專利名稱：挖掘機(jī)控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及挖掘機(jī)和類似類型的機(jī)械，更尤其是涉及用于不必使 用額外的傳感器、檢測(cè)器或接收器就能確定機(jī)械或機(jī)械的一部分的定 向的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
挖掘機(jī)用于在建筑場(chǎng)地、采石場(chǎng)、農(nóng)業(yè)場(chǎng)地和類似環(huán)境進(jìn)行挖掘。 為了精確控制挖掘機(jī)，重要的是要知道挖掘機(jī)的位置和定向，包括它 的駕駛室、吊臂、鏟斗柄以及鏟斗。已經(jīng)使用若干不同的配置來收集
這種信息。例如，GPS天線和接收器提供有關(guān)挖掘機(jī)在三維空間的位 置的信息。但是，單個(gè)GPS接收器和天線既不能提供有關(guān)挖掘機(jī)的定 向的信息，也不能提供有關(guān)挖掘機(jī)的各個(gè)部件的相對(duì)位置的信息。
已知的是，在駕駛室結(jié)構(gòu)和吊臂之間、吊臂與鏟斗柄之間以及鏟 斗柄與4產(chǎn)斗之間的每個(gè)接合處都使用傳感器，從而提供相對(duì)角位置。 挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)通常從GPS系統(tǒng)知道挖掘機(jī)的位置。控制系統(tǒng)還知 道駕駛室和底盤相對(duì)于鉛垂方向的定向，即，駕駛室是否定位在非零 傾側(cè)角(側(cè)面對(duì)側(cè)面)或非零俯仰角(前對(duì)后)。但是，車盤上駕駛室 和底盤的旋轉(zhuǎn)使控制系統(tǒng)得不到有關(guān)駕駛室所對(duì)齊的方向的信息，除 非在駕駛室安裝帶有讀數(shù)的羅盤。額外的傳感器的使用使系統(tǒng)變得很 復(fù)雜，同時(shí)，增加了成本和故障的可能性。此外，依賴于羅盤傳感器 等的定向配置會(huì)有誤差，因?yàn)榭赡懿焕厥艿焦さ厣掀毡榈慕饘俨考?和電磁場(chǎng)的影響。
因此，可以看到，需要一種用于控制挖掘機(jī)等的控制系統(tǒng)和方法， 其中不需要額外的傳感器和另外的部件就能確定挖掘機(jī)的定向。

發(fā)明內(nèi)容
這是通過依照本發(fā)明的用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于零橫過
坡度的方向傾斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)和方法來實(shí)現(xiàn)的。 橫過沒有坡度的部位的這個(gè)方向垂直于落差線方向。該系統(tǒng)包括用于 確定挖掘機(jī)的俯仰角(Pitch)和提供俯仰角輸出的第一傾角儀。該系 統(tǒng)包括用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角(Roll)和提供側(cè)傾角輸出的第二傾 角儀。最后，該系統(tǒng)還包括處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出 和所述傾側(cè)角輸出，根據(jù)下列公式之一，確定機(jī)械的俯仰軸線的定向 r: r-sin"[Pitch/ (Pitch2+Roll2) 1/2；或r=cos"[Roll/ ( Pitch2+Roll2) 1/2；或r-tan"[Pitch/Ro11。第一和第二傾角儀可包括單個(gè)雙軸傾角儀， 或它們可包括一對(duì)適當(dāng)定向的傾角儀。
系統(tǒng)可以連續(xù)地只使用三個(gè)公式之一 ，或者可以在不同的時(shí)間選 擇使用公式之一，這取決于判斷哪個(gè)公式能提供更精確的定向指示。 可以根據(jù)挖掘機(jī)的定向所在的象限，選擇公式。當(dāng)挖掘機(jī)的定向接近
±90°時(shí)，處理器可以選擇余弦7>式，當(dāng)挖掘機(jī)的定向接近0?；?80。時(shí)， 處理器可以選擇正弦公式。
用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的定向傾 斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè)定 向垂直于傾斜部分的落差線定向，該方法可包括下列步驟
根據(jù)重力確定挖掘機(jī)的俯仰角(Pitch),和提供俯仰角輸出；
根據(jù)重力確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角(Roll),和提供傾側(cè)角輸出；以及
根據(jù)所選的關(guān)系式之一，確定挖掘機(jī)的俯仰軸線的定向r:
r-sin1 [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2，
或fcos"[Ro11/ ( Pitch2+Roll2) 1/2；
或r=tan '[Pitch/Ro11。
機(jī)械的側(cè)傾軸線也可以用作基準(zhǔn)軸線，在這種情況下，先前的三 個(gè)等式變成
Fsin"[Ro11/ ( Pitch2+Roll2) 1/2， fcos1 [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2，和
iir=tan '[Roll/Pitch。
根據(jù)所選的關(guān)系式之一，確定定向r的步驟包括根據(jù)該關(guān)系式可 能提供最精確的定向指示，選擇關(guān)系式之一的步驟。選擇關(guān)系式之一 的步驟可包括確定挖掘機(jī)的縱向方向所在的象限。當(dāng)挖掘機(jī)的定向接 近士90。時(shí)，可以使用余弦公式，當(dāng)挖掘機(jī)的定向接近0。或180°時(shí)，可 以使用正弦公式。
