專利名稱：用于移動機(jī)器的纜索循跡系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種循跡系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及一種用于針對移動機(jī)器的纜索循跡的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
例如架式鉆床、長臂挖掘機(jī)和掘鑿機(jī)等大型土方設(shè)備通常系有纜索，以便經(jīng)由連接到設(shè)備的大的高壓電纜從固定源接收電力。在設(shè)備的運(yùn)行過程中，電纜可以橫亙于工地地面或者沿著臺階底。隨著設(shè)備運(yùn)動到新的位置，例如當(dāng)設(shè)備行進(jìn)到新的井場或鉆探目標(biāo)之間的樞軸點(diǎn)時，電纜被牽引經(jīng)過地面并且電纜的位置相對于地面改變。一些是人控的和一些是自動或半自動的非纜索式移動設(shè)備的其它元件通常在工地處與纜索式機(jī)器協(xié)同定位并且圍繞工地操縱，執(zhí)行其它挖掘和/或運(yùn)輸活動。在移動設(shè)備的這些其它元件運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)避免與前述電纜接觸，以防止損壞電纜和設(shè)備。但是，圍繞電纜移動和操縱是困難的，因為電纜難以被看到并且它們的位置不總是保持不變。于1986年5月6日授予Stoldt的美國專利No. 4587383 ( “‘383專利”)中描述了一種在保護(hù)相聯(lián)的供電電纜的同時用于向移動設(shè)備供應(yīng)連續(xù)電流的系統(tǒng)。’383專利公開了一種大型前端裝載機(jī)，其經(jīng)由連接到可轉(zhuǎn)動地安裝在機(jī)器頂部上的轉(zhuǎn)動架的電纜提供電力。轉(zhuǎn)動架具有一高度，該高度足以使得柔性電纜在進(jìn)入轉(zhuǎn)動架時升高到機(jī)器的最高固定部分之上。以此方式，隨著裝載機(jī)的鏟斗處于其降低和工作位置，機(jī)器在升高的電纜下具有完全的轉(zhuǎn)動和運(yùn)動自由度，并且電纜避開了開采地面，在該處，電纜可能被損壞或形成安全危險。雖然’ 383專利中描述的系統(tǒng)可以有助于降低由系到電纜的機(jī)器造成的對電纜的損壞，但其益處也是有限的。即，’ 383專利的系統(tǒng)對遠(yuǎn)離緊鄰纜索式機(jī)器的位置處的電纜的保護(hù)甚微，在所述位置處，其它運(yùn)行的機(jī)器會損壞電纜。另外，轉(zhuǎn)動架的延伸高度會限制機(jī)器在一些應(yīng)用中的使用并且/或者增加由轉(zhuǎn)動架與高架障礙物的碰撞引起的損壞機(jī)器的可能性。本發(fā)明的纜索循跡系統(tǒng)和方法旨在對現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及一種纜索循跡系統(tǒng)。纜索循跡系統(tǒng)可以包括定位在移動機(jī)器上的卷筒，其隨著移動機(jī)器圍繞工地行進(jìn)而選擇性地分配和卷繞從移動機(jī)器延伸到固定源的纜索。纜索循跡系統(tǒng)還可以包括與卷筒相聯(lián)的至少一個傳感器，以產(chǎn)生指示卷筒參數(shù)的第一信號；與移動機(jī)器相聯(lián)的定位系統(tǒng)，以產(chǎn)生指示移動機(jī)器的行進(jìn)路徑參數(shù)的第二信號；和與至少一個傳感器和定位系統(tǒng)通信的控制器。控制器能夠基于第一信號和第二信號確定 纜索避開地帶。本發(fā)明的另一方面涉及一種附加的纜索循跡系統(tǒng)。該纜索循跡系統(tǒng)可以包括定位在移動機(jī)器上的卷筒，其隨著移動機(jī)器圍繞工地行進(jìn)而選擇性地分配和卷繞從移動機(jī)器延伸到固定源的纜索；和與卷筒相聯(lián)的馬達(dá)，用以在纜索的分配和卷繞過程中驅(qū)動卷筒。該纜索循跡系統(tǒng)還可以包括與卷筒相聯(lián)的傳感器，以產(chǎn)生指示由纜索施加給卷筒的力的第一信號；與移動機(jī)器相聯(lián)的定位系統(tǒng)，以產(chǎn)生指示移動機(jī)器的行進(jìn)路徑參數(shù)的第二信號；和與傳感器和定位系統(tǒng)通信的控制器?？刂破髂軌蚧诘谝恍盘柡偷诙盘柎_定纜索避開地帶，基于第一信號調(diào)節(jié)馬達(dá)的運(yùn)行并且在纜索的卷繞過程中指引移動機(jī)器行進(jìn)經(jīng)過纜索地帶。本發(fā)明的又一方面涉及一種針對移動機(jī)器的纜索循跡的方法。該方法可以包括感測與纜索卷筒相關(guān)的參數(shù)并且響應(yīng)地產(chǎn)生第一信號；并且確定移動機(jī)器的行進(jìn)路徑參數(shù)并且響應(yīng)地產(chǎn)生第二信號。該方法還可以包括基于第一信號和第二信號確定纜索避開地帶。


