鏟的鏟斗擺動的自動化控制的制作方法

鏟的鏟斗擺動的自動化控制的制作方法
【專利摘要】補償鏟斗擺動控制的系統和方法。一種方法，包括：利用至少一個處理器確定與所述鏟斗的當前擺動方向相反的補償方向，并且當所述鏟斗的加速度大于預定的加速度值時，沿補償方向施加最大可用擺動扭矩。該方法還能夠包括：確定鏟的當前狀態，并且當鏟的當前狀態為擺動至卡車狀態或返回至收攏狀態時，執行上面的步驟。當鏟的當前狀態為挖掘狀態時，該方法可包括：限制最大可用擺動扭矩，并且當鏟斗縮回至預定推擠位置時，利用至少一個處理器使擺動扭矩在預定時段內漸升至最大可用擺動扭矩。
【專利說明】鏟的鏟斗擺動的自動化控制
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求2012年3月16日提交的美國臨時專利申請No. 61/611，682的優先權， 該美國臨時專利申請的整個內容通過引用并入本文。

【技術領域】
[0003] 本發明涉及監控諸如電繩鏟或動力鏟（shovel)的工業機器的性能和自動地調節 性能。

【背景技術】
[0004] 諸如電繩或動力鏟、拉鏟挖掘機等的工業機器被用來執行挖掘操作使得從例如礦 料堆遷移材料。操作員在挖掘操作期間控制繩鏟為鏟斗加載材料。操作員將鏟斗中的材料 倒入料斗或卡車中。在卸載材料之后，挖掘循環繼續，并且操作員擺動鏟斗返回至料堆以執 行另外的挖掘。一些操作員將鏟斗以高速率不正確地擺到料堆中，即使對挖掘操作使鏟斗 減慢并且停止，這也會損害鏟斗和鏟的其它部件，諸如齒條、柄、鞍座塊、移動軸和吊臂。鏟 斗在挖掘循環期間還會影響其它物體（例如，料斗或卡車、料堆、位于鏟周圍的其它機械塊 等），這會損壞鏟斗或其它部件。
[0005] 因此，本發明的實施例自動地控制鏟斗的擺動以減輕由鏟斗與位于鏟周圍的物體 (諸如，料堆、地面和料斗）的沖擊所引起的沖擊和應力。例如，在鏟斗已經被卸載并且返回 到料堆以便隨后的挖掘操作之后，控制器監控鏟斗的操作。控制器監控鏟斗擺動的各個方 面，諸如速度、加速度和由操作員控制器指示的參照（例如，施加到諸如控制桿的操作員控 制器的力的方向）控制器使用所監控的信息來確定鏟斗是否擺動太快，在這種情況下，鏟 斗將以不合理的速度撞擊料堆。在該情形下，當控制器檢測與料堆的高沖擊時，控制器使用 馬達扭矩來減慢鏟斗的擺動。具體地，控制器沿與鏟斗的移動方向相反的方向施加馬達扭 矩，這抵消鏟斗速度并且使擺動速度下降。


【發明內容】

[0006] 特別，本發明的一個實施例提供一種補償鏟的鏟斗的擺動的方法。該方法包括：通 過至少一個處理器確定與所述鏟斗的當前擺動方向相反的補償方向，并且當所述鏟斗的加 速度大于預定的加速度值時，通過所述至少一個處理器沿與所述鏟斗的所述當前擺動方向 相反的所述補償方向施加最大可用擺動扭矩。
[0007] 本發明的另一個實施例是提供一種用于補償鏟的鏟斗的擺動的系統。該系統包括 包含至少一個處理器的控制器。該至少一個處理器被配置成限制最大可用擺動扭矩，確定 鏟斗的推擠位置，并且當鏟斗到達預定推擠位置之后，約束擺動扭矩在預定時段內漸升至 所限制的最大可用擺動扭矩。
[0008] 通過考慮詳細描述和附圖，本發明的其它方面將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1示出根據本發明的實施例的工業機器。
[0010] 圖2A和圖2B示出在挖掘位置和翻卸位置之間的圖1的機器的擺動。
[0011] 圖3示出根據本發明的實施例的工業機器的控制器。
[0012] 圖4-9示出用于自動地控制圖1的機器的鏟斗的擺動的方法的流程圖。
[0013] 圖IOa-IOc和Ila-Ilc是示出在圖4-9的方法中的至少一些中激活的子例程的流 程圖。
[0014] 圖12-13是圖IOa-IOc和圖Ila-Ilc的子例程的生成扭矩速度曲線的圖形表示。

【具體實施方式】
[0015]在詳細地解釋本發明的任何實施例之前，應理解的是，本發明在其應用上并不限 于下列說明書中所闡明的或下列附圖中所闡明的部件的結構和布置的細節。本發明能夠涵 蓋其它實施例并且可以各種方式實踐或實施。另外，需理解的是，此處所使用的措辭和術語 是出于說明目的，并且不應被視為限制性的。此處對"包含"、"包括"或"具有"和其變型的 使用意味著涵蓋其后列出的項目和其等同物以及另外的項目。術語"安裝"、"連接"和"聯 接"廣泛地被使用并且包括直接和間接的安裝、連接和聯接。此外，"連接"和"聯接"不管 是直接還是間接，不限于物理或機械連接或聯接，并且能夠包括電氣或液壓連接或聯接。另 夕卜，電子通信和通知可以使用包括直接連接、無線連接等的任何已知方式被實施。
