專利名稱：用于位于遠(yuǎn)方的機(jī)械的機(jī)具模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及模擬系統(tǒng)，以及更具體地，涉及顯示與位于遠(yuǎn)方的機(jī)械相關(guān)的圖 像的機(jī)具模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如，諸如挖掘機(jī)、載重車、推土機(jī)、自動(dòng)平地機(jī)、運(yùn)輸卡車以及其他類型的重型設(shè) 備之類的機(jī)械被用于執(zhí)行各種任務(wù)。在執(zhí)行這些任務(wù)期間，機(jī)械操作在對(duì)于操作者不舒適 的極端環(huán)境條件下，或者工地遠(yuǎn)離文明地區(qū)。由于這些因素，通過機(jī)載操作者來(lái)完成一些任 務(wù)是昂貴、勞動(dòng)密集、費(fèi)時(shí)以及低效的。該問題的一種解決方案包括遠(yuǎn)程控制機(jī)械。具體地，如果提供有機(jī)械和工作環(huán)境 的視覺表示，遠(yuǎn)離機(jī)械的非機(jī)載操作者可以從更舒適的位置來(lái)控制機(jī)械的操作。通過從現(xiàn) 場(chǎng)到操作者的實(shí)況視頻饋送廣播來(lái)提供機(jī)械和工作環(huán)境的視覺表示。然后，操作者通過圖 形用戶接口提供操作指令，操作指令隨后被發(fā)送到機(jī)械以控制機(jī)械。但是通過實(shí)況視頻饋送來(lái)遠(yuǎn)程控制機(jī)械存在的一個(gè)問題與從機(jī)械向遠(yuǎn)程位置傳 輸饋送所需的大帶寬有關(guān)。在其中不能獲得傳輸實(shí)況視頻饋送所需的大帶寬的遠(yuǎn)程控制 操作期間，操作者必須往返于遠(yuǎn)程控制臺(tái)與推土機(jī)之間，重復(fù)地進(jìn)行視覺檢查刮土鏟載荷 (blade load)和對(duì)刮土鏟進(jìn)行遠(yuǎn)程控制調(diào)整這一過程。該重復(fù)過程是低效而費(fèi)時(shí)的。在1999年9月7日頒發(fā)給Yamamoto等的美國(guó)專利No. 5，950，141 (，141專利)描 述了解決這些問題的嘗試?！?141專利描述的系統(tǒng)包括用于檢測(cè)在刮土鏟上施加的反作用力 (reaction)的裝置、用于計(jì)算累積了泥土的刮土鏟的載荷因子的裝置以及用于顯示載荷因 子的值或簡(jiǎn)化的圖形表示的裝置?！?141專利的系統(tǒng)可以將推土機(jī)移動(dòng)到位，并根據(jù)在刮土 鏟的面上積累的泥土量的自動(dòng)檢測(cè)來(lái)使推土機(jī)從挖掘自動(dòng)切換到承載。操作者通過手動(dòng)操 作或在無(wú)線電控制器的幫助下從遠(yuǎn)程位置來(lái)指引推土機(jī)到位。因此，’ 141專利描述了一種 用于自動(dòng)進(jìn)行推土操作而不依賴于操作者感知和對(duì)操作的影響的系統(tǒng)。雖然’ 141專利的系統(tǒng)提供了一種用于在不能獲得大帶寬的情況下遠(yuǎn)程控制推土 機(jī)的自動(dòng)系統(tǒng)，但該系統(tǒng)使具有經(jīng)驗(yàn)的操作者不能使用其技能和經(jīng)驗(yàn)來(lái)影響推土操作。在 該’ 141專利系統(tǒng)中，操作者僅能將機(jī)械指引到推土位置，而不能控制在該位置的推土和材 料移動(dòng)操作。因?yàn)椴荒芾貌僮髡叩募寄埽虼私档土恕?141系統(tǒng)對(duì)不可預(yù)見的環(huán)境做出反 應(yīng)的適應(yīng)能力。此外，不能利用有經(jīng)驗(yàn)的推土機(jī)操作者可能為工地帶來(lái)的推土作業(yè)中的速 度和技能。本公開旨在克服上述一個(gè)或多個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)方面，本公開涉及一種用于機(jī)械的機(jī)具模擬系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括遠(yuǎn)離所 述機(jī)械的用戶接口以及與所述用戶接口、所述機(jī)械通信的處理器。所述處理器被配置為接 收在所述機(jī)械的位置處的多個(gè)參數(shù)輸入；基于所述多個(gè)參數(shù)計(jì)算機(jī)具載荷；以及在所述用