本發(fā)明的目的是提供一種用于不需要除了在挖掘機(jī)上用于其他測(cè) 量之外的傳感器就能確定挖掘機(jī)相對(duì)于施工工地的定向的系統(tǒng)。依照 本發(fā)明，該系統(tǒng)和方法企圖基于所測(cè)量的挖掘機(jī)的俯仰角和傾側(cè)角， 確定挖掘機(jī)的定向。所測(cè)量的俯仰角和傾側(cè)角提供了挖掘機(jī)相對(duì)于施 工工地的定向的指示。


本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將從下面的說明書、附圖以及附帶的權(quán) 利要求書中變得顯而易見。
圖1是結(jié)合有本發(fā)明用于確定挖掘機(jī)定向的系統(tǒng)的挖掘機(jī)的簡(jiǎn)
圖2是傾斜工地的簡(jiǎn)圖；和
圖3是傾斜工地的簡(jiǎn)圖，角變量遇到結(jié)合有本發(fā)明系統(tǒng)的挖掘機(jī)。
具體實(shí)施例方式
圖l描繪了挖掘機(jī)10，其結(jié)合有用于確定坐落在施工工地的相對(duì) 于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的系 統(tǒng)，橫過沒有坡度的部位的這個(gè)定向垂直于傾斜部分的落差線定向。 挖掘機(jī)包括底盤11、在第一樞轉(zhuǎn)接頭14處可樞轉(zhuǎn)地固定于底盤10的 吊臂12、在第二樞轉(zhuǎn)接頭18處可樞轉(zhuǎn)地固定于吊臂12的伊斗柄16 和在第三樞轉(zhuǎn)接頭22處可樞轉(zhuǎn)地固定于伊斗柄16的4產(chǎn)斗20。致動(dòng)液 壓缸24、 26和28，以分別實(shí)現(xiàn)吊臂12、 4產(chǎn)斗柄16和伊斗20的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)。4產(chǎn)斗20包括具有鋸齒狀齒的切削刃30。 4產(chǎn)斗20還可以具有朝側(cè)傾軸線方向傾斜的自由度。底盤11承載駕駛室31，底盤ll支撐在 車盤支撐和運(yùn)載體32上，車盤支撐和運(yùn)載體32可包括便于挖掘機(jī)10 在工地上運(yùn)動(dòng)的履帶。底盤11及其承載的部件可繞相對(duì)于車盤支撐和 運(yùn)載體32大體上垂直的軸線34旋轉(zhuǎn)，以將4產(chǎn)斗20放置在需要挖掘的 準(zhǔn)確部位上。
為了使操作者手動(dòng)或通過自動(dòng)控制系統(tǒng)控制挖掘機(jī)的操作，必須 要確定有關(guān)挖掘機(jī)位置和定向的信息。挖掘機(jī)的位置可以采用若干方 法中的任一定向確定，包括使用激光定位系統(tǒng)、使用GPS定位系統(tǒng)， 或者使用組合激光和GPS定位的系統(tǒng)。根據(jù)角度編碼器、基于重力的 傾角儀或與樞轉(zhuǎn)接頭14、 18和22相聯(lián)的類似傳感器，或者根據(jù)與缸 24、 26和28相聯(lián)的線編碼器，或者根據(jù)這些傳感器的某些組合，可 以確定吊臂12、伊斗柄16和伊斗20的相對(duì)位置。挖掘機(jī)10相對(duì)于 實(shí)際豎向的定向根據(jù)安裝在底盤11上的傾角儀36和38確定。傾角儀 36提供側(cè)傾角的指示，傾角儀38提供底盤11的俯仰角的指示。同樣， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，側(cè)傾傾角儀36和俯仰傾角儀38可以安裝 在同一外殼上，或者在沒有脫離本發(fā)明效果的情況下，如果傾角儀能 夠即時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向，側(cè)傾傾角儀36和俯仰傾角儀38可以是同一傳 感器。
還得必須確定挖掘機(jī)底盤的縱向軸線所對(duì)齊的方向。雖然可以使 用磁羅盤或回轉(zhuǎn)儀系統(tǒng)進(jìn)行這個(gè)確定，但是，本發(fā)明不需要這樣的額 外傳感器和額外設(shè)備就能實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)還包括處理器50，所述處理器 50檢索挖掘機(jī)所在工地的預(yù)測(cè)坡度，然后根據(jù)傾角儀36和38的輸出， 確定挖掘機(jī)10的底盤11定向在坡度(零俯仰和最大側(cè)傾)上，還是 在落差線向下或向下(最大俯仰和零側(cè)傾)，亦或在這兩個(gè)極端之間的 某個(gè)定向上。
參照?qǐng)D2，其簡(jiǎn)單地顯示了空間中的傾斜面60。應(yīng)當(dāng)指出，該平 面具有兩個(gè)所關(guān)心的限定定向-沒有坡度的方向62和最大坡度的方向 64，并且這些方向總是彼此成直角。在本發(fā)明系統(tǒng)運(yùn)行之前，挖掘機(jī) 作業(yè)的工地已經(jīng)預(yù)先勘測(cè)過，這兩個(gè)正交方向62和64在工地地表上
13對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。該信息已保存在與處理器50相聯(lián)并由其使用的存 儲(chǔ)器中。
正如前面所指出的，本發(fā)明包括兩個(gè)坡度傳感裝置-傾角儀36和 38。這些傾角儀隨著底盤11繞軸線34的旋轉(zhuǎn)而改變它們相對(duì)于工地 地表的定向，但是它們總是保持彼此垂直。傾角儀36和38的輸出值 可以分別標(biāo)記為"側(cè)傾(Roll)"和"俯仰(Pitch)"。注意，當(dāng)其中一 個(gè)傾角儀與最大坡度方向?qū)R時(shí)，它測(cè)量最大坡度，而另一個(gè)傾角儀 測(cè)量零坡度。當(dāng)其中一個(gè)裝置的對(duì)齊線遠(yuǎn)離最大坡度定向時(shí)，該裝置 測(cè)量的坡度從最大坡度值減小。
參照?qǐng)D3，可以看到，線￡￡_表示最大坡度方向。線i表示零坡 度方向。方向2k指示俯仰軸線相對(duì)于平面的定向。角r,即角aob指 示機(jī)械的俯仰軸線自平面的零坡度定向的旋轉(zhuǎn)。注意，角bco和aob 相等。因此，沿方向2k形成的坡度測(cè)量值應(yīng)當(dāng)通過角r的正弦進(jìn)行換 算
Pitch=(最大坡度)*sin ( r )。
