專利名稱：裝載機(jī)和裝載機(jī)機(jī)具控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝載機(jī)，例如滑移裝載機(jī)或多地形裝載機(jī)，并且尤其涉及用于這 種裝載機(jī)的控制裝置。各種類型的裝載機(jī)是本領(lǐng)域所公知的，并且通常具有車(chē)身和支撐車(chē) 身的接地驅(qū)動(dòng)元件。該驅(qū)動(dòng)元件可以是前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)，或是左右驅(qū)動(dòng)履帶。通常，這種裝載 機(jī)具有互連的左、右提升臂組件和機(jī)具，這些提升臂組件在裝載機(jī)后部附近樞轉(zhuǎn)地安裝到 車(chē)身的相應(yīng)塔部(tower portion)上，該機(jī)具為例如鏟斗，樞轉(zhuǎn)地連接在提升臂的前端。液 壓提升致動(dòng)器或類似裝置連接在車(chē)身與提升臂組件之間來(lái)升降該提升臂。一個(gè)或多個(gè)液壓 致動(dòng)器還連接在提升臂組件與機(jī)具之間，以便在裝載機(jī)的操作期間使機(jī)具相對(duì)于提升臂傾 斜。
背景技術(shù)：
這種類型的裝載機(jī)具有很多用途，并且它們通常具有各式各樣的能夠很容易互換 的機(jī)具。這樣的機(jī)具的例子包括挖土鏟斗、通用鏟斗、多功能鏟斗、貨叉、通用抓斗器、輕型 料斗、通用叉、工業(yè)抓斗器、工業(yè)抓鉤叉、角形平鏟、螺旋鉆、路刷、刨路機(jī)(cold planer), 液壓錘、園林整地耙、園林耕作機(jī)、物料裝卸臂、樹(shù)樁切割機(jī)、挖溝機(jī)和振動(dòng)壓實(shí)機(jī)。挖土鏟 斗及其它機(jī)具可用來(lái)挖掘物料，并且還可通過(guò)向后推土而沿前進(jìn)方向和倒退方向都進(jìn)行推 土。與平路機(jī)和推土機(jī)一起使用的傳統(tǒng)導(dǎo)向和自動(dòng)刮板控制系統(tǒng)通常包括直接安裝在機(jī)器 刮板上的位置傳感器。因?yàn)闄C(jī)具的大范圍移動(dòng)，以及因?yàn)檠b載機(jī)上的機(jī)具通常具有頻繁的 變化，所以這對(duì)裝載機(jī)而言是不可實(shí)施的。但是，非常期望能夠通過(guò)為操作員顯示機(jī)具相對(duì)于機(jī)具的期望高度所處的位置， 或者通過(guò)對(duì)機(jī)具的自動(dòng)控制，來(lái)對(duì)裝載機(jī)機(jī)具進(jìn)行控制。

發(fā)明內(nèi)容
利用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的諸如滑移裝載機(jī)或多地形裝載機(jī)的裝載機(jī)來(lái)滿足這個(gè)需 要。該裝載機(jī)包括具有左、右直立塔部的車(chē)身、具有接地驅(qū)動(dòng)元件的裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及互 連的左、右提升臂組件。每個(gè)互連的左、右提升臂組件都具有在提升臂樞軸點(diǎn)處與車(chē)身的相 應(yīng)塔部樞轉(zhuǎn)地相連接的機(jī)具提升臂，和連接在車(chē)身與提升臂之間的提升致動(dòng)器。該裝載機(jī) 還包括圍繞機(jī)具樞軸與提升臂組件樞轉(zhuǎn)地相連接的機(jī)具。提升臂樞軸點(diǎn)和機(jī)具樞軸在側(cè)立 面上限定了筆直基準(zhǔn)線。至少一個(gè)機(jī)具傾斜致動(dòng)器連接在至少一個(gè)提升臂組件與機(jī)具之 間。位置傳感器以與提升臂樞軸點(diǎn)成固定關(guān)系地安裝在車(chē)身上。傾斜計(jì)與互連的左、右提 升臂組件一起移動(dòng)，從而提供對(duì)提升臂組件沿著筆直基準(zhǔn)線的傾斜的指示。角度傳感器安 裝在提升臂組件上并且提供對(duì)機(jī)具相對(duì)于互連的左、右提升臂組件的定向的指示。控制器 響應(yīng)于位置傳感器、響應(yīng)于傾斜計(jì)并且響應(yīng)于角度傳感器，來(lái)確定位置傳感器的位置和機(jī) 具的一部分相對(duì)于位置傳感器的位置。該裝載機(jī)可以是多地形裝載機(jī)，在這種情況下，接地驅(qū)動(dòng)元件包括一對(duì)從動(dòng)履帶。 或者，該裝載機(jī)可以是滑移裝載機(jī)，在這種情況下，接地驅(qū)動(dòng)元件包括多個(gè)從動(dòng)輪。
