用于定位动力机械上的提升臂的系统以及方法与流程

文档序号:13426330
用于定位动力机械上的提升臂的系统以及方法与流程

本申请要求2015年4月29日提交的美国临时申请No.62/154,389的权益。

技术领域

本公开内容涉及动力机械。更特别地,本论述涉及具有能够承载作业工具的提升臂的动力机械以及用于通过控制提升臂的位置而定位作业工具的系统和方法。



背景技术:

动力机械、更特别地、装载机,长期以来都具有能够承载诸如铲斗等的用于执行各种作业任务的作业工具的提升臂。这些机械的操作人员能够有利地操控承载这种工具的提升臂以执行各种任务。操作人员不仅可以操控提升臂的位置(通常称为提升操作),而且可以操控作业工具相对于提升臂的位置(通常称为倾斜操作)。

这样的任务的一个示例是挖掘和装载操作,其中,操作人员可以用铲斗挖掘土壤,然后将土壤倾倒在卡车车厢中。为了执行这项任务,操作人员将必须经由提升操作和倾斜操作来定位该工具以将铲斗放置在用以挖掘土壤的位置,然后再次定位工具以将土壤倾倒到卡车车厢中。工具的重复定位要求操作人员反复地专注于精确控制提升臂以将铲斗放置于挖掘位置和倾倒位置。

此外,通过操控一个或多个提升臂致动器来升高和降低动力机械、特别地、装载机的提升臂可以在某些装载机的提升臂路径上改变工具相对于重力的角度。也就是说,如果提升臂的路径不是完全地竖直,简单地升高或降低提升臂将改变工具相对于重力的方向,除非工具也相对于提升臂倾斜。这可能会导致铲斗内所含的物质、例如、在升高或降低过程中散出。如果动力机械在非平坦的地形上行驶,工具与重力之间的关系可被进一步改变。



技术实现要素:

本公开内容涉及用于选择性地控制安装至提升臂的工具的位置以将工具引向预选定的位置的方法和系统。此外,本论述涉及用于选择性地保持工具与重力之间的恒定定向的方法和系统。

在一个实施例中,公开了一种控制提升臂致动器和倾斜致动器以控制联接至动力机械的提升臂的工具承载装置的定位的方法。该方法包括接收来自启动输入装置的激活信号以及接收来自提升臂控制输入装置的命令所述提升臂移动的提升臂控制信号。该方法进一步包括响应于所述激活信号和所述提升臂控制信号二者的接收而控制所述提升臂致动器和所述倾斜致动器以将所述提升臂移至提升臂目标位置并将所述工具承载装置移至相对于重力方向的工具承载装置目标定向或以相对于所述重力方向的所述工具承载装置目标定向保持所述工具承载装置。

在另一实施例中,公开了一种动力机械。该动力机械具有框架、可枢转地联接至框架的提升臂、以及联接于框架与提升臂之间以控制提升臂相对于框架的移动的提升臂致动器。工具承载装置可枢转地联接至提升臂,并且倾斜致动器联接于提升臂与工具承载装置之间以控制工具承载装置相对于提升臂的移动。动力源与提升臂致动器和倾斜致动器中每一者通信并构造为提供用以控制提升臂致动器和倾斜致动器的动力源控制信号。启动输入装置构造为由动力机械操作人员操控以提供激活信号,提升臂控制输入装置构造为由动力机械操作人员操控以提供提升臂控制信号,并且倾斜控制输入装置构造为由动力机械操作人员操控以提供倾斜控制信号。工具定向传感器构造为提供表示工具相对于重力方向的定向的输出。控制器联接至启动输入装置以接收激活信号,联接至提升臂控制输入装置以接收提升臂控制信号,联接至倾斜控制输入装置以接收倾斜控制信号,并且联接至工具定向传感器以接收表示工具相对于重力方向的定向的输出。控制器进一步联接至动力源以控制动力源控制信号并且由此控制提升臂致动器和倾斜致动器。控制器进一步构造为响应于激活信号和提升臂控制信号二者的接收而控制提升臂致动器和倾斜致动器以将提升臂移至提升臂目标位置并将工具承载装置移至相对于重力方向的工具承载装置目标定向或者以相对于重力方向的工具承载装置目标定向保持工具承载装置。

在另一实施例中,公开了一种控制提升臂致动器和倾斜致动器以控制联接至动力机械的提升臂的工具承载装置的定位的方法。该方法包括:该方法接收来自启动输入装置的激活信号,以及接收来自提升臂控制输入装置的命令提升臂移动的提升臂控制信号。该方法进一步包括响应于激活信号和提升臂控制信号二者的接收而控制提升臂致动器和倾斜致动器,以将提升臂移至提升臂目标位置并将工具承载装置移至相对于重力方向的工具承载装置目标定向或者以相对于重力方向的工具承载装置目标定向保持工具承载装置。基于指示提升臂控制输入装置的致动的量的提升臂控制信号控制提升臂的移动速度。

