專利名稱：用于挖掘的定位裝置及類似設(shè)備的制作方法
用于挖掘的定位裝置及類似設(shè)備本發(fā)明涉及在挖掘和土方移動(dòng)設(shè)備中用于控制部件的位置和運(yùn)動(dòng)的裝置，這些部件相對(duì)于彼此且相對(duì)于地面呈可移動(dòng)的關(guān)系，所述裝置包括安裝于所述部件上的超聲波發(fā)射器和接收器。本申請(qǐng)中的術(shù)語“包括”旨在傳達(dá)本發(fā)明相關(guān)條目的集合的概念，但這并不排除可能出現(xiàn)和/或相關(guān)更多的條目。術(shù)語“包括”并非意在傳達(dá)排除其它項(xiàng)目的窮舉概念，該窮舉可用“由……組成”的表述方式更好地描述出來。在一個(gè)反鏟挖土機(jī)和類似設(shè)備中，一個(gè)必需部件是安裝到斗桿上的鏟或鏟斗，斗桿的長(zhǎng)度可能會(huì)改變，且斗桿的另一端連接到吊臂上。所有的運(yùn)動(dòng)通常是通過液壓缸產(chǎn)生的。鏟斗及其前緣是與地面的接觸面，其通過土方移動(dòng)設(shè)備的動(dòng)作來改變或盛裝待從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方的土方。鏟斗的運(yùn)動(dòng)必須精確控制，通常精度為0.01米。參考坐標(biāo)系經(jīng)常是全球坐標(biāo)格網(wǎng)(GPS)或局部坐標(biāo)網(wǎng)格，例如包括旋轉(zhuǎn)激光平面。鏟斗的深度通常是最需要的測(cè)量值。然而，該深度通過知曉這些部件之間的空間關(guān)系以及知曉這些部件的 至少一個(gè)點(diǎn)的絕對(duì)位置來間接地獲知。直接監(jiān)控鏟斗前緣的運(yùn)動(dòng)是不可能的，相反依靠間接的方法。在US2538000的圖2和9中充分地說明了在挖掘和土方移動(dòng)設(shè)備中不同元件之間的關(guān)系的復(fù)雜性。為了演示幾個(gè)可動(dòng)部件的同步運(yùn)動(dòng)，追蹤了這些部件上的點(diǎn)的三個(gè)軌跡，這些軌跡細(xì)分成使得相等編號(hào)的細(xì)分對(duì)應(yīng)不同點(diǎn)的同步位置。運(yùn)動(dòng)是高度非線性的。然而，當(dāng)已知所有元件之間的角度關(guān)系并且考慮到斗桿延伸部的長(zhǎng)度時(shí)，也有可能用幾何學(xué)和三角學(xué)方法計(jì)算出鏟斗邊緣的位置。通過在旋轉(zhuǎn)軸上的分角器可以直接確定角度關(guān)系，并且通過線性編碼器也可以直接確定斗桿的長(zhǎng)度。上述元件必須在制造時(shí)構(gòu)造到設(shè)備中，因?yàn)樯鲜鲈贿m合翻新。在監(jiān)控用于翻新的設(shè)備的情況下，通常通過安裝在各種部件上的傾斜傳感器來間接得到角度關(guān)系。在處理獲得的傾斜信號(hào)和關(guān)于各種各樣距離的認(rèn)知中，運(yùn)用幾何學(xué)關(guān)系?？赏ㄟ^連續(xù)超聲波場(chǎng)測(cè)量一些距離，在超聲波場(chǎng)中，超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)波，并由超聲波接收器接收的信號(hào)的相位測(cè)量提供所需的數(shù)據(jù)。在W0/03088136A2中，這個(gè)解決方案針對(duì)一般性的應(yīng)用被描述。如JP2001064992A中描述的，為了在這種土方移動(dòng)設(shè)備的不同部件的運(yùn)動(dòng)中提供安全性，以超聲波發(fā)射器和接收器的形式的接近度傳感器確保這些部件不發(fā)生碰撞。在W02010/003636A1中描述了一種線性階梯的測(cè)量，其中通過測(cè)量線性階梯的延伸程度的相同超聲波元件來測(cè)量所建立的參考距離，從而執(zhí)行溫度和壓力影響的補(bǔ)償。