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角度傳感器可以包括鄰近機(jī)具樞軸的傾斜計(jì)?；蛘?，傾斜致動(dòng)器可以包括液壓缸， 角度傳感器可以包括液壓缸伸出量(extension)傳感器。位置傳感器可以包括全站儀標(biāo)桿，和響應(yīng)于跟蹤全站儀標(biāo)桿位置的全站儀的接收 器?；蛘撸恢脗鞲衅骺梢园℅NSS天線和接收器。或者，位置傳感器可以包括激光接收 器，其響應(yīng)于掃過(guò)基準(zhǔn)面的激光束?；蛘?，位置傳感器可以包括激光接收器，其響應(yīng)于一對(duì) 斜扇形激光束，所述一對(duì)斜扇形激光束圍繞大致豎直軸線旋轉(zhuǎn)并且橫掃激光接收器。該機(jī)具可以包括鏟斗，機(jī)具的所述部分可以包括鏟斗的齒?；蛘?，該機(jī)具可以包括 叉、刨路機(jī)、挖溝機(jī)、螺旋鉆、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)、拖曳箱或刮板。一種用于裝載機(jī)的控制系統(tǒng)，這種裝載機(jī)具有車(chē)身；裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括支 撐所述車(chē)身的接地驅(qū)動(dòng)元件；互連的左、右提升臂組件，每個(gè)所述提升臂組件都包括在提升 臂樞軸點(diǎn)處與所述車(chē)身樞轉(zhuǎn)地相連接的機(jī)具提升臂和連接在所述車(chē)身與所述機(jī)具提升臂 之間的提升致動(dòng)器；機(jī)具，其與提升臂組件樞轉(zhuǎn)地相連接以圍繞機(jī)具樞軸運(yùn)動(dòng)，所述提升臂 樞軸點(diǎn)和所述機(jī)具樞軸在側(cè)立面中限定了筆直基準(zhǔn)線；至少一個(gè)機(jī)具傾斜致動(dòng)器，其連接 在至少一個(gè)所述提升臂組件與所述機(jī)具之間。所述控制系統(tǒng)包括以與提升臂樞軸點(diǎn)成固定 關(guān)系地安裝在車(chē)身上的位置傳感器。傾斜計(jì)與互連的左、右提升臂組件一起移動(dòng)，從而提供 對(duì)提升臂組件沿著筆直基準(zhǔn)線的傾斜的指示。角度傳感器提供對(duì)機(jī)具相對(duì)于互連的左、右 提升臂組件的定向的指示。控制器響應(yīng)于位置傳感器、響應(yīng)于傾斜計(jì)并且響應(yīng)于角度傳感 器。所述控制器確定位置傳感器的位置和機(jī)具的一部分相對(duì)于位置傳感器的位置。該機(jī)具 可包括鏟斗，其中機(jī)具的所述部分包括鏟斗的齒。該控制系統(tǒng)還包括用于向裝載機(jī)的操作員顯示機(jī)具的一部分的位置的顯示器。另 外，該控制系統(tǒng)包括用于顯示工地表面的期望位置的顯示器，由此，操作員可以觀察獲得期 望工地輪廓所需的挖出量或填充量。角度傳感器可以包括與機(jī)具相關(guān)聯(lián)的傾斜計(jì)?；蛘?，傾斜致動(dòng)器可以包括液壓缸， 角度傳感器可以包括液壓缸伸出量傳感器。位置傳感器可以包括激光接收器，該激光接收器響應(yīng)于掃過(guò)基準(zhǔn)面的激光束?；?者，位置傳感器可以包括激光接收器，該激光接收器響應(yīng)于一個(gè)或一對(duì)斜扇形激光束，所述 一個(gè)或一對(duì)斜扇形激光束圍繞大致豎直軸線旋轉(zhuǎn)并且橫掃激光接收器?；蛘撸恢脗鞲衅?可以包括全站儀標(biāo)桿，和響應(yīng)于跟蹤全站儀標(biāo)桿位置的全站儀的接收器?；蛘?，位置傳感器 可以包括GNSS天線和接收器。或者，更進(jìn)一步地，位置傳感器可以是用于基于地面的無(wú)線 電定位系統(tǒng)的接收器，其可以選擇性地與GPS接收器或激光接收器相組合。因此，本發(fā)明的目的是提供一種裝載機(jī)和控制系統(tǒng)，其中，可以監(jiān)測(cè)和控制固定在 裝載機(jī)的提升臂組件上的可互換機(jī)具的位置，而不需要在機(jī)具上安裝傳感器或檢測(cè)器。


圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的滑移裝載機(jī)的側(cè)視圖，其中提升臂和機(jī)具處于放下位 置；圖2是與圖1類似的側(cè)視圖，但是示出的裝載機(jī)朝著相反方向并且其提升臂和機(jī) 具處于抬起位置；圖3是示出裝載機(jī)的各部分的相對(duì)位置的圖；和