在另一实施例中,公开了一种定位可操作地联接至动力机械的提升臂的工具的方法。该方法包括接收来自启动输入装置的、表示操作人员的进入目标模式的意图的目标模式激活信号,以及接收来自提升臂控制输入的、表示操作人员的移动提升臂的意图的提升臂控制信号,以及接收表示提升臂的位置的提升臂位置信号。该方法响应于目标模式激活信号和表示操作人员的移动提升臂的意图的提升臂控制信号二者的接收而进入目标模式。在目标模式中,控制提升臂致动器以相对于动力机械的框架朝向但不超过提升臂目标位置移动提升臂。当处于目标模式时,接收表示提升臂已经到达提升臂目标位置的提升臂位置信号和表示停止移动提升臂的意图的提升臂控制信号中的一者将导致退出目标模式以及控制提升臂致动器以停止移动提升臂。

在另一实施例中,公开了一种动力机械。该动力机械具有框架、可枢转地联接至框架的提升臂以及联接于框架与提升臂之间以控制提升臂相对于框架的移动的提升臂致动器。动力源与提升臂致动器通信并构造为提供用以控制提升臂致动器的动力源控制信号。启动输入装置构造为由动力机械操作人员操控以提供目标模式激活信号。提升臂控制输入装置构造为由动力机械操作人员操控以提供表示操作人员的移动提升臂的意图的提升臂控制信号。控制器联接至启动输入装置以接收目标模式激活信号,并且联接至提升臂控制输入装置以接收提升臂控制信号。控制器联接至动力源以控制动力源控制信号并且由此控制提升臂致动器。控制器进一步构造为响应于目标模式激活信号和表示操作人员的移动提升臂的意图的提升臂控制信号二者的接收而进入目标模式。在目标模式中,控制器构造为控制提升臂致动器以相对于动力机械的框架朝向但不超过提升臂目标位置移动提升臂。控制器进一步构造为在处于目标模式的情况下,使得当提升臂已经到达提升臂目标位置时或当接收到表示停止移动提升臂的意图的提升臂控制信号时,控制器响应性地退出目标模式以及控制提升臂致动器以停止移动提升臂。

在另一实施例中,公开了一种定位可操作地联接至动力机械的提升臂的工具的方法。该方法包括接收来自启动输入装置的激活信号,以及响应于激活信号的接收,控制倾斜致动器以实现并保持工具相对于重力方向的预设定向。

在另一实施例中,公开了一种定位可操作地联接至动力机械的提升臂的工具的方法。该方法包括设置工具的目标定向,该目标定向表示工具相对于重力的所需定向;以及接收表示工具的定向的信号,其中,该信号指示该定向不同于所述目标定向。该方法在没有来自操作人员的指示需要移动提升臂或工具的任何输入的情况下控制倾斜致动器以实现并保持目标定向。

该发明内容部分以及摘要用于以简化的形式介绍一些构思,以下在具体实施方式部分将进一步说明这些构思。发明内容部分以及摘要并非意在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征,也并非意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是示出根据一个示例性实施例的能够将安装至提升臂的工具定位的动力机械的部件的框图。

图2是详述图1的动力机械中的操作人员输入装置的框图。

图3是示出根据一个示例性实施例的选择用于控制提升臂和/或工具承载装置的操作模式的方法的流程图。

图4是示出当图3的方法在第二操作模式下运行时该方法的一部分的流程图。

图5是示出一种控制提升臂和/或工具承载装置的方法在该方法在如图3所示的第三操作模式下运行时的流程图。

图6是示出图5的方法的一部分的流程图,在该部分中,操作人员选择是否保存一个预设目标位置或两个预设目标位置。

图7是示出图5的方法的一部分的流程图,在该部分中,工具承载装置返回到预设目标位置。

图8是示出距预设提升臂位置的距离与提升臂致动器的最大可允许速度之间的关系的曲线图。

图9是示出根据另一示例性实施例的能够将安装至提升臂的工具定位的动力机械的部件的框图。

图10是示出根据另一示例性实施例的选择用于控制提升臂和/或工具承载装置的操作模式的方法的流程图。

具体实施方式

本文公开的构思是参照示例性实施例进行描述和说明的。然而,这些构思的应用并不限于示例性实施例中的部件的构造和布置的细节而是能够以多种其它的方式来实践或实施。本文中的术语用于描述而不应当被认为是进行限制。本文使用的诸如“包括”、“包含”以及“具有”的词语及其变型意在涵盖其后所列的项、其等效项以及附加项。

本申请涉及用于将可操作地联接至提升臂的工具定位的系统和方法。特别地,本申请旨在公开选择性地控制倾斜致动器以响应于来自操作人员的用以定位提升臂的输入来控制工具相对于提升臂的定向的系统和方法。在本公开内容的一个方面中,选择性地致动动力机械的倾斜致动器以在提升臂在沿其限定路径的任一方向上移动时保持相对于重力的恒定定向。在本公开内容的另一方面中,响应于来自操作人员的用以定位提升臂的输入,选择性地致动提升致动器和倾斜致动器以返回到预定位置。

图1是示出了根据一个示例性实施例的动力机械100的框图。动力机械100具有框架110,提升臂120枢转地附接至框架110。工具承载装置130枢转地附接至提升臂120。工具承载装置130能够承载这样的工具,如铲斗或用以执行各种工作任务的各种其它工具。尽管图1所示的动力机械100具有工具承载装置130,动力机械的其它实施例的工具能够枢转地附接至提升臂、也就是、直接附接至提升臂而没有工具承载装置。为了简单起见,本文的实施例是关于工具承载装置进行讨论的。应当理解,除非明确说明,本文对工具承载装置的任何提及不应被认为是排除了动力机械不具有工具承载装置的那些实施例。

