阅读说明：本技术 智能机械联动性能系统 (Intelligent mechanical linkage performance system ) 是由 安东尼·玛丽亚·托马斯·本尼·迈克尔·拉杰 亚当·艾斯巴赫 于 2020-02-20 设计创作，主要内容包括：一种具有智能机械联动性能系统的作业机械包括：框架；地面接合机构；悬臂组件,其联接至框架,其中,悬臂组件包括：大悬臂和铲斗柄。负载测量装置联接至悬臂组件并且被配置为生成指示有效负载的负载信号。销联接至铲斗柄,该销具有运动包络线,该销能够通过大悬臂和铲斗柄在整个运动包络线内移动。控制器被配置为接收来自第一悬臂位置传感器的第一位置信号,来自第二悬臂位置传感器的第二位置信号以及来自负载测量装置的负载信号。该控制器还被配置计算运动包络线内的液压容量的图。(A work machine having an intelligent mechanical linkage performance system comprising: a frame; a ground engaging mechanism; a boom assembly coupled to the frame, wherein the boom assembly comprises: a large cantilever and a dipper handle. A load measuring device is coupled to the boom assembly and configured to generate a load signal indicative of the payload. A pin is coupled to the dipper stick, the pin having a motion envelope, the pin being movable through the boom and the dipper stick throughout the motion envelope. The controller is configured to receive a first position signal from the first boom position sensor, a second position signal from the second boom position sensor, and a load signal from the load measuring device. The controller is also configured to calculate a map of hydraulic capacity within the motion envelope.)

智能机械联动性能系统

技术领域

本公开涉及一种作业机械。

背景技术

例如，在林业工业中，抓斗式集材机可用于将采伐的立木从一个位置运输到另一位置。这种运输通常发生在从采伐地点到加工地点的过程中。可替代地，在建筑工业中，挖掘机可以用于运输砾石、泥土或其他可移动材料。在这两种作业机械中，用于承载有效负载的机具都被联接至包括多个枢转装置的悬臂组件。然后可以将致动器布置在悬臂组件上，以使悬臂相对于彼此枢转，从而使机具运动。

当在悬臂组件中布置多个悬臂时，机具的受控运动可能相对困难，需要在操作员培训上进行大量投资。在有效负载可变和致动器存在物理限制的情况下，这可能尤其难以操纵。例如，在常规控制系统下，操作员可沿一个轴线移动操纵杆，从而来移动使悬臂的第一部分枢转的致动器，并沿另一轴线移动该操纵杆，从而来移动使悬臂的第二部分枢转的致动器。理论上，操作员可以控制两个悬臂，以使所有致动器的总运动引起承载有效负载的机具移动到期望位置。但是，取决于有效负载的程度，有效负载的相对质心以及两个悬臂在相对于彼此移动和相对于车辆移动时的变化的几何形状，变化的几何形状会导致上述致动器运动与机具运动之间的关系显著复杂。更具体地说，由于有效负载的变化而导致的致动器负载能力的限制可能会影响机具的精确控制，并且如果没有大量的技能和实践，机具的精确控制将会相对困难。

悬臂的运动可以基于悬臂组件的部件相对于作业机械框架的位置而显著变化。此外，悬臂组件的运动可基于作业机械所处表面的倾斜度而发生显著变化，因为该倾斜度改变了有效负载和/或机具的向下重力型拉力相对于联接至悬臂组件的致动器的方向性拉力的相对取向。有效负载得取向的这种可变性最终使用户难以准确控制悬臂操作，尤其是在崎岖的地形上穿行时。因此，需要一种具有改进的悬臂控制以移动有效负载的控制系统。

发明内容

提供本发明内容以介绍在以下详细描述和附图中进一步描述的概念的选择。该概述不旨在标识所附权利要求的关键或必要特征，也不旨在用于辅助确定所附权利要求的范围。

本公开包括在有效负载移动操作期间用于作业机械的智能机械联动性能系统。

根据本公开的一方面，一种作业机械可以包括框架，配置成将框架支撑在表面上的地面接合机构，悬臂组件，负载测量装置，销和控制器。联接至作业机械的框架的悬臂组件可包括：第一部分，其可枢转地联接至框架，并且可通过第一致动器相对于框架运动；以及第二部分，其可枢转地联接至第一部分且可相对于第一部分运动。第一悬臂位置传感器可以联接至第一部分。第二悬臂位置传感器可以联接至第二部分。负载测量装置可以联接至悬臂组件，并被配置为生成指示有效负载的负载信号。销可以象征性地在远离第一部分的位置处联接至第二部分。所述销可以具有包络线，所述销可通过所述第一部分和第二部分在整个包络线内移动。控制器可以被配置为从第一悬臂位置传感器接收第一位置信号，从第二悬臂位置传感器接收第二悬臂位置信号以及从负载测量装置接收负载信号。控制器还可被配置为基于第一位置信号、第二位置信号和负载信号为第一和第二致动器中的一个或多个计算运动包络线内的液压容量的图。控制器还可基于液压容量来生成销的穿过所述运动包络线的至少一部分的运动的运动包迹，所述运动包迹可小于所述运动包络线。

