BR102021008044A2

BR102021008044A2 - Sistema de controle de ferramenta de engate no solo, veículo de trabalho, e, método para prover o controle de lâmina coordenado

Info

Publication number: BR102021008044A2
Application number: BR102021008044-2A
Authority: BR
Inventors: David A. Veasy
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2021-12-07
Also published as: US20210340735A1; DE102021204257A1; CN113585372A; US11891782B2

Abstract

sistema de controle de ferramenta de engate no solo, veículo de trabalho, e, método para prover o controle de lâmina coordenado. um sistema de controle de ferramenta de engate no solo incluindo um primeiro sistema de sensores, um segundo sistema de sensores, um primeiro sistema de atuadores, um segundo sistema de atuadores, e um processador de dados eletrônicos. o primeiro e o segundo sistemas de sensores detectam respectivas posições de uma primeira ferramenta de engate no solo e uma segunda ferramenta de engate no solo. o primeiro sistema de atuadores é acoplado à primeira ferramenta de engate no solo e o segundo sistema de atuadores é acoplado à segunda ferramenta de engate no solo. o processador de dados eletrônicos determina um perfil de nivelamento alvo e gera dois ou mais sinais de controle para ajustar posições alvos da primeira ferramenta de engate no solo e da segunda ferramenta de engate no solo. a posição alvo da segunda ferramenta de engate no solo é determinada com base em pelo menos uma dentre uma posição da primeira ferramenta de engate no solo ou da comparação entre um perfil de nivelamento atual e um perfil de nivelamento desejado.

Description

SISTEMA DE CONTROLE DE FERRAMENTA DE ENGATE NO SOLO, VEÍCULO DE TRABALHO, E, MÉTODO PARA PROVER O CONTROLE DE LÂMINA COORDENADO

Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere geralmente a sistemas de controle de ferramenta de engate no solo, e mais particularmente a um sistema e método de controle de ferramenta de engate no solo para uma motoniveladora.

Fundamentos da Invenção

[002] Veículos de trabalho, tais como uma motoniveladora, podem ser usados na construção e manutenção para nivelar terreno para formar uma superfície plana em vários ângulos, inclinações e elevações. Quando da pavimentação de uma rodovia, por exemplo, uma motoniveladora pode ser usada para preparar uma fundação de base para criar uma extensa superfície plana para suportar uma camada de asfalto. Cada superfície sendo nivelada inclui irregularidades de superfície materiais de solo de diferentes tipos.

[003] Algumas motoniveladoras são equipadas com uma lâmina retilínea dianteira para derrubar o material antes de ele ser colocado no nivelamento de acabamento pela armação de aiveca sob a máquina. Isso permite que a motoniveladora seja produtiva pelo dobro em um passe. As desvantagens no uso de uma lâmina dianteira retilínea incluem a incapacidade de um operador direcionar simultaneamente o material da mesma maneira que aquela da armação de aiveca. Adicionalmente, material pode escorrer de ambas as extremidades da lâmina, cortes prejudiciais em valas em V são feitos, e a distribuição irregular do material também resulta. Como tal, existe uma necessidade na técnica de um sistema aperfeiçoado que proveja operações de nivelamento mais precisas e aumente os desempenhos e eficiência do veículo.

Sumário da Invenção

[004] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um sistema de controle de ferramenta de engate no solo é descrito. O sistema de controle de ferramenta de engate no solo inclui um primeiro sistema de sensores, um segundo sistema de sensores, um primeiro sistema de atuadores, e um segundo sistema de atuadores, cada um comunicativamente acoplado a um processador de dados eletrônicos. O primeiro sistema de sensores é configurado para detectar uma posição atual de uma primeira ferramenta de engate no solo. O segundo sistema de sensores é configurado para detectar uma posição de uma segunda ferramenta de engate no solo, que pode incluir uma lâmina multiposicional. O primeiro sistema de atuadores é acoplado à primeira ferramenta de engate no solo, e o segundo sistema de atuadores é acoplado à segunda ferramenta de engate no solo. O processador de dados eletrônicos é configurado para executar uma comparação entre um perfil de nivelamento atual e um perfil de nivelamento desejado e para gerar um primeiro sinal de controle para uma recepção pelo primeiro sistema de atuadores para ajustar uma primeira ferramenta de engate no solo para uma primeira posição alvo com base na comparação. O processador de dados eletrônicos gera um segundo sinal de controle para uma recepção pelo segundo sistema de atuadores para ajustar a segunda ferramenta de engate no solo para uma segunda posição alvo com base em pelo menos uma dentre uma posição da primeira ferramenta de engate no solo ou a comparação.

[005] De acordo com outra modalidade da presente invenção, um veículo de trabalho é descrito. O veículo de trabalho compreende pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo que é acoplada ao veículo de trabalho. Uma segunda ferramenta de engate no solo é acoplada ao veículo de trabalho à frente da pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo. Um primeiro sistema de sensores é configurado para detectar uma posição atual da primeira ferramenta de engate no solo. O segundo sistema de sensores é configurado para detectar uma posição de uma segunda ferramenta de engate no solo, que pode incluir uma lâmina multiposicional. Um primeiro sistema de atuadores é acoplado à primeira ferramenta de engate no solo, e um segundo sistema de atuadores é acoplado à segunda ferramenta de engate no solo. O processador de dados eletrônicos é configurado para executar uma comparação de um perfil de nivelamento atual e um perfil de nivelamento desejado e gerar um primeiro sinal de controle para uma recepção pelo primeiro sistema de atuadores para ajustar uma primeira ferramenta de engate no solo para uma primeira posição alvo com base na comparação. O processador de dados eletrônicos gera um segundo sinal de controle para uma recepção pelo segundo sistema de atuadores para ajustar a segunda ferramenta de engate no solo para uma segunda posição alvo com base em pelo menos uma dentre uma posição da primeira ferramenta de engate no solo ou a comparação.

