自動傾斜控制的製作方法

2023-10-26 12:39:12

相關申請

本申請要求2016年4月15日提交的、申請號為62/323,093的美國臨時專利申請的優先權，其全部內容通過引用而併入本申請。

在此說明的實施方式涉及採掘鏟，具體地涉及為採掘鏟提供自動傾斜控制的方法和系統。

技術實現要素：

在採掘過程中，採掘機械(如採掘鏟)的操作員協調提升、挖掘和傾斜運動，使得相應的鏟鬥定向為有效運作儘可能快地提供最大有效荷載累積。對於某些挖掘條件，如繩鏟挖掘路徑及平地挖掘路徑，這會是一項十分艱巨的任務。另外，傾斜功能的不當介入可導致生產力損失、機械損傷，或二者兼有。

因此，在此說明的實施方式提供了進行自動傾斜控制的方法和系統，如在特定挖掘條件或工作周期中輔助操作員的傾斜控制。特別地，一些實施方式提供的方法和系統響應於提升和挖掘指令而促動傾斜運動，使得當前(瞬時)齒向量與當前(瞬時)挖掘路徑的軌跡之間的挖掘角(θ)受限於預設且可配置的值以及採掘鏟的物理作業範圍。例如，與採掘鏟關聯的控制器可接收輸入，輸入包括機械定向(齒、唇、最大齒、最小齒、最大唇以及最小唇的x軸和y軸位置)以及傾斜活塞杆和缸蓋側的壓力。基於所述輸入，控制器計算當前挖掘角度，並基於採掘鏟的物理作業範圍計算出該角度極限。控制器隨後可調節採掘鏟的傾斜，以使當前挖掘角更接近目標挖掘角。在一些實施方式中，例如pid(比例-積分-微分)控制器、模糊神經網絡控制器、比值控制器或類似的控制器執行反饋控制循環，以使當前挖掘角趨近目標挖掘角。這些反饋機制的增益可為常數，或者可線性或非線性地變化。在一些實施方式中，基於運動限制、超載負荷(缸套穴蝕)、操作員幹擾或其組合，控制器可採用一種或多種超馳(override)。在一些實施方式中，控制器由操作員手動啟動，並且可由操作員選擇性禁用。

舉例來說，在此說明的一些實施方式給出了一種為包含鏟鬥的採掘機械提供傾斜控制的方法。所述方法包括用電子處理器確定鏟鬥上所含齒的當前齒向量和所述齒的當前路徑向量，以及用電子處理器確定所述當前齒向量與所述當前路徑向量之間的當前挖掘角。所述方法還包括：用電子處理器基於所述當前挖掘角和目標角確定增量角，並基於所述增量角自動調節所述鏟鬥的傾斜。

另一實施方式給出了一種工業機械，所述工業機械包括具有齒和控制器的鏟鬥。所述控制項器被配置用於確定所述齒的當前齒向量和所述齒的當前路徑向量。所述控制項器還被配置用於確定所述齒的最大角度和所述齒的最小角度、獲取目標角度，以及響應於所述目標角度大於所述齒的最大角度或小於所述齒的最小角度的情況而調整所述目標角度。另外，所述控制器還被配置用於確定所述當前齒向量與所述當前路徑向量之間的當前挖掘角，基於所述當前挖掘角和所述目標角度確定增量角，並基於所述增量角，經由樞轉促動器自動調節所述鏟鬥的傾斜。

又一實施方式包括非暫時性計算機可讀介質，所述介質存儲的指令在被電子處理器執行時執行一系列功能。所述一系列功能包括確定工業機械的鏟鬥上所含齒的當前齒向量和所述齒的當前路徑向量。所述一系列功能還包括確定所述齒的最大角度和所述齒的最小角度、獲取目標角度，以及響應於所述目標角度大於所述齒的最大角度或小於所述齒的最小角度的情況而調整所述目標角度。另外，所述一系列功能還包括確定所述當前齒向量與所述當前路徑向量之間的當前挖掘角、基於所述當前挖掘角和所述目標角度確定增量角，以及基於所述增量角，利用反饋控制循環自動調節所述鏟鬥的傾斜。