销可以将机具联接至第二部分。

液压容量的图可以包括一系列节点，这些节点表示第一和第二致动器中的一个或多个在整个包络线内的实时液压容量。

运动包迹可包括销从第一销位置穿过具有足够液压容量的节点到第二销位置的提升路径。

运动包络线可以通过颜色代码显示在用户输入界面上。颜色代码可以基于液压容量的程度。

负载测量装置可以包括联接至第一部分的第一负载测量传感器和联接至第二部分的第二负载测量传感器。

当计算液压容量的图时，控制器还可以从联接至作业机械的倾斜度传感器接收倾斜度信号。倾斜度传感器可以确定作业机械的水平纵轴的倾斜度，并且控制器可以基于倾斜度信号来修改负载信号。

控制器可以进一步被配置成禁止销移动到运动包络线内的多个节点，所述多个节点没有用于有效负载的足够的液压容量。

通过下面的详细描述和附图，这些和其他特征将变得显而易见，其中，各种特征通过图示的方式示出和描述。本公开内容能够具有其他和不同的配置，并且其若干细节能够在各种其他方面进行修改，所有这些都不脱离本公开内容的范围。因此，详细描述和附图本质上应被认为是说明性的，而不是限制的或限制性的。

附图说明

附图的详细描述参考附图，其中：

图1是具有智能机械联动性能系统的作业机械的第一示例性实施例的侧视图。

图2是图1所示的第一示例性实施例的与智能性能控制模块的一部分相关的悬臂组件的详细侧视图。

图3示出了图1所示的第一示例性实施例的线条示意图，其中示出了运动包络线。

图4示出了图1所示的第一示例性实施例的抓斗的详细视图。

图5示出了图1所示的第一示例性实施例的一些操作员控制件。

图6A是图1所示实施例的悬臂液压缸在运动包络线内的液压容量的图的一个实施例。

图6B是图1所示实施例的拱架液压缸在运动包络线内的液压容量的图的一个实施例。

图7A是图1所示实施例的悬臂液压缸的在运动包络线内的液压容量的图的一个实施例，该液压容量的图包括提升路径。

图7B为拱架液压缸的包括图1所示实施例的提升路径的运动包络线内的液压容量的图的一个实施例。

图8是第一示例性实施例的线条示意图，其展示了倾斜度对智能机械联动性能系统的影响。

图9是与图1中的第一示例性实施例有关的智能机械联动性能系统的详细示意图。

图10是具有智能机械联动性能系统的作业机械的第二示例性实施例的侧视图。

图11是图10所示的第二示例性实施例的线条示意图，在该图中，示出了运动包络线。

图12是与图10中的第二示例性实施例有关的智能机械联动性能系统的详细示意图。

图13是与智能机械联动性能系统有关的方法。

具体实施方式

以下描述了用于机具的智能控制的公开系统的如附图中所示的一个或多个示例实施方式。通常，与常规系统相比，所公开的控制系统(以及在其上实现该控制系统的作业机械)允许操作员对机具的运动进行改进的控制。

如本文所使用的，除非另外限制或修改，否则具有元件的列表(该列表中的元件由连词(例如，“和”)隔开并且还在前面具有短语“一个或多个”或“至少一个”的前缀)表示如下的配置或布置，该配置或布置可能包括列表的各个元件或这些元件的任何组合。例如，“A，B和C中的至少一个”或“A，B和C中的一个或多个”表示仅A，仅B，仅C或A、B和C中的两个或更多个的任意组合(例如，A和B；B和C；A和C；或A、B和C)的可能性。

现在参考附图并具体参考图1，机具105可以通过悬臂组件110联接至作业机械100，并且悬臂组件110可以通过各种致动器120移动以利用该机具105完成任务。注意，致动器120可以是电动的或液压的。尽管液压缸在全文中被重复引用，但是电动致动器可以与液压致动器互换。本文中的讨论有时可能集中在移动一机具105的示例性应用上，其中在第一示例性实施例中，作业机械100被配置为抓斗式集材机(grapple skidder)200(如图1所示)，而在第二示例性实施例中被配置为挖掘机900(如图10所示)，其中致动器120通常被配置为液压缸125，以用于移动机具105。在如图1所示的抓斗式集材机200的情况下，抓斗107用于移动有效负载140。抓斗式集材机200通常使用机具105、抓斗107来移动与林业相关的有效负载，例如砍伐的树木和经加工的原木，其中抓斗可以模仿钳式移动。在挖掘机900的情况下，如图10所示，铲斗905用于移动有效负载140。在其他应用中，其他配置也是可能的。在一些实施例中，例如，叉、伐木头或具有有效负载承载能力的其他机具也可以以其他悬臂组件构造来进行配置。关于本公开，在一些实施例中，作业机械可以被配置为挖掘机、自装集材机(forwarder)、装载机、伐木归堆机，混凝土破碎机和类似机器，或各种其他实施例。

如图2至图8所示，继续参考图1，所公开的智能机械联动性能系统300可用于：基于致动器120相对于框架130的实时位置来接收机具105的位置信号305；以及基于感测到的实时负载来接收由机具105所携带的有效负载140的负载信号288。在本公开中，框架135可以被示为作业机械100的框架。然而，框架130也可以是作业机械100上的任意点或在数字/电子空间中的任意点，以创建一个或多个点，通过上述一个或多个点可以测量致动器120的相对位置。例如，在液压致动器中，该相对位置可以是缸沿杆的长度的相对位置。

