作业机器的物体响应控制系统的制作方法

发明领域

本公开涉及一种用于作业机器的物体响应控制系统，并且更具体地，涉及当感测到意料外的物体时激活物体响应。

背景技术：

作业机器通常在恶劣的环境中操作，其中一个可能包含尖锐和锯齿状的火山岩。在作业机器向前推进时，一些材料(例如，火山岩)可能严重损坏作业机器及其框架的地面接合支撑件。然而，这种损坏仅当附件处于运载或倾倒位置中时发生，在所述位置，将附件连接到作业机器的连杆、附件和载荷堆妨碍了所述操作者沿所述行进路径的视野。以下公开内容有助于解决作业机器的潜在损坏问题，并且提高其在这样的环境中在操作期间的安全性。

技术实现要素：

提供本发明内容以引入下面在详细描述和附图中进一步描述的一些概念的选集。本发明内容不意在标识所附权利要求书的关键或基本特征，也不意在用于帮助确定所附权利要求书的范围。

本公开包含物体响应控制系统，所述物体响应控制系统允许用于作业机器的控制系统，以便当在所述作业机器的行进路径中感测到意料外的物体时以及当所述作业机器的附件满足某些位置要求时激活物体响应。更具体地，当所述附件达到高于预定阈值的高程位置时，激活物体响应。

根据本公开的一个方面，以下是用于作业机器的物体响应控制系统，所述作业机器具有：框架；纵向轴线；地面接合支撑件，所述地面接合支撑件用以在地理表面上支撑所述框架；和原动机，所述原动机安装在所述作业机器上，其中所述原动机驱动地联接到所述地面接合支撑件。所述原动机在所述地理表面上方推进所述作业机器。

所述控制系统包括：悬臂，所述悬臂可枢转地联接到所述框架；附件，所述附件可枢转地附接到所述悬臂，所述附件在横向于所述作业机器的纵向轴线的方向上延伸；物体传感器；悬臂传感器，所述悬臂传感器适于传递悬臂位置信号；附件传感器，所述附件传感器适于传递附件位置信号；和控制器。所述物体传感器适于感测在所述作业机器的行进路径中存在位于所述地理表面上的意料外的物体，并且进一步适于在感测到在所述地理表面上的意料外的物体时传递物体信号。所述控制器适于接收所述悬臂位置信号，接收所述附件位置信号，基于所述悬臂位置信号和所述附件位置信号而计算附件高程位置；并且进一步适于在计算出附件高程位置高于预定阈值并且接收到物体信号时激活物体响应。计算高程位置可以进一步包括识别所述附件的类型。

所述系统进一步包括操作者站。所述操作者站由所述框架支撑，并且限定操作者在面向所述附件时操作所述作业机器的位置。所述预定阈值由其中操作者沿所述行进路径的视野至少部分地被所述附件阻挡的高程水平限定。

所述附件可以是铲斗、叉形件或矛形件。

所述物体传感器可以进一步适于在所述作业机器的行进路径中感测到在所述地理表面上的意料外的物体并且感测到意料外的物体在高程上低于所述作业机器的附件时激活第二物体信号。