其它方法依賴于微波或激光進(jìn)行距離測(cè)量。具體地，激光系統(tǒng)很容易出現(xiàn)故障，這歸咎于在光學(xué)表面和窗口上的污垢沉淀以及歸咎于發(fā)射器與接收器之間的視場(chǎng)中斷。上面描述的解決方案自身不適合簡(jiǎn)單的翻新和校準(zhǔn)，而本發(fā)明的目的在于提供簡(jiǎn)單的翻新和校準(zhǔn)。尤其在如下裝置中獲得這種簡(jiǎn)單的改型和校準(zhǔn)，該裝置具體地在于，所述發(fā)射器和接收器放置于所述挖掘和土方移動(dòng)設(shè)備的這些部件上，使得所述發(fā)射器和接收器的幾何關(guān)系依賴于這些部件的相對(duì)位置而變化；并且至少一個(gè)超聲波發(fā)射器傳輸間歇爆發(fā)(intermittent burst)的超聲波能量；并且所述超聲波接收器具有在超聲波能量爆發(fā)之后的接收時(shí)間窗口，接收到的信號(hào)被傳送至處理單元，用于計(jì)算預(yù)定部件的位置。
術(shù)語“時(shí)間窗口”是指能夠接收超聲波信號(hào)的任何時(shí)間有限的啟用，并可以例如是如下時(shí)間段的啟用，在該時(shí)間段中預(yù)期使用超聲波信號(hào)。在另一實(shí)施例中，涉及也可用作接收器的超聲波裝置，時(shí)間窗口可以在傳輸脈沖之后立即打開并保持打開直到接收到第一反射脈沖為止。優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，這些部件包括安裝在牽引機(jī)主體上的吊臂、斗桿和鏟斗，廣角超聲波脈沖發(fā)射器放置在所述斗桿上靠近斗桿-鏟斗接頭，所述超聲波脈沖發(fā)射器發(fā)射由兩個(gè)超聲波接收器接收的脈沖，這兩個(gè)超聲波接收器相互具有預(yù)定距離地設(shè)置在牽引機(jī)主體上，到達(dá)所述接收器處的到達(dá)時(shí)間以及所述接收器之間的所述距離一起由處理單元用以借助三角測(cè)量來確定所述斗桿-鏟斗接頭的位置。與本文中的超聲波發(fā)射器或接收器有關(guān)的術(shù)語“廣角”是指其輻射特性/靈敏度特性，有時(shí)被稱為孔徑。普通超聲波設(shè)備僅在一個(gè)方向上具有強(qiáng)波瓣的輻射圖案(窄角)。全方位超聲波設(shè)備將具有圓形的輻射圖案。在本發(fā)明中，圓形輻射圖案將意味著在接收到的信號(hào)中輻射功率的損失和/或太大的噪聲成分。由于這個(gè)原因，輻射圖案減少為圓的廣角扇形。借助放置在強(qiáng)輻射波瓣的路徑上的合適形狀的反射器，窄角超聲波設(shè)備可被轉(zhuǎn)換·成廣角設(shè)備。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，在所述牽引機(jī)主體上安裝有傾斜傳感器；并且在所述鏟斗上安裝有超聲波脈沖反射器；并且該處理單元確定所述鏟斗的所述尖端相對(duì)于地面的位置。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，在所述牽引機(jī)主體上安裝有傾斜傳感器；并且超聲波脈沖反射器安裝到用于使得所述鏟斗旋轉(zhuǎn)的連桿裝置；并且所述處理單元確定所述鏟斗的所述尖端相對(duì)于地面的位置。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，所述反射器是有源廣角超聲波裝置，其能夠從接收模式切換到發(fā)射模式。