[0016]還應注意的是，多個基于硬件和軟件的設備以及多個不同的結構部件可以被使用 以實施本發明。此外，應理解，出于討論目的，本發明的實施例可以包括硬件、軟件和電子部 件或模塊，所述硬件、軟件、和電子部件或模塊可以示出和描述為猶如大多數部件在硬件中 單獨地實現。然而，一個本領域的普通技術人員根據對這份詳細描述的閱讀將明白，在至少 一個實施例中，基于本發明的各方面的電子器件可以在可由一個或多個處理器執行的軟件 (例如，存儲在非暫態計算機可讀介質上）中實現。因此，應注意，可以利用多個基于硬件 和軟件的設備，以及多個不同結構的部件來實現本發明。而且，如在隨后的段落中描述的， 在附圖中示出的特定機械配置旨在例證本發明的實施例并且其它替代機械配置是可能的。 例如，在本說明書中描述的"控制器"可以包括標準處理部件，諸如一個或多個處理器、一個 或多個計算機可讀介質模塊、一個或多個輸入輸出接口和連接這些部件的各種連接件（例 如,系統總線）。
[0017] 圖1描繪示例性繩鏟100。繩鏟100包括履帶105,用于前向和后向推進繩鏟100 以及用于使繩鏟100旋轉（即，通過使左右履帶的速度和/或方向相對于彼此改變）。履帶 105支撐包括駕駛室115的基部110。基部110能夠繞擺動軸線125擺動或旋轉，比如，從 挖掘位置移動至翻卸位置并且再返回至挖掘位置。在一些實施例中，履帶105的移動不是 擺動運動所需的。繩纟產進一步包括支撐可樞轉纟產斗柄135和纟產斗140的纟產斗軸或吊臂130。 鏟斗140包括門145,用于將鏟斗140所容納的物品翻卸至翻卸位置。
[0018] 鏟100還包括：拉緊懸吊纜繩150,該拉緊懸吊纜繩150聯接在基部110與吊臂130 之間用于支撐吊臂130 ;起吊纜繩155,該起吊纜繩155附接到基部110內的絞盤（未示出） 用于卷起纜繩155以使鏟斗140上升和下降；鏟斗門纜繩160,該鏟斗門纜繩附接到另一個 絞盤（未示出）以便打開鏟斗140的門145。在某些情況下，鏟100為由JoyGlobal制造 的P&H?4100系列鏟，而鏟100可以為另一個類型或型號的采礦挖掘機。
[0019] 當挖掘鏟100的履帶105處于靜態，鏟斗140在操作中基于三個控制動作吊起 (hoist)、推擠（crowd)和擺動（swing)而移動。吊起控制通過卷起和展開起吊纜繩155來 使鏟斗140升高和降低。推擠控制使柄135和鏟斗140的位置伸出和縮回。在一個實施例 中，通過使用齒條齒輪裝置來推擠柄135和鏟斗140。在另一個實施例中，通過使用液壓驅 動系統來推擠柄135和鏟斗140。擺動控制使鏟斗140相對于擺動軸線125旋轉。在工作 期間，操作員控制鏟斗140以從挖掘位置挖掘土材料，使挖斗140擺動至翻卸位置，釋放門 145以翻卸土材料，并且收攏鏟斗140,這促使門145關閉，同時使鏟斗140擺動至相同的或 另一個挖掘位置。
[0020] 圖1還描繪移動挖掘破碎機175。在工作期間，繩鏟100通過打開門145將材料 從鏟斗140翻卸到挖掘破碎機175的料斗170中。雖然繩鏟100被描述為與移動挖掘破碎 機175 -起使用，但是繩鏟也能夠將材料從鏟斗140翻卸至其它材料收集器（諸如翻斗車 (未示出））或直接翻卸到地上。
[0021] 圖2A描繪定位在翻卸位置中的繩鏟100。在翻卸位置中，將吊臂130定位在料斗 170上方，并且打開門145以將鏟斗140內所容納的材料翻卸到料斗170中。
[0022] 圖2B描繪定位在挖掘位置中的繩鏟100。在挖掘位置，吊臂130在挖掘位置220 處利用鏟斗140挖入到料堆215中。在挖掘之后，使繩鏟100返回到翻卸位置并且根據需 要重復該過程。
[0023] 如上文概述部分所描述的，當鏟100將鏟斗140向后擺動到挖掘位置，料堆215不 應被用來使鏟斗140減速和停止。因此，鏟100包括控制器，該控制器可以補償對鏟斗140 的控制以確保鏟斗140以適當的速度擺動并且隨著它靠近料堆215或其它物體而減速。如 果適用，則控制器能夠包括尤其可操作用以監控鏟100的操作和補償控制鏟斗140的硬件 和軟件的組合體。
