CN113089441A - 基于动态重心的机器倾斜和俯仰控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器。所述机器可包括控制***，所述控制***包括控制器，所述控制器配置成：基于所述机器的状态确定所述机器的重心；基于所述重心确定所述机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者；接收执行操作的命令，所述操作如果执行将影响所述机器的倾斜或俯仰中的至少一者；确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者；以及基于确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者而选择性地执行所述操作。

Description

基于动态重心的机器倾斜和俯仰控制

技术领域

本公开大体上涉及机器倾斜和俯仰控制，并且例如涉及基于动态重心的机器倾斜和俯仰控制。

背景技术

机器可以与静态重心相关联，静态重心基于机器的典型配置、机器的器具或其它部件的中间位置、机器的流体箱中的标准化流体液位等等。在这种情况下，静态重心可以用于确定保持机器的稳定性、避免机器倾斜等等的机器的最大倾斜和/或俯仰。然而，在典型情形中，机器的实际重心可能不是静态的，且可以随机器的使用而改变。例如，冷铣刨机可包括可被升高或降低的多个腿部、具有可随时间变化的水位的水箱、可左右摆动的传送器等等。因此，静态重心可以与机器的实际重心不同，导致确定的最大倾斜和/或俯仰太低，从而限制机器的功能或者导致确定的最大倾斜和/或俯仰太高，从而影响机器的稳定性。

在2015年9月15日授权给BOMAG GmbH的美国第9,133,586号专利(“’586专利”)中公开了一种平衡施工机械以防止倾斜的尝试。具体地，’586专利公开了一种压力测量装置，其部署到施工机械的致动器并且设计成确定施加到致动器的压力的值。’586专利表明，所监测的压力值代表施工机械倾斜程度的量度。此外，’586专利陈述了压力测量装置可以是施工机械的综合传感器***的一部分。根据’586专利，传感器***可包括：用于燃料箱的填充液位传感器，该传感器允许根据当前可用的燃料量对施工机械的重量变化进行推断；用于水箱的填充液位传感器；用于测量机器框架的倾斜度的倾斜传感器；或用于确定工作平台或驾驶舱的位置以抵消重心中的任何移动的传感器装置。

虽然’586专利的压力测量装置可以实现对施工机械的倾斜程度的监测，但’586专利不针对基于根据机器的状态动态确定的机器的重心，确定机器的倾斜极限和/或俯仰极限。例如，’586专利不针对使用机器的器具的位置来确定机器的动态重心。而是，’586专利描述了使用压力测量装置来监测倾斜程度，这引入了可能磨损或失效的附加部件。

本公开的控制***解决了上述问题中的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。

发明内容

根据一些实施方式，方法可以包括：由机器的控制器基于所述机器的状态确定所述机器的重心；由所述控制器基于所述重心确定所述机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者；由所述控制器接收执行操作的命令，所述操作如果执行将影响所述机器的倾斜或俯仰中的至少一者；由所述控制器确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者；以及由所述控制器基于确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者而选择性地执行所述操作。

根据一些实施方式，机器可包括控制***，所述控制***包括控制器，所述控制器配置成：基于所述机器的状态确定所述机器的重心；基于所述重心确定所述机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者；接收执行操作的命令，所述操作如果执行将影响所述机器的倾斜或俯仰中的至少一者；确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者；以及基于确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者而选择性地执行所述操作。

根据一些实施方式，机器可以包括部件，所述部件构造成移动位置；腿部；以及控制***，所述控制***包括控制器，所述控制器配置成：基于所述部件或所述腿部中的至少一者的状态确定所述机器的重心；基于所述重心确定所述机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者；接收对所述部件或所述腿部中的所述至少一者执行操作的命令，所述操作如果执行将影响所述机器的倾斜或俯仰中的至少一者；确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者；以及基于确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者而选择性地执行所述操作。

附图说明

图1是本文描述的示例性机器的图。

图2是本文描述的示例性控制***的图。

图3是基于动态重心的机器倾斜和俯仰控制的示例性过程的流程图。

具体实施方式

图1是示例性机器100的图。如图1中所示，机器100体现为冷铣刨机。替代地，机器100可以是旋转式搅拌机、摊铺机或重心可以基于配置、流体箱和/或可移动部件而改变的另一机器(例如，采用伸缩腿部的机器)。

机器100包括多个地面接合构件104以在道路表面106上推进机器100。尽管图1中示出两个地面接合构件104，但机器100可包括相对于机器100的行进方向位于机器100的右前、左前、右后和左后处的四个地面接合构件104。此外，尽管地面接合构件104在图1中示出为包括履带，但地面接合构件104可另外或替代地包括轮子。

