铣削深度补偿系统和方法技术方案

用于铣削岩石的铣削深度补偿系统基于机器的目标位置和工作面的初始位置确定机器(10)的目标位置、工作面(101)的初始位置和机器的目标姿态。确定机器的实际姿态，并且使用实际姿态和目标姿态之间的差异来确定铣削刀具的动态铣削路径。动态铣削路径包括铣削刀具沿着第一路径、第二路径和第三路径的运动。产生指令信号以沿着动态铣削路径移动铣削刀具。

Design of Milling Depth Compensation System and Its Application

The milling depth compensation system for rock milling determines the target position of the machine (10), the initial position of the working face (101) and the target attitude of the machine based on the target position of the machine and the initial position of the working face. The actual pose of the machine is determined, and the dynamic milling path of the milling tool is determined by the difference between the actual pose and the target pose. Dynamic milling path includes the movement of milling cutter along the first path, the second path and the third path. An instruction signal is generated to move the milling tool along the dynamic milling path.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铣削深度补偿系统和方法
本专利技术总体上涉及一种铣削系统，并且更具体地涉及一种用于动态地修改铣削刀具的路径以补偿其上安装该刀具的机器的未对准的系统和方法。
技术介绍
在岩石中生成或形成隧道的一种方式是钻洞，将炸药插入洞中，并使炸药起爆。这些炸药操作需要大量的计划，并且炸药的使用可能增加与这些操作相关的风险。作为替代方案，已经开发了用于在地下切削或铣削隧道和孔的移动式采矿机。在相对软的材料例如煤中使用这种机器是常见的。然而，由于岩石的性质，在比煤更硬的材料例如用于采矿和道路施工的岩石隧道中切削或铣削隧道和孔可能是有问题的。切削或铣削操作通常去除相对少量的材料，以避免损坏切削刀具和驱动刀具的设备。采矿机的未对准可能导致切削刀具沿着铣削路径的一部分去除过多的材料并且沿着路径的其它部分去除不够的材料。这种不均匀的切削可能导致在切削深度过大的位置处对加工和/或采矿机的过度磨损，并且在切削深度过浅的位置处对材料去除效率低。美国专利公开号2015/0204190公开了一种用于切削或铣削岩石中的隧道和孔的移动式采矿机。该机器包括可旋转地安装在支撑臂上的刀具转筒。支撑臂可以升高和降低，并且也可以从一侧向另一侧摆动。滑动滑架单元提供刀具转筒的进给能力。前述背景讨论仅旨在帮助读者。其不旨在限制本文所述的创新，也不旨在限制或扩展所讨论的现有技术。因此，前面的讨论不应该被认为指示现有系统的任何特定元素不适合与本文所述的创新一起使用，也不旨在指示任何元素在实施本文所述的创新中是必需的。这里描述的创新的实现和应用由所附权利要求限定。
技术实现思路