[0024] 圖3中示出根據本發明的一個實施例的控制器300。如圖3所示，控制器300尤其 包括處理單元350 (例如，微處理器、微控制器或其他適當的可編程裝置）、非暫態計算機可 讀介質355、和輸入輸出接口 365。處理單元350、介質355和輸入輸出接口 365通過一個或 多個控制和/或數據總線連接。應理解，在其它結構中，控制器300包括附加部件、更少的 部件、或不同的部件。
[0025] 計算機可讀介質355存儲程序指令和數據，并且控制器300被配置成從介質355 獲取并且尤其是執行這些指令以執行本文所描述的控制過程和方法。輸入輸出接口 365在 控制器300和外部系統、網絡、和/或裝置之間交換數據并且從外部系統、網絡、和/或裝置 接收數據。輸入輸出接口 365能夠將從外部來源接收的數據存儲到介質355和/或為處理 單元350提供數據。
[0026] 如圖3所示，控制器300從操作員接口 370接收輸入。操作員接口 370包括推擠 控制器、擺動控制器、吊起控制器、和門控制器。推擠控制器、擺動控制器、吊起控制器、和門 控制器包括操作員控制輸入設備（比如諸如操縱桿、杠桿、腳踏開關）和其它執行器。操 作員接口 370經輸入設備接收操作員輸入并且將數字動作命令輸出到控制器300。動作命 令包括例如吊起、放下、推擠延伸、推擠縮回、順時針擺動、逆時針擺動、伊斗門釋放、左軌前 進、左軌倒退、右軌前進、和右軌倒退。當接收了動作命令，控制器300通常按照操作員命令 控制一個或多個馬達或機構（例如，推擠馬達、擺動馬達、起吊馬達和/或鏟門閂）。然而， 如將更詳細地解釋的，控制器300被配置成補償或修改操作員動作命令，并且在一些實施 例中，產生動作命令而獨立于操作員命令。在一些實施例中，控制器300還通過操作員接口 370為操作員提供反饋。例如，如果控制器300修改操作員命令以限制鏟斗140的操作，則 控制器300能夠與用戶接口模塊370互動以（例如，使用視覺、聽覺、和/或觸覺反饋）向 操作員告知自動化控制。
[0027]控制器300還與多個傳感器380通信以監控鏟斗140的位置、移動和狀態。多個傳 感器380能夠包括一個或多個推擠傳感器、擺動傳感器、起吊傳感器和/或鏟傳感器。推擠 傳感器指示鏟斗140的延伸或縮回程度。擺動傳感器指示柄135的擺動角度。起吊傳感器 指示基于起吊纜繩155位置的鏟斗140高度。鏟傳感器380指示鏟斗門145是否為敞開的 (以便翻卸）或關閉的。鏟傳感器380還可以包括一個或多個重量傳感器、加速度傳感器和 /或傾斜傳感器以提供為控制器300提供關于鏟斗140內的負載的附加信息。在一些實施 例中，推擠傳感器、擺動傳感器和起吊傳感器中的一個或多個包括解析器或轉速計，所述解 析器或轉速計指示用來移動鏟斗140的馬達（例如，推擠馬達、擺動馬達和/或吊起馬達） 的絕對位置或相對移動。比如，隨著吊起馬達旋轉以卷起起吊纜繩155來升高鏟斗140,起 吊傳感器輸出指示起重機的旋轉量和用以指示鏟斗140的相對移動的移動方向的數字信 號。控制器300將這些輸出轉換成鏟斗140的位置（例如，高度）、速度和/或加速度。
[0028] 如上所指出的，控制器300被配置成從介質355獲得指令并且執行指令以執行關 于鏟100的各種控制方法。例如，圖4-9示出由控制器30基于由處理器350執行的指令執 行的用以監控鏟斗擺動性能并且基于真實世界反饋來補償鏟斗性能的方法。因此，所提出 的方法幫助減輕在各種鏟循環狀態下因擺動沖擊施加到鏟100的應力。例如，當鏟斗140 在料堆215中挖掘、擺動至移動式破碎機175、或自由地擺動時，控制器300能夠補償鏟斗控 制。
[0029] 圖4-9所示的方法表示用于實施鏟斗擺動的這樣的自動化控制方法的多個變型 或選項。應理解，另外的選項也是可能的。特別地，如圖4-9所示，所提出的方法中的一些包 含子例程，這些子例程也具有用于實施的多個選項或變型。例如，各種加速度監控實施方式 能夠與不同的鏟狀態，諸如挖掘、擺動至翻卸（例如，擺動至卡車）等組合。此外，并非解釋 控制方法和子例程的每種排列，在圖4-9所示的方法中提及這些子例程，但是在圖IOa-IOc 和圖Ila-Ilc中獨立地描述這些子例程。特別地，子例程與圖4-9所示的控制方法的交叉 點使用短劃線（例如，--）標記。此外，從一個迭代到下一個迭代的差異中的一些使用 例如點劃線（例如標記。
