具50的切割邊緣48的高度58(圖1)。這個(gè)高度數(shù)據(jù)可使計(jì)算機(jī)調(diào)整基準(zhǔn)激光束的天頂角，以補(bǔ)償激光接收器的高度。
計(jì)算機(jī)12起動(dòng)后，它能在一個(gè)連續(xù)環(huán)內(nèi)工作。跟蹤站10可測(cè)量它與建筑機(jī)械上的反光鏡28的方位角40和距離38，并將數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)12。計(jì)算機(jī)12讀取建成計(jì)劃數(shù)據(jù)，并且定出測(cè)得的建筑機(jī)械的位置。所述位置具有一定的相關(guān)高度，可以用這個(gè)高度來計(jì)算天頂角34，可以得出被修整地面的正確高度。隨后，計(jì)算機(jī)12把計(jì)算出來的天頂角數(shù)值輸出給跟蹤站10。
請(qǐng)重新參見圖1來說明系統(tǒng)的其余部分及其工作情況。跟蹤站10響應(yīng)計(jì)算機(jī)12輸出的天頂角數(shù)據(jù)，把天頂角基準(zhǔn)激光束32的角度調(diào)整為由計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的所期望的天頂角34。
安裝在建筑機(jī)械上的器具控制器14包括了一安裝在整地器具50上的天線桿52。天線桿52隨著整地器具的上下移動(dòng)而上下移動(dòng)。建筑機(jī)械(未示)具有能調(diào)節(jié)整地器具50位置的液壓缸54。一控制器56聯(lián)接于激光接收器46，并且聯(lián)接于液壓缸54以便使器具如愿地上下移動(dòng)。反光鏡28和激光接收器46是安裝在靠近天線桿52的頂部。
在工作時(shí)，激光接收器可檢測(cè)到天頂角基準(zhǔn)激光束32。控制器56可以決定是否需要調(diào)節(jié)整地器具50上升或下降以讓激光束對(duì)準(zhǔn)接收器46的中心，如果需要，可以借助液壓缸54來作合適的調(diào)節(jié)。如果天頂角基準(zhǔn)激光束射到激光接收器46的頂部，那就意味著整地器具太低了，需要用控制器調(diào)整而使其位置上升。相反，如果天頂角基準(zhǔn)激光束射到激光接收器46的下部，那就意味著整地器具太高了，需要用控制器調(diào)整而使其位置下降。如果激光束32射到激光接收器的中心部分，就不需要再作調(diào)整，因?yàn)檎仄骶咭呀?jīng)處在了合適的位置上。整地器具的切割邊緣48與激光接收器46之中心的距離是58，這個(gè)距離可以在計(jì)算機(jī)確定其天頂角時(shí)采用。
當(dāng)建筑機(jī)械移動(dòng)到另一個(gè)位置59(圖1中的右側(cè))時(shí)，建成計(jì)劃可以發(fā)出另一個(gè)修整高度60。所述另一個(gè)位置59將會(huì)導(dǎo)致(跟蹤站)與反光鏡28的距離和/或方位角的測(cè)量發(fā)生變化。跟蹤站10是以每秒20次的速率反復(fù)測(cè)量反光鏡28的位置，并把新的測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)12，計(jì)算機(jī)12接著提供相應(yīng)于新位置上另一修整高度60的新的天頂角34’。器具控制器14使液壓缸54動(dòng)作而移動(dòng)整地器具50，以便讓激光接收器46的中心能檢測(cè)到天頂角基準(zhǔn)激光束32，從而可以保證整地器具把地面修整到合適的高度。
本發(fā)明的跟蹤站10最好是改良的AP-L1型。拓普康株式會(huì)社的標(biāo)準(zhǔn)型AP-L1產(chǎn)品可以自動(dòng)地跟蹤一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的方位角和天頂角，并且可測(cè)得其距離。可在標(biāo)準(zhǔn)AP-L1型的基礎(chǔ)上對(duì)跟蹤站10加以改良，即，在AP-L1型的頂部添加一個(gè)扇形或回轉(zhuǎn)激光裝置62，用它來產(chǎn)生天頂角基準(zhǔn)激光束32。由于天頂角不再是一個(gè)要測(cè)量變量，所以AP-L1的天頂角跟蹤功能就沒有用了；這時(shí)的天頂角是由計(jì)算機(jī)12輸出的計(jì)算值。
本發(fā)明的器具控制器14最好是包括一拓普康9254型控制盒以及一拓普康LS-B2型激光接收器。
能進(jìn)行斜度控制也是本發(fā)明的一個(gè)特征，只要在跟蹤站10和器具控制器14之間添加一通信聯(lián)系即可實(shí)現(xiàn)。通過采用計(jì)算機(jī)在建成計(jì)劃的幫助下而確定的斜度數(shù)據(jù)來調(diào)制天頂角基準(zhǔn)激光束便可做到這點(diǎn)?？山柚阎募夹g(shù)，用頻率調(diào)制的方法把期望的斜度編碼而成激光束32。激光接收器46可對(duì)該激光信息進(jìn)行解碼，并且將其傳送到建筑機(jī)械上的一斜度控制器(未示)。所述斜度控制器包括一斜度傳感器(未示)，該傳感器連接于整地器具，以給出其測(cè)得的的斜度值。斜度控制器拿測(cè)得的的斜度值和來自跟蹤站的期望的斜度值作比較，并由此來調(diào)節(jié)整地器具的斜度，直至與期望的斜度相符。