3戶接口上顯示機(jī)具載荷。根據(jù)另一方面，本公開涉及一種顯示機(jī)具載荷的方法。所述方法包括接收在機(jī)械 位置處測(cè)量的輸入?yún)?shù)；基于所接收的輸入?yún)?shù)計(jì)算所述機(jī)械的機(jī)具載荷；以及向遠(yuǎn)離所 述機(jī)械位置的用戶顯示機(jī)具載荷。


圖1為行駛在工地的示例性公開的機(jī)械的圖示；圖2為用于圖1的機(jī)械的示例性公開的模擬和控制系統(tǒng)的示意性略圖；以及圖3為用于圖2的系統(tǒng)的示例性公開的圖形用戶接口的圖示。
具體實(shí)施例方式圖1示例了在工地12進(jìn)行推土操作的示例性機(jī)械10。機(jī)械10可以為本領(lǐng)域公知 的任何運(yùn)土機(jī)械，例如，圖1示出的推土機(jī)，其中機(jī)械10的功能包括將工地12的材料處理 為結(jié)構(gòu)需要的形式。如圖2所示，機(jī)械10與具有多個(gè)部件的模擬系統(tǒng)14關(guān)聯(lián)，該多個(gè)部件互相作用以 監(jiān)視機(jī)械10的操作并響應(yīng)于操作進(jìn)行分析。具體而言，機(jī)械10包括與控制器18通信的數(shù) 據(jù)模塊16。可以預(yù)期，如果需要的話，數(shù)據(jù)模塊16和控制器18可以集成在單個(gè)單元中。還 可以預(yù)期模擬系統(tǒng)14包括除圖2所示出的部件之外的附加或不同的部件。數(shù)據(jù)模塊16包括遍及機(jī)械10分布的多個(gè)感測(cè)裝置16a_f以從機(jī)械10的各種部 件和系統(tǒng)收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。例如，感測(cè)裝置16a-f可以關(guān)聯(lián)到機(jī)具20 (例如，推土機(jī)刮土鏟)、 動(dòng)力源22、變速器裝置24、一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器裝置26、驅(qū)動(dòng)和/或?qū)驙恳b置30、變矩器 (未示出)、流體供應(yīng)(未示出)、操作者輸入裝置(未示出)、和/或機(jī)械10的其他系統(tǒng)和 部件。這些感測(cè)裝置6a-f自動(dòng)收集來(lái)自機(jī)械10的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，例如，機(jī)具20的操縱、動(dòng)力 源22的操作、和/或機(jī)械行駛特性(例如，速度、扭矩、打滑率(track slip rate)等等)； 機(jī)械10的定向和位置；流體壓力、流速、溫度、污染水平、和/或粘性；電流和/或電壓水 平；流體(即，燃料、油、水等)消耗率；載荷水平(例如，有效載荷值、最大可允許載荷限制 的百分比、有效載荷歷史、有效載荷分布等等)；變速器輸出率；循環(huán)時(shí)間；空轉(zhuǎn)時(shí)間、等級(jí) (grade)；近期進(jìn)行的維護(hù)和/或修理操作；以及其他這樣的信息塊。機(jī)械數(shù)據(jù)模塊16還產(chǎn) 生或保持附加信息，例如，日期、時(shí)刻以及操作者信息。收集的數(shù)據(jù)可相對(duì)于時(shí)間、日期、操 作者、或其他信息塊來(lái)索引，并傳送到控制器18。例如，第一感測(cè)裝置16a可以與設(shè)置在機(jī)械10上的常規(guī)俯仰和滾轉(zhuǎn)(pitch and roll)傾角電子裝置關(guān)聯(lián)。例如，該電子裝置包括設(shè)置在玻璃瓶?jī)?nèi)并浸沒在導(dǎo)電流體中的電 極，以便當(dāng)機(jī)械傾角改變時(shí)，電極的浸沒深度同樣改變，因而電極之間的路徑的電阻也相應(yīng) 地改變。這樣，可以基于測(cè)量的電阻來(lái)限定機(jī)械10的俯仰和滾轉(zhuǎn)。應(yīng)該理解，還可以替代 地或附加地使用本領(lǐng)域公知的其他俯仰和滾轉(zhuǎn)和/或傾角探測(cè)器。