專利名稱：操作設(shè)備上的磁羅盤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)備中的磁羅盤，更特別地，涉及ー種使用設(shè)置于可移動(dòng)的設(shè)備或車輛(例如，挖掘機(jī))中的磁羅盤裝置的方法。
背景技術(shù)：
感測地磁場的方向并提供用于顯示和由控制系統(tǒng)使用的輸出的傳感器配置已經(jīng)使用了一段時(shí)間。這樣的配置已經(jīng)經(jīng)受并且必須補(bǔ)償"硬鉄"效應(yīng)和"軟鐵"效應(yīng)。這兩種效應(yīng)都使得傳感器局部地區(qū)的地磁力線的形狀失真，但以不同的方式。硬鐵效應(yīng)起因于永久磁體和車輛中被磁化的鐵或鋼。硬鐵效應(yīng)使得地磁場在特定方向上偏移，并且當(dāng)設(shè)備(例如，挖掘機(jī))圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生變化。由硬鐵效應(yīng)引起的誤差在設(shè)備的完整循環(huán)(complete rotation)期間經(jīng)過單個(gè)轉(zhuǎn)。軟鐵效應(yīng)起因于地磁場與挖掘機(jī)的磁性滲透材料的交互作用。軟鐵效應(yīng)在設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生變化，并且，由軟鐵效應(yīng)引起的誤差在設(shè)備的完整 循環(huán)期間經(jīng)過兩個(gè)轉(zhuǎn)。典型地，地磁場由三個(gè)磁場傳感器感測，所述傳感器被定位以檢測地磁場在三個(gè)正交方向上的強(qiáng)度，參考的傳感器的坐標(biāo)系的X、Y和Z方向。由所述三個(gè)傳感器的相對輸出，易于確定有關(guān)傳感器的場的相對方位和強(qiáng)度。可以想到，如果傳感器坐標(biāo)參考系沒有對準(zhǔn)エ地的本地水平面坐標(biāo)參考系，則來自所述傳感器的X、Y和Z坐標(biāo)參考系的所感測的磁場指示必須被轉(zhuǎn)換至本地水平面坐標(biāo)參考系，以確定磁力線的方向，從而確定關(guān)于エ地所述設(shè)備的朝向。過去，已經(jīng)使用了多種方法來針對硬鐵效應(yīng)和軟鐵效應(yīng)補(bǔ)償磁羅盤系統(tǒng)。作為繁重的標(biāo)定エ序的延伸，許多這些先有技術(shù)的標(biāo)定技術(shù)需要在各個(gè)方向定位的設(shè)備和羅盤的磁場強(qiáng)度的大量測量。

發(fā)明內(nèi)容
ー種使用安裝在挖掘機(jī)上的磁場傳感器來確定エ地的挖掘機(jī)的朝向的方法。所述磁場傳感器提供傳感器的X、Y和Z方向上的地磁場的大小的指示。所述方法使用磁傾計(jì)，其提供挖掘機(jī)的傾斜和搖擺的指示，陀螺傳感器，其感測挖掘機(jī)圍繞磁場傳感器Z軸的旋轉(zhuǎn)，以及處理器電路，其具有相關(guān)存儲(chǔ)器。所述處理器電路響應(yīng)于磁場傳感器、磁傾計(jì)和陀螺傳感器。所述方法包括創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表，用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的X、Y和Z方向上的磁場大小的指示，使用來自磁傾計(jì)的輸出將感測到的磁場指示從傳感器的X、Y和Z坐標(biāo)參考系轉(zhuǎn)換至本地水平面坐標(biāo)參考系，確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量并除去這樣的硬鐵分量以在本地水平面坐標(biāo)參考系中產(chǎn)生經(jīng)過校正的磁場指示，并且，將經(jīng)過校正的指示與存儲(chǔ)的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以確定挖掘機(jī)的方向。創(chuàng)建和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表的步驟包括基本上以恒速圍繞大體垂直的Z軸旋轉(zhuǎn)挖掘機(jī)，存儲(chǔ)來自磁場傳感器和陀螺傳感器的輸出，基于來自磁場傳感器的數(shù)據(jù)值的重復(fù)來確定挖掘機(jī)的完整循環(huán)的開始和結(jié)束，將在完整循環(huán)期間從陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量，并存儲(chǔ)這樣的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。創(chuàng)建和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表還可以包括針對由硬鐵引起的誤差補(bǔ)償所存儲(chǔ)的輸出。