一种用于调整安装在挖沟机器的机架上并且通过驱动机构可调节地移动的挖掘装置的动态切割边缘的定位和方向以便控制将地球表层处理为期望的沟外形的方法，所述方法包括： 通过至少一个全球导航系统接收器获得该挖沟机器的当前位置； 通过第一传感器获得该挖掘装置的当前度量； 从第二传感器获得该挖沟机器的当前空间方向； 将该挖沟机器的所述当前位置、该挖沟机器的所述当前空间方向以及该挖掘装置的所述当前度量与已知的机器尺寸和校准信息组合起来，以提供该切割边缘的当前位置； 将该切割边缘的所述当前位置与数字设计信息比较，以确定该切割边缘的所述当前位置和该切割边缘的期望位置之间的位置差异，该切割边缘的所述期望位置由针对沿着该期望的沟外形的给定位置的所述数字设计信息指示； 如果该位置差异大于预定程度的误差，则至少调整该挖掘装置的该动态切割边缘的所述定位，使得由该挖掘装置处理的该表层尽可能接近该期望的沟外形。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及用于控制由机器执行的装置的控制系统，具体地 说，涉及用于在挖沟机器挖掘地球表层时控制其挖掘装置的方法和设 备。
技术介绍
用于在施工地点挖掘地球表层的挖沟机器通常包括安装某种形 式的挖沟或挖掘装置一如挖掘链轮(digging chain)或岩石轮一的驱 动单元。在准备地球的表层以例如设置排水沟、下水道、公共管道、 空中索道等时，通常期望通过挖掘装置将地表的轮廓或坡度形成为尽 可能地接近期望的最终表面。地球的表层形成得有多准确要取决于挖 掘装置的切割边缘的位置可以确定和维持得有多准确，以及挖掘装置 的行进方向可以确定得有多准确。很多现有技术的系统控制由机器执行的工具定位，包括挖沟机的 挖掘装置。例如，传统的控制系统利用激光作为在沟中定位挖掘装置 的基准。为了准确地定位挖掘装置，需要直接在该挖掘装置的切割边 缘上方安装激光接收器。但是，该挖掘装置的切割边缘的位置在挖掘 操作期间不断改变。由于挖掘装置的斜度随着挖掘深度而改变，因此 安装在切割边缘上方的激光接收器的天线杆角度也类似地改变，由此 导致不准确地度量挖掘装置的切割边缘的位置。对这个问题的现有解 决方案是当挖掘装置的斜度改变时手动地将安装激光接收器的天线 杆重新调整到竖直位置，以便在操作过程中保持准确度。可以理解， 上述现有技术的方案是劳动量大的，并且由于每次当挖掘装置的斜度 (pitch)改变时都必须停止挖掘装置以便于技术人员重新调整天线杆， 从而导致挖掘操作中的延迟。
技术实现思路
与上述
技术介绍
相反，本专利技术提供大量优于现有技术的优点和进 步。具体地说，本专利技术提供一种用于控制正在将地球的表层处理为期 望形状的挖掘装置的切割边缘的定位的引导控制系统和方法。按照本专利技术的第一方面，公开了一种用于调整安装在挖沟机器的边缘的定位和方向以控制将地球表层处理为期望的沟外形的方法。该方法包括通过至少一个全球导航系统接收器获得挖沟机器的当前位 置；通过第一传感器获得挖掘装置的当前度量；从第二传感器获得挖 沟机器的当前空间方向；和将挖沟机器的当前位置、挖沟机器的当前 空间方向以及挖掘装置的当前度量与公知的机器尺寸和校准信息组 合起来，以提供切割边缘的当前位置。该方法还包括将切割边缘的当 前位置与数字设计信息比较，以确定切割边缘的当前位置和切割边缘 的期望位置之间的位置差异，该切割边缘的期望位置由关于沿着期望 沟外形的给定位置的数字设计信息指示；以及如果该位置差异大于预 定程度的误差则至少调整挖掘装置的动态切割边缘的定位，使得由挖 掘装置处理的地表尽可能接近期望的沟外形。按照本专利技术的第二方面，公开了一种用于控制安装在挖沟机器的的定位以控;将地球的表层处:为期望的沟-外形的引导控制系统:该引导控制系统包括第一传感器，适用于产生表示挖掘装置相对于挖沟 机器的机架的斜度的第一信号；第二传感器，适用于产生表示挖沟机 器相对于地球的空间方向的第二信号；以及至少 一个全球导航系统接 收器，适用于产生表示挖沟机器的全球位置的第三信号。所述引导控 制系统还包括与所述驱动机构和传感器系统电耦合的处理器，并且所 述处理器被编程为通过响应于至少来自第一传感器的第一信号、至少 来自第二传感器的第二信号和至少来自至少一个全球导航系统接收 器的第三信号而控制驱动机构的启动，来控制挖掘装置的切割边缘的定位。