CN102966133A - 用于控制铲斗的运动的***、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制铲斗的运动的***、方法和装置。具体地，本发明涉及用于控制工业机器的***、方法和装置，工业机器包括例如铲斗、吊杆、起重马达、推压马达、一个或更多个操作者控制装置和控制器。控制装置构造成能够由工业机器的操作者手动控制。控制器接收与铲斗的期望运动相关的输出信号、接收与起重马达特性相关的信号、并接收与推压马达特性相关的信号。控制器确定铲斗相对于吊杆轮廓的当前位置，确定相对于吊杆轮廓的且基于来自操作者控制装置的输出信号的铲斗的第一将来位置，并且当铲斗的第一将来位置大致对应于吊杆轮廓界限时、自动控制铲斗相对于吊杆轮廓的运动。

Description

用于控制铲斗的运动的***、方法和装置

技术领域

本发明涉及控制工业机器、比如电动缆索挖掘机的铲斗的运动。

背景技术

电动缆索或动力挖掘机及其它工业机器为操作者提供了用于在整个工作循环中控制例如铲斗的运动和位置的粗略操作控制。工作循环包括四个主要铲斗运动：挖掘、摆动、倾倒和返回。操作者能够执行这些运动的速度和效率可总体上影响挖掘机和矿的生产率。然而，当在工作循环内执行这些运动并尝试实现期望的位置时（例如，用于挖掘的期望的铲斗位置），粗略的操作控制限制了操作者以最有效或最佳的方式实现期望运动的能力。

发明内容

这样，本发明提供用于控制铲斗的运动使得操作者期望的铲斗位置或轨迹用于自动地优化铲斗运动的***、方法和装置。例如，控制器构造成监测工业机器的关于工业机器的吊杆轮廓的界限的参数。监测的参数包括铲斗的位置、与一个或更多个操作者输入装置相关的一个或更多个输出信号、起重马达的特性、和推压马达的特性。基于这些参数，控制器能够确定铲斗的计算的轨迹或期望的将来位置是否将超出吊杆轮廓的界限。控制器随后可不考虑来自一个或更多个操作者输入装置的操作者基准、并朝替代的将来位置自动地控制铲斗。当铲斗到达替代的将来位置或者来自一个或更多个操作者输入装置的操作者基准被适当地修改（下面描述）时，自动控制被暂停，且对于铲斗的运动的直接控制被恢复到工业机器的操作者。

在一个实施方式中，本发明提供一种工业机器，其包括铲斗、吊杆、起重马达、推压马达、一个或更多个操作者控制装置、和控制器。吊杆具有吊杆轮廓，且吊杆轮廓包括吊杆轮廓界限。起重马达具有起重马达特性，并构造成接收来自起重驱动模块的控制信号。推压马达具有推压马达特性，并构造成接收来自推压驱动模块的控制信号。一个或更多个操作者控制装置构造成可由工业机器的操作者手动地操作。控制器连接到一个或更多个操作者控制装置、起重驱动模块和推压驱动模块。控制器构造成接收来自一个或更多个操作者控制装置的与铲斗的期望运动相关的一个或更多个输出信号，接收与起重马达特性相关的一个或更多个信号，并接收与推压马达特性相关的一个或更多个信号。控制器还构造成确定铲斗相对于吊杆轮廓的当前位置，确定基于来自一个或更多个操作者控制装置的一个或更多个输出信号、与起重马达特性相关的一个或更多个信号、和与推压马达特性相关的一个或更多个信号的且相对于吊杆轮廓的铲斗的第一将来位置，并且在铲斗的第一将来位置大致对应于吊杆轮廓界限时、自动控制铲斗相对于吊杆轮廓的运动。

在另一实施方式中，本发明提供一种控制工业机器的方法。工业机器包括：铲斗；吊杆，具有吊杆轮廓和吊杆轮廓界限；起重马达，具有起重马达特性并构造成接收来自起重驱动模块的控制信号；推压马达，具有推压马达特性并构造成接收来自推压驱动模块的控制信号；一个或更多个操作者控制装置，构造成可由工业机器的操作者手动地控制；以及控制器，连接到一个或更多个操作者控制装置、起重驱动模块和推压驱动模块。该方法包括：接收来自一个或更多个操作者控制装置的与铲斗的期望运动相关的一个或更多个输出信号，接收与起重马达特性相关的一个或更多个信号，并接收与推压马达特性相关的一个或更多个信号。该方法还包括：确定铲斗相对于吊杆轮廓的当前位置，确定基于来自一个或更多个操作者控制装置的一个或更多个输出信号、与起重马达特性相关的一个或更多个信号、和与推压马达特性相关的一个或更多个信号的且相对于吊杆轮廓的铲斗的第一将来位置，并且在铲斗的确定的将来位置大致对应于吊杆轮廓界限时、自动控制铲斗相对于吊杆轮廓的运动。