所述物体传感器可以进一步适于在操作者站的挡风玻璃的视场内透过挡风玻璃从操作者的视角感测所述意料外的物体的存在。

所述物体传感器可以包括激光传感器、雷达传感器、红外传感器、声学传感器、光传感器、颜色传感器和相机中的至少一个。

所述控制器进一步适于在计算出所述附件高程位置低于所述预定阈值时停用所述物体响应。

所述物体响应可以是听觉警报、视觉指示符、所述作业机器的推进速度的自动降低和所述地面接合支撑件的自动电动液压制动中的至少一个。

根据本公开的一个方面，一种用于为作业机器提供物体响应控制的方法可以包含以下步骤中的一个或多个：在所述地理表面上的行进路径中推进所述作业机器；感测在所述作业机器的行进路径中位于所述地理表面上的意料外的物体；当在所述作业机器的行进路径中感测到在所述地理表面上的意料外的物体时传递物体信号；传递悬臂位置信号；传递附件位置信号；基于所述悬臂位置信号和所述附件位置信号而计算附件高程位置；和在计算出附件高程位置高于预定阈值并且接收到物体信号时激活物体响应。所述预定阈值可以限定其中当从操作者站操作所述作业机器时操作者沿所述行进路径的视野至少部分地被所述附件阻挡的附件高程水平。操作者沿所述行进路径的视野由在操作者站的挡风玻璃的视场内操作者透过挡风玻璃的的视角来限定。所述附件可以包括铲斗、叉形件和矛形件。所述高程位置的计算可以进一步包括识别附件的类型。

所述方法可以进一步包括：在计算出附件高程位置低于所述预定阈值时，停用所述物体响应。

所述方法可以进一步包括：当在所述作业机器的行进路径中感测到在所述地理表面上的意料外的物体并且感测到所述意料外的物体在高程上低于所述作业机器的附件时激活所述第二物体响应。所述物体响应是听觉警报、视觉指示符、推进速度的自动降低和所述地面接合支撑件的自动电动液压制动中的至少一个。

依据以下详细描述和附图，这些和其它特征将变得显而易见，其中借助于图示的方式示出和描述了各种特征。本公开能够具有其它和不同的配置，并且其多个细节能够在各种其它方面中进行修改，所有这些都不脱离本公开的范围。因此，详细描述和附图在本质上被认为是图示性的而不是制约性的或限制性的。

附图说明

附图的详细描述参考附图，其中：

图1a是作业机器的实施例的示意性侧视图，所述作业机器具有可枢转地联接到框架的悬臂和在装载位置中可枢转地联接到悬臂的附件；

图1b是处于第一运载位置中的1a中的实施例的示意性侧视图；

图1c是处于第二运载位置中的1a中的实施例的示意性侧视图；

图2是图1a中的实施例的局部俯视图；

图3是物体响应控制系统的框图；

图4a是一种类型的附件铲斗的示意性侧视图；

图4b是一种类型的附件矛形件的示意性侧视图；

图4c是一种类型的附件叉形件的示意性侧视图；

图5是用于为作业机器提供物体响应控制的方法的流程图。

具体实施方式

在以上附图和以下详细描述中公开的实施例并不意在是穷举性的或将本公开限制于这些实施例。而是，在不脱离本公开的范围的情况下可以进行几种变化和修改。

图1a到图1c图示具有物体响应控制系统20(在图3中示出)的作业机器10，物体响应控制系统20适于在计算出附件高程位置30高于预定阈值并且接收到物体信号40时激活物体响应。图1a到图1c中所示的特定作业机器10是装载机。然而，要注意的是，其它作业机器(例如，推土机、滑移装载机、挖掘装载机、挖沟机等)可以是等同的并且在本公开的范围内。作业机器10具有框架50，沿着框架50的长度延伸的纵向轴线60和用于在地理表面80上支撑框架50的地面接合支撑件70。地面接合支撑件70可以包含轨道、轮子或有助于移动作业机器的其它支撑件。原动机(未示出)(例如，内燃机)安装在框架50上，并且通过传统装置(例如，机械流体或静液压传动装置(未示出))驱动地联接到地面接合支撑件70。原动机使地面接合支撑件70移动，并且在地理表面80上方推进作业机器10。

如图3中所示，系统20包括可枢转地联接到框架50的悬臂90(图1a到图1c)、可枢转地联接到悬臂90的附件100(图1a到图1c)、物体传感器(110a或110b)、悬臂传感器120、附件传感器130和控制器140。现在转到图1a到图1c，悬臂90可以包括可枢转地安装在框架50上以围绕轴线160枢转的向前突出的悬臂斗杆150，以及可枢转地安装在悬臂斗杆的外端部处以用于围绕轴线180进行枢转运动的附件100(例如，铲斗)。附件100在横向于作业机器10的纵向轴线60的方向上延伸。