提升臂120在枢转接合部112处枢转地附接至框架。提升致动器114附接至框架110和提升臂120,并且可致动以相对于框架移动提升臂120。提升臂120可具有任何合适的几何形状,并且可包括多个区段。例如,提升臂120可以是在单个接合部处如接合部112处绕框架110可旋转的径向提升臂。可替代地,提升臂120可包括在多个位置处附接至框架110的多个区段。例如,在一些实施例中,提升臂120可具有三个单独的部分,并且可在两个位置处附接至框架110,使得提升臂和框架形成四连杆机构。图1中的可旋转接合部112的图示应被理解为是指提升臂120相对于框架110可旋转,而不应被理解为限制可在包括本文所述的各种特征的实施例中使用的任何提升臂的几何形状。类似地,工具承载装置130经由接合部122枢转地附接至提升臂120。通过使提升臂120相对于框架110枢转并使工具承载装置130相对于提升臂枢转,附接至工具承载装置的工具能够被定位以执行作业功能。

图1示出了可操作地联接至框架110和提升致动器120的提升致动器114。尽管在图1中没有明确示出,提升致动器114能够枢转地安装至框架110和提升臂120的任一者或两者。提升致动器114能够在动力的驱动下使提升臂120相对于框架110移动或旋转。同样,倾斜致动器124可操作地联接至提升臂120和工具承载装置130(联接件中的一者或者二者均可以是枢转安装件)以便使工具承载装置130相对于提升臂120移动或旋转。动力信号116和118被选择性地从动力源140分别提供给提升致动器114和倾斜致动器124中每一者,以使提升臂120相对于框架110移动并使工具承载装置130相对于提升臂120移动。在一个实施例中,提升致动器114包括安装至框架110的任一侧并安装至提升臂120的一对液压缸,这对液压缸协同作用以相对于框架定位提升臂。类似地,倾斜致动器124包括一对液压缸,每个液压缸安装至提升臂和工具承载装置130,该对液压缸协同作用以相对于提升臂120定位工具承载装置。

在一个实施例中,动力源140包括向液压泵(未示出)供给动力的内燃机(未示出)。液压泵又向控制阀组件(未示出)提供加压液压流体,控制阀组件又能够向提升致动器114和倾斜致动器124提供独立的动力信号116和118。在不偏离本讨论的范围内,不同的动力源装置可被用于给提升致动器和倾斜执行器提供动力。控制器150与动力源140通信,以便控制向提升致动器114和倾斜致动器124提供动力信号116和118。提供了多个用户输入装置160以便操作人员操控。用户输入装置160与控制器150通信,并且能够提供表示操作人员所做的任何操控的信号。用户输入装置160可由操作人员操控以控制提升臂120和/或工具承载装置130的位置,这一点将在下文更详细地论述。

设置传感器以感测运行状态并向控制器150提供表示所感测的运行状态的信号。设置提升位置传感器126以便有效地感测提升臂120的位置。在一个实施例中,提升位置传感器126感测提升致动器114的位置。更具体地,在提升致动器114是液压缸的实施例中,提升位置传感器126感测这种液压缸的杆的延伸多远。另一方面,工具承载装置定向传感器132并不测量工具承载装置130与提升臂120之间的精确关系,而是工具承载装置与重力之间的关系。换句话说,定向传感器132提供表示工具承载装置相对于作用于动力机械、工具承载装置和任何附接的工具上的地球引力的方向的关系或定向的测量值。这种关系有利地允许控制器150以恒定或已知的定向保持工具承载装置130、并且进一步保持附接的工具,即使在动力机械在非均匀或倾斜表面上移动或被定位在非均匀或倾斜表面上。

然而,由于提升臂与工具承载装置130(或者、在动力机械不具有工具承载装置的一些实施例的情况下、提升臂与工具)之间的实际关系并非已知,在一定条件下,也许可能试图保持恒定的水平,所以倾斜致动器(在某些实施例中为液压缸)可达到行进终端。在这种情况下,动力源140可试图继续向倾斜致动器124提供动力信号118。向已到达行程终端的液压缸提供加压液压流体可导致压力积聚,从而使系统经历(go over)减压,并可能阻止动力源140向提升致动器提供动力信号116。压力传感器128测量动力源140内的数个可能位置中的一个位置处的压力,以便感测压力进而用以确定动力系统何时积聚了用以打开安全阀的足够的压力。通过在压力传感器128感测到较高的水平的压力(高于阈值压力)时消除发送给倾斜缸的信号,液压动力不被浪费,并且可被有利地用于机械上的其它功能,最显著地用于给提升缸提供动力,而增加的动力也可影响运行速度以及其它功能。

图2示出了用于控制器150的、控制提升致动器114和倾斜致动器124的致动的一些用户输入装置160。运行周期输入装置161向控制器150提供运行周期信号161A。运行周期信号161A向控制器150指示操作人员使用动力机械的意图。在一个实施例中,运行周期输入装置是具有至少关闭位置和打开位置的键式开关。控制器150接收周期信号161A并基于该输入确定运行周期的开始阶段何时开始(即、键式开关何时从关闭位置移到运行位置)。控制器150还确定运行周期的持续时间。在一个实施例中,运行周期从运行周期信号161A第一次指示运行周期持续至运行周期信号161A不再指示运行周期。在其它实施例中,运行周期输入装置161可以是可操作成用以提供运行周期信号161A的多个输入装置,如瞬时按钮装置。

