RU2478757C2 - Method to detect position of cutting edge of motor grader blade - Google Patents
Method to detect position of cutting edge of motor grader blade Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478757C2 RU2478757C2 RU2011123819/03A RU2011123819A RU2478757C2 RU 2478757 C2 RU2478757 C2 RU 2478757C2 RU 2011123819/03 A RU2011123819/03 A RU 2011123819/03A RU 2011123819 A RU2011123819 A RU 2011123819A RU 2478757 C2 RU2478757 C2 RU 2478757C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grader
- cutting edge
- blade
- coordinates
- motor grader
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области землеройно-транспортных и дорожно-строительных машин и предназначено для систем контроля и управления положением отвала автогрейдера.The invention relates to the field of earth moving and road-building machines and is intended for monitoring systems and control the position of the blade grader.
Известен способ определения положения режущей кромки отвала автогрейдера, согласно которому положение режущей кромки отвала однозначно определяется по известным текущим значениям длин гидроцилиндров устройств подвеса и выноса (УПВ) отвала автогрейдера L1, L2, L3 [В.А.Палеев, С.Ю.Тимаков, А.В.Палеев / Кинематические характеристики устройств подвеса и выноса отвала автогрейдера // Строительные и дорожные машины, 2009, №5, с.47-51].A known method for determining the position of the cutting edge of the blade of a motor grader, according to which the position of the cutting edge of the blade is uniquely determined by the known current values of the lengths of the hydraulic cylinders of the suspension and offset devices (UPV) of the blade of the grader L1, L2, L3 [V.A. Paleev, S.Yu. Timakov, A.V. Paleev / Kinematic characteristics of devices for suspension and removal of the blade of a grader // Construction and road machines, 2009, No. 5, p. 47-51].
Недостатком данного способа является невозможность определения положения режущей кромки отвала автогрейдера в системе координат, связанной с окружающей местностью. В связи с этим нельзя определить координаты высотных отметок и углы наклона поверхностей, обрабатываемых автогрейдером.The disadvantage of this method is the inability to determine the position of the cutting edge of the blade of the grader in the coordinate system associated with the surrounding terrain. In this regard, it is impossible to determine the coordinates of elevations and the angles of inclination of the surfaces processed by the grader.
Известен также способ определения положения режущей кромки отвала автогрейдера относительно горизонта, включающий датчик углового положения, установленный на основной раме автогрейдера и шарнирно-сочлененную рычажную систему, связанную с датчиком угла наклона (поворота) тяговой рамы с отвалом автогрейдера [В.С.Щербаков, В.Ф.Раац, В.Е.Калугин, А.А.Макавеев / Система автоматической стабилизации поперечного наклона рабочего органа автогрейдера // А.c. 1481344 (СССР). Опубл. 23.05.89. БИ №19].There is also a method of determining the position of the cutting edge of the blade of a motor grader relative to the horizon, including an angular position sensor mounted on the main frame of the motor grader and an articulated lever system associated with a sensor of the angle of inclination (rotation) of the traction frame with the blade of the motor grader [V. S. Scherbakov, V .F. Raats, V.E. Kalugin, A.A. Makaveev / System of automatic stabilization of the transverse tilt of the working body of the grader // A.c. 1481344 (USSR). Publ. 05/23/89. BI No. 19].
Недостатком данного способа является невозможность определения высотных отметок режущей кромки отвала автогрейдера и, соответственно, высотных отметок обрабатываемой поверхности.The disadvantage of this method is the inability to determine the elevations of the cutting edge of the blade of the grader and, accordingly, the elevations of the machined surface.
Из известных технических решений наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту является способ определения режущей кромки отвала автогрейдера, при котором на отвал устанавливаются вертикальные штанги с антеннами спутниковых систем навигации GPS/Глонасс. [С.В.Знобищев, И.А.Мастиков / Системы нивелирования для автогрейдеров // Строительные и дорожные машины, 2008, №5, с.13-18].Of the known technical solutions, the closest in combination of essential features to the claimed object is a method for determining the cutting edge of the blade of a motor grader, in which vertical rods with antennas of GPS / Glonass satellite navigation systems are installed on the blade. [S.V. Znobishchev, I.A. Mastikov / Leveling systems for graders // Construction and road machines, 2008, No. 5, p.13-18].