如图3中所示，悬臂传感器120适于传递悬臂位置信号125。附件传感器130适于传递附件位置信号135。控制器140适于接收悬臂位置信号125，接收附件位置信号135，并且基于悬臂位置信号125和附件位置信号135而计算附件高程位置30(在图1a到图1c中示出)。控制器140可以进一步适于在计算出附件高程位置30高于预定阈值并且接收到物体信号40时激活物体响应145。附件100可以是铲斗190、叉形件200、矛形件210或类似的附件，如图4a到图4c中所示。可以相对于作业机器的框架50计算附件高程位置30。附件高程位置30可以进一步计算为从附件的底部表面到其中地面接合支撑件70接合地理表面80的距离的高程高度。

现在参考图1a到图1c和图2，在作业机器的一个实施例中，t形杆连杆250可以将框架50与附件100和悬臂斗杆150互连。连杆可以包括单一的十字形双臂曲柄260，十字形双臂曲柄260包括前向斗杆220、后向斗杆230和侧向斗杆240。图2示出了双臂曲柄260的十字形配置。双臂曲柄260的前向斗杆220可枢转地联接到附件100以围绕轴线180枢转。后向斗杆230借助于中间液压缸270可枢转地联接到框架50。中间液压缸270的头端部280连接到框架50以围绕轴线285枢转，而杆290可枢转地连接到双臂曲柄260以围绕轴线295枢转。

悬臂90通过一对液压缸340提升和下降，一对液压缸液压缸340在作业机器10的每一侧部上一个。液压缸340的头端部可枢转地连接到框架50以围绕轴线160枢转。液压缸340的杆端部可枢转地连接到悬臂斗杆150以围绕轴线410枢转。

在操作中，悬臂90可以从如图1a中所图示的装载位置移动到如图1b或图1c中所示的运载位置。这可以通过延伸液压缸340并且同时通过缩回中间液压缸270将附件100回滚到运载位置来实现。在运载位置中，工具中的负载可以被运输到另一个要被卸下的位置。在这个升高的运载位置中，在操作者面向附件100时，从操作者站320实现的操作者沿所述行进路径310的视野300(由虚线标示)通常至少部分地被附件100并且有可能包含负载(未示出)阻挡。操作者的视野300可以被定义为操作者透过操作者站320的挡风玻璃330并且在挡风玻璃330的视场内的行进路径310的视角。当在运载位置中运输负载时，作业机器可能会在视场中遇到障碍物(例如，大的坚硬岩石、碎石、在采石场中发现的石头)，这可能会对它的地面接合支撑件70或框架50造成不可修复的损坏。然而，在如图1a中所示的装载位置中，附件简单地用附件100“铲起”障碍物。物体响应控制系统20用控制器140解决这个问题，控制器140适于在计算出附件高程位置30高于预定阈值并且遇到意料外的物体时激活物体响应，从而仅当满足这个最小预定阈值时激活物体响应。这个预定阈值可以由其中操作者沿所述行进路径310的视野300至少部分地被附件100(例如，在如图1b和图1c中所示的运载位置中)阻挡的附件高程水平位置30限定。

如前所述，附件高程位置30可以基于来自至少一个悬臂传感器120的悬臂位置信号125和来自至少一个附件传感器130的附件位置信号135来计算。

悬臂传感器120(在图3中示出)可以与由液压缸340施加的附件100的垂直枢转运动相关联(即，与悬臂斗杆150相对于框架50的升高和下降运动相关联)。具体地，悬臂传感器120可以是与在悬臂构件150与框架50之间的枢转接头相关联的角位置或速度传感器、与液压缸340相关联的位移传感器、与将附件100附接到框架50或附件本身的任何连杆构件相关联的局部或全局坐标位置或速度传感器、与操作者输入装置相对于操作站320的移动相关联的位移传感器、或可以产生指示悬臂90相对于作业机器10的框架50的枢转位置或速度的信号的本领域中已知的任何其它类型的传感器。