注意，側(cè)傾軸線總是正交于俯仰軸線。側(cè)傾軸線為
Roll=(最大坡度)*sin ( r+90° )。
這等價(jià)于
Roll=(最大坡度)*cos (r)。 這些等式隱含下列等式 最大坡度=(Pitch2+Roll2) 1/2 。
所以，為確定機(jī)械軸線相對(duì)于平面的零軸線的旋轉(zhuǎn)r，可使用下 列任意等式
psin"[Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2， 或r二cos"[Ro11/ (Pitch2+Roll2) 1/2， 或Ftan1 [Pitch/Roll]。
使用其中 一個(gè)等式可能比使用其他兩個(gè)更有利，這取決于挖掘機(jī) 底盤的縱向軸線位于哪個(gè)象限。對(duì)于0°和180。附近的角來說，正弦函 數(shù)比余弦函數(shù)更靈敏。同樣，對(duì)于士90。附近的角來說，余弦函數(shù)比正弦函數(shù)更靈敏。通過考慮正弦和余弦函數(shù)，可以確定縱向軸線所處的 象限。
應(yīng)該明白，機(jī)械的俯仰軸線作為基準(zhǔn)是任意選擇的。機(jī)械的側(cè)傾
軸線也可以用作基準(zhǔn)軸線，在這種情況下，先前的三個(gè)等式變成 r-sin"[Ro11/ ( Pitch2+Roll2) 1/2， r=cos-1 [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2]，和 r-tan"[Roll/Pitch。
零坡度的方向在某種意義上來說對(duì)工地是任意的。盡管計(jì)算確定 的是機(jī)械軸線從零坡度方向的絕對(duì)角度，它只得用于相對(duì)基準(zhǔn)。
應(yīng)該明白，如果挖掘機(jī)在水平面上，不會(huì)確定任何方向信息。應(yīng) 當(dāng)明白，可以進(jìn)行該相對(duì)位置的確定，即使沒有預(yù)先勘測(cè)工地而確定 零坡度方向相對(duì)于絕對(duì)方向的定向。
一個(gè)方法是從下面挖，將挖掘機(jī)置于所希望的定向上。然后將預(yù) 定位置的相對(duì)定向提交給與處理器50相聯(lián)并由其利用的存儲(chǔ)器，由所 述處理器用作工地的基準(zhǔn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，對(duì)于不同的作 業(yè)模式，可以向下挖多個(gè)定向，并將多個(gè)定向提交給用于不同操作模 式的同一個(gè)存儲(chǔ)器。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明的設(shè)備和方法，但是， 顯而易見，在沒有脫離附帶的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍的情況 下，各種改進(jìn)和變化都是可能的。
權(quán)利要求
1. 一種用于確定挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)，所述挖掘機(jī)坐落在施工工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，橫過沒有坡度的部位的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定挖掘機(jī)的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀，用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根據(jù)下列公式，確定挖掘機(jī)的俯仰軸線的定向rr＝sin-1[Pitch/(Pitch2+Roll2)1/2]。
2. —種用于確定挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)，所述挖掘機(jī)坐落在施工 工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，橫過沒有坡 度的部位的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定挖掘機(jī)的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第 一傾角儀， 用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根 據(jù)下列公式，確定挖掘機(jī)的俯仰軸線的定向r: r=cos，[Roll/ ( Pitch2+Roll2) 1/2。
3. —種用于確定挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)，所述挖掘機(jī)坐落在施工 工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，橫過沒有坡 度的部位的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定挖掘機(jī)的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀， 用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根 據(jù)下列公式，確定挖掘機(jī)的俯仰軸線的定向r: r=tan-1 [Pitch/Roll]。
4. 一種用于確定機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，所述機(jī)械坐落在工地的相 對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，橫過沒有坡度的部位 的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀， 用于確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和 處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根 據(jù)所選擇的下列公式之一，確定機(jī)械的俯仰軸線的定向r: Fsin"[Pitch/ (Pitch2+Roll2) 1/2，或 r=cos"[Roll/ ( Pitch2+Roll2) 1/2，或 r=tan "[Pitch/RollJ。
