通過gps的挖溝機引導的製作方法

2023-09-13 19:03:00

專利名稱：通過gps的挖溝機引導的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及用於控制由機器執行的裝置的控制系統，具體地 說，涉及用於在挖溝機器挖掘地球表層時控制其挖掘裝置的方法和設 備。
背景技術：
用於在施工地點挖掘地球表層的挖溝機器通常包括安裝某種形 式的挖溝或挖掘裝置一如挖掘鏈輪(digging chain)或巖石輪一的驅 動單元。在準備地球的表層以例如設置排水溝、下水道、公共管道、 空中索道等時，通常期望通過挖掘裝置將地表的輪廓或坡度形成為盡 可能地接近期望的最終表面。地球的表層形成得有多準確要取決於挖 掘裝置的切割邊緣的位置可以確定和維持得有多準確，以及挖掘裝置 的行進方向可以確定得有多準確。
很多現有技術的系統控制由機器執行的工具定位，包括挖溝機的 挖掘裝置。例如，傳統的控制系統利用雷射作為在溝中定位挖掘裝置 的基準。為了準確地定位挖掘裝置，需要直接在該挖掘裝置的切割邊 緣上方安裝雷射接收器。但是，該挖掘裝置的切割邊緣的位置在挖掘 操作期間不斷改變。由於挖掘裝置的斜度隨著挖掘深度而改變，因此 安裝在切割邊緣上方的雷射接收器的天線杆角度也類似地改變，由此 導致不準確地度量挖掘裝置的切割邊緣的位置。對這個問題的現有解 決方案是當挖掘裝置的斜度改變時手動地將安裝雷射接收器的天線 杆重新調整到豎直位置，以便在操作過程中保持準確度。可以理解， 上述現有技術的方案是勞動量大的，並且由於每次當挖掘裝置的斜度 (pitch)改變時都必須停止挖掘裝置以便於技術人員重新調整天線杆， 從而導致挖掘操作中的延遲。

發明內容
與上述背景技術相反，本發明提供大量優於現有技術的優點和進 步。具體地說，本發明提供一種用於控制正在將地球的表層處理為期 望形狀的挖掘裝置的切割邊緣的定位的引導控制系統和方法。
按照本發明的第一方面，公開了一種用於調整安裝在挖溝機器的
邊緣的定位和方向以控制將地球表層處理為期望的溝外形的方法。該
方法包括通過至少一個全球導航系統接收器獲得挖溝機器的當前位 置；通過第一傳感器獲得挖掘裝置的當前度量；從第二傳感器獲得挖 溝機器的當前空間方向；和將挖溝機器的當前位置、挖溝機器的當前 空間方向以及挖掘裝置的當前度量與公知的機器尺寸和校準信息組 合起來，以提供切割邊緣的當前位置。該方法還包括將切割邊緣的當 前位置與數字設計信息比較，以確定切割邊緣的當前位置和切割邊緣 的期望位置之間的位置差異，該切割邊緣的期望位置由關於沿著期望 溝外形的給定位置的數字設計信息指示；以及如果該位置差異大於預 定程度的誤差則至少調整挖掘裝置的動態切割邊緣的定位，使得由挖 掘裝置處理的地表儘可能接近期望的溝外形。
按照本發明的第二方面，公開了一種用於控制安裝在挖溝機器的
的定位以控;將地球的表層處:為期望的溝-外形的引導控制系統:該
引導控制系統包括第一傳感器，適用於產生表示挖掘裝置相對於挖溝 機器的機架的斜度的第一信號；第二傳感器，適用於產生表示挖溝機 器相對於地球的空間方向的第二信號；以及至少 一個全球導航系統接 收器，適用於產生表示挖溝機器的全球位置的第三信號。所述引導控 制系統還包括與所述驅動機構和傳感器系統電耦合的處理器，並且所 述處理器被編程為通過響應於至少來自第一傳感器的第一信號、至少 來自第二傳感器的第二信號和至少來自至少一個全球導航系統接收 器的第三信號而控制驅動機構的啟動，來控制挖掘裝置的切割邊緣的定位。


在考慮本說明書和附圖的情況下，本發明的其它特徵和優點將變 得明顯。
圖l是結合了本發明的軌道挖溝機的等比例視圖2是按照本發明的用於調整軌道挖溝機(track trencher)上的
挖掘裝置的定位和方向的引導控制系統的示意表示；以及
圖3是按照本發明的用於調整軌道挖溝機上的挖掘裝置的定位
和方向的引導控制系統程序的示意框圖。
具體實施例方式
