动态工作区域的制作方法

动态工作区域的制作方法
【专利摘要】本发明涉及动态工作区域，提供一种用于限定岩石钻机的工作区域的方法，包括：确定至少一个当前输入参数；在控制单元中基于所述至少一个当前输入参数和至少一个固定的到达范围参数来确定限定了所述凿钻单元的到达范围的工作区域；在显示器上显示所述工作区域的图形表示；和响应于所述输入参数上的变化而重新确定所述工作区域并动态更新所述工作区域的所述图形表示。所述当前输入参数例如可以是所述岩石钻机的朝向或孔参数。
【专利说明】动态工作区域
【技术领域】
[0001]仅应被视为非限制性示例的所公开的实施例涉及岩石钻机，并且更具体地是，涉及在显示器上呈现岩石钻机的工作区域。
【背景技术】
[0002]目前，通常利用预先确定的孔参数，所述预先确定的孔参数可以例如基于凿钻计划。当牵引钻机作业时，可以在图形用户界面的显示器上显示钻机相对于凿钻计划的一个或多个所计划的孔的位置。
[0003]用户界面也是已知的，所述用户界面显示岩石钻机的某种类型的工作区域，即呈现岩石钻机从其位置起的凿钻范围的区域。然而，当以这种方式呈现凿钻范围时，工作区域典型被限定为在岩石钻机的周围显示的固定区域，即仅仅关于岩石钻机的位置方面更新具有固定形状的工作区域。然而，这种固定的工作区域始终只是近似值，并不能反映真实的工作区域。因此，当例如试图优化凿钻时，操作者不能信赖这一信息。

【发明内容】

[0004]下文介绍了本发明的简化的和非限制性的概要以提供本发明的某些方面的基本了解。本发明的不同方面包括在独立权利要求中所限定的一种方法、一种组件、一种用户界面和一种岩石钻机。本发明的进一步的实施例在从属权利要求中公开。
[0005]根据一个方面，一种用于限定岩石钻机的工作区域的方法包括:确定以下当前输入参数中的至少一个:所述岩石钻机的朝向和孔参数；在所述控制单元中基于所述至少一个当前输入参数和至少一个固定的到达范围参数来确定限定了所述凿钻单元的到达范围的工作区域；在所述显示器上显示所述工作区域的图形表示；和响应于输入参数上的变化而重新确定所述工作区域并动态更新所述工作区域的所述图形表示，其中通过指示能够从所述岩石钻机的当前位置钻出的一个或多个孔来显示所述工作区域。这种岩石钻机优选包括:可移动的载体；至少一个钻臂，所述至少一个钻臂枢转连接到所述载体；凿钻单元，所述凿钻单元布置在所述钻臂上；以及至少一个控制单元和至少一个连接到所述至少一个控制单元的显示器装置。
[0006]根据另一个方面，一种用于岩石钻机的设备，所述设备包括:用于确定以下当前输入参数中的至少一个的装置:所述岩石钻机的朝向和孔参数；至少一个控制单元，所述至少一个控制单元被构造用以:基于所述至少一个当前输入参数和至少一个固定的到达范围参数来确定限定了所述凿钻单元的到达范围的工作区域，并且响应于所述输入参数上的变化而重新确定所述工作区域并动态更新所述工作区域的所述图形表示；和至少一个显示器，所述至少一个显示器被构造用以将所述岩石钻机的所述工作区域显示为图形表示，这通过指示能够从所述岩石钻机的当前位置钻出的一个或多个孔来显示。
[0007]根据第三方面，一种岩石钻机的用户界面，包括至少一个显示器，其中，所述显示器被构造用以:将岩石钻机的工作区域显示为图形表示，所述图形表示基于以下当前输入参数中的至少一个被确定:所述岩石钻机的朝向和孔参数，其中通过指示能够从所述岩石钻机的当前位置凿钻的一个或多个孔来显示工作区域。
[0008]根据一个实施例，将钻臂的运动模型存储为固定的到达范围参数，所述运动模型包括至少所述钻臂的影响其到达范围的尺寸、接头和所述接头的移动范围；并且利用所述运动模型信息作为用于确定所述工作区域的基础。
[0009]根据第二实施例，用于确定岩石钻机的朝向的装置包括至少一个检测装置。
[0010]根据第三实施例，确定所述钻臂的至少一个接头的移动范围；和利用所述移动范围作为用于确定所述工作区域的固定的到达范围参数。