[0030]圖4示出用于補償鏟斗擺動控制的選項#1。如圖4所示，當鏟100處于挖掘模式 或狀態下時（在500處），控制器300能夠可選地將鏟斗140的最大可用擺動扭矩限制至 最大可用扭矩的預定百分比（例如，最大可用擺動扭矩的近似30%至近似80% )(在502 處）。控制器300還監控推擠解析器計數以確定最大推擠位置（在504處）。在確定最大 推擠位置之后，控制器300確定操作員何時已經將鏟斗140從最大推擠位置縮回預定百分 比（例如，近似5%至近似40% )(在506處）。當這種情況發生時，控制器300允許擺動扭 矩在預定時間段T內漸升至最大可用扭矩（在508處）。在一些實施例中，預定時間段在近 似100毫秒與2秒之間（例如，近似I. 0秒）。
[0031]如圖4所示，當鏟100處于擺動至卡車狀態下時（在510處），控制器300可選地 確定鏟斗140的擺動速度是否大于最大速度的預定百分比（例如，最大速度的近似5%至近 似40% )(在512處）。在一些實施例中，在擺動速度到達該閾值之前，控制器300不補償 鏟斗140的控制。控制器300還確定鏟斗140的擺動方向（在514處）。控制器300使用 確定擺動方向以識別補償方向（即與當前擺動方向相反的方向，以抵抗和減慢當前擺動速 度）。
[0032] 控制器300然后計算實際擺動加速度（在516處）。如果實際加速度值（例如，負 加速度值）大于預定值（例如，指示鏟斗140撞到物體）（在518處），控制器300補償對鏟 斗140的擺動控制。特別地，控制器300能夠增加最大可用擺動扭矩（例如，最高可達近似 200% )并且沿補償方向施加增加的可用扭矩（例如，100%的增加扭矩）（在520處）。應 理解，在一些實施例中，控制器300施加最大可用扭矩限制，且最初不增加限制。在擺動速 度下降到預定值Y或以下之后（例如，近似Orpm至近似300rpm)(在522處），控制器300 停止擺動補償，并且鏟斗140返回至其默認或標準控制（例如，控制器300不補償鏟斗140 的操作員控制）。
[0033]在選項#1的返回至收攏狀態下（在524)，控制器300執行與選項#1的擺動至卡 車狀態類似的功能。然而，控制器300用來與當前擺動加速度（在518處）相比較的預定 值α，在擺動至卡車狀態期間，該預定值被調節以補償鏟斗140空的而非滿的鏟斗140。
[0034] 圖5a和圖5b示出用于補償鏟斗擺動控制的選項#2。如圖5a中所示，當鏟100處 挖掘狀態下時（在530處），對于挖掘狀態，控制器300類似于上文所描述的選項#1那樣操 作。特別地，在鏟斗140已經被縮回至預定推擠位置之后（在506)，類似于選項#1那樣，控 制器300通過允許擺動扭矩在預定時間段T漸升至最大可用扭矩而操作（在508處）。一 旦這種情況發生，在選項#2中，控制器300計算鏟斗140的實際擺動加速度（例如，負加速 度）（在532處）。如果實際加速度值大于預定值（在534處）（例如，指示鏟斗140撞到 物體），則控制器300開始擺動補償。特別地，控制器300能夠增加可用最大擺動扭矩（例 如，最高可達近似200 % >)并且沿補償方向施加增加的扭矩（例如，100%的扭矩）。應理 解，在一些實施例中，控制器300施加最大可用扭矩限制，且最初不增加限制。在擺動速度 下降至預定速度Y或以下時（例如，近似Orpm至近似300rpm)(控制538處），擺動控制返 回至標準擺動控制（例如，操作員控制，當通過控制器300補償的控制相比時）。
[0035] 如圖5b所示，當鏟100處于擺動至卡車狀態下時（在540處）或返回至收攏狀態 時（在542處），對于選項#1，控制器300如上文所描述的那樣通過計算當前加速度而操作 (在516處）并且將計算的加速度與預定值α相比較（在518處）。這時，控制器300激 活子例程#1 (在544處），這導致三種可能的響應。下面相對于圖IOa-IOc描述子例程#1。
[0036] 圖6示出用于補償鏟斗擺動控制的選項#3。如圖6所示，當鏟100處于挖掘狀態 時（在550處），控制器300如上文相對于選項#1中的挖掘狀態所描述那樣操作。另外，應 理解，在一些實施例中，對于選項#3的擺動至卡車狀態，控制器300將漸升擺動扭矩替換為 如下所述的監控加速度（在508)(參見圖6中的部分551)。