提升臂控制输入装置162可由用户操控以指示操作人员希望移动提升臂120的方向和速度。在一个实施例中,提升臂控制输入装置162可沿单一的轴线(或双轴控制杆的一个轴线)移动并向中位位置偏置,使得远离中位位置的一个方向上的移动表示升高提升臂的意图,从而使自中位位置移动的距离指示提升臂应被升高的速度。远离中位位置的另一个方向上的移动表示降低提升臂的意图,自中位位置移动的距离指示提升臂应被降低的速度。因此,提升臂控制输入装置提供了速度分量和方向分量。表示提升臂控制输入装置162的位置的提升臂控制信号162A被提供给控制器150。

图2中示出的另一个用户输入装置160是倾斜控制输入装置163。在一个实施例中,倾斜控制输入装置163可沿单一的轴线移动并向中位位置偏置,使得远离中位位置的一个方向上的移动表示使工具承载装置130相对于提升臂120沿一个方向旋转的意图,而倾斜控制输入装置163的远离中位位置的另一个方向上的移动表示使工具承载装置130相对于提升臂120沿相反方向旋转的意图。表示倾斜控制输入装置163的位置的信号163A被提供给控制器150。在一个实施例中,提升控制输入装置162和倾斜控制输入装置163被结合至单一的双轴输入装置,其中一个轴用作提升臂控制输入装置162,另一个轴用作倾斜控制输入装置163。与提升臂控制输入装置一样,倾斜控制输入装置163具有速度分量和方向分量。在其它实施例中,提升臂控制输入装置和倾斜输入装置可被结合至不同的输入装置中。

除了提升臂控制输入装置和倾斜控制输入装置外,还提供了数个其它操作人员输入装置装置以便选择性地控制提升和倾斜功能。模式输入装置164向控制器150提供致动信号164A。模式输入装置164可以是当被致动时用信号表示操作人员的改变操作模式或控制提升臂和倾斜功能的意图的瞬时按钮装置或任何合适的输入装置。下面将更详细地讨论各种操作模式,但简单地说,控制器150将根据所选择的模式基于操作人员输入装置160提供给控制器150的信号来不同地控制提升臂120和工具承载装置130的位置。

在一个实施例中,操作人员输入装置160还包括位置设置输入装置165。位置设置输入装置165可以是瞬时按钮装置或任何其它合适的输入装置。位置设置输入装置165向控制器150提供表示其操控的信号165A。当信号165A指示位置设置输入装置165已被操控,基于对设置输入装置165操控时的提升臂120的位置和工具承载装置130的定向限定返回位置。在一些实施例中,能够设置单一的位置或目标。这个目标位置可包括关于提升臂的期望位置、倾斜定向或二者的信息。在其它实施例中,可以实现多个目标位置。下面将对此进行更详细的说明。

至少在某些实例中、并且在某些情况下,一旦设置了返回位置或目标位置,控制器150就能够将提升臂120和工具承载装置130选择性地移至目标位置。启动输入装置166可致动以向控制器150提供启动输入信号166A。在已知为目标模式的某些模式下,响应于启动输入信号166A,控制器150将会允许对提升臂120和工具承载装置130进行控制以便将提升臂和工具承载装置引向返回位置。启动输入装置166不会、在一些实施例中主动地、命令控制器150将提升臂120和工具承载装置130移至返回位置,但、响应于一个或多个其它操作人员输入、会使控制器150能够朝向目标位置移动提升臂和工具承载装置,并且、假设没有其它干预行为发生、在到达返回位置时使提升臂和工具承载装置停止移动。

如上所述,控制器150构造为以多种不同的操作模式运行。图3示出了选择用于控制诸如动力机械100的动力机械的提升致动器和倾斜致动器的操作模式的方法200。为了便于说明,参照动力机械100对方法200进行描述,但方法200也可以与其它动力机械结合。在方框202处,从模式输入装置164接收用于选择操作模式的模式信号164A。基于接收到的模式信号,控制器150将进行选择并在三种模式中的一种模式下运行。在方框204处,该方法判定模式信号164A是否指示第一模式。如果指示第一模式,则该方法移至方框206处,并且选择第一模式。在一些实施例中,第一模式是默认的模式。下面更详细地论述在第一模式下的提升臂致动器和倾斜致动器的操作。如果未指示第一模式,则该方法移至决策框208处。在决策框208处,之前已经判定模式信号164A并不表示第一模式,方法200现在判定模式信号164A是否表示第二模式或第三模式。如果模式信号164A表示第二操作模式,则该方法移至方框210处并且在第二操作模式下选择并运行。如果模式信号164A表示第三操作模式,则该方法移至方框230处并在第三操作模式下运行。可以任何合适的方式完成特定操作模式的选择。例如,模式输入装置164可以是可被反复地致动以在不同模式之间循环的单一的输入装置。可替代地,模式输入装置164可以是多个装置、每个装置均专用于特定模式,或者是具有多个位置、每个位置对应于特定模式的单个输入装置。