附件传感器130可以与由液压缸280施加的附件的枢转相关联。具体地，附件传感器130可以是与液压缸280内的一个或多个腔室相关联的压力传感器、与附件的枢转连接件相关联的应变计量器、负荷传感器或在作业机器10的装载、运载和倾倒操作期间产生指示机器的附件100的枢转力和/或位置的信号的本领域中已知的任何其它类型的传感器。

通过控制器140计算附件高程位置30可以进一步包括识别附件100的类型。控制器可以配置作业机器10的物体响应控制系统20，物体响应控制系统20包括可操作以控制多个不同附件的操作的系统，每个附件具有一组与其相关联的参数，所述参数影响作业机器的系统中的至少一些的操作。物体响应控制系统20可以基于下述方面而识别联接到作业机器的特定附件，一方面是基于当附件联接到作业机器10时由与附件相关联的附件识别系统(rfid、蓝牙等)产生的信号，或者另一方面是基于用于基于联接到作业机器10的特定附件100选择多组不同的操作参数中的任何一个的操作者可选择命令。在识别时，当计算附件高程位置30时，控制器可以考虑附件的尺寸参数或几何形状，因为悬臂位置信号125和附件位置信号135可以基于附件100的尺寸参数而转换到不同的附件高程位置30。另外，其中可以触发物体响应的预定阈值基于附件100的尺寸参数也将是不同的。例如，铲斗附件有各种配置，例如，展开(roll-out)铲斗、抓取铲斗、除雪铲斗和岩石铲斗。每个铲斗附件可以具有不同的尺寸参数，其中对于每个相应的铲斗，铲斗的底部表面与地理表面之间的高程高度将是不同的。此外，附件100的典型使用和功能还可以确定附件高程位置30。

控制器140可以进一步适于在计算出附件高程位置30高于预定阈值并且接收到来自物体传感器110的物体信号40时激活物体响应。控制器140可以进一步适于在计算出附件高程位置30低于预定阈值时停用物体响应145。例如，当作业机器10从运载位置(如图1b和图1c中所示)返回到装载位置(如图1a中所示)时，任何物体响应将变得不活动，因为附件将“铲起”在作业机器10的行驶路径310中的任何意料外的物体。另外，当控制器140计算出位置低于预定阈值时，物体响应控制系统20在感测到意料外的物体时激活物体响应145的能力将是不活动的。

物体传感器可以是激光传感器、雷达传感器、红外传感器、声学传感器、光传感器、颜色传感器或相机。物体传感器(110a和110b且通称为110)可以定位在低于预定阈值的高程高度处位于作业机器的前表面上或附近的第一位置110a中。将物体传感器110定位在这个第一位置110a中易于检测到附件100是处于装载位置中还是处于运载位置中。在一个示例中，当附件定位在装载位置中(图1a中所示)并且由此在相机的视场中时，是相机的物体传感器110可以自动地检测附件的制造商的签名颜色，并且禁止系统20激活物体响应145的能力。一旦附件移出相机的视场，系统20然后就将自动启用以激活物体响应。可替选地，物体传感器110可以位于作业机器的前表面上或附近的位置110b中，位置110b高于预定阈值。物体传感器110b可以进一步适于在操作者站的挡风玻璃的视场内透过挡风玻璃从操作者的视角感测意料外的物体的存在。当检测到意料外的物体时，第二位置110b将提供物体响应145，此时操作者的视场300至少部分地被阻挡。物体传感器110可以联接到控制器140上的物体识别软件，该物体识别软件进一步处理物体信号40，并且将所感知的感测物体验证为意料外的。

物体传感器110可以适于在作业机器的行进路径中感测到在地理表面上的意料外的物体并且感测到意料外的物体在高程上低于作业机器10的附件100(即，当附件在运载位置中时，直接在附件下方)时激活第二物体信号。在作业机器的行进路径中的意料外的物体接近作业机器并且借此成为对地面接合支撑件70和/或框架50的直接威胁时，第二物体信号可以激活增强的物体响应。这将向操作者发出手动响应的信号，或者作业机器10可以处于自动产生物体响应(例如，自动液压制动)的模式中。