[006] De acordo com outra modalidade da presente invenção, um método é descrito. O método inclui comparar um perfil de nivelamento atual com um perfil de nivelamento desejado, determinar uma primeira posição alvo de uma primeira ferramenta de engate no solo com base na comparação, determinar uma segunda posição alvo de uma segunda ferramenta de engate no solo com base em pelo menos uma dentre a comparação ou a primeira posição alvo, e ajustar uma posição da primeira ferramenta de engate no solo para a primeira posição alvo para realizar uma primeira operação de nivelamento e ajustar a segunda ferramenta de engate no solo para a segunda posição alvo para realizar uma segunda operação de nivelamento.

[007] As características acima e outras características se tornarão aparentes a partir da seguinte descrição e dos desenhos anexos.

Breve Descrição dos Desenhos

[008] A descrição detalhada dos desenhos se refere às figuras anexas, nas quais:
a figura 1A é uma vista lateral de um veículo de trabalho de acordo com uma modalidade;
a figura 1B é uma vista em perspectiva dianteira de uma lâmina multiposicional acoplada ao veículo de trabalho da figura 1A;
a figura 2 é um diagrama de blocos de um sistema de controle de ferramenta de engate no solo de acordo com uma modalidade;
a figura 3 é um diagrama de blocos de uma unidade de componentes eletrônicos do veículo de acordo com uma modalidade;
a figura 4 é um fluxograma de um método para prover o controle de lâmina;
a figura 5 é uma vista dianteira do veículo de trabalho da figura 1A na operação utilizando o sistema de controle de ferramenta de engate no solo da figura 2;
a figura 6 é uma vista dianteira do veículo de trabalho da figura 1A na operação utilizando o sistema de controle de ferramenta de engate no solo da figura 2; e
a figura 7 é uma vista dianteira do veículo de trabalho da figura 1A na operação utilizando o sistema de controle de ferramenta de engate no solo da figura 2.

[009] Números de referência semelhantes são usados para indicar elementos semelhantes através das várias figuras.

Descrição Detalhada dos Desenhos

[0010] Com referência às figuras 1A-2, um veículo de trabalho 100 incluindo um sistema de controle de ferramenta de engate no solo 150 é mostrado. Embora na figura 1A o veículo de trabalho 100 seja mostrado como compreendendo um motoniveladora, deve ser entendido que, em outras modalidades, o tipo do veículo de trabalho 100 pode variar de acordo com a aplicação e/ou as exigências específicas. Por exemplo, em algumas modalidades, o veículo de trabalho 100 pode compreender veículos rastreados ou não tripulados, e pode também compreender niveladoras de rodovia, tratores de terraplanagem, equipamentos de terraplanagem, e tratorescarregadores frontais, com as modalidades discutidas aqui sendo meramente para finalidades exemplificativas para ajudar em uma compreensão da presente invenção.

[0011] Como mostrado na figura 1A, o veículo de trabalho 100 pode compreender uma armação dianteira 102 e uma armação traseira 104, com a armação dianteira 102 sendo suportada em um par de rodas dianteiras 106 e a armação traseira 104 sendo suportada em conjuntos em tandem direito e esquerdo de rodas traseiras 108. Em várias modalidades, o projeto da armação dianteira 102 e/ou da armação traseira 104 pode variar com base nas exigências de aplicação. Por exemplo, em algumas modalidades, tais como aquelas mostradas na figura 1A, as armações dianteira e traseira 102, 104 podem compreender armações rígidas, ao passo que, em outras modalidades, cada uma pode compreender armações articuladas.

[0012] Uma cabina de operador 110 pode ser montada em uma região traseira para cima e inclinada 111 da armação dianteira 102 e pode conter vários controles operados a mão, tais como o volante ou controles de nível que podem ser acessados por um operador do veículo para controlar a operação do veículo de trabalho 100 e implementos afixados ao mesmo. Uma interface de usuário 117 pode ser arranjada na cabina de operador 110 e pode compreender uma ou mais exibições de usuário 210 (figura 3) com telas que provêm um operador do veículo com dados de máquina, dados de imagem, ou menus selecionáveis para controlar várias características do veículo de trabalho 100.

[0013] Um motor 112 é montado na armação traseira 104 e fornece energia para todos os componentes acionados do veículo de trabalho 100. Por exemplo, o motor 112 pode ser configurado para acionar uma transmissão (não mostrada) que aciona as rodas traseiras 108 a várias velocidades selecionadas nos modos à frente ou reverso. Montada em uma parte dianteira da armação dianteira 102 está uma barra de engate 122, tendo uma extremidade dianteira universalmente conectada à armação dianteira 102 por um arranjo de esfera e soquete 124 e tendo regiões traseiras direita e esquerda opostas, suspensas a partir de uma porção elevada 126 da armação dianteira 102.

