专利名称：对矿用电铲的采掘组件进行位置校准的方法
技术领域：
本发明大体上涉及定位机械设备的领域，并且具体地涉及象机械挖掘铲和矿用电 铲那样的机械设备。在一个实施例中，公开了一种校准传感器的系统，所述传感器测量矿用 电铲的提升和推挤运动，使得能够以比使用先前已知的方法可以获得的准确度更高准确度 地知道铲斗的位置。然而，应当理解，本发明不限于这种具体的使用领域。
背景技术：
在整个说明书中现有技术的任何讨论决不应当视为承认这样的现有技术是众所 周知的或者形成本领域的公知常识的一部分。矿用电铲被普遍地用于露天采矿中。准确了解这种机器的铲斗(或挖斗)的空间 位置是重要的，并且在若干工作环境中存在应用。示例包括 用于避免铲斗和障碍物之间的碰撞，包括自碰撞，的控制策略。 监视技术，这种有效载荷称量系统和矿石品级监视工具。铲斗位置的准确确定需要校准用于测量摇摆、推挤和提升运动的传感器。实际上， 这些传感器典型地是附连到所述机器的运动轴的致动器(例如电动机)的角位置传感器 (例如旋转解析器)。可以通过使用这些传感器读数结合所谓的正向运动图来建立铲斗位置，该正向运 动图将电动机的位置与铲斗的位置相关。校准相当于确定每个解析器的偏移量。当这些偏 移量被添加到所测量的传感器值时，它们通过正向运动图准确地建立实际的铲斗位置。可以使用指示摆动轴何时处于零位置的辅助装置来实现摆动解析器的校准。本领 域的技术人员可以容易地构造这种装置。提升和推挤运动常常被耦合并且需要更复杂的方 法。现代采矿铲的控制系统提供用于校准提升和推挤解析器偏移量的规程。这些规程 要求操作员将铲斗定位在一系列的指定位置。该过程依赖于操作员的判断并且实践中使用 这些方法对偏移量的确定是不准确的且不精确的。必须频繁地，例如当铲斗或提升绳改变 时，执行重新校准。Wauge (参 见 ffauge, D. 2007. Payload Estimation for Electric Mining Shovels, PhD Thesis, The University of Queensland, Australia)法来校准提升和推挤解析器的偏移量。这种技术产生准确的校准结果，但是一种费力并且 在生产环境中不适合。
发明内容
本发明的目标是克服或消除现有技术的至少一个缺点或者提供有用的可选方案。 至少根据一些实施例，本发明的目标是提供一种用于矿用电铲的采掘组件的位置校准的改 进的方法。依据本发明的第一方面，提供一种校准工作器具位置的方法，该工作器具附连到机器外壳，该方法包括以下步骤(a)定义包括固定到机器外壳的一组笛卡尔坐标轴的h空 间，其中(X，Z)平面位于机器外壳的矢状平面并且Y轴是正交的；(b)利用在h空间中的点 Ph= (xh,zh)处的距离测量传感器来创建由角度911表示的在h空间的()(h，Zh)平面中源自 Ph的定向测量线，沿该定向测量线进行距离测量；(C)定义包括固定到工作器具的一组笛卡 尔坐标轴的d空间；(d)在工作器具上的d空间中的点Pd = (xd, zd)处提供距离测量传感 器目标；(e)测量Ph和Pd之间的笛卡尔距离d;以及(f)测量用于驱动工作器具的电动机 的对应位置。所述工作器具可以包括铲柄和挖斗组件。采掘组件可以附连到提升和推挤电动机 并且所述方法还可以包括针对不同距离d将距离d与提升电动机的所测量位置Clhm和推挤 电动机的所测量位置d。m相关联。