斜度信息取決于建筑機(jī)械和整地器具的取向。通常，斜度是相應(yīng)于建成計(jì)劃來定義的，并且必須被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于建筑機(jī)械和整地器具之取向的斜度信息。這樣的轉(zhuǎn)換可以由計(jì)算機(jī)或器具控制器來完成。
圖4示出了本發(fā)明的另一種形式，其中天頂角基準(zhǔn)和方位角的測(cè)量都是由同一個(gè)激光器來執(zhí)行的。圖4所示的跟蹤站10’能發(fā)出一單個(gè)的激光束100，該激光束打在處于激光接收器46上的反光鏡28’上，并且折回跟蹤站上的一探測(cè)器。由此，跟蹤站10’可以用和圖1所示之第一實(shí)施例的跟蹤站10相同的方式來測(cè)得的距離和方位角。跟蹤站10’的不同之處在于，它還用同一激光束來設(shè)定期望的天頂角34’。由于要把激光束射到反光鏡以測(cè)量方位角，而且需要在整地器具處于正確高度時(shí)讓同一激光束射到激光接收器的中心，所以把反光鏡28’設(shè)置在激光接收器上與激光接收器的中心等高的位置上。在這種情況下，反光鏡28’最好是一安裝在激光接收器上的反光帶。激光束100是一束扇形的脈沖光，它平行于跟蹤站之望遠(yuǎn)鏡的光路。
從上面的描述中可以看出，本發(fā)明提供了一種能自動(dòng)控制整地器具高度的新型的、有利的裝置和方法。上文中討論和揭示的僅僅是舉例性質(zhì)的方法和實(shí)施例。對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員而言，可以在不偏離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)特征的情況下以其它的方式來實(shí)施。因此，以上對(duì)本發(fā)明的揭示僅僅是為了說明起見，而不是限制性的。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)如所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用來控制建筑機(jī)械的整地器具位置的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括一跟蹤站，該跟蹤站包括用來測(cè)量其與一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和第一角度的裝置，還包括用來產(chǎn)生一能建立期望的第二角度的激光束的裝置，其中所述第一角度是在相應(yīng)于第一基準(zhǔn)方向的第一平面內(nèi)測(cè)量的，而第二角度則是在相應(yīng)于第二基準(zhǔn)方向的第二平面內(nèi)測(cè)量的；聯(lián)接于所述跟蹤站的計(jì)算裝置，用以確定相應(yīng)于遠(yuǎn)方目標(biāo)物所測(cè)得的距離和第一角度的所期望的第二角度；聯(lián)接于建筑機(jī)械、和它一起移動(dòng)的遠(yuǎn)方目標(biāo)；以及一聯(lián)接于所述整地器具的器具控制器，它包括用來把整地器具相對(duì)于所述激光束定位在一個(gè)期望位置上的裝置。
2.一種用來控制建筑機(jī)械的整地器具位置的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括一跟蹤站，該跟蹤站包括用來測(cè)量其與一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和一方位角的裝置，還包括用來產(chǎn)生一能建立期望的天頂角的激光束的裝置；聯(lián)接于所述跟蹤站的計(jì)算裝置，用以確定相應(yīng)于遠(yuǎn)方目標(biāo)物而測(cè)得的距離和方位角的所期望的天頂角度；聯(lián)接于建筑機(jī)械、和它一起移動(dòng)的遠(yuǎn)方目標(biāo)；以及一聯(lián)接于所述整地器具的器具控制器，它包括用來把整地器具相對(duì)于所述激光束定位在一期望位置上的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤站還包括用來在具有期望天頂角的基準(zhǔn)平面中掃描激光束的裝置，其中器具控制器包括用來把整地器具相對(duì)于掃描到的激光束的基準(zhǔn)平面而定位在一期望位置上的裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述用來把整地器具定位到一期望位置上的裝置包括一連接于所述整地器具的激光接收器以及用來調(diào)節(jié)整地器具高度因而使所述激光接收器能檢測(cè)到激光束的裝置。