[0037] 如圖6所示，在擺動至卡車狀態下（在552處），控制器300可選地確定鏟斗140 的擺動速度是否大于最大速度的預定百分比（例如，近似5%至近似40% )(在554處）。 在一些實施例中，如果該速度小于該閾值，則控制器300不采取任意校正動作。控制器300 還決定擺動方向以確定與擺動方向相反的補償方向（在556處）。然后，控制器300基于參 考扭矩（即，操作員將諸如控制鏟斗擺動的操縱桿的輸入裝置移動多遠）和鏟斗140為滿 的假設來計算預測擺動加速度（在558處）。在一些實施例中，存在用于計算該值的兩個選 項。在一個選項中，控制器300假設鏟斗140利用垂直繩處于標準位置。在另一個選項中， 控制器300使用鏟斗位置（例如，半徑、高度等）和生成慣性來計算預測加速度。一般地， 參考扭矩越大，預測加速度越大。
[0038] 在計算預測加速度之后（在558處），控制器300計算鏟斗140的實際擺動加速 度（例如，負加速度）（在560處）。如果實際加速度值大于一個比預測加速度小的預定百 分比（例如，大于少了近似10%至近似30%的預測加速度，這表明鏟斗140撞到物體）（在 562處），則控制器300開始擺動控制補償。特別地，為了比較計算的預測加速度和實際加 速度，控制器300激活子例程#1 (在544)，如上文所指示，這導致三種可能的響應中的一種 (參見圖IOa-IOc)。
[0039] 如圖6所示，在返回至收攏狀態下（在564)，控制器300如上文所描述的對于選項 #3的擺動至卡車狀態那樣操作。然而，控制器計算在假設鏟斗140為空而非滿的情況下的 預測加速度（在558處）。如上所指出的，在一些實施例中，存在用于計算該加速度值的兩 個選項。在一個選項中，控制器300假設鏟斗140利用垂直繩處于標準位置。在另一個選 項中，控制器300使用鏟斗位置（例如，半徑、高度等）和生成慣性來計算預測加速度。
[0040] 圖7示出用于補償鏟斗擺動控制的選項#4。如圖7中所示，當鏟100處挖掘狀態 下時（在570處），控制器300類似于選項#1那樣操作。另外，應理解，在一些實施例中，對 于選項#4的其它狀態（參見圖7中的部分571)，控制器300將漸升擺動扭矩替換為如下所 述的監控加速度（在508處）。
[0041] 如圖7所示，當鏟100處于除挖掘狀態之外的任何狀態下時（在570處），控制器 300確定當前擺動速度是否大于最大速度的預定百分比（例如，最大擺動速度的近似5%至 近似40% )(在572處）。如果擺動速度為不大于該閾值，則控制器300激活子例程#2 (在 574處），這導致三種可能的響應中的一種。關于子例程#2的細節，參見圖lla-llc。
[0042] 如果擺動速度大于閾值（在572處），控制器確定當前擺動方向以確定補償方向 (在576處）。然后，控制器300基于參考擺動扭矩、當前鏟斗有效負載以及可選地鏟斗位 置來計算預測擺動加速度（在578處）。在一些實施例中，存在用于計算預測加速度的兩個 選項。在一個選項中，控制器300假設鏟斗140利用垂直繩處于標準位置。在另一個選項 中，控制器300基于鏟斗位置（例如，半徑、高度等）和鏟斗140的生成慣性來計算預測加 速度。
[0043] 在計算預測加速度之后（在578處），控制器300計算實際擺動加速度（例如，負 加速度）（在580處）并且確定實際加速度值是否大于一個比預測加速度小的預定百分比 (例如，大于少了近似10%至近似30%的預測加速度，這表明鏟斗140撞到物體）（在582 處）。如果是，則控制器300激活子例程#1(在544處）。關于子例程#1的細節，參見圖 IOa-IOc0
[0044] 圖8示出用于補償鏟斗擺動控制的選項#5。如圖8所示，無論鏟100的當前狀態 如何，控制器300確定鏟斗140的當前擺動速度是否大于最大擺動速度的預定百分比（例 如，近似5%至近似40% )(在572處）。如果當前速度不大于該閾值時，則控制器300激 活子例程#2 (在574處），這導致三種可能的響應中的一種（參見圖lla-llc)。替代地，當 當前速度大于閾值時，控制器300確定當前擺動方向以確定補償方向（在576處）。控制 器300還基于扭矩參考、當前鏟斗有效負載以及可選地鏟斗位置計算預測擺動加速度（在 578)。在一些實施例中，控制器300能夠使用用于計算預測加速度的多個選項中的一個。在 一個選項中，控制器假設鏟斗140利用垂直繩處于標準位置。在另一個選項中，控制器300 使用鏟斗位置（例如，半徑、高度等）和生成慣性來計算預測加速度。在計算預測加速度之 后，控制器300計算實際加速度（例如，負加速度）（在580處）并且確定實際加速度值是 否大于一個比預測加速度小的預定百分比（例如，大于少了近似10%至近似30%的預測加 速度，這表明鏟斗140撞到物體）（在582處）（參見子例程#1)。