多个地面接合构件104通过多个液压腿部110连接到机器100的框架108。每个液压腿部110与致动器(例如，螺线管致动器)相关联，所述致动器控制液压腿部110的位置(例如，高度)。例如，致动器可以控制阀(例如，电动液压阀)，阀控制液压流体向液压腿部110的流动，从而展开或收缩液压腿部110。用于液压腿部110的致动器可彼此独立地操作。例如，机器100的左侧上的液压腿部110可以比机器100的右侧上的液压腿部110延伸得更远，从而引起机器100相对于道路表面106向右倾斜。

机器100的框架108支撑操作者区域112。操作者区域112包括转向命令元件114(例如，方向盘、操纵杆、手柄等等)和控制面板116。控制面板116包括用户界面单元118，该用户界面单元配置成从机器100的操作者接收输入。用户界面单元118与机器100的控制器120通信，所述控制器配置成将控制信号传送到机器100的一个或多个***。一个或多个***可包括多个地面接合构件104、铣削***124、传送器***126、通风***128和/或发动机130。

发动机130向多个地面接合构件104供应动力以推进机器100。此类推进可通过用发动机130的输出驱动液压泵(未示出)来实现。液压泵向与多个地面接合构件104相关联的个别电动机(未示出)供应高压液压流体。发动机130还向铣削***124供应动力以可旋转地驱动铣削***124的铣削滚筒132，从而在道路表面106上执行铣削操作。

铣削***124支承在框架108上，并且使用铣削滚筒132促进铣削道路表面106，铣削滚筒包括多个切削工具134(例如，围绕铣削滚筒132周向布置)。铣削滚筒132在从发动机130接收动力时旋转，使得多个切削工具134与道路表面106反复接触以从道路表面106断开一层或多层材料。液压腿部110可充当伸缩致动器，其配置成相对于多个地面接合构件104升高和降低铣削***124以控制由铣削***124切割的深度。

使用传送器***126从机器100排出由去除道路表面106的一层或多层产生的材料。传送器***126包括至少一个传送带。例如，传送器***126可包括下传送带136和邻近下传送带136定位的上传送带138。下传送带136从铣削操作收集材料并将材料输送到上传送带138，上传送带138将材料输送到排放位置。传送器***126(例如，下传送带136和/或上传送带138)可以侧向地(例如，在机器100的左侧和右侧之间)和/或竖直地(例如，朝向和远离道路表面106)摆动，例如，以将由于移除道路表面106的一层或多层而产生的材料排放到期望位置。

机器100还包括支承在框架108上的水箱140。水箱140可以定位在机器100的机罩(未示出)下方并且靠近铣削***124和传送器***126。水箱140与至少一个喷水嘴142相关联，以朝向铣削***124的铣削滚筒132和多个切削工具134选择性地分配储存在水箱140中的水。机器100可包括额外流体箱，例如柴油机排放流体(DEF)箱、燃料箱等等。

控制器120(例如，电子控制模块(ECM))可包括一个或多个存储器和一个或多个处理器，所述一个或多个存储器和一个或多个处理器基于机器100的动态重心实施与倾斜和俯仰控制相关联的操作，如结合图2所描述的。例如，控制器120可以配置成基于机器100的状态确定机器100的重心；基于重心确定机器100的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者；接收执行操作的命令，所述操作如果执行将影响机器100的倾斜或俯仰中的至少一者；确定所述操作如果执行是否将使机器100超过倾斜极限或俯仰极限中的至少一者，并基于确定所述操作如果执行是否将使机器100超过倾斜极限或俯仰极限中的至少一者来选择性地执行所述操作。

如上所述，以图1为例。其它示例可以与结合图1所描述的不同。

图2是示例性控制***200的图。如图2中所示，控制***200包括控制器120、配置信息202、一个或多个传感器204、一个或多个液压腿部110、传送器***126和/或机器100的一个或多个其它部件(例如，器具和/或可移动部件)。配置信息202可以存储在与控制器120通信的存储器和/或存储部件中。控制器120可以经由有线连接或无线连接与存储器和/或存储部件、传感器204、液压腿部110、传送器***126和/或机器100的一个或多个其它部件通信。

控制器120可以确定在机器100的操作期间机器100的状态。例如，控制器120可以在机器100的操作期间连续地或定期地确定状态。另外或替代地，控制器120可以在机器100的操作期间，例如在检测到用于确定状态的触发事件时不定期地确定状态。触发事件可以为机器100的移动、机器100的器具或其它部件的移动、机器100的流体箱的流体液位满足阈值或改变阈值量等等。