5. 如權(quán)利要求4所述的用于確定機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，所述機(jī)械 坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，其中 所述處理器根據(jù)哪個(gè)公式可能提供最精確的定向指示，在這些公式中 進(jìn)行選擇，用于確定定向r。
6. 如權(quán)利要求4所述的用于確定機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，所述機(jī)械 坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，其中， 所述第一和第二傾角儀包括單個(gè)雙軸傾角儀。
7. 如權(quán)利要求4所述的用于確定機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，所述機(jī)械 坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，其中， 所述處理器根據(jù)在哪個(gè)象限發(fā)現(xiàn)機(jī)械的縱向方向，在這些公式中進(jìn)行 選擇，用于確定定向r。
8. 如權(quán)利要求7所述的用于確定機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，所述機(jī)械 坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上，其中， 當(dāng)機(jī)械的定向接近士90。時(shí)，所述處理器選擇余弦公式，以及其中，當(dāng) 機(jī)械的定向接近0。或180°時(shí)，所述處理器選擇正弦公式。
9. 一種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向 傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè)方 向垂直于傾斜部分的落差線方向，該方法包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出，確定才幾械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和 根據(jù)下列關(guān)系式，確定機(jī)械的俯仰軸線的定向r: r=sin-1 [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2。
10. —種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出， 確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和 根據(jù)下列關(guān)系式，確定機(jī)械的俯仰軸線的定向r: r=tan "Pitch/Ro11。
11. 一種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出， 確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和 根據(jù)下列關(guān)系式，確定機(jī)械的俯仰軸線的定向r: r-cos"[Ro11/ ( Pitch2+Roll2) 1/2。
12. —種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出， 確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和 根據(jù)所選擇的關(guān)系式之一，確定機(jī)械的俯仰軸線的定向r: Fsin"Pitch〃Pitch2+Ro112) 1/2，或 r=cos-1[Roll/ ( Pitch2+Roll2) 1/2]，或 r=tan_1 [Pitch/Roll]。
13. 如權(quán)利要求12所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有 坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，其中，根據(jù) 所選擇的關(guān)系式之一，確定定向r的步驟包括根據(jù)該關(guān)系式可能提供最精確的定向指示，選擇關(guān)系式之一的步驟。
14. 如;f又利要求12所述的用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于沖黃過 沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，其中， 確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出以及確定機(jī)械的傾側(cè)角 Roll和提供傾側(cè)角輸出的步驟包括用第一和第二傾角儀測(cè)量所述俯仰 角和所述傾側(cè)角的步驟，所述傾角儀定位來提供所希望定向上的測(cè)量 角度。
15. 如權(quán)利要求12所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有 坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，其中，確定 機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出以及確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和 提供傾側(cè)角輸出的步驟包括根據(jù)在哪個(gè)象限發(fā)現(xiàn)機(jī)械的縱向方向，選 擇公式之一，用于確定定向r的步驟。