Недостатком такого способа является сокращение числа операций, выполняемых автогрейдером, из-за того, что отвал загроможден несвойственными ему предметами - кронштейнами, штангами, проводами антенн, которые ограничивают перемещения отвала и могут быть повреждены или разрушены при работе автогрейдера, т.к. отвал может поворачиваться в плане на угол до 360°, смещаться по направляющим влево и вправо, изменять положение относительно горизонта от 0° до 90° (при использовании систем выноса тяговой рамы с отвалом автогрейдера). Очевидно, что установка на отвал автогрейдера антенн систем спутниковой навигации GPS/Глонасс резко ограничивает или снижает функциональные возможности автогрейдера.The disadvantage of this method is the reduction in the number of operations performed by the grader, due to the fact that the dump is cluttered with items unusual for it - brackets, rods, antenna wires, which limit the blade movement and can be damaged or destroyed during operation of the grader, because the blade can rotate up to 360 ° in plan, shift left and right along the guides, change its position relative to the horizon from 0 ° to 90 ° (when using traction frame removal systems with a grader blade). Obviously, installing the antennas of GPS / Glonass satellite navigation systems on the dump of the grader sharply limits or reduces the functionality of the grader.
Задачей изобретения является разработка способа, освобождающего отвал автогрейдера от антенн спутниковых и иных навигационных систем и обеспечивающего при этом в любой произвольный момент времени точное определение положения режущей кромки отвала автогрейдера и, соответственно, текущее значение высотных отметок и углов наклона поверхности, обрабатываемой автогрейдером в системе координат, связанной с окружающей местностью. Данная информация необходима для подачи системой управления отвалом (в случае необходимости) управляющих воздействий, обеспечивающих обработку поверхности в соответствии с проектом.The objective of the invention is to develop a method that frees the dump of the grader from the antennas of satellite and other navigation systems and while ensuring accurate determination of the position of the cutting edge of the blade of the grader at any arbitrary moment of time and, accordingly, the current value of elevations and tilt angles of the surface processed by the grader in the coordinate system related to the surrounding area. This information is necessary for the submission by the blade control system (if necessary) of control actions providing surface treatment in accordance with the project.
Указанный технический результат достигается тем, что для определения положения режущей кромки отвала автогрейдера в системе координат, связанной с местностью, определяют углы поворота (тангажа, крена и рыскания) тяговой рамы относительно основной рамы автогрейдера, с помощью счетно-решающего устройства и формул преобразования координат определяют координаты точек на режущей кромке отвала автогрейдера в системе координат, связанной с автогрейдером, одновременно с помощью системы спутниковой навигации и антенн, жестко установленных на основной раме автогрейдера, определяют положение автогрейдера и связанной с ним системы координат в системе координат, связанной с местностью, затем с помощью счетно-решающего устройства координаты точек на режущей кромке отвала автогрейдера определяют в системе координат, связанной с местностью.The specified technical result is achieved by the fact that to determine the position of the cutting edge of the blade of the grader in the coordinate system associated with the terrain, the rotation angles (pitch, roll and yaw) of the traction frame relative to the main frame of the grader are determined using a calculating device and coordinate transformation formulas coordinates of points on the cutting edge of the blade of the grader in the coordinate system associated with the grader, simultaneously using a satellite navigation system and antennas, rigidly mounted on main frame grader, determine the position of the motor grader and the related coordinate system to a coordinate system associated with the area, then using computing devices coordinates of points on the cutting edge of the grader blade is determined in a coordinate system associated with the terrain.
Условием осуществления указанных действий является оснащение автогрейдера системой спутниковой навигации, счетно-решающим устройством, а также устройством для определения углов поворота тяговой рамы относительно основной рамы автогрейдера.A condition for the implementation of these actions is to equip the grader with a satellite navigation system, a calculating and solving device, and also a device for determining the rotation angles of the traction frame relative to the main frame of the grader.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, где на фиг.1, 2 и 3 приведено одно из возможных устройств, реализующих предлагаемый способ (на фиг.1 изображен трехосный шарнир, соединяющий тяговую раму автогрейдера с основной рамой, на фиг.2 - разрез трехосного шарнира по оси тангажа, на фиг.3 - расчетная схема автогрейдера).The invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings, where in Fig.1, 2 and 3 shows one of the possible devices that implement the proposed method (Fig.1 shows a three-axis hinge connecting the traction frame of the grader with the main frame, Fig.2 is a section three-axis hinge along the axis of the pitch, figure 3 - design scheme of the grader).