[0045] 圖9示出用于補償鏟斗擺動控制的選項#6。如圖9所示，除了當擺動速度大于最 大擺動速度的預定百分比時，選項#6類似于選項#5 (在572處），扭矩水平漸升（rampup) (在590處）而非立即階躍（st印）到最大（在592處，圖8)。
[0046] 圖IOa-IOc示出子例程#1。子例程#1提供與將預測擺動加速度和實際加速度進 行比較相關聯的三個可能的例程（該比較圖IOa-IOc中被稱為"AC"）。可能的例程被定義 為子例程1A、2A和3A。圖12不出子例程#1的生成扭矩速度曲線的表不。如圖12所不，在 子例程#1的執行期間，附加扭矩是可用的。
[0047] 如圖IOa所示，在子例程IA中，當實際加速度值大于一個比預測加速度小的預定 百分比（在600處），控制器300啟動或復位定時器（在602a或602b處）。然后，控制器 300增加可用的扭矩限制（例如，將扭矩設置成大于100%的當前參考扭矩）并且沿當前擺 動方向的相反方向施加近似100%的參考扭矩（在604處）。
[0048] 當實際加速度值不大于一個比預測加速度小的預定百分比（在600處），控制器 300確定定時器是否運行（在606處）。如果定時器正在運行并且已經到達預定時間段（例 如，近似100毫秒至近似2秒）（在608處），則控制器300將使定時器停止（在610處）并 且重置參考扭矩（在612處）。
[0049] 如圖IOb所示，在子例程IB中，當實際加速度值大于一個比預測加速度小的預定 百分比時（在620處），控制器300增加可用扭矩限制（例如，將扭矩設置到近似200%的當 前參考扭矩）并且沿當前擺動方向的相反方向施加（例如，100% )參考扭矩（在622處）。 一旦擺動速度減小了預定百分比（例如，近似25 %至近似50 % )(在624處），則控制器300 返回擺動控制至其標準或默認控制方法。
[0050] 在子例程IC中（參見圖10c)，當實際值大于一個比預測加速度小的預定百分比時 (在630處），控制器300基于預測加速度與實際加速度之間的差的大小來計算施加的扭矩 量（即，計算施加到擺動鏟斗140的減速力的大小）（在632處）。例如，隨著該差增加，施 加的扭矩也增加。在一些實施例中，在計算施加的扭矩之前，控制器300還使最大可用擺動 扭矩增加。在計算扭矩之后，控制器300沿當前擺動方向的相反方向施加計算的扭矩（在 634處）。當擺動速度減小了預定百分比時（例如，近似25%至近似50% )(在636處），則 控制器300結束擺動補償控制。
[0051] 圖Ila-IlC示出子例程#2。子例程#2提供與計算擺動速度相關聯的三種可能的 例程。可能的例程被定義為子例程2A、2B、和2C。圖13示出子例程#2的生成扭矩速度曲 線的表示。如圖13所示，在子例程#2的執行期間，可用的扭矩減小。
[0052] 如圖Ila所示，在子例程2A中，控制器300將擺動馬達驅動扭矩設置為可用扭矩 的預定百分比（例如，可用扭矩的近似30%至近似80%)(在700處）。在子例程2B中（參 見圖11b)，控制器300監控鏟的傾斜計。如果鏟角度小于第一預定角度（例如，近似5° ) (在702處），則控制器300的擺動馬達驅動扭矩設置成可用扭矩的第一預定百分比的（例 如，近似30 %至近似50% )(在704處）。如果鏟角度大于或等于第一預定角度且小于第二 角度（例如，近似10° )(在706處），則控制器300將擺動馬達驅動扭矩設置成可用扭矩 的第二百分比（例如，近似40%至近似80% )(在708處）。如果鏟角度大于或等于第二預 定角度（在710處），則控制器300將擺動馬達驅動扭矩設置成可用扭矩的第三百分比（例 如，近似80%至近似100% )(在712處）。
[0053] 在子例程2C中，控制器300還監控被包括在鏟中的傾斜計（在714處）并且基于 鏟角度來計算擺動馬達驅動扭矩限制水平（在716)。特別地，鏟角度越大，控制器300設置 的扭矩限制越高。
[0054] 因此，本發明的實施例涉及補償鏟斗擺動控制以減少鏟斗和料堆、地面、移動式破 碎機、拖運卡車等之間的沖擊。應理解，對選項和子例程的編號被提供用于描述的便利性并 且不旨在指示重要性或優先級。另外，應理解，控制器300能夠執行另外的功能。此外，本 申請中所描述的預定閾值和值可以取決于鏟1〇〇、鏟100正在挖掘的環境、和鏟100的先前 或當前性能。因此，這些閾值和值的任意示例值僅作為示例被提供并且可以變化。