圖4是根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的示意圖；和圖5是示出裝載機(jī)的各部分的相對(duì)位置的圖并且示出了可選的角度測(cè)量方法。
具體實(shí)施例方式圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的裝載機(jī)，更具體地說(shuō)是滑移裝載機(jī)。將會(huì)認(rèn) 識(shí)到，盡管本發(fā)明示為滑移裝載機(jī)的一部分，但是，本發(fā)明也可以在多地形裝載機(jī)中實(shí)施， 這種多地形裝載機(jī)具有作為接地驅(qū)動(dòng)元件的一對(duì)從動(dòng)履帶，代替用在所示滑移裝載機(jī)中的 車(chē)輪。總體上用10表示的裝載機(jī)包括具有左、右各自的立桿或塔部14和16的車(chē)身12，和 總體上用18表示的操作員控制臺(tái)。接地驅(qū)動(dòng)元件包括安裝在車(chē)身12上并支撐車(chē)身12的 多個(gè)從動(dòng)輪20、21、22和23。這些從動(dòng)輪20-23是裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一部分，該裝載機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)還包括發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)，該發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在車(chē)身21里、在操作員控制臺(tái)18的后方的后 部發(fā)動(dòng)機(jī)罩24中。該裝載機(jī)可以由驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)液壓泵的柴油機(jī)提供動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)。將 會(huì)認(rèn)識(shí)到，這種裝載機(jī)會(huì)具有由液壓馬達(dá)或液壓缸提供動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)的各種裝載機(jī)部件。該裝載機(jī)還包括互連的左、右提升臂組件26和28，它們?cè)跇休S點(diǎn)A處與車(chē)身12的 相應(yīng)塔部14和16樞轉(zhuǎn)地相連接。提升臂組件26和28具有諸如鏟斗30的機(jī)具，該機(jī)具在 其前端與提升臂組件26和28樞轉(zhuǎn)地相連接以圍繞機(jī)具樞軸點(diǎn)B運(yùn)動(dòng)。在所示裝載機(jī)10 中，機(jī)具30通過(guò)聯(lián)結(jié)器組件31附接到提升臂組件26和28上。聯(lián)結(jié)器組件31自身與提升 臂組件26、28樞轉(zhuǎn)地相連接。提升臂組件26、28基本上是彼此的鏡像，從而對(duì)這兩個(gè)組件 中的部件采用相同的附圖標(biāo)記。每個(gè)提升臂組件28都包括在提升臂樞軸點(diǎn)A處與車(chē)身12 的塔部樞轉(zhuǎn)地相連接的提升臂32。樞軸點(diǎn)A在驅(qū)動(dòng)輪20-23的后方。提升臂樞軸點(diǎn)A和機(jī) 具樞軸點(diǎn)B在側(cè)立面中限定了筆直基準(zhǔn)線AB。每個(gè)提升臂32都相對(duì)于車(chē)身12樞轉(zhuǎn)，以便利用提升致動(dòng)器34提升鏟斗30或其 它機(jī)具，該提升致動(dòng)器通常是傳統(tǒng)的液壓缸或其它線性動(dòng)作致動(dòng)器。提升致動(dòng)器34的一端 在位于后驅(qū)動(dòng)輪上方的點(diǎn)R處連接到車(chē)身12的塔部上。提升致動(dòng)器34的相對(duì)端在點(diǎn)K處 連接到提升臂32上。鏟斗30可以利用一個(gè)或多個(gè)傾斜致動(dòng)器36相對(duì)于提升臂32樞轉(zhuǎn)，傾斜致動(dòng)器36 通常是液壓或其它線性動(dòng)作致動(dòng)器，如圖所示，傾斜致動(dòng)器36連接在提升臂32與聯(lián)結(jié)器組 件31之間。傾斜致動(dòng)器36的一端連接到提升臂32上，相對(duì)端在點(diǎn)C處連接到聯(lián)結(jié)器31 上。鏟斗30限定有一系列挖土齒T。