創(chuàng)建和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表還可以包括通過將挖掘機(jī)向預(yù)定參考朝向旋轉(zhuǎn)而固定(bench)挖掘機(jī)，并確定來自表示預(yù)定朝向的表的對應(yīng)數(shù)據(jù)，從而數(shù)據(jù)的平衡表示挖掘機(jī)的朝向在角度増量上偏離預(yù)定參考朝向。把在完整循環(huán)期間從陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量可以包括把在完整循環(huán)期間從陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成一度的増量。確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量可以包括定位挖掘機(jī)以具有向著地磁北極的朝向，用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的X、Y和Z方向上的磁場大小的指示，感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺，將挖掘機(jī)傾斜幾度，用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的X、Y和Z方向上的磁場大小的指示，并感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺。


圖I說明應(yīng)用電子羅盤的類型的挖掘機(jī)；圖2是說明朝向參數(shù)的附圖；圖3和4是說明設(shè)備、地的參照系和傳感器的參照系之間關(guān)系的附圖；圖5是說明軟鐵補(bǔ)償計(jì)算的流程圖；和圖6是用于實(shí)踐所述補(bǔ)償法的處理器電路和相關(guān)部件的示意圖。
具體實(shí)施例方式挖掘和建筑設(shè)備控制系統(tǒng)通常在許多傳感器當(dāng)中包含磁羅盤。這樣的羅盤感測設(shè)備或一部分所述設(shè)備的關(guān)于地磁場的方向。這個(gè)朝向信息與其它傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相結(jié)合，與期望的恒值(contour)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而控制所述設(shè)備。雖然磁羅盤系統(tǒng)相對簡易和可靠，但是傳統(tǒng)的用于電子羅盤系統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)且不能為安裝于大型挖掘設(shè)備的電子羅盤提供非常精確的方法。這種設(shè)備的巨大鐵含量或是增加或是扭曲地的磁場矢量，造成難以獲得精確校準(zhǔn)。此外，這種設(shè)備典型地包括電動(dòng)機(jī)及其它電磁場源，其増加或減少地磁場的效應(yīng)，更進(jìn)一歩造成朝向測量的誤差。圖I示出這樣ー種類型的挖掘機(jī)10，其可包含用于通過感測地磁場并修正硬鐵效應(yīng)和軟鐵效應(yīng)來確定朝向的系統(tǒng)。所述挖掘機(jī)包括機(jī)架11、在第一樞軸節(jié)14處樞軸地固定于機(jī)架11的主桿12、在第二樞軸節(jié)18處樞軸地固定于主桿12的鏟斗柄16以及在第三樞軸節(jié)22處樞軸地固定于鏟斗柄16的鏟斗20。液壓缸24、26和28被設(shè)置為分別移動(dòng)主桿12、鏟斗柄16和鏟斗20。鏟斗20包括刀刃30，其可具有刻齒刀片以幫助挖掘。機(jī)架11承載操作室31并由起落架支撐臺和傳送器32支撐，其可以包括履帶，這便于挖掘機(jī)10在エ地上的移動(dòng)。機(jī)架11和它所承載的部件可以相對于起落架支撐臺和傳送器32圍繞大體垂直的軸34旋轉(zhuǎn)，以將鏟斗20放置在挖掘所需要的精確位置。對于要手動(dòng)地或者通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)來控制挖掘機(jī)操作的操作者來說，必須確定關(guān)于挖掘機(jī)的位置和方向這兩個(gè)信息。挖掘機(jī)的位置可以通過多種方法中的任意ー種來確定，包括使用激光定位系統(tǒng)，使用GPS定位系統(tǒng)，使用將激光和GPS定位組合起來的系統(tǒng)，或使用機(jī)器人總站?？梢酝ㄟ^角度編碼器、基于重力的磁傾計(jì)或與樞軸節(jié)14、18和22相關(guān)聯(lián)的類似傳感器，或通過與汽缸24、26和28相關(guān)聯(lián)的字符串編碼器，或通過這種傳感器的某些組合，確定主桿12、鏟斗柄16和鏟斗20的相對位置。挖掘機(jī)10相對于真垂線的方向由安裝在機(jī)架11上的磁傾計(jì)36確定。磁傾計(jì)36在雙軸中運(yùn)行并且提供機(jī)架11的橫搖角和俯仰角的指示。正如下面更完全的解釋，所述系統(tǒng)還包括磁場傳感器38，其提供傳感器參考系的X、Y和Z方向上的地磁場大小的指示。此外，系統(tǒng)包括陀螺傳感器40，其感測挖掘機(jī)圍繞磁場傳感器38的Z軸34的旋轉(zhuǎn)。