防止工业机械中的失控状态的系统和方法技术方案

一种防止工业机械的失控状态的系统和方法。对工业机械的运动副进行监控，以确定工业机械是否有进入失控状态的危险。如果运动副参数超过指示可能进入失控状态的阈值，则增大力或扭矩极限，从而使得工业机械在减速时具有额外的力或扭矩以使工业机械减速。该额外的扭矩防止工业机械进入失控状态。

【技术实现步骤摘要】
防止工业机械中的失控状态的系统和方法本申请要求于2016年11月9日提交的申请号为62/419,582的美国临时申请的优先权，其全部内容在此以参考的方式并入本申请。
本申请涉及工业机械的控制。
技术介绍
由于操作可变性、维护实践以及其他未知情况，诸如挖掘机械等的工业机械可能会承受超过或接近工业机械设计极限的负载。在这种情况下，工业机械有可能失去对一个或多个运动副的控制，从而导致机器进入失控状态。处于失控状态的工业机械可能会导致工业机械或其他设备的损坏。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了用于防止工业机械的失控状态的系统和方法。监测工业机械的运动副(joint)，以确定工业机械何时有可能进入失控状态。如果运动副参数(jointparameters)超过指示可能进入失控状态的阈值，则增加力极限(例如，扭矩极限)。工业机械则能够提供超过默认扭矩极限的额外的力或扭矩。这种额外的力或扭矩在减速期间被施加到工业机械上，从而防止机器进入失控状态。在一个实施例中，本专利技术提供了一种防止工业机械的失控状态的计算机执行方法。工业机械包括处理器、传感器、马达驱动器和马达，所述方法包括：使用所述处理器将所述工业机械的运动副的扭矩极限设置为第一扭矩极限值；基于来自所述传感器的输出信号，使用所述处理器获得所述工业机械的运动副的运动副参数；使用所述处理器将所述运动副的运动副参数与运动副参数阈值进行比较；基于所述运动副的运动副参数与所述运动副参数阈值的比较，当所述运动副参数大于或等于所述运动副参数阈值时，使用所述处理器将所述工业机械的运动副的扭矩极限增大至第二扭矩极限值；以及使用所述马达驱动器和所述马达向所述工业机械的运动副施加扭矩，其中施加到所述工业机械的运动副的扭矩被限制在所述第二扭矩极限值。在另一个实施例中，本专利技术提供一种工业机械，其包括：运动副；运动副传感器；与所述运动副相关联的马达驱动器；与所述马达驱动器和运动副相关联的马达；以及控制器。所述控制器耦接到所述运动副传感器和所述马达驱动器的控制器。所述控制器包括非暂时性计算机可读介质和处理器。所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中的、用于控制所述工业机械进行以下操作的计算机可执行指令：将运动副的扭矩极限设置为第一扭矩极限值；基于来自所述运动副传感器的输出信号，获得所述运动副的运动副参数；将所述运动副的运动副参数与运动副参数阈值进行比较；以及基于所述运动副的运动副参数与所述运动副参数阈值的比较，当所述运动副参数大于或等于所述运动副参数阈值时，将所述运动副的扭矩极限增大至第二扭矩极限值。所述马达驱动器被配置成将扭矩施加到所述运动副。所述扭矩被限制在所述第二扭矩极限值。在另一个实施例中，本专利技术提供了一种用于防止工业机械的失控状态的控制器。所述控制器包括非暂时性计算机可读介质和处理器。所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中的、用于控制所述工业机械进行以下操作的计算机可执行指令：将所述工业机械的运动副的扭矩极限设置为第一扭矩极限值；基于来自传感器的输出信号，获得所述工业机械的运动副的运动副参数；将所述运动副的运动副参数与运动副参数阈值进行比较；基于所述运动副的运动副参数与所述运动副参数阈值的比较，当所述运动副参数大于或等于所述运动副参数阈值时，将所述工业机械的运动副的扭矩极限增大至第二扭矩极限值；以及向所述工业机械的运动副施加扭矩，所述扭矩被限制在所述第二扭矩极限值。在详细解释本专利技术的任何实施例之前，应当理解，本专利技术的应用不限于以下描述中阐述的或者附图中示出的组件的配置和布置的细节。本专利技术能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。