圖I是具有纜索式和非纜索式移動機(jī)器的一種示例性公開的工地的示意圖； 圖2是可以在圖I的工地處使用的纜索循跡系統(tǒng)的示意圖；并且圖3是描繪可以由圖2的纜索循跡系統(tǒng)執(zhí)行的一種示例性公開的方法的流程圖。
具體實施例方式圖I示出了例如建筑或采礦場地的工地10，在該處，多個機(jī)器可以運(yùn)行以執(zhí)行多項任務(wù)。在一個例子中，這些任務(wù)可以包括諸如鉆探、裝載、牽引、平地等土方操作。但是，應(yīng)當(dāng)注意到，如果希望的話，與土方不相關(guān)的其它任務(wù)也可以通過工地10處的機(jī)器來完成。在圖I中描繪的示例性工地10中，一些機(jī)器被示出為纜索式機(jī)器，而其它被示出為非纜索式。特別地，被描繪為架式鉆床12的第一機(jī)器經(jīng)由纜索16操作地連接到基站14。分別被描繪為拖運(yùn)卡車18、輪式裝載機(jī)20和推土機(jī)22的第二機(jī)器、第三機(jī)器和第四機(jī)器被示出為非纜索式?？梢栽O(shè)想，任何類型的機(jī)器都可以在工地10處運(yùn)行，并且每個機(jī)器可以是或不是纜索式。系有纜索到基站14的機(jī)器的類型對本發(fā)明來說不是關(guān)鍵的。在工地10處運(yùn)行的機(jī)器可以是手動操作的、自動操作的或半自動操作的。即，一種或多種機(jī)器的運(yùn)行可以響應(yīng)于環(huán)境輸入和/或預(yù)定指令完全通過機(jī)載或場外控制器來調(diào)節(jié)，而工地10處的其它機(jī)器可以完全通過操作者來調(diào)節(jié)。并且，還有其它一些機(jī)器可以具有由控制器調(diào)節(jié)的一些功能，和由操作者調(diào)節(jié)的其它功能。在這些情況中的任意情況中，每個機(jī)器能夠與彼此、與基站14和/或工地10處的其它實體通信，以接收和發(fā)送能夠執(zhí)行不同機(jī)器的運(yùn)行和控制的信息。在工地10處的每個機(jī)器可以經(jīng)由位于每個機(jī)器上和位于基站14處的通信裝置21向彼此和/或向基站14傳送信息。通信裝置21可以具體化為有利于機(jī)器和基站14之間數(shù)據(jù)交換的任何機(jī)構(gòu)。例如，通信裝置21可以包括使每個機(jī)器和基站14能夠經(jīng)過直接數(shù)據(jù)鏈路(未示出)或無線通信鏈路發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)消息的硬件和/或軟件。無線通信例如可以包括使機(jī)器和基站14能夠無線地交換信息的衛(wèi)星、移動電話、紅外線和任何其它類型的無線通信裝置。關(guān)于架式鉆床12，纜索16能夠給架式鉆床12提供有利于執(zhí)行分配給架式鉆床12的任務(wù)的元件。例如，纜索16可以具體化為能夠傳導(dǎo)架式鉆床12為了推進(jìn)和/或為了相關(guān)聯(lián)作業(yè)工具25的驅(qū)動功率所使用的高壓電流的電力供應(yīng)電纜。在另一例子中，纜索16可以替代地或附加地能夠供應(yīng)氣體或流體，例如空氣、水、泥漿等，有利于鉆探操作、切割操作、分離操作、清潔操作或本領(lǐng)域中已知的任何其它操作。在又一例子中，纜索16可以替代地具體化為用于收回或范圍限制架式鉆床12的實心絞盤電纜或繩索、用于與架式鉆床12遠(yuǎn)程通信和/或控制架式鉆床12的運(yùn)行的通信線(例如，實心通信線或光纖)、或者如果希望的話本領(lǐng)域中已知的任何其它類型的纜索。在這些情況的任意情況中，纜索16可以從基站14延伸到架式鉆床12 (或者在工地10處的任何其它纜索式機(jī)器)，其中基站14用作供應(yīng)電、空氣、水、泥漿、范圍限制等的固定源。為了有助于確保架式鉆床12的連續(xù)運(yùn)行并避免損壞工地10處的設(shè)備，包括架式鉆床12本身在內(nèi)的在工地10處運(yùn)行的機(jī)器應(yīng)當(dāng)避免與纜索16不慎接觸。特別地，在工地10處運(yùn)行的機(jī)器應(yīng)當(dāng)試圖避免在纜索16上驅(qū)動或者使作業(yè)工具、有效負(fù)載與纜索16無意接合，或者以任何其它方式與纜索16無意接合，因為這種接合會造成纜索16破裂和/或損壞與纜索16接合的部件。遺憾的是，由于在工地10處運(yùn)行的機(jī)器的尺寸和/或由于工地10處的地形和其它不可控制因素，一個機(jī)器的纜索16可能難以由自動控制器或另一機(jī)器的人工操作者來檢測。為此，可以建立避開地帶24，其提供纜索16可能或最可能存在其中的一個或多個邊界區(qū)域。避開地帶24可以包括纜索16的實際或接近位置，或者可以在纜索16的任一側(cè)提供在工地10處運(yùn)行的機(jī)器應(yīng)當(dāng)避開的一個或多個區(qū)域(裕度因子)。由于一些機(jī)器可能會對纜索16造成較大損壞或者被纜索16嚴(yán)重?fù)p壞，可以想到的是，避開地帶24可以針對機(jī)器的每一個個體、種類或型號具有不同的尺寸，并且/或者對進(jìn)入避開地帶24和/或觸碰纜索16的機(jī)器的響應(yīng)可能對于每個機(jī)器不同。