下面將說明的是，具有相關(guān)存儲(chǔ)器52(圖6)的處理器電路50對磁場傳感器38、磁傾計(jì)36和陀螺傳感器40進(jìn)行響應(yīng)，確定エ地的挖掘機(jī)10的朝向。雖然顯示為單獨(dú)的部件，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的是磁傾計(jì)36和磁場傳感器38可以安裝在相同的外殼里。此外，所述磁傾計(jì)和陀螺傳感器可以采取下列形式MU、慣性測量単元、或類似裝置，其中，ー些或所有磁場、重力和陀螺傳感器被封裝在一起，作為單個(gè)組件。此外，雖然下面描述的是磁傾計(jì)，但是可以使用其它等效的重力參考傳感器。挖掘機(jī)的朝向是機(jī)架11的縱軸所對齊的方向。這是由測定機(jī)架11相對于地磁場的相對方位的磁羅盤系統(tǒng)所確定的。通過考慮軟鐵效應(yīng)和硬鐵效應(yīng)，所述磁羅盤系統(tǒng)增強(qiáng)精度。 為了補(bǔ)償軟鐵效應(yīng)，所述設(shè)備旋轉(zhuǎn)通過完整循環(huán)來旋轉(zhuǎn)。機(jī)架11的傾角被注釋，連同在磁場傳感器38的X、Y和Z方向上感測的磁場水平。陀螺儀40用來將所述設(shè)備的旋轉(zhuǎn)分解變成小的角度増量，比如360等于一度増量。在使用集成的陀螺信號來建立軟鐵標(biāo)定表時(shí)遇到的困難是陀螺傳感器的輸出是略微非線性的。每個(gè)陀螺傳感器都經(jīng)過エ廠標(biāo)定，但是為了獲得優(yōu)異的結(jié)果，所述陀螺儀也必須在所述設(shè)備上進(jìn)行重新標(biāo)定。另外，傳感器壽命、溫度和旋轉(zhuǎn)率的大小都促使需要在其使用壽命期間反復(fù)地重新標(biāo)定設(shè)備上的陀螺傳感器。當(dāng)所述陀螺儀被恰當(dāng)?shù)刂匦抡{(diào)節(jié)吋，它提供非常精確的角坐標(biāo)的測量，允許編輯精確的標(biāo)定表。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磁場傳感器的未補(bǔ)償輸出可以用來確定何時(shí)進(jìn)行了完整旋轉(zhuǎn)，因?yàn)楫?dāng)完成360度旋轉(zhuǎn)時(shí)那些輸出就恢復(fù)到相同水平。接下來，基于特定等式提取磁性傳感器上的硬鐵效應(yīng)，所述等式需要地磁矢量的本地傾斜角。為了確定地磁矢量的本地傾斜角，我們測量所述磁性傳感器，以及當(dāng)設(shè)備面向地磁北極時(shí)傳感器的傾斜和搖擺。然后操作者將所述設(shè)備傾斜幾度。獲得ー套新的磁性傳感器讀數(shù)和傾斜與搖擺讀數(shù)。由此信息，本地傾斜角得以確定，如下所述。就此，除去橫向軟鐵效應(yīng)，除去橫向硬鐵效應(yīng)，并且除去縱向硬鐵效。為了更進(jìn)ー步提高設(shè)備朝向的精度，除去縱向軟鐵效應(yīng)。這是通過表征在標(biāo)定過程的設(shè)備旋轉(zhuǎn)部分期間的Z軸磁性傳感器而實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)可以用作挖掘機(jī)的朝向傳感器。當(dāng)設(shè)備在位置周圍旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述系統(tǒng)連續(xù)不斷地提供精確的朝向信息，其被用作用于精確控制的輸入。當(dāng)所述挖掘機(jī)被移到エ地的不同位置吋，為獲得最大精度可重復(fù)所述再標(biāo)定進(jìn)程。現(xiàn)在參考圖2和3。定義正X軸為朝向的方向。當(dāng)從負(fù)Z軸向地法平面上看時(shí)，是從地磁北極矢量到X軸來測量正朝向角(P)的。Hn = He · cos ( Φ)Hx = Hn · cos ( P )Hy = Hn · sin ( P )
I. Hx = He · cos ( Φ ) · cos (P)2. Hy = He · cos ( Φ) · sin (P)3. Hz = He · sin ( Φ)
權(quán)利要求
1.ー種使用安裝在挖掘機(jī)上的磁場傳感器，使用磁傾計(jì)，使用陀螺傳感器以及使用處理器電路來確定エ地的挖掘機(jī)的朝向的方法，所述磁場傳感器提供傳感器的X、Y和Z方向上的地磁場的大小的指示，所述磁傾計(jì)提供挖掘機(jī)的傾斜和搖擺的指示，所述陀螺傳感器用于感測挖掘機(jī)圍繞磁場傳感器的Z軸的旋轉(zhuǎn)，以及所述處理器電路具有相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器，響應(yīng)于所述磁場傳感器、所述磁傾計(jì)和所述陀螺傳感器，所述方法包括 創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表，包括 基本上以恒速圍繞大體縱向的Z軸旋轉(zhuǎn)所述挖掘機(jī)， 存儲(chǔ)來自所述磁場傳感器和所述陀螺傳感器的輸出， 