16. 用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的方法，其中，當(dāng)挖掘機(jī)的定向接 近士90。時(shí)，所述處理器選擇余弦公式，以及其中，當(dāng)挖掘機(jī)的定向接 近0?；?80。時(shí)，所述處理器選擇正弦/〉式。
17. —種用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位 的方向傾斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)，橫過沒有坡度的部位 的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定挖掘機(jī)的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第 一傾角儀， 用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，利 用俯仰輸出和側(cè)傾輸出確定定向r。
18. 如權(quán)利要求17所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，其中所述笫 一和第二傾角儀包括單個(gè)雙軸傾角儀。
19. 一種用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位 的方向傾斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)，橫過沒有坡度的部位的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定挖掘機(jī)的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀， 用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根 據(jù)下列公式，確定挖掘機(jī)的側(cè)傾軸線的定向r: Fsin"[Ro11/ ( Pitch2+Roll2) 1/2]。
20. —種用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位 的方向傾斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)，橫過沒有坡度的部位 的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定挖掘機(jī)的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀， 用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根 據(jù)下列公式，確定挖掘機(jī)的側(cè)傾軸線的定向r: r=cos" [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2]。
21. —種用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位 的方向傾斜的部分上的挖掘機(jī)的定向r的系統(tǒng)，橫過沒有坡度的部位 的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定挖掘機(jī)的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀， 用于確定挖掘機(jī)的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根 據(jù)下列公式，確定挖掘機(jī)的側(cè)傾軸線的定向r: r-tan"[Ro,tch。
22. —種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括用于確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀，用于確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀，和 處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根 據(jù)所選擇的下列公式之一，確定機(jī)械的側(cè)傾軸線的定向r: Fsin"[Ro11/ ( Pitch2+Roll2) 1/2，或 r=cos" [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2，或 r=tan "[Roll/Pitch。
23. 如權(quán)利要求22所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有 坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，其中所述處 理器根據(jù)哪個(gè)公式可能提供最精確的定向指示，而在這些公式中進(jìn)行 選擇，用于確定定向r。
24. 如權(quán)利要求22所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，其中所述第 一和第二傾角儀包括單個(gè)雙軸傾角儀。
25. 如權(quán)利要求22所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有 坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，其中所述處 理器根據(jù)在哪個(gè)象限發(fā)現(xiàn)機(jī)械的縱向方向，在這些公式中進(jìn)行選擇， 用于確定定向r。