而且，应该理解，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”以及它们的变体的使用意味着涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另外规定或限定，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”以及它们的变体被广义地使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦接。此外，应该理解的是，本专利技术的实施例可以包括硬件、软件和电子组件或模块，出于讨论的目的，大多数组件可能仅以硬件的方式被示出和描述。然而，基于阅读该详细描述，本领域普通技术人员将认识到，在至少一个实施例中，本专利技术的基于电子的方面可以用软件来实现(例如，存储在非暂时性计算机可读介质)，其可由一个或多个处理单元执行，诸如微处理器和/或专用集成电路(ASIC)。据此，应该注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构组件来实施本专利技术。例如，说明书中描述的“服务器”和“计算设备”可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口以及连接组件的各种连接(例如系统总线)。通过考虑详细描述和附图，本专利技术的其它方面将变得更为清晰。附图说明图1示出了根据本专利技术实施例的工业机械。图2示出了根据本专利技术实施例的用于工业机械的控制系统。图3示出了根据本专利技术实施例的运动副。图4示出了根据本专利技术实施例的液压运动副。图5A、5B、5C和5D示出了在挖掘操作中铲斗上不同位置处的力。图6示出了用于防止工业机械的失控状态的过程。图7示出了根据本专利技术某一实施例的、用于获得如图6所示的运动副参数的过程。图8示出了根据本专利技术另一实施例的、用于获得如图6所示的运动副参数的过程。图9示出了与加速度倾倒阈值和加速度卷起阈值相关的工业机械姿态。具体实施方式尽管本文所述的本专利技术可以应用于各种工业机械(例如，绳铲车、拉铲挖掘机、交流机械、直流机械等)、由各种工业机械执行或与各种工业机械结合使用，但是在此描述的本专利技术实施例关于电动绳铲或动力铲(electricropeorpowershovel)，例如图1所示的动力铲10。动力铲10包括履带15，以用于向前和向后推动铲车10和转动绳铲10(即，通过改变左右履带相对于彼此的速度和/或方向)。履带15支撑包含驾驶室30的基座25。绳铲10还包括可枢转的铲斗柄45和附接件50。在该实施例中，附接件50被显示为铲斗。附接件50包括用于倾倒附接件50的内容物的门55。履带15的运动对于摆动运动不是必需的。基部25能够围绕摆动轴线57相对于履带15摆动(swing)或旋转(swivel)，例如将附接件50从挖掘位置移动到倾倒位置。绳铲10包括悬索60，其联接在底座25和悬臂65之间，用于支撑悬臂65。绳铲还包括钢索或吊索70，所述吊索70可以在底座25中缠绕和松开，以提升和降低附接件50，绳铲还包括连接在另一个绞盘(未示出)和门55之间的铲斗脱扣索75。绳铲10还包括鞍座块80和滑轮85。在一些实施例中，绳铲10是由JoyGlobalSurfaceMining生产的P&4100系列铲车。绳铲10使用四种主要类型的运动：前进、后退、起重、推挤和摆动。前进、后退使用履带15向前和向后移动整个铲车10。起重向上和向下移动附接件50。推挤延伸和缩回附接件50。摆动使绳铲围绕轴线57枢转。绳铲10的整体运动采用前进、后退、起重、推挤和摆动中的一种或其组合。如图2所示，绳铲10包括控制系统200，控制系统200包括控制器205。控制器205包括处理器210和存储器215(例如非暂时性计算机可读介质)，处理器21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止工业机械的失控状态的由计算机执行的方法，所述工业机械包括处理器、传感器、马达驱动器和马达，其特征在于，所述方法包括：使用所述处理器将所述工业机械的运动副的扭矩极限设置为第一扭矩极限值；基于来自所述传感器的输出信号，使用所述处理器获得所述工业机械的运动副的运动副参数；使用所述处理器将所述运动副的运动副参数与运动副参数阈值进行比较；基于所述运动副的运动副参数与所述运动副参数阈值的比较，当所述运动副参数大于或等于所述运动副参数阈值时，使用所述处理器将所述工业机械的运动副的扭矩极限增大至第二扭矩极限值；以及使用所述马达驱动器和所述马达向所述工业机械的运动副施加扭矩，其中施加到所述工业机械的运动副的扭矩被限制在所述第二扭矩极限值。