На фиг.1 изображены: 1 - основная рама автогрейдера, которая трехосным шарниром соединена с тяговой рамой 2, 3 - внешняя рамка трехосного шарнира, 4 - внутренняя рамка трехосного шарнира. На осях трехосного шарнира размещены датчики углов поворота осей: 5 - датчик угла рыскания тяговой рамы, 6 - датчик угла тангажа тяговой рамы, 7 - датчик угла крена тяговой рамы. На фиг.2 изображены: 4 - внутренняя рамка трехосного шарнира, 6 - датчик угла тангажа тяговой рамы, 7 - датчик угла крена тяговой рамы, 8 - корпус упорных подшипников, 9 - упорный подшипник, воспринимающий осевую нагрузку от тяговой рамы, 10 - втулка, помещенная во внутреннюю рамку 4, 11 - ось тангажа тяговой рамы. На фиг.3 изображены: XYZ - система координат Земли, связанная с окружающей местностью, Oξηζ - система координат, связанная с автогрейдером, O2ξ2η2ζ2 локальная система координат тяговой рамы автогрейдера, L1, L2, L3 - гидроцилиндры подвеса тяговой рамы, 12 - датчик угла поворота отвала в плане, 13 - датчик изменения угла резания отвала, 14 - датчик выдвижения отвала по направляющим влево или вправо, 15, 16, 17 - антенны систем спутниковой навигации, например GPS или Глонасс, установленные на ось, 18 - счетно-решающее устройство, 19 - блок индикации и управления.Figure 1 shows: 1 - the main frame of the grader, which is connected by a triaxial hinge to the
Антенны спутниковой системы навигации, жестко установленные на основной раме автогрейдера, должны быть максимально удалены друг от друга для снижения погрешности выполняемых вычислений. Для определения положения автогрейдера достаточно знать координаты начала связанной с автогрейдером системы координат и углы поворота ее - рыскания, тангажа и крена.The antennas of the satellite navigation system, rigidly mounted on the main frame of the motor grader, should be maximally removed from each other to reduce the error of the calculations. To determine the position of the grader, it is enough to know the coordinates of the origin of the coordinate system associated with the grader and the rotation angles of it - yaw, pitch and roll.
Координаты любой точки (r) на режущей кромке отвала автогрейдера в системе координат, связанной с местностью, определяются уравнениемThe coordinates of any point (r) on the cutting edge of the blade of the grader in the coordinate system associated with the terrain are determined by the equation
где Xr, Yr, Zr - координаты точки на режущей кромке отвала автогрейдера в системе координат XYZ, связанной с местностью, Х0, Y0, Z0 - координаты начала связанной с автогрейдером системы Oξηζ, в системе координат XYZ, ξr, ηr, ζr - координаты точки на режущей кромке отвала в системе координат автогрейдера Oξηζ, Матр - матрица преобразования координат, учитывающая углы поворота автогрейдера (рыскания, тангажа и крена) в связанной с местностью системе координат XYZ.where X r , Y r , Z r are the coordinates of the point on the cutting edge of the grader blade in the XYZ coordinate system associated with the terrain, X 0 , Y 0 , Z 0 are the coordinates of the origin of the Oξηζ system associated with the grader, in the XYZ coordinate system, ξ r , η r , ζ r are the coordinates of the point on the cutting edge of the blade in the coordinate system of the motor grader Oξηζ, Matr is the coordinate transformation matrix that takes into account the rotation angles of the motor grader (yaw, pitch and roll) in the XYZ coordinate system.
Полное уравнение для расчета координат точек на режущей кромке отвала автогрейдера в системе координат XYZ, связанной с местностью, имеет видThe complete equation for calculating the coordinates of the points on the cutting edge of the grader blade in the XYZ coordinate system associated with the terrain is
где ξo2, ηo2, ζo2 - координаты начала O2 связанной с тяговой рамой локальной системы координат O2ξ2η2ζ2 в системе координат автогрейдера Oξηζ, ξ2r, η2r, ζ2r - координаты точки на режущей кромке отвала в локальной системе координат тяговой рамы O2ξ2η2ζ2, Матр2 - матрица преобразования координат, учитывающая углы поворота тяговой рамы (рыскания, тангажа и крена) в системе координат автогрейдера Oξηζ.where ξ o2 , η o2 , ζ o2 are the coordinates of the origin O 2 associated with the traction frame of the local coordinate system O 2 ξ 2 η 2 ζ 2 in the coordinate system of the motor grader Oξηζ, ξ 2r , η 2r , ζ 2r are the coordinates of the point on the cutting edge of the blade in the local coordinate system of the traction frame O 2 ξ 2 η 2 ζ 2 , Matr 2 is the coordinate transformation matrix taking into account the rotation angles of the traction frame (yaw, pitch and roll) in the coordinate system of the grader Oξηζ.