物体响应145可以是听觉警报350、视觉指示符360、作业机器的推进速度的自动降低370、作业机器的转向375、或地面接合支撑件的自动电动液压制动380。这些是其中物体响应处于其中操作者被警告并且指挥作业机器的手动模式中或者处于其中作业机器自动响应的自动模式中的多个示例。例如，当物体响应是视觉指示符360时，物体响应处于手动模式中。这个视觉指示符可以包含行进路径的被投射到挡风玻璃上的投射视觉显示器，其中感测到的意料外的物体被突出显示。可替选地，投射视觉显示器可以仅突出显示感测到的意料外的物体，并且使突出显示的物体与操作者的视角对准，使得投射在挡风玻璃330上的图形元素与透过挡风玻璃看到的相应物体重叠。这种形式的视觉指示符允许操作者在不必将视线从行进路径310移开的情况下观察感知到的危险。

前述公开的特征物体响应控制系统有利地为作业机器提供半自动能力，同时基本上改善其安全性并且减少对作业机器和/或其附件的潜在损坏。

图5图示了用于为作业机器10提供物体响应控制系统30的方法，作业机器10具有：框架50；纵向轴线，所述纵向轴线沿着框架50的长度延伸；地面接合支撑件70，地面接合支撑件70用以在地理表面80上支撑框架50；原动机，所述原动机安装在作业机器10上并且驱动地联接到地面接合支撑件；操作者站，所述操作者站由框架支撑；悬臂90，悬臂90可枢转地联接到框架50；附件100，附件100可枢转地联接到悬臂90，并且附件在横向于作业机器的纵向轴线的方向上延伸。

在步骤410处，方法包括在地理表面80上的行进路径310中推进作业机器10。原动机(未示出)安装在作业机器上，其中原动机通过传统装置(例如，机械流体或静液压传动装置)驱动地联接到地面接合支撑件70。原动机使地面接合支撑件70移动并且在地理表面80上方推进作业机器10。

在步骤420处，方法包括感测在作业机器10的行进路径310中位于地理表面80上的意料外的物体。这通常将由位于作业机器10的前向区域上的物体传感器110来完成。物体传感器110可以是激光传感器、雷达传感器、红外传感器、声学传感器、光传感器、颜色传感器、或相机。

在步骤430处，方法包括当在作业机器10的行进路径310中感测到在地理表面80上的意料外的物体时传递物体信号40。物体传感器110可以将物体信号40传递到控制器140。物体传感器110可以联接到控制器140上的物体识别软件，物体识别软件进一步处理物体信号40，并且将所感知的物体验证为意料外的。

在步骤440处，方法包括传递悬臂位置信号125。

在步骤450处，方法包括传递附件位置信号135。

在步骤460处，方法包括基于悬臂位置信号125和附件位置信号135而计算附件高程位置30。

在步骤470处，方法确定附件位置信号135是否高于预定阈值。

在步骤480处，如果是，然后则激活物体响应模式。激活的物体响应模式使得物体响应控制系统20能够在作业机器的行进路径310中感测到意料外的物体时启用物体响应145。物体响应145可以是听觉警报350、视觉指示符、作业机器的推进速度的自动降低370、作业机器的转向375或地面接合支撑件的自动电动液压制动380。

在步骤490处，如果不是，那么则物体响应模式保持不活动或变为不活动。物体响应模式的不活动或者停用物体响应模式在作业机器的行进路径中检测到意料外的物体时禁止物体响应145；或者关闭物体传感器110；或者在感测到意料外的物体时禁止物体信号40的传递。

本文中所讨论的任何方法、过程或系统中的步骤或操作中的一个或多个可以省略、重复或重新排序，并且在本公开的范围内。

虽然上文描述了本公开的示例性实施例，但是这些描述不应该以制约性或限制性意义来看待。而是，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可以进行多个变化和修改。