5.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述跟蹤站包括一可動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)以及一使所述轉(zhuǎn)臺(tái)繞一垂直軸線旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)和遠(yuǎn)方目標(biāo)物對(duì)準(zhǔn)時(shí)，所述跟蹤站可根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度位置確定方位角。
6.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)方目標(biāo)物是一反光鏡，所述跟蹤站包括一安裝在可動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上的第二激光器以及一可探測(cè)從反光鏡反射回來的第二激光束的激光探測(cè)器，當(dāng)所述激光探測(cè)器檢測(cè)到從反光鏡反射回來的、由第二激光器發(fā)出的激光束時(shí)，所述轉(zhuǎn)臺(tái)與所述遠(yuǎn)方目標(biāo)物對(duì)準(zhǔn)。
7.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述遠(yuǎn)方目標(biāo)物是一反光鏡，所述用來產(chǎn)生激光束的裝置是安裝在所述轉(zhuǎn)臺(tái)上，所述跟蹤站包括一可探測(cè)從反光鏡反射回來之激光束的激光探測(cè)器，當(dāng)所述激光探測(cè)器檢測(cè)到從反光鏡反射回來的激光束時(shí)，所述轉(zhuǎn)臺(tái)與所述遠(yuǎn)方目標(biāo)物對(duì)準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算裝置包括一儲(chǔ)存于其內(nèi)的建成計(jì)劃，把測(cè)得的的距離和方位角輸入給建成計(jì)劃，由此就可以確定一期望的天頂角。
9.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述器具控制器包括一連接于所述整地器具以和它一起移動(dòng)的激光束接收器，以及一連接于所述整地器具、可調(diào)節(jié)所述整地器具的高度直至所述激光束探測(cè)器檢測(cè)到激光束的控制器。
10.如權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，它還包括與所述計(jì)算機(jī)相聯(lián)系、用來確定一作為測(cè)得的距離和方位角的函數(shù)的所述整地器具之期望斜度的裝置；與所述跟蹤站相聯(lián)系、把期望斜度傳送給器具控制器的裝置；以及與所述器具控制器相聯(lián)系、用來把所述整地器具定位在期望斜度上的裝置。
11.一種用來控制建筑機(jī)械的整地器具位置的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括一跟蹤站，該跟蹤站包括用來在具有期望天頂角的基準(zhǔn)平面中掃描激光束的裝置，以及一用來跟蹤一遠(yuǎn)方目標(biāo)物并測(cè)量其與一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和方位角的裝置；計(jì)算裝置，用以向所述跟蹤站提供作為遠(yuǎn)方目標(biāo)物的測(cè)得的距離和方位角之函數(shù)的期望天頂角，所述計(jì)算裝置包括一儲(chǔ)存于其內(nèi)的建成計(jì)劃，把測(cè)得的的距離和方位角輸入給建成計(jì)劃，由此就可以確定一期望的天頂角；一聯(lián)接于所述建筑機(jī)械以和它一起移動(dòng)的反光鏡，該反射鏡是可以由所述跟蹤站跟蹤的遠(yuǎn)方目標(biāo)物；以及一聯(lián)接于所述整地器具的器具控制器，它包括一聯(lián)接于所述整地器具以和它一起移動(dòng)的激光束接收器，以及一聯(lián)接于所述整地器具、用來調(diào)節(jié)整地器具的高度以使所述激光束接收器能檢測(cè)到激光束的控制器裝置。
12.一種用來控制建筑機(jī)械之整地器具位置的方法，所述方法包括如下步驟測(cè)量從一跟蹤站到安裝在建筑機(jī)械上的一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和第一角度，所述第一角度是在相應(yīng)于第一基準(zhǔn)方向的第一平面中測(cè)量的；確定一作為遠(yuǎn)方目標(biāo)物的測(cè)得的距離和第一角度之函數(shù)的期望第二角度，所述第二角度是在相應(yīng)于第二基準(zhǔn)方向的第二平面中測(cè)量的；在期望的第二角度上產(chǎn)生一激光束；以及把所述整地器具相對(duì)于激光束定位在一期望位置上。