基于來自所述磁場傳感器的數(shù)據(jù)值的重復(fù)來確定挖掘機(jī)的完整循環(huán)的開始和結(jié)束，并且 把在完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從所述磁場傳感器接收的對應(yīng)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量，并且存儲(chǔ)該調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的X、Y和Z方向上磁場大小的指示，使用來自磁傾計(jì)的輸出，將感測到的磁場指示從傳感器的X、Y和Z坐標(biāo)參考系轉(zhuǎn)換至本地水平面坐標(biāo)參考系， 確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量并除去該硬鐵分量，以產(chǎn)生經(jīng)過校正的在本地水平面坐標(biāo)參考系中的磁場指示，并且 將經(jīng)過校正的指示與存儲(chǔ)的調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定挖掘機(jī)的朝向。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，創(chuàng)建和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表包括針對硬鐵引起的誤差補(bǔ)償所存儲(chǔ)的輸出。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，把在完整循環(huán)期間從陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量包括把在完整循環(huán)期間從陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成相等的増量。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量包括 定位挖掘機(jī)以基本上朝向地磁北扱， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的X、Y和Z方向上磁場的大小的指示， 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺， 將挖掘機(jī)傾斜幾度， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示，并且 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表還包括通過將其旋轉(zhuǎn)至預(yù)定參考朝向來固定所述挖掘機(jī)，并確定來自表示預(yù)定朝向的表的對應(yīng)數(shù)據(jù)，從而數(shù)據(jù)的平衡表示挖掘機(jī)的朝向在角度增量上偏離預(yù)定參考朝向。
6.ー種使用安裝在挖掘機(jī)上的磁場傳感器，使用重力參考傳感器，使用陀螺傳感器，并使用處理器電路來確定エ地的挖掘機(jī)的朝向并補(bǔ)償軟鐵誤差的方法，所述磁場傳感器提供地磁場在傳感器的X、Y和Z方向上的大小的指示，所述重力參考傳感器提供挖掘機(jī)的傾斜和搖擺的指示，所述陀螺傳感器用于感測挖掘機(jī)圍繞磁場傳感器的Z軸的旋轉(zhuǎn)，以及所述處理器電路具有相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器，響應(yīng)于所述磁場傳感器、所述磁傾計(jì)和所述陀螺傳感器，所述方法包括 創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表，包括 記錄挖掘機(jī)的傾斜和搖擺， 基本上以恒速圍繞基本上縱向的Z軸旋轉(zhuǎn)所述挖掘機(jī)，通過完整循環(huán)， 存儲(chǔ)來自所述磁場傳感器、所述磁傾計(jì)和所述陀螺傳感器的輸出， 基于來自所述磁場傳感器的數(shù)據(jù)值的重復(fù)來確定挖掘機(jī)的完整循環(huán)的開始和結(jié)束，并 且 把在完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從所述磁場傳感器接收的對應(yīng)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量，并且存儲(chǔ)該調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示，使用來自磁傾計(jì)的輸出將感測到的磁場指示從傳感器的χ、γ和Z坐標(biāo)參考系轉(zhuǎn)換至本地水平面坐標(biāo)參考系，并且 將經(jīng)過校正的指示與存儲(chǔ)的調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定挖掘機(jī)的朝向。