然后，智能机械联动性能系统300可以确定用于各种致动器120的位置命令，使得致动器120的受命运动提供了机具105的受命运动的最佳路径(以下称为提升路径710)，该最佳路径基于各个致动器120沿着运动包络线(envelope of movement)400内的各个位置的理论负载能力，以及基于将有效负载140相对于框架130从运动包络线400内的第一位置720移动到运动包络线400内的第二位置730的实际负载要求。注意，第一位置720和第二位置730不是预定位置。相反，第一位置720可以是悬臂组件在运动包络线400的周边312之内或沿周边312(以虚线示出)的当前位置或开始位置，抓斗107可能在与有效负载140接合的即刻或在此之前具有该当前位置或开始位置。第二位置730可以是在运动包络线400的周边312之内或沿周边312的期望位置。抓斗式集材机中的第二位置730可以是运输位置，在该运输位置，抓斗107已经充分提升有效负载140(最可能是一组砍伐的树木)，以将其抬离地面或拖到下一个目的地。

运动包络线400可以由机具105所联接至的悬臂组件110的远端115的可能的运动范围限定。运动包络线400的该周边312由一个或多个液压缸125限定，该液压缸125连接至悬臂组件110且处于完全伸出或缩回位置。以此方式，沿着运动包络线400内的有限路径的经优化的计划运动可以被转换成用于多个致动器120的相对复杂的运动的位置命令，从而为带有给定的有效负载140的机具105提供最佳运动。这有利地减少了对操作员的感知或操作员的专业知识的依赖，操作员可以直接指示有效负载140相对于至少一个致动器120向第二位置730的期望运动，并且智能机械联动性能系统300基于有效负载140为随后的致动器120映射出其相对于框架130的建议的提升路径710(沿着整个运动包络线内的有限路径进行的计划运动)。来自液压系统310的可用容量可以主要由液压缸中的剩余杆长来确定。但是，液压流体的体积、致动器压力、液压系统内阀门的布置、系统的结构(例如闭环系统或开环系统)是其他一些可能的变量，这些变量可能会影响可用的容量计算。这些变量中的每一个可以单独地或概括地指示致动器120的位置。

提升路径710限定了运动包络线400的多个部分，在这些部分中，每个相应的致动器120具有足够的可用容量来移动测得的有效负载140。例如，可能发生这样的情况：缩回一个致动器120可能使得杆长度不足，从而一个随后的致动器提供移动有效负载140所需的拉力或升力。利用智能机械联动性能系统300，操作员可以利用在运动包络线400内的针对各个致动器120的运动以及由致动器120引起的机具105的运动的具体引导，或者利用提升路径710在运动包络线400内的映射，使每个相应的致动器120进行相对精确的运动。可替代地，控制器可以将致动器和/或销215的运动限制为运动包迹(movement envelope)，其中该运动包迹小于运动包络线400。在半自动控制模式365中，智能机械联动性能系统300仅通过视觉和/或触觉反馈向操作员提供指导。

通过将以上内容应用于抓斗式集材机200，智能机械联动性能系统300可以在自动模式375中起作用，其中操作员可以使得悬臂组件110的第一部分112运动，并且通过如下的方式，控制器可以作出响应：在运动包络线400内自动地移动悬臂组件110的第二部分114的相应的致动器120以及自动地移动由致动器120致动的机具105，或者将从第一位置720到第二位置730的提升路径710映射在包络线400内。

通常，悬臂组件110可以包括至少两个部分，所述至少两个部分可以通过不同的各自的致动器120分开地移动。例如，悬臂组件110的第一部分112可以联接至作业机械100的框架135，并可以通过第一致动器131相对于作业机械100的框架135移动(例如枢转)。悬臂组件110的第二部分114可以联接至悬臂组件110的第一部分112，并且可以移动(例如通过第二致动器136相对于第一部分112移动)。机具105可以联接至第二部分114，并且在一些实施例中，可以通过第三致动器945(例如，如图10所示)相对于第二部分114移动(例如枢转)。这样，第一致动器131、第二致动器136以及可能的第三致动器945的运动可以分别对应于悬臂组件110的第一部分112、悬臂组件110的第二部分114和机具105的不同运动。此外，由于悬臂组件110的配置，第一部分112的运动可引起第二部分114和机具105相对于作业机械100的框架135的相应运动，以及第二部分114的运动可引起机具105相对于第一部分112和/或作业机械100的框架135的相应运动。

现在参考图1和图2，示出了具有智能机械联动性能系统300(如图2和图8所示)的抓斗式集材机200(在本文中也称为“集材机”)。集材机200可用于将采伐的树木运输到诸如森林的自然地面上。请注意，虽然在该第一示例性实施例中，附图和描述可能涉及四轮集材机，但是应当理解，本公开的范围超出了如上所述的四轮集材机，并且可以包括六轮集材机或其他车辆，也可以使用术语“作业机械”或“车辆”。术语“作业机械”旨在更宽泛并且涵盖除集材机200之外的其他作业机械，诸如稍后讨论的挖掘机的第二示例性实施例。