[0014] Continuando com referência à figura 1A, o veículo de trabalho 100 pode compreender uma ou mais ferramentas de engate no solo 130 (por exemplo, implementos) que são arranjadas para realizar uma variedade de tarefas de preparação de solo. As ferramentas de engate no solo 130 podem compreender uma armação de aiveca. As ferramentas de engate no solo 130 podem ser uma primeira ferramenta de engate no solo 128 ou uma segunda ferramenta de engate no solo 129. Em algumas modalidades, as ferramentas de engate no solo 130 podem ser posicionadas em diferentes pontos ao longo do veículo de trabalho, por exemplo, as ferramentas de engate no solo 130 podem compreender uma ferramenta de engate no solo dianteira 130a, uma ferramenta de engate no solo central 130b, ou opcionalmente uma ferramenta de engate no solo traseira 130c. A ferramenta de engate no solo traseira 130c pode compreender um pré-triturador/escarificador 131, montado na parte traseira veículo de trabalho 100 e pode ser arranjado para trabalhar o solo antes das operações de nivelamento. O movimento da ferramenta de engate no solo traseira 130c pode ser controlado por intermédio de um atuador traseiro 123. O atuador traseiro 123 pode compreender um ou mais cilindros hidráulicos, cilindros pneumáticos, atuadores eletrônicos, ou combinações dos mesmos. Embora a ferramenta de engate no solo traseira 130c seja mostrada como incluindo o pré-triturador/escarificador 131, deve ser entendido que o exemplo não limitativo da figura 1A é provido meramente para finalidades exemplificativas. Em outras modalidades, a ferramenta de engate no solo traseira 130c pode compreender uma armação de aiveca ou outras ferramentas apropriadas de acordo com a aplicação e/ou as exigências específicas.

[0015] A ferramenta de engate no solo central 130b pode compreender uma lâmina de nivelamento central 133 acoplada à armação dianteira 102 que é energizada por um conjunto de acionamento de círculo 134. O conjunto de acionamento de círculo 134 pode compreender um sensor de rotação 136 incluindo um ou mais interruptores que detectam o movimento, velocidade, ou posição da lâmina de nivelamento central 133 em relação à armação dianteira 102. A elevação da lâmina de nivelamento central 133 pode ser controlada por pelo menos um primeiro sistema de atuadores 156. Em algumas modalidades, o primeiro sistema de atuadores 156 pode compreender os arranjos de conjunto de articulação de elevação direito e esquerdo 158, 160 que são arranjados para suportar a barra de engate 122. Os arranjos de conjunto de articulação de elevação direito e esquerdo 158 e 160 podem ser estendidos ou retraídos em um movimento para cima ou para baixo para facilitar o movimento da barra de engate 122. Em algumas modalidades, o primeiro sistema de atuadores 156 pode compreender adicionalmente um atuador lateral 120, que induz o movimento lateral da barra de engate 122 para ajustar uma inclinação da lâmina de nivelamento central 133. Os arranjos de conjunto de articulação direito e esquerdo 158, 160 e o atuador lateral 120 podem compreender cilindros hidráulicos, cilindros pneumáticos, atuadores eletrônicos, ou combinações dos mesmos.

[0016] Com referência às figuras 1A e 1B, a ferramenta de engate dianteira no solo 130a pode compreender uma lâmina multiposicional 135, tal como uma lâmina de inclinação de ângulo de potência tendo múltiplos graus de rotação e movimento, arranjada à frente de da lâmina de nivelamento central 133. Por exemplo, a lâmina multiposicional 135 pode ser uma lâmina de inclinação do ângulo de força de seis posições 137, configurada para se mover ou girar bidirecionalmente em pelo menos uma dentre uma direção de elevação de lâmina 138, uma direção de ângulo de lâmina 139, direção de inclinação de lâmina 140, ou uma direção de rolagem de lâmina 141. Em algumas modalidades, a lâmina multiposicional 135 pode ser acoplada de forma móvel a uma porção de montagem 157 por intermédio de um segundo sistema de atuadores 162 que move ou gira a lâmina 135 em uma direção de elevação, inclinação, ângulo, ou rolamento. Por exemplo, o segundo sistema de atuadores 162 pode hidraulicamente atuar a lâmina multiposicional 135 para se mover verticalmente para cima ou verticalmente para baixo em uma direção de elevação de lâmina 138, balanço para cima ou balanço para baixo em uma direção de inclinação de lâmina 140, e guinada para a esquerda ou guinada para a direita em uma direção de ângulo de lâmina 139, e rolagem para a esquerda ou rolagem para a direita em uma direção de rolagem de lâmina 141. O segundo sistema de atuadores 162 pode compreender cilindros hidráulicos, cilindros pneumáticos, atuadores eletrônicos, ou combinações dos mesmos.

[0017] Cada uma da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135 podem ser configurada para cortar, separar, ou transportar material de solo através de um local de trabalho 10. Por exemplo, à medida em que o veículo de trabalho 100 se desloca através do local de trabalho 10, cada uma das lâminas 133, 135 pode ser arranjada para coletar material de solo, tal como areia, sujeira, neve e cascalho, do terreno e mover o material de solo coletado para diferentes locais. Deve ser adicionalmente notado que o arranjo da lâmina multiposicional 135 é particularmente vantajoso pelo fato de que provê melhor controle de transporte através de sua faixa aumentada de movimento (por exemplo, o movimento por 6 vezes), o que permite que as várias tarefas sejam completadas simultaneamente. Por exemplo, a lâmina multiposicional 135 pode criar características no solo, incluindo áreas planas, nivelamentos, áreas elevadas, tais como colinas, rodovias, ou características mais complexamente conformadas.