儘管在此是根據所示出的實施例來描述本發明的，對於本領域的 技術人員來說，很明顯可以在不脫離本發明精神的情況下進行各種修 正、重新配置和替換。
在此，在用挖溝機將地球表層例如處理為期望的形狀和坡度 (grade)的方面來具體描述本控制系統。但是這只是為了舉例，不意欲 這樣限制本發明。本控制系統可以用在任何合適的挖溝機器或方法中 以手動或自動控制其挖掘裝置的切割邊緣的定位。
下面參照附圖，具體參照圖l，示出4艮適用於結合按照本發明的 新穎的引導控制系統的軌道挖溝機10的一個實施例。軌道挖溝機10 典型地包括發動機12，並在一對分別位於軌道挖溝機10的兩側的軌 道上沿著地面13移動，其中左側軌道14在圖1中可以看見。發動機 12與這對軌道14耦合，它們一起包括軌道挖溝機10的驅動單元16。 如實踐中那樣，對軌道挖溝機10的推進和駕駛的控制通過軌道挖溝 機10的主用戶接口 18進行。
挖掘臂20樞軸地安裝在驅動單元16的機架17上，該機架17 提供臂安裝旋轉軸以允許對挖掘深度的控制。挖掘裝置22與臂20旋 轉地耦合併由驅動單元16驅動，而且典型地執行特定類型的挖掘操作。
挖掘裝置22，如挖掘鏈輪、巖石輪或其它挖掘附件，通常用於 以合適的速率挖掘(或填充)具有可變寬度和深度的溝。在所示實施 例中，挖掘裝置22是挖掘鏈輪；但是可以按照類似於挖掘鏈輪的方 式來控制巖石輪。在圍著挖掘地點開動軌道挖溝機10時，挖掘裝置 22通常在傳輸配置23中保持在地面13的上方。在挖掘期間，挖掘裝 置22在挖溝配置24中通過臂20下降，穿透地面13，並挖掘出期望 深度的溝25。
還參照圖2，如圖所示挖掘裝置22可以通過附接在驅動單元16 和臂20之間的至少一個液壓驅動器或衝頭(ram)26升高和降低。還提 供了另一個液壓驅動器或衝頭27，用於在豎直軸附近相對於驅動單元 16傾斜挖掘裝置22和/或臂20。如標準實踐中那樣，還可以提供另一 個機械或液壓的驅動器(未示出)，用於相對於驅動單元16水平地 轉動臂20。還可以提供更多的液壓驅動器或衝頭(未示出)，用於向 挖掘裝置22提供附加的挖掘力。
當軌道挖溝機10移動泥土時，挖掘裝置22下降到地表面13， 同時挖掘裝置將泥土推至旁邊以產生相對平滑的表面溝25。挖掘裝置 22受控地下降到期望的深度，可選擇地從一邊到另一邊地移動以產生 期望的溝寬度，並且通過一對軌道14的向前運動而被拉動。可以理 解本發明的引導控制系統30 (圖2)控制挖掘裝置22的動態切割邊 緣32的定位，使得該定位可以準確地遵循已經輸入引導控制系統30 的期望溝外形28的數字設計信息33。可以理解該動態切割邊緣32代 表挖掘裝置22最深的切割點(坡度點)。
隨著軌道挖溝機10繼續在工作地點的地面13上前進，該地面可 能是不平坦和粗糙的表面，或者隨著挖掘裝置22的深度根據期望溝 外形28的數字設計信息33改變，擺角(pivot angle) a (即，臂20的 斜度)隨著表面和深度的變化而改變。隨著擺角a改變，挖掘裝置22 的動態切割邊緣32與地面之間的關係也改變，如果不加監視和控制， 這種改變將導致所形成的溝25偏離期望的溝外形28。換句話說，當
臂20上升或下降時，不管是不是有意地，動態切割邊緣32的位置都 會例如從挖掘裝置22上的點W移動到W，，如圖1所示。
軌道挖溝機IO包括引導控制系統(GCS) 30，其補償軌道挖溝 機10相對於地面的位置變化，挖掘裝置22的深度，以及動態切割邊 緣32中的總位置變化。GCS 30具有安裝在驅動單元16上並與挖掘 裝置22連接的第一傳感器34，用於檢測挖掘裝置22相對於驅動單元 16的位移。在一個實施例中，第一傳感器34是所連接的線性編碼器 (例如電纜編碼器)，用於在挖掘裝置通過臂20相對於驅動單元下 降和升高時度量臂20和/或挖掘裝置22上的點與驅動單元16上的點 之間的線性位移。在另一個實施例中，第一傳感器34可以是電位計， 機械地連接該電位計的接觸電刷以便隨著挖掘裝置22和臂20圍繞安 裝在驅動單元16上的樞軸轉動而移動，其中該電位計的阻抗作為挖 掘裝置22和臂20的擺角a的函數而改變。第一傳感器34與計算機36 的輸入電連接。