有關(guān)纜索16和/或避開地帶24的位置的信息可以經(jīng)由通信裝置21通信至每個機(jī)器，并且用于在正常運(yùn)行期間自動和/或手動地引導(dǎo)機(jī)器不接觸避開地帶24。在一個例子中，由于輪式裝載機(jī)20行進(jìn)的速度相對較高，針對輪式裝載機(jī)20的避開地帶24會比針對推土機(jī)22的寬。在另一例子中，由于拖運(yùn)卡車18在完全裝載時的重有效載荷以及由重量造成的對纜索16的相關(guān)損壞可能，針對拖運(yùn)卡車18的避開地帶24可以更寬。在又一例子中，避開地帶24可以針對一個機(jī)器包括僅單組邊界位置，以及針對另一機(jī)器包括多組邊界位置。在這種情況中，每組邊界位置可以與當(dāng)每個邊界組的位置被機(jī)器越過時啟動的不同響應(yīng)相對應(yīng)。例如，當(dāng)輪式裝載機(jī)20觸碰邊界位置24C時，輪式裝載機(jī)20會被通知和/或引導(dǎo)沿著使輪式裝載機(jī)20遠(yuǎn)離避開地帶24的路徑行進(jìn)。在該相同的例子中，當(dāng)輪式裝載機(jī)20觸碰內(nèi)邊界位置24A時，輪式裝載機(jī)20會被禁止進(jìn)一步行進(jìn)到避開地帶24中(例如，輪式裝載機(jī)20會停機(jī)或限制為僅反向行進(jìn)離開避開地帶24)。相反，拖運(yùn)卡車18在越過避開地帶24的單個邊界位置時會立即停機(jī)。應(yīng)當(dāng)注意的是，邊界組的數(shù)量和邊界位置相對于纜索16的對稱性并不由本發(fā)明限制。還可以想到，針對機(jī)器接近避開地帶24、避開地帶的邊界被穿過、和/或機(jī)器被驅(qū)動進(jìn)入避開地帶一距離可以發(fā)出不同的響應(yīng)。如圖2所示，纜索16可以在與作業(yè)工具25相對的端部處連接到架式鉆床12。在一種實施方式中，纜索16可以連接到卷筒26，該卷筒26可轉(zhuǎn)動地安裝到架式鉆床12的后、端處。在架式鉆床12分別遠(yuǎn)離或朝向基站14運(yùn)動時，卷筒26能夠分配和卷繞纜索16?？梢栽O(shè)想，如果希望的話，一個或多個中心定位的引導(dǎo)件(未示出)可以與卷筒26相關(guān)聯(lián)，以促進(jìn)纜索16圍繞卷筒26的平滑卷繞。架式鉆床12可以配備有纜索循跡系統(tǒng)(“系統(tǒng)”)28，該系統(tǒng)28調(diào)節(jié)卷筒26的操作并且響應(yīng)于一個或多個輸入針對纜索16的位置循跡。系統(tǒng)28可以包括連接成驅(qū)動卷筒26的馬達(dá)30、與卷筒26的操作相關(guān)聯(lián)的一個或多個傳感器32、定位系統(tǒng)33、以及與馬達(dá)30、一個或多個傳感器32和定位系統(tǒng)33通信的控制器34等。如以下將更加詳細(xì)的描述，控制器34可以根據(jù)預(yù)編指令并基于從一個或多個傳感器32和/或定位系統(tǒng)33接收的信號調(diào)節(jié)馬達(dá)30的運(yùn)行以分配和/或卷繞纜索16。馬達(dá)30可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型的電動或液壓馬達(dá)，其可操作以響應(yīng)于 來自控制器34的輸入驅(qū)動卷筒26沿順時針和逆時針方向轉(zhuǎn)動?？梢栽O(shè)想，如果希望的話，可以利用多個馬達(dá)30以協(xié)作地驅(qū)動卷筒26。馬達(dá)30可以直接地連接到卷筒26或經(jīng)由齒輪配置(未示出)、棘輪機(jī)構(gòu)(未示出)、滑輪系統(tǒng)(未示出)或以任何其它方式間接地連接到卷筒26。馬達(dá)30可以被控制以選擇性地改變施加到卷筒26的轉(zhuǎn)動方向、速度和/或轉(zhuǎn)矩輸出。一個或多個傳感器32可以定位成監(jiān)控卷筒26的參數(shù)，并且響應(yīng)地產(chǎn)生指示該參數(shù)的一個或多個信號。例如，一個傳感器32可以具體化為能夠監(jiān)控由馬達(dá)30和/或纜索16施加給卷筒26的轉(zhuǎn)動方向、速度和/或轉(zhuǎn)矩輸出的轉(zhuǎn)動傳感器32A。替代地或附加地，另一傳感器32可以具體化為與卷筒26的安裝支架相關(guān)聯(lián)的負(fù)載傳感器32B，其能夠監(jiān)控由馬達(dá)30和/或纜索16施加給卷筒26的力(即，傳感器32B可以監(jiān)控作用在卷筒26上的轉(zhuǎn)矩和/或在經(jīng)過卷筒26和安裝支架傳輸?shù)郊苁姐@床12的框架時纜索16的張力)。一個或多個傳感器32可以產(chǎn)生指示這些監(jiān)控的參數(shù)的信號，并且將信號通信至控制器34。定位系統(tǒng)33可以具體化為電子接收器，其能夠與一個或多個衛(wèi)星或本地?zé)o線電或激光傳輸系統(tǒng)通信，以確定架式鉆床12的行進(jìn)路徑參數(shù)。