[0018] Fazendo referência agora às figuras 2 e 3, o sistema de controle de ferramenta de engate no solo 150 pode compreender cada um do primeiro e segundo sistemas de atuadores 156, 162, um primeiro sistema de sensores 152, um segundo sistema de sensores 154, e um sensor de imagem 164 ou outro sensor de percepção, cada um comunicativamente acoplado a um processador de dados eletrônicos 202. Em algumas modalidades, o primeiro sistema de sensores 152 pode compreender um ou mais primeiros sensores 153 removivelmente ou fixamente acoplados a qualquer uma ou a ambas da ferramenta de engate no solo traseira 130c e da ferramenta de engate no solo central 130b. O um ou mais primeiros sensores 153 podem compreender sensores de posição ou inclinação, GPS (por exemplo, receptor de determinação de local 218), sensores de ângulo, sensores de rotação, sensores lineares, giroscópios, acelerômetros, unidades de medição inercial, ou outros dispositivos apropriados, configurados para detectar uma posição atual da ferramenta de engate no solo traseira 130c ou a ferramenta de engate no solo central 130b em relação ao veículo de trabalho 100. Alternativamente, o um ou mais primeiros sensores 153 podem detectar uma posição indicativa da posição atual da ferramenta de engate no solo traseira 130c ou da ferramenta de engate no solo central 130b em relação ao veículo de trabalho 100.

[0019] O segundo sistema de sensores 154 pode compreender um ou mais segundos sensores 155 removivelmente ou fixamente acoplados à ferramenta de engate dianteira no solo 130a. O um ou mais segundos sensores 155 são configurados para detectar uma posição da lâmina multiposicional 135. Alternativamente, o um ou mais segundos sensores 155 podem detectar uma posição indicativa da posição atual da segunda ferramenta de engate no solo 129, ou lâmina multiposicional 135. O um ou mais segundos sensores 155 podem compreender um GPS (por exemplo, receptor de determinação de local 218), sistema de lidar, sistema de radar, sistema de visão, giroscópios, acelerômetros, unidades de medição inercial, ou outros dispositivos apropriados que medem velocidades angulares ou aceleração linear da lâmina multiposicional 135. Por exemplo, em algumas modalidades, os segundos sensores 155 podem ser configurados para detectar um ângulo de inclinação da lâmina multiposicional 135 por medir a aceleração linear em três eixos geométricos substancialmente perpendiculares para determinar o ângulo de inclinação com base em uma direção de gravidade.

[0020] O processador de dados eletrônicos 202 pode ser arranjado localmente como parte de uma unidade de componentes eletrônicos do veículo 200 do veículo de trabalho 100 (figura 3) ou remotamente em um centro de processamento remoto (não mostrado). Em várias modalidades, o processador de dados eletrônicos 202 pode compreender um microprocessador, um microcontrolador, uma unidade de processamento central, um arranjo lógico programável, um controlador lógico programável, outro circuito programável apropriado que é adaptado para realizar o processamento de dados e/ou operações de processamento de dados e/ou de controle de sistema. Por exemplo, o processador de dados eletrônicos 202 pode receber sinais de dado de cada um do primeiro sistema de sensores 152, do segundo sistema de sensores 154, e do sensor de imagem 164 para determinar uma posição de lâmina ótima.

[0021] Conforme será apreciado por aquelas pessoas especializadas na técnica, as figuras 1A-3 são providas somente para finalidades ilustrativas e exemplificativas e não pretendem limitar, de nenhuma maneira, a presente invenção ou suas aplicações. Em outras modalidades, o arranjo e/ou configuração estrutural dos vários sistemas e componentes de veículo podem variar. Por exemplo, em algumas modalidades, o arranjo estrutural e quantidade das ferramentas de engate no solo 130 podem variar de acordo com o projeto e as exigências específicas. Embora nas modalidades discutidas aqui o veículo de trabalho 100 seja mostrado como compreendendo três ferramentas de engate no solo 130, em outras modalidades, o veículo de trabalho pode compreender menos ou mais ferramentas de engate no solo 130 bem como variações no tipo de ferramenta usada. Por exemplo, em algumas modalidades, as ferramentas de engate no solo 130 podem compreender a arranjo de lâmina dupla incluindo a ferramenta de engate dianteira 130a e qualquer uma das ferramentas de engate no solo traseira ou central 130c, 130b ou outras configurações apropriadas. Ainda, em outras modalidades adicionais, o sistema de controle de ferramenta de engate no solo 150 pode compreender sensores adicionais ou outros dispositivos de controle montados em uma superfície externa ou interna dos conjuntos e componentes afixados aos mesmos.

[0022] Fazendo referência agora à figura 3, a unidade de componentes eletrônicos de veículo 200 é mostrada de acordo com uma modalidade. A unidade de componentes eletrônicos de veículo 200 pode compreender o processador de dados eletrônicos 202, um dispositivo de armazenamento de dados 204, um dispositivo eletrônico 206, um dispositivo de comunicações sem fio 216, uma exibição de usuário 210, um receptor de determinação de local 218, e um barramento de dados de veículo 220, cada um comunicativamente interfaceado com um barramento de dados 208. Conforme representado, os vários dispositivos (isto é, o dispositivo de armazenamento de dados 204, o dispositivo de comunicações sem fio 216, a exibição de usuário 210, e barramento de dados de veículo 220) pode comunicar informação, tal como sinais de sensor, sobre o barramento de dados 208 para o processador de dados eletrônicos 202.

[0023] O dispositivo de armazenamento de dados 204 armazena informação e dados (por exemplo, as coordenadas geográficas ou dados de mapeamento) para o acesso pelo processador de dados eletrônicos 202 ou o barramento de dados de veículo 220. O dispositivo de armazenamento de dados 204 pode similarmente compreender memória eletrônica, memória de acesso aleatório não volátil, um dispositivo de armazenamento óptico, um dispositivo de armazenamento magnético, ou outro dispositivo para armazenar e acessar dados eletrônicos em qualquer meio de armazenamento gravável, regravável, ou eletrônico, óptico ou magnético legível.