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，來自所述超聲波接收器的表示超聲波發(fā)射器和超聲波接收器之間的即時(shí)距離的信號(hào)由聲速校正，所述聲速由從所述發(fā)射器經(jīng)反射器反射回到用作接收器的所述發(fā)射器的往返信號(hào)的傳輸時(shí)間確定，以便獲得表示所述鏟斗的尖端相對(duì)于地面的位置的校正信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，來自所述超聲波接收器的表示超聲波發(fā)射器和超聲波接收器之間的即時(shí)距離的信號(hào)由聲速校正，所述聲速由來自溫度和壓力傳感器的提供給所述處理單元的信號(hào)確定，從而獲得表示所述鏟斗的尖端相對(duì)于地面的位置的校正信號(hào)。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，所述斗桿設(shè)置有斗桿延伸部；并且所述廣角超聲波發(fā)射器/接收器安裝到所述斗桿延伸部上；并且另一超聲波接收器安裝到斗桿上；并且從所述超聲波發(fā)射器/接收器到所述接收器的傳輸時(shí)間是所述斗桿的即時(shí)長(zhǎng)度的量度，目的在于確定所述鏟斗的尖端相對(duì)于地面的位置。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，對(duì)所述超聲波接收器接收到來自所述發(fā)射器的超聲波信號(hào)作出響應(yīng)的信號(hào)以及來自所述牽引機(jī)主體上的傾斜儀的信號(hào)的傳輸以電磁輻射的方式發(fā)生，與所述處理單元相關(guān)地設(shè)置合適接收器。進(jìn)一步優(yōu)選的具體實(shí)施例具體地在于，對(duì)所述超聲波接收器接收到來自所述發(fā)射器的超聲波信號(hào)作出響應(yīng)的信號(hào)以及來自所述牽引機(jī)主體上的所述傾斜儀的信號(hào)的傳輸借助從所述接收器和傾斜儀傳輸?shù)某暡ㄐ盘?hào)發(fā)生，所述廣角超聲波接收器以錯(cuò)時(shí)方式接收所有這些信號(hào)。超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波脈沖，牽引機(jī)主體上的接收器接收脈沖，兩個(gè)接收器的所接收脈沖之間的延遲以及兩個(gè)接收器之間的已知距離主要允許計(jì)算超聲波發(fā)射器的位置，在所有實(shí)踐目的上，超聲波發(fā)射器的位置和斗桿-鏟斗接合的位置是相同的。借助安裝在承載接收器的結(jié)構(gòu)上的傾斜儀，就可以相對(duì)于準(zhǔn)確的水平面來確定XY位置，即該結(jié)構(gòu)的高度。為了提高精確度，可適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合使用不止一個(gè)發(fā)射器和不止三個(gè)接收器。這意味著精確度并不與大基線相關(guān)聯(lián)，而可以通過使用更小部件進(jìn)行多次確定來獲得。進(jìn)出超聲波部件的信號(hào)可以由電纜傳輸，然而超聲波發(fā)射器也可以被提供為紅外發(fā)射器，其與超聲波脈沖并行地發(fā)射脈沖。超聲波接收器也同樣被提供為紅外接收器。這 創(chuàng)建了接收器的釋放開始時(shí)間，計(jì)時(shí)開始，并且計(jì)時(shí)當(dāng)超聲波脈沖到達(dá)時(shí)再次停止，提供了傳輸時(shí)間，其與超聲波發(fā)射器和該超聲接收器之間的距離成正比。也可通過包含廣角超聲波發(fā)射器的組件來執(zhí)行處理，由于所有超聲波部件是各種各樣的設(shè)備，其將既用作發(fā)射器，也用作接收器。信號(hào)的適當(dāng)選通(各種“時(shí)間窗口”的開啟和關(guān)閉)確保這類操作。該組件被使得包含所有信號(hào)處理，并為了在不過度布線的情況下實(shí)現(xiàn)，處理的順序如下廣角超聲波設(shè)備發(fā)射脈沖，該脈沖由第一固定超聲波設(shè)備接收而遭受該脈沖。