如這里所用，行進(jìn)路徑參數(shù)可以包括架式鉆床12的相對位置、前進(jìn)方向、行進(jìn)速度和/或樞轉(zhuǎn)。在這些實施方式中，定位系統(tǒng)33可以從多個位置接收并分析高頻、低功率無線電或激光信號，以對相對三維位置作三角測量。替代地，定位系統(tǒng)33可以具體化為可操作以接收或確定與架式鉆床12相關(guān)的位置信息的慣性參考單元(IRU)。在又一種構(gòu)型中，如果希望的話，一組諸如行進(jìn)速度傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器、里程計等的一個或多個現(xiàn)有機(jī)載傳感器可以一起具體化為定位系統(tǒng)33，并且用于產(chǎn)生有關(guān)架式鉆床12的行進(jìn)路徑參數(shù)的信息。隨后，指示一個或多個行進(jìn)路徑參數(shù)的信號可以從定位系統(tǒng)33通信至控制器34，或者替代地，定位系統(tǒng)33可以是控制器34的一部分?？刂破?4可以包括能夠監(jiān)控、記錄、存儲、標(biāo)引、處理和/或通信來自一個或多個傳感器32的卷筒參數(shù)和來自定位系統(tǒng)33的架式鉆床12的行進(jìn)路徑參數(shù)的任何裝置，用于響應(yīng)于該信息控制馬達(dá)30的運(yùn)行并且用于確定纜索16的接近或?qū)嶋H位置和計算避開地帶24的邊界區(qū)域。這些裝置例如可以包括存儲器、一個或多個數(shù)據(jù)存儲裝置、中央處理單元、或可以用于運(yùn)行所公開的應(yīng)用的任何其它部件。此外，雖然本發(fā)明的方面可以被整體描述為存儲在存儲器中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解這些方面能夠存儲在不同類型的計算機(jī)程序產(chǎn)品或計算機(jī)可讀介質(zhì)上或者從不同類型的計算機(jī)程序產(chǎn)品或計算機(jī)可讀介質(zhì)讀取，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品或計算機(jī)可讀介質(zhì)諸如是電腦晶片和輔助存儲裝置，包括硬盤、軟盤、光盤、CD-ROM或其它形式的RAM或ROM?？刂破?4能夠在分配和卷繞操作過程中調(diào)節(jié)馬達(dá)30的性能，以控制卷筒26和/或纜索16的參數(shù)，諸如分配長度(即，在架式鉆床12遠(yuǎn)離基站14行進(jìn)過程中分配的纜索的長度)、分配速度(即，卷筒26的轉(zhuǎn)動速度乘以卷筒26上的纜索16的直徑)、分配力(即，馬達(dá)30的轉(zhuǎn)矩輸出)、纜索張力(即，由于架式鉆床12的重力和運(yùn)動作用在纜索16上的拉力或壓縮力)、以及纜索位置。特別地，希望的是分配的纜索16的位置在架式鉆床12的運(yùn)行過程中保持基本不變，使得相關(guān)的避開地帶24也可以保持不變并且能由在工地10處的其它機(jī)器和/或操作者預(yù)測。為此，不希望的是在分配和卷繞操作過程中和/或架式鉆床12的行進(jìn)或樞轉(zhuǎn)過程中相對于地面明顯地運(yùn)動纜索16 ( S卩，不希望拖曳或推動纜索16經(jīng)過地面)。如果纜索16是以基本上不匹配架式鉆床12的行進(jìn)或樞轉(zhuǎn)速度的速率分配的，纜索16可以相對于地面運(yùn)動。例如，如果架式鉆床12以第一速度運(yùn)動或樞轉(zhuǎn)，而纜索16以低 于該速度的速率分配，纜索16的置于工地10地面上的部分會由于該速度差在架式鉆床12后面被拖曳并且在卷筒26上施加顯著的拉力。類似地，如果纜索16以比架式鉆床12的行進(jìn)或樞轉(zhuǎn)速度快的速率分配，卷筒26的轉(zhuǎn)動會由于該速度差而實際地導(dǎo)致纜索16被沿著地面遠(yuǎn)離架式鉆床12地推動，并且在卷筒26上施加顯著的壓縮力。類似情況會在纜索16的卷繞過程中出現(xiàn)。但是，如果纜索16能夠以與架式鉆床12的行進(jìn)或樞轉(zhuǎn)速度大約相同的速率分配或卷繞，纜索16可以鋪設(shè)在地面上和從地面上收回而在纜索16和地面之間沒有明顯的相對運(yùn)動并且纜索16不會在卷筒26上施加顯著的力。為此，控制器34可以與馬達(dá)30通信，以基于來自一個或多個傳感器32和/或定位系統(tǒng)33的輸入在纜索16的分配和卷繞過程中改變由馬達(dá)30施加給卷筒26的繞線方向、速度和/或轉(zhuǎn)矩，以減小作用在卷筒26上的速度和合力的差。例如，控制器34可以控制馬達(dá)30以基本上匹配由定位系統(tǒng)33所測量的架式鉆床12的行進(jìn)或樞轉(zhuǎn)速度的速率分配和/或卷繞纜索16。在另一例子中，控制器34可以基于由一個或多個傳感器32所提供的力測量值控制馬達(dá)30以分配和/或卷繞纜索16，使得卷筒速度(分配和/或卷繞速度)被間接地控制以匹配架式鉆床12的行進(jìn)速度和樞轉(zhuǎn)。