對礦用電鏟的採掘組件進行位置校準的方法

2023-08-13 10:08:51 2

專利名稱：對礦用電鏟的採掘組件進行位置校準的方法
技術領域：
本發明大體上涉及定位機械設備的領域，並且具體地涉及象機械挖掘鏟和礦用電 鏟那樣的機械設備。在一個實施例中，公開了一種校準傳感器的系統，所述傳感器測量礦用 電鏟的提升和推擠運動，使得能夠以比使用先前已知的方法可以獲得的準確度更高準確度 地知道鏟鬥的位置。然而，應當理解，本發明不限於這種具體的使用領域。
背景技術：
在整個說明書中現有技術的任何討論決不應當視為承認這樣的現有技術是眾所 周知的或者形成本領域的公知常識的一部分。礦用電鏟被普遍地用於露天採礦中。準確了解這種機器的鏟鬥(或挖鬥)的空間 位置是重要的，並且在若干工作環境中存在應用。示例包括 用於避免鏟鬥和障礙物之間的碰撞，包括自碰撞，的控制策略。 監視技術，這種有效載荷稱量系統和礦石品級監視工具。鏟鬥位置的準確確定需要校準用於測量搖擺、推擠和提升運動的傳感器。實際上， 這些傳感器典型地是附連到所述機器的運動軸的致動器(例如電動機)的角位置傳感器 (例如旋轉解析器)。可以通過使用這些傳感器讀數結合所謂的正向運動圖來建立鏟鬥位置，該正向運 動圖將電動機的位置與鏟鬥的位置相關。校準相當於確定每個解析器的偏移量。當這些偏 移量被添加到所測量的傳感器值時，它們通過正向運動圖準確地建立實際的鏟鬥位置。可以使用指示擺動軸何時處於零位置的輔助裝置來實現擺動解析器的校準。本領 域的技術人員可以容易地構造這種裝置。提升和推擠運動常常被耦合併且需要更複雜的方 法。現代採礦鏟的控制系統提供用於校準提升和推擠解析器偏移量的規程。這些規程 要求操作員將鏟鬥定位在一系列的指定位置。該過程依賴於操作員的判斷並且實踐中使用 這些方法對偏移量的確定是不準確的且不精確的。必須頻繁地，例如當鏟鬥或提升繩改變 時，執行重新校準。Wauge (參 見 ffauge, D. 2007. Payload Estimation for Electric Mining Shovels, PhD Thesis, The University of Queensland, Australia)法來校準提升和推擠解析器的偏移量。這種技術產生準確的校準結果，但是一種費力並且 在生產環境中不適合。

發明內容
本發明的目標是克服或消除現有技術的至少一個缺點或者提供有用的可選方案。 至少根據一些實施例，本發明的目標是提供一種用於礦用電鏟的採掘組件的位置校準的改 進的方法。依據本發明的第一方面，提供一種校準工作器具位置的方法，該工作器具附連到機器外殼，該方法包括以下步驟(a)定義包括固定到機器外殼的一組笛卡爾坐標軸的h空 間，其中(X，Z)平面位於機器外殼的矢狀平面並且Y軸是正交的；(b)利用在h空間中的點 Ph= (xh,zh)處的距離測量傳感器來創建由角度911表示的在h空間的(h，Zh)平面中源自 Ph的定向測量線，沿該定向測量線進行距離測量；(C)定義包括固定到工作器具的一組笛卡 爾坐標軸的d空間；(d)在工作器具上的d空間中的點Pd = (xd, zd)處提供距離測量傳感 器目標；(e)測量Ph和Pd之間的笛卡爾距離d;以及(f)測量用於驅動工作器具的電動機 的對應位置。所述工作器具可以包括鏟柄和挖鬥組件。採掘組件可以附連到提升和推擠電動機 並且所述方法還可以包括針對不同距離d將距離d與提升電動機的所測量位置Clhm和推擠 電動機的所測量位置d。m相關聯。