13.一種用來控制建筑機(jī)械之整地器具位置的方法，所述方法包括如下步驟測(cè)量從一跟蹤站到安裝在建筑機(jī)械上的一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和一方位角；確定一作為遠(yuǎn)方目標(biāo)物的測(cè)得的距離和方位角之函數(shù)的期望的天頂角；在期望的天頂角上產(chǎn)生一激光束；以及把所述整地器具相對(duì)于激光束定位在一期望位置上。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包括如下步驟在一具有期望天頂角的基準(zhǔn)平面中掃描激光束；以及，把所述整地器具相對(duì)于被掃描的激光束基準(zhǔn)平面定位在一期望位置上。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述使整地器具定位的步驟包括調(diào)節(jié)整地器具的高度，以使聯(lián)接于整地器具的激光接收器能檢測(cè)到激光束。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量方位角的步驟包括使一可動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至該轉(zhuǎn)臺(tái)與一遠(yuǎn)方目標(biāo)物對(duì)準(zhǔn)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)方目標(biāo)物是一折回反光鏡，所述測(cè)量方位角的步驟包括產(chǎn)生一第二激光束，在第二激光束從反光鏡反射回激光源的位置上，測(cè)量可動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述遠(yuǎn)方目標(biāo)物是一折回反光鏡，所述測(cè)量方位角的步驟包括在所述激光束從反光鏡反射回激光源的位置上，測(cè)量可動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包括儲(chǔ)存起代表建成計(jì)劃的數(shù)據(jù)的步驟，根據(jù)該建成計(jì)劃，可在給予測(cè)得的距離和方位角的基礎(chǔ)上，確定一期望的天頂角。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，它還包括確定一作為測(cè)得的距離和方位角之函數(shù)的所述整地器具的期望斜度的步驟，以及把所述整地器具定位在期望斜度上的步驟。
21.一種用來控制建筑機(jī)械之整地器具位置的方法，所述方法包括如下步驟儲(chǔ)存代表建成計(jì)劃的數(shù)據(jù)，把測(cè)得的距離和方位角提供給所述建成計(jì)劃，就可以確定一期望的天頂角；跟蹤一聯(lián)接于所述建筑機(jī)械的反光鏡，并且測(cè)量與所述反光鏡的距離和方位角；從建成計(jì)劃計(jì)算作為測(cè)得的反光鏡距離和方位角之函數(shù)的期望天頂角；在一具有期望天頂角的基準(zhǔn)平面內(nèi)掃描一激光束；以及調(diào)節(jié)所述整地器具的高度，以便讓聯(lián)接于所述整地器具的激光束接收器能檢測(cè)到激光束。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用來按照建成計(jì)劃控制建筑機(jī)械的整地器具位置的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)有三個(gè)基本構(gòu)件一固定跟蹤站、一連接于該跟蹤站的計(jì)算機(jī)、以及一附著于建筑機(jī)械的器具控制器。所述跟蹤站可測(cè)量其與一遠(yuǎn)方目標(biāo)物的距離和方位(水平)角，并能把位置信息傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可查詢儲(chǔ)存于其內(nèi)的一建成計(jì)劃，以確定在該位置上的期望高度并計(jì)算出一相應(yīng)的天頂(垂直)角，并將期望的天頂角傳送給跟蹤站。隨后，跟蹤站在期望的天頂角上產(chǎn)生一天頂角基準(zhǔn)激光束。所述器具控制器可探測(cè)天頂角基準(zhǔn)激光束，并且相對(duì)于天頂角基準(zhǔn)激光束來調(diào)節(jié)整地器具，直至達(dá)到所需位置。
文檔編號(hào)E02F3/76GK1167184SQ9710556
公開日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1997年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月5日
發(fā)明者理查德·W·戴維德森, 大友文夫, 木村和明, 平野聰 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康