在另一实施方式中，本发明提供一种用于工业机器的控制器。控制器包括输入/输出模块和处理装置。输入/输出模块构造成接收与铲斗的期望运动相关的操作者控制信号，接收起重马达特性信号，并接收推压马达特性信号。处理装置构造成基于操作者控制信号和铲斗的当前位置计算铲斗相对于挖掘机轮廓的第一将来位置，基于铲斗的当前位置、起重马达特性信号和推压马达特性信号计算铲斗相对于挖掘机轮廓的第二将来位置，并产生用于起重驱动模块的起重驱动信号和用于推压驱动模块的推压驱动信号。当铲斗的第一将来位置大致对应于挖掘机轮廓的界限时，起重驱动信号和推压驱动信号与铲斗到第二将来位置的运动相关。

通过考虑详细说明和附图将使本发明的其他方面变得明显。

附图说明

图1示出根据本发明一个实施方式的工业机器。

图2示出根据本发明一个实施方式的控制器。

图3示出根据本发明一个实施方式的工业机器的控制***。

图4是示出吊杆轮廓相对于铲斗位置的图。

图5是示出吊杆轮廓和铲斗的运动的图。

图6是示出根据本发明一个实施方式的吊杆轮廓、铲斗运动和收拢轮廓的图。

图7是根据本发明一个实施方式的用于控制铲斗运动的过程。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施方式之前，应理解，本发明的应用不限于以下说明书阐述或附图中所示的部件的布置和结构的细节。本发明能够有其它实施方式且能够以各种方式实践或实施。而且，应理解，此处使用的短语和术语是用于说明的目的且不应认为是限制性的。如此处使用的，“包括”、“包含”或“具有”及其变化形式的使用意指包含此后所列的项及其等同物以及额外的项。术语“安装”、“连接”和“联接”使用其宽泛的含义且包含直接和间接安装、连接和联接两者。而且，“连接”和“联接”不限于物理或机械连接或联接，且可包括电连接或联接，包括直接形式或间接形式。而且，电子通信和通知可用包括直接连接、无线连接等的任何已知方式来执行。

应注意，多个基于硬件和软件的装置，以及多个不同的结构部件可用于实现本发明。此外，且如在随后的段落中描述的，附图中图示的具体配置预期举例说明本发明的实施方式且其它替代的配置是可能的。术语“处理器”、“中央处理单元”和“CPU”是可互换的，除非另外表明。在术语“处理器”或“中央处理单元”或“CPU”用于识别执行具体功能的单元的情况下，应理解，除非另外表明，否则这些功能可通过单一处理器或以任何形式设置的多个处理器来执行，包括并行处理器、串行处理器、串联处理器或云处理/云计算构造。

本文描述的本发明涉及工业机器（例如，电动缆索或动力挖掘机、拉铲挖土机等）的控制。其中工业机器包括吊杆、铲斗、起重马达、推压马达、一个或更多个操作者输入装置和控制器。一个或更多个操作者输入装置构造成在工业机器的整个工作循环中控制例如铲斗的位置和运动、起重马达的输出以及推压马达的输出。当将铲斗从一个位置移动到另一位置（例如，从倾倒位置运动到收拢位置）时，铲斗通常非常接近吊杆，且在该操作期间铲斗向吊杆的接近度可不利地影响工业机器的操作和效率。例如，当铲斗接近工业机器的各种部件（例如，吊杆、驱动履带、可移动基部等）通过时。例如，当非常接近吊杆通过时，如果施加了不正确的起重和/或推压控制，则铲斗可能撞击吊杆。相反，如果工业机器的操作者关注到铲斗撞击吊杆的可能性，操作者可以不太有效的方式将铲斗从倾倒位置移动到收拢位置以避免碰撞。这样，控制器构造成监测工业机器的参数比如铲斗的位置、与一个或更多个操作者输入装置相关的一个或更多个电输出信号以及起重马达和推压马达相对于工业机器的吊杆轮廓界限的特性。如果控制器确定铲斗的基于这些参数计算的轨迹或期望的将来位置超出吊杆轮廓的界限，则控制器不考虑来自一个或更多个操作者输入装置的操作者基准、并且自动地将铲斗控制到可替代的将来位置。当铲斗到达替代的将来位置、或者来自一个或更多个操作者输入装置的操作者基准被适当地修改时（下面描述），自动控制被暂停，且对于铲斗的运动的直接控制被恢复到工业机器的操作员。