在又一例子中，如果希望的話，可以基于行進(jìn)速度輸入和力輸入的結(jié)合來控制馬達(dá)30。作用在卷筒26上的凈力(由纜索16和馬達(dá)30施加給卷筒26的力的總和)以及分配和行進(jìn)速度差應(yīng)當(dāng)最小化。控制器34還能夠基于架式鉆床12的已知運(yùn)動學(xué)以及來自一個或多個傳感器32和定位系統(tǒng)33的信號確定纜索16的位置。特別地，基于由定位系統(tǒng)33提供的一個或多個行進(jìn)路徑參數(shù)并且基于卷筒26在架式鉆床12上的固定位置和/或尺寸，控制器34能夠確定卷筒26圍繞工地12的軌跡(即，運(yùn)動歷史)。并且，基于纜索16在靠近位于架式鉆床12后部的卷筒26的已知位置處鋪設(shè)在地面上和由卷筒26收回的行進(jìn)過程中在纜索16和地面之間沒有或幾乎沒有相對運(yùn)動的假設(shè)(和/或間接地基于由一個或多個傳感器32在卷筒26處測量的指示纜索16和地面之間的相對運(yùn)動的力)，纜索16的近似位置能夠由控制器34根據(jù)一個或多個內(nèi)部和/或預(yù)編算法準(zhǔn)確地計算。但是，在一些情況中，在鋪設(shè)和收回纜索16時使纜索16相對于地面沒有任何運(yùn)動是困難的。為此，在一些例子中，系統(tǒng)28可以設(shè)有用于選擇性地和/或周期性地識別和/或確認(rèn)纜索16的接近位置的一個或多個附加的傳感器36。傳感器36能夠在一旦收到指令時或在經(jīng)過了操作時間段、例如每隔30秒、兩分鐘或另外的校準(zhǔn)時間段之后連續(xù)地檢測纜索16的實際位置。在纜索相對于地面的運(yùn)動可能大于閾限量時或者替代地響應(yīng)于在工地10處的另一機(jī)器已經(jīng)越過避開地帶24，控制器34可以要求傳感器36來勘測纜索16的實際位置。纜索16可能例如在架式鉆床12經(jīng)歷行進(jìn)方向或速度的突然或過度改變、傳感器故障、通信故障或其它類似狀況時相對于地面運(yùn)動。隨后，控制器34可以將纜索16的實際位置與纜索16的接近位置進(jìn)行比較，并且相應(yīng)地校準(zhǔn)接近位置?？梢栽O(shè)想，如果希望的話，纜索16的手動觀測也可以或替代地由控制器34要求。
傳感器36可以定位在架式鉆床12上，以便例如在架式鉆床12面向后的位置處具有足夠的觀察視野來監(jiān)控在架式鉆床12的行進(jìn)過程中纜索16的運(yùn)動。傳感器36例如可以具體化為雷達(dá)傳感器、掃描激光傳感器、超聲傳感器、紅外傳感器、光學(xué)傳感器、諸如測距相機(jī)。另外，如果希望的話，傳感器36可以具體化為上述技術(shù)的任意組合，以增強(qiáng)其用于檢測纜索16的實際位置的能力。在架式鉆床12的運(yùn)行過程中，纜索16可以在架式鉆床12后面寬松地限定的區(qū)域內(nèi)變化位置。為此，傳感器36可以在架式鉆床12的運(yùn)行過程中、尤其在架式鉆床12的行進(jìn)或樞轉(zhuǎn)過程中周期性地掃描架式鉆床12后面的區(qū)域并且識別實際纜索位置。這些實際位置可以通過向纜索16的接近位置施加裕度因子來說明。包括裕度因子的纜索避開地帶24在圖I中示出為具有第一邊界位置24A、第二邊界位置24B和第三邊界位置24C。控制器34能夠基于實際纜索位置產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集用于根據(jù)預(yù)編算法和指令組計算和/或確認(rèn)上述避開地帶24。換句話說，控制器34能夠基于纜索16的接近位置和基于說明接近位置從纜索16的實際位置的一些偏離的裕度因子來確定避開地帶24。裕度因子可以是預(yù)定默認(rèn)值、可以從傳感器36作出的觀察導(dǎo)出、或者可以從另一源接收或由另一源計算?？刂破?4還可以基于影響計算準(zhǔn)確性的因素調(diào)節(jié)沿著纜索16長度的避開地帶24的尺寸。例如，當(dāng)基于指示超過與纜索16的不希望運(yùn)動相關(guān)的閾限量的卷筒轉(zhuǎn)矩或纜索張力的測量參數(shù)來計算避開地帶24時；當(dāng)基于來自故障傳感器32A和/或32B、定位系統(tǒng)33和/或傳感器36的信息進(jìn)行計算時；當(dāng)在架式鉆床12的過度速度和/或方向改變過程中進(jìn)行計算時；和/或當(dāng)基于其它類似狀況進(jìn)行計算時，得到的纜索位置近似值的準(zhǔn)確性會低于所希望的。在這些情況中，控制器34可以增大避開地帶24的第一邊界位置24A和第二邊界位置24B之間的寬度尺寸(即，控制器34可以增大施加給接近纜索位置的裕度因子以確定避開地帶24)，使得纜索16位于避開地帶24中的可能性增大。這種情況在圖I中通過避開地帶24的標(biāo)記為區(qū)段40的部分示例性示出。