替代地，感測(cè)裝置16a 可測(cè)量機(jī)械10的地速(ground speed)。例如，第二感測(cè)裝置16b與牽引裝置30關(guān)聯(lián)以收集實(shí)時(shí)速度和/或其速率數(shù)據(jù)。 例如，感測(cè)裝置16b能夠確定牽引裝置30的實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)速度。應(yīng)該理解，通過在上述機(jī)械的 地速和牽引裝置速度之間的檢測(cè)的差來(lái)指示牽引裝置30的打滑率(即，牽引裝置30原地旋轉(zhuǎn)的速率)。替代地，通過感測(cè)裝置16b檢測(cè)的牽引裝置30中一個(gè)或多個(gè)的速度的突然 增加來(lái)指示打滑率。在另一方面，感測(cè)裝置16b可收集實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向命令信息。例如，在牽引裝置30包括 驅(qū)動(dòng)的不可轉(zhuǎn)向帶或履帶的情況下，其旋轉(zhuǎn)速度的測(cè)量的差指示了相應(yīng)的轉(zhuǎn)向速率和機(jī)械 10經(jīng)過的方向。在其中牽引裝置30包括可導(dǎo)向輪等等的另一實(shí)例中，感測(cè)裝置16b可簡(jiǎn)單 地測(cè)量其當(dāng)前轉(zhuǎn)向角。例如，第三感測(cè)裝置16c可以與變速器裝置24關(guān)聯(lián)以收集與機(jī)械10所利用的當(dāng) 前變速器輸出(例如，排檔)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。此外，感測(cè)裝置16c還收集與變速器裝置24 的扭矩輸出有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。第四感測(cè)裝置16d與動(dòng)力源22關(guān)聯(lián)以收集與動(dòng)力源22的速 度輸出(RPM)和/或扭矩輸出有關(guān)的信息。第五感測(cè)裝置16e與致動(dòng)器裝置26關(guān)聯(lián)以收集與機(jī)具架32和/或機(jī)具20的位 置有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。例如，致動(dòng)器裝置26可以包括在最小長(zhǎng)度和最大長(zhǎng)度之間的范圍內(nèi)可 延伸的液壓缸。結(jié)合機(jī)具架32和/或機(jī)具20的公知的運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何形狀，便可以基于感 測(cè)的致動(dòng)器裝置26的延伸長(zhǎng)度來(lái)確定機(jī)具架32和/或機(jī)具20在位置坐標(biāo)中的三維位置 和取向。例如，第六感測(cè)裝置16f可以與機(jī)具20關(guān)聯(lián)以收集與施加到機(jī)具20的載荷有關(guān) 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。載荷可以表示為機(jī)具20嚙合(engage)或支撐的材料的力、重量、體積和/ 或質(zhì)量。另外，載荷可以被確定為機(jī)具20能夠嚙合或支撐的最大全載量(capacity)載荷 (即，全載荷)的百分比。最大全載量載荷可以基于機(jī)具架32、機(jī)具20和/或機(jī)械10的其 他部件的公知規(guī)范。例如，裝置16f包括直接確定支撐的材料的力、重量、體積和/或質(zhì)量 的度量機(jī)制。替代地，裝置16f可以包括設(shè)置在機(jī)具20的表面周圍的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)傳感 器以感測(cè)嚙合到機(jī)具20的材料的載量?；诠囊?guī)范，可以確定機(jī)具20嚙合的材料的 體積。在另一方面，感測(cè)裝置16f可以測(cè)量由致動(dòng)器裝置26施加的力以將機(jī)具20保持在 期望位置。