在一个实施例中,可在运行周期中只选择一次模式选择,例如在运行周期开始时。可替代地,操作人员可具有在运行周期期间的任何时间选择模式、或者在运行周期期间的任何时间更改模式的能力。

第一操作模式

当操作人员选择了第一操作模式(其可以是默认操作模式,即、操作人员未做选择时的操作模式)时,提升臂120的移动由来自提升臂控制输入装置162的信号162A控制,而工具承载装置130的移动由来自倾斜控制输入装置163的信号163A控制。第一模式是传统的操作模式。换句话说,仅通过提升臂控制输入装置162的致动来控制提升臂120的实际移动,并且仅由倾斜控制输入装置163控制工具承载装置130的实际移动。关于提升臂的移动的控制决策并非基于提升臂的位置、工具承载装置的定向或从倾斜控制输入163接收到的任何信号。同样,关于工具承载装置的移动的控制决策并非基于提升臂的位置、工具承载装置的定向或从提升控制输入装置162接收到的任何信号。也就是说,提升和倾斜功能的操作不考虑任何目标位置或定向或者预设位置或定向。

应当理解,一些动力机械可具有在提升臂和/或工具承载装置的任何移动可被允许以前必须被满足的启动方法。这里关于第一模式(以及下文的随后的模式)的论述假设如果存在这种启动要求,那么它们已在从提升臂控制输入装置和倾斜控制输入装置接收控制信号之前被满足。

第二操作模式

当操作人员选择了第二操作模式时,在一些实例中,工具承载装置130的移动独立于倾斜控制输入装置163而进行,使得通过致动倾斜致动器124以保持工具承载装置处于目标位置,工具承载装置保持相对于重力的恒定定向。图4更详细地示出方法200的由图3的方框210表示的部分。根据本公开内容,第二操作模式可被认为是目标操作模式,这意味着在某些情况下、如下文马上要论述的那样、倾斜致动器124的移动由或可由一个或多个预设目标位置来限制。

当处于第二操作模式时,控制器150监控由提升臂控制输入装置162、倾斜控制输入装置163和压力传感器128提供的信号,并基于由这些输入提供的信号控制提升致动器114和倾斜致动器124。

在方框211处,控制器150判定提升臂控制输入信号162A是否指示中位信号。中位信号表示操作人员不要求提升臂升高或下降。换句话说,提升臂控制输入装置162未被操控。如果判定提升臂控制信号162A指示中位信号,则该方法移至方框212处以判定倾斜控制输入信号163A是否同样指示中位信号。如果倾斜控制信号163A指示中位信号,则该方法移至方框213处。在方框213处,控制器150不向提升致动器或倾斜致动器中任一者提供移动信号,并且工具承载装置的目标定向不改变。可替代地,控制器可通过读取工具承载装置定向传感器132来监控工具承载装置130的定向并且在由于、例如、动力机械被移至非平坦或倾斜的位置处导致实际定向与目标定向不匹配的情况下调整倾斜致动器。

返回至方框212,如果控制器150判定倾斜控制信号不处于中位位置,则控制器150发送适当的倾斜控制信号118以致动倾斜致动器124,而不致动提升致动器114。这在方框214处示出。当倾斜致动器使工具承载装置130移动时,目标定向被改变以反映工具承载装置130的实际定向。换句话说,操作人员可以简单地通过将工具承载装置驱动至期望定向而改变工具承载装置130的目标定向。不需要其它的操作来设置目标定向。当机械在非平坦地形上移动时,即使倾斜缸未被致动,倾斜定向也可以改变。在一些实施例中,这个新的定向将成为目标定向,该方法将相应地调整到该目标定向。可替代地,在这种模式和其它模式(即、下面论述的第三模式)下,当机械在非平坦地形上移动时,控制器150可感测到工具定向或倾斜定向已经改变并命令倾斜致动器移动以保持目标定向,如果可能的话。如果倾斜功能几何地受限的话,则不可能这样做。在这种情况下,正如下面所论述的那样,压力信号将指示倾斜功能达到了其不能移动超过的端点。

返回至方框211处,如果控制器150判定提升臂控制信号162提供用以致动提升臂致动器114的信号(即、其不处于中位位置),则该方法移至方框215处,在方框215处,控制器150对倾斜控制信号163A进行分析。如果倾斜控制信号也不处于中位,则该方法移至方框216处,在方框216处,控制器150致动提升致动器114和倾斜致动器124,就像处于第一模式中的类似的情况。然而,另外,控制器150将改变目标定向以匹配工具承载装置130的实际定向。

如果在方框215处,控制器150判定倾斜控制信号163A是中位信号,则该方法意在尽可能在提升臂120上下移动时保持工具承载装置130的目标定向。该方法移至方框217处以判定是否可能保持目标定向。在方框217处,控制器判定压力传感器128是否提供表示异常高压(例如,高于预定阈值的压力)的信号。在某些情况下,提升臂120和工具承载装置130的几何限制使得无法在提升臂120升高或降低时保持工具承载装置130的目标定向,因为倾斜致动器124已到达行进状态的终端(例如,液压缸已到达停止位)。由于控制器150并不知晓工具承载装置130相对于提升臂120的实际位置,因此控制器150监控来自压力传感器128的压力信号。在一些实施例中,当倾斜致动器124到达行进状态的终端时,继续尝试并致动致动器将导致高压状态。例如,如果液压缸已经到达行程终端,继续施加致动信号将导致液压压力升高。在一些实施例中,诸如当动力源140采用中心开放(open center)系列控制阀分别向提升致动器114和倾斜致动器124提供控制信号116和118时,这种高压状态不仅将导致无法保持目标定向,而且将实际上阻止提升致动器根据需要而移动。

