提供连杆定位训练的挖掘系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及一种挖掘系统，并且更具体地涉及一种提供连杆定位训练的挖掘系统。
【背景技术】
[0002]诸如液压挖掘机、反铲机、正铲机、拉铲机以及其它种类重型设备的挖掘机器使用作业工具(例如铲斗)来移动土壤材料。作业工具通过连杆方式连接到机器的主体，并且经由附接到连杆的不同节段的一个或多个液压致动器来回运动。为了能够获利，操作人员必须在给定时间内用作业工具移动尽可能多的材料。并且为了移动尽可能多的材料，操作人员必须在机器的每次挖掘经过中正确地装填作业工具。这是很困难的，尤其是在操作人员不熟练、缺乏经验、或者被阻挡而不能适当地观察连杆和作业工具时。
[0003]于2012年10月18日公开的Taylor等人的美国专利公开申请N0.2012/0263566 ( “’ 566公开文献”)中公开了改进机器操作的一种尝试。具体地，’ 566公开文献公开了一种带有自动摆动到料斗(swing-to-hopper)控制系统的绳伊所述控制系统包括控制器，控制器追踪绳铲的提升(上/下)运动、塞进(crowd)(进/出)运动、和摆动(左/右)运动。然后控制器在绳铲位于料斗上方的期望位置时使绿色LED点亮。当绳?产的操作人员看见LED时，操作人员使绳伊^停止运动并倾卸其容纳物。
[0004]虽然’ 566公开文献的系统可通过帮助操作人员将绳铲适当地定位在用于倾卸的料斗上方来改进机器操作，但是所述系统并不是最优。特别是，在倾卸过程中绳铲的装载对生产材料运动的影响比铲的定位要大。例如，将较大的力从铲传递到材料中，以及随后的使铲装载相应较大量的材料会使绳铲具有更高的效率和生产力。并且‘566公开文献中的自动摆动到料斗系统不能影响铲的装载。此外，该自动摆动到料斗系统对除绳铲之外的机器缺乏适用性。
[0005]本发明公开的挖掘系统针对克服以上所述的一种或多种问题和/或现有技术中的其它问题。
【发明内容】
[0006]本发明一方面针对用于机器的挖掘系统。所述挖掘系统可包括作业工具、和将作业工具连接到机器的连杆。挖掘系统还可包括能够产生表示连杆的角度的信号的至少一个传感器、显示器、以及与所述至少一个传感器和显示器通信的控制器。控制器能够在连杆的角度处于期望的材料穿入角度范围内时选择性地使显示器通知挖掘系统的使用人员。
[0007]本发明另一方面针对控制具有作业工具的挖掘机器的方法。所述方法可包括感应连接到作业工具的连杆的角度。方法还可包括在角度处于期望的材料穿入角度范围内时产生通知。
【附图说明】
[0008]图1是示意性公开机器的等距视图；
[0009]图2是可连同图1的机器使用的示意性公开挖掘系统的示意图；和
[0010]图3-5是可与图2的挖掘系统相关联的不同的示意性公开显示器的示意图。
【具体实施方式】
[0011]图1示出具有协作挖掘并将材料装载到附近的拖运车辆12上的多个系统和组件的示意性挖掘机器10。在描绘的示例中，机器10是液压挖掘机。但是可以预见，机器10可以替代地为其它挖掘或物料搬运机器，例如反铲机、正铲机、拉铲挖掘机或其它类似的机器。除了其它的之外，机器10可包括能够在壕沟内或土堆处的挖掘位置18与倾卸位置20(例如拖运车辆12上方)之间运动作业工具16的挖掘系统14。机器10还可包括用于手动控制挖掘系统14的操作员控制台22。可以预见，如果需要的话机器10除了装车之外可执行诸如起吊、挖沟以及物料搬运的操作。
[0012]挖掘系统14可包括通过流体致动器运动作业工具16起作用的连杆。具体地，挖掘系统14可包括通过一对相邻的双作用液压缸28(图1中只示出I个)相对于作业表面26竖直枢转的吊杆24。挖掘系统14还可包括通过单个双作用液压缸36相对于吊杆24绕水平枢转轴32竖直枢转的杆30。挖掘系统14还可包括操作地连接到作业工具16以相对于杆30绕水平枢转轴40竖直地倾斜作业工具16的单个双作用液压缸38。吊杆24可枢转地连接到机器10的框架42，而框架42可枢转地连接到底盘44并通过一个或多个摆动马达49绕竖直轴线46摆动。杆30可利用枢转轴32和40将作业工具16枢转地连接到吊杆24。可以预见，如果需要的话，挖掘系统14内可包括以除上面所述之外的方式连接的更多或更少数量的流体致动器。
[0013]许多不同的作业工具16能够附接到单个机器10并且能够经由操作人员控制台22进行控制。作业工具16可包括用来执行特定任务的任何设备，例如铲斗、叶片、铲、碎土器或本领域已知的任何其它任务执行设备。虽然在图1的实施例中连接用以相对于机器10提升、摆动和倾斜，但是作业工具16可替代地或除此之外地以本领域已知的其它方式旋转、滑动、伸展、张开和关闭、或运动。
[0014]操作人员控制台22可配置成从机器操作人员接收表示期望的作业工具运动的输Ao具体地，操作人员控制台22可包括一个或多个输入设备50，具体例如，定位在操作人员座位(未示出)近侧的单轴线或多轴线操纵杆。输入设备50可以是比例式控制器，其能够通过产生表示特定方向上的期望作业工具速度和/或力的作业工具位置信号来定位和/或定向作业工具16。位置信号可用来致动任意一个或多个液压缸28、36、38和/或一个或多个摆动马达49。可以预见，操作人员控制台22内可替代地或除此之外地包括不同的输入设备，例如方向盘、旋钮、推拉设备、开关、踏板、以及本领域已知的其它操作人员输入设备。