筆直基準(zhǔn)線BT從機(jī)具樞軸B延伸至齒T。位置傳感器40以與提升臂樞軸點(diǎn)A成固定關(guān)系地安裝在車(chē)身上。位置傳感器40 可以包括GNSS天線和接收器，其以公知的方式確定天線和接收器40的三維位置坐標(biāo)。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，位置傳感器可以是許多其它已知的位置傳感裝置中的任何一 種。位置傳感器40可以是例如全站儀標(biāo)桿(total station target)。位于工地上的固定、 已知位置的自動(dòng)全站儀引導(dǎo)激光束到裝載機(jī)的標(biāo)桿上并且接收從標(biāo)桿反射回來(lái)的光束。利 用時(shí)間_射程計(jì)算，確定從全站儀到標(biāo)桿的距離。于是，標(biāo)桿的相關(guān)角位置和從全站儀到標(biāo) 桿的距離精確地限定了標(biāo)桿的位置。全站儀做出這個(gè)確定，然后把傳感器40的計(jì)算的位置 發(fā)送給裝載機(jī)10上的接收器?；蛘?，位置傳感器40可以包括激光接收器，該激光接收器包括豎排的接收器元 件，這些接收器元件檢測(cè)掃過(guò)基準(zhǔn)面的基準(zhǔn)激光束。這類位置傳感器只提供高度信息。也就是說(shuō)，由使激光束掃過(guò)基準(zhǔn)面的激光發(fā)射器來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)激光束。因?yàn)楣馐母叨仁枪潭?的，因此，當(dāng)接收器檢測(cè)光束時(shí)，傳感器40的高度也就知道了。然而，位置傳感器40將不會(huì) 確定傳感器40的X和Y位置。在另一可替代結(jié)構(gòu)中，位置傳感器40可以包括通常具有單個(gè)接收器元件的激光 接收器，該單個(gè)接收器元件檢測(cè)一對(duì)斜扇形激光束，所述一對(duì)斜扇形激光束圍繞大致豎直 軸線旋轉(zhuǎn)并且橫掃激光接收器。產(chǎn)生這些激光束的發(fā)射器位于工地上的已知點(diǎn)處。接收器 檢測(cè)光束時(shí)的相對(duì)時(shí)間提供對(duì)接收器的豎直位置的指示。如果在光束旋轉(zhuǎn)期間控制光束的 方向，那么也能夠確定發(fā)射器到位置傳感器40的方向(heading)?；蛘撸恢脗鞲衅?0可 以是用于基于地面的無(wú)線電定位系統(tǒng)的接收器，該定位系統(tǒng)可以選擇性地與GPS接收器或 激光接收器相組合。用這些可替代類型的位置傳感器裝置中任何一種來(lái)確定位置傳感器40的豎直位 置。參照?qǐng)D3，將看到，這個(gè)確定是確定鏟斗30的齒位置的過(guò)程的一部分，或是確定在提升 臂組件32的端部處附接到聯(lián)結(jié)器31上的任何其它機(jī)具的工作部分位置的過(guò)程的一部分。 圖3示出了裝載機(jī)部件的重要點(diǎn)的相對(duì)位置。提升臂樞軸點(diǎn)A在傳感器40下方的固定距 離S處。如將從圖3所獲知的，在樞軸點(diǎn)A下方到鏟斗的齒T的高度會(huì)是距離H。距離H又 等于H1加上H2, H1是在樞軸點(diǎn)A下方到樞軸點(diǎn)B的相關(guān)位置，H2是在樞軸點(diǎn)B下方到齒T 的相關(guān)位置。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，如果裝載機(jī)顯著地傾向前方、后方或兩側(cè)，那么在傳感器40下方 到提升臂樞軸點(diǎn)A的距離會(huì)小于距離S。傾斜計(jì)或一對(duì)垂直傾斜計(jì)在需要時(shí)能夠量化這個(gè) 傾斜，使得在位置計(jì)算中能夠做出適當(dāng)補(bǔ)償。然而，如果傳感器40和樞軸點(diǎn)A比較近，那么 位置計(jì)算中的任何誤差就會(huì)很小。H1和H2的計(jì)算如下。裝載機(jī)10包括傾斜計(jì)50 (圖2)，該傾斜計(jì)50安裝在提升臂 32上，并且能夠與互連的左、右提升臂組件一起移動(dòng)，從而提供對(duì)提升臂組件沿著筆直基準(zhǔn) 線AB的傾斜的指示。如圖3所示，這個(gè)傾斜標(biāo)為角度a。因此距離H1等于AB sin (a)。裝載機(jī)還包括用于檢測(cè)角度c的角度傳感器，該角度c是直線AB與直線BT之間 的角度。這可以采取液壓缸伸出量傳感器52的形式，該液壓缸伸出量傳感器52提供與缸 36的伸出量相關(guān)的輸出，缸36的伸出量又直接與角度c有關(guān)。