這樣，結(jié)合機(jī)具架32與機(jī)具20之間的公知扭矩關(guān)系和機(jī)械10的其他規(guī)范，該 測(cè)量的力便允許確定載荷的力、重量、質(zhì)量、體積和/或百分比載量。應(yīng)該理解，可以替代地 或附加地使用本領(lǐng)域公知的其他載荷感測(cè)方法?？刂破?8可以與數(shù)據(jù)模塊16通信并包括用于監(jiān)視、記錄、存儲(chǔ)、索引、處理和/或 通信上述機(jī)械10的與操作方面有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的任何裝置。例如，這些裝置包括諸如存儲(chǔ) 器、一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、中央處理單元之類的部件，或任何其他用于運(yùn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)用 的部件。此外，雖然本公開的方面通常被描述為被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員 將理解，這些方面可以存儲(chǔ)在或讀取自不同類型的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中， 例如計(jì)算機(jī)芯片和二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備，包括硬盤、軟盤、閃速驅(qū)動(dòng)器、光學(xué)介質(zhì)、CD-ROM或其他形 式的RAM或ROM?？刂破?8還包括用于與非機(jī)載、位于遠(yuǎn)方的用戶接口 34通信的裝置。例如，控制 器18包括能夠通過直接數(shù)據(jù)鏈路(未示出)或無(wú)線通信鏈路(未示出)來(lái)傳送和接收數(shù) 據(jù)的硬件和/或軟件。無(wú)線通信包括能夠使控制器18交換信息的衛(wèi)星、蜂窩、紅外、射頻、 微波或任何其他類型的無(wú)線電磁通信。還預(yù)期，如果需要，可以在模擬系統(tǒng)14內(nèi)替代地包 括獨(dú)立的模塊，以有助于控制器18與用戶接口 34之間的數(shù)據(jù)通信。在一個(gè)方面，控制器18 向基站36通信數(shù)據(jù)，該基站36被配置為向用戶接口 34中繼通信。與工地12關(guān)聯(lián)的其他可模擬的機(jī)械可以同樣相似地向基站36通信數(shù)據(jù)。隨后，數(shù)據(jù)被傳送到諸如服務(wù)器的中介 (未示出)，該中介適宜地封裝所接收的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到用戶接口 34用于模擬。用戶接口 34表示與機(jī)械10關(guān)聯(lián)的商業(yè)實(shí)體(例如，制造商、經(jīng)銷商、零售商、所有 者、服務(wù)提供商、客戶或產(chǎn)生、保持、發(fā)送和/或接收與機(jī)械10相關(guān)的信息的任何其他實(shí)體) 的一個(gè)或多個(gè)接收、計(jì)算、和/或顯示系統(tǒng)。一個(gè)或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)例如包括機(jī)械模擬器、大 型機(jī)、工作站、桌面電腦、個(gè)人數(shù)字助理以及本領(lǐng)域公知的其他計(jì)算系統(tǒng)。例如，接口 34可 包括諸如存儲(chǔ)器、一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、處理器38 (例如，中央處理單元，CPU)的部件 或用于運(yùn)行應(yīng)用或數(shù)學(xué)算法的任何其他部件。在一個(gè)方面，接口 34包括防火墻和/或需要 用戶驗(yàn)證，例如，用戶名和密碼，以便防止未授權(quán)的實(shí)體訪問。用戶接口 34可用于遠(yuǎn)程發(fā)出操作者命令信號(hào)，其控制機(jī)械10在工地12 (參見，圖 1)處的操作。命令信號(hào)從用戶接口 34被傳送到控制器18。例如，接口 34可包括機(jī)械控制 應(yīng)用，以接收操作者命令信號(hào)并適宜地封裝該信號(hào)以便傳送到控制器18。