[0011]根据第四实施例，所述凿钻单元包括至少一个岩石凿钻机构和钻具；并且所述设备进一步包括用于确定所述钻具的朝向并利用该朝向作为用于确定所述工作区域的当前输入参数的装置；并且所述显示器被构造用以通过显示所述钻具相对于所述工作区域的位置来显示所述工作区域的所述图形表示。
[0012]根据第五实施例，所述岩石钻机的位置被确定并被用作用于确定所述工作区域的进一步的输入参数。
[0013]根据第六实施例，所述至少一个孔参数包括以下参数中的至少一个:孔倾角、孔方向和孔位置。
[0014]根据第七实施例，以下装置中的至少一个用于确定所述岩石钻机的朝向:倾角传感器、角度传感器和/或线性运动传感器。
[0015]根据第八实施例，所述控制单元和所述显示器中的至少一个相对于所述岩石钻机远离定位。
[0016]根据第九实施例，一种岩石钻机，所述岩石钻机包括上述设备。
[0017]本发明的方法和设备的优点是，与通过利用基于预定义的参数得出的在岩石钻机周围呈现的固定的工作区域近似值而获得的相比，利用实际的当前输入参数给予操作者所要显示的工作区域的明显更精确的限定。因此，操作者能够更准确地评估例如在不移动钻机的情况下是否能够钻孔。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]在下文中本发明将通过参考附图的优选实施例被更详细地描述，其中
[0019]图1a和图1b示意性示出不同的岩石钻机；
[0020]图2示意性示出用于限定岩石钻机的工作区域的设备；
[0021]图3示意性描述了用于限定岩石钻机的工作区域的方法；以及
[0022]图4a至图4d示意性示出工作区域的不同的图形表示。
【具体实施方式】
[0023]对本领域的技术人员将是明显的是，随着技术的进步，本发明的概念能够以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求书的范围内变化。
[0024]图1a中所示的岩石钻机I包括可移动的载体2，可移动的载体2设置有一个或多个凿钻钻臂3。凿钻单元7包括进给梁4、凿钻机构5和进给装置，所述进给装置设置在钻臂3的一端。凿钻机构5以可移动的方式设置在进给梁4上，且因此在作业过程中能够沿进给梁4移动。凿钻装备6设置到岩石凿钻机构5。凿钻装备6包括一个或多个钻杆6a和钻具6b，例如钻头，钻杆6a和钻具6b以本身已知的方式彼此连接。岩石钻机I还可以包括一个或多个接头11，例如，接头11使钻臂3与可移动的载体2彼此结合，使进给梁4与钻臂3或钻臂3的各段(如图1b中的第一钻臂段3a和第二钻臂段3b)彼此结合。
[0025]这种类型的岩石钻机及其作业以及包括上面提到的那些的结构部件通常是已知的，且因此没有必要更详细地解释它们。
[0026]岩石钻机I还可以包括至少一个控制单元8、至少一个显示器9和至少一个检测装置10。例如，这些将结合图2更详细地描述。在不同的实施例中，控制单元8和显示器9可以至少部分地形成为岩石钻机I的实体部件，或者控制单元8和显示器9中的一个或两个可以相对于岩石钻机I远离定位。岩石钻机I也可以被远程控制。
[0027]图1b示意性示出另一种类型的岩石钻机，所描述的工作区域的限定可以适用于这一类型的岩石钻机。相同的附图标记用于与结合图1a所解释的那些结构部件具有类似功能的结构部件。对本领域的技术人员显而易见的是，这些仅为示例，并且在权利要求书中所描述的工作区域的限定还可适用于许多其它类型的岩石钻机。
[0028]图2示意性示出用于限定岩石钻机I的工作区域的设备。如上文所述，这种岩石钻机可以包括:可移动的载体2 ;至少一个钻臂3，该至少一个钻臂3关于载体2可移动；凿钻单元7，凿钻单元7包括进给梁4 ;凿钻机构5和布置在钻臂3上的进给装置；以及至少一个控制单元8和连接到该至少一个控制单元8的至少一个显示器9装置。如上文所述，图1a和图1b示意性示出这样的岩石钻机的一些示例，但在所述附图中未示出控制单元和显示器装置。应当理解，在可选实施例中，图2的设备在钻机之外(例如以远程控制装置或系统的方式)实施。
