[发明专利]用于确定机器的作业设备的角度的方法

说明书

本发明涉及一种弄用于确定机器的作业设备的角度的方法，所述机器具有底盘和可以相对于所述底盘旋转的上部结构，所述作业设备通过旋转接点固定到所述上部结构，使得所述旋转接点的旋转轴线正交于可旋转的上部结构的旋转轴线，所述作业设备具有IMU，即惯性测量单元，所述惯性测量单元设计成用于感测优选地彼此垂直的三个空间方向(x、y、z)上的角速度，并且通过IMU可感测平行于旋转接点的旋转轴线的三个空间方向中的第一个空间方向(y)的角速度(I)。所述方法的特征在于，通过IMU感测在所述上部结构旋转时发生的角速度(II)，并且基于感测到的上部结构角速度(II)确定作业设备相对于上部结构的旋转轴线的角度。

技术领域

本发明涉及用于一种确定机器的作业设备的角度的方法以及相应的机器。对于作业机器，特别是对于挖掘机来说有利的是，它们可以精确地确定作业设备的角度，例如挖掘机臂元件的角度。确定这种角度的各种方式在本领域中是已知的，但是它们都不是稳定、便宜、精确且易于整合的。在这种情况下，期望在实施角度确定时还可以容易地对作业设备进行改装。

背景技术

借助惯性单元(IMU，英语：Inertial Measurement Unit惯性测量单元)进行的角度计算不能满足上述所有条件，因为它们的精度在高速下降低。另外，对作业机械，特别是挖掘机有特殊的影响作用，因此不能简单地例如像在飞行器或车辆中使用惯性导航系统那样来使用。

但是，通常使用IMU(惯性测量单元)，然后将其用于测量沿三个轴线的加速度。重力表述竖直加速度，因此可以使用IMU进行测量。观察该重力在加速度测量仪三个轴向上的投影的位置，可以得出IMU相对于竖直方向的角度。这种过程例如在US 9618338 B2中所描述。因此，通过在作业设备上安装IMU，可以大概准确地确定作业设备的角度。

问题在于，一旦发生运动，例如挖掘机或其他建筑机械的上部结构旋转，就将离心力加到由IMU测量的加速度上。因此，角度的计算是有缺陷的，因为经投影的力不再仅仅是竖直的，而是重力和离心力的组合。为了补偿这些影响，从现有技术中已知利用机器或挖掘机的几何模型，以便实时估计传感器上的离心力，并在计算竖直重力的定向时将它们考虑在内。这种过程公开在例如在AR 10 4232 A1中，其中给出相对可靠的结果，但前提是必须在创建和模拟具有所有长度、距离以及多个IMU的位置的机器或挖掘机的几何模型的情况下。另外，该解决方案需要或多或少复杂的校准阶段。

此外，从现有技术中还已知例如使用卡尔曼滤波器(Kalman-Filter)或高通和低通滤波器的组合来滤除动态影响(离心力等)。这使得由于作业设备或车辆的运动引起的动态影响被减弱。但是，这种实现方式并不能产生所有情况下需要的确切解决方案。此外，市场上所有可用方法的设计方式都要求它们需要进行初始校准，这会占用额外的资源。

总的来说，现有的方法旨在减弱特别是在上部结构旋转时的离心力的不良影响，以增强所使用的测量原理的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供克服上述缺点的确定作业设备的角度的方法。该目的通过本发明的方法或机器来实现。

本发明涉及一种用于确定机器、特别是挖掘机的作业设备的角度的方法，其中所述机器具有底盘和可以相对于底盘旋转的上部结构，所述作业设备通过旋转接点固定到上部结构，使得该旋转接点的旋转轴线正交于可旋转的上部结构的旋转轴线，所述作业设备设置有IMU，即惯性测量单元，所述IMU设计成用于感测优选地彼此垂直的三个空间方向上的角速度，其中可通过IMU感测到的所述三个空间方向中的第一个空间方向的角速度，所述三个空间方向中的第一个空间方向平行于旋转接点的旋转轴线。所述方法的特征在于，通过所述IMU感测在所述上部结构旋时发生的角速度，并且基于感测到的所述上部结构的角速度确定所述作业设备相对于上部结构的旋转轴线的角度。

与已知用于确定作业设备的角度的方法不同，本发明不试图抑制上部结构旋转的影响，而是利用其特性来确定角度。