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，創(chuàng)建和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表還可以包括針對硬鐵引起的誤差補(bǔ)償所存儲(chǔ)的輸出。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，把在完整循環(huán)期間從陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量包括把在完整循環(huán)期間從陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成一度的増量。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量包括 定位挖掘機(jī)以基本上朝向地磁北扱， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示， 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺， 將挖掘機(jī)傾斜幾度， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示，并且 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表還包括通過將其旋轉(zhuǎn)至預(yù)定參考朝向來固定所述挖掘機(jī)，并確定來自表示預(yù)定朝向的表的對應(yīng)數(shù)據(jù)，從而數(shù)據(jù)的平衡表示挖掘機(jī)的朝向在角度增量上偏離預(yù)定參考朝向。
11.ー種使用安裝在挖掘機(jī)上的磁場傳感器，使用磁傾計(jì)，使用陀螺傳感器，并使用處理器電路來確定エ地的挖掘機(jī)的朝向的方法，所述磁場傳感器提供地磁場在傳感器的X、Y和Z方向上的大小的指示，所述磁傾計(jì)提供挖掘機(jī)的傾斜和搖擺的指示，所述陀螺傳感器用于感測挖掘機(jī)圍繞磁場傳感器的Z軸的旋轉(zhuǎn)，以及處理器電路具有相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器，響應(yīng)于所述磁場傳感器、所述磁傾計(jì)和所述陀螺傳感器，包括 創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表，包括 圍繞大體上縱向的Z軸旋轉(zhuǎn)所述挖掘機(jī)，小于完整循環(huán)， 存儲(chǔ)來自所述磁場傳感器和所述陀螺傳感器的輸出，并且 將在小于完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)數(shù)據(jù)分解變成基本上相等的角度増量，并存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)，用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示，使用來自磁傾計(jì)的輸出，將感測到的磁場指示從傳感器的X、Y和Z坐標(biāo)參考系轉(zhuǎn)換至本地水平面坐標(biāo)參考系， 確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量并除去該硬鐵分量以在本地水平面坐標(biāo)參考系中產(chǎn)生經(jīng)過校正的磁場指示，并且 將經(jīng)過校正的指示與存儲(chǔ)的調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定挖掘機(jī)的朝向。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表包括針對硬鐵引起的誤差補(bǔ)償所存儲(chǔ)的輸出。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，把在小于完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量包括把在小于完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)分解變成相等的増量。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量包括 定位挖掘機(jī)以基本上朝向地磁北扱， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示， 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺， 將挖掘機(jī)傾斜幾度， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示，并且 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表還包括通過將其旋轉(zhuǎn)至預(yù)定參考朝向來固定所述挖掘機(jī)，并確定來自表示預(yù)定朝向的表的對應(yīng)數(shù)據(jù)，從而數(shù)據(jù)的平衡表示挖掘機(jī)的朝向在角度增量上偏離預(yù)定參考朝向。