Заявленный способ заключается в следующем - координаты точек на режущей кромке отвала (например, точки r) рассчитывают счетно-решающим устройством. в локальной системе координат тяговой рамы O2ξ2η2ζ2 с использованием данных датчиков 12, 13 и 14 и информации о постоянных размерах тяговой рамы и отвала. В итоге получаем координаты точки r (ξ2r, η2r, ζ2r) в локальной системе координат тяговой рамы O2ξ2η2ζ2. На следующем этапе с помощью датчиков 5, 6 и 7 определяют углы рыскания, тангажа и крена тяговой рамы φ2, ψ2, θ2 в системе координат автогрейдера Oξηζ, эти данные вводят в счетно-решающее устройство 18, которое формирует матрицу преобразования координат Матр2. На этом этапе становится возможным расчет координат точек на режущей кромке отвала в системе координат автогрейдера.The claimed method consists in the following - the coordinates of the points on the cutting edge of the blade (for example, points r) are calculated by a calculating-deciding device. in the local coordinate system of the traction frame O 2 ξ 2 η 2 ζ 2 using data from
где ξr, ηr, ζr - координаты точки r на режущей кромке отвала в системе координат автогрейдера.where ξ r , η r , ζ r are the coordinates of the point r on the cutting edge of the blade in the coordinate system of the grader.
С помощью спутниковой системы навигации GPS или Глонасс определяют пространственные координаты антенн 15, 16 и 17, жестко связанных с основной рамой автогрейдера в неподвижной системе координат XYZ, связанной с Землей. Эти данные поступают в счетно-решающее устройство 18, которое рассчитывает углы рыскания, тангажа и крена φ, ψ, θ и координаты начала связанной с автогрейдером системы координат 0ξηζ в неподвижной системе координат XYZ, связанной с Землей.Using the GPS or Glonass satellite navigation system, the spatial coordinates of the
С помощью уравнения (2) счетно-решающее устройство определяет координаты точек на режущей кромке отвала и сравнивает их с требуемыми значениями высотных отметок обрабатываемой поверхности.Using equation (2), the computing device determines the coordinates of the points on the cutting edge of the blade and compares them with the required elevations of the workpiece.
Результаты расчета и сравнения поступают в блок информации и управления 8. В случае отклонения режущей кромки отвала от проектного положения на гидроцилиндры подвеса тяговой рамы L1, L2, L3 подается управляющее воздействие: в ручном режиме - оператором автогрейдера, в автоматическом - блоком информации и управления.The calculation and comparison results are sent to the information and
Использование новых операций и устройств - антенн спутниковой навигации, жестко установленных на основной раме автогрейдера, счетно-решающего устройства, блока информации и управления, крепления тяговой рамы к основной раме с помощью трехосного шарнира, оси которого пересекаются в одной точке, а на осях установлены датчики угла поворота, позволило освободить отвал автогрейдера от штанг и проводов антенн спутниковых систем навигации и одновременно точно определять величину отклонения режущей кромки отвала автогрейдера от проектных отметок и использовать данную информацию для управления отвалом автогрейдера в ручном или автоматическом режимах.The use of new operations and devices - satellite navigation antennas, rigidly mounted on the main frame of the grader, computer, information and control unit, mounting the traction frame to the main frame using a three-axis hinge, the axes of which intersect at one point, and sensors are installed on the axes the angle of rotation, allowed to free the blade of the grader from the rods and wires of the antennas of satellite navigation systems and at the same time accurately determine the deviation of the cutting edge of the blade of the grader from the design from etok and use this information to control the grader blade in manual or automatic modes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123819/03A RU2478757C2 (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Method to detect position of cutting edge of motor grader blade |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011123819/03A RU2478757C2 (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Method to detect position of cutting edge of motor grader blade |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011123819A RU2011123819A (en) | 2012-12-20 |
RU2478757C2 true RU2478757C2 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=49152479
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011123819/03A RU2478757C2 (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Method to detect position of cutting edge of motor grader blade |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2478757C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566153C1 (en) * | 2014-10-20 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Device for location of machine working member |