會(huì)認(rèn)識(shí)到，角度c等于角度 r加上90°加上角度b。角度r等于90° -a。因此，c =(90° -a) +90° +b。并且，b= a+c-180°。因?yàn)?H2 等于 TB sin(b)，所以 H2 = TB sin(a+c_180° )。因?yàn)?H = H^H2,所以H = AB sin(a)+TB sin(a+c_180° )。因此，如果傳感器40的高度是Hsen■，鏟斗齒的高度Hteeth是Hteeth = Hsensor-S-AB sin (a)-TB sin(a+c_180° )。如上所指出的，提供對(duì)機(jī)具相對(duì)于互連的左、右提升臂組件32的方向的指示的角 度傳感器可以包括檢測(cè)液壓缸36的伸出量的傳感器?；蛘?，傳感器可以包括角度傳感器， 該角度傳感器附接到提升臂32的前端并附接到機(jī)具聯(lián)結(jié)器31上，以便提供對(duì)它們之間的 相對(duì)角度的指示?；蛘?，可以利用傾斜計(jì)有效地測(cè)量角度b，該傾斜計(jì)安裝到聯(lián)結(jié)器31上， 使得傾斜計(jì)的移動(dòng)與機(jī)具相關(guān)聯(lián)。
將會(huì)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明允許在頻繁更換機(jī)具并且使每個(gè)機(jī)具都固定有傳感器不可實(shí) 施的情況下對(duì)裝載機(jī)上的機(jī)具的特定部分的位置進(jìn)行精確估計(jì)。這種類型的裝載機(jī)可以使 用各式各樣的機(jī)具，包括刨路機(jī)、挖溝機(jī)、螺旋鉆、振動(dòng)壓實(shí)機(jī)、刮板、箱式刮板以及各種叉 和鏟斗。對(duì)于這些機(jī)具中的每一個(gè)，其對(duì)于監(jiān)測(cè)特定工作部分的位置都是有用的。將會(huì)認(rèn) 識(shí)到，將需要考慮機(jī)具在聯(lián)結(jié)器31上的定向和從樞軸點(diǎn)B延伸到機(jī)具上的相關(guān)點(diǎn)的基準(zhǔn)直 線的長(zhǎng)度，該基準(zhǔn)直線類似于線BT。還將認(rèn)識(shí)到，這種線的長(zhǎng)度及其定向?qū)τ诿總€(gè)機(jī)具而言 都不相同。圖4示出了用于裝載機(jī)的本發(fā)明的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括以與提升臂樞軸點(diǎn)A 成固定關(guān)系地安裝在車(chē)身12上的位置傳感器40，和能夠與互連的左、右提升臂組件32 — 起移動(dòng)從而提供對(duì)提升臂組件沿著筆直基準(zhǔn)線AB的傾斜的指示的傾斜計(jì)50。諸如液壓缸 伸出量傳感器52的角度傳感器與機(jī)具和提升臂組件32相關(guān)聯(lián)，用于提供對(duì)機(jī)具相對(duì)于互 連的左、右提升臂組件的定向的指示。角度傳感器還可以包括與機(jī)具相關(guān)聯(lián)的傾斜計(jì)，例如 安裝在聯(lián)結(jié)器31上的傾斜計(jì)?？刂葡到y(tǒng)還包括控制器60，該控制器60響應(yīng)于位置傳感器 40、響應(yīng)于傾斜計(jì)50并且響應(yīng)于角度傳感器52，來(lái)確定位置傳感器40的位置和機(jī)具的工作 部分相對(duì)于位置傳感器的位置?？刂葡到y(tǒng)還包括用于向裝載機(jī)的操作員顯示機(jī)具的一部分的位置的顯示器70。當(dāng) 所用機(jī)具是例如如圖1和2所示的鏟斗時(shí)，就顯示鏟斗齒的位置。當(dāng)所用機(jī)具不是鏟斗時(shí)， 就將顯示機(jī)具的另一部分的位置。通常，機(jī)具的所述部分會(huì)是機(jī)具的關(guān)鍵操作部分。將會(huì) 認(rèn)識(shí)到，線TB或從裝載機(jī)的樞軸點(diǎn)B出來(lái)的類似線的長(zhǎng)度在一個(gè)機(jī)具與下一個(gè)機(jī)具之間會(huì) 不同，當(dāng)不同的機(jī)具安裝在聯(lián)結(jié)器上時(shí)，基準(zhǔn)線相對(duì)聯(lián)結(jié)器31的定向也是如此。這個(gè)數(shù)據(jù) 將被儲(chǔ)存在控制器60中。