這樣，控制器18 響應(yīng)于接收的操作者命令信號(hào)而產(chǎn)生機(jī)械命令信號(hào)以控制機(jī)械10的各種操作方面。例如， 控制器18可以改變電信號(hào)、水壓力、流體流速、流體消耗水平等等，以便根據(jù)接收的操作者 命令來(lái)改變引擎速度、地速、變速器輸出率、轉(zhuǎn)向角、機(jī)具和/或機(jī)具架定位。用戶接口 34還可包括輸入裝置40、監(jiān)視器44以及信息面板50 (如圖3所示)。在 一個(gè)方面，輸入裝置40與機(jī)械10上包括的操作者接口相似。例如，輸入裝置40包括與機(jī) 械10類似的(或相同的)操縱桿、輪、桿、踏板、開關(guān)和/或按鍵的設(shè)置。這樣，操作者操縱 輸入裝置40對(duì)機(jī)械10的效果與機(jī)械10內(nèi)的操作者接口的對(duì)應(yīng)操縱相似。替代地，輸入裝 置40可以為通用的，并用于遠(yuǎn)程控制許多不同類型的可模擬的機(jī)械10。然而，應(yīng)該理解，例 如，裝置40可簡(jiǎn)單地體現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)常規(guī)計(jì)算機(jī)接口裝置，例如，鍵盤、觸摸板、鼠標(biāo)、或 本領(lǐng)域公知的任何其他接口裝置。監(jiān)視器44包括液晶顯示器(IXD)、CRT、PDA、等離子體顯示器、觸摸屏、便攜手持裝 置、或本領(lǐng)域公知的任何這樣的顯示裝置。在一個(gè)方面，監(jiān)視器44包括圍繞操作者的全360 度顯示器以擴(kuò)展地真實(shí)顯示模擬的工地12。如圖3所示，信息面板50包括與從接收的實(shí)時(shí)信息導(dǎo)出的各參數(shù)值關(guān)聯(lián)的多個(gè)指 示器50a-i。例如，面板50可包括用于示出機(jī)械10的當(dāng)前地速(mph或km/h)的機(jī)械地速 指示器50a、示出當(dāng)前引擎轉(zhuǎn)速(RPM)的引擎速度指示器50b、燃料水平指示器50c、和/或 變速器輸出率(排檔)指示器50d。此外，面板50包括識(shí)別出牽引裝置30滑動(dòng)的速率的打 滑指示器50e。例如，打滑指示器50e可以示出左履帶以0. 2mph的速率滑動(dòng)。面板50還包 括機(jī)械俯仰和滾轉(zhuǎn)指示器50f，以向操作者提供機(jī)械相對(duì)于水平面的當(dāng)前的傾角角度(例 如，20度俯仰角和12度滾轉(zhuǎn)角)。附加地，面板50可包括示出了嚙合到機(jī)具20的載量的 載荷指示器50g和/或示出了牽引裝置30的當(dāng)前轉(zhuǎn)向角(例如，22度向左)的轉(zhuǎn)向命令 指示器50h。面板50可以包括其他指示器，例如，機(jī)械位置指示器50i，其示出了機(jī)械10相 對(duì)于工地12的位置的豎直俯視圖(例如，在工地12的地圖上的機(jī)械10的圖標(biāo))。替代地 或附加地，機(jī)械位置指示器50i可以指示當(dāng)前的經(jīng)度和緯度，和/或表示機(jī)械10相對(duì)于工 地12的當(dāng)前位置的其他坐標(biāo)。應(yīng)理解，可以基于接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在面板50中選擇性地提 供任何其他感興趣的參數(shù)值，以便為機(jī)械操作者提供增加的真實(shí)性。處理器38 (參考圖2)能夠通過預(yù)先編程的應(yīng)用和/或算法執(zhí)行算法計(jì)算。處理器38使用感測(cè)裝置16a-f收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的所有或一些作為這些算法的輸入。使用由感 測(cè)裝置16a_f收集的提供的輸入和預(yù)編程的算法，處理器38可以進(jìn)行下述計(jì)算，以確定和 量化機(jī)具20上的刮土鏟載荷。處理器38進(jìn)行第一算法計(jì)算以確定對(duì)應(yīng)于機(jī)械10的“前向地功率(forward ground power)”的值。該算法是由感測(cè)裝置16a_f提供的五個(gè)輸入變量的函數(shù)。