通過考慮以下具體說明和附圖，其它特徵和方面將變得更為明顯。

附圖說明

圖1是採掘鏟的透視圖。

圖2是圖1所示採掘鏟的側視圖。

圖3是圖1所示採掘鏟所含鏟柄和鏟鬥的透視圖。

圖4是圖3所示鏟柄和鏟鬥的下方透視圖。

圖5是沿5-5線的、圖4所示鏟柄和鏟鬥的剖視圖。

圖6是圖5所示鏟柄的放大剖視圖。

圖7是鏟鬥的透視圖。

圖8是圖7所示鏟鬥的側視圖。

圖9示意性地示出與圖1所示採掘鏟相關聯的控制器。

圖10是說明根據一個實施方式的、由圖9所示控制器執行的鏟鬥傾斜控制方法的流程圖。

圖11是說明根據一個實施方式的、由圖9所示控制器執行的確定是否存在超馳情況的方法的流程圖。

圖12是說明根據一個實施方式的、由圖9所示控制器執行的確定控制輸出的運算方法的流程圖。

圖13示出繩鏟挖掘路徑的路徑向量和齒向量。

圖14示出平地挖掘路徑的路徑向量和齒向量。

圖15和16示出計算路徑向量所需的採掘鏟的運動學位置。

具體實施方式

在詳細說明本發明的任何實施例之前，應當了解，在此說明的實施方式作為範例給出，在此說明的和在附圖中展示的部件的詳細構造和排布不應被認為是限制性的。而且，可以理解的是，在此使用的措辭和術語以描述為目的，其不應被視為限制性的。在此用到的術語「包括」、「包含」或「具有」及其各種變體，意在既涵蓋其後列出的各項內容及其等同替換，也涵蓋附加項。「安裝」、「連接」、「耦接」這些術語含義寬泛，涵蓋直接和間接的安裝、連接和耦接。進一步地，「連接」和「耦接」並不局限於物理的或機械的連接或耦接，並且可包括電學的連接或耦接，直接或間接的皆可。另外，電子通訊及通知可以用任何公知的方法進行，包括直接連接、無線連接等。

應當注意，許多基於硬體和軟體的設備，以及許多不同結構的元件可用於實施在此說明的實施方式或部分實施方式。另外，應當了解，在此說明的實施方式可包括硬體、軟體，以及電子元件或模塊。為了討論目的，在顯示和說明中大部分元件僅以硬體實施。然而，在閱讀本具體說明的基礎上，本領域的一般技術人員會意識到，在至少一種實施方式中，本文說明的基於電子設備完成的方面可在由一個或多個處理器執行的軟體中實施(儲存於非暫時性計算機可讀介質)。由此，應當注意，許多基於硬體和軟體的設備，以及許多不同結構的元件可用於實施在此說明的實施方式。例如，本說明書中說明的「控制器」以及「控制單元」可包含一個或多個處理器、一個或多個包括非暫時性計算機可讀介質的存儲器模塊、一個或多個輸入/輸出接口，以及連接各元件的各種連接裝置(例如系統總線)。

圖1示出了採掘鏟10。應當了解，採掘鏟10作為示例給出，在此說明的實施方式可用於與圖1所示採掘鏟10不同的採掘鏟或者其它採掘機械。

如圖1和2所示，採掘鏟10置於支撐面或地面上，且包括底座22、支臂26、第一構件或鏟柄30、鏟鬥34和樞轉促動器36。底座22包括用於捲起和放開提升繩42的提升捲筒40(圖1)。支臂26包括耦接於底座22的第一端46、與第一端46相對的第二端50、支臂滑輪54、鞍塊58和承運軸62(圖1)。支臂滑輪54耦接於支臂26的第二端50並且引導提升繩42跨越第二端50。提升繩42通過提梁66耦接於鏟鬥34。隨著提升捲筒40使提升繩42捲起或放開，鏟鬥34相應升高或降低。鞍塊58通過承運軸62可旋轉地耦接於支臂26。承運軸62位於支臂26的第一端46與第二端50之間，並且貫穿支臂26延伸。承運軸62包括花鍵齒輪70(圖6)。鏟柄30通過鞍塊58可移動地耦接於支臂26。