設(shè)置有操作員輸入端72，以便允許操作員輸入這個(gè)數(shù)據(jù)，或是如 果機(jī)具的這個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)預(yù)先儲(chǔ)存在控制器60中時(shí)為控制器識(shí)別安裝在聯(lián)結(jié)器31上的特定 機(jī)具。H1和H2的計(jì)算還可以用下列方式實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。裝載機(jī)10可以包括傾斜計(jì)， 該傾斜計(jì)安裝在提升臂32上并且能夠與互連的左、右提升臂組件一起移動(dòng)，從而提供對(duì)提 升臂筆直基準(zhǔn)線AB相對(duì)于豎直方向的傾斜角α的指示。因此距離H1等于AB cos(a)D裝載機(jī)還包括用于檢測(cè)角度β的角度傳感器，角度β是直線AB的延長(zhǎng)線與直線 TB之間的角。這可以采取液壓缸伸出量傳感器52的形式，該液壓缸伸出量傳感器52提供 與缸36的伸出量相關(guān)的輸出，缸36的伸出量又直接與角度β有關(guān)。將認(rèn)識(shí)到，角度β加 上角度α減去90°等于角度d。還將認(rèn)識(shí)到，H2等于TB sin(d)，因此H2 = TB sin(90° -(α+β))。因?yàn)镠 = H^H2,所以H = AB cos(a )+TB sin(90° -(α+β))。因此，如果傳感器40的高度是Hsens。,，鏟斗齒的高度Hteeth是Hteeth = Hsensor-S-AB cos ( a ) +TB sin (90° - ( a + β ))。注意到，這考慮了點(diǎn)T高于或低于點(diǎn)B且點(diǎn)B高于或低于點(diǎn)A的情況。將會(huì)認(rèn)識(shí) 到，任何許多已知的角度測(cè)量技術(shù)可用于本發(fā)明來(lái)確定角度α和β。將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在機(jī)具的關(guān)鍵操作部分在整個(gè)工地的位置上要被抬升或降低到特定 高度的情況中，裝載機(jī)的操作可以是自動(dòng)的。例如，如果鏟斗齒的X、Y和Z位置是已知的，
8并且如果齒的期望高度ζ對(duì)于測(cè)得的X和Y位置是已知的，那么，通過(guò)在控制器60的控制 下抬升或降低機(jī)具，測(cè)得的Z就可能達(dá)到等同于期望Z。 盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例，將會(huì)理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以在 下列權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化。
權(quán)利要求
一種裝載機(jī)，包括車(chē)身，其具有左、右直立塔部；裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括接地驅(qū)動(dòng)元件；互連的左、右提升臂組件，每個(gè)所述提升臂組件都具有機(jī)具提升臂，其在提升臂樞軸點(diǎn)處與所述車(chē)身的相應(yīng)塔部樞轉(zhuǎn)地相連接，以及提升致動(dòng)器，其連接在所述車(chē)身與所述機(jī)具提升臂之間；機(jī)具，其圍繞機(jī)具樞軸與所述提升臂組件樞轉(zhuǎn)地相連接，所述提升臂樞軸點(diǎn)和所述機(jī)具樞軸在側(cè)立面上限定了筆直基準(zhǔn)線；至少一個(gè)機(jī)具傾斜致動(dòng)器，其連接在至少一個(gè)所述提升臂組件與所述機(jī)具之間；位置傳感器，其以與所述提升臂樞軸點(diǎn)成固定關(guān)系地安裝在所述車(chē)身上；傾斜計(jì)，其能夠與所述互連的左、右提升臂組件一起移動(dòng)，從而提供對(duì)所述提升臂組件沿著所述筆直基準(zhǔn)線的傾斜的指示；角度傳感器，其用于提供對(duì)所述機(jī)具相對(duì)于所述互連的左、右提升臂組件的定向的指示；控制器，其響應(yīng)于所述位置傳感器、響應(yīng)于所述傾斜計(jì)并且響應(yīng)于所述角度傳感器，來(lái)確定所述位置傳感器的位置和所述機(jī)具的一部分相對(duì)于所述位置傳感器的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述裝載機(jī)是多地形裝載機(jī)，并且所述 