附图说明在考虑本说明书和附图的情况下，本专利技术的其它特征和优点将变 得明显。图l是结合了本专利技术的轨道挖沟机的等比例视图2是按照本专利技术的用于调整轨道挖沟机(track trencher)上的挖掘装置的定位和方向的引导控制系统的示意表示；以及图3是按照本专利技术的用于调整轨道挖沟机上的挖掘装置的定位和方向的引导控制系统程序的示意框图。具体实施例方式尽管在此是根据所示出的实施例来描述本专利技术的，对于本领域的 技术人员来说，很明显可以在不脱离本专利技术精神的情况下进行各种修 正、重新配置和替换。在此，在用挖沟机将地球表层例如处理为期望的形状和坡度 (grade)的方面来具体描述本控制系统。但是这只是为了举例，不意欲 这样限制本专利技术。本控制系统可以用在任何合适的挖沟机器或方法中 以手动或自动控制其挖掘装置的切割边缘的定位。下面参照附图，具体参照图l，示出4艮适用于结合按照本专利技术的 新颖的引导控制系统的轨道挖沟机10的一个实施例。轨道挖沟机10 典型地包括发动机12，并在一对分别位于轨道挖沟机10的两侧的轨 道上沿着地面13移动，其中左侧轨道14在图1中可以看见。发动机 12与这对轨道14耦合，它们一起包括轨道挖沟机10的驱动单元16。 如实践中那样，对轨道挖沟机10的推进和驾驶的控制通过轨道挖沟 机10的主用户接口 18进行。挖掘臂20枢轴地安装在驱动单元16的机架17上，该机架17 提供臂安装旋转轴以允许对挖掘深度的控制。挖掘装置22与臂20旋 转地耦合并由驱动单元16驱动，而且典型地执行特定类型的挖掘操作。挖掘装置22，如挖掘链轮、岩石轮或其它挖掘附件，通常用于 以合适的速率挖掘(或填充)具有可变宽度和深度的沟。在所示实施 例中，挖掘装置22是挖掘链轮；但是可以按照类似于挖掘链轮的方 式来控制岩石轮。在围着挖掘地点开动轨道挖沟机10时，挖掘装置 22通常在传输配置23中保持在地面13的上方。在挖掘期间，挖掘装 置22在挖沟配置24中通过臂20下降，穿透地面13，并挖掘出期望 深度的沟25。还参照图2，如图所示挖掘装置22可以通过附接在驱动单元16 和臂20之间的至少一个液压驱动器或冲头(ram)26升高和降低。还提 供了另一个液压驱动器或冲头27，用于在竖直轴附近相对于驱动单元 16倾斜挖掘装置22和/或臂20。如标准实践中那样，还可以提供另一 个机械或液压的驱动器(未示出)，用于相对于驱动单元16水平地 转动臂20。还可以提供更多的液压驱动器或冲头(未示出)，用于向 挖掘装置22提供附加的挖掘力。当轨道挖沟机10移动泥土时，挖掘装置22下降到地表面13， 同时挖掘装置将泥土推至旁边以产生相对平滑的表面沟25。挖掘装置 22受控地下降到期望的深度，可选择地从一边到另一边地移动以产生 期望的沟宽度，并且通过一对轨道14的向前运动而被拉动。可以理 解本专利技术的引导控制系统30 (图2)控制挖掘装置22的动态切割边 缘32的定位，使得该定位可以准确地遵循已经输入引导控制系统30 的期望沟外形28的数字设计信息33。可以理解该动态切割边缘32代 表挖掘装置22最深的切割点(坡度点)。随着轨道挖沟机10继续在工作地点的地面13上前进，该地面可 能是不平坦和粗糙的表面，或者随着挖掘装置22的深度根据期望沟 外形28的数字设计信息33改变，摆角(pivot angle) a (即，臂20的 斜度)随着表面和深度的变化而改变。随着摆角a改变，挖掘装置22 的动态切割边缘32与地面之间的关系也改变，如果不加监视和控制， 这种改变将导致所形成的沟25偏离期望的沟外形28。换句话说，当臂20上升或下降时，不管是不是有意地，动态切割边缘32的位置都 会例如从挖掘装置22上的点W移动到W，，如图1所示。轨道挖沟机IO包括引导控制系统(GCS) 30，其补偿轨道挖沟 机10相对于地面的位置变化，挖掘装置22的深度，以本文档来自技高网...
【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：克里斯托弗·D·理查德森，温森特·L·拉什尔，罗伯特·M·比克曼，
申请(专利权)人：天宝导航有限公司，
类型：发明
国别省市：
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