計算機36包括處理器35和可存取的存儲器37，用於存儲和執 行實施本發明的控制程序。該控制程序一般由圖3中的符號300表示， 下面將在以下部分中對其進行詳細討論。計算機36包括合適的輸入 和輸出埠，用於與多個獲取各種數據、處理該數據，並與軌道挖溝 機10的機器控制器38接口以監視和優化挖掘過程的其它子系統通 信。控制系統用戶接口 40優選地位於安裝在軌道挖溝機10上的操作 員座位41的附近，如圖1所示，並且提供一種用於與計算機36通信 的裝置。機器控制器38與計算機36通信，並且響應於從控制系統用 戶接口 40接收的操作員輸入來合作地控制挖掘裝置22和臂20的操 作。
軌道挖溝機10的運動和方向受到監控，而且按照需要由計算機 36自動控制。這種功能由GCS30提供，該GCS30還包括安裝在軌 道挖溝機10上的數據收發器42和一個或多個全球導航系統(GNS ) 接收器，如通過圖l中的符號44以及圖2中的符號44a和44b所示， 它們與計算機36接口。來自繞高空軌道飛行的多個全球導航衛星，
如GPS、 GLONASS、 GALILEO及其組合的信號，由每個GNS接收 器44接收，使得計算機36可以將來自動態切割邊緣32的一個或多 個參考位置的地理位置數據，如經度、綷度、海拔數據以及位移(朝 向)數據，確定到釐米程度的精確度。
在一個實施例中，使用安裝在軌道挖溝機10上的一對GNS接收 器44a和44b的兩個橫向間隔的天線，可以使計算機36監視驅動單 元16的位置、朝向(heading)和滾動(roll)。同樣與計算機36電連接的 第二傳感器46安裝在驅動單元16上，用於向計算機36提供軌道挖 溝機10相對於地面的空間方向。在一個實施例中，第二傳感器46至 少監視軌道挖溝機10的驅動單元16的斜度。在另一個實施例中，除 了斜度外，第二傳感器46還監視驅動單元16的滾動。在一個具體的 實施例中，第二傳感器46是傾角儀，而在其它實施例中，可以是任 何適用於檢測斜度變化並且如果需要的話，還檢測滾動的基於重力的 傳感器，如斜度傳感器、加速計或擺動傳感器。可以理解，由GNS 接收器44a和44b和第二傳感器46向將計算機36提供的信息，使得 計算機36可以在工作地點跟蹤軌道挖溝機10的位置，還基於驅動單 元16在移動時的朝向、位置以及斜度和滾動的度數提供對挖掘裝置 22的方向和定位的進一步補償，並由此提供對動態切割邊緣32的方 向和定位的進一步補償。
從軌道挖溝機10的控制裝置提供一系列輸入48，例如在主用戶 界面18上提供，該輸入使得操作員可以手動地操作用於定位和運行 挖掘裝置22的驅動機構49。從計算機36到機器控制器38的控制線 50啟動和抑制驅動機構49的由螺線管操作的液壓控制閥組件52和 54，下面將參照圖3詳細討論。
驅動機構49的控制器38提供分別與第一和笫二控制閥組件52 和54連接的相應輸出39和41。兩個控制閥組件52和54可以是多種 市場上可買到的類型中的任意一種。每個控制閥組件52和54都具有 一對工作埠61和63，它們分別連接到各衝頭26和27的上、下腔 室以伸長和縮回各沖頭。在一個實施例中，在每個控制閥組件52和 54上的一對螺線管(未示出)通過輸出39和41由來自控制器38的 補償信號電操作。
利用每個控制閥組件52或54，螺線管之一的啟動將來自泵(未 示出)的液壓流體施加到第一圃柱腔室，並將來自第二圓柱腔室的液 壓流體排出到槽中，由此拉伸了相應的活塞。控制閥組件52或54的 另一個螺線管的激勵將來自泵的液壓流體施加到第二圓柱腔室，並排 出來自第一圓柱腔室的液壓流體，由此縮回相應的活塞。因此通過選 擇性地致動各個螺線管之一，衝頭26可以提升或降低挖掘裝置22和 臂20，而且缸(cylinder)27可以使挖掘裝置22圍繞豎直軸傾斜。本領 域的技術人員可以理解，軌道挖溝機的操作員通過輸入48可以獨立 地手動控制每個控制閥組件52和54。