【技术特征摘要】
2016.11.09 US 62/419,5821.一种防止工业机械的失控状态的由计算机执行的方法，所述工业机械包括处理器、传感器、马达驱动器和马达，其特征在于，所述方法包括：使用所述处理器将所述工业机械的运动副的扭矩极限设置为第一扭矩极限值；基于来自所述传感器的输出信号，使用所述处理器获得所述工业机械的运动副的运动副参数；使用所述处理器将所述运动副的运动副参数与运动副参数阈值进行比较；基于所述运动副的运动副参数与所述运动副参数阈值的比较，当所述运动副参数大于或等于所述运动副参数阈值时，使用所述处理器将所述工业机械的运动副的扭矩极限增大至第二扭矩极限值；以及使用所述马达驱动器和所述马达向所述工业机械的运动副施加扭矩，其中施加到所述工业机械的运动副的扭矩被限制在所述第二扭矩极限值。2.根据权利要求1所述的由计算机执行的方法，其特征在于，所述工业机械的运动副选自下列项组成的组：推挤运动副、起重运动副和摇摆运动副。3.根据权利要求1所述的由计算机执行方法，其特征在于，所述由计算机执行的方法还包括：使用所述处理器获得所述工业机械的运动副的姿态。4.根据权利要求3所述的由计算机执行的方法，其特征在于，所述姿态对应于在挖掘操作期间所述工业机械的附接件的位置。5.根据权利要求4所述的由计算机执行的方法，其特征在于，所述由计算机执行的方法还包括：使用所述处理器确定与所述工业机械的附接件相关联的重量；使用所述处理器确定所述工业机械的附接件的轨迹；以及使用所述处理器确定所述工业机械的运动副的静态运动副力。6.根据权利要求5所述的由计算机执行的方法，其特征在于，所述静态运动副力对应于所述工业机械的运动副的运动副参数。7.根据权利要求3所述的由计算机执行的方法，其特征在于，所述由计算机执行的方法还包括：使用所述处理器确定所述工业机械的运动副的加速度阈值；使用所述马达驱动器和所述马达将扭矩施加到所述工业机械的运动副，其中施加到所述工业机械的运动副上的扭矩被限制在所述第一扭矩极限值；以及在将扭矩施加到所述工业机械的运动副之后，确定所述工业机械的运动副的加速度。8.根据权利要求7所述的由计算机执行的方法，其特征在于，所述工业机械的运动副的加速度对应于所述工业机械的运动副的运动副参数。9.一种工业机械，其特征在于，所述工业机械包括：运动副；运动副传感器；与所述运动副相关联的马达驱动器；与所述马达驱动器和所述运动副相关联的马达；以及耦接到所述运动副传感器和所述马达驱动器的控制器，所述控制器包括非暂时性计算机可读介质和处理器，所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中的、用于控制所述工业机械进行以下操作的计算机可执行指令：将所述运动副的扭矩极限设置为第一扭矩极限值；基于来自所述运动副传感器的输出信号，获得所述运动副的运动副参数；将所述运动副的运动副参数与运动副参数阈值进行比较；以及基于所述运动副的运动副参数与所述运动副参数阈值的比较，当所述运动副参数大于或等于所述运动副参数阈值时，将所述运动副的扭矩极限增大至第二扭矩极限值；其中所述马达驱动器被配置成驱动所述马达以将扭矩施加到所述运动副，所述扭矩被限制在所述第二扭矩极限值。10.根据权利要求9所述的工业机械，其特征在于，所述运动副选自下列项组成的组：推挤运动副、起重运动副和摇摆运动副。11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·P·泰勒，P·S·瑞安，B·J·戴尔佛斯，
申请(专利权)人：哈尼斯菲格技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US