依据本发明的第二方面，提供一种用于允许校准工作器具位置的系统，该工作器 具附连到机器外壳，该系统包括(a)部件，用于定义包括固定到机器外壳的一组笛卡尔坐标轴的h空间，其中(X， Z)平面位于机器外壳的矢状平面并且Y轴是正交的；(b)部件，用于利用在h空间中的点Ph= (xh,zh)处的距离测量传感器来创建由角 度911表示的在h空间的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向测量线，沿该定向处理线进行距离 测量；(c)部件，用于定义包括固定到工作器具的一组笛卡尔坐标轴的d空间；(d)部件，用于在工作器具上的d空间中的点Pd= (xd,zd)处提供距离测量传感器 目标；(e)部件，用于测量Ph和Pd之间的笛卡尔距离d;以及(f)部件，用于测量用于驱动工作器具的电动机的对应位置。依据本发明的第三方面，提供被配置为执行本文描述的方法的计算机程序产品。计算机程序产品优选地存储在计算机可读介质上，并且适于提供工作器具位置的 校准，该工作器具附连到机器外壳，该计算机程序产品包括用于执行如本文描述的方法的 计算机可读程序构件。依据本发明的第四方面，提供计算机硬件，该计算机硬件包括被配置为执行如本 文描述的方法的一个或多个处理器。依据本发明的又一方面，提供一种使用距离测量传感器来校准矿用电铲的提升和 推挤位置测量传感器的偏移量的方法，其实质上如本文附解和/或示例中说明的本发 明任一实施例所描述。优选实施例包含使用独立距离传感器来确定关于提升和推挤运动位置传感器的偏 移量的改进，所述独立距离传感器测量机器外壳和挖斗柄组件上的已定义位置之间的距离。除非上下文另外清楚地要求，在整个说明书和权利要求书中字词“包括”、“包含” 等等要在包含意义上而不是排他或穷举的意义上进行解释，也就是说，要在“包含但不限 于”的意义上进行解释。
现在将参考附图来描述本发明的优选形式，其中
图1图解说明给拖运卡车装载的矿用电铲；图2图解说明矿用电铲的矢状平面内的h空间和d空间的定义；图3图解说明铲配置，其中在机器外壳上的光学距离传感器和采掘组件上的反射 器之间测量空间间距离；图4示出根据本发明的方法的示例流程图；以及图5示出根据本发明的系统的示例示意图。
具体实施例方式如图1所示，采矿铲以及其他类似挖掘机的操作中的基本特性在于机器的矢状平 面内的挖斗的运动通常与绕挖掘机的摆动轴的摇摆运动无关。在图2和图3中示出与优选实施例的讨论有关的几何变量的定义。按照以下方面描述优选实施例 指定固定到机器外壳的一组笛卡尔坐标轴，其中(X，Z)平面位于机器外壳的矢 状平面并且Y轴是正交的。由这些轴定义的笛卡尔空间被称为h空间。· h空间中的识别点Ph = (xh, zh)，其用作距离测量传感器的原点。 由角度911表示的在h空间的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向线，沿该定向线进 行距离测量；由这些参数定义的线被称为测量线。 指定固定到铲柄和挖斗(采掘)组件的一组笛卡尔坐标轴。由这些轴定义的笛 卡尔空间被称为d空间。· d空间中的识别点Pd = (xd, zd)表示距离测量传感器的“目标”。· ph和Pd之间所测量的笛卡尔距离d。 提升电动机的测量位置Clhm和推挤电动机的测量位置d。m。初始校准规程要求机器操作员操纵铲斗以便目标通过测量线。实践中，这相当于 优选低速地升高或降低挖斗。当看得见目标时，要求该校准系统记录距离测量结果d以及 提升和推挤电动机测量结果和d。m。在两个阶段中计算该校准偏移量。第一阶段的目的是计算眷真实的推挤延伸d。和鞍座角度θ s，其一起定义d空间相对于h空间的位置和 取向，以及 真实的提升延伸dh。电动机位置和d。m通过由机器的特定机械设计决定的传动比而与提升延伸和推 挤延伸相关。形容词“真实的”的使用这里指的是这些量的实际值，而与通过把解析器值乘 以具有不正确偏移量的适当传动比而获取的值不同。如果距离传感器原点相对于外壳空间的位置是(xh，zh)，并且距离测量结果和角度 仰角是(d，eh)，则外壳空间中的目标的位置矢量是vt = (vtx, vtz) = (xh+dcos θ h, zh+dsin θ h)从鞍座枢轴到d空间的χ轴的法向距离是鞍座小齿轮的半径rp。由矢量Vp= (vpx， vpz)定义鞍座小齿轮的中心相对于h空间原点的位置，可以使用下式从目标位置找出推挤 致动器的延伸