因此,在方框215处,测量压力信号(只有在控制信号116和118被激活之后有效)。如果压力不是异常地高,则该方法移至方框218处,在方框218处,控制器150响应于操作人员提供的信号而致动提升致动器114并移动倾斜致动器124以保持目标定向。然而,如果压力异常地高,则该方法移至方框219处,在方框219处,控制器停止致动倾斜致动器124并继续致动提升致动器。在这个实例中,目标定向保持不变。只要方法200处于第二模式下,方框210就继续运行。

第三操作模式

当操作人员选择了第三操作模式时,允许操作人员选择一个或多个目标位置,工具承载装置130可定位至该一个或多个目标位置。根据本公开内容,在第三操作模式期间,该方法可以进入所谓的目标模式。更具体地,当操作人员使用提升臂控制输入以驱动至此处所述的目标位置时,该操作是目标模式操作。再次简要地参照图2,控制器150接收来自位置设置输入装置165的、用于设置一个或两个位置的位置设置信号165A以及来自启动输入装置166的启动输入信号166A。该第三模式允许操作人员激发(energize)回位特征,这将有利地使工具承载装置返回到预定位置,而不需要由操作人员致动倾斜控制输入装置163。此外,操作人员将具有选择一预定义位置或两个不同的预定义位置的选择权,工具承载装置130可返回到上述预定义位置。根据本公开内容,使工具承载装置130返回到预定义位置包括控制提升驱动器114和倾斜致动器124二者以通过致动提升臂致动器将工具承载装置定位在正确的高度处并通过致动倾斜致动器以将工具承载装置定位在正确的定向处。

图5示出了图3的方框230所指定的在第三操作模式下控制提升臂120和工具承载装置130的方法。在方框235处,操作人员设置操作人员将能够使工具承载装置130返回至其处的一位置或更多位置。在一个实施例中,一个或两个存储的或预设的目标位置在每一个运行周期开始时被重置。在替代实施例中,它们可以根据命令而重置,或者从一个运行周期延续至下一个运行周期。一旦操作人员设置好一个位置或更多位置,操作人员可以启动回位程序,如方框245所示。

图6更详细地示出了根据一个示例性实施例的如图5的方框235概述的设置操作人员将能够使工具承载装置130返回到其处的一位置或更多位置的过程。在方框236处,控制器150接收设置位置指示以将工具承载装置130的当前位置设置为返回位置。设定位置指示包括至少经由设置输入信号165A来自位置设置输入装置165的指示,如图2所示。设置位置指示不仅指示当前位置将被保存为预设状态,而且指示当前位置是否将被设置为单一的位置或两个位置中之一。在方框237处,对设置位置指示是否用于单一预设目标位置或者用于两个预设目标位置中之一作出判定。如果控制器150判定当前位置将被保存为单一预设状态,则该方法移至方框239处并保存单一预设状态,并且控制器150仅能够返回到这一个位置。在一些实施例中,控制器150可以向显示器发送指示以提醒操作人员已经设置了单一位置。

如果在方框237处,控制器150判定设置位置指示用于两个预设目标位置中之一,则该方法移至方框238处,在方框238处,控制器150基于所提供的指示保存当前位置。

如上所述,位置设置输入装置165向控制器150提供位置设置信号165A,从而当控制器150将要设置工具承载装置130的当前位置(即、提升臂120的位置和工具承载装置的定向)时发出信号。在一个实施例中,当控制器接收位置设置信号165A时控制器150检查来自提升臂控制输入装置162的信号162A。来自提升臂控制输入162的信号162A用于与位置设置信号165A结合来确定控制器150是否应当存储单一的预设目标位置或两个预设目标状态。

当操作人员致动位置设置输入装置165时,控制器150通过读取来自提升臂控制输入装置162的信号162A而开始。在位置设置输入装置165被致动期间,控制器150将不提供用以移动提升致动器114和倾斜致动器124的控制输入116、118。相反,提升臂控制输入装置162在位置设置输入装置165被致动时的移动指示当前位置是如何被保存的。如果提升臂控制输入162在位置设置输入165被致动时保持处于中位位置,则控制器150判定操作人员打算设定(have)单一的预设目标位置。如果提升臂控制输入装置162在位置设置输入装置165被致动时移动离开中位位置,则控制器判定操作人员打算设定两个预设目标位置。如果操作人员在位置设置输入装置165被致动时以将会指示降低提升臂120的意图的方式移动提升臂控制输入装置162,则工具承载装置130的当前位置被存储在第一位置中并且在提升臂的操作期间仅能够在提升臂120当前定位成高于所存储的位置时在方框245(下面更详细地论述)处被访问。然而,如果操作人员在位置设置输入装置165被致动时以将会指示升高提升臂120的意图的方式移动提升臂控制输入装置162,则工具承载装置130的当前位置被存储在第二位置中并且在提升臂的操作期间仅能够在提升臂120当前定位成低于所存储的位置时在方框245处被访问。