16.ー種使用安裝在挖掘機(jī)上的磁場傳感器，使用重力參考傳感器，使用陀螺傳感器，并使用處理器電路來確定エ地的挖掘機(jī)的朝向并補(bǔ)償軟鐵誤差的方法，所述磁場傳感器提供傳感器的X、Y和Z方向上地磁場的大小的指示，所述重力參考傳感器提供挖掘機(jī)的傾斜和搖擺的指示，所述陀螺傳感器用于感測挖掘機(jī)圍繞磁場傳感器的Z軸的旋轉(zhuǎn)，以及所述處理器電路具有相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器，響應(yīng)于所述磁場傳感器，所述磁傾計(jì)和所述陀螺傳感器，包括 創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表，包括 記錄挖掘機(jī)的傾斜和搖擺， 圍繞基本上縱向的Z軸旋轉(zhuǎn)所述挖掘機(jī)，小于完整循環(huán)， 存儲(chǔ)來自所述磁場傳感器、所述磁傾計(jì)和所述陀螺傳感器的輸出，并且把在小于完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)數(shù)據(jù)分解變成基本上相等的角度増量，并存儲(chǔ)該調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示，使用來自磁傾計(jì)的輸出，將感測到的磁場指示從傳感器的X、Y和Z坐標(biāo)參考系轉(zhuǎn)換至本地水平面坐標(biāo)參考系，并且將經(jīng)過校正的指示與存儲(chǔ)的調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定挖掘機(jī)的朝向。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，創(chuàng)建和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表包括針對硬鐵引起的誤差補(bǔ)償所存儲(chǔ)的輸出。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，把在小于完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)成大致相等的角度増量包括把在小于完整循環(huán)期間從所述陀螺傳感器接收的數(shù)據(jù)和從磁場傳感器接收的對應(yīng)指示數(shù)據(jù)分解變成相等的増量。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，確定經(jīng)轉(zhuǎn)換的感測到的磁場指示的硬鐵分量包括 定位挖掘機(jī)以基本上朝向地磁北扱， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示， 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺， 將挖掘機(jī)傾斜幾度， 用磁場傳感器感測挖掘機(jī)處的磁場，提供傳感器的Χ、γ和Z方向上磁場的大小的指示，并且 感測挖掘機(jī)的傾斜和搖擺。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，創(chuàng)建并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表還包括通過將其旋轉(zhuǎn)至預(yù)定參考朝向來固定所述挖掘機(jī)，并確定來自表示預(yù)定朝向的表的對應(yīng)數(shù)據(jù)，從而數(shù)據(jù)的平衡表示挖掘機(jī)的朝向在角度增量上偏離預(yù)定參考朝向。
全文摘要
使用安裝在挖掘機(jī)上的磁場傳感器，使用磁傾計(jì)，使用陀螺傳感器以及使用處理器電路來確定工地的挖掘機(jī)的朝向的方法，所述磁傾計(jì)提供挖掘機(jī)的傾斜和搖擺的指示，所述陀螺傳感器感測挖掘機(jī)圍繞磁場傳感器的Z軸的旋轉(zhuǎn)率，以及所述處理器電路具有關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器。在挖掘機(jī)以勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)使用陀螺傳感器來創(chuàng)建和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)定表。使用來自磁傾計(jì)的輸出將感測到的磁場指示從傳感器的坐標(biāo)參考系轉(zhuǎn)換至本地水平面坐標(biāo)參考系。
文檔編號G01C17/38GK102692219SQ20121006044
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者B·W·艾尼克斯, C·C·埃普爾, G·L·凱恩 申請人:卡特彼勒特林布爾控制技術(shù)有限責(zé)任公司