[0029]设备可以包括至少一个检测装置10、至少一个控制单元8和至少一个显示器9。所述至少一个控制单元8可以包括至少一个处理器和至少一个包括计算机程序代码的存储器，存储器和计算机程序代码被配置用以当在至少一个处理器中执行计算机程序代码时，基于至少一个当前输入参数和至少一个固定的到达范围(reach)参数来至少确定描述了凿钻单元3的到达范围的工作区域，和响应于输入参数上的变化来动态重新确定所述工作区域。更具体地，凿钻单元3的到达范围描述了附接于凿钻单元的凿钻装备的到达范围，且因此描述了钻具6b的移动范围的边界。在不同的实施例中，存储器和计算机程序代码还可以被配置用以执行在本说明书中所公开的各种方法步骤或功能，或者其组合。
[0030]当前输入参数是动态可变的参数，所述参数在作业过程中可以变化，并且所述参数可以影响工作区域的大小、形状和/或位置。在一些实施例中，当前输入参数可以是所述至少一个检测装置10的输出，或是在其基础上来确定的。然而，一些输入参数可以从其它信息源(如在控制单元8中收集或存储的信息)接收，并且除了来自检测装置的输入参数之外还可以利用这些参数。
[0031]当前输入参数可以包括岩石钻机I的朝向，在一些实施例中，所述朝向可以包括岩石钻机I的倾角和/或方向，例如相对于岩石凿钻计划的方向。当前输入可以包括至少一个当前应用的孔参数。然而，可以理解的是，当前输入参数还可以包括确定工作区域所需的其它可变信息。输入参数可以包括例如钻臂3附接于载体2所在的点的位置、钻具的朝向、岩石钻机的上部相对于载体2的摆动角、岩石钻机的位置或影响钻具6b的当前到达范围或移动边界的任何其它参数，或者上述的任意组合。
[0032]固定的到达范围参数可以包括:钻臂的至少一个接头的可能的接头角度，即移动范围；至少一个钻臂段3a、3b的尺寸和/或其它特征；可能的钻臂段3a、3b相对于彼此的移动范围；钻臂附接于载体2所在的点相对于在岩石钻机定位系统中使用的点的位置；可以被存储在的存储器中且例如利用所述接头来确定的钻臂的运动模型；和影响钻具的工作区域和移动边界的大小、形状和/或位置的钻臂特性和/或岩石钻机的其它固定特征，或者上述的任何组合。稍后在本说明书中更详细地描述运动模型。
[0033]在本说明书中，物体的朝向可以包括与在物体的长度方向和/或侧向方向上的物体的方向和/或倾角有关的信息。孔参数可以包括例如孔倾角、孔方向、孔位置或其任意组
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[0034]检测装置10可以包括用于确定岩石钻机的朝向的装置和/或用于检测其它相关参数(如上文列出的其它输入参数)的装置。检测装置10因此可以包括一个或多个本身已知的传感器，如倾角传感器、角度传感器和/或线性运动传感器。
[0035]显示器可以被构造用以将岩石钻机的工作区域呈现为图形表示。这样的图形表示的一些示例结合图4a至图4d描述。
[0036]图3示意性描述用于限定岩石钻机的工作区域的方法。所述方法包括至少以下步骤:确定301至少一个当前输入参数；在控制单元中基于至少一个当前输入参数和至少一个固定的到达范围参数来确定302限定了凿钻单元的到达范围的工作区域；在显示器上显示303所述工作区域的图形表示；和响应于当前输入参数上的变化而重新确定304所述工作区域并动态更新所述工作区域的所述图形表示。
[0037]在不同的实施例中，当前输入参数可以包括但不限于岩石钻机的朝向、进给梁的尖端(point)的位置、进给梁的尖端的朝向、钻具的朝向、岩石钻机的位置或其任意组合。
[0038]所述至少一个固定的到达范围参数可以包括但不限于:钻臂的接头的移动范围；至少一个钻臂段3a、3b的尺寸和/或其它特征；可能的钻臂段3a、3b相对于彼此的移动范围；钻臂附接于载体2所在的点相对于在岩石钻机定位系统中使用的点的位置；可以例如利用所述接头而确定的钻臂的运动模型；和影响钻具的工作区域和移动边界的大小和形状的钻臂特性和/或岩石钻机的其它固定特征，或者上述的任何组合。