该状态可以与机器100的配置、机器100的一个或多个器具或其它部件的位置、机器的一个或多个流体箱的流体液位等等相关联。因此，控制器120可以基于配置信息202、位置信息、流体液位信息等等确定该状态。

例如，控制器120可以获得配置信息202(例如，从存储器、存储部件等等)，以便确定机器100的配置。配置信息202可以指示机器100的一个或多个部件(例如，可选部件、可移动部件、模块化部件等等)的标识特征，一个或多个部件在机器100上的位置(例如，前、后、左侧、右侧等等)，机器100的一个或多个部件的尺寸(例如，底盘宽度、转子宽度、悬臂长度等等)，机器100的一个或多个部件的重量等等。换句话说，配置信息202可以指示机器100的当前配置，其不同于机器100的标准配置或最小配置。

作为另一示例，控制器120可以从传感器204获得位置信息。例如，传感器204可以与机器100的部件相关联，该部件以影响机器100的重心的方式可移动(例如，可以被升高、降低或摆动)，并且传感器204可以测量部件的位置。例如，部件可以是机器100的腿部(例如，校平腿部)、臂(例如，水平延伸臂、吊臂、挖掘机臂等等)、器具(例如，整平板、铲斗、倾卸器等等)、配重、工具、流体箱、转子、传送器、防板坯脱落(anti-slab)装置、地面接合构件104、等等。举个例子，液压腿部110可以与测量液压腿部110的高度的传感器204相关联(例如，缸内传感器、开关对地传感器(switch-to-ground sensor)等等)，传送器***126可以与测量传送器相对于中间位置的摆动量的传感器204(例如，缸内传感器、角度传感器等等)相关联，防板坯脱落装置可以与测量防板坯脱落装置的高度的传感器204相关联，转子可以与测量转子的高度的传感器204相关联，地面接合构件104可以与测量地面接合构件104的转向角的传感器204相关联，等等。以此方式，传感器204可以指示机器100的部件的位置不同于中间位置或先前位置。

作为另一示例，控制器120可以另外从传感器204获得流体液位信息。例如，机器100的流体箱可以与测量流体箱的流体液位的传感器204(例如，电阻传感器、电容传感器、声波传感器等等)相关联。流体箱可以是水箱(例如，水箱140)、燃料箱、柴油机排放流体(DEF)箱等等。以此方式，传感器204可以指示机器100的流体液位已从机器100的先前流体液位改变。

控制器120可以基于机器100的状态确定(例如，计算)机器100的运动学重心(例如，重量分布)。也就是说，重心可以是机器100的动态重心。例如，控制器120可以在确定重心时基于机器100的当前状态确定重心。如本文中所使用，重心可以另外或替代地指代质量中心。

在一些实施方式中，控制器120可以使用模型基于所述状态来确定重心。例如，控制器120可以使用静态模型和/或机器学习模型来确定重心。举例来说，控制器120或另一装置可以基于与机器100的重心相关联的一个或多个参数，例如机器100的各种配置、机器100的部件的各种位置、机器100的流体箱的各种流体液位等等，构建静态模型和/或训练机器学习模型。控制器120或另一装置可以根据一个或多个参数使用与机器100的重心相关联的数据构建静态模型和/或训练机器学习模型。例如，数据可以标识机器100在一个或多个参数的特定组合(例如，特定状态)处的重心。

控制器120可以基于确定的重心来确定(例如，计算)机器100的倾斜极限和/或俯仰极限。倾斜极限可以表示机器100允许的最大倾斜，俯仰极限可以表示机器100允许的最大俯仰。如本文所使用，机器100的倾斜可以指机器100的(例如，框架108的)左右倾斜，机器100的俯仰可以指机器100的(例如，框架108的)前后倾斜。

在一些实施方式中，控制器120可以使用模型以类似于上文描述的方式基于重心确定倾斜极限和/或俯仰极限。例如，模型可以是静态模型和/或机器学习模型，该模型基于特定重心的输入来输出倾斜极限和/或俯仰极限。另外或替代地，控制器120可以使用映射以基于重心确定倾斜极限和/或俯仰极限。例如，映射可以是重心到相关联的倾斜极限和/或俯仰极限。