相反，當(dāng)架式鉆床12以基本恒定的方向且不樞轉(zhuǎn)和/或以基本恒定的速度行進(jìn)時，當(dāng)由一個或多個傳感器32測量的參數(shù)指示低卷筒轉(zhuǎn)矩和/或纜索張力時，和/或當(dāng)系統(tǒng)28的所有感測裝置正確地工作時，第一邊界位置24A和第二邊界位置24B之間超出接近纜索位置的寬度尺寸(即，施加給接近纜索位置的裕度因子)可以減小或者甚至消除，由此減小由避開地帶24占據(jù)的區(qū)域(即，減小在工地10處應(yīng)當(dāng)避開的區(qū)域)。這種情況在圖I中通過避開地帶24的標(biāo)記為區(qū)段42的部分示例性示出。以此方式，通過回避避開地帶24，可以減少與纜索16的不希望碰撞，同時保持避開地帶24的區(qū)域盡可能小。在避開地帶24的計算過程中，裕度因子可以沿著纜索16的長度在對應(yīng)于影響準(zhǔn)確性因素檢測的位置之前預(yù)定距離處增大，使得避開地帶24在已知準(zhǔn)確性位置處變寬適當(dāng)量。類似地，裕度因子可以沿著纜索16的長度在對應(yīng)于影響準(zhǔn)確性因素檢測的位置之后預(yù)定距離處減小，使得避開地帶24在已知準(zhǔn)確性位置處變窄回到其原始尺寸(或者基于架式鉆床12的當(dāng)前狀況的另一尺寸)。以此方式，對應(yīng)于影響準(zhǔn)確性因素檢測的位置可以安全地由避開地帶24的具有增大尺寸的區(qū)段包封。避開地帶24的分別在對應(yīng)于影響準(zhǔn)確性因素檢測的位置之前和之后變寬和變窄的預(yù)定距離可以基于纜索16連接到的機(jī)器、接收纜索的機(jī)器和/或避開地帶位置信息以及其它機(jī)器和/或基于位置的參數(shù)改變。例如，如果在與基站14相距50英尺的位置處，傳感器32突然開始出故障(或者另一影響準(zhǔn)確性因素被檢測)并且在架式鉆床12遠(yuǎn)離基站14行進(jìn)另外10英尺時繼續(xù)故障，避開地帶24可以被計算出從與基站14相距40英尺的位置到70英尺的位置具有較大的寬度尺寸。以此方式，纜索16沿著避開地帶24的整個長度留在避開地帶24中的可能性可以增大。應(yīng)當(dāng)注意的是，可以采用基于影響準(zhǔn)確性因素確定增大的纜索避開地帶尺寸的起始點(diǎn)和停止點(diǎn)的任何策略。還可以想到采用在改變尺寸之間過渡、諸如階梯式過渡、線性 過渡和非線性過渡的任何策略。纜索16的接近位置(即，保存的行進(jìn)路徑參數(shù))和/或避開地帶24另外可以由架式鉆床12用作在纜索16卷繞時反向行進(jìn)的引導(dǎo)。特別地，如控制器34所確定的避開地帶24可以在其分配的任務(wù)完成之后用于控制架式鉆床12沿著朝向基站14的方向的行進(jìn)。例如，在鉆出多個孔23(參照圖I)之后，架式鉆床12可以被指令返回到基站14以準(zhǔn)備隨后的爆破事件。在鉆出孔23的過程中，從孔23移除的碎屑堆可以留在相應(yīng)孔23的周邊周圍。如果未經(jīng)檢查，架式鉆床12的不同于沿原始前向路徑到達(dá)孔23的反向行進(jìn)會導(dǎo)致纜索16被拖曳經(jīng)過或抵靠碎屑堆，由此將碎屑推回到孔23中。通過控制架式鉆床12在卷繞纜索16的同時沿反向路徑行進(jìn)經(jīng)過避開地帶24回到基站14，可以防止纜索16不希望地與碎屑接合，由此有助于保持孔23的完整性。架式鉆床12可以由控制器34引導(dǎo)用于自動或手動控制，以跟隨位于避開地帶24內(nèi)的反向路徑。即，控制器34可以根據(jù)避開地帶24的邊界直接地控制架式鉆床12的行進(jìn)，或者替代地，向人工操作者提供視覺和/或聽覺的指弓丨，以利于在避開地帶24內(nèi)沿著原始行進(jìn)路徑的手動控制的行進(jìn)。在一些實施方式中，如果希望的話，在工地10處的孔23、相應(yīng)碎屑和/或其它障礙物的位置也可以被檢測、監(jiān)控、映像和/或自架式鉆床12通信至工地10處的其它機(jī)器和/或基站14?？梢韵氲?，避開地帶24可以通過定位在每個系有纜索的機(jī)器本身上的控制器(例如，通過架式鉆床12上的控制器34)、通過工地10處的其它機(jī)器的控制器和/或通過例如定位在基站14處的中央控制器(未示出)產(chǎn)生。特別地，如果希望的話，可以使架式鉆床12的控制器34僅與其它機(jī)器通信纜索16的接近和/或?qū)嶋H位置。在這種情況中，在工地10處運(yùn)行的每個其它機(jī)器的控制器可以獨(dú)立地產(chǎn)生其自身的圍繞纜索16的避開地帶，該避開地帶基于纜索16的位置和對于每個機(jī)器而言獨(dú)特的因素，諸如行進(jìn)速度、尺寸、重量、牽引類型、損壞風(fēng)險等。替代地，中央控制器可以接收來自工地10處的每個系有纜索的機(jī)器的纜索位置信息，并且響應(yīng)地產(chǎn)生顯示所有避開地帶的集中工地映射。在這種情況中，中央控制器可以基于每個機(jī)器的獨(dú)特特征定制發(fā)送到每個機(jī)器的映射信息。圖3圖示了可以由纜索循跡系統(tǒng)28執(zhí)行的示例性方法。在下面的部分中將更加詳細(xì)地討論圖3，以進(jìn)一步圖示所公開的控制系統(tǒng)及其操作。