一旦關於預定的期望溝外形28的數字設計信息33通過用於電子 接收從遠程系統65發送的數字設計信息的數字收發器42輸入到計算 機36中，或者通過控制系統用戶界面40手動地輸入到計算機36中， 操作員就命令計算機36執行控制程序300。可以理解還可以通過數 據收發器42向計算機36提供關於軌道挖溝機10的位置的更新以及 關於期望溝外形28的數字設計信息33。控制程序300通過計算機36 在控制線50上產生調整信號，該信號促使控制器38調整挖掘裝置22 的切割邊緣32的位置和方向，以遵循關於期望溝外形28的數字設計 信息33。將挖掘裝置22定位在經過勘查的起始位置上，可以保證軌 道挖溝機10和最終形成的溝22恰當地和緊密地接近期望的溝外形 28，從而在挖溝操作期間不需要對動態切割邊緣32的位置和深度的 其它外部度量。
在使用引導控制系統30時，計算機36響應來自第一傳感器34 的信號，該信號表明挖掘裝置22和臂20相對於驅動單元16的旋轉 運動或斜度。計算機36處理來自第一傳感器34的電信號，並且在一 個實施例中，當挖掘裝置22和臂20降低到地面13中時，計算機36 使用存儲在存儲器中的查找表67來確定動態切割邊緣32相對於驅動 單元16上的已知位置的坐標位置(x，y，z)。可以理解該查找表67
是臂20的高度和動態切割邊緣32的位置之間的預定線性關係。在一 個實施例中，通過在臂下降和升高時圍繞挖掘裝置22的半徑映射切 割邊緣32的對應位置的同時映射臂20的運動來確定該查找表67。
在另一個實施例中，計算機36可以通過將來自第一傳感器32 的信號用作角位移的指示，來推導出動態切割邊緣32的位置。具體 地說，在啟動自動控制之後，計算機36將來自第一傳感器34的信號 電平存儲作為挖掘裝置22的內部(home)或基準樞軸位置。響應與此， 控制器根據該傳感器電信號，計算出角度a。然後a的值用於推導出由 於降低或升高挖掘裝置22和臂20而導致的動態切割邊緣32的位置 變化。
在另 一個實施例中，計算機存儲來自GNS接收器44a和44b的 位置信號作為內部或基準坐標位置。此後，通過第一傳感器32向計 算機36提供挖掘裝置22的動態切割邊緣32位置的反饋。因此響應 於來自GNS接收器44a和44b的信號通過計算機36建立該動態切割 邊緣32的絕對位置。計算機36還將GNS接收器44a和44b之間的 高度變化解釋為表明了軌道挖溝機10相對於地面的傾斜。第二傳感 器46向計算機36提供該機器的實際斜度。
計算機36接著採用由傳感器34和46以及GNS接收器44a和 44b提供的信號來命令控制器38如何操作沖頭26和27，以便使挖掘 裝置22的切割邊緣32遵循期望溝外形28的數字設計信息33，並且 補償由相對於地面13俯仰(pitching)和傾斜的軌道挖溝機10導致 的軌道挖溝機10的運動。
在另一個實施例中，軌道挖溝機10的位置也由外部的雷射控制 系統(未示出)提供。該雷射控制系統包括雷射發射器(未示出)， 其發射限定基準平面的旋轉的雷射束。該雷射發射器位於工作地點的 一個已知位置上。雷射檢測器56位於軌道挖溝機10的驅動單元16 上。來自雷射發射器的雷射束掠過整個雷射檢測器56。表明雷射束在 檢測器上的相對位置的信號從雷射檢測器56傳送給計算機36。計算
對位置和高度，由此確定挖掘裝置22相對於正被挖掘裝置處理的地 球表面的相對豎直位置。據此，動態切割邊緣32恰當地位於工作地 點的合適高度上。
也可以將軌道挖溝機10的期望路徑編程到計算機36中作為數字 設計信息33的一部分。GCS 30還監視軌道挖溝機10的實際路徑， 同時計算機36確定軌道挖溝機10是否偏離期望路徑。據此，計算機 36還可用於向控制器38給出操縱輸入以保持在數字設計信息33中提 供的期望路徑，由此消除對第二引導系統的需要。