集材机200包括连接至后车辆框架220的前车辆框架210。前轮212支撑前车辆框架210，前车辆框架210支撑发动机舱224和驾驶室226。后轮222支撑后车辆框架220，并且后车辆框架220支撑悬臂组件110。尽管在该实施例中地面接合机构被描述为车轮，但是在替代实施例中，可以使用履带或车轮和履带的组合。发动机舱224容纳车辆发动机或电动机，例如柴油发动机，其提供动力来驱动前轮和后轮(212、222)并用于操作与集材机200相关联的其他部件(例如致动器120)，从而移动悬臂组件110。操作员在操作作业机械100时所在的驾驶室226包括多个控制件(例如操纵杆，踏板，按钮，控制杆，显示屏等)，以用于在作业机械100的操作期间控制作业机械100。

悬臂组件110联接至框架135。在集材机200的实施例中，框架135可包括前车辆框架210、后车辆框架220和/或存储在控制器205中的指定的任意坐标系中的一个或多个。在此公开的实施例中，为简单起见，将框架135标记为后车辆框架220。悬臂组件110包括第一部分112(即拱架部分230)，该第一部分112可枢转地联接至框架135并且可通过第一致动器131相对于框架135移动，其中第一悬臂位置传感器132联接至悬臂组件的第一部分112。第一悬臂位置传感器132可以包括一个或多个指示第一部分112位置的传感器。图2中的第一示例性实施例的一部分的详细视图显示第一悬臂位置传感器132包括策略地定位的多个传感器。

悬臂组件110还包括第二部分114(即悬臂部分240)，该第二部分可枢转地联接至第一部分112，并且可通过第二致动器136相对于第一部分112移动，其中第二悬臂位置传感器138联接至第二部分114。第二悬臂位置传感器138可以包括指示第二部分114的位置的一个或多个传感器。第二悬臂位置传感器138还包括策略地定位的多个传感器。

位置传感器的位置可以取决于悬臂组件110的连杆运动学或与各个作业机械100的悬臂组件110接合的部件以及位置传感器的类型。位置传感器(132、138)将第一和第二位置信号(236、238)馈送到位置/角度数据处理器290中。

图2详述了集材机200的悬臂组件110的示意图，它与智能机械联动性能系统300(也在图9中进行了详细说明)中的集材机的控制器205有关。如前所述，悬臂组件110包括联接至后车辆框架220的拱架部分230(即，悬臂组件110的第一部分112)，联接至拱架部分230的悬臂部分240(悬臂组件110的第二部分114)以及抓斗207(机具105)。拱架部分230的近端256可枢转地联接至后车辆框架220，并且拱架部分230的远端258可枢转地联接至悬臂部分240。在该特定实施例中，一个或多个拱架液压缸260可由操作员控制以移动拱架部分230。悬臂部分240的近侧部分266可枢转地联接至拱架部分230，并且悬臂部分240的远侧部分268可枢转地联接至抓斗207。一个或多个液压缸242联接至悬臂部分240的近侧部分266，并且可由操作员控制以移动悬臂部分240。抓斗107的近侧部分276联接至悬臂部分240的远侧部分268。拱架液压缸260和悬臂液压缸242的完全运动或完全伸出和缩回形成了抓斗207的运动包络线400(以下详细描述)，其中抓斗207收集有效负载140，例如原木。

集材机200还可包括联接至悬臂组件110的负载测量装置(280a，280b，在本文中统称为280)，其中负载测量装置(280a，280b)配置为产生指示有效负载140的负载信号288。尽管本公开指示了用于负载测量装置的两个位置，但是负载测量装置280包括第一负载测量传感器280a和第二负载测量传感器280b。第一负载测量传感器280a可以包括安装在抓斗盒处或附近以与十字头旋转接头158交叉的一个或更多个传感器。第二负载测量传感器280b可以被安装在悬臂部分240联接至拱架部分230的位置处。分别使用负载测量传感器280a和负载测量传感器280b来测量所需的实际的悬臂部分升力和拱架部分拉力。负载信号288由控制器205接收以创建包括实时数据的实际负载测量数据日志模块285，其中通过从理论性能数据模块293进行推断，数据库利用指示各个位置处的负载的节点610(如图6A-6B所示)填充运动包络线400的示意图。

作业机械或集材机200还可包括销215，其中销215位于悬臂部分的远侧部分268。销215可以包括表示抓斗207与悬臂部分的远侧部分268联接的点，该点可包括十字头旋转接头158。替代地，销215可包括十字头旋转接头的中心部分。在通过控制器205计算运动包络线400内的任何地方的负载期间，销215表示有效负载(即，在悬臂部分的远侧部分268上的负载的重力型拉力)。控制器205可以：使用悬臂液压缸242和拱架液压缸260的测量的/已知的负载值和已知的相对位置，来推断为了移动到运动包络线400内的下一个位置，悬臂液压缸242所需的相对负载的升力以及拱架液压缸260所需的拉力。

图3示出集材机200的线条示意图，其中运动包络线400由销215的可能运动范围限定。销215的位置由拱架液压缸260和悬臂液压缸242的长度限定。拱架液压缸260和悬臂液压缸242的运动共同定义了销215的位置。由销215绘制的运动包络线400的周边312由处于完全伸出或缩回的位置的拱架液压缸260和悬臂液压缸242中的一个或多个限定。拱架液压缸运动的周边由第一三角结构330示出，该第一三角形结构330由悬臂组件110(图1所示)的机械联动装置限定。第一三角形结构330由拱架液压缸260的远侧部分上的点画出，其中拱架液压缸260在完全伸出和完全缩回之间旋转，并且悬臂液压缸242在完全伸出和完全缩回之间旋转。悬臂液压缸运动的周边由第二三角形结构320表示，该第二三角形结构由悬臂组件110的机械联动装置限定，其中悬臂液压缸242在完全伸出和完全缩回之间旋转，而拱架液压缸260在完全伸出和完全缩回之间旋转。