如圖3和4所示，鏟柄30包括限定第一端82和第二端86的一對臂78，以及用於嚙合花鍵齒輪70的齒條90(圖4)。鏟柄30的第一端82可移動地容納在鞍塊58中，鏟柄30穿過鞍塊58，使得鏟柄30被配置用於相對於支臂26旋轉和平移運動(圖1)。換言之，鏟柄30可相對於鞍塊58線性延伸，並且可繞承運軸62旋轉。在所示的實施方式中，手柄30基本上是筆直的。在其它實施方式中，鏟柄30可包括彎曲部分。如圖5和6所示，齒條90嚙合花鍵齒輪70，承運軸62的旋轉經由齒輪-齒條機構促進鏟柄30的平移運動。

如圖5所示，在腕關節(wristjoint)92處，鏟鬥34可樞轉地耦接至鏟柄30的第二端86。提梁66耦接至越過支臂滑輪54(圖1)的提升繩42(圖1)，並且繞第一關節(提梁關節94)可樞轉地耦接至鏟鬥34。在所示的實施方式中，腕關節92和提梁關節94為銷聯軸器。在其它實施方式中，提梁66可樞轉地耦接至鏟柄30。在其它實施方式中，鏟鬥34可以在提梁關節94處耦接至其他類型的提升促動器。

樞轉促動器36通過使鏟鬥34繞腕關節92旋轉來控制鏟鬥34的翻轉或傾斜。如圖4和5所示，樞轉促動器36包括在第二關節98處耦接至鏟柄30的第一端96，以及在第三關節104處耦接至鏟鬥34的第二端102。在所示的實施方式中，樞軸促動器36包括直接耦接在鏟柄30下部與鏟鬥34下部之間的一對液壓缸。在其它實施方式中，可使用不同類型的促動器。另在其它實施方式中，促動器耦接於鏟柄30上部與鏟鬥34上部之間，或與二者皆耦接。另在其它實施方式中，樞轉促動器36經由中間連杆機構耦接至鏟鬥。

如圖7和8所示，鏟鬥34可以是包括主體110和端壁或後壁114的蛤殼式抓斗。主體110繞鏟鬥關節122可樞轉地耦接至後壁114。主體110限定在一端的接料口126和在相對端的卸料口。主體110包括下壁138、在接料口126與所述卸料口之間延伸的側壁142，以及靠近接料口的挖掘邊緣或唇146。在所示的實施方式中，側壁142經由鏟鬥關節122耦接至後壁114。

如圖7所示，唇146包括多個間隔開的齒150。在其它實施方式中，唇146包括沿唇146的邊緣延伸的單個齒，而不是多個間隔開的齒150。唇146在下壁138與側壁142之間形成彎曲、連續的過渡部或輪廓而非直角。唇146的彎曲輪廓處於可接合待挖掘的物料並減少側壁142上的扭力負載的位置。也就是說，各側壁142與下壁138之間的轉角為圓形的，多個間隔開的齒150中所含的至少一個齒沿圓角安置成接近各側壁142。在一個實施方式中，倒圓角的半徑大於或等於鏟鬥34寬度的大約5％，鏟鬥34的寬度為從一側壁142到另一側壁142之間測得的距離。較大的半徑輪廓便於鏟鬥34在待挖掘的物料中運動，這提高了挖掘效率。