圖3是按照本發明的用於調整挖掘裝置20的動態切割邊緣32 的定位和方向的引導控制系統程序300的示意框圖。在步驟310，引 導控制系統30被編程為通過GNS接收器44a和44b獲得當前的位置 (地點)和朝向。在步驟320，引導控制系統30被編程為從第二傳感 器46獲得當前的機器空間方向。在一個實施例中，該空間方向至少 是軌道挖溝機10相對於地面的斜度。在其它實施例中，該空間方向 是相對於地面的斜度和滾動。但是，應當理解如果無法得到傳感器 46的輸入的話，計算機36可以在一個實施例中被編程為根據GNS接 收器44a和44b提供的坐標位置的差異來確定斜度或滾動，或二者。
接著在步驟330，計算機36通過笫一傳感器34獲得臂20的當 前度量(圖2中的度量"a")。如圖2所示的實施例所示，度量"a"是 臂20相對於軌道挖溝機10的驅動單元的線性行程。然後在步驟340， 計算機36將軌道挖溝機10的當前位置和朝向、當前空間方向以及挖 掘裝置的當前度量與已知的機器尺寸(dimension)和校準信息組合起 來，以提供切割邊緣32的當前位置。在一個實施例中，切割邊緣32 的當前位置具有3個坐標維度(X, Y，和Z)或(北，東，海拔)， 在其它實施例中可以是經度、緯度和海拔。
應當理解所述校準信息是在將引導控制系統30安裝到軌道挖溝 機10上時確定的，並且包括諸如在臂20末端的挖掘裝置22的半徑 或直徑69 (圖1)(圖2中的度量"b")，從挖掘裝置22在臂末端圍 繞其旋轉的軸的中心到編碼器與臂的連接點的距離(圖2中的度量
"c")，以及第二和第三傳感器以及GNS接收器相對於軌道挖溝機上 的某個位置(如軌道挖溝機的第一傳感器34的安裝位置)的安裝位 置的信息。
在一個實施例中，為了提供切割邊緣32的當前位置，計算機36 採用由第一傳感器34提供的度量"a"，然後在計算機36的存儲器中 提供的查找表67中找到對應的度量"d"(圖2)。應當理解在這種 實施例中，查找表67中每個度量"d，，的值是通過針對每個值"a，，人工 度量"d"而預先建立的。在其它實施例中，計算機可以在臂20下降或 升高時使用度量"a"、 "b"和"c"之間的角度或向量關係來計算出"d"。
在步驟350，計算機36將切割邊緣32的當前位置與存儲在計算 機36的存儲器中的數字設計信息33相比較，以確定切割邊緣的當前 位置和切割邊緣32的期望位置之間的位置差異，切割邊緣32的期望 位置是由針對沿著期望路徑28的給定位置的數字設計信息表明的。
一旦確定了該位置差異，在步驟360中計算機36檢查該位置差 異是否大於預定的可接受的誤差程度。該誤差程度被設置為確保只有 由於斜度變化而不是由於傳感器噪聲所導致的、將挖掘裝置22的切 割邊緣32維持在期望溝外形28上所需要的調整才作為控制信號由計 算機發送出去。如果該位置差異大於誤差程度，則在步驟370，計算 機36通過控制線50向控制器38發送合適的調整信號，以補償該位 置差異。控制器38利用從計算機36發送的調整信號來調整衝頭26 和27的定位。以這種方式，通過挖掘裝置成型的地表的輪廓或坡度 儘可能接近於期望的溝外形28。
應當理解，當挖掘裝置22的切割邊緣32偏離位置時，以及當該 切割邊緣32處於期望位置時，計算機36還可以在控制系統用戶界面 40上提供可視的指示。
還應當理解，線性編碼器32、 GNS接收器44a和44b、以及位 於驅動單元46上的空間方向傳感器46的使用被提供給未受到臂20 的深度和角度影響的引導控制系統30。另 一個好處是該系統的裝備位 置受到更多的保護，因此減少了故障的機率。 雖然詳細地並參照優選實施例描述了本發明，很明顯在不脫離在 所附權利要求中定義的本發明範圍的情況下可以進行修正和變化。
權利要求