26. 如權(quán)利要求25所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有 坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的系統(tǒng)，其中，當(dāng)機(jī) 械的定向接近士90。時(shí)，所述處理器選擇余弦公式，以及其中，當(dāng)機(jī)械 的定向接近0?；?80°時(shí)，所述處理器選擇正弦公式。
27. —種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出， 確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和 根據(jù)下列關(guān)系式，確定機(jī)械的側(cè)傾軸線的定向r: r-sin"[Ro11/ ( Pitch2+Roll2) 1/2。
28. —種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出，確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和根據(jù)下列關(guān)系式，確定機(jī)械的側(cè)傾軸線的定向r:r—an"[Ro廳tch。
29. —種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出， 確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和 根據(jù)下列關(guān)系式，確定機(jī)械的側(cè)傾軸線的定向r: r=cos" [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2。
30. —種用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方 向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，橫過沒有坡度的部位的這個(gè) 方向垂直于傾斜部分的落差線方向，其包括下列步驟確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出， 確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出，和 根據(jù)所選擇的關(guān)系式之一，確定機(jī)械的側(cè)傾軸線的定向r: r-sin"[Ro11/ ( Pitch2+R。ll2) 1/2，或 r=cos" [Pitch/ ( Pitch2+Roll2) 1/2，或 r=tan" [Roll/Pitch]。
31. 如權(quán)利要求30所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有 坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，其中，根據(jù) 所選擇的關(guān)系式之一，確定定向r的步驟包括根據(jù)哪個(gè)關(guān)系式可能提 供最精確的定向指示，選擇關(guān)系式之一的步驟。
32. 如權(quán)利要求30所述的用于確定坐落在施工工地的相對(duì)于橫過 沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，其中， 確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出以及確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供傾側(cè)角輸出的步驟包括用第 一和第二傾角儀測(cè)量所述俯仰 角和所述傾側(cè)角的步驟，所述傾角儀定位來提供所希望定向上的測(cè)量 角度。
33.如權(quán)利要求30所述的用于確定坐落在工地的相對(duì)于橫過沒有 坡度的部位的方向傾斜的部分上的機(jī)械的定向r的方法，其中，確定 機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出以及確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和 提供傾側(cè)角輸出的步驟包括根據(jù)在哪個(gè)象限發(fā)現(xiàn)機(jī)械的縱向方向，選 擇公式之一，用于確定定向r的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的系統(tǒng)確定坐落在施工現(xiàn)場(chǎng)或工地的相對(duì)于橫過沒有坡度的部位的方向傾斜的部分上的挖掘機(jī)或其他機(jī)械的定向r。橫過沒有坡度的部位的這個(gè)方向垂直于傾斜部分的落差線方向。該系統(tǒng)包括用于確定機(jī)械的俯仰角Pitch和提供俯仰角輸出的第一傾角儀。該系統(tǒng)包括用于確定機(jī)械的傾側(cè)角Roll和提供側(cè)傾角輸出的第二傾角儀。最后，該系統(tǒng)還包括處理器，所述處理器響應(yīng)所述俯仰角輸出和所述傾側(cè)角輸出，根據(jù)下列之一，確定定向rr＝sin^-1[Pitch/(Pitch²+Roll²)^1/2]；或r＝cos^-1[Roll/(Pitch²+Roll²)^1/2]；或r＝tan^-1[Pitch/Roll]。第一和第二傾角儀可包括單個(gè)雙軸傾角儀，或它們可包括一對(duì)適當(dāng)定向的傾角儀。系統(tǒng)可以連續(xù)地只使用三個(gè)公式之一，或者可以在不同的時(shí)間選擇使用不同的公式，這取決于判斷哪個(gè)公式能提供更精確的定向指示。例如，可以根據(jù)機(jī)械的縱向軸線所在的象限，選擇公式。
文檔編號(hào)E02F9/20GK101479431SQ200780024628
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者F·R·格林 申請(qǐng)人:卡特彼勒特林布爾控制技術(shù)有限責(zé)任公司