权利要求
1.一种校准工作器具位置的方法，该工作器具附连到机器外壳，该方法包括以下步骤(a)定义包括固定到机器外壳的一组笛卡尔坐标轴的h空间，其中(X，Z)平面位于机 器外壳的矢状平面并且Y轴是正交的；(b)利用在h空间中点Ph=(xh, zh)处的距离测量传感器来创建由角度911表示的在 h空间的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向测量线，沿该定向测量线进行距离测量；(c)定义包括固定到工作器具的一组笛卡尔坐标轴的d空间；(d)在工作器具上d空间中的点Pd= (xd, zd)处提供距离测量传感器目标；(e)测量ph和pd之间的笛卡尔距离d；以及(f)测量用于驱动工作器具的电动机的对应位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述工作器具包括铲柄和挖斗组件。
3.如权利要求2所述的方法，其中采掘组件附连到提升和推挤电动机并且所述方法还 包括针对不同距离d将距离d与提升电动机的所测量位置dta和推挤电动机的所测量位置 dcm相关联。
4.一种计算机程序产品，被配置为执行根据前面权利要求中任一项的方法。
5.一种计算机程序产品，存储在计算机可读介质上，该计算机程序产品适于提供工作 器具位置的校准，该工作器具附连到机器外壳，该计算机程序产品包括用于执行根据权利 要求1到3中任一项的方法的计算机可读程序构件。
6.计算机硬件，包括被配置为执行根据权利要求1到3中任一项的方法的一个或多个 处理器。
7.一种用于允许校准工作器具位置的系统，该工作器具附连到机器外壳，该系统包括(a)部件，用于定义包括固定到机器外壳的一组笛卡尔坐标轴的h空间，其中(X，Z)平 面位于机器外壳的矢状平面并且Y轴是正交的；(b)部件，用于利用在h空间中点Ph=(xh, zh)处的距离测量传感器来创建由角度eh 表示的在h空间的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向测量线，沿该定向测量线进行距离测量；(c)部件，用于定义包括固定到工作器具的一组笛卡尔坐标轴的d空间；(d)部件，用于在工作器具上在d空间中的点Pd=(xd, zd)处提供距离测量传感器目标；(e)部件，用于测量Ph和Pd之间的笛卡尔距离d；以及(f)部件，用于测量用于驱动工作器具的电动机的对应位置。
8.一种使用距离测量传感器来校准矿用电铲的提升和推挤位置测量传感器的偏移量 的方法，实质上如本文附解和/或示例中说明的本发明任一实施例所描述。
9.一种校准工作器具位置的方法，实质上如本文附解和/或示例中说明的本发明 任一实施例所描述。
10.一种用于允许校准工作器具位置的系统，该工作器具附连到机器外壳，该系统实质 上如本文附解和/或示例中说明的本发明任一实施例所描述。
全文摘要
本发明涉及定位机械设备的领域，并且具体地涉及象机械挖掘铲和矿用电铲那样的机械设备。在一个实施例中，公开了一种校准传感器的系统，所述传感器测量矿用电铲的提升和推挤运动，使得能够以比使用先前已知的方法可以获得的准确度更高准确度地知道铲斗的位置。
文档编号G01C3/00GK102047075SQ200980119972
公开日2011年5月4日 申请日期2009年3月31日 优先权日2008年4月1日
发明者保罗·马丁·西格里斯特, 凯文·约翰·奥斯汀, 安东尼·沃尔顿·里德, 彼得·罗斯·麦卡里 申请人:Cmte发展有限公司