1.一種用於調整安裝在挖溝機器的機架上並且通過驅動機構可調節地移動的挖掘裝置的動態切割邊緣的定位和方向以便控制將地球表層處理為期望的溝外形的方法，所述方法包括通過至少一個全球導航系統接收器獲得該挖溝機器的當前位置；通過第一傳感器獲得該挖掘裝置的當前度量；從第二傳感器獲得該挖溝機器的當前空間方向；將該挖溝機器的所述當前位置、該挖溝機器的所述當前空間方向以及該挖掘裝置的所述當前度量與已知的機器尺寸和校準信息組合起來，以提供該切割邊緣的當前位置；將該切割邊緣的所述當前位置與數字設計信息比較，以確定該切割邊緣的所述當前位置和該切割邊緣的期望位置之間的位置差異，該切割邊緣的所述期望位置由針對沿著該期望的溝外形的給定位置的所述數字設計信息指示；如果該位置差異大於預定程度的誤差，則至少調整該挖掘裝置的該動態切割邊緣的所述定位，使得由該挖掘裝置處理的該表層儘可能接近該期望的溝外形。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括如果所述位置差異大 於該預定程度的誤差，則向所述挖溝機器的控制器發送合適的調整信 號，以調整所述挖掘裝置的該動態切割邊緣的定位。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中所述方法作為引導控制系 統程序運行，該引導控制系統程序使得處理器可以調整挖掘裝置的動 態切割邊緣的定位和方向。
4. 根據權利要求1所述的方法，還包括通過所述至少一個全 球導航系統接收器獲得所述挖溝機器的當前朝向。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述方法作為引導控制系 統程序運行，該引導控制系統程序使得處理器可以調整該挖掘裝置的 該動態切割邊緣的定位和方向，並且其中，在可由所述處理器存取的 存儲器中提供所述數字設計信息。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述空間方向至少是所述 挖溝機器相對於地面的斜度。
7. 根據權利要求1所述的方法，其中所述空間方向是所述挖溝 機器相對於地面的斜度和滾動。
8. 根據權利要求1所述的方法，其中所述至少一個全球導航系 統接收器是一對全球導航系統接收器，並且所述方法還包括根據由 所述一對全球導航系統接收器提供的坐標位置的差異，至少確定滾 動。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中所述當前度量是挖掘裝置 相對於該挖溝機器的機架的線性行程。
10. 根據權利要求l所述的方法，其中所述切割邊緣的所述當前 位置具有至少3個坐標維度。
11. 根據權利要求l所述的方法，其中所述切割邊緣的所述當前 位置具有從笛卡兒(x，y，z)、地面勘查(北，東，海拔)和地理位置(經度，蟀度，海拔)中選擇的類型的至少3個坐標維度。
12. 根據權利要求l所述的方法，其中所述校準信息包括所述挖 掘裝置圍繞旋轉軸的半徑，所述旋轉軸的中心到所述第 一傳感器的距 離，以及所述第一和第二傳感器和所述至少一個全球導航系統接收器 相對於所述挖溝機器上的某個位置的安裝位置。
13. 根據權利要求l所述的方法，其中通過在針對由所述第一傳 感器提供的當前度量的查找表中找到對應的度量來部分地提供所述 切割邊緣的所述當前位置。
14. 根據權利要求l所述的方法，其中通過採用所述挖掘裝置圍 繞旋轉軸的半徑、所述旋轉軸的中心到所述第一傳感器的距離、以及 所述第一和第二傳感器和所述至少一個全球導航系統接收器相對於 所述挖溝機器上的某個位置的安裝位置之間的關係來部分地提供所 述切割邊緣的所述當前位置。
15. 根據權利要求l所述的方法，包括如果所述位置差異大於 該預定程度的誤差，則向所述挖溝機器的控制器發送合適的調整信 號，以調整所述挖掘裝置的動態切割邊緣的定位，其中所述控制器使 用所述調整信號來調整至少一個衝頭的定位。
16. 根據權利要求1所述的方法，還包括當所述挖掘裝置的該 切割邊緣偏離位置時，在控制系統用戶界面上提供第一可視指示，並 且當按照該期望的溝外形定位所述挖掘裝置的該切割邊緣時，提供第 二可視指示。
17. 根據權利要求l所述的方法，還包括遠程接收所述數字設 計信息。