尽管本文描述的本发明可应用于各种工业机器（例如，电动缆索挖掘机、拉铲挖土机等）、可通过各种工业机器（例如，电动缆索挖掘机、拉铲挖土机等）执行或者结合各种工业机器（例如，电动缆索挖掘机、拉铲挖土机等）使用，但是本文描述的本发明的实施方式关于电动缆索挖掘机或动力挖掘机来描述，比如图1所示的动力挖掘机10。挖掘机10包括可移动基部15、驱动履带20、转盘25、机械平台30、吊杆35、下端40、滑轮45、受拉缆索50、后撑杆55、撑杆结构60、铲斗70、起重绳75、绞车卷筒80、铲斗臂或柄85、鞍式块体90、枢转点95、传动单元100、钩环销105和倾斜计110。

可移动基部15由驱动履带20支撑。可移动基部15支撑转盘25和机械平台30。转盘25能够相对于可移动基部15围绕机械平台30旋转360度。吊杆35在下端40处可枢转地连接到机械平台30。吊杆35通过受拉缆索50相对于平台保持向上且向外延伸，受拉缆索50锚固到撑杆结构60的后撑杆55。撑杆结构60刚性地安装在机械平台30上，且滑轮45可旋转地安装在吊杆35的上端。

铲斗70通过起重绳75从吊杆35悬挂。起重绳75环绕在滑轮45上并在钩环销105处附接到铲斗70。起重绳75锚固到机械平台30的绞车卷筒80。随着绞车卷筒80旋转，起重绳75被放出以降低铲斗70或者被拉入以升高铲斗70。铲斗柄85也刚性地附接到铲斗70。铲斗柄85可滑动地支撑在鞍式块体90中，且鞍式块体90在枢转点95处可枢转地安装到吊杆35。铲斗柄85包括在其上形成的与安装在鞍式块体90中的传动小齿轮相接合的齿条齿结构。传动小齿轮由电动马达和传动单元100驱动，以使铲斗臂85相对于鞍式块体90伸出或缩回。

电力源安装到机械平台30，以对用于驱动绞车卷筒80的一个或更多个起重电动马达、用于驱动鞍式块体传动单元100的一个或更多个推压电动马达、和用于转动转盘25的一个或更多个摆动电动马达提供电力。推压马达、起重马达和摆动马达中的每一种由其自己的马达控制器驱动或响应于来自控制器的控制信号驱动。

图2示出与图1的动力挖掘机10相关联的控制器200。控制器200连接到或联接到各种另外的模块或部件，比如用户接口模块205、一个或更多个指示器210、电源模块215、一个或更多个传感器220、一个或更多个起重马达或起重驱动机构225A、一个或更多个推压马达或推压驱动机构225B以及一个或更多个摆动马达或摆动驱动机构225C。其中一个或更多个传感器220包括载荷销应变计、倾斜计110、一个或更多个马达磁场模块等。载荷销应变计包括例如在x方向（例如，水平地）定位的一组应变计和在y方向（例如，垂直地）定位的一组应变计，使得能够确定载荷销上的合力。控制器200包括硬件和软件的组合，其可操作以控制动力挖掘机10的操作，控制吊杆35、铲斗柄85、铲斗70等的位置，启动一个或更多个指示器210（例如，液晶显示器[“LCD”]）等。其中，控制器200包括处理单元235（例如，微处理器、微控制器或别的合适的可编程器件）、存储器240以及输入/输出（“I/O”）***245。处理单元235、存储器240、I/O***245以及连接到控制器200的各种模块通过一个或更多个控制和/或数据总线连接。为了描述和清楚目的，控制和/或数据总线从图2省略。就本文中描述的本发明来说，用于各种模块和部件之间的互相连接以及各种模块和部件之间的通信的一个或更多个控制和/或数据总线的使用对本领域技术人员将是已知的。