在預(yù)定且精確的延遲后，該超聲波設(shè)備以發(fā)射響應(yīng)超聲波脈沖的方式來響應(yīng)，響應(yīng)超聲波脈沖被用作接收器的廣角超聲波設(shè)備接收。第一超聲波脈沖通過第二固定超聲波設(shè)備接收而遭受脈沖。在不同的預(yù)定且精確的延遲后，該超聲波接收器以發(fā)射響應(yīng)超聲波脈沖的方式來響應(yīng)，所述響應(yīng)超聲波脈沖被用作接收器的廣角超聲波設(shè)備接收。因此，該組件具有執(zhí)行三角測(cè)量所需的全部信息，即，相對(duì)于基線的從第一發(fā)射脈沖到達(dá)兩個(gè)固定設(shè)備的消逝時(shí)間。該系統(tǒng)可結(jié)合有傾斜儀，以提供關(guān)于斗桿-鏟斗接頭和其高度的所需信肩、O參照附圖
，本發(fā)明將被進(jìn)一步描述，在附圖中圖I示出了用于包括鏟的反鏟式設(shè)備的設(shè)備的示意性側(cè)視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的信號(hào)處理路徑的框圖；圖3示出了裝置的不同實(shí)施例的細(xì)節(jié)的示意性側(cè)視圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)具體實(shí)施例的信號(hào)處理路徑的框圖。在圖I中示出了牽引機(jī)式車輛主體的部分T。在該具體實(shí)施例中，傾斜儀I安裝在主體上。在主體T上安裝有吊臂1，所述吊臂在豎直平面內(nèi)可繞接頭或樞軸2樞轉(zhuǎn)。通過提供與在牽引機(jī)T上安裝吊臂相關(guān)的另一豎直樞軸，該平面可繞著豎直軸線旋轉(zhuǎn)。吊臂I的另一端通過接頭或樞軸4連接到梁，該梁被稱作斗桿3。斗桿3是可延長(zhǎng)的。在斗桿3的另一端處，通過樞軸或接頭6連接有鏟斗5。吊臂I和斗桿3可通過未示出的液壓缸進(jìn)行操作。鏟斗能夠由液壓機(jī)構(gòu)類似地操作，且圖3示出了液壓缸的活塞桿30。廣角超聲波脈沖發(fā)射器(其能夠電子地切換到接收模式)7在與接頭6的限定距離處安裝到斗桿(或斗桿延伸部，當(dāng)斗桿延伸部是可用的時(shí))。用于實(shí)施本發(fā)明的發(fā)射器/接收器公知為Pepperl+Fuchs超聲波傳感器類型UC4000，其配備有分配半錐。超聲波接收器8和9安裝在牽引機(jī)的主體T上，在超聲波接收器8和9之間存在限定的距離，且從超聲波接收器8和9到接頭2的距離也是已知的。使用上面提到的相同類型的傳感器是完全可行的，只是沒有分配錐(dispersing cone)。因此，當(dāng)已知距離7_9和7_2時(shí),便可通過三角測(cè)量確定接頭6離主體T的距離。反射超聲波的元件放置于鏟斗5上位于限定位置10處。傳感器或超聲波接收器11安裝到斗桿上，以便測(cè)量斗桿延長(zhǎng)。以從廣角發(fā)射器7發(fā)射超聲波脈沖作為時(shí)間基準(zhǔn)(“O”)，生成下述原始數(shù)據(jù)。如果采用圖I所示的各種元件的幾何關(guān)系，便可按順序生成提到的數(shù)據(jù)。當(dāng)元件相對(duì)于彼此并且相對(duì)于地面移動(dòng)時(shí)一些數(shù)據(jù)會(huì)變化的事實(shí)是能夠精確確定鏟的位置的計(jì)算的基礎(chǔ)。根據(jù)本發(fā)明可獲得的數(shù)據(jù)是——從發(fā)射器7到鏟斗反射器10并返回處于接收模式的發(fā)射器7的傳輸時(shí)間；—從發(fā)射器7到斗桿傳感器11的傳輸時(shí)間；