第一變量 為由感測(cè)裝置16d提供的與動(dòng)力源22相關(guān)的引擎速度輸出(RPM)。第二變量為由感測(cè)裝 置16c提供的變速器裝置24的扭矩輸出。第三變量為同樣由感測(cè)裝置16c提供的機(jī)械10 利用的變速器輸出(例如，排檔)。第四變量為由感測(cè)裝置16a提供的機(jī)械10的俯仰和滾 轉(zhuǎn)。第五變量為同樣由感測(cè)裝置16a提供的機(jī)械10的地速。處理器38進(jìn)行第二算法計(jì)算以確定對(duì)應(yīng)于機(jī)具20的“刮土鏟載荷功率的估計(jì)”的 值。該算法是三個(gè)輸入變量的函數(shù)。第一變量為在上述第一算法中計(jì)算的“前向地功率”。 第二變量由感測(cè)裝置16f提供，可以是被表示為由機(jī)具20嚙合或支撐的材料的力、重量、體 積和/或質(zhì)量的刮土鏟載荷。第三變量同樣由感測(cè)裝置16f提供，可以是對(duì)致動(dòng)器裝置26 施加的、用于將機(jī)具20保持在希望的位置的力的測(cè)量。第二算法還可以基于機(jī)具架32與 機(jī)具20之間的公知的扭矩關(guān)系。處理器38可以進(jìn)行第三和最終的算法計(jì)算以基于百分比度量(0-100% )確定對(duì) 應(yīng)于機(jī)具20上的刮土鏟載荷的值。該算法是三個(gè)輸入變量的函數(shù)。第一變量為上述第二 算法計(jì)算的“刮土鏟載荷功率的估計(jì)”。第二變量由感測(cè)裝置16b提供，可以是實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向命 令輸入。第三變量同樣由感測(cè)裝置16b提供，可以是牽引裝置30的旋轉(zhuǎn)速度和機(jī)械10經(jīng) 歷的對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向率和方向之間的測(cè)量的差(即，滑動(dòng))。處理器38使用上述第三算法計(jì)算的刮土鏟載荷值來(lái)構(gòu)建機(jī)具20和材料對(duì)機(jī)具20 施加的力的計(jì)算機(jī)模型。處理器38在監(jiān)視器44上將該計(jì)算機(jī)模型顯示為機(jī)具20在載荷 下的等距(即，二維)虛擬圖像。因?yàn)樘摂M模型基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此處理器38可以持續(xù)進(jìn) 行計(jì)算(基于由感測(cè)裝置16a_f提供的更新輸入)以更新反映機(jī)械10和機(jī)具20的實(shí)時(shí)狀 況的計(jì)算機(jī)圖像。因此，在監(jiān)視器44上顯示的虛擬圖像可以從機(jī)械10的操作者臺(tái)46模擬 機(jī)具20的實(shí)際視圖，并且該視圖持續(xù)更新以匹配實(shí)時(shí)狀況。工業(yè)適用性當(dāng)不能得到用于傳輸實(shí)況視頻饋送的大帶寬時(shí)，該公開的模擬系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程顯示 機(jī)械的刮土鏟載荷信息。具體地，公開的模擬系統(tǒng)可以基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量提供刮土鏟載荷 的增強(qiáng)的顯示(即，正由機(jī)具20移動(dòng)的材料的兩或三維視圖)，使得操作者可以舒適并有效 地控制機(jī)械?，F(xiàn)在將描述機(jī)械10的操作。操作者通過輸入用戶名和密碼登陸用戶接口 34，并啟動(dòng)機(jī)械10的遠(yuǎn)程機(jī)械控制 應(yīng)用。一旦機(jī)械10被適當(dāng)?shù)卦L問，操作者可以通過輸入裝置40為處理器38提供輸入以點(diǎn) 火機(jī)械10。用戶接口 34將輸入無(wú)線地傳送到控制器18以開始機(jī)械10的操作。在點(diǎn)火機(jī) 械10之前或之后，感測(cè)裝置16a-f操作為向控制器18提供感測(cè)的數(shù)據(jù)?？刂破?8將感測(cè) 的數(shù)據(jù)無(wú)線地傳送到處理器38。控制器18無(wú)線地傳送感測(cè)裝置16d提供的引擎速度輸出(RPM)、感測(cè)裝置16c提 供的變速器裝置24的扭矩輸出、感測(cè)裝置16c提供的變速器輸出(即，排檔)、感測(cè)裝置16a 提供的機(jī)械10的俯仰和滾轉(zhuǎn)、以及感測(cè)裝置16a提供的機(jī)械10的地速。處理器38將該數(shù)