18. 根據權利要求l所述的方法，其中所述方法作為引導控制系 統程序運行，該引導控制系統程序使得處理器可以調整該挖掘裝置的 該動態切割邊緣的定位和方向，並且其中，在可由所述處理器存取的 存儲器中提供所述數字設計信息，並且所述方法還包括將所述數字 設計信息接收到所述存儲器中。
19. 根據權利要求l所述的方法，還包括用安裝在所述挖溝機 器上而不是安裝在所述挖掘裝置上的雷射接收器檢測雷射基準，以提 供有關所述挖溝機器的位置和高度的附加信息。
20. —種用於控制安裝在挖溝機器的機架上並且通過驅動機構可為期望的溝外形的引導控制系'統，所述引導控制系統包括_第一傳感器，適用於產生指示該挖掘裝置相對於該挖溝機器的機架的斜度的第一信號；第二傳感器，適用於產生指示該挖溝機器相對於地面的空間方向 的第二信號；至少一個全球導航系統接收器，適用於產生指示該挖溝機器的全球位置的第三信號；處理器，所述處理器與所述驅動機構和所述傳感器系統電耦合， 並且被編程為通過響應於至少來自於所述第一傳感器的所述第一信 號、至少來自於所述第二傳感器的所述第二信號和至少來自於所述至少 一個全球導航系統接收器的所述第三信號而控制所述驅動機構的 啟動，控制所述挖掘裝置的所述切割邊緣的定位。
21. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述第一傳感器包 括編碼器。
22. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述笫一傳感器包 括從包括線性編碼器和電阻電位計的組中選擇的編碼器。
23. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述第二傳感器包 括基於重力的傳感器。
24. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述第二傳感器是 從包括斜率傳感器、傾角儀、加速計和擺式傳感器的組中選擇的。
25. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述至少一個全球 導航系統接收器包括一對橫向間隔的全球導航系統接收器。
26. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述至少一個全球 導航系統接收器包括一對橫向間隔的全球導航系統接收器，並且所述 處理器適用於根據由所述一對全球導航系統接收器通過所述第三信 號提供的坐標位置的差異而至少確定滾動。
27. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述傳感器系統還 包括安裝在所述挖溝機器而不是所述挖掘裝置上的第三傳感器，用 於產生指示所述挖溝機器的相對高度的第四信號，並且其中，所述處 理器被編程為通過響應於來自於所述第一傳感器的所述第一信號、來 自於所述第二傳感器的所述第二信號、來自於所述至少一個全球導航 系統接收器的所述第三信號和來自於所述第三傳感器的所述第四信 號來控制所述驅動機構的啟動，控制所述挖掘裝置的所述切割邊緣的 定位。
28. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述挖掘裝置是挖 掘鏈輪。
29. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述挖溝機器是軌 道挖溝機。
30. 根據權利要求20所述的控制系統，其中所述引導控制系統還包括數據收發器，所述引導控制系統適用於通過所述數據收發器接 收提供所述期望的溝外形的數字信息。