[0039]类似地，所述方法于是可以包括以下一个步骤或几个步骤:确定所述输入参数和/或固定的到达范围参数中的一个或几个参数。在实施例中，钻臂的运动模型可以包括至少影响钻臂的到达范围和钻具6b的移动范围的边界的、钻臂及其各段的尺寸、接头和可能的接头角度，即接头的移动范围。岩石钻机I的上部也可以能相对于载体2 (例如绕载体2的横向轴线)摆动，这也可以影响钻臂3的到达范围，且因而还影响钻具6b的移动范围的边界。
[0040]在不同的实施例中，结合图3描述的方法可以包括利用用于确定岩石钻机的朝向的倾角传感器的信息。
[0041]在不同的实施例中，所述工作区域的所述图形表示可以包括对于钻具相对于工作区域的位置的表示。这样的图形表示的示例结合图4d描述。
[0042]在进一步的实施例中，所述方法还可以包括:从存储器中检索至少一个待凿钻的孔的倾角设定、方向和/或深度和/或其它孔参数。在一些其它实施例中，类似的信息可以由操作者利用为此目的配置的用户界面手动地输入。所述工作区域的所述图形表示可以包括对于在不移动载体的情况下是否能够从当前位置钻出孔的表示。例如，孔参数可以是单个孔的方向和倾角，或者所述孔参数可以基于预定的凿钻计划。在其它实施例中，孔和孔参数可以在凿钻时现场确定，可以不存在任何预定义的参数，并且/或者孔的位置可以是未知的。在一些实施例中，孔参数可以是完全未知的，但是用户界面可以显示用于特定类型的孔(即具有特定参数的孔，例如竖直孔或具有12度倾角的孔)的工作区域。
[0043]在某些进一步的实施例中，所述方法可以进一步包括将岩石钻机引导到能凿钻多个孔的位置和朝向。这样的图形表示的示例结合图4b和图4c描述。
[0044]工作区域还可以基于不同于岩石钻机I的朝向的其它输入参数来确定。例如，用作用于确定工作区域的基础的输入参数可以包括与孔有关的参数，如计划要凿钻的至少一个孔的倾角设定、方向和深度，并且基于该信息显示工作区域。在其它实施例中，输入参数可以包括任何上述的参数或其任意组合。例如，当在大致平坦的地面上进行作业时，未利用岩石钻机的朝向的这一确定可以提供足够精确的工作区域确定。
[0045]在一些实施例中，可以利用卫星定位系统(GNSS)如伽利略、GPS或格洛纳斯(Glonass)坐标系用于确定岩石钻机的位置和朝向。
[0046]在实施例中，可以基于至少一个待凿钻的孔的孔参数确定工作区域12。从岩石钻机I的当前位置凿钻所述孔所需的例如凿钻钻臂3的至少一个接头11的接头角度能够基于孔参数被确定。然后，所需的接头角度能够与所述至少一个接头11的可能的移动范围进行比较。如果所需的接头角度在相应的接头的移动范围之外，则孔30不能从岩石钻机I的当前朝向和/或位置被达到并且/或者钻出，即其在所述工作区域之外。基于反向运动学的这种类型的方法仅仅是确定工作区域的方式的一个示例。
[0047]图4a示意性示出在显示器上的工作区域的图形表示。在本实施例中，如上文所说明的那样被确定的工作区域12在显示器9上与岩石钻机I相关联地被显示出来。此外，还示出一些待凿钻的孔13，为清楚起见，只有所述待凿钻的孔13中的一些在图和下面的附图中编号。对本领域的技术人员显而易见的是，工作区域还能够以许多其它相应的方式示出，如利用不同的颜色、利用不同的阴影或网格等示出。在图4a中由虚线表示的另一个工作区域12’示出已响应于至少一个当前输入参数上的变化(例如岩石钻机I的倾角上的变化)而被重新确定的工作区域的位置、大小和形状上的一个可能的变化。在一些实施例中，工作区域可以被划分为几个子区域，例如基于确定利用在包括多个钻臂的岩石钻机中的每个钻臂而能够哪个区域等来进行划分。此外，在某些实施例中，不允许凿钻的区域可以从所显示的工作区域中排除，或者可以在同一用户界面中同时分开显示。