-從發(fā)射器7到車輛主體T上的傳感器9的傳輸時(shí)間。當(dāng)使用依賴于聲速的溫度和壓力時(shí)，傳輸時(shí)間數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為距離數(shù)據(jù)。溫度和壓力可直接測(cè)量或參考距離能夠是“時(shí)控的”，從而獲得轉(zhuǎn)換因子。溫度和壓力的傳感器可安裝到靠近處理器的發(fā)射器/接收器7上。在一改進(jìn)實(shí)施例中，傾斜傳感器可安裝到鏟斗5上，以提供涉及其角度相對(duì)于重力的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)代傾斜儀僅在一個(gè)平面上是非常堅(jiān)固的并且展現(xiàn)靈敏度。僅需要短線纜來將其連接到廣角發(fā)射器7上，以提供電力并且傳輸數(shù)據(jù)?；谥獣詢蓚€(gè)傳感器8和9之間的固定距離和鏟斗5的尖端5a與鏟斗反射器10之間的距離及角度關(guān)系，現(xiàn)在可以計(jì)算出鏟斗的尖端5a相對(duì)于車輛主體T的精確關(guān)系。同樣地，通過使用裝好的傾斜傳感器，獲得鏟斗傾斜度。如果與由獨(dú)立裝置獲得的精確測(cè)量的高度相結(jié)合而使用來自傾斜傳感器I的傾斜數(shù)據(jù)，獲得鏟斗位置的絕對(duì)測(cè)量。采用兩個(gè)接收器(例如8和9)，可以進(jìn)行斗桿-鏟斗接頭的位置的二維確定。通過在由發(fā)射器和接收器8和9定義的平面之外簡(jiǎn)單添加第三接收器，可由復(fù)合三角測(cè)量進(jìn)行三維確定。如果吊臂I和斗桿3的平面相對(duì)于牽引機(jī)的主體T旋轉(zhuǎn)，情況將如此。所有這些計(jì)算都在處理單元P執(zhí)行，處理單元P在圖I中未被示出。在設(shè)備和處理單元之間的用于通信的數(shù)據(jù)總線以及供電電纜是眾所周知的，并可用于本發(fā)明。在本發(fā)明改進(jìn)的實(shí)施例中，設(shè)備和處理單位之間的通信以無線方式發(fā)生，且結(jié)合超聲波發(fā)射器/接收器7放置處理單元。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于僅供電電纜必須被安裝。在這方面如下兩種變型是優(yōu)選的a)發(fā)射器/接收器7和其他傳感器(8、9、11)之間的數(shù)據(jù)通信借助紅外光(LED)或其他電磁輻射(無線電信號(hào))發(fā)生，其比激光更能容忍污垢和陽光的存在，和b)借助用于距離測(cè)量的相同類型的超聲波脈沖來發(fā)生數(shù)據(jù)通信，但將傳感器(8、9,11)用作發(fā)射器并且使用適當(dāng)編碼的超聲波信號(hào)。在該具體實(shí)施例中，傾斜傳感器I以及可選直接安裝到鏟斗5的傳感器(未示出)設(shè)置有類似的發(fā)射器/接收器元件。為了使得系統(tǒng)針對(duì)新鏟斗進(jìn)行校準(zhǔn)，只需將鏟斗放置在使其尖端5a和接頭6之間的連線是豎直的位置并測(cè)量接頭6和尖端5a之間的距離或者發(fā)射器/接收器7和尖端5a之間的距離即可。在該鏟斗第一次被使用時(shí)將這兩個(gè)測(cè)量中的任一輸入該系統(tǒng)，并用不同常量進(jìn)行計(jì)算。圖2表示處理單元P的結(jié)構(gòu)，其利用傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并提供對(duì)應(yīng)于實(shí)時(shí)操作情況的適當(dāng)輸出。處理單元具有輸入20，用于輸入涉及計(jì)算所需的元件長(zhǎng)度的計(jì)算數(shù)據(jù)，包括鏟斗5的校準(zhǔn)。這些數(shù)據(jù)作為常量存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。此外，從傾斜儀I到輸入12、從溫度傳感器到輸入13以及從壓力傳感器到輸入14，都有輸入。