[0015]在操作机器10的过程中，操作人员可从控制台22内部操纵输入设备50来升高和降低吊杆24、伸展和缩回杆30、以及卷起(curl)和定准(rack)作业工具16。并且操作人员协调这些功能的方式会影响挖掘周期的每阶段中移动材料的量。具体地，当最大的力从机器10的连杆传递到材料中时，可将最大量的材料装载到作业工具16中。并且这可在连杆的节段在期望的材料穿入范围内运动时发生。例如，在利用作业工具16的材料穿入过程中当杆30以约0° ( S卩，竖直并与重力方向对准)和约35°之间的角度α定向远离框架42延伸时，并且当作业工具16的大致平的底部52以约正交于杆30的角度β (例如，约±10°内)定向时，可将最大的力传递到材料中并且可将相应最大量的材料铲起到作业工具16中。虽然对于有经验的操作人员来说这些角度范围是常识，但是对于缺乏经验的操作人员来说以这种方式控制机器10是很困难的。为此，机器10可设置有能够训练操作人员的挖掘控制器54。
[0016]如图2所示，挖掘控制器54能够监视机器10的操作并在机器10的连杆的运动处于可使机器10具有最高效率和生产力的期望范围内时选择性地通知操作人员。在公开的示例中，控制器54可与开/闭训练开关56和多个传感器通信。除了其它的之外，传感器可包括吊杆角度传感器58、杆角度传感器60、作业工具角度传感器62、摆动角度传感器63、俯仰传感器64、以及一个或多个压力传感器66。在从不同开关/传感器56-64接收输入之后，控制器54可将机器连杆的当前位置与期望范围进行比较，并选择性地使显示器68通知操作人员比较情况。
[0017]控制器54可包括协作完成符合本发明的任务的存储器、二级储存设备、时钟、以及一个或多个处理器。许多市场上可购得的微处理器能够执行控制器54的功能。应该认识到控制器54易于具体化为能够控制机器10的许多其它功能的一般机器控制器。各种已知电路可与控制器54相关联，包括信号调节电路、通信电路、以及其它适合的电路。还应该认识到控制器54可包括能够允许控制器54执行根据本发明的功能的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机系统、以及逻辑电路中的一个或多个。
[0018]开/闭开关56能够允许操作人员选择性地启动储存在控制器54的存储器内的训练程序。当按下(或由操作人员通过其它方式操纵)开关56时，控制器54可被启动以开始监视机器操作并使显示器68选择性地通知操作人员关于机器的性能和操作人员的绩效。当控制器54关闭时(S卩，当通过开关56关闭训练程序时)，操作人员可不通过显示器68接收绩效通知。在一些例子中，还可在训练程序仍然运行时阻止来自显示器的通知，但是控制器54已经确定机器10正在执行与训练程序不相关联的操作(例如，行进或未挖掘材料)。
[0019]吊杆角度传感器58、杆角度传感器60、以及作业工具角度传感器62可以是类似的并且以相同方式运行。具体地，这些传感器中的每个都能够产生表示相应连杆节段的由其关联致动器引起的枢转角度的信号。例如，吊杆角度传感器58能够产生表示液压缸28将吊杆24相对于机器框架42枢转的角度的信号；杆角度传感器60能够产生表不液压缸36将杆30相对于吊杆24枢转的角度的信号；并且作业工具角度传感器62能够产生表示液压缸38将作业工具16相对于杆30枢转的角度的信号。这些传感器中的每个都可采取本领域已知的任何形式。例如，传感器58-62可以是产生对应于相应缸的伸展长度的信号的缸伸展传感器，然后这些长度被控制器54用来根据机器10的已知运动特性计算上述角度。替代地，传感器58-62可直接与上述枢转接合部相关联并能够产生精确对应于枢转角度的信号。如果需要，也可使用其它类型的传感器。可将由传感器58-62产生的信号引导至控制器54用于进一步处理。
[0020]摆动角度传感器63，像传感器58-62，能够产生表示由摆动马达49所引起的框架42相对于底盘44的枢转角度的信号。摆动角度传感器63能够直接测量该枢转角度，或者替代地，与和本地参考单元和/或卫星接合的本地或全球定位系统相关联来确定机器10的摆动角度。可将由传感器63产生的信号引导至控制器54用于进一步处理。
[0021]俯仰传感器64能够产生表示机器10 (例如，底盘44的中心点)的定向(例如，纵向(pitch)、横向(roll)、和/或首向(yaw))的一个或多个信号。在公开的实施例中，俯仰传感器64是惯性测量单元(MU)，其具有产生表示机器定向相对于重力的改变的信号的一个或多个加速度计和/或陀螺仪。但是可以预见，俯仰传感器64可以替代地为与本地参考单元和/或卫星接合的本地或全球定位系统的部分以确定机器10的定向。可将由俯仰传感器64产生的信号引导至控制器54用于进一步处理。
[0022]压力传感器66可与一个或多个液压缸28、36以及38相关联，并且能够产生表示这