存储器240例如包括只读存储器（“ROM”）、随机访问存储器（“RAM”）、电可擦除可编程只读存储器（“EEPROM”）、快闪存储器、硬盘、SD卡或另一合适的磁性、光学、物理或电子存储装置。处理单元235连接到存储器240并执行软件，所述软件能够储存在存储器240的RAM中（例如，在执行期间）、存储器240的ROM中（例如，基于大体上永久的存储）或者另一非暂态计算机可读介质中，比如另一存储器或盘。另外或替代地，存储器240包括在处理单元235中。I/O***245包括用于利用上述的一个或更多个控制/数据总线在控制器200内的部件和动力挖掘机10的其它部件之间传递信息的例程。在动力挖掘机10的实施中所包括的软件可储存在控制器200的存储器240中。软件例如包括固件、一个或更多个应用程序、程序数据、一个或更多个程序模块以及其它可执行指令。控制器200构造成从存储器检索并且其中执行与本文描述的控制过程和方法相关的指令。在其它结构中，控制器200包括另外的、较少的或不同的部件。电源模块215对动力挖掘机10的部件供应标称AC或DC电压。

用户接口模块205用于控制或监控动力挖掘机10。例如，用户接口模块205可操作地联接到控制器200，以控制铲斗70的位置、传动单元100、吊杆35的位置、铲斗柄85的位置等。用户接口模块205可包括实现动力挖掘机10的控制和监控的期望水平所需要的数字和模拟输入或输出装置的组合。例如，用户接口模块205可包括显示和输入装置，比如触摸屏显示器、一个或更个旋钮、拨盘、开关、按钮、操纵杆等。显示器例如为液晶显示器（“LCD”）、发光二极管（“LED”）显示器、有机LED（“OLED”）显示器、场致发光显示器（“ELD”）、表面传导电子发射显示器（“SED”）、场发射显示器（“FED”）、薄膜晶体管（“TFT”）LCD等。在其它结构中，显示器为超级主动矩阵OLED（“AMOLED”）显示器。用户接口模块205也可构造成实时地或基本上实时地显示与动力挖掘机10相关联的状态或数据。例如，用户接口模块205构造成显示所测量的动力挖掘机10的电特性、动力挖掘机10的状况、铲斗70的位置、铲斗柄85的位置等。在某些实现中，用户接口模块205与一个或更多个指示器210（例如，LED、扬声器等）一起受到控制，以提供关于动力挖掘机10的状况或条件的视觉或听觉指示。

图3示出用于动力挖掘机10的更详细的控制***300。例如，动力挖掘机10包括初级控制器305、网络交换机310、控制柜315、辅助控制柜320、操作室325、第一起重驱动模块330、第二起重驱动模块335、推压驱动模块340、摆动驱动模块345、起重场模块350、推压场模块355和摆动场模块360。例如，控制***300的各种部件通过光纤通信***连接并通过光纤通信***进行通信，该光纤通信***利用了用于工业自动化的一个或更多个网络协议，比如过程现场总线（“PROFIBUS”）、以太网、控制网（ControlNet）、基金会现场总线、INTERBUS、控制器局域网络（“CAN”）总线等。控制***300可包括上面关于图2描述的部件和模块。例如，马达驱动器225A-225C可对应于起重驱动器330、推压驱动器335和摆动驱动器340和345，用户接口205和指示器210可包括在操作室325中等。载荷销应变计和倾斜计110可对初级控制器305、控制柜315、辅助箱320等提供电信号。

第一起重驱动模块330、第二起重驱动模块335、推压驱动模块340和摆动驱动模块345构造成接收来自例如初级控制器305的控制信号，以控制挖掘机10的起重、推压和摆动操作。控制信号与用于挖掘机10的起重马达225A、推压马达225B和摆动马达225C的驱动信号相关联。当驱动信号被施加到马达225A、225B和225C时，马达的输出（例如，电输出和机械输出）被监测并（例如，通过场模块350-360）反馈到初级控制器305。马达的输出包括例如马达速度、马达转矩、马达功率、马达电流等。基于与挖掘机10相关的这些及其它信号（例如，来自倾斜计110的信号），初级控制器305构造成确定或计算挖掘机10或其部件的一个或更多个操作状态或位置。在一些实施方式中，初级控制器305确定铲斗位置、起重包角、起重马达的每分钟转数（“RPM”）、推压马达RPM、铲斗速度、铲斗加速度等。