儘管未在圖1或2中示出，採掘鏟10還包括一個或多個用於控制採掘鏟10各元件的控制器。例如，圖9示意性地示出根據一個實施方式的、包括在採掘鏟10中的控制器200。如圖9所示，控制器200包括電子處理器202(例如微處理器、專用集成電路(asic)或其它電子設置)、輸入/輸出接口206，以及計算機可讀介質204。電子處理器202、輸入/輸出接口206與計算機可讀介質204通過一條或多條通信線路或總線相互連接及通訊。應當了解，控制器200可包括比圖9所示更少或更多的元件，也可包括與圖9中所示配置不同的元件。另外，與在此說明的功能相比，控制器200可配置用於執行額外的功能。另外，控制器200的功能可分布於一個或多個控制器中。相應地，在此描述的、由電子處理器202執行的功能可由控制器200所包含的多個電子處理器、獨立設備或其組合來執行。此外，在一些實施方式中，控制器200可處於遠離採掘鏟10的位置。

計算機可讀介質204包括存儲程序指令(軟體)和數據的非暫時性存儲器(例如只讀存儲器、隨機讀取存儲器或其組合)。電子處理器202被配置用於從計算機可讀介質204讀取指令和數據，並執行本文所述方法的指令。輸入/輸出接口206將來自控制器200的數據傳輸至外部的系統、網絡、設備或其組合，並接收來自外部的系統、網絡、設備或其組合的數據。輸入/輸出接口206還可將從外界來源接收的數據存儲至計算機可讀介質204、將接收的數據提供給電子處理器202，或二者兼有。在一些實施方式中，如圖9所示，輸入/輸出接口206包括與通訊網絡210交互的無線發射器。

如圖9所示，控制器200可與一個或多個傳感器208a交互(例如通過輸入/輸出接口206)。傳感器208a可包含在控制器200中或在控制器200的外部。在一些實施方式中，控制器200直接經有線或無線連接，或者通過一個或多個中間設備(例如另一控制器、信息總線、通訊網絡等)與傳感器208a通訊。在一些實施方式中，傳感器208a包括一個或多個檢測樞轉促動器36壓力(例如樞轉促動器36中所含各液壓缸的活塞杆側壓力、缸蓋側壓力，或兩者兼有)的壓力傳感器。在一些實施方式中，傳感器208a還包括其它用於檢測提升位置、挖掘位置，或者鏟鬥34或採掘鏟10的其它元件的其它位置或運動的設備(例如使用編碼器、位置傳感器、運動傳感器等)。

類似地，控制器200可與一個或多個控制器208b通訊，控制器208b與採掘鏟10關聯(安裝在採掘鏟10上或遠離採掘鏟10)。在一些實施方式中，控制器208b可與傳感器208a通訊，並且可充當控制器200與傳感器208a之間的中間設備。控制器208b還可操控採掘鏟10的元件。例如，如下文中詳細說明，控制器200可配置為用於確定傾斜位置或調整，且控制器200可基於所述傾斜位置控制樞轉促動器36，或可將所述傾斜位置輸出至被配置用於控制樞轉促動器36的獨立控制器208b。

在一些實施方式中，控制器200還接收來自一個或多個操作員控制設備208c(例如操縱杆、操作杆、按鈕、腳踏板、由操作員操作的用於控制採掘鏟10操作的另一促動器，或其組合)的輸入。例如，操作員可用操作員控制設備208c來操控採掘鏟10，包括通過控制提升(通過提升繩42)、挖掘(通過鏟柄30)和傾斜(通過樞轉促動器36)來指揮鏟鬥34的運動。在一些實施方式中，控制器200還與一個或多個用戶接口208d交互(例如通過輸入/輸出接口206)，如顯示設備或觸控螢幕。用戶接口208d可向操作員顯示例如關於傾斜控制的反饋。此外，在一些實施方式中，用戶接口208d允許操作員輸入數據，諸如操作數據或用於採掘鏟10的指令、傾斜控制配置數據(例如系統配置參數文件內的數據)，或二者兼有。