[0048]图4b示意性示出另一个实施例的工作区域的图形表示。在本实施例中，通过利用不同的符号(像在图4b中的符号+)指示孔13’而示出如在上文说明的那样被确定的工作区域，为清楚起见，在图中仅一个所述孔被编号，所述孔能够从岩石钻机I的当前位置被钻出，即在不移动岩石钻机的情况下被钻出。在图4b中，符号X用来指示从岩石钻机I的当前位置不能钻出的孔13。对本领域的技术人员显而易见的是，能或不能从岩石钻机的当前位置钻出的孔13、13’的呈现还能够以许多相应的方式示出，如利用不同的颜色、不同类型或宽度的线条等示出。
[0049]图4c示意性示出又一个实施例的工作区域的图形表示。在本实施例中，如上文所说明的那样被确定的工作区域以将图4a的可视工作区域12与能或不能从岩石钻机I的当前位置钻出的孔13、13’、13’’的不同的可视表示相结合的方式示出。这与图4a的相比通常可以通过提供更多信息的方式来表示工作区域12，这是因为有可能存在虽然会落入一般为典型的孔类型确定的工作区域12内但例如由于其倾角设定或其它参数或特性而不能从当前位置钻出的孔13’ ’。类似地，在某些情况下，一些落入工作区域12外的孔如果具有合适的特性，则可以在不移动凿岩钻机I的情况下可能被钻出。
[0050]图4d示意性示出又一个实施例的工作区域的图形表示。本实施例类似于图4a的实施例，但还显示相对于如上文所述的那样被确定的工作区域12的钻具6b的当前位置。另一方面，在显示器上未显示岩石钻机I。事实上，在岩石钻机I相对于显示在显示器上的区域定位(例如定位在显示器的中间底部)的情况下，如果对于操作者是明显的，则在上文所说明的实施例中显示岩石钻机I也是不必要的。在一些实施例中，岩石钻机I和工作区域12可以在更大的地图上示出，例如在总的凿钻计划上示出，在这种情况下，为清楚起见，在显示器上显示岩石钻机I可以是必要的。
[0051]在实施例中，钻机的控制系统可以基于所确定的工作区域和所计划进行凿钻的至少一个孔来向操作者指示以下中的至少一个:需要移动岩石钻机1、需要改变岩石钻机的倾角和需要移动钻臂以凿钻最接近的孔或选择的待被凿钻的孔。控制系统可以为操作者提供关于以下方面的指令:例如为到达特定孔而应该移动钻臂所到的方向和/或待被改变的当前输入参数和/或其它为到达所述孔所要采取的行动。
[0052]上文所述的方法、设备和用户界面可以用于手动操作的半自动或全自动的岩石钻机I中。在一些实施例中，控制系统可以例如通过计算各接头为到达待凿钻的孔而需要的角度来引导操作者并指令操作者。在某些进一步的实施例中，在载体2和/或凿钻单元7已被自动或由操作者手动引向所选择的孔之后，控制系统可以自动将凿钻单元7定位在待凿钻的孔的起点处。
【权利要求】
1.一种用于限定岩石钻机的工作区域的方法，所述岩石钻机包括:可移动的载体；至少一个钻臂，所述至少一个钻臂枢转连接到所述载体；凿钻单元，所述凿钻单元布置在所述钻臂上；以及至少一个控制单元和至少一个连接到所述至少一个控制单元的显示器装置，所述方法包括: 确定以下当前输入参数中的至少一个:所述岩石钻机的朝向和孔参数； 在所述控制单元中基于所述至少一个当前输入参数和至少一个固定的到达范围参数来确定限定了所述凿钻单元的到达范围的工作区域； 在所述显示器上显示所述工作区域的图形表示；和 响应于所述至少一个当前输入参数上的变化而重新确定所述工作区域并动态更新所述工作区域的所述图形表示，其中所述至少一个显示器装置构造用以通过指示能够从所述岩石钻机的当前位置钻出的一个或多个孔来显示所述工作区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括:确定所述岩石钻机的位置并利用该位置作为用于确定所述工作区域的进一步的输入参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个孔参数包括以下参数中的至少一个:孔倾角、孔方向和孔位置；并且其中，所述工作区域通过指示在不移动所述岩石钻机的情况下能够从当前位置钻出的一个或多个孔来显示。