工業(yè)實用性本發(fā)明的纜索循跡系統(tǒng)在利用系有纜索的移動機(jī)器的任何工地具有潛在的應(yīng)用。本發(fā)明的系統(tǒng)可以通過產(chǎn)生在工地處運(yùn)行的所有機(jī)器都應(yīng)避開的圍繞纜索的避開地帶來有助于減小對機(jī)器纜索的損壞。本發(fā)明的系統(tǒng)還可以通過指引機(jī)器在經(jīng)過為了其自身的纜索建立的避開地帶的路徑中而有助于引導(dǎo)系有纜索的機(jī)器回到基站?，F(xiàn)在將參照圖I和3說明系統(tǒng)28的操作。在工地10處初始操作過程中，系有纜索的架式鉆床12可以沿著朝向指定的爆破區(qū)域的方向離開基站14，在該區(qū)域處可以鉆出孔23以便準(zhǔn)備用于爆破。隨著架式鉆床12離開基站14，架式鉆床12可以以基本恒定的方向和基本恒定的速度前進(jìn)。在此時間過程中，控制器34可以監(jiān)控由纜索16施加給卷筒26的轉(zhuǎn)矩、纜索16的張力和/或架式鉆床12的行進(jìn)路徑參數(shù)(步驟100、110)，并且響應(yīng)地調(diào)節(jié)馬達(dá)30和卷筒26以便以基本上匹配架式鉆床12的行進(jìn)速度和樞轉(zhuǎn)運(yùn)動的速度和/或以減小作用在卷筒26上的凈力的轉(zhuǎn)矩分配纜索16(步驟120)。即，纜索分配速率可以被直接地控制以基本上匹配架式鉆床12的行進(jìn)速度和樞轉(zhuǎn)運(yùn)動，使得作用在卷筒26上的凈力保持在大約零，或者替代地，卷筒26上的凈力可以被保持在大約零，使得纜索分配速率基本上匹配架式鉆床12的行進(jìn)速度。在架式鉆床12在區(qū)段42處運(yùn)行的過程中，控制器34可以基于由定位系統(tǒng)33提供的行進(jìn)路徑參數(shù)并且基于由一個或多個傳感器32提供的卷筒參數(shù)信息約莫纜索16的位置。并且，基于纜索16的接近位置和上述裕度因子，控制器34可以確定避開地帶24的尺寸和位置(步驟130)。如果行進(jìn)速度基本上匹配在區(qū)段42處的纜索分配速率并且如果作用在卷筒26上的凈力相對低，可以確定纜索16被鋪設(shè)在工地10的地面上且地面和纜索16之間沒有或幾乎沒有相對運(yùn)動(步驟140:否)。如此，施加給纜索16的接近位置的裕度因子可以相對小，使得纜索避開地帶24的該區(qū)段(區(qū)段42)相對小。但是，如果行進(jìn)速度基本上不匹配在區(qū)段42處的纜索分配速率并且如果作用在卷筒26上的凈力相對大，可以確定纜索16在被鋪設(shè)時相對于地面運(yùn)動(步驟140 :是)。在此和/或其它時間點(diǎn)，控制器34可以要求由傳感器36觀測實際纜索位置，以與纜索16的接近位置相比較(步驟150)?；谠摫容^，控制器34可以調(diào)節(jié)所確定的纜索位置和/或纜索避開地帶24的尺寸和位置(步驟130)。隨著架式鉆床12繼續(xù)朝著指定鉆探地點(diǎn)行進(jìn)，架式鉆床12會穿過區(qū)段40并且經(jīng)歷方向改變、速度改變、地形改變、傳感器或系統(tǒng)故障、和/或影響纜索位置計算準(zhǔn)確性的其它狀況。如果這些狀況被檢測(步驟160:是)，控制器34可以調(diào)節(jié)第一邊界位置24A和第二邊界位置24B之間的距離(S卩，控制器34可以施加較大的裕度因子以確定避開地帶24)，以增大纜索16安全地位于避開地帶24內(nèi)的可能性(步驟170)。這種較大裕度因子的應(yīng)用可以施加給接近纜索位置的一側(cè)或兩側(cè)。有關(guān)纜索16的接近位置和/或避開地帶24的所確定的第一邊界位置24A和第二邊界位置24B的信息可以發(fā)送至在工地10處運(yùn)行的其它機(jī)器和/或發(fā)送至基站14(步驟180)。并且，基于該信息，在工地10處運(yùn)行的機(jī)器可以被指引以避開纜索16。在架式鉆床12到達(dá)指令鉆探地點(diǎn)并且形成孔23之后，架式鉆床12可以被要求在 爆破之前朝向基站14返回。在此時，架式鉆床12可以在卷繞纜索16的同時被自動地或手動地指引以折回其原始行進(jìn)路徑經(jīng)過避開地帶24回到基站14。通過在卷繞纜索16的同時折回其原始行進(jìn)路徑，纜索16將碎屑推入孔23的可能性可以減小。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員清楚在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以對本發(fā)明的纜索循跡系統(tǒng)和方法作出多種變型和改變。例如，雖然纜索避開地帶24已經(jīng)被描述為接近纜索位置的函數(shù)，可以理解，如果希望的話，纜索避開地帶24可以基于所感測的參數(shù)被直接確定，而不首先確定接近纜索位置。通過考慮這里公開的實施方式的說明和實踐，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員將清楚其它實施方式。說明書和例子意在被認(rèn)為僅僅是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由權(quán)利要求書指明。
