用于挖掘的定位装置及类似设备制造方法及图纸

由装载执行土方移动工作的铲斗(5)的不同部件(1、3、3a)执行的复杂运动通过超声波设备(7、8、9、10、11)来监控，所述超声波设备与在处理单元(P)中的校准步骤和即时测量期间获得的长度和角度有关，以便输出铲斗位置的视觉指示或者用于自动控制挖掘或其他土方移动操作的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于挖掘的定位装置及类似设备本专利技术涉及在挖掘和土方移动设备中用于控制部件的位置和运动的装置，这些部件相对于彼此且相对于地面呈可移动的关系，所述装置包括安装于所述部件上的超声波发射器和接收器。本申请中的术语“包括”旨在传达本专利技术相关条目的集合的概念，但这并不排除可能出现和/或相关更多的条目。术语“包括”并非意在传达排除其它项目的穷举概念，该穷举可用“由……组成”的表述方式更好地描述出来。在一个反铲挖土机和类似设备中，一个必需部件是安装到斗杆上的铲或铲斗，斗杆的长度可能会改变，且斗杆的另一端连接到吊臂上。所有的运动通常是通过液压缸产生的。铲斗及其前缘是与地面的接触面，其通过土方移动设备的动作来改变或盛装待从一个地方移动到另一个地方的土方。铲斗的运动必须精确控制，通常精度为0.01米。参考坐标系经常是全球坐标格网(GPS)或局部坐标网格，例如包括旋转激光平面。铲斗的深度通常是最需要的测量值。然而，该深度通过知晓这些部件之间的空间关系以及知晓这些部件的 至少一个点的绝对位置来间接地获知。直接监控铲斗前缘的运动是不可能的，相反依靠间接的方法。在US2538000的图2和9中充分地说明了在挖掘和土方移动设备中不同元件之间的关系的复杂性。为了演示几个可动部件的同步运动，追踪了这些部件上的点的三个轨迹，这些轨迹细分成使得相等编号的细分对应不同点的同步位置。运动是高度非线性的。然而，当已知所有元件之间的角度关系并且考虑到斗杆延伸部的长度时，也有可能用几何学和三角学方法计算出铲斗边缘的位置。通过在旋转轴上的分角器可以直接确定角度关系，并且通过线性编码器也可以直接确定斗杆的长度。上述元件必须在制造时构造到设备中，因为上述元件不适合翻新。在监控用于翻新的设备的情况下，通常通过安装在各种部件上的倾斜传感器来间接得到角度关系。在处理获得的倾斜信号和关于各种各样距离的认知中，运用几何学关系。可通过连续超声波场测量一些距离，在超声波场中，超声波发射器发射连续波，并由超声波接收器接收的信号的相位测量提供所需的数据。在W0/03088136A2中，这个解决方案针对一般性的应用被描述。如JP2001064992A中描述的，为了在这种土方移动设备的不同部件的运动中提供安全性，以超声波发射器和接收器的形式的接近度传感器确保这些部件不发生碰撞。在W02010/003636A1中描述了一种线性阶梯的测量，其中通过测量线性阶梯的延伸程度的相同超声波元件来测量所建立的参考距离，从而执行温度和压力影响的补偿。其它方法依赖于微波或激光进行距离测量。具体地，激光系统很容易出现故障，这归咎于在光学表面和窗口上的污垢沉淀以及归咎于发射器与接收器之间的视场中断。上面描述的解决方案自身不适合简单的翻新和校准，而本专利技术的目的在于提供简单的翻新和校准。尤其在如下装置中获得这种简单的改型和校准，该装置具体地在于，所述发射器和接收器放置于所述挖掘和土方移动设备的这些部件上，使得所述发射器和接收器的几何关系依赖于这些部件的相对位置而变化；并且至少一个超声波发射器传输间歇爆发(intermittent burst)的超声波能量；并且所述超声波接收器具有在超声波能量爆发之后的接收时间窗口，接收到的信号被传送至处理单元，用于计算预定部件的位置。术语“时间窗口”是指能够接收超声波信号的任何时间有限的启用，并可以例如是如下时间段的启用，在该时间段中预期使用超声波信号。