图7更详细地示出了方框245,其示出第三操作模式下的工具承载装置的定位。在方框246处,控制器150接收来自启动输入装置166的启动输入信号166A。启动输入信号166A向控制器150指示其应当准备致动提升致动器114和倾斜致动器124以使工具承载装置返回到预设目标位置。在一个实施例中,控制器150不会仅响应于启动输入装置166的致动而使工具承载装置130被定位到预设目标位置。还将需要操作人员致动提升臂控制输入装置162。提升臂控制输入装置162的致动将选择提升臂行进方向以及行进速度。一旦已经接收了启动输入信号166A和来自提升臂控制输入装置162的信号二者,该方法就在目标模式下运行。

在方框247处,控制器150将进行检查以确保存储了至少一个预设目标位置。在一个实施例中,预设目标位置在运行周期的开始被清除(cleared),并且,除非预先存储了预设目标位置,方法245将不运行以返回到调遣位置(position maneuver)。如果没有预先存储位置,则不执行调遣位置回位并且退出目标模式。如果设置至少一个位置,则该方法移至方框248处,并且控制器150检查是否预设了单一的位置或者是否预设了两个位置。如果预设了单一的位置,则该方法移至方框249处,并判定提升臂控制输入装置162是否在正确的方向上被致动。正确的方向是指提升臂控制输入装置162应当被致动成朝向预设目标位置驱动提升臂120。将提升臂传感器126测量的提升臂120的位置与预设目标位置进行比较。如果提升臂传感器126指示提升臂120在预设目标位置之上,则操作人员必须致动提升臂控制输入装置162以降低提升臂120。相反,如果提升臂120定位于预设目标位置之下,则操作人员必须致动提升臂控制输入装置以升高提升臂120。

如果判定操作人员未在正确的方向上致动提升臂控制输入装置,则退出目标模式,并且不改变工具承载装置的位置,即使提升臂可响应于提升臂控制输入装置的致动而移动。然而,如果判定操作人员是在正确的方向上致动提升臂控制输入装置,则在方框250处控制器致动提升臂致动器114以朝向其目标位置移动提升臂并且在必要时致动倾斜致动器124以驱动工具承载装置到正确目标定向。该方法保持处于目标模式,从而朝向正确的提升臂位置和目标定向移动,直到达到这些位置或者操作人员停止致动提升臂控制输入装置162或沿相反方向致动提升臂控制输入装置。在这些情况中的任何情况下,均退出目标模式,并且停止提升臂的移动和倾斜,直到使提升臂控制返回到中位位置并随后将其重新激活。在一些实施例中,如果操作人员停止提供启动输入信号166A,则退出目标模式并使提升臂的移动停止。在一些其它实施例中,在目标模式中仅使提升臂朝向目标位置移动,而没有对倾斜进行控制。

提升臂致动器114和倾斜致动器124移动的速度取决于操作人员致动提升臂控制输入162的量,同时受制于最大可允许速度,在一些实施例中,该速度在不处于目标模式时总是低于最大可允许速度。提升臂致动器162被致动越多,提升臂120和工具承载装置130就朝向它们各自的预设目标位置和预设目标定向移动得越快。随着提升臂120朝向预设目标位置移动,最大可允许速度减小。图8示出了在提升臂接近预设目标位置时,最大可允许的提升臂速度如何线性地减小。在一些实施例中,朝向预设目标位置的所有移动均对提升臂的最大速度具有类似的限制,甚至在操作人员通过控制提升臂控制输入装置而设置高达最大可允许速度的速度而保持以小于最大允许速度的速度移动提升臂的能力时。虽然这里论述了移动至目标位置包括控制提升臂的位置和倾斜的定向,但在一些实施例中,移动至目标位置可包括仅控制提升臂直到其达到目标位置,而不考虑倾斜定向的位置。

返回到图7和方框248,如果控制器150具有两个预设目标位置,则该方法移至方框251。在方框251处,控制器判定控制信号是否指示升高提升臂的意图。如果是,则该方法移至方框252,在方框252处,控制器150控制提升臂130移动到第二预设提升臂目标位置或预设提升臂目标位置中更高的一者,假如提升臂位置低于预设目标位置的话。然而,如果控制器判定控制信号指示降低提升臂的意图,则该方法移至方框253,在方框253处,控制器150控制提升臂130移动到第一预设提升臂目标位置或预设提升臂目标位置中更低的一者,假如提升臂位置高于预设的较低的目标位置的话。在每种情况下,该方法都进入目标模式并且如上所述运行以朝向目标位置驱动提升臂,并且、可选地、向目标定向驱动倾斜动作直到发生了使该方法退出目标模式的活动(到达目标、提升臂输入的丢失)。

图9示出了根据另一示例性实施例的具有用于控制提升臂320和工具承载装置330的控制器350的动力机械300。动力机械300在许多方面与动力机械100相似,并且相似的部件具有相似的附图标记。例如,框架310大体上与框架110相似。动力机械300具有枢转地联接至框架310的提升臂320和附接至提升臂320的工具承载装置330。提升致动器314联接至框架310和提升臂320。提升致动器314可操作成相对于框架310移动提升臂320。倾斜致动器324联接至提升臂320和工具承载装置330,并且可操作成使工具承载装置330相对于提升臂320旋转。