處理單元P也是廣角發(fā)射器/接收器7 (7X、7R)的控制器，并能夠使超聲波脈沖信號(hào)通過輸出17x，從而限定該系列測(cè)量的時(shí)間零點(diǎn)。從鏟斗5上的反射器10反射的脈沖由切換到接收模式7R的發(fā)射器/接收器7接收，并且相應(yīng)的電子信號(hào)在輸入17r被接收。類似地，當(dāng)超聲波脈沖分別在傳感器11、8和9被接收時(shí)，電子信號(hào)在輸入端111、18和19被接收。如果由IR實(shí)現(xiàn)來自傳感器的信號(hào)的傳輸，則處理器的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上基本不改變；只需提供IR接收器，以將信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合輸入12、111、18、19的電子信號(hào)。處理單元P借助其自身公知的三角學(xué)手段來大致計(jì)算出鏟斗的尖端5a的未知位置，且該輸出能夠作為在指示操作員的操作情景的網(wǎng)格中的位置顯示可視地顯示出。這將使操作員通過操作車輛的控制部件和在其上安裝的挖掘部件來手動(dòng)順從并獲得所需輪廓。然而，輸出也可以是對(duì)土方移動(dòng)設(shè)備的自動(dòng)操作有用的數(shù)據(jù)流的形式，從而確保借助通過計(jì)算獲得的鏟斗尖端的位置反饋來獲得具體輪廓。圖3表示了本發(fā)明的不同實(shí)施例，其用于不便于在鏟斗上提供超聲波反射元件10的情況。如果鏟斗針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的不同鏟斗將被改變，情況將如此。在這種情況下，反射器33安裝到杠桿31上，該杠桿31用于旋轉(zhuǎn)所裝配的鏟斗。通過液壓缸發(fā)生該旋轉(zhuǎn)，液壓缸的活塞桿30已示出。同樣在這種情況下，通過三角運(yùn)算不難處理幾何關(guān)系，只要新的校準(zhǔn)按照如上描述被執(zhí)行，并通過輸入20輸入數(shù)據(jù)以用于存儲(chǔ)為新常量。反射元件33可為如上描述的有源廣角超聲波設(shè)備，而且它也可與傾斜傳感器結(jié)合，以間接指示鏟斗的傾斜度。在圖4中示出了在所有傳感器都是發(fā)射器/接收器類型時(shí)發(fā)生的信號(hào)/數(shù)據(jù)處理的結(jié)構(gòu)。為了允許發(fā)射器/接收器7傳輸所有測(cè)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需被排序或多路傳輸。這通過在每個(gè)傳感器11、8、9、I上提供如下固定且單獨(dú)的延遲時(shí)間來獲得，該延遲時(shí)間從接收來自發(fā)射器7X的超聲波脈沖開始直到該具體單元傳送回其響應(yīng)。無源反射器10 (用于鏟斗角度測(cè)量)和反射器(用于在相同的溫度和壓力條件下獲取參考長(zhǎng)度)顯然沒有延遲，并將提供返回接收器7R的第一信號(hào)。為了使得處理單元P能夠?qū)⒔邮盏降男盘?hào)分配給正確的測(cè)量，將信號(hào)分離器D安裝到接收器7R的信號(hào)路徑上。信號(hào)分離器的任務(wù)是向每個(gè)獲得的讀數(shù)分配標(biāo)簽以及將所述數(shù)據(jù)重構(gòu)成對(duì)處理單元有用的形式。輸出與如上所述的帶電纜的情況完全一樣?？傊?，本發(fā)明涉及借助超聲波設(shè)備7、8、9、10、11監(jiān)控由裝載執(zhí)行土方移動(dòng)工作的鏟斗5的不同部件l、3、3a執(zhí)行的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，所述超聲波設(shè)備與在處理單元P中的校準(zhǔn)步驟和即時(shí)測(cè)量期間獲得的長(zhǎng)度和角度有關(guān)，以便輸出鏟斗位置的視覺指示或者用于自動(dòng)控制挖掘或其他土方移動(dòng)操作的信號(hào)。