如上所述，鏟鬥34與三個元件相接：1)在腕關節92處連接鏟柄30的第二端86(控制挖掘)；2)在第三關節104處連接樞轉促動器36(控制傾斜)；以及3)在提梁關節94處連接提升繩42(控制提升)。腕關節92、提梁關節94、第二關節98和第三關節104的相對位置可變更，以優化鏟鬥34在挖掘循環期間的表現。相應地，如上文提到的，採掘鏟10的操作員通過操作一個或多個操作員控制設備208c來例行協調提升、挖掘以及傾斜的運動，以儘可能快地為有效運作提供最大的有效荷載累積。然而，對於某些挖掘條件，這會是一項很艱巨的任務。另外，傾斜功能的不當參與可導致生產力損失、機械損傷，或二者兼有。

相應地，控制器200可配置用於自動控制鏟鬥34的傾斜(通過樞轉促動器36)。在一些實施方式中，控制器200可被配置用於響應於提升和挖掘指令來控制鏟鬥34的傾斜。圖10示出一種由控制器200執行的(電子處理器202執行指令)、用於自動控制鏟鬥34傾斜的方法500。

如圖10所示，方法500包括初始化控制器200(在區塊505中)。初始化控制器200可包括用控制器200讀取系統配置參數文件。所述系統配置參數文件可存儲於計算機可讀介質204中，或存儲在可由控制器200訪問的外部存儲器。系統配置參數文件包括用於鏟鬥10的參數、極限和目標。例如，系統配置參數文件可包括鏟鬥10的壓力極限、增益值、一個或多個挖掘角，以及其它變量(例如極限和參數)。

特別地，在一些實施方式中，系統配置參數文件包括代表鏟鬥34的期望傾斜角度的目標角度，如下文中詳細說明的，作為實現對鏟鬥10自動傾斜控制的一部分，控制器200可維持該角度。系統配置參數文件還可包括最小壓力，其代表樞轉促動器36中所含液壓缸以有限的穴蝕風險可經受的最低壓力。在一些實施方式中，系統配置參數文件還包括最大路徑角和最小路徑角。最大路徑角可代表鏟鬥10挖掘區域的最大極限，最小路徑角可代表鏟鬥10挖掘區域的最小極限。系統配置參數文件還可包括最大挖掘角。另外，在一些實施方式中，系統配置參數文件包括比例-積分-微分(pid)控制器的增益值(例如比例增益值、積分增益值，以及微分增益值)。

另外，系統配置參數文件可包括最小運動值，其代表路徑幅度中的最小運動量，路徑幅度表明操作員正在指令鏟鬥34的運動。例如，在一些實施方式中，控制器200可在操作員指揮鏟鬥34運動的同時，執行方法500。相應地，控制器200可用最小運動值來確定操作員是否正在指揮鏟鬥的運動。此外，在一些實施方式中，系統配置參數文件包括代表可允許操作員手動控制傾斜的傾斜參照的最小傾斜參照。在一些實施方式中，系統配置參數文件(或其一部分)中包含的數據可由用戶(操作員)編輯，以配置由控制器200執行的自動傾斜控制。

在讀取系統配置參數文件之外或作為讀取系統配置參數文件的替代，可通過經由一個或多個傳感器208a獲取的一個或多個系統參數來初始化控制器200。例如，控制器200可以從傳感器208a獲取代表樞轉促動器36中所含各個液壓缸的活塞側壓力、缸蓋側壓力，或其兩者的數據。來自傳感器208a的數據還可包括操作員的控制(例如，提升和挖掘控制)。

作為初始化的一部分，控制器200還可從代表採掘鏟10的物理作業範圍的運動學模型獲取機械定向數據。機械定向可包括：多個間隔開的齒150中的一個或多個齒的二維(例如，x軸和y軸)位置、唇146的二維(例如，x軸和y軸)位置、齒150的最大位置、齒150的最小位置、唇146的最大位置和唇146的最小位置。