上面描述的挖掘机10构造成执行包括例如如下四种铲斗运动的工作循环：挖掘、摆动、倾倒和返回。挖掘机10还能够从一个位置推进到另一位置（例如，从一个挖掘位置到另一挖掘位置）。在该工作循环期间，挖掘机10被控制以此外冲击土堆、填充铲斗、使填充的铲斗摆动、倒空铲斗以及将倒空的铲斗返回到收拢位置用于随后的挖掘操作。在该运动期间，铲斗必须控制在挖掘机10的操作界限内。例如，在返回操作期间，基于分别来自起重马达225A和推压马达225B的起重力和推压力的相对施加，铲斗70通常非常靠近吊杆35。在该操作期间，铲斗70碰撞吊杆35是可能的，这可导致对挖掘机10的吊杆35、铲斗70或其它部件的破坏。除可能撞击吊杆35的危险之外，操作者控制（即，利用起重和推压控制）铲斗70的位置的能力受到具有有限的精确度的粗略控制抑制。在例如返回操作期间铲斗70的不精确的运动控制可能整体上不利地影响挖掘机10和矿的效率。另外，尽管本发明在此关于吊杆轮廓和吊杆轮廓的界限来描述，但是铲斗70的运动也可关于另外的或不同的部件（例如，可移动基部15、驱动履带20等）和相应的挖掘机轮廓来控制。在该实施方式中，这些部件的几何尺寸和界限可被程序化到控制器200内，且铲斗70可相应地关于它们来控制。在某些实施方式中，铲斗的运动也可关于环境轮廓来控制，例如地面轮廓、土堆轮廓，或关于在挖掘机10的工作环境内的其它机器轮廓（例如，卡车、料斗等）来控制。在该实施方式中，一个或更多个传感器或***（例如，激光、声音、红外、地理位置、全球定位等）安装到或包括在挖掘机10中，以用于确定挖掘机10或铲斗70相对于环境轮廓的位置。

这样，控制器200或初级控制器305构造成精确地控制铲斗70相对于吊杆轮廓从倾倒位置到收拢位置的运动，并有效地将铲斗70定位在可重复的且理想的收拢位置，用于随后的挖掘操作。图4是示出吊杆轮廓410相对于铲斗70的位置415的界限405的图400。铲斗70的位置415可如上所述地基于来自例如起重马达或驱动器225A、推压马达或驱动器225B、载荷销组件、倾斜计110等的信号来确定。吊杆轮廓和吊杆轮廓的界限此外可基于吊杆和挖掘机10的物理尺寸、安装的铲斗的尺寸、起重马达特性、推压马达特性等而程序化到控制器200或初级控制器305内。

当控制挖掘机10以使铲斗70从一个位置移动到另一位置时，铲斗70的移动通常由操作者利用与操作室325相关的一个或更多个控制装置（例如，操纵杆）来手动控制。控制装置产生由初级控制器305接收和解译的信号，之后产生相应的驱动或控制信号并发送到起重驱动模块330、335、推压驱动模块340和摆动驱动模块345。基于这些驱动信号，起重、推压和摆动马达225A、225B和225C引起铲斗70运动。然而，如上面描述的，操作者的挖掘机控制通常是不精确的且可导致挖掘机10的无效操作。例如，在将材料载荷堆放在料堆或卡车中之后，操作者通过控制起重马达225A降低铲斗70并通过控制推压马达225B收拢铲斗70，使铲斗70从倾倒位置摆动离开。

可利用挖掘机10的手动控制（即，利用一个或更多个操作者控制装置）和实时自动控制的组合、基于由一个或更多个操作者控制装置产生的相应信号，来实现铲斗的更精确且更有效的控制。例如，控制器200或初级控制器305监测来自一个或更多个操作者控制装置的信号、来自起重马达225A、推压马达225B和摆动马达225C、倾斜计110、载荷销等的信号，以确定或计算操作者希望的铲斗70的将来位置。如果操作者希望的铲斗70的将来位置被确定或计算为超出吊杆轮廓的界限或者太接近吊杆轮廓的界限（即，在预定距离内），则控制器200或初级控制器305内的自动缩回控制（“ARC”）***或模块（例如，硬件和软件的组合）被启动，以自动地控制铲斗70的收拢。