權(quán)利要求
1.一種纜索循跡系統(tǒng)(28)，包括 定位在移動機(jī)器(12)上的卷筒(26)，其隨著所述移動機(jī)器圍繞工地(10)行進(jìn)而選擇性地分配和卷繞從所述移動機(jī)器延伸到固定源(14)的纜索(16)； 與所述卷筒相聯(lián)的至少一個傳感器(32)，其用以產(chǎn)生指示卷筒參數(shù)的第一信號； 與所述移動機(jī)器相聯(lián)的定位系統(tǒng)(33)，其用以產(chǎn)生指示所述移動機(jī)器的行進(jìn)路徑參數(shù)的第二信號；和 與所述至少一個傳感器和所述定位系統(tǒng)通信的控制器(34)，所述控制器能夠基于所述第一信號和第二信號確定纜索避開地帶(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纜索循跡系統(tǒng),其中 所述纜索避開地帶基于根據(jù)所述第一信號和第二信號確定的纜索的接近位置；并且所述控制器還能夠?qū)⒂嘘P(guān)接近纜索位置和避開地帶中的至少一個的信息發(fā)送至共同定位在工地處的其它移動機(jī)器(18，20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纜索循跡系統(tǒng)，還包括能夠檢測所述纜索在地面上的實際位置的附加傳感器(36)，其中所述控制器與所述附加傳感器通信并且能夠選擇性地比較所述纜索的接近位置與所檢測的位置，并且基于所述比較校準(zhǔn)所述接近位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纜索循跡系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠 基于所述第一信號確定所述纜索在地面上的部分已經(jīng)相對于地面運(yùn)動；并且 響應(yīng)地要求對實際纜索位置的觀測。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纜索循跡系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠 檢測所述至少一個傳感器或所述定位系統(tǒng)的故障；并且 基于所述檢測增大所述避開地帶的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纜索循跡系統(tǒng)，其中，所述控制器還能夠在纜索的卷繞過程中指引所述移動機(jī)器行進(jìn)經(jīng)過所述避開地帶。
7.一種針對移動機(jī)器(12)的纜索(16)循跡的方法，包括 感測與纜索卷筒(26)相關(guān)的參數(shù)并且響應(yīng)地產(chǎn)生第一信號； 確定所述移動機(jī)器的行進(jìn)路徑參數(shù)并且響應(yīng)地產(chǎn)生第二信號；并且 基于所述第一信號和第二信號確定纜索避開地帶(24)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 基于所述第一信號和第二信號確定接近纜索位置；并且 將有關(guān)所述接近纜索位置和纜索避開地帶中的至少一個的信息發(fā)送至在共同工地(10)處的其它移動機(jī)器(18，20)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 檢測系統(tǒng)故障；并且 基于所述檢測增大所述纜索避開地帶的尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在所述纜索的卷繞過程中指引所述移動機(jī)器行進(jìn)經(jīng)過所述纜索避開地帶。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于移動機(jī)器(12)的纜索循跡系統(tǒng)(28)。纜索循跡系統(tǒng)可以具有定位在移動機(jī)器上的卷筒(26)，其隨著移動機(jī)器圍繞工地行進(jìn)而選擇性地分配和卷繞從移動機(jī)器延伸到固定源(14)的纜索(16)。纜索循跡系統(tǒng)還可以具有與卷筒相聯(lián)的至少一個傳感器(32)，以產(chǎn)生指示卷筒參數(shù)的第一信號；與移動機(jī)器相聯(lián)的定位系統(tǒng)(33)，以產(chǎn)生指示移動機(jī)器的位置的第二信號；和與至少一個傳感器和定位系統(tǒng)通信的控制器(34)?？刂破髂軌蚧诘谝恍盘柡偷诙盘柎_定纜索避開地帶(24)。
文檔編號E02F9/00GK102639793SQ201080054154
公開日2012年8月15日 申請日期2010年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者F·P·雨特, J-J·克拉爾, M·波利蒂克 申請人:卡特彼勒公司