上述具體實(shí)施例的前述說明如此充分地展示了本發(fā)明的本質(zhì)，以致于本領(lǐng)域技術(shù)人員通過應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)，能夠容易地修改或調(diào)整該具體實(shí)施例以用于各種應(yīng)用，無需過量的實(shí)驗(yàn)也不違背一般觀念，因此，這種調(diào)整和修改應(yīng)當(dāng)并旨在理解為包含在所公開實(shí)施例的等同含義和范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，本文采用的措辭和術(shù)語只是為了說明，并不是為了進(jìn)行限制。在不脫離本發(fā)明的情況下，用于實(shí)施各種已公開功能的方法、材料和步驟可以采取各種形式。因此，正如在上述說明書和/或下述權(quán)利要求書中可能出現(xiàn)的后面跟著功能性說明的表達(dá)方式“用來…的機(jī)構(gòu)”和“用于…的裝置”或者任何方法步驟語言都旨在限定和涵蓋所有的構(gòu)造上的、物理的、化學(xué)的或電的元件或結(jié)構(gòu)，或者所有的方法步驟，其可能存在于實(shí)施所述功能的當(dāng)前或未來的，無論是否正好等同于上述說明書中公開的實(shí)施例；也就是說，能使用用于實(shí)現(xiàn)相同功能的其他裝置或 步驟；而且這樣的表述意圖作最寬的解釋。
權(quán)利要求
1.一種用于控制挖掘和土方移動(dòng)設(shè)備中的部件(1、3、5)的位置和運(yùn)動(dòng)的裝置，這些部件相對(duì)于彼此并且相對(duì)于地面可移動(dòng)，所述裝置包括安裝在這些部件上的超音波發(fā)射器和接收器(7、8、9)，其特征在于，所述發(fā)射器和接收器放置于所述挖掘和土方移動(dòng)設(shè)備的這些部件上，使得所述發(fā)射器和接收器的幾何關(guān)系依賴于這些部件的相對(duì)位置而變化；并且至少一個(gè)超聲波發(fā)射器(7)傳輸間歇爆發(fā)的超聲波能量；并且所述超聲波接收器具有在超聲波能量爆發(fā)之后的接收時(shí)間窗口，接收到的信號(hào)被傳送至處理單元(P)，用于計(jì)算預(yù)定部件的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，這些部件包括安裝在牽引機(jī)主體(T)上的吊臂(I)、斗桿(3)和鏟斗(5)，廣角超聲波脈沖發(fā)射器(7)設(shè)置在所述斗桿(3)上靠近斗桿-鏟斗接頭出)，所述超聲波脈沖發(fā)射器發(fā)射由兩個(gè)超聲波接收器(8、9)接收的脈沖，這兩個(gè)超聲波接收器相互具有預(yù)定距離地設(shè)置在牽引機(jī)主體(T)上，到達(dá)所述接收器(8、9)處的到達(dá)時(shí)間以及所述接收器之間的所述距離一起由處理單元(P)用以借助三角測(cè)量來確定所述斗桿-鏟斗接頭￠)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，在所述牽引機(jī)主體(T)上安裝有傾斜傳感器(I);并且在所述鏟斗(5)上安裝有超聲波脈沖反射器(10);并且所述處理單元(P)確定所述鏟斗(5)的所述尖端(5a)相對(duì)于地面的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，在所述牽引機(jī)主體(T)上安裝有傾斜傳感器(I);并且超聲波脈沖反射器(33)安裝到用于使得所述鏟斗(5)旋轉(zhuǎn)的連桿裝置(31、32)上；并且所述處理單元(P)確定所