在某些实施方式中，可采用额外的准则来确定挖掘机10执行返回或收拢操作的时刻。例如，在铲斗70倒空到卡车或料堆上之后，可使用载荷称重***或机构来确定有效负载的重量变化。另外或替代地，与将铲斗门释放以倒空铲斗70相关的传感器或开关被用以指示可随后启动返回或收拢操作。额外的准则也可包括摆动马达225A、摆动驱动模块345或一个或更多个操作者控制的摆动控制装置（例如，操纵杆）的特性。因此，与铲斗70的最近倒空、铲斗70的摆动以及手动操作的起重和推压控制相关的信号可用于启动ARC。ARC的示例性示例在下面参考图5和6提供。

图5是图420，图420显示了吊杆轮廓410相对于铲斗70的位置的界限405以及基于操作者基准（例如，来自或基于一个或更多个操作者控制装置的信号）的铲斗70的期望轨迹425。在图5中，基于手动操作者基准的铲斗70的轨迹425示出铲斗70的位置415将快速地接近吊杆轮廓410的界限405。在该情形中，ARC***或模块不考虑操作者基准以自动地控制铲斗70的运动。铲斗70的自动控制避免了与吊杆35碰撞且确保铲斗70尽可能快速地且有效地到达替代的将来位置（例如，理想的收拢位置）。

例如，图6示出ARC***或模块的控制。基于手动操作者基准的铲斗70的轨迹425将引起铲斗70与吊杆35撞击或碰撞。在检测到该状态后，ARC***或模块不考虑操作者基准，而是监测吊杆轮廓400并计算使铲斗70沿确定的或计算的轨迹435运动以跟随收拢轮廓440的起重和推压的最大水平。收拢轮廓440对应于铲斗70的如下轨迹：该轨迹将在最大化铲斗70到达替代的将来位置445的速度的同时防止铲斗70撞击到吊杆35。

在某些实施方式中，铲斗70的运动的自动控制可由操作者手动地中断。例如，修改起重和推压控制使得铲斗的轨迹不再超过吊杆轮廓410的界限405可使自动控制停止。这样，可启动ARC***或模块对于铲斗70的运动的控制，例如，通过施加最大的起重和/或推压控制信号（即，将引起铲斗70超出吊杆轮廓410的界限405的信号）而有意地启动，或者当操作者的控制被确定或计算为超出吊杆轮廓410的界限405或太接近吊杆轮廓410的界限405时无意地启动。因为ARC***或模块实时地操作或基本上实时地操作，所以该自动控制可基于手动操作者控制来启动和暂停，而不需要操作者激活或启动程序化的挖掘机或铲斗运动（例如，激活专用按钮以放弃对挖掘机10或铲斗70的运动的控制直到程序化的运动完成）。

图7是用于如上所述地控制铲斗70的运动的过程500。过程500在接收到一组操作者基准时开始（步骤505）。操作者基准包括，例如，与起重、推压和摆动运动相关的相对值或绝对值（例如，操纵杆控制输入）等。在某些实施方式中，该组操作者基准仅对应于与铲斗70的运动相关的那些控制。在其它实施方式中，操作者基准对应于全部操作者控制输入或其一个或更多个子组。如上所述，操作者基准通过例如控制器200或初级控制器305来处理。过程500在此关于初级控制器305来描述。在起重、推压和摆动控制模块330-345的控制或驱动信号产生之前，初级控制器305构造为基于操作者基准来确定或铲斗70的期望运动是否将接近、超过、或另外地大致对应于吊杆轮廓的界限（步骤510）。如果铲斗70的期望运动没有导致铲斗70的位置接近或超过吊杆轮廓的界限，则过程500返回到步骤505并且另外的操作者基准被接收并处理。如果铲斗70的期望的运动被确定或计算为接近或超过吊杆轮廓的界限，则初级控制器305确定是否应启动由ARC***或模块进行的自动控制（步骤515）。如果ARC不被启动，则过程500返回到步骤505且另外的操作者基准被接收和处理。如果ARC将被启动，则过程500继续到步骤520。