现在转向图4，示出了抓斗107的详细示例性实施例。抓斗107可包括基座410，左钳420、右钳430以及左液压缸440、右液压缸450。基座410联接至悬臂部分的远侧部分268。左右钳420、430的近端可由左和右液压缸440、450控制以打开和关闭抓斗207。左液压缸440具有联接至基座410的头端和联接至左钳420的近端的活塞端。右液压缸450具有联接至基座410的头端和联接至右钳430的近端的活塞端。操作员可以控制左液压缸440和右液压缸450的伸出和缩回以打开和关闭抓斗107。当左右液压缸440、450缩回时，左右钳420、430的近端靠得更近，这将左右钳420、430的远端拉开从而打开抓斗107。当左右液压缸440、450伸出时，左右钳420、430的近端被推开，这将左右钳420、430的远端聚集在一起，从而使抓斗207关闭。操作员可以缩回左右液压缸440、450以打开抓斗207以包围有效负载140(例如树木或其他木本植物)，然后伸长左右液压缸440、450以闭合抓斗207以抓住、握住并提起有效负载，以便机器可以将其移动到另一个所需位置。销215可直接位于抓斗207的基座410的上方(在图4中由十字215表示)。

图5示出了来自操作员站的用于拱架液压缸260，悬臂液压缸242和夹钳液压缸(440、450)的用户输入界面500的示意性示例。在该第一示例性实施例中，用户输入界面500可以包括用于悬臂控制件502，拱架控制件504和抓斗控制件506的离散控制构件。离散可以解释为单独的控制构件，或者控制构件在一个方向上的运动产生第一致动器131的运动，和控制构件在不同方向上的运动产生第二致动器136的运动。悬臂控制件502允许操作员调节悬臂液压缸242的伸出和缩回，以使悬臂部分240相对于拱架部分230运动。拱架控制件504控制拱架液压缸260的伸出和缩回，以相对于后车辆框架220降低和升高拱架部分230。抓斗控制件506控制钳用液压缸440、450的伸出和缩回，以打开和关闭抓斗207。悬臂控制件502、拱架控制件504和抓斗控制件506将用户输入信号550发送至控制器205，和控制器通过控制线520发送命令信号580(注意命令也可以无线传递590)以控制悬臂液压缸242、拱架液压缸260和钳用液压缸440、450。用户输入界面500可以进一步包括性能显示图形模块530(其也可以简称为显示器)，如下面进一步详细描述的。

现在返回继续参考图1的图2，集材机200(作业机械100)的控制器205被配置为从第一悬臂位置传感器132接收第一位置信号236(指示拱架部分230的位置和角度)，从第二悬臂位置传感器138接收第二位置信号238(指示悬臂部分240的位置和角度)以及从负载测量装置280接收负载信号288(指示有效负载)。在该实施例中，第一悬臂位置传感器132和第二悬臂位置传感器138可以包括一个或多个如图2所示的位置传感器。此外，第一悬臂位置传感器132和第二悬臂位置传感器位置138可以进一步联接至它们相应的致动器(131、136)，其中位置传感器允许控制器205确定每个相应的致动器(131，136)的液压容量或负载提升/拉动能力。控制器205包括实际负载测量数据记录模块285以接收来自负载测量装置280的负载信号288，以及位置/角度数据处理器290以接收第一位置信号236和第二位置信号238。可以实时接收每种类型的信号(288、236、238)，以创建数据日志。位置/角度数据处理器290可以使用已知的联动装置几何结构来计算销215在运动包络线400内的相应位置。

现在转到图6A和6B，控制器205进一步配置为：基于第一位置信号236、第二位置信号238和负载信号288为第一和第二致动器(131，136)中的一个或多个计算在运动包络线400内的液压容量的图600；以及基于液压容量，生成销215的穿过运动包络线400的至少一部分的运动的提升路径710(如图7A和7B中的虚线所示)，以用于在运动包络线400内致动每个相应液压缸，其中用于在运动包络线400内提升和拉动有效负载140的可用液压容量小于在没有有效负载140的情况下的运动包络线。液压容量的图600可以在操作员装置(诸如驾驶室中的屏幕)上或在替代装置(举一些例子，诸如平板电脑、移动电子装置、电话、挡风玻璃屏幕覆盖层和远程操作员站等)上的性能显示图形模块530上传达给操作员。替代或补充选项可以是触觉反馈，该触觉反馈通过需要运动的各个控制构件而传达到操作员以进行最优控制。使用性能显示图形模块530和触觉反馈两者都可以有利地为操作员提供指导和培训机会。因为悬臂控制构件502和拱架控制构件504在抓斗式集材机200中是不同的且分开的，所以实现触觉反馈变得简单。