在一个方面，一种用于沿着工作面铣削材料的系统包括铣削刀具、位置传感器和控制器。该铣削刀具安装在机器上，用于沿着工作面去除材料，可围绕轴线旋转，并且可沿着第一路径、第二路径和第三路径相对于机器移动，其中第一路径与第二路径和第三路径正交。所述位置传感器与所述机器相关联，并可操作以产生指示所述机器的姿态的位置信号。所述控制器被配置为存储所述机器的期望机器路径，基于所述期望机器路径确定所述机器的目标位置，确定所述工作面的初始位置，以及基于所述机器的所述目标位置和所述工作面的所述初始位置确定所述机器的目标姿态。控制器还被配置成基于来自位置传感器的位置信号确定机器的实际姿态，确定机器的实际姿态和机器的目标姿态之间的差异，以及基于实际姿态和目标姿态之间的差异确定铣削刀具的动态铣削路径，其中动态铣削路径包括铣削刀具沿着第一路径、第二路径和第三路径的运动。产生指令信号以沿着动态铣削路径移动铣削刀具。在另一方面，一种沿工作面铣削材料的方法包括提供铣削刀具，该铣削刀具安装在用于沿工作面去除材料的机器上，可围绕轴线旋转，并且可相对于机器沿第一路径、第二路径和第三路径移动，其中第一路径正交于第二路径和第三路径。所述方法还包括存储所述机器的期望机器路径，基于所述期望机器路径确定所述机器的目标位置，确定所述工作面的初始位置，以及基于所述机器的所述目标位置和所述工作面的所述初始位置确定所述机器的目标姿态。该方法还包括：基于来自与机器相关联的位置传感器的位置信号来确定机器的实际姿态，确定机器的实际姿态和机器的目标姿态之间的差异，以及基于实际姿态和目标姿态之间的差异来确定铣削刀具的动态铣削路径，其中动态铣削路径包括铣削刀具沿着第一路径、第二路径和第三路径的运动。产生指令信号以沿着动态铣削路径移动铣削刀具。在又一方面，机器包括用于推进机器的地面接合驱动机构、铣削刀具、位置传感器和控制器。所述铣削刀具安装在所述机器上，用于沿所述工作面去除材料，可围绕轴线旋转，并且可沿着第一路径、第二路径和第三路径相对于所述机器移动，所述第一路径与所述第二路径和所述第三路径正交。所述位置传感器与所述机器相关联，并可操作以产生指示所述机器的姿态的位置信号。所述控制器被配置为存储所述机器的期望机器路径，基于所述期望机器路径确定所述机器的目标位置，确定所述工作面的初始位置，以及基于所述机器的所述目标位置和所述工作面的所述初始位置确定所述机器的目标姿态。控制器还被配置成基于来自位置传感器的位置信号确定机器的实际姿态，确定机器的实际姿态和机器的目标姿态之间的差异，以及基于实际姿态和目标姿态之间的差异确定铣削刀具的动态铣削路径，其中动态铣削路径包括铣削刀具沿着第一路径、第二路径和第三路径的运动。产生指令信号以沿着动态铣削路径移动铣削刀具。附图说明图1是移动式采矿机的透视图，其中某些部件被移除，并结合在此公开的原理；图2是图1的移动式采矿机的侧视图，其中其它部件被移除；图3是图2的移动式采矿机的顶视图；图4是在工作面上待铣削的图案的示意图；图5是待铣削的目标图案与机器作用对目标图案的影响的比较的示意图；图6是在俯仰位置与非俯仰位置中的移动式采矿机的比较的示意性侧视图；图7是移动式采矿机在偏航位置与未偏航位置的比较的示意性顶视图；图8是在横向移位与未移位位置中的移动式采矿机的比较的示意性顶视图；以及图9是用铣削深度补偿系统操作的机器的过程的流程图。具体实施方式参照图1-3，示出了诸如用于在材料(例如岩石)中生成隧道100(图2)、道路或竖井的移动式采矿机的机器10。机器10包括工作器具11，该工作器具11配置成在工作地点铣削材料(例如岩石或其它材料)。机器10可以包括框架12，在框架的相对侧上具有地面接合驱动机构，例如轨道13，以推进机器。机器10还可以包括一个或多个电动机，通常以14表示，该电动机可操作地连接到远程电源(未示出)，该远程电源经由一个或多个电力电缆(未示出)向机器提供电力。工作器具11可以包括铣削刀具，例如可旋转的切削头15和刀具支撑和定位组件20。切削头15可具有可旋转地安装在其上的多个间隔开的刀架16。每个刀架16可以包括多个铣削刀具17。在一些实施例中，铣削刀具的尖端可以由碳化钨制成。在一些实施例中，尖端可由多晶金刚石或任何其它期望材料制成。切削头15可旋转地设置在安装在框架12上的刀具支撑和定位组件20上。刀具支撑和定位组件20包括悬臂21、摆动构件22和支撑组件25。