其中确定ARC是否将被启动基于铲斗70的当前位置、铲斗70的确定的或计算的将来位置、以及吊杆轮廓。当初级控制器305确定或计算操作者基准对应于大致对应于或超过吊杆轮廓界限的铲斗运动或位置时，操作者基准被忽略或丢弃、且ARC***或模块接管对于铲斗70的运动控制。在采取对铲斗的运动的控制之后，ARC***或模块监测吊杆轮廓（步骤520）。部分地基于铲斗70的当前位置，ARC***或模块基于当前控制信号（例如，起重马达RPM、推压马达RPM等）来识别当前铲斗位置前方的吊杆轮廓。控制信号和操作者基准被假定为保持相同以便与吊杆轮廓进行对比。如果ARC***或模块确定铲斗70可能超出吊杆轮廓的界限或者铲斗70可能基本上对应于吊杆轮廓的界限，则ARC***或模块识别这样的事件将何时发生并计算铲斗70将移动到的替代的将来铲斗位置。在某些实施方式中，替代的铲斗位置为用于开始新的挖掘循环的理想收拢位置。在其它实施方式中，替代的铲斗位置为沿图6所示的收拢轮廓440的中间位置。在该实施方式中，ARC可用于防止铲斗70的移动超出或大体上对应于吊杆轮廓的界限，但是一旦已避免了可能的事件，则将控制返回到操作者。一旦铲斗70的替代位置已经被计算，ARC***或模块计算确保适当的起重和推压驱动信号（例如，最大的起重和推压驱动信号）分别施加到起重和推压马达225A和225B以实现替代的将来位置所必需的操作者基准（步骤525）。在某些实施方式中，在已知推压马达225B操作所在的界限（例如，最大速度）的情况下，实现替代的将来位置所需要的起重的量或水平的确定和计算是基于如下的可能性：不能够实现确定的或计算的推压的量或水平。如果推压马达225B不能够产生在适当的时间量（例如，以避免碰撞）中实现替代的将来位置所需的速度，起重的量或水平可被减小以允许在操作界限内操作推压马达并实现替代的将来位置。

在步骤525之后，ARC***或模块监测铲斗70的位置，以确定铲斗70是否已经到达替代的将来位置（例如，理想收拢位置，以便开始随后的挖掘循环）（步骤530）。如果铲斗70尚未到达替代的将来位置，则在步骤520继续监测吊杆轮廓。如果铲斗70已经达到替代的将来位置，则ARC***或模块放弃对铲斗70的运动的控制，且操作者基准再次用于控制铲斗70的运动。过程500随后返回到步骤505，在步骤505中，操作者基准被接收并被处理以确定铲斗70是否再次接近吊杆轮廓的界限。

因此，本发明提供了其中用于基于手动操作者输入来自动地控制工业机器的***、方法和装置。本发明的各种特征和优点在所附权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种工业机器，包括：

铲斗；

吊杆，所述吊杆具有吊杆轮廓，所述吊杆轮廓包括吊杆轮廓界限；

起重马达，所述起重马达具有起重马达特性，并且被构造成接收来自起重驱动模块的控制信号；

推压马达，所述推压马达具有推压马达特性，并且被构造成接收来自推压驱动模块的控制信号；

一个或更多个操作者控制装置，所述一个或更多个操作者控制装置被构造成能够由所述工业机器的操作者手动控制；

控制器，所述控制器被连接到所述一个或更多个控制装置、所述起重驱动模块和所述推压驱动模块，所述控制器被构造成

接收来自所述一个或更多个操作者控制装置的与所述铲斗的期望运动相关的一个或更多个输出信号，

接收与所述起重马达特性相关的一个或更多个信号，

接收与所述推压马达特性相关的一个或更多个信号，

确定所述铲斗相对于所述吊杆轮廓的当前位置，

确定基于来自所述一个或更多个操作者控制装置的所述一个或更多个输出信号、与所述起重马达特性相关的所述一个或更多个信号、以及与所述推压马达特性相关的一个或更多个信号的且相对于所述吊杆轮廓的所述铲斗的第一将来位置，并且

当所述铲斗的所述第一将来位置大致对应于所述吊杆轮廓界限时，自动控制所述铲斗相对于所述吊杆轮廓的运动。

2.根据权利要求1所述的工业机器，其中，所述起重马达特性是所述起重马达的每分钟转数（“RPM”），且所述推压马达特性是所述推压马达的RPM。

3.根据权利要求1所述的工业机器，其中，所述控制器还被构造成：当所述铲斗的确定的将来位置大致对应于所述吊杆轮廓界限时，不考虑来自所述一个或更多个操作者控制装置的所述一个或更多个输出信号。