[0024] O receptor de determinação de local 218 pode compreender um receptor que usa sinais de satélite, sinais terrestres, ou ambos, para determinar o local ou posição de um objeto ou do veículo. Em uma modalidade, o receptor de determinação de local 218 compreende um receptor de Sistema de Posicionamento Global (GPS) com um receptor de correção diferencial para prover medições precisas das coordenadas geográficas ou posição do veículo. O receptor de correção diferencial pode receber transmissões de sinal de satélites ou terrestres de informação de correção de uma ou mais estações de referência com coordenadas geográficas geralmente conhecidas para facilitar a melhor precisão na determinação de um local para o receptor de GPS. Em outras modalidades, técnicas de localização e mapeamento, tais como localização e mapeamento simultâneos (SLAM) podem ser empregadas. Por exemplo, em áreas de baixa receptividade e/ou ambientes internos, tais como cavernas, minas, ou locais de trabalho urbanos, as técnicas de SLAM podem ser usadas para melhorar a precisão de posicionamento dentro daquelas áreas.

[0025] O processador de dados eletrônicos 202 gerencia a transferência de dados entre os vários sistemas e componentes do veículo, que, em algumas modalidades, pode incluir a transferência de dados para, e de, um sistema de processamento remoto (não mostrado). Por exemplo, o processador de dados eletrônicos 202 coleta e processa os dados (por exemplo, dados de topografia de solo, dados de perfil de nivelamento, e dados de mapeamento) do barramento de dados 208 para a transmissão para a direção para frente ou para trás.

[0026] Um dispositivo eletrônico 206 pode compreender memória eletrônica, memória de acesso aleatório não volátil, circuitos biestáveis, um meio de armazenamento gravável por computador ou legível por computador, ou outro dispositivo eletrônico para armazenar, recuperar, ler ou gravar dados. Um dispositivo eletrônico 206 pode incluir um ou mais módulos de software que gravam e armazenam dados coletados pelo primeiro sistema de sensores 152, o segundo sistema de sensores 154, o sensor de imagem 164, ou outros dispositivos de rede acoplados a, ou capazes de se comunicarem com, o barramento de dados de veículo 220. Em algumas modalidades, um ou mais módulos de software pode incluir um módulo de perfil de nivelamento 230, um módulo de posicionamento de lâmina 232, ou opcionalmente um módulo de controle de nivelamento 234, cada um compreendendo instruções de software ou estruturas de dados executáveis, que são processadas pelo processador de dados eletrônicos 202.

[0027] O termo módulo, quando usado aqui, pode incluir um sistema de hardware e/ou software que opera para realizar uma ou mais funções. Cada módulo pode ser realizado em uma variedade de configurações apropriadas e não deve ser limitado a qualquer implementação particular exemplificada aqui, a menos que tais limitações sejam expressamente mencionadas. Além disso, nas várias modalidades descritas aqui, cada módulo corresponde a uma funcionalidade definida; todavia, em outras modalidades, cada funcionalidade pode ser distribuída para mais que um módulo. Da mesma forma, em outras modalidades, múltiplas funcionalidades definidas podem ser implementadas por um único módulo que realiza aquelas múltiplas funções, possivelmente ao lado de outras funções, ou distribuídas diferentemente entre um conjunto de módulo, que especificamente ilustrados nos exemplos dados aqui.

[0028] O módulo de perfil de nivelamento 230 pode gravar e armazenar dados de formação de imagem em tempo real, coletados pelo sensor de imagem 164. Por exemplo, o módulo de perfil de nivelamento 230 pode gerar perfis de nivelamento bidimensionais ou tridimensionais do material de solo com base nas imagens capturadas. Adicionalmente, em algumas modalidades, o módulo de perfil de nivelamento 230 pode também associar dados de cor, dados de local, dados ambientais, e/ou características do solo (por exemplo, características de umidade ou temperatura) com o perfil de nivelamento. O perfil de nivelamentos pode variar com base no tipo de material de solo que é coletado ou transportado. Por exemplo, o material de solo pode variar com base nas operações e condições do local de trabalho e pode incluir, sem limitação, materiais tais como solo, rocha, seixo, pedra, minerais, matéria orgânica, argila ou vegetação.

[0029] O módulo de posicionamento de lâmina 232 pode determinar uma posição de lâmina ótima da lâmina multiposicional 135 e da lâmina de nivelamento central 133 com base no perfil de nivelamento gerado. Por exemplo, um módulo de posicionamento de lâmina 232 pode fornecer sinais de comando recebidos pelo primeiro e segundo sistemas de atuadores 156, 162 para ajustar uma posição da lâmina multiposicional 135 em coordenação com a lâmina de nivelamento central 133 com base em um perfil de nivelamento desejado. Tal arranjo de controle e de posição das lâminas 133, 135 é particularmente vantajoso na medida em que permite o deslocamento ótimo do material do solo quando ele é coletado ou movido, bem como melhora a eficiência do veículo. Em outras modalidades, uma orientação e/ou posição da lâmina multiposicional 135 e da lâmina de nivelamento central 133 pode ser controlada por intermédio do módulo de controle de nivelamento 234. Por exemplo, o módulo de controle de nivelamento 234 pode utilizar o GPS e os dados de terreno armazenados emitidos por um sistema de controle de nivelamento 236 para ajustar a posição e orientação das lâminas 133, 135. Em outras modalidades adicionais, um módulo de posicionamento de lâmina 232 pode ser adicionalmente configurado para coordenar o controle da ferramenta de engate no solo traseira 130c em combinação com qualquer uma ou ambas da lâmina multiposicional 135 e da lâmina de nivelamento central 133.