控制器120可以(例如，从转向命令元件114、用户界面单元118等等)接收命令(例如，操作者命令)以执行机器100的操作。操作可以是如果部分地或完全地执行将影响机器100的倾斜或俯仰中的至少一者的操作。也就是说，操作如果执行可以使机器100倾斜。例如，操作可以是升高机器100的部件、降低机器100的部件、摆动机器100的部件或以其他方式移动机器100的部件。举例来说，操作可以是升高或降低液压腿部110(例如，作为腿部校平操作的一部分)、升高或降低转子，和/或升高、降低或摆动传送器***126的传送器。

命令可以包括于用于执行操作的一系列命令中。例如，为了使传送器摆动到期望位置，操作者可以在一时间间隔内命令(例如，接合)机器100的操作杆，直到达到期望位置，在这种情况下，一系列命令可包括在该时间间隔的子间隔对操作杆的命令。

基于接收该命令，控制器120可以确定是否要执行操作。控制器120可以基于确定的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者来确定是否要执行操作。例如，控制器120可以确定操作如果执行是否将相应地使机器100的倾斜或俯仰超过倾斜极限或俯仰极限。在这种情况下，控制器120可以从机器100的一个或多个倾斜传感器获得机器100的倾斜或俯仰的测量值，以便确定操作是否将使机器100超过倾斜极限和/或俯仰极限。

在一些实施方式中，控制器120可以使用模型以类似于上文描述的方式来确定操作是否将使机器100超过倾斜限制和/或俯仰限制。例如，所述模型可以是静态模型和/或机器学习模型，其基于如果执行操作时将发生的机器100的特定状态的输入来输出操作是否将使机器100超过倾斜极限和/或俯仰极限。

另外或替代地，控制器120可以基于用于执行操作的一系列命令(包括所述命令)来确定操作是否将使机器100超过倾斜限制和/或俯仰限制。例如，控制器120可以在执行与一系列命令中的一个或多个命令有关的操作之后确定机器100已经达到倾斜极限和/或俯仰极限(例如，基于一个或多个倾斜传感器的测量值)，并且因此确定后续执行与所述命令有关的操作将使机器100超过倾斜极限和/或俯仰极限。

因此，控制器120可以基于确定操作是否将使机器100超过倾斜极限和/或俯仰极限而选择性地执行操作。例如，基于确定操作不会使机器100超过倾斜极限和/或俯仰极限，控制器120可以执行操作。举例来说，控制器120可以根据操作使液压腿部110升高或降低，使传送器***126的传送器摆动，使机器100的另一部件移动等等。

相反，基于确定操作将使机器100超过倾斜限制和/或俯仰限制，控制器120可以不执行操作，或者可以执行不使机器100超过倾斜限制和/或俯仰限制的操作部分。在这种情况下，控制器120可以使机器100的显示器(例如，与控制面板116相关联的显示器)提供由于倾斜极限和/或俯仰限制而未执行(或仅部分执行)操作的指示，和/或建议在执行操作之前执行另一操作(例如，延长支撑腿部)。另外或替代地，控制器120可使得执行补救动作，例如，撤销所命令的操作(例如，如果所命令的操作将向右摆动传送器，则向左摆动传送器)或执行平衡操作(例如，如果所命令的操作升高右液压腿部110，则也升高机器100的左液压腿部110)。

如上所述，以图2为例。其它示例可以与结合图2所描述的不同。

图3是基于动态重心的机器倾斜和俯仰控制的示例性过程300的流程图。图3的一个或多个过程块可以由控制器(例如，控制器120)执行。另外或替代地，图3的一个或多个过程块可以由与控制器分开或包括控制器的另一装置或一组装置执行，例如另一装置或机器100内部或外部的部件。

如图3中所示，过程300可包括基于机器的状态确定机器的重心(块310)。例如，控制器(例如，使用处理器、存储器、存储部件、输入部件、通信接口等等)可以如上文所描述基于机器的状态确定机器的重心。可以使用机器的重心模型来确定机器的重心。

机器的状态可以基于以下各项中的至少一者：机器的配置、机器的部件(例如，器具、配重、工具、流体箱、传送器、转子或腿部)的位置或机器的流体箱(例如，水箱、燃料箱或DEF箱)的流体液位。机器的配置可以包括以下各项中的至少一者：机器的部件的标识特征、部件在机器上的位置、机器的部件的尺寸或机器的部件的重量。位置或流体液位可基于传感器的测量值。

如图3中还示出的，过程300可包括基于重心确定机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者(块320)。例如，控制器(例如，使用处理器、存储器、存储部件等等)可以如上文所描述基于重心确定机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者。