依據本發明的第二方面，提供一種用於允許校準工作器具位置的系統，該工作器 具附連到機器外殼，該系統包括(a)部件，用於定義包括固定到機器外殼的一組笛卡爾坐標軸的h空間，其中(X， Z)平面位於機器外殼的矢狀平面並且Y軸是正交的；(b)部件，用於利用在h空間中的點Ph= (xh,zh)處的距離測量傳感器來創建由角 度911表示的在h空間的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向測量線，沿該定向處理線進行距離 測量；(c)部件，用於定義包括固定到工作器具的一組笛卡爾坐標軸的d空間；(d)部件，用於在工作器具上的d空間中的點Pd= (xd,zd)處提供距離測量傳感器 目標；(e)部件，用於測量Ph和Pd之間的笛卡爾距離d;以及(f)部件，用於測量用於驅動工作器具的電動機的對應位置。依據本發明的第三方面，提供被配置為執行本文描述的方法的電腦程式產品。電腦程式產品優選地存儲在計算機可讀介質上，並且適於提供工作器具位置的 校準，該工作器具附連到機器外殼，該電腦程式產品包括用於執行如本文描述的方法的 計算機可讀程序構件。依據本發明的第四方面，提供計算機硬體，該計算機硬體包括被配置為執行如本 文描述的方法的一個或多個處理器。依據本發明的又一方面，提供一種使用距離測量傳感器來校準礦用電鏟的提升和 推擠位置測量傳感器的偏移量的方法，其實質上如本文附解和/或示例中說明的本發 明任一實施例所描述。優選實施例包含使用獨立距離傳感器來確定關於提升和推擠運動位置傳感器的偏 移量的改進，所述獨立距離傳感器測量機器外殼和挖鬥柄組件上的已定義位置之間的距離。除非上下文另外清楚地要求，在整個說明書和權利要求書中字詞「包括」、「包含」 等等要在包含意義上而不是排他或窮舉的意義上進行解釋，也就是說，要在「包含但不限 於」的意義上進行解釋。


現在將參考附圖來描述本發明的優選形式，其中
圖1圖解說明給拖運卡車裝載的礦用電鏟；圖2圖解說明礦用電鏟的矢狀平面內的h空間和d空間的定義；圖3圖解說明鏟配置，其中在機器外殼上的光學距離傳感器和採掘組件上的反射 器之間測量空間間距離；圖4示出根據本發明的方法的示例流程圖；以及圖5示出根據本發明的系統的示例示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，採礦鏟以及其他類似挖掘機的操作中的基本特性在於機器的矢狀平 面內的挖鬥的運動通常與繞挖掘機的擺動軸的搖擺運動無關。在圖2和圖3中示出與優選實施例的討論有關的幾何變量的定義。按照以下方面描述優選實施例 指定固定到機器外殼的一組笛卡爾坐標軸，其中(X，Z)平面位於機器外殼的矢 狀平面並且Y軸是正交的。由這些軸定義的笛卡爾空間被稱為h空間。· h空間中的識別點Ph = (xh, zh)，其用作距離測量傳感器的原點。 由角度911表示的在h空間的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向線，沿該定向線進 行距離測量；由這些參數定義的線被稱為測量線。 指定固定到鏟柄和挖鬥(採掘)組件的一組笛卡爾坐標軸。由這些軸定義的笛 卡爾空間被稱為d空間。· d空間中的識別點Pd = (xd, zd)表示距離測量傳感器的「目標」。· ph和Pd之間所測量的笛卡爾距離d。 提升電動機的測量位置Clhm和推擠電動機的測量位置d。m。初始校準規程要求機器操作員操縱鏟鬥以便目標通過測量線。實踐中，這相當於 優選低速地升高或降低挖鬥。當看得見目標時，要求該校準系統記錄距離測量結果d以及 提升和推擠電動機測量結果和d。m。在兩個階段中計算該校準偏移量。第一階段的目的是計算眷真實的推擠延伸d。和鞍座角度θ s，其一起定義d空間相對於h空間的位置和 取向，以及 真實的提升延伸dh。電動機位置和d。m通過由機器的特定機械設計決定的傳動比而與提升延伸和推 擠延伸相關。形容詞「真實的」的使用這裡指的是這些量的實際值，而與通過把解析器值乘 以具有不正確偏移量的適當傳動比而獲取的值不同。如果距離傳感器原點相對於外殼空間的位置是(xh，zh)，並且距離測量結果和角度 仰角是(d，eh)，則外殼空間中的目標的位置矢量是vt = (vtx, vtz) = (xh+dcos θ h, zh+dsin θ h)從鞍座樞軸到d空間的χ軸的法向距離是鞍座小齒輪的半徑rp。由矢量Vp= (vpx， vpz)定義鞍座小齒輪的中心相對於h空間原點的位置，可以使用下式從目標位置找出推擠 致動器的延伸