在另一实施例中，涉及也可用作接收器的超声波装置，时间窗口可以在传输脉冲之后立即打开并保持打开直到接收到第一反射脉冲为止。优选的具体实施例具体地在于，这些部件包括安装在牵引机主体上的吊臂、斗杆和铲斗，广角超声波脉冲发射器放置在所述斗杆上靠近斗杆-铲斗接头，所述超声波脉冲发射器发射由两个超声波接收器接收的脉冲，这两个超声波接收器相互具有预定距离地设置在牵引机主体上，到达所述接收器处的到达时间以及所述接收器之间的所述距离一起由处理单元用以借助三角测量来确定所述斗杆-铲斗接头的位置。与本文中的超声波发射器或接收器有关的术语“广角”是指其辐射特性/灵敏度特性，有时被称为孔径。普通超声波设备仅在一个方向上具有强波瓣的辐射图案(窄角)。全方位超声波设备将具有圆形的辐射图案。在本专利技术中，圆形辐射图案将意味着在接收到的信号中辐射功率的损失和/或太大的噪声成分。由于这个原因，辐射图案减少为圆的广角扇形。借助放置在强辐射波瓣的路径上的合适形状的反射器，窄角超声波设备可被转换·成广角设备。进一步优选的具体实施例具体地在于，在所述牵引机主体上安装有倾斜传感器；并且在所述铲斗上安装有超声波脉冲反射器；并且该处理单元确定所述铲斗的所述尖端相对于地面的位置。进一步优选的具体实施例具体地在于，在所述牵引机主体上安装有倾斜传感器；并且超声波脉冲反射器安装到用于使得所述铲斗旋转的连杆装置；并且所述处理单元确定所述铲斗的所述尖端相对于地面的位置。进一步优选的具体实施例具体地在于，所述反射器是有源广角超声波装置，其能够从接收模式切换到发射模式。进一步优选的具体实施例具体地在于，来自所述超声波接收器的表示超声波发射器和超声波接收器之间的即时距离的信号由声速校正，所述声速由从所述发射器经反射器反射回到用作接收器的所述发射器的往返信号的传输时间确定，以便获得表示所述铲斗的尖端相对于地面的位置的校正信号。进一步优选的具体实施例具体地在于，来自所述超声波接收器的表示超声波发射器和超声波接收器之间的即时距离的信号由声速校正，所述声速由来自温度和压力传感器的提供给所述处理单元的信号确定，从而获得表示所述铲斗的尖端相对于地面的位置的校正信号。进一步优选的具体实施例具体地在于，所述斗杆设置有斗杆延伸部；并且所述广角超声波发射器/接收器安装到所述斗杆延伸部上；并且另一超声波接收器安装到斗杆上；并且从所述超声波发射器/接收器到所述接收器的传输时间是所述斗杆的即时长度的量度，目的在于确定所述铲斗的尖端相对于地面的位置。进一步优选的具体实施例具体地在于，对所述超声波接收器接收到来自所述发射器的超声波信号作出响应的信号以及来自所述牵引机主体上的倾斜仪的信号的传输以电磁辐射的方式发生，与所述处理单元相关地设置合适接收器。进一步优选的具体实施例具体地在于，对所述超声波接收器接收到来自所述发射器的超声波信号作出响应的信号以及来自所述牵引机主体上的所述倾斜仪的信号的传输借助从所述接收器和倾斜仪传输的超声波信号发生，所述广角超声波接收器以错时方式接收所有这些信号。超声波发射器发射超声波脉冲，牵引机主体上的接收器接收脉冲，两个接收器的所接收脉冲之间的延迟以及两个接收器之间的已知距离主要允许计算超声波发射器的位置，在所有实践目的上，超声波发射器的位置和斗杆-铲斗接合的位置是相同的。借助安装在承载接收器的结构上的倾斜仪，就可以相对于准确的水平面来确定XY位置，即该结构的高度。为了提高精确度，可适当地结合使用不止一个发射器和不止三个接收器。这意味着精确度并不与大基线相关联，而可以通过使用更小部件进行多次确定来获得。进出超声波部件的信号可以由电缆传输，然而超声波发射器也可以被提供为红外发射器，其与超声波脉冲并行地发射脉冲。超声波接收器也同样被提供为红外接收器。这 创建了接收器的释放开始时间，计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·林德斯科夫，
申请(专利权)人：米克洛夫伊恩股份公司，
类型：
国别省市：