4.根据权利要求1所述的工业机器，其中，所述控制器还被构造成基于所述吊杆轮廓和所述铲斗的当前位置来确定第二将来位置。

5.根据权利要求4所述的工业机器，其中，所述控制器还被构造成自动控制所述铲斗到所述第二将来位置的运动。

6.根据权利要求5所述的工业机器，其中，当所述铲斗到达所述第二将来位置时，所述铲斗相对于所述吊杆轮廓的自动控制被暂停。

7.根据权利要求5所述的工业机器，其中，所述第二将来位置不同于所述第一将来位置。

8.根据权利要求7所述的工业机器，其中，所述铲斗的所述第二将来位置对应于与所述工业机器的挖掘循环的开始相关的收拢位置。

9.一种控制工业机器的方法，所述工业机器包括：铲斗；吊杆，所述吊杆具有吊杆轮廓和吊杆轮廓界限；起重马达，所述起重马达具有起重马达特性，并且被构造成接收来自起重驱动模块的控制信号；推压马达，所述推压马达具有推压马达特性，并且被构造成接收来自推压驱动模块的控制信号；一个或更多个操作者控制装置，所述一个或更多个操作者控制装置被构造成能够由所述工业机器的操作者手动控制；以及控制器，所述控制器被连接到所述一个或更多个操作者控制装置、所述起重驱动模块和所述推压驱动模块，所述方法包括：

接收来自所述一个或更多个操作者控制装置的与所述铲斗的期望运动相关的一个或更多个输出信号；

接收与所述起重马达特性相关的一个或更多个信号；

接收与所述推压马达特性相关的一个或更多个信号；

确定所述铲斗相对于所述吊杆轮廓的当前位置；

确定基于来自所述一个或更多个操作者控制装置的所述一个或更多个输出信号、与所述起重马达特性相关的一个或更多个信号、以及与所述推压马达特性相关的所述一个或更多个信号的且相对于所述吊杆轮廓的所述铲斗的第一将来位置；并且

当所述铲斗的确定的将来位置大致对应于所述吊杆轮廓界限时，自动控制所述铲斗相对于所述吊杆轮廓的运动。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述起重马达特性是所述起重马达的每分钟转数（“RPM”），且所述推压马达特性是所述推压马达的RPM。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：当所述铲斗的所述第一将来位置大致对应于所述吊杆轮廓界限时，不考虑来自所述一个或更多个操作者控制装置的所述一个或更多个输出信号。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括：基于所述吊杆轮廓和所述铲斗的当前位置来确定第二将来位置。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：自动控制所述铲斗到所述第二将来位置的运动。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，当所述铲斗到达所述第二将来位置时，所述铲斗相对于所述吊杆轮廓的自动控制被暂停。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述铲斗的所述第二将来位置不同于所述铲斗的所述第一将来位置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述铲斗的所述第二将来位置对应于与所述工业机器的挖掘循环的开始相关的收拢位置。

17.一种用于工业机器的控制器，所述控制器包括：

输入/输出模块，所述输入/输出模块被构造成

接收与铲斗的期望运动相关的操作者控制信号，

接收起重马达特性信号，以及

接收推压马达特性信号；

处理装置，所述处理装置被构造成

基于所述操作者控制信号和所述铲斗的当前位置来计算所述铲斗相对于挖掘机轮廓的第一将来位置，

基于所述铲斗的当前位置、所述起重马达特性信号和所述推压马达特性信号来计算所述铲斗相对于所述挖掘机轮廓的第二将来位置，

产生用于起重驱动模块的起重驱动信号和用于推压驱动模块的推压驱动信号，当所述铲斗的所述第一将来位置大致对应于所述挖掘机轮廓的界限时，所述起重驱动信号和所述推压驱动信号与所述铲斗到所述第二将来位置的运动相关。

18.根据权利要求17所述的控制器，其中，所述起重马达特性信号与起重马达的每分钟转数（“RPM”）相关，且所述推压马达特性信号与推压马达的RPM相关。

19.根据权利要求17所述的控制器，其中，所述铲斗的所述第二将来位置不同于所述铲斗的所述第一将来位置。

20.根据权利要求19所述的控制器，其中，所述铲斗的所述第二将来位置对应于与所述工业机器的挖掘循环的开始相关的收拢位置。

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