[0030] Um controlador de veículo 222 pode compreender um dispositivo para dirigir ou navegar o veículo de trabalho 100 e cada uma das ferramentas de engate no solo 130 com base em realimentação recebida do primeiro sistema de sensores 152, do sensor de imagem 164, e do segundo sistema de sensores 154. Por exemplo, em algumas modalidades, o controlador de veículo 222 pode se comunicar com o sistema de controle de nivelamento 236, que recebe um ou mais sinais de posição do receptor de determinação de local 218 para posicionar as ferramentas de engate no solo 130. Na recepção de sinais de posição, o sistema de controle de nivelamento 236 pode determinar um local da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135 e gerar sinais de comando comunicados ao controlador de veículo 222 para alterar uma posição de pelo menos uma das lâminas 133, 135 por atuação do primeiro e do segundo sistemas de atuadores 156, 162.

[0031] Em outras modalidades, o processador de dados eletrônicos 202 pode executar software armazenado no módulo de controle de nivelamento 234 para permitir que os dados de posição sejam mapeados para os perfis de nivelamento ou referenciados de forma cruzada com os mapas ou modelos armazenados. Por exemplo, em algumas modalidades, o sistema de controle de nivelamento 236 pode compreender uma coleção de mapas e modelos armazenados que podem ser usados para determinar uma posição de lâmina desejada.

[0032] Fazendo referência agora à figura 4, um fluxograma de um método 400 para prover o controle de lâmina coordenado para o sistema de controle de ferramenta de engate no solo 150 é mostrado. Em 402, na partida do veículo de trabalho 100 ou na ativação por um operador por intermédio da seleção de uma entrada de partida na interface de usuário 117 ou na exibição de usuário 210, o sistema de controle de ferramenta de engate no solo 150 pode ser inicializado e uma operação de nivelamento desejada e uma posição alvo inicial podem ser ajustadas para todas as ferramentas de engate no solo 130. A operação de nivelamento desejada pode incluir o alisamento de superfície, criação de valas, criação de inclinações, ou outras operações. Uma vez que a lâmina multiposicional 135, a lâmina de nivelamento central 133, e a ferramenta de engate no solo traseira 130c podem ser independentemente controladas, um operador pode selecionar diferentes operações de nivelamento e posições alvos iniciais para cada uma das lâminas 135, 133 e da ferramenta de engate no solo traseira 130c.

[0033] À medida que o veículo de trabalho 100 se desloca através do local de trabalho 10, o sensor de imagem 164 captura uma pluralidade de imagens do local de trabalho 10 e transmite os dados de imagem para o processador de dados eletrônicos 202 para o processamento. O processador de dados eletrônicos 202 pode receber sinais do primeiro e do segundo sistemas de sensores 152, 154 , indicativos da posição atual e posições alvos da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135, que podem ser exibidas na exibição de usuário 210.

[0034] Em 404, um perfil de nivelamento desejado é gerado pelo módulo de perfil de nivelamento 230 com base em uma operação de nivelamento selecionada e os dados de imagem capturados. Por exemplo, um operador pode selecionar uma ou mais operações de nivelamento, tais como o alisamento de superfície, conformação de superfície (por exemplo, criação de valas ou de inclinações), ou a manutenção de rodovia com base nos dados de imagem capturados.

[0035] Em seguida, em 406 e 408, um módulo de posicionamento de lâmina 232 pode determinar uma primeira posição alvo e uma segunda posição alvo para a lâmina de nivelamento central 133 e a lâmina multiposicional 135, respectivamente, com base no perfil de nivelamento determinado e na operação de nivelamento selecionada. Em algumas modalidades, a operação de nivelamento selecionada e o perfil de nivelamento selecionado podem requerer que duas tarefas distintas sejam realizadas por cada uma da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135 em uma única operação. Por exemplo, uma primeira posição alvo pode ser determinada em 406 para a lâmina de nivelamento central 133 para permitir que ela realize uma primeira operação de nivelamento, tal como o alisamento de superfície.

[0036] Uma segunda posição alvo pode ser determinada em 408 para a lâmina multiposicional 135 com base na primeira posição alvo para permitir que ela realize uma segunda operação de nivelamento, tal como a criação de inclinações em coordenação com a primeira operação de nivelamento (figura 6). Em outras modalidades, a lâmina multiposicional 135 e a lâmina de nivelamento central 133 podem ser posicionadas para realizar a mesma operação de nivelamento com as respectivas primeira e segunda posições alvos para cada uma sendo determinadas. Adicionalmente, conforme anteriormente discutido, a ferramenta de engate no solo traseira 130c pode também ser coordenada com qualquer uma ou ambas da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135, em algumas modalidades.

[0037] Em 410, quando as operações de nivelamento estão sendo realizadas, os dados de posição atual para cada uma da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135 são monitorados pelo primeiro e segundo sistemas de sensores 152, 154 e exibidos na exibição de usuário 210. Os dados de posição atual podem corresponder a uma elevação, ângulo, ou inclinação da uma ou mais lâminas 133, 135.

[0038] Com base nos dados recebidos, uma decisão é feita em 412 para determinar se os dados atuais ou os dados de posição atual estão fora de uma faixa de limite desejada. Por exemplo, o processador de dados eletrônicos 202 pode comparar a posição atual com um limite predeterminado (posição alvo ajustada pelo operador ou recuperada do dispositivo de armazenamento de dados 204) para determinar se a posição atual excede ou fica abaixo do limite predeterminado. Se a posição atual exceder ou ficar abaixo do limite predeterminado, o processador de dados eletrônicos 202 pode determinar uma nova primeira e segunda posições alvos para cada uma da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135 por intermédio de um módulo de posicionamento de lâmina 232 e repete as etapas 406-410.