應當了解，在一些實施方式中，控制器200對以上數據的獲取是初始化的一部分，有時也在方法500的過程中的其他時刻進行。例如，在方法500的每個新循環，控制器200可獲取更新的上述數據(例如來自傳感器208a、系統配置參數文件或類似的數據)。相似地，在一些實施方式中，例如在控制器200檢查超馳情況、計算控制輸出、執行調整，或其任意組合的時候，控制器200可在方法500的一個循環中獲取更新的數據。相應地，應當了解，本申請中使用的術語「輸入數據」可包括：在方法500過程的任一點(包括在初始化過程中及其後的過程中)獲取的與樞轉促動器36關聯的壓力數據、操作員控制、機械定向數據、從系統配置參數文件讀取的數據，或其組合。如圖10所示，在一些實施方式中，當初始化過程中發生錯誤時，例如當系統配置參數文件包含損壞數據或不可讀，或者來自一個或多個傳感器208a的數據無法獲取時，方法500終止。

回到圖10，在初始化之後，方法500包括：用控制器200確定是否存在超馳情況(在區塊510中)。控制器200可基於輸入數據確定是否存在超馳情況，如上文提到的，輸入數據包括諸如從系統配置參數文件讀取的數據、與樞轉促動器36關聯的壓力數據、操作員控制、機械定向數據等。如下文中詳細說明的，當存在超馳情況時，控制器200可使方法500中止。在本申請中，中止方法500可包括終止方法500、暫停方法500、重啟方法500或其一部分(檢查是否存在超馳情況)，或其組合。在一些實施方式中，控制器200則向採掘鏟10的操作員發出通知，該通知提醒操作員自動傾斜控制中止。

圖11示出根據一個實施方式的、由控制器220執行的方法510a，以確定是否存在超馳情況。在一些實施方式中，控制器200確定是否存在一個或多個不同類型的超馳情況。例如，如圖11所示，控制器200可確定是否存在操作員幹擾超馳(在區塊525中)。這類超馳意味著採掘鏟10的操作員已經選擇手動控制鏟鬥34的傾斜(通過手動控制樞轉促動器36)。在一些實施方式中，操作員可通過選擇停用自動傾斜控制的選擇機制(如操作員室中所含的按鈕)而做出該選擇。作為替代或補充，操作員可在系統配置參數文件中設置允許操作員手動控制傾斜的最小傾斜參照。相應地，如圖11所示，控制器200可響應於對操作員幹擾超馳存在的檢測而中止方法500。

如圖11所示，控制器200還可確定是否存在壓力超馳(在區塊530中)。特別地，控制器200可讀取來自檢測樞轉促動器36所受壓力的壓力傳感器(包括傳感器208a)的數據，並將檢測到的壓力與一個或多個預定的閾值進行比較(取自系統配置參數文件)，以確定是否已達到最小或最大壓力。例如，控制器200可檢查該超馳，以確定是否正發生通常與傾斜缸套穴蝕相關的採掘鏟10的超載負荷。如圖11所示，控制器200可響應於對壓力超馳的存在的檢測而中止方法500。

控制器200還可確定是否存在運動超馳(在區塊535中)。如上所述，在一些實施方式中，系統配置參數文件可指定表明操作員正在指令鏟鬥34的運動的最小運動值。相應地，控制器200可將從運動傳感器(如速率或運動傳感器)獲取的數據與該最小運動值相比較，以確定操作員是否正在指令鏟鬥34的運動。如圖11所示，控制器200可響應於對運動超馳的存在的檢測而中止方法500(當鏟鬥34的運動低於系統配置參數文件中提供的、表明鏟鬥34已停止運動且不再沿著挖掘路徑挖掘的運動最小值時)。

如圖11所示，控制器200還可確定是否存在角度超馳(在區塊540中)。例如，在一些實施方式中，控制器200可被配置用於響應於鏟鬥角度、路徑角度，或二者在挖掘區域(如系統配置參數文件中所指定的)之外的情況，而中止自動傾斜控制。