液压容量的图600包括一系列节点610(仅示出了其中的几个)，这些节点表示第一和第二致动器(131、136)中的一个或多个在整个运动包络线400内的实时液压容量。图6A表示悬臂液压缸242的穿过整个运动包络线400内的一系列节点610的实时液压容量，或者整个运动包络线400内的悬臂提升能力(即，由正数表示的悬臂升力充足，或由负数表示悬臂升力不足)。x轴和y轴表示相对于框架135的相对位置(即，基于悬臂组件110上的其他各个致动器的当前位置)。图6B表示拱架液压缸260的实时(即基于悬臂组件110上的其他各个致动器的当前位置)液压容量(即，整个运动包络线400内的拱架拉力充足或不足)。因为悬臂液压缸242和拱架液压缸260的运动是通过来自用户输入界面500的各个控制构件(分别为502和504)来控制的，所以命令液压缸242、260的运动很容易根据图6A和6B中所示的液压容量的图600来解释。可以通过在每个节点610处数字地指示的正数或负数和/或通过物理表示来指定充足或不足，其中每个节点610(例如，在该示例性实施例中示出的圆圈)的大小或尺寸表示基于当前致动器位置剩余的液压容量的大小。例如，小的节点可以表示在相应位置处运动包络线400内的液压容量很小或没有。而较大的节点可能表示相应位置处有足够的容量。销215在运动包络线400内的当前位置也可以由不同颜色或符号的节点来指定，使得操作员可以实时跟踪其位置。在运动包络线400内具有足够的容量且彼此相邻定位的一系列节点610可以指示销215的最佳和/或安全的运动路径(在图7A和7B中也称为提升路径710)。在替代实施例中，只有有容量的节点610可以由节点610处的图形表示来指定。在图6A和6B所示的实施例中，节点610可以随着液压缸(242或260)移动通过运动包络线400而实时地波动。例如，如图6A所示，如果操作员操纵悬臂液压缸242的运动以为有效负载140提供升力，则图6B中的拱架液压缸260的液压容量将基于新数据(位置)重新填充每个节点610。尽管图6A和6B示出了抓斗式集材机200的运动包络线400内的节点610的示例性数量，但是可以基于期望的细节的粒度来修改节点610的数量。另一方面，还可以根据有效负载140或操作国家来操纵沿x轴和y轴的单元。在本实施方式中，以千牛顿表示沿x轴和y轴的液压容量。

现在转向图7A和7B，示出的示意图包括运动包络线400，该运动包络线包括销215的提升路径710(由虚线表示)，该提升路径710从第一位置720穿过具有足够的液压容量的节点610到第二位置730，从而来承载可以由负载测量装置280测量的相应的有效负载140。注意，如所示实施例中所示，可以同时示出多于一个的提升路径710。

当在图形用户输入界面上显示时，可以进一步增强图7A和7B所示的运动包络线400，其中，运动包络线400的一部分被颜色编码或图案编码。当销215定位在运动包络线400内指定的位置时，该颜色代码基于与运动包络线400相关联的相应液压缸的液压容量的程度。在运动包络线400内，为了移动有效负载140，绿色表示液压容量超过20％，红色表示液压容量不足，黄色可能表示容量介于0％和5％之间；紫色表示能力在5％到20％之间。请注意，液压容量还可能与活塞部分留在液压缸的缸中的行程量有关。提升路径710指示用于销215的最佳轨迹，该最佳轨迹从第一位置720、穿过具有针对相应的致动器120的足够的液压容量的一系列节点610，以到达第二位置730。在抓斗式集材机200的实施例中，第一位置720指示销215的当前位置，第二位置730可以指示期望的最终位置，例如运输位置，其中有效负载140在地面上被充分提升以准备运输。用户输入界面500可以允许操作员在具有节点610的液压容量的图与具有建议的提升路径710的液压容量的图之间切换(带有或不带有颜色编码)。

返回图1和图2，现在还参考图8和图9，在计算液压容量的图600(如图6所示)时，作业机械100的控制器205还可从联接至作业机械100的倾斜度传感器160接收倾斜度信号295。图8描绘了在倾斜表面810上的作业机械100，抓斗式集材机200的线条示意图。倾斜度传感器160可以确定作业机械100的水平纵向轴线850相对于地面的倾斜度(显示为α)，并且控制器205可以基于该倾斜度信号295来修改负载信号288。换句话说，倾斜度是矢量820，当考虑到由于倾斜角α而引起的重力型拉力的方向变化时，该矢量表示相对于框架130位于销215处或附近的点的有效负载140。即，在陡坡条件下，相对于如图8所示的致动器120上的方向拉力，在考虑到有效负载的受重力影响的方向拉力的同时，控制器205将利用液压容量填充运动包络线400。矢量805表示在作业机械位于平坦地面的情况下负载140的第一方向拉力。矢量820代表在作业机械器位于倾斜表面810上的情况下有效负载140的第二方向拉力。倾斜角α等于有效负载140相对角度的变化。