[0039] Por exemplo, em uma modalidade, a posição alvo pode ser atualizada com base em alterações nos dados de topografia de solo fornecidos pelo módulo de controle de nivelamento 236 ou sensoreados por intermédio de lidar ou radar, por exemplo, em resposta, o processador de dados eletrônicos 202 pode fornecer sinais de comando para o segundo sistema de atuadores 162 para controlar uma altura, inclinação, e/ou declive da lâmina multiposicional 135 para a posição alvo com base em realimentação recebida do segundo sistema de sensores 154. Se a posição atual exceder ou ficar abaixo do limite predeterminado, o processador de dados eletrônicos 202 pode automaticamente controlar o segundo sistema de atuadores 162 para ajustar uma altura da lâmina multiposicional 135 para a posição alvo. Em outras modalidades, um operador pode alterar a operação de nivelamento desejada do alisamento de superfície para o derrame de material e alimentar uma nova posição alvo para permitir que material seja derramado de um lado da lâmina multiposicional 135. Em outras modalidades adicionais, as operações de nivelamento desejadas podem ser alteradas automaticamente com base em saídas de dados recebidos do segundo sistema de sensores 154.

[0040] Deve ser notado, todavia, que independentemente da operação selecionada, a segunda posição alvo pode ser coordenada com a, e determinada com base na, primeira posição alvo. Tal controle coordenado é vantajoso devido à faixa aumentada de movimento (por exemplo, o movimento por 6 vezes) da lâmina multiposicional 135, que permite que o controle de elevação, ângulo, e inclinação da lâmina multiposicional 135 proveja o melhor controle do material de solo. Por exemplo, a lâmina multiposicional 135 pode ser posicionada em uma posição elevada para derrubar colinas ou montes antecipadamente à operação de ajuste de nivelamento realizada pela lâmina de nivelamento central 133, enquanto que a lâmina de nivelamento central 133 ou a ferramenta de engate no solo traseira 130c pode ser posicionada para derrubar a colina em um segundo passe.

[0041] Uma vez quando a primeira e segunda posições alvos são determinadas, uma posição de cada uma da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135 é ajustada pelo primeiro e segundo sistemas de atuadores 156, 162, em 414. Em outras modalidades, a nova posição alvo pode ser ajustada por um operador diretamente, tal como através de um interruptor, botões de incremento ou decremento, que podem modificar a posição alvo, ou um operador pode alimentar a nova posição através da exibição de usuário 210.

[0042] Como mostrado nas figuras 5 a 7, o controle duplo e independente da lâmina de nivelamento central 133 e da lâmina multiposicional 135 permite que múltiplas características de solo sejam criadas em um único passe. Por exemplo, em uma modalidade, a lâmina multiposicional 135 pode ser orientada em um primeiro ângulo de inclinação (por exemplo, θ1) em relação ao solo 60 e a lâmina de nivelamento central 133 pode ser orientada em um segundo ângulo (por exemplo, θ2) em relação ao solo 60 para criar uma característica de solo, tal como a vala em V. Em outros exemplos, tais como aqueles mostrados na figura 6, a lâmina de nivelamento central 133 e a lâmina multiposicional 135 podem ser controladas para diferentes alturas. Como mostrado na figura 6, a lâmina de nivelamento central 133 pode ser elevada para uma altura H para permitir que a lâmina de nivelamento central 133 mova o material de solo em um primeiro plano 512 que está em uma elevação mais alta, e a lâmina multiposicional 135 possa ser orientada em uma altura mais baixa para mover o material de solo em um segundo plano 514. Adicionalmente, fazendo referência agora à figura 7, a lâmina de nivelamento central 133 e a lâmina multiposicional 135 podem também ser posicionadas em diferentes ângulos de inclinação para livrar-se do material de solo envolvido com as lâminas ao longo de um primeiro trajeto 608 e um segundo trajeto 610.

[0043] Sem limitar de alguma maneira o escopo, interpretação, ou a aplicação das reivindicações que aparecem abaixo, um efeito técnico de um ou mais das modalidades de exemplo descritas aqui é um sistema e método para prover o controle de lâmina e o controle de lâmina coordenado. O sistema de controle coordenado de ferramenta de engate no solo é vantajoso na medida em que ele melhora a eficiência do veículo e permite o deslocamento ótimo de material de solo conforme é coletado ou movido por um veículo de trabalho.

[0044] Embora a presente invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhe nos desenhos e descrição precedente, tal ilustração e tal descrição não são de caráter restritivo, sendo entendido que modalidade(s) ilustrativa(s) foi(foram) mostrada(s) e descrita(s) e que todas as alterações e modificações que caem dentro do espírito da presente invenção são desejadas ser protegidas. Modalidades alternativas da presente invenção podem não incluir todas as características descritas e ainda também se beneficiarem das pelo menos algumas das vantagens de tais características. Aqueles de conhecimento comum na técnica podem conceber suas próprias implementações que incorporam uma ou mais das características da presente invenção e caem dentro do espírito e escopo das reivindicações anexas.