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括:存储钻臂的运动模型作为固定的到达范围参数，所述运动模型包括至少所述钻臂的影响其到达范围的尺寸、接头和所述接头的移动范围；和利用所述运动模型的信息作为用于确定所述工作区域的基础。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中， 所述方法进一步包括:确定所述钻臂的至少一个接头的移动范围；和利用所述移动范围作为用于确定所述工作区域的所述至少一个固定的到达范围参数。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述凿钻单元包括至少一个岩石凿钻机构和钻具； 其中，所述方法进一步包括:确定所述钻具的朝向并利用该朝向作为用于确定所述工作区域的当前输入参数；并且 其中，所述工作区域的所述图形表示包括显示所述钻具相对于所述工作区域的位置。
7.一种用于岩石钻机的设备，所述设备包括 用于确定以下当前输入参数中的至少一个的装置:所述岩石钻机的朝向和孔参数； 至少一个控制单元，所述至少一个控制单元被构造用以:在所述控制单元中基于所述至少一个当前输入参数和至少一个固定的到达范围参数来确定限定了所述凿钻单元的到达范围的工作区域，并且响应于所述至少一个当前输入参数上的变化而重新确定所述工作区域并动态更新所述工作区域的所述图形表示；和 至少一个显示器，所述至少一个显示器被构造用以将所述岩石钻机的所述工作区域显示为图形表示，其中，所述至少一个显示器被构造用以通过指示能够从所述岩石钻机的当前位置钻出的一个或多个孔来显示所述工作区域。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其中，所述设备进一步包括用于存储钻臂的运动模型以作为固定的到达范围参数和利用所述运动模型信息作为用于确定所述工作区域的基础的装置，所述运动模型包括至少所述钻臂的影响其到达范围的尺寸、接头和所述接头的移动范围。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述设备，其中，所述凿钻单元包括至少一个岩石凿钻机构和钻具； 其中，所述设备进一步包括用于确定所述钻具的朝向并利用该朝向作为用于确定所述工作区域的当前输入参数的装置；并且 其中，所述显示器被构造用以通过显示所述钻具相对于所述工作区域的位置来显示所述工作区域的所述图形表示。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个孔参数包括以下参数中的至少一个:孔倾角、孔方向和孔位置。
11.根据权利要求6至10中的任一项所述的设备，其中，所述用于确定所述岩石钻机的朝向的装置包括以下装置中的至少一个:倾角传感器、角度传感器和/或线性运动传感器。
12.根据权利要求6至11中的任一项所述的设备，其中，所述控制单元和所述显示器中的至少一个相对于所述岩石钻机远离定位。
13.一种岩石钻机的用户界面，包括至少一个显示器，其中，所述显示器被构造用以:将岩石钻机的工作区域显示为图形表示，所述图形表示基于以下当前输入参数中的至少一个被确定:所述岩石钻机的朝向和孔参数；以及响应于所述至少一个当前输入参数上的变化而动态更新所述工作区域的所述图形表示。
14.一种岩石钻机，其中， 所述岩石钻机包括根据权利要求7至12中的任一项所述的设备。
【文档编号】E21B44/00GK103485756SQ201310223826
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月6日 优先权日:2012年6月7日
【发明者】托米·海基莱, 尤哈·拉西拉, 亨利·苏瓦宁 申请人:山特维克矿山工程机械有限公司