7據(jù)輸入到第一算法以計(jì)算機(jī)械10的“前向地功率”?？刂破?8無(wú)線地傳送刮土鏟載荷(被表示為機(jī)具20嚙合或支撐的材料的力、重 量、體積和/或質(zhì)量)和致動(dòng)器裝置26施加的力(以將機(jī)具20保持在希望的位置)的測(cè) 量，其中這兩個(gè)輸入都是通過感測(cè)裝置16f提供。處理器38將該數(shù)據(jù)和在第一算法中計(jì)算 的“前向地功率”輸入到第二算法以計(jì)算機(jī)具20的“刮土鏟載荷功率的估計(jì)”?？刂破?8還無(wú)線地傳送實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)向命令信息和滑動(dòng)，其中這兩個(gè)輸入由感測(cè)裝置 16b提供。處理器38輸入該數(shù)據(jù)和機(jī)具20的“刮土鏟載荷功率的估計(jì)”，以計(jì)算機(jī)具20的 基于百分比度量(0-100%)的刮土鏟載荷。處理器38使用上述第三算法計(jì)算的刮土鏟載 荷值在顯示器44上構(gòu)建機(jī)具20和材料對(duì)機(jī)具20施加的力的計(jì)算機(jī)模型。處理器38可以 (基于由感測(cè)裝置16a_f提供的更新的輸入)持續(xù)進(jìn)行計(jì)算，以更新反映機(jī)械10和機(jī)具20 的實(shí)時(shí)狀況的計(jì)算機(jī)圖像。因?yàn)樘幚砥?8可以響應(yīng)于接收的與機(jī)械10有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而遠(yuǎn)程地顯示刮土鏟 載荷，因此有助于遠(yuǎn)程控制機(jī)械10的機(jī)具20而不需使用實(shí)況視頻饋送。避免使用實(shí)況視 頻饋送消除了對(duì)大帶寬的需要。特別地，實(shí)時(shí)刮土鏟載荷數(shù)據(jù)可以通過無(wú)線電信號(hào)或其他 低帶寬載波而傳送到用戶接口 34，其中處理器38利用這些數(shù)據(jù)給出模擬的刮土鏟載荷。因 此，即使在沒有大帶寬連接的情況下，在控制機(jī)具20時(shí)也可以利用位于遠(yuǎn)方的操作者的經(jīng) 驗(yàn)和技能。顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以對(duì)本公開的方法和系統(tǒng)進(jìn)行各種修改和 改變。在考慮了這里公開的方法和系統(tǒng)的說(shuō)明和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，該方法和系統(tǒng)的其他實(shí)施 例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言也是顯而易見的。旨在將說(shuō)明和實(shí)例僅僅考慮為示例性的，下 列權(quán)利要求及其等價(jià)物指出了本公開的真實(shí)范圍。
權(quán)利要求
一種機(jī)械(10)的機(jī)具模擬系統(tǒng)(14)，包括用戶接口(34)，遠(yuǎn)離所述機(jī)械；以及處理器(38)，與所述用戶接口和所述機(jī)械通信，所述處理器被配置為接收在所述機(jī)械的位置處的多個(gè)參數(shù)輸入；基于所述多個(gè)參數(shù)計(jì)算機(jī)具(20)載荷；以及在所述用戶接口上顯示機(jī)具載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的機(jī)具模擬系統(tǒng)，其中所述處理使用第一、第二以及第三算法來(lái)計(jì) 算機(jī)具載荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的機(jī)具模擬系統(tǒng)，其中所述第一算法使用的多個(gè)參數(shù)包括以下中的 至少一個(gè)所述機(jī)械的動(dòng)力源(22)的速度輸出、所述機(jī)械的變速器裝置(24)的扭矩輸出、 所述變速器裝置的排檔、所述機(jī)械的俯仰、所述機(jī)械的滾轉(zhuǎn)以及所述機(jī)械的地速。