接地驅(qū)動(dòng)元件包括一對(duì)從動(dòng)履帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述裝載機(jī)是滑移裝載機(jī)，并且所述接 地驅(qū)動(dòng)元件包括多個(gè)從動(dòng)輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述角度傳感器包括與所述機(jī)具相關(guān) 聯(lián)的傾斜計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述角度傳感器包括在所述機(jī)具與所 述提升臂組件的樞轉(zhuǎn)連接處的角度傳感器，所述角度傳感器用于提供所述機(jī)具與所述提升 臂組件之間的相關(guān)角度的指示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述傾斜致動(dòng)器包括液壓缸，并且所述 角度傳感器包括液壓缸伸出量傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述位置傳感器包括全站儀標(biāo)桿，和響 應(yīng)于跟蹤所述全站儀標(biāo)桿位置的全站儀的接收器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述位置傳感器包括GPS天線和接收ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述位置傳感器包括激光接收器，所述 激光接收器響應(yīng)于掃過(guò)基準(zhǔn)面的激光束。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述位置傳感器包括激光接收器，所 述激光接收器響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)扇形激光束，所述一個(gè)或多個(gè)扇形激光束圍繞大致豎直軸 線旋轉(zhuǎn)并且橫掃所述激光接收器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括鏟斗，并且所述機(jī)具的 所述部分包括所述鏟斗的齒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括叉。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括刨路機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括挖溝機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括螺旋鉆。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括振動(dòng)壓實(shí)機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括刮板。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝載機(jī)，其特征在于，所述機(jī)具包括箱式刮板。
19.一種用于裝載機(jī)的控制系統(tǒng)，這種裝載機(jī)具有車(chē)身；裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括支 撐所述車(chē)身的接地驅(qū)動(dòng)元件；互連的左、右提升臂組件，每個(gè)所述提升臂組件都包括在提升 臂樞軸點(diǎn)處與所述車(chē)身樞轉(zhuǎn)地相連接的機(jī)具提升臂和連接在所述車(chē)身與所述機(jī)具提升臂 之間的提升致動(dòng)器；機(jī)具，其與提升臂組件樞轉(zhuǎn)地相連接以圍繞機(jī)具樞軸運(yùn)動(dòng)，所述提升臂 樞軸點(diǎn)和所述機(jī)具樞軸在側(cè)立面中限定了筆直基準(zhǔn)線；至少一個(gè)機(jī)具傾斜致動(dòng)器，其連接 在至少一個(gè)所述提升臂組件與所述機(jī)具之間，所述控制系統(tǒng)包括位置傳感器，其在與所述提升臂樞軸點(diǎn)等高或高于所述提升臂樞軸點(diǎn)的位置處安裝在 所述車(chē)身上；傾斜計(jì)，其與所述互連的左、右提升臂組件一起移動(dòng)，從而提供對(duì)所述提升臂組件沿著 所述筆直基準(zhǔn)線的傾斜的指示；角度傳感器，其與所述機(jī)具和所述提升臂組件相關(guān)聯(lián)，從而提供對(duì)所述機(jī)具相對(duì)于所 