應當了解，如圖11所示的超馳作為示例給出，在此說明的實施方式可在特定的實施中包括以各種順序或優先級存在的零個或多個這些示例的超馳。此外，也可能有其它類型的超馳。例如，在一些實施方式中，控制器200可檢查是否存在方向超馳，方向超馳可表明多個間隔開的齒150沒有指向路徑方向。此外，控制器200可檢查是否存在無效運算超馳，這可表明由控制器200執行的運算導致錯誤(非數字，或除以零的無效除法)。相似地，在一些實施方式中，控制器200可檢查是否存在發生於傾斜行程結束的行程結束超馳，這導致控制器200中止自動傾斜控制。此外，控制器200可配置用於檢查是否存在與返回液壓箱的液壓洩漏相關的一個或多個超馳。在一些實施方式中，可通過系統配置參數文件配置控制器200所用的超馳。

回到圖10，方法500還包括用控制器200計算控制輸出(在區塊515中)。如下文詳細說明的，在一些實施方式中，控制器200通過評估採掘鏟10(鏟鬥34)的當前狀態來計算控制輸出，並且確定是否應當對鏟鬥34做出調整。例如，控制器200可基於輸入數據來計算當前挖掘角以及該角當前的極限。應當了解，在一些實施方式中，控制器200配置用於計算控制輸出，或用於計算控制輸出的中間數據，結合檢查各種超馳的存在。例如，當壓力超馳已通過(不存在壓力超馳)時，控制器200可配置用於確定如下所述的向量。相似地，當運動超馳通過(不存在運動超馳)時，控制器200可配置用於在檢查角度超馳之前確定同樣如下所述的角度。在其它實施方式中，控制器200可配置用於僅在控制器200已確定不存在超馳之後才計算控制輸出。同樣如圖10所示，在一些實施方式中，控制器200可配置用於重複(以預定的頻率連續地，響應於預定的事件或條件等)計算控制輸出，以基於採掘鏟10的當前操作來提供更新的控制輸出。

圖12示出根據一個實施方式的、由控制器200執行的方法515a(在區塊515中，圖10)，用於計算控制輸出。如圖12所示，方法515a包括用控制器200確定採掘鏟10的一個或多個路徑向量(在區塊545中)。例如，控制器200可確定當前(瞬時)齒向量、最大齒向量、最小齒向量，以及當前(瞬時)路徑向量。控制器200可利用採掘鏟10的運動學位置來確定這些向量。圖13示出繩鏟挖掘路徑的當前齒向量300和當前路徑向量302。類似地，圖14示出平地挖掘路徑的當前齒向量300和當前路徑向量302。如圖13所示，當前齒向量300與當前路徑向量302之間的夾角限定當前(瞬時)挖掘角(θ)。

在一些實施方式中，控制器200可用以下公式確定當前齒向量和當前路徑向量，其中「齒歷史x」和「齒歷史y」代表齒的一個或多個歷史位置。

利用用於確定當前齒向量的同一公式，控制器200可確定最大齒向量和最小齒向量，但可用相應的最大位置值和最小位置值。

在一些實施方式中，用於以上公式的齒位置(齒x，齒y)和唇位置(唇x，唇y)，對應於唇146的預定位置和多個齒150(或一個齒)的預定位置。例如，圖15示出代表唇位置的點a和代表齒位置的點b。相應地，控制器200可利用當前唇位置和當前齒位置來確定當前向量，並且可利用最小齒位置和最大齒位置來確定最小齒向量和最大齒向量。例如，控制器200可在樞轉促動器36完全伸出時確定齒的最大位置，在樞轉促動器36完全縮回時確定齒的最小位置。