动力源340与提升致动器314和倾斜致动器324的每一者通信。动力源340提供用于控制提升致动器314和倾斜致动器324的控制信号316和318。定向传感器332提供表示工具承载装置330相对于重力的定向的信号。换句话说,工具承载装置330相对于重力的定向可被视为工具承载装置330相对于作用在动力机械、工具承载装置和任何附加的工具上的地球引力的方向的定向。压力传感器328与动力源340通信,并向控制器150提供表示动力源340中给定位置处的压力的信号。如将在下文论述的那样,来自压力传感器328的信号提供提升致动器314上的负载的指示,甚至可以指示提升致动器是否被致动。多个用户输入装置360能够由操作人员操控以向控制器350提供各种控制信号。用户输入装置360可包括用于控制提升致动器314和倾斜致动器324的输入装置。此外,提供一个或多个用户输入装置360以允许操作人员选择用于控制提升臂320和工具承载装置330的定位的模式。

图10示出了选择用于控制诸如动力机械300的动力机械的提升致动器和倾斜致动器的操作模式的方法400。为了便于说明,参照动力机械300对方法400进行描述,但方法400也可以与其它动力机械结合。在方框402处,从用户输入装置360接收用于选择操作模式的模式信号。基于接收到的信号,控制器350将选择三种模式中的一种。在方框404处,该方法判定模式信号是否指示第一模式。如果指示第一模式,则该方法移至方框406。如果未指示第一模式,则该方法移至决策框408。在方框406处,选择了第一模式。当处于第一模式时,提升臂320的移动由提升臂输入装置控制,而工具承载装置的移动由倾斜输入装置控制。换句话说,提升臂320和工具承载装置330的移动仅由被指定为提供用于相应的提升致动器314和倾斜致动器324的控制信号的用户输入装置360控制。在一些实施例中,第一模式是默认的操作模式。

返回到决策框408,如果控制器350判定指示第二模式,则该方法移至方框410。如果控制器350判定未指示第二模式,则该方法移至方框412。在方框410处,选择了第二模式。当处于第二模式时,控制器350在没有来自操作人员的任何控制输入的情况下、随着提升臂被升高和降低而操作以保持工具承载装置相对于重力的恒定定向。也就是,当操作人员操控用于致动提升臂致动器314的选定的操作人员输入装置360以升高并降低提升臂320并且不操控用于操控倾斜致动器的输入装置时,控制器350致动倾斜致动器324以保持恒定定向,该恒定定向可由传感器332测量。

在方框412处,控制器350选择第三操作模式。在第三操作模式中,控制器350在接收到信号时能够降低提升臂320并将工具承载装置330移至预定定向。工具承载装置的预定定向可以是被编程到控制器350中且不可调整的定向,或者是由操作人员设置的可选定向。响应于来自操作人员的激活信号,控制器350将分别向提升致动器314和倾斜致动器324提供信号316和318。

应当注意,动力机械300不包括测量提升致动器314或提升臂320的位置的任何类型的传感器。然而,压力传感器328——如果其被适当地放置在动力源340内——能够感测提升臂320何时被充分降低。更具体地,当提升臂320充分降低抵靠机械止挡部时,向提升致动器施加信号316不会导致液压压力的积聚。因此,向提升致动器提供信号316时传感器328感测到的低压将指示提升臂被充分降低。由于控制器350不能肯定地感测提升臂320或提升致动器314的精确位置,第三模式中的回位被限制为返回到提升臂的充分降低位置,因为只有通过由压力传感器328感测到的压力的变化和对提升致动器被激活的方向的了解,控制器才可推断出提升臂320定位的位置——是否被充分降低。

应当理解,上述方法和动力机械能够以包含所公开构思的各种实施例实现。这些不同的实施例落在本公开内容的范围内,并且附图和说明应被解释为包含这样的实施例。示例性的方法和动力机械的实施例概括如下。这些概括的示例性实施例的特征可由本领域技术人员以各种组合的方式结合,并且这样的组合被视为落在本公开内容的范围内。

在另一实施例中,可包括诸如测斜仪之类的多个位置传感器,从而相对于动力机械的重心、提升臂的重心和/或工具承载装置的重心的位置均能够被确定。在这些实施例中,即使动力机械在非平坦地形上运行,提升臂和工具承载装置/工具二者均能够返回到相对于重力的预定位置或定向。使用这种定位在动力机械本身上、定位在提升臂上以及定位在工具或工具承载装置上的传感器,能够以可替代的方式实现上述所有实施例。

使用定位在动力机械的框架上的第一测斜仪,可在操作期间始终知晓机械框架的姿态。在动力机械的基准定向(例如,该机械在平坦地面上的姿态)和提升臂几何形状均已知的情况下,可使用机械框架及提升臂的定向的当前测量值来确定提升臂的位置的计算结果。当机械在非平坦地形上移动时,即使提升臂已相对于框架移动,框架及提升臂的定向也将改变。然而,由于两个定向均已改变,控制器将能够进行补偿并确定提升臂相对于框架保持恒定位置。同样,通过工具或工具承载装置上的传感器,可使用所公开的构思控制和保持相对于重力的定向。

尽管参照优选实施例对本发明进行了说明,但本领域技术人员将认识到,在不偏离本文论述的构思的精神和范围的情况下,可在形式和细节上对所公开的实施例进行更改。

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