述互連的左、右提升臂組件的定向的指示；以及控制器，其響應(yīng)于所述位置傳感器、響應(yīng)于所述傾斜計(jì)并響應(yīng)于所述角度傳感器，來(lái)確 定所述位置傳感器的位置和所述機(jī)具的一部分相對(duì)于所述位置傳感器的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，還包括用于向所述裝載機(jī)的操作員顯示所述機(jī) 具的一部分的位置的顯示器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制系統(tǒng)，還包括用于顯示工地表面的期望位置的顯示 器，由此操作員可以觀察獲得期望工地輪廓所需的挖出量或填充量。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述角度傳感器包括與所述機(jī)具 相關(guān)聯(lián)的傾斜計(jì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傾斜致動(dòng)器包括液壓缸，并且 所述角度傳感器包括液壓缸伸出量傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器包括所述裝載機(jī) 上的全站儀標(biāo)桿，和所述裝載機(jī)上的響應(yīng)于跟蹤所述全站儀標(biāo)桿位置的全站儀的接收器。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器包括GNSS天線和 接收器。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器包括激光接收器， 所述激光接收器響應(yīng)于掃過(guò)基準(zhǔn)面的激光束。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器包括激光接收器， 所述激光接收器響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)扇形激光束，所述一個(gè)或多個(gè)扇形激光束圍繞大致豎直 軸線旋轉(zhuǎn)并且橫掃所述激光接收器。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)具包括鏟斗，并且所述機(jī)具 的所述部分包括所述鏟斗的齒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種裝載機(jī)(10)和裝載機(jī)的控制系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)由裝載機(jī)承載的機(jī)具(30)的一部分的位置。該裝載機(jī)包括具有左、右直立塔部(14，16)的車(chē)身和具有接地驅(qū)動(dòng)元件(20，21，22，23)的裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。每個(gè)互連的左、右提升臂組件(26，28)都具有在提升臂樞軸點(diǎn)(A)處與車(chē)身的相應(yīng)塔部樞轉(zhuǎn)地相連接的機(jī)具提升臂。提升致動(dòng)器(30)連接在車(chē)身與提升臂之間。機(jī)具圍繞機(jī)具樞軸(B)與提升臂組件樞轉(zhuǎn)地相連接。提升臂樞軸點(diǎn)和機(jī)具樞軸在側(cè)立面上形成筆直基準(zhǔn)線(AB)。至少一個(gè)機(jī)具傾斜致動(dòng)器(36)連接在至少一個(gè)提升臂組件與機(jī)具之間。位置傳感器(40)在等于或高于提升臂樞軸點(diǎn)的位置處安裝在車(chē)身上。傾斜計(jì)(50)能夠與互連的左、右提升臂組件一起移動(dòng)從而提供對(duì)提升臂組件沿著筆直基準(zhǔn)線的傾斜的指示。角度傳感器(52)提供對(duì)所述機(jī)具相對(duì)于互連的左、右提升臂組件的定向的指示?？刂破黜憫?yīng)于位置傳感器、響應(yīng)于傾斜計(jì)并且響應(yīng)于角度傳感器。控制器確定位置傳感器的位置和機(jī)具的一部分相對(duì)于位置傳感器的位置。
文檔編號(hào)E02F3/34GK101910522SQ200880124915
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者M·尼科爾斯 申請(qǐng)人:卡特彼勒特林布爾控制技術(shù)有限責(zé)任公司