[0055] 本發明的各種特征和優勢在所附權利要求中闡明。
【權利要求】
1. 一種補償鏟的鏟斗的擺動的方法，所述方法包括： (a) 通過至少一個處理器確定與所述鏟斗的當前擺動方向相反的補償方向；和 (b) 當所述鏟斗的加速度大于預定的加速度值時，通過所述至少一個處理器沿與所述 鏟斗的所述當前擺動方向相反的所述補償方向施加最大可用擺動扭矩。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：通過所述至少一個處理器確定所述鏟的 當前狀態，并且當所述鏟的當前狀態為擺動至卡車狀態或返回至收攏狀態時，執行步驟（a) 至（b)。
3. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括，當所述鏟的當前狀態為挖掘狀態時： (c) 限制所述最大可用擺動扭矩；和 (d) 當鏟斗縮回至預定推擠位置時，使擺動扭矩在預定時段內漸升至所限制的最大可 用擺動扭矩。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中，限制最大可用擺動扭矩包括：在所述最大可用擺 動扭矩的近似30%和近似80%之間限制所述最大可用擺動扭矩。
5. 根據權利要求3所述的方法，其中，當所述鏟斗縮回至預定推擠位置時使擺動扭矩 漸升包括：當所述鏟斗從最大推擠位置縮回預定百分比時，使擺動扭矩漸升。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，當所述鏟斗從最大推擠位置縮回預定百分比時 使擺動扭矩漸升包括：當所述鏟斗從最大推擠位置縮回在近似5%和近似40%之間時，使 擺動扭矩漸升。
7. 根據權利要求3所述的方法，其中，使擺動扭矩在所述預定時段內漸升包括：使所述 擺動扭矩在近似100毫秒至近似2秒內漸升。
8. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：在沿所述補償方向施加所述最大可用擺 動扭矩之前，增加所述最大可用擺動扭矩。
9. 根據權利要求8所述的方法，其中，增加所述最大可用擺動扭矩包括增加所述最大 可用擺動扭矩直到近似200 %。
10. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：當所述鏟斗的擺動速度下降至預定速度 值或以下時，停止沿與所述鏟斗的擺動方向相反的所述補償方向施加所述最大可用擺動扭 矩。
11. 根據權利要求10所述的方法，其中，當所述鏟斗的擺動速度下降至預定速度值或 以下時停止施加所述最大可用擺動扭矩包括：當所述鏟斗的擺動速度下降至近似Orpm與 近似300rpm之間或以下時，停止施加所述最大可用擺動扭矩。
12. 根據權利要求10所述的方法，其中，當所述鏟斗的擺動速度下降至預定速度值或 以下時停止施加所述最大可用擺動扭矩包括：當所述鏟斗的擺動速度下降了預定百分比 時，停止施加所述最大可用擺動扭矩。
13. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：當定時器值到達預定設定點時，停止沿 與所述鏟斗的擺動方向相反的所述補償方向施加所述最大可用擺動扭矩。
14. 根據權利要求1所述的方法，其中，施加所述最大可用擺動扭矩包括：基于所述鏟 斗的加速度與所述預定的加速度值之間的差來計算減速速度。
15. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：基于所述鏟斗的滿狀態來確定所述預定 加速度值。
16. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：基于所述鏟斗的空狀態來確定所述預定 加速度值。
17. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：基于當前鏟斗負載來確定所述預定加速 度值。
18. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：基于當前鏟斗位置來確定所述預定加速 度值。
19. 根據權利要求1所述的方法，其中，施加所述最大可用擺動扭矩包括：當所述鏟斗 的加速度大于預定加速度值并且所述鏟斗的擺動速度到達預定閾值時，施加所述最大可用 擺動扭矩。