31. —種挖溝機器，包括 具有機架的機車；與所述機架耦合併且可通過驅動機構相對於所述機架可調節地 移動的挖掘裝置；引導控制系統，被配置為控制所述挖掘裝置的定位和方向以便控 制將地球表層處理為期望的溝外形，所述引導控制系統包括第一傳感器，適用於產生指示該挖掘裝置相對於該挖溝機器的機 架的斜度的第一信號；第二傳感器，適用於產生指示該挖溝機器相對於地面的空間方向 的第二信號；至少一個全球導航系統接收器，適用於產生指示該挖溝機器的全球位置的笫三信號；和處理器，所述處理器與所述驅動機構和所述傳感器系統電耦合， 並且被編程為通過響應於至少來自於所述第一傳感器的所述第一信 號、至少來自於所述第二傳感器的所述第二信號和至少來自於所述至 少一個全球導航系統接收器的所述第三信號而控制所述驅動機構的 啟動，控制所述挖掘裝置的所述切割邊緣的定位。
32. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述第一傳感器包 括編碼器。
33. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述第一傳感器包 括從包括線性編碼器和電阻電位計的組中選擇的編碼器。
34. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述第二傳感器包 括基於重力的傳感器。
35. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述第二傳感器是 從包括斜率傳感器、傾角儀、加速計和擺式傳感器的組中選擇的。
36. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述至少一個全球 導航系統接收器包括一對橫向間隔的全球導航系統接收器。
37. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述至少一個全球 導航系統接收器包括一對橫向間隔的全球導航系統接收器，並且所述 處理器適用於根據由所述一對全球導航系統接收器通過所述第三信 號提供的坐標位置的差異而至少確定滾動。
38. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述傳感器系統還 包括安裝在所述挖溝機器而不是所述挖掘裝置上的第三傳感器，用 於產生指示所述挖溝機器的相對高度的第四信號，並且其中，所述處 理器被編程為通過響應於來自於所述第一傳感器的所述第一信號、來 自於所述第二傳感器的所述第二信號、來自於所述至少一個全球導航 系統接收器的所述第三信號和來自於所述第三傳感器的所述第四信 號來控制所述驅動機構的啟動，控制所述挖掘裝置的所述切割邊緣的 定位。
39. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述挖掘裝置是挖 掘鏈輪。
40. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述挖溝機器是軌 道挖溝機。
41. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述引導控制系統 還包括數據收發器，所述引導控制系統適用於通過所述數據收發器接 收提供所述期望的溝外形的數字信息。
42. 根據權利要求31所述的挖溝機器，其中所述引導控制系統 適用於自動維持根據所述期望的溝外形的定位的所述挖掘裝置。
全文摘要
一種引導控制系統，被配置為控制安裝在挖溝機器的機架上的挖掘裝置的定位和空間方向，該挖溝機器用於將地球表層處理為期望的溝外形。該挖掘裝置的動態切割邊緣的位置受到監視和控制，使得所感測的動態切割邊緣位置基本上等於所計算的動態切割邊緣位置。引導控制系統包括傳感器、處理器和提供關於期望的溝外形的數字設計信息的可存取存儲器。
文檔編號G05D1/04GK101194073SQ200580047026
公開日2008年6月4日 申請日期2005年8月8日 優先權日2004年12月13日
發明者克里斯多福·D·理察森, 溫森特·L·拉什爾, 羅伯特·M·比克曼 申請人:天寶導航有限公司