[发明专利]挖掘机3D综合式激光和无线电定位引导系统有效

专利信息
申请号: 200780037540.5 申请日: 2007-08-23
公开(公告)号: CN101535573A 公开(公告)日: 2009-09-16
发明(设计)人: M·E·尼科尔斯 申请(专利权)人: 卡特彼勒天宝控制技术有限责任公司
主分类号: E02F5/02 分类号: E02F5/02
代理公司: 上海专利商标事务所有限公司 代理人: 李 玲
地址: 美国俄*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 挖掘机 综合 激光 无线电定位 引导 系统
【说明书】:

技术领域

发明涉及位置跟踪和机械控制系统,更特别的是,涉及激光系统和无线 电定位系统的组合,这些系统被配置成彼此互补以使现有技术系统的跟踪和机 械控制能力达到最佳。

背景技术

最近,在无线电测距或伪卫星机械控制系统的领域内有许多进展。然而,无 线电测距或伪卫星机械控制系统有局限,只能达到厘米精度。

例如,Trimble提出的一系列机械控制系统包括:具有单标高(elevation) 控制的GCS300,具有双标高控制的GCS400,具有横坡控制的GCS500,具有横 坡和标高控制的GCS600,以及提供达到厘米精度的全3D控制的GCS900。在 另一例子中,Trimble还提出SiteVision HEX机械控制系统。Trimble的版本5.0 Site Vision System包括用在推土机、铲土机、平地机、压土机以及挖掘机上的 3D机械引导及控制系统。该SiteVision HEX机械控制系统使用GPS技术。安 装在推土机或铲土机上的GPS接收器连续地计算在机械刀刃的每一端上所安 装的GPS天线的准确位置。机载计算机确定每一个刀刃尖端的准确位置,并将 这些位置与设计标高进行比较。然后计算切削或填充量以减缓坡度(grade)。 该信息被显示在驾驶室内的屏幕上,并将该切削/填充数据传送到Site Vision灯 条,这些灯条引导操作者向上或向下以减缓坡度并且向右或向左一个限定好的 对准量。

最近,在包括平面激光及扇形激光系统的旋转激光系统方面也有许多进 展。平面激光提供参考光平面。扇形激光提供一或多个绕轴旋转的光平面,可 从该光平面推导出标高差。推导出标高差的普通技术是确定探测到两个或多个 扇形波束之间的时差。这些系统,诸如Trimble激光站和Topcon激光区系统,提 供了精度达到毫米的标高差。对于挖掘机而言,在挖掘操作期间关键的精度是 垂直精度。

所需要的是将无线电测距系统和基于激光的系统组合起来,以为挖掘机提 供达到毫米的垂直精度。

发明内容

本发明提供了挖掘机3D综合式激光和无线电定位及引导的系统和方法。 该挖掘机包括:包括绕行走构件(tread member)水平转动的驾驶室的机座;通过 第一枢转件可转动地安装在驾驶室近端处的吊臂;通过第二枢转件可转动地安 装在吊臂远端的近端处的操纵杆(stick);以及通过第三枢转件可转动地安装在 操纵杆远端的近端处的铲斗。铲斗的远端限定了用于响应所述铲斗朝向所述机 座的运动来挖掘泥土的切削刀刃。

本发明的一个方面涉及一种挖掘机3D综合式激光和无线电定位引导系统 (Ex_3D_ILRPGS)。

在一实施方式中,本发明的挖掘机3D综合式激光和无线电定位引导系统 (Ex_3D_ILRPGS)包括:移动无线电定位系统接收器,其被配置成获得挖掘机的 2D横坐标;铲斗-机械-本体(bucket-to-machine-body)定位系统,其被配置成确 定挖掘机的吊臂、操纵杆以及铲斗相对于机械本体的位置坐标;激光探测器, 其被配置成接收至少一个激光束以及配置成以相当高的精度提供局部纵坐标; 以及机载导航系统,其被配置成接收由移动无线电定位系统接收器所获得的挖 掘机的2D横坐标、由铲斗-机械-本体定位系统所获得的挖掘机的吊臂、操纵杆 以及铲斗的位置坐标以及由激光探测器所获得的局部纵坐标并将它们综合起 来,其还被配置成以相当高的垂直精度来引导挖掘机的铲斗的切削刀刃。

在本发明一实施方式中,移动无线电定位系统接收器选自由以下项组成的 组:{独立的卫星接收器;基于虚拟参考站(VRS)的差分(differential)卫星定位系 统接收器;基于广域增强服务(WASS)的差分卫星定位系统接收器;基于实时动 态(RTK)的卫星定位系统接收器;基于全向STAR-高性能(HP)的差分卫星定 位系统接收器;以及伪卫星接收器}。

在本发明一实施方式中,卫星接收器选自由以下项组成的组:{全球定位系 统(GPS)接收器,GLONASS接收器,全球导航卫星系统(GNSS)接收器,以及组 合的GPS-GLONASS接收器}。

在本发明一实施方式中,铲斗-机械-本体定位系统选自由以下项组成的组: {角度(倾度)传感器;缸内测量传感器;电位计传感器;以及电缆编码器}。

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