述鏟斗(5)的所述尖端(5a)相對(duì)于地面的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述反射器(33)是有源廣角超聲波裝置，其能夠從接收模式切換到發(fā)射模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，來自所述超聲波接收器(8、9)的表示超聲波發(fā)射器(7X)和超聲波接收器(8、9)之間的即時(shí)距離的信號(hào)由聲速校正，所述聲速由從所述發(fā)射器(7X)經(jīng)反射器(ref)反射回到用作接收器(7R)的所述發(fā)射器的往返信號(hào)的傳輸時(shí)間確定，以便獲得表示所述鏟斗(5)的所述尖端(5a)相對(duì)于地面的位置的校正信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于，來自所述超聲波接收器(8、9)的表示超聲波發(fā)射器(7X)和超聲波接收器(8、9)之間的即時(shí)距離的信號(hào)由聲速校正，所述聲速由來自溫度和壓力傳感器的提供給所述處理單元(P)的信號(hào)確定，從而獲得表示所述鏟斗(5)的所述尖端(5a)相對(duì)于地面的位置的校正信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述斗桿(3)設(shè)置有斗桿延伸部(3a);并且所述廣角超聲波發(fā)射器/接收器(7)安裝到所述斗桿延伸部(3a)上；并且另一超聲波接收器(11)安裝到所述斗桿(3)上；并且從所述超聲波發(fā)射器/接收器(7)到所述接收器(11)的傳輸時(shí)間是所述斗桿的即時(shí)長(zhǎng)度的量度，目的在于確定所述鏟斗(5)的所述尖端(5a)相對(duì)于地面的位置。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，對(duì)所述接收器(8、9、11)接收到來自所述發(fā)射器(7X)的超聲波信號(hào)作出響應(yīng)的信號(hào)以及來自所述牽引機(jī)主體(T)上的傾斜儀(I)的信號(hào)的傳輸以電磁輻射的方式發(fā)生，與所述處理單元(P)相關(guān)地設(shè)置合適接收器。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，對(duì)所述超聲波接收器(8、·9、11)接收到來自所述超聲波發(fā)射器(7X)的超聲波信號(hào)作出響應(yīng)的信號(hào)以及來自所述牽引機(jī)主體(T)上的傾斜儀(I)的信號(hào)的傳輸借助從所述接收器(8、9、11)和所述傾斜儀(I)傳輸?shù)某暡ㄐ盘?hào)發(fā)生，所述廣角超聲波接收器(7R)以錯(cuò)時(shí)方式接收所有這些信號(hào)。
全文摘要
由裝載執(zhí)行土方移動(dòng)工作的鏟斗(5)的不同部件(1、3、3a)執(zhí)行的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)通過超聲波設(shè)備(7、8、9、10、11)來監(jiān)控，所述超聲波設(shè)備與在處理單元(P)中的校準(zhǔn)步驟和即時(shí)測(cè)量期間獲得的長(zhǎng)度和角度有關(guān)，以便輸出鏟斗位置的視覺指示或者用于自動(dòng)控制挖掘或其他土方移動(dòng)操作的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01S1/80GK102918210SQ201180019514
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月18日
發(fā)明者A·林德斯科夫 申請(qǐng)人:米克洛夫伊恩股份公司