RU2703074C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-10-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Device for road blading operation by motor grader |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110374154B (en) * | 2019-07-24 | 2024-03-01 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | Single GPS land leveler shovel blade elevation control device and control method |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4067395A (en) * | 1976-03-01 | 1978-01-10 | Verhoff Leonard J | Land leveler with relative height control |
US4236586A (en) * | 1978-01-16 | 1980-12-02 | The Eversman Mfg. Company | Land leveling apparatus with section blade assembly |
SU1094917A1 (en) * | 1981-04-07 | 1984-05-30 | Хабаровский политехнический институт | Hydromechanical system of bulldozer blade control |
SU1105576A1 (en) * | 1982-06-25 | 1984-07-30 | Научно-Производственное Объединение "Внииземмаш" | Method of controlling the position of working member of earth-moving machine |
SU1328450A1 (en) * | 1985-10-15 | 1987-08-07 | Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им.А.К.Кортунова | Method of automatic control of attitude of working member of earth-moving machine |
SU1481344A1 (en) * | 1986-09-24 | 1989-05-23 | Сибирский автомобильно-дорожный институт им.В.В.Куйбышева | System for automatic stabilization of transverse slanting of working member of motor grader |
CN101117809A (en) * | 2007-09-05 | 2008-02-06 | 天津工程机械研究院 | Leveler intelligent leveling system and its method |
-
2011
- 2011-06-10 RU RU2011123819/03A patent/RU2478757C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4067395A (en) * | 1976-03-01 | 1978-01-10 | Verhoff Leonard J | Land leveler with relative height control |
US4236586A (en) * | 1978-01-16 | 1980-12-02 | The Eversman Mfg. Company | Land leveling apparatus with section blade assembly |
SU1094917A1 (en) * | 1981-04-07 | 1984-05-30 | Хабаровский политехнический институт | Hydromechanical system of bulldozer blade control |
SU1105576A1 (en) * | 1982-06-25 | 1984-07-30 | Научно-Производственное Объединение "Внииземмаш" | Method of controlling the position of working member of earth-moving machine |
SU1328450A1 (en) * | 1985-10-15 | 1987-08-07 | Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им.А.К.Кортунова | Method of automatic control of attitude of working member of earth-moving machine |
SU1481344A1 (en) * | 1986-09-24 | 1989-05-23 | Сибирский автомобильно-дорожный институт им.В.В.Куйбышева | System for automatic stabilization of transverse slanting of working member of motor grader |
CN101117809A (en) * | 2007-09-05 | 2008-02-06 | 天津工程机械研究院 | Leveler intelligent leveling system and its method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЗНОБИЩЕВ С.В., МАСТИКОВ И.А. Системы нивелирования для автогрейдеров. - Строительные и дорожные машины", №5, 2008, с.13-18. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566153C1 (en) * | 2014-10-20 | 2015-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Device for location of machine working member |
RU2703074C1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-10-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Device for road blading operation by motor grader |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011123819A (en) | 2012-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101516693B1 (en) | Excavation control system for hydraulic shovel | |
CN107532897B (en) | Method for providing compensation for kinematic accelerations and system for compensating measurements | |
CN107002383B (en) | Control system for work machine, and control method for work machine | |
KR101759409B1 (en) | Work vehicle and method of controlling work vehicle | |
US9279235B1 (en) | Implement position control system having automatic calibration | |
US10975545B2 (en) | Work equipment control device and work machine | |
US9567731B2 (en) | Implement position calibration using compaction factor | |
CN103140632B (en) | Blade control system and construction machine | |
EP1914352A2 (en) | Control and method of control for an earthmoving system | |
KR101886798B1 (en) | Work equipment control device and work machine | |
JP2013520593A (en) | System and method for determining a position on an instrument relative to a reference position on a machine | |
KR20170045146A (en) | Work vehicle, bucket device, and tilt angle acquisition method | |
CN112105782B (en) | System and method for a work machine | |
US20160208460A1 (en) | System and method for calibrating blade of motor grader | |
US11085169B2 (en) | Work equipment control device and work machine | |
RU2478757C2 (en) | Method to detect position of cutting edge of motor grader blade | |
RU2469151C1 (en) | Paleev's method of defining motor grader blade cutting edge position | |
CN115917088A (en) | Construction machine | |
JP6553702B2 (en) | Work machine control system, work machine, work machine control method and navigation controller | |
CN114729520B (en) | Method and system for calibration of work machine | |
JP6905007B2 (en) | Work machine control system, work machine, work machine control method and navigation controller | |
CN111971437B (en) | Blade control device and blade control method | |
JP7165239B1 (en) | electronic controller | |
WO2023166885A1 (en) | Information calibration method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150611 |