Claims

Sistema de controle de ferramenta de engate no solo (150) para um veículo de trabalho (100), o sistema de controle de ferramenta de engate no solo (150) caracterizado pelo fato de que compreende:
um primeiro sistema de sensores (152) configurado para detectar uma posição de pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128);
um segundo sistema de sensores (154) configurado para detectar uma posição de uma segunda ferramenta de engate no solo (129) compreendendo uma lâmina multiposicional (135);
um sensor de imagem (164) configurado para capturar uma imagem de uma topografia de solo à frente do veículo de trabalho (100);
um primeiro sistema de atuadores (156) acoplado à primeira ferramenta de engate no solo (128);
um segundo sistema de atuadores (162) acoplado à lâmina multiposicional (135); e
um processador de dados eletrônicos (202) em comunicação com o primeiro sistema de sensores e o segundo sistema de sensores e configurado para determinar um perfil de nivelamento com base na topografia de solo medida, gerar um primeiro sinal de controle para recepção pelo primeiro sistema de atuadores (156) para ajustar a pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) para uma primeira posição alvo com base na topografia de solo medida, e gerar um segundo sinal de controle para recepção pelo segundo sistema de atuadores (162) para ajustar a lâmina multiposicional (135) para uma segunda posição alvo com base em pelo menos uma dentre uma posição da pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) ou da topografia de solo medida.
Sistema de controle de ferramenta de engate no solo (150) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ajustar a primeira ferramenta de engate no solo (128) à primeira posição alvo compreende posicionar a primeira ferramenta de engate no solo (128) para realizar uma primeira operação de nivelamento, e em que ajustar a lâmina multiposicional (135) para a segunda posição alvo compreende posicionar a lâmina multiposicional (135) para realizar uma segunda operação de nivelamento.
Sistema de controle de ferramenta de engate no solo (150) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) compreende pelo menos uma dentre uma lâmina de nivelamento central (133) ou uma ferramenta de engate no solo traseira (130c).
Sistema de controle de ferramenta de engate no solo (150) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lâmina multiposicional (135) compreende uma lâmina de inclinação do ângulo de força de seis posições (137).
Sistema de controle de ferramenta de engate no solo (150) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a lâmina de inclinação do ângulo de força de seis posições (137) é configurada para se mover bidirecionalmente em pelo menos uma dentre uma direção de elevação de lâmina (138), uma direção de ângulo de lâmina (139), uma direção de inclinação de lâmina (140), ou uma direção de rolagem de lâmina (141).
Veículo de trabalho (100), caracterizado pelo fato de que compreende:
pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) acoplada ao veículo de trabalho (100);
uma segunda ferramenta de engate no solo (129) compreendendo uma lâmina multiposicional (135), em que a lâmina multiposicional (135) é acoplada ao veículo de trabalho (100) à frente da pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128);
um primeiro sistema de sensores (152) configurado para detectar uma posição da primeira ferramenta de engate no solo (128);
um segundo sistema de sensores (154) configurado para detectar uma posição da lâmina multiposicional (135);
um sensor de imagem (164) configurado para capturar uma imagem de uma topografia de solo à frente do veículo de trabalho (100); e
um processador de dados eletrônicos (202) em comunicação com o primeiro sistema de sensores e o segundo sistema de sensores e configurado para determinar um perfil de nivelamento com base na topografia de solo medida, gerar um primeiro sinal de controle para recepção pelo primeiro sistema de atuadores (156) para ajustar a pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) para uma primeira posição alvo com base na topografia de solo medida, e gerar um segundo sinal de controle para recepção pelo segundo sistema de atuadores (162) para ajustar a lâmina multiposicional (135) para uma segunda posição alvo com base em pelo menos uma dentre uma posição da pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) ou da topografia de solo medida.
Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ajustar a primeira ferramenta de engate no solo (128) para a primeira posição alvo compreende posicionar a primeira ferramenta de engate no solo (128) para realizar uma primeira operação de nivelamento, e em que ajustar a lâmina multiposicional (135) para a segunda posição alvo compreende posicionar a lâmina multiposicional (135) para realizar uma segunda operação de nivelamento.
Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) compreende pelo menos uma dentre uma lâmina de nivelamento central (133) ou ferramenta de engate no solo traseira (130c).
Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a lâmina multiposicional (135) compreende uma lâmina de inclinação do ângulo de força de seis posições (137).
Veículo de trabalho (100) de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a lâmina de inclinação do ângulo de força de seis posições (137) é configurada para se mover bidirecionalmente em pelo menos uma dentre uma direção de elevação de lâmina (138), uma direção de ângulo de lâmina (139), uma direção de inclinação de lâmina (140), ou uma direção de rolagem de lâmina (141).
Método (400) para prover o controle de lâmina coordenado para um veículo de trabalho (100), o método caracterizado pelo fato de que compreende:
capturar uma imagem de uma topografia de solo à frente do veículo de trabalho (100);
determinar um perfil de nivelamento da topografia de solo;
determinar uma primeira posição alvo de uma primeira ferramenta de engate no solo (128) com base no perfil de nivelamento;
determinar uma segunda posição alvo de uma lâmina multiposicional (135) com base em pelo menos um dentre o perfil de nivelamento ou a primeira posição alvo; e
ajustar uma posição da primeira ferramenta de engate no solo (128) para a primeira posição alvo para realizar uma primeira operação de nivelamento e ajustar a lâmina multiposicional (135) para a segunda posição alvo para realizar uma segunda operação de nivelamento.
Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente monitorar uma posição da pelo menos uma primeira ferramenta de engate no solo (128) e da lâmina multiposicional (135) para determinar se a primeira posição alvo ou a segunda posição alvo fica dentro de uma faixa de limite desejada.
Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente determinar uma nova primeira posição alvo e nova segunda posição alvo se a primeira posição alvo ou a segunda posição alvo ficar fora da faixa de limite desejada, e em que uma posição de cada uma da primeira ferramenta de engate no solo (128) e da lâmina multiposicional (135) é reajustada para ficar dentro da faixa de limite desejada.