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的機(jī)具模擬系統(tǒng)，其中所述第二算法使用的多個(gè)參數(shù)包括由所述 機(jī)具支撐的刮土鏟載荷和致動(dòng)器裝置(26)在所述機(jī)具上施加的力中的至少一個(gè)，以及前 向地功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的機(jī)具模擬系統(tǒng)，其中所述第三算法使用的多個(gè)參數(shù)包括機(jī)械轉(zhuǎn)向 信息和所述機(jī)械的牽引裝置的滑動(dòng)值中的至少一個(gè)，以及機(jī)具載荷功率。
6.一種顯示機(jī)具(20)載荷的方法，包括以下步驟 接收在機(jī)械(10)位置處測(cè)量的輸入?yún)?shù)；基于所接收的輸入?yún)?shù)計(jì)算所述機(jī)械的機(jī)具載荷；以及 向遠(yuǎn)離機(jī)械位置的用戶顯示機(jī)具載荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述計(jì)算包括使用第一、第二以及第三算法，所述第一 算法使用的輸入?yún)?shù)包括以下中的至少一個(gè)所述機(jī)械的動(dòng)力源(22)的速度輸出、所述機(jī) 械的變速器裝置(24)的扭矩輸出、所述變速器裝置的排檔、所述機(jī)械的俯仰、所述機(jī)械的 滾轉(zhuǎn)以及所述機(jī)械的地速。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述第二算法使用的輸入?yún)?shù)包括由所述機(jī)具支撐 的刮土鏟載荷和致動(dòng)器裝置(26)在所述機(jī)具上施加的力中的至少一個(gè)，以及前向地功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述第三算法使用的輸入?yún)?shù)包括機(jī)械轉(zhuǎn)向信息和 所述機(jī)械的牽引裝置(30)的滑動(dòng)值中的至少一個(gè)，以及機(jī)具載荷功率。
10.一種機(jī)械(10)，包括 動(dòng)力源(22)；牽引裝置(30)，由所述動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)以推進(jìn)所述機(jī)械； 架(32)，將所述動(dòng)力源連接到所述牽引裝置； 機(jī)具(20)，附接到所述架并通過所述動(dòng)力源移動(dòng)； 操作者控制臺(tái)(46)，遠(yuǎn)離所述機(jī)械，并包括用戶接口(34)；以及 根據(jù)上述權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)的機(jī)具模擬系統(tǒng)(14)，其與所述動(dòng)力源、所述牽引 裝置、所述機(jī)具以及所述操作者控制臺(tái)通信。
全文摘要
公開了一種用于機(jī)械的機(jī)具模擬系統(tǒng)(14)。所述系統(tǒng)具有遠(yuǎn)離所述機(jī)械的用戶接口(34)以及與所述用戶接口和所述機(jī)械通信的處理器(38)。所述處理器被配置為接收在所述機(jī)械的位置處的多個(gè)參數(shù)輸入；基于所述多個(gè)參數(shù)計(jì)算機(jī)具(20)載荷；以及在所述用戶接口上顯示機(jī)具載荷。
文檔編號(hào)G06F17/28GK101911059SQ200980101767
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月7日
發(fā)明者A·奧普登博施, F·P·尤特, J·C·圣瑪麗亞, J·舒爾茨, J-J·克拉爾, K·L·斯特拉通 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司