如图3中还示出的，过程300可包括接收执行操作的命令，该操作如果执行将影响机器的倾斜或俯仰中的至少一者(块330)。例如，控制器(例如，使用处理器、输入部件、通信接口等等)可以接收执行操作的命令，如上所述，该操作如果执行将影响机器的倾斜或俯仰中的至少一者。所述操作可包括以下各项中的至少一者：升高机器的部件、降低机器的部件、摆动机器的部件或移动机器的部件。

如图3中还示出的，过程300可包括确定该操作如果执行是否将使机器超过倾斜极限或俯仰极限中的至少一者(块340)。例如，控制器(例如，使用处理器、存储器、存储部件等等)可以如上文所描述确定该操作如果执行是否将使机器超过倾斜极限或俯仰极限中的至少一者。在一些实施方式中，过程300还可包括基于倾斜传感器的测量值来确定机器的倾斜或俯仰。

如图3中还示出的，过程300可包括基于确定该操作如果执行是否将使机器超过倾斜极限或俯仰极限中的至少一者来选择性地执行该操作(块350)。例如，控制器(例如，使用处理器、输出部件、通信接口等等)可以如上文所描述基于确定如果该操作如果执行是否将使机器超过倾斜极限或俯仰极限中的至少一者来选择性地执行该操作。选择性地执行所述操作可包括执行所述操作的一部分，所述操作的一部分不使机器超过倾斜极限或俯仰极限中的至少一者。

尽管图3示出了过程300的示例性框，但在一些实施方式中，过程300可以包括比图3中所描绘的那些框更多的框、更少的框、不同的框或不同布置的框。另外或替代地，可以并行地执行过程300的框中的两个或更多个框。

工业适用性

所公开的控制***可以与具有可能影响机器的重心的不同状态的任何机器一起使用。例如，控制***可以与这样的机器一起使用，所述机器可具有若干配置中的一个，所述机器包括器具或其它可移动部件，所述机器包括流体箱，所述流体箱的流体液位可以随时间变化，等等。控制***可以基于机器的当前状态确定机器的动态重心，从而确定机器的倾斜极限和/或俯仰极限。以此方式，所确定的倾斜极限和/或俯仰极限适应机器的当前状态，使得倾斜极限和/或俯仰极限不会过度限制机器的功能或损害机器的稳定性。因此，控制***可以基于确定的倾斜极限和/或俯仰极限选择性地执行可以影响机器的倾斜和/或俯仰的操作，从而改善机器的性能和稳定性。

Claims (10)

1.一种方法，其包括：

由机器的控制器基于所述机器的状态确定所述机器的重心；

由所述控制器基于所述重心确定所述机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者；

由所述控制器接收执行操作的命令，所述操作如果执行将影响所述机器的倾斜或俯仰中的至少一者；

由所述控制器确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者；以及

由所述控制器基于确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者而选择性地执行所述操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述机器的状态基于以下各项中的至少一者：

所述机器的配置；

所述机器的部件的位置；或者

所述机器的流体箱的流体液位。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述部件是以下各项中的至少一者：

器具；

传送器；

转子；或者

腿部。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的方法，其中所述机器的配置包括以下各项中的至少一者：

所述机器的部件的标识特征；

部件在所述机器上的位置；

所述机器的部件的尺寸；或者

所述机器的部件的重量。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中所述位置或所述流体液位基于传感器的测量值。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述操作包括以下各项中的至少一者：

升高所述机器的部件；

降低所述机器的部件；或者

摆动所述机器的部件。

7.一种机器，包括：

部件，所述部件构造成升高、降低或摆动中的至少一者；

腿部；以及

控制***，所述控制***包括控制器，所述控制器配置成：

基于所述部件或所述腿部中的至少一者的状态确定所述机器的重心；

基于所述重心确定所述机器的倾斜极限或俯仰极限中的至少一者；

接收对所述部件或所述腿部中的所述至少一者执行操作的命令，所述操作如果执行将影响所述机器的倾斜或俯仰中的至少一者；

确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者；以及

基于确定所述操作如果执行是否将使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的所述至少一者，选择性地执行所述操作。

8.根据权利要求7所述的机器，其中所述部件是传送器，并且

其中所述操作包括以下各项中的至少一者：

升高所述腿部；

降低所述腿部；或者

摆动所述传送器。

9.根据权利要求7-8中任一项所述的机器，其中在选择性地执行所述操作时，所述控制器配置成：

执行所述操作的一部分，所述操作的一部分不使所述机器超过所述倾斜极限或所述俯仰极限中的至少一者。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的机器，其中所述控制器还配置成：

基于倾斜传感器的测量值来确定所述机器的倾斜或俯仰。

Images