图9示出了与图1所示的第一示例性实施例有关的智能机械联动性能系统300的详细示意图。更具体地，示出了应用于抓斗式集材机200的智能机械联动性能系统300。在一个非限制性示例中，智能机械联动性能系统300包括第一悬臂位置传感器132，该第一悬臂位置传感器132与作业机械100的悬臂组件110的第一部分112联接，以用于生成指示第一致动器131的位置的第一位置信号236。智能机械联动性能系统300包括第二悬臂位置传感器138，该第二悬臂位置传感器138与作业机械100的悬臂组件的第二部分114相连，以用于生成指示第二致动器136的位置的第二位置信号238。第一位置信号236和第二位置信号238由位置/角度数据处理器290接收，该位置/角度数据处理器290可以位于控制器205上，以确定悬臂组件的第一部分112，悬臂组件的第二部分114以及最后销215相对于框架130的相对位置和/或角度。

负载测量装置280联接至悬臂组件110，其中，负载测量装置280配置为生成指示有效负载140的负载信号288，其中负载信号288由控制器205接收。智能机械联动性能系统300还包括销215(上述)，该销215在远离悬臂组件110的第一部分112的位置处联接至悬臂组件110的第二部分114，其中销215的运动形成运动包络线400，其中销215可通过第一部分112和第二部分114在整个运动包络线400内移动。机具105可联接至销，其中机具被配置为接合有效负载。如前所述，运动包络线400的周边312由一个或多个液压缸125确定，该液压缸125连接至悬臂组件110且处于完全伸出或缩回的位置。也就是说，在作业机械100的给定的联动几何结构的情况下，在每个致动器120伸出或缩回的情况下，周边312由可能运动的整个范围来确定。智能机械联动性能系统300还包括联接至作业机械100的控制器205，其中控制器205配置成从第一悬臂位置传感器132接收第一位置信号236；从第二悬臂位置传感器138接收第二位置信号238；并且接收负载信号288。控制器205包括实际负载测量数据记录模块285，理论性能数据模块293和性能显示图形模块530。位置/角度数据处理器290实时地接收来自第一悬臂位置传感器132的位置信号236和来自第二悬臂位置传感器138的位置信号238，并且实时地接收负载信号288。控制器205在接收到该信息后，在运动包络线400内识别销215所位于的节点610。然后，控制器205：基于负载信号288、第一位置信号236和第二位置信号238，通过将运动包络线400内的所识别的节点660(即，代表当前位置的节点)与理论数据性能模块293相关联，分析并优化整个运动包络线400的几何形状中的第一部分112(抓斗式集材机的拱架拉力)和第二部分114(抓斗式集材机的悬臂提升)力需求。在给定预先确定的有效负载(例如，有效负载可以为零或一些其他最小负载)的情况下，理论性能数据模块293可以包括在整个运动包络线400内的理论负载能力，并且被填充有每个相应液压致动器的液压容量，该每个相应液压致动器的液压容量是针对运动包络线400内的每个相应节点的。一旦识别出节点610，则控制器205随后从理论性能数据模块293中推断出所识别的节点660与理论性能数据模块293中的对应节点之间的已知比率，并通过基于有效负载140计算针对第一致动器或第二致动器或两者的液压容量的图，而填充剩余的运动包络线400。注意，负载信号288可能在任何给定时间波动，这是因为有效负载140的一部分可能被拖到地面上，因为抓斗式集材机200通常会移动高大的砍伐树木。如图6A和6B所示，在整个运动包络线内的液压容量的图包括一系列节点，这些节点示出了来自作业机械的液压系统的用于每个相应致动器的可用负载供给。在供给可用的情况下，这可以用正数(示出为+)表示；并且在力不足的情况下，这可以用负数表示(示出为-)(即，不足以将有效负载140从当前位置(注意当前位置也可以是所识别的节点660)拉动到第二位置，其中第二位置通常被标识为运输位置)。

另外，操作员可以在自动模式375和半自动模式365之间切换智能机械联动性能系统300。在自动模式下，控制器205可配置为禁止销215移动到运动包络线400内的多个节点610，在该多个节点610处，没有足够的液压容量来移动有效负载140。此外，在自动模式375下，当操作员跟随性能显示图形模块530上的运动时，控制器可以按照图7A和图7D(例如)中虚线所示的所计算的提升路径710来自动地移动悬臂组件。提升路径710可以随着销215的运动而实时改变。仅举几例，这可能是由于有效负载140与地面或地面的倾斜表面810接合的方式。替代地，在半自动模式365中，显示器以视觉编码(颜色或图案)的方式显示实时的运动包络线400，以向操作员传达针对整个运动包络线400内的每个节点610的来自液压系统的基于有效负载140的可用负载供给。然后，操作员可以使用用户输入界面500以建议的提升路径710为指导来操纵销215以及最终操纵有效负载140到运输位置。此外，在半自动模式365中，控制器可以进一步将触觉反馈提供给操作员作为指导(例如，需要运动的控制构件的振动)。

图10是具有智能机械联动性能系统300的作业机械100的第二示例性实施例的侧视图。作业机械100体现为挖掘机900，该挖掘机900包括可枢转地安装至底盘915的上部框架910。上部框架910可以通过摆动枢轴枢转地安装在底盘915上。底盘915可包括在底盘915的相对侧上的一对地面接合履带920，以用于沿着地面移动。上部框架910包括驾驶室，操作员在驾驶室中控制挖掘机900。操作员可以致动控制器205的一个或多个控制件以用于操作挖掘机900。这些控制件可以包括方向盘、控制杆，控制踏板、控制按钮以及带有显示屏的图形用户输入界面。挖掘机900包括悬臂组件110，该悬臂组件110包括：大悬臂925(悬臂组件的第一部分112)，其邻近驾驶室226从上部框架910(框架130)延伸；以及铲斗柄935(悬臂组件的第二部分114)。可通过致动大悬臂液压缸930(第一致动器)使得大悬臂925相对于上部框架910沿着竖直弧旋转。铲斗柄935联接至大悬臂925，并且能够通过铲斗柄液压缸940(第二致动器)相对于大悬臂925枢转。机具105(显示为铲斗905)联接至铲斗柄935的端部，其中机具105可通过机具液压缸945相对于铲斗柄935枢转。