權利要求
1.一種校準工作器具位置的方法，該工作器具附連到機器外殼，該方法包括以下步驟(a)定義包括固定到機器外殼的一組笛卡爾坐標軸的h空間，其中(X，Z)平面位於機 器外殼的矢狀平面並且Y軸是正交的；(b)利用在h空間中點Ph=(xh, zh)處的距離測量傳感器來創建由角度911表示的在 h空間的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向測量線，沿該定向測量線進行距離測量；(c)定義包括固定到工作器具的一組笛卡爾坐標軸的d空間；(d)在工作器具上d空間中的點Pd= (xd, zd)處提供距離測量傳感器目標；(e)測量ph和pd之間的笛卡爾距離d；以及(f)測量用於驅動工作器具的電動機的對應位置。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述工作器具包括鏟柄和挖鬥組件。
3.如權利要求2所述的方法，其中採掘組件附連到提升和推擠電動機並且所述方法還 包括針對不同距離d將距離d與提升電動機的所測量位置dta和推擠電動機的所測量位置 dcm相關聯。
4.一種電腦程式產品，被配置為執行根據前面權利要求中任一項的方法。
5.一種電腦程式產品，存儲在計算機可讀介質上，該電腦程式產品適於提供工作 器具位置的校準，該工作器具附連到機器外殼，該電腦程式產品包括用於執行根據權利 要求1到3中任一項的方法的計算機可讀程序構件。
6.計算機硬體，包括被配置為執行根據權利要求1到3中任一項的方法的一個或多個 處理器。
7.一種用於允許校準工作器具位置的系統，該工作器具附連到機器外殼，該系統包括(a)部件，用於定義包括固定到機器外殼的一組笛卡爾坐標軸的h空間，其中(X，Z)平 面位於機器外殼的矢狀平面並且Y軸是正交的；(b)部件，用於利用在h空間中點Ph=(xh, zh)處的距離測量傳感器來創建由角度eh 表示的在h空間的(Xh，Zh)平面中源自Ph的定向測量線，沿該定向測量線進行距離測量；(c)部件，用於定義包括固定到工作器具的一組笛卡爾坐標軸的d空間；(d)部件，用於在工作器具上在d空間中的點Pd=(xd, zd)處提供距離測量傳感器目標；(e)部件，用於測量Ph和Pd之間的笛卡爾距離d；以及(f)部件，用於測量用於驅動工作器具的電動機的對應位置。
8.一種使用距離測量傳感器來校準礦用電鏟的提升和推擠位置測量傳感器的偏移量 的方法，實質上如本文附解和/或示例中說明的本發明任一實施例所描述。
9.一種校準工作器具位置的方法，實質上如本文附解和/或示例中說明的本發明 任一實施例所描述。
10.一種用於允許校準工作器具位置的系統，該工作器具附連到機器外殼，該系統實質 上如本文附解和/或示例中說明的本發明任一實施例所描述。
全文摘要
本發明涉及定位機械設備的領域，並且具體地涉及象機械挖掘鏟和礦用電鏟那樣的機械設備。在一個實施例中，公開了一種校準傳感器的系統，所述傳感器測量礦用電鏟的提升和推擠運動，使得能夠以比使用先前已知的方法可以獲得的準確度更高準確度地知道鏟鬥的位置。
文檔編號G01C3/00GK102047075SQ200980119972
公開日2011年5月4日 申請日期2009年3月31日 優先權日2008年4月1日
發明者保羅·馬丁·西格裡斯特, 凱文·約翰·奧斯汀, 安東尼·沃爾頓·裡德, 彼得·羅斯·麥卡裡 申請人:Cmte發展有限公司