20. 根據權利要求1所述的方法，當所述鏟斗的擺動速度到達預定閾值時施加所述最 大可用擺動扭矩包括：當所述鏟斗的所述擺動速度到達或超過最大速度的近似5%至近似 40%時，施加所述最大可用擺動扭矩。
21. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括：將擺動馬達驅動扭矩設置為預定限制。
22. 根據權利要求1所述的方法，其中，將擺動馬達驅動扭矩設置到預定限制包括基于 從至少一個傾斜計接收的所述鏟的角度來設置擺動馬達驅動扭矩。
23. -種用于補償鏟的鏟斗的擺動的系統，所述系統包括： 包含有至少一個處理器的控制器，所述至少一個處理器被配置成 (a) 限制最大可用擺動扭矩， (b) 確定所述鏟斗的推擠位置，和 (c) 在所述鏟斗到達預定推擠位置之后，約束擺動扭矩在預定時段內漸升至所限制的 最大可用擺動扭矩。
24. 根據權利要求23所述的系統，其中，所述至少一個處理器被配置成限制所述最大 可用擺動扭矩至所述最大可用擺動扭矩的近似30 %至近似80 %。
25. 根據權利要求23所述的系統，其中，所述預定推擠位置包括最大推擠位置的預定 百分比。
26. 根據權利要求25所述的系統，其中，所述最大推擠位置的預定百分比是所述最大 推擠位置的近似5 %至近似30%。
27. 根據權利要求23所述的系統，其中，所述預定時段在近似100毫秒與近似2秒之 間。
28. 根據權利要求23所述的系統，其中，所述至少一個處理器被配置成當所述鏟處于 挖掘狀態時執行步驟（a)至（c)。
29. 根據權利要求23所述的系統，其中，所述至少一個處理器進一步被配置成： (d) 確定與所述鏟斗的當前擺動方向相反的補償方向；和 (e) 當所述鏟斗的加速度大于預定加速度值，沿與所述鏟斗的當前擺動方向相反的所 述補償方向施加所述最大可用擺動扭矩。
30. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述至少一個處理器被配置成當所述鏟處于 擺動至翻卸狀態或返回至收攏狀態時執行步驟（d)至（e)。
31. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述至少一個處理器進一步被配置成：在沿所 述補償方向施加所述最大可用擺動扭矩時，把所述最大可用擺動扭矩增加預定百分比。
32. 根據權利要求31所述的系統，其中，預定百分比最高達200%。
33. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述至少一個處理器進一步被配置成：當所述 鏟斗的擺動速度下降至預定速度值或以下時，停止沿與所述鏟斗的所述擺動方向相反的所 述補償方向施加所述最大可用擺動扭矩。
34. 根據權利要求33所述的系統，其中，所述預定速度值在近似Orpm與近似lOOrpm之 間。
35. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述預定加速度值基于所述鏟斗的滿狀態。
36. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述預定加速度值基于所述鏟斗的空狀態。
37. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述預定加速度值基于當前鏟斗負載。
38. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述預定加速度值基于當前鏟斗位置。
39. 根據權利要求29所述的系統，其中，所述至少一個處理器進一步被配置成：當所述 鏟斗的加速度大于預定加速度值并且所述鏟斗的擺動速度到達預定閾值時，沿與所述鏟斗 的當前擺動方向相反的所述補償方向施加所述最大可用擺動扭矩。
40. 根據權利要求39所述的系統，其中，所述預定閾值為最大速度的近似5%至近似 40%。
【文檔編號】G06F17/00GK104246747SQ201380014583
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月18日 優先權日:2012年3月16日
【發明者】邁克爾·林斯特羅斯, 約瑟夫·科爾威爾, 馬克·埃默森 申請人:哈尼施費格爾技術公司