图11是图10所示的第二示例性实施例的线条示意图，其中示出了挖掘机900的运动包络线400。运动包络线400由销215的可能运动范围限定。销215的位置由大悬臂液压缸930和铲斗柄液压缸940的长度限定。由销215绘制的运动包络线400的周边(由实心黑色线表示)由处于完全伸出或缩回位置的大悬臂液压缸930和铲斗柄液压缸940中的一个或多个来确定。悬臂液压缸运动的周边由一系列第一几何结构950表示，这些几何结构由悬臂组件110(图10所示)的机械联动装置限定。第一几何结构950由大悬臂液压缸930的远侧部分上的点画出，其中大悬臂液压缸930在完全伸出和完全缩回之间旋转，并且铲斗柄液压缸940在完全伸出和完全缩回之间旋转。铲斗柄液压缸运动的周边由一系列第二三角形结构955表示，这些结构由悬臂组件110的机械联动装置限定，其中大悬臂液压缸930在完全伸出和完全缩回之间旋转，并且铲斗柄液压缸940在完全伸出和完全缩回之间旋转。

图12是涉及第二示例性实施例(如图10所示，是挖掘机900)的智能机械联动性能系统300的详细示意图。该系统类似于图9所示的智能机械联动性能系统300，除了用户输入界面500的描述性输入(即大悬臂925的控制，铲斗柄935的控制和铲斗905的控制)之外，以及在性能显示图形模块530上的输出(即运动包络线400和所计算出的反映了如图11所示的挖掘机900的配置的相关数据)。因为致动器120的长度和联动装置的几何形状不同，所以运动包络线400将不同。但是，优化性能的系统和方法可能相同。另外，控制器可以进一步被配置为识别有效负载质心380。有效负载质心380可以基于从第三致动器945接收的第三位置信号，其中机具105可以由第三致动器945移动。控制器205基于有效负载质心380修改负载信号288。

图13是用于作业机械100的悬臂组件110的控制系统的方法，以在有效负载140移动操作期间智能地控制悬臂组件。在第一方框970中，与作业机械100的悬臂组件的第一部分112联接的第一致动器感测系统或第一悬臂位置传感器132产生指示第一致动器131的位置的第一位置信号236。与悬臂组件的第二部分114联接的第二致动器感测系统或第二悬臂位置传感器138产生指示第二致动器136的位置的第二位置信号238；负载测量装置280生成指示有效负载140的负载信号288。在第二方框975中，控制器205接收这些信号(即，第一位置信号236，第二位置信号238，负载信号288)。在第三方框980中，位置/角度数据处理器290对第一位置信号236和第二位置信号238进行接收，以使处理器能够确定销215在运动包络线内的当前相对位置。在第四方框990中，控制器205上的智能性能控制模块分析实际负载测量数据记录模块285，并通过从理论性能数据模块293中的负载值进行推断，利用负载信号288和所确定的销215在运动包络线400内的位置来填充剩余的运动包络线。在第五方框995中，控制器205然后优化提升路径710(即，销215从当前位置到运输位置的运动)，该提升路径719通过运动包络线400内的节点610表示的一系列位置。从第六框996起，控制器205可以进行选择以创建在性能显示图形模块530上传达的图形表示或创建触觉指导，以使得操作员为每个相应的致动器120指定一系列离散运动以移动到下一位置(即，通常是朝向运输位置)。同时，在框997中，控制器205可以以半自动365模式操作机器，其中可以限制向运动包络线400内的特定节点610的运动。操作员可能必须仅利用运动范围内的允许区域进行导航。可替代地，在框998中，控制器205可以在自动模式375下操作，其中销215在操作员的最小帮助或没有帮助的情况下自动从第一位置720移动到预期的第二位置730(例如，运输位置)。当销215移动通过运动包络线400时，框995通过循环999被连续更新。因此，智能机械联动性能系统300有利地允许机器实时更新并重新制定其方法。

用在本文中的术语只是为了描述特定实施例或实施方式，并不试图限定本公开。如在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也试图包括复数形式，除非上下文明确规定。此外还应当理解：说明书中使用术语“具有”、“包括”和/或“包含”等表示存在所列出的特征部、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加其他特征部、整体、步骤、操作、元件、部件中的一个或多个，和/或它们的组合。

本文中与附图标记一起使用的附图标记“A”和“B”仅是为了在描述装置的多种实现方式时进行澄清。

在此讨论的任何方法、过程或系统中的一个或多个步骤或操作可以被省略、重复或重新排序，并且在本公开的范围内。

尽管以上描述了本公开的示例实施例，但是不应从限制性或限制的意义上看待这些描述。而是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以进行多种变型和修改。