[发明专利]使用测距无线电设备的挖掘机控制

说明书

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦赞助研究或发展的声明

不适用。

背景技术

已经开发了用于监视和自动控制各种类型的建筑机械(如挖掘机)的操作的控制系统。在Rocke的1995年10月31日发布的美国专利No.5,461,803；Frenette等的1991年11月5日发布的美国专利No.5,062,264；以及Cain等的2002年9月10日发布的美国专利No.6,447,240中公开了这种一般类型的系统。在这些专利中的每个专利中，均公开了一种定位和控制系统，该定位和控制系统包括用于测量各种机器部件的相对位置的配置。

在期望能够确定机器部件的相对位置的同时，能够监视机器在建筑工地的位置也是有用的。已经开发和组合了全局定位系统、激光系统、以及测距无线电系统来实现该目标。在Nichols的公开于2008年10月9日的美国公开No.US 2008/0247758中显示了一种这样的系统。Nichols公开的申请公开了承载于移动用户设备上的GPS、激光和测距无线电接收器的各种组合。

对于不能获得GPS接收或者不期望使用GPS接收器的定位应用中，测距无线电设备是GPS接收器的优良替代。例如，GPS接收器要求视线访问多个卫星，以便正常运行。这在一些操作设置中可能是不可能的，例如当在室内、地下或者在嘈杂环境中进行作业时。例如，当挖掘机在露天矿作业时，它可能邻近矿壁作业，该矿壁会有效地阻挡正常GPS运行所需的一些或者全部卫星传输。另一个示例，挖掘机可能工作在多山或者森林茂密的区域，GPS运行可能不切实际。

运行于超宽带(UWB)频率的测距无线电设备能够使用飞行时间分析来非常精确地测量无线电设备之间的距离。为了进行距离测量，始发测距无线电设备发送由同步码和报头组成的数据包。报头包含具有目的无线电设备的地址的距离命令，该目的无线电设备被请求对该数据包作出响应。始发无线电设备在发送时对其主计数器进行复位，以建立本地时间零点参考。当目的测距无线电设备接收到寻址到它的距离请求时，其记录接收时间并且用其自身的在报头中包括接收时间和响应发送时间的数据包进行答复。始发无线电设备接收从目的无线电设备返回的测距包、记录其接收时间并且锁存其主计数器。然后利用补偿两个无线电设备处的定时时钟的差异的时间信息来计算和记录距离值。

期望提供一种改进的使用测距无线电设备的能够确定和控制挖掘机或其他机器的操作部件的位置的系统。

发明内容

一种用于具有底盘、包括从底盘伸出的动臂和以枢轴安装在动臂末端的斗杆的铲斗支撑部件、以及以枢轴安装在斗杆末端的挖掘机铲斗的类型的挖掘机的系统确定挖掘机在工地操作期间挖掘机铲斗的位置。该系统包括多个固定的测距无线电设备，位于工地的已知位置上；一对测距无线电设备，安装在挖掘机的底盘上；第三测距无线电设备，安装在所述铲斗支撑部件之一上；以及测量电路。所述测量电路响应于所述的一对测距无线电设备和第三测距无线电设备，并且确定挖掘机底座和铲斗支撑部件相对于多个固定的测距无线电设备的位置和方向。

第三测距无线电设备可以安装在挖掘机的动臂上。作为选择，第三测距无线电设备可以安装在挖掘机的斗杆上。所述系统可以进一步包括角度传感器，该角度传感器提供表示动臂和斗杆之间的角度方向的输出。该系统可以进一步包括角度传感器，该角度传感器提供表示斗杆和铲斗之间的角度方向的输出，所述测量电路响应于所述角度传感器输出。一台显示器位于挖掘机上，用于给操作者指示挖掘机底盘和铲斗支撑部件的位置和方向。该显示器还指示铲斗相对于多个固定的测距无线电设备的位置和方向。该系统可以进一步包括控制铲斗向期望位置移动的控制器。如果需要，该系统可以进一步包括倾角仪，该倾角仪提供表示斗杆的倾角的输出，所述测量电路响应于该倾角仪。