應當了解，控制器200可配置為利用鏟鬥34的其它位點，或採掘鏟10的其它元件來確定向量。例如，控制器200配置為利用如圖16所示的提梁(提梁66)(點b)或鏟柄凸耳(腕關節92)(點a)來確定路徑向量，而不是用唇位置。例如，由於作用於提梁和凸耳位置上的繩索力，利用提梁和凸耳位置確定的向量與利用唇位置確定的向量可能不同。此外，當鏟鬥34旋轉時，提梁可能會受到影響。然而，由於提梁更靠近旋轉中心，旋轉對提梁的影響不會像旋轉對唇的影響那麼大。因此，當控制器200利用提梁確定路徑向量時，路徑角的變化可能小於控制器200利用唇位置確定路徑向量時的路徑角的變化。相似地，由於鏟柄凸耳不是鏟鬥34的一部分，鏟柄凸耳受鏟鬥34旋轉的影響要小於提梁或唇。

控制器200還可確定各向量的角度和大小(在區塊550中，圖12)。例如，控制器200可利用以下公式確定大小(magnitude)和角度。

控制器200隨後利用當前路徑向量、當前齒向量、最大齒向量和最小齒向量來確定當前挖掘角、最大挖掘角和最小挖掘角(在區塊555中)。例如，控制器200可利用以下公式確定當前挖掘角：

由於餘弦定律只能產生0到180度的角(正角)，可檢查當前挖掘角的方向。例如，當路徑角大於齒角時，當前挖掘角為負。相似地，當路徑角大於最小齒角時，最小挖掘角為負，而當路徑角大於最大齒角時，最大挖掘角為負。

如圖12所示，在一些實施方式中，基於採掘鏟10的當前狀態，控制器200可選地確定目標角度(如上文所述，系統配置參數文件中指定)是否可能(在區塊557中)。例如，控制器200可將目標角度與確定的最大挖掘角和最小挖掘角相比較。當目標角度落在最大挖掘角和最小挖掘角所限定的範圍以外時，控制器200可調節目標角度(在區塊558中)。例如，當目標角度大於最大挖掘角時，控制器200可將目標角度設置為最大挖掘角。相似地，當目標角度小於最小挖掘角時，控制器200可將目標角度設置為最小挖掘角。在其它實施方式中，控制器200可在目標角度落在範圍之外時中止方法500。再次，應當了解，確定目標角度是否可能為可選步驟。因此，當控制器200未配置用於該檢查時，控制器200可以不去確定上述的最大齒向量和最小齒向量，以及相關的最大挖掘角和最小挖掘角。

如圖12所述，在對目標角度進行了任何調整之後，控制器200將當前挖掘角與目標角度相比較，以確定增量角(代表誤差值)(在區塊560中)。例如，為確定增量角，控制器200從當前角度中減去目標角度(必要時進行調整後)，如利用以下公式。

增量角＝當前角度-挖掘角

隨後，控制器200將增量角作為控制輸出輸出(在區塊565中)。

再次回到圖10，基於控制輸出調整鏟鬥34的傾斜(在區塊520中)。例如，在一些實施方式中，控制輸出被提供給反饋控制循環(例如，pid控制器、模糊神經網絡控制器等)，由控制器200或通過樞轉促動器36的自動控制來調整鏟鬥34傾斜的獨立控制器實施，以使當前挖掘角保持在儘可能接近目標角度的程度。實施控制器的增益可為常數，或者可線性或可非線性地變化。如上文提到的，反饋控制循環的增益值可定義在系統配置參數文件中，基於採掘鏟10以及採掘鏟10的操作環境，該增益值可如上所述那樣變化。反饋控制循環可在做出傾斜調整之前使控制輸出正規化(例如從-1到1)。依據控制器200所用的運動學模型，還可利用過濾器來幫助穩定增量角。

因此，在此說明的實施方式給出了，除其它之外，配置用於對採掘鏟執行自動傾斜控制的控制器。在一些實施方式中，控制器響應於提升和挖掘的指令而促動傾斜運動，使得當前齒向量與當前路徑向量之間的挖掘角(θ)受制於預定(和可配置)的值和採掘鏟的物理作業範圍。因此，在自動傾斜控制被激活時，操作員只需要控制提升和挖掘即可。

在此說明的實施方式的各種特徵及優勢列於以下的權利要求中。