悬臂21可滑动地安装在框架12上，以允许整个刀具支撑和定位组件20以及切削头15朝向和远离待铣削的壁或工作面101进给，如标记为50的双头箭头所示。摆动构件22可枢转地或可旋转地安装在悬臂21上，且其可围绕摆动轴线51枢转。支撑组件25包括可旋转地安装在摆动构件22上的第一构件26，以允许支撑组件绕提升轴线52旋转或提升。支撑组件25的第二构件27可旋转地安装在第一构件26上，以允许第二构件绕旋转轴线53旋转。第二构件27可以是大致L形的，具有接合第一构件26的第一部分28和大致垂直于旋转或支撑轴线53延伸的第二部分29。切削头15可旋转地安装在第二部分29上，从而可围绕切削轴线54旋转。由于刀具支撑和定位组件20的配置，由于摆动构件22的摆动运动，切削头15和支撑组件25可沿着第一路径移动，并且由于支撑组件的提升运动，切削头15和支撑组件25可沿着第二路径移动。如图所示，第一路径和第二路径都是弧形的或呈弧形。在其它实施例中，第一和第二行程中的任一个或两者可以是线性的。由于悬臂21的滑动或直线运动，切削头15和支撑组件25(以及摆动构件22)可沿着第三路径移动。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于沿着工作面(101)铣削材料的系统，包括：铣削刀具，其安装在机器(10)上用于沿着所述工作面(101)移除所述材料，所述铣削刀具围绕轴线可旋转并且沿着第一路径、第二路径以及第三路径相对于所述机器可移动，所述第一路径与所述第二路径以及所述第三路径正交；位置传感器(40)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器的姿态的位置信号；以及控制器(41)，其被配置为：存储所述机器(10)的期望机器路径；基于所述期望机器路径确定所述机器(10)的目标位置；确定所述工作面(101)的初始位置；基于所述机器的所述目标位置和所述工作面(101)的所述初始位置确定所述机器(10)的目标姿态；基于来自所述位置传感器(46)的所述位置信号来确定所述机器(10)的实际姿态；确定所述机器(10)的所述实际姿态与所述机器的所述目标姿态之间的差异；基于所述实际姿态与所述目标姿态之间的所述差异来确定所述铣削刀具的动态铣削路径，所述动态铣削路径包括所述铣削刀具沿着所述第一路径、所述第二路径和所述第三路径的运动；以及产生指令信号以沿着所述动态铣削路径移动所述铣削刀具。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.22 US 15/2177431.一种用于沿着工作面(101)铣削材料的系统，包括：铣削刀具，其安装在机器(10)上用于沿着所述工作面(101)移除所述材料，所述铣削刀具围绕轴线可旋转并且沿着第一路径、第二路径以及第三路径相对于所述机器可移动，所述第一路径与所述第二路径以及所述第三路径正交；位置传感器(40)，其与所述机器(10)相关联用于产生指示所述机器的姿态的位置信号；以及控制器(41)，其被配置为：存储所述机器(10)的期望机器路径；基于所述期望机器路径确定所述机器(10)的目标位置；确定所述工作面(101)的初始位置；基于所述机器的所述目标位置和所述工作面(101)的所述初始位置确定所述机器(10)的目标姿态；基于来自所述位置传感器(46)的所述位置信号来确定所述机器(10)的实际姿态；确定所述机器(10)的所述实际姿态与所述机器的所述目标姿态之间的差异；基于所述实际姿态与所述目标姿态之间的所述差异来确定所述铣削刀具的动态铣削路径，所述动态铣削路径包括所述铣削刀具沿着所述第一路径、所述第二路径和所述第三路径的运动；以及产生指令信号以沿着所述动态铣削路径移动所述铣削刀具。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·J·莫伯格，T·坦曼尼，F·库恩涅蒙德，M·坦纳，P·科尔涅夫，R·比尔辛，B·杜普邦，B·D·洛克伍德，BA·胡恩，O·科特曼，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US