CN101680198A - 横向漂移修正装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于移动式施工机器的横向漂移修正装置，该移动式施工机器具有材料施放部和用于处理所施放的材料的工具，该横向漂移修正装置包含传感器部和分析部。传感器部检测施工机器相对于其移动的地表的至少一部分的结构。分析部根据地表的随时间而变的信息确定施工机器上的参考点相对地面的相对运动方向，并且由此推导出转向修正信息。

Description

横向漂移修正装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的、用于移动式施工机器的横向漂移修正装置，该移动式施工机器具有材料施放部和用于处理所施放的材料的工具。
背景技术
用于铺设路缘石或人行道的移动式机器是早已知道的。这种摊铺施工通常按照三个阶段进行：施加如混凝土这样的材料、材料的粗抹平和材料的细抹平。所有这三个阶段均在这种机器行驶时执行，例如通过相应的滑模工具。该机器在施工工作时的行驶速度大概是每分钟20米。在此，为施工指定的移动式机器航向的任何偏离均可能导致在将要通过工具进行施工的结构中出现误差。因此，首先对于带有滑动模板的机器来说(例如Curb & Gutter Maschine)，在转弯行驶时横向漂移是不利的。
通常，带有滑动模板的能小半径行驶的施工机器具有三或四个履带传动装置，这些履带传动装置都能够转向。因此，为了在前传动装置被操纵转向时使施工工具不产生横向漂移，必须操纵后驱动器反向转向。
迄今为止已知的、用于发现并防止移动式施工机器横向漂移的装置包括机器的履带传动装置的转向角度测量器，以便计算该机器的所经过的轨迹以及方向，并由此计算转向修正。然而通常不能认为，该机器没有通过这些履带传动装置器而横向移动。这样的移动对于安装在机器上的施工工具而言意味着横向运动，进而使得将要施工的结构得到不精确的施工。仅仅测量履带传动装置的转向角度，不能察觉这样的横向漂移。
发明内容
本发明的任务在于改进移动式施工机器，从而使得能够更精密地施工一结构。
本发明的另一个任务在于提供一种装置，该装置更好地发现移动式施工机器的施工工具的横向运动，并在需要时修正该横向运动。
另一个任务在于直接确定施工机器的参考点相对地面的运动方向。
根据本发明的横向漂移修正装置包括传感器部和分析部。当施工机器前进时，通过横向漂移修正装置确定机器上的参考点相对地面的运动方向，并由此推导出转向修正信息。为此，利用传感器部检测施工机器的一个或更多个参考点和该施工机器相对其移动的地表部分，并将该信息发送到分析部。分析部分析传感器部的信息，并且由此确定施工机器相对地面的运动方向。为此，跟踪随时间变化的、与参考点相对的表面信息，并且依据地表的相对变化确定参考点的相对地面的运动方向。这个参考点例如可以是传感器部本身(如果传感器部安装在该机器上)，或者是机器或者施工工具上的预定点。现在，分析部连续地检查，施工机器或施工工具是否无漂移地运动，在此推导出转向修正信息，该转向修正信息也可以为零。
传感器部例如固定在移动式施工机器上，例如固定在施工工具的臂上或机器底部之下，因此该传感器部执行与施工机器或施工工具本身一样的相对地面的同一相对运动。
如果施工机器纵轴的相对于传感器部的取向是已知的，并且如果分析部额外地连续地检查传感器部是否仅沿施工机器的纵轴方向运动，那么利用分析部相应推导出的修正信息能够保证机器、进而安装在机器上的施工工具仅在施工机器的纵轴方向移动，进而没有漂移地移动。
有利的是，以尽可能靠近工具的方式选择参考点，或者说以尽可能靠近工具的方式安装传感器部。从而，利用所确定的参考点相对地面的移动，尽可能精确地表示了施工工具所完成的移动，所述施工工具确定了待施工材料的要施工的结构。
传感器部的一个可行实施方式是安装在施工机器上的照相机，该照相机重复检测地表的某部分。在此有利的是，以短时间间隔(例如10毫秒)进行这种重复检测。现在，通过分析部利用图像识别来跟踪表面特征，所述表面特征由于照相机的前进从一次拍摄到下一次拍摄是移动的。在此，在两次连续拍摄中，已知特征的移动代表了照相机相对地面执行的移动。施工机器同样也进行这个移动，这是因为该照相机直接固定在该施工机器上。从而连续地确定和控制施工机器的运动方向。如果该机器移动中伴随着漂移，那么由分析部推导出转向修正信息。
另选的是，可以将照相机例如安装在于机器旁边行驶的车辆上，例如安装在供料车辆上，在此该照相机检测施工机器上的参考点和一部分地面(该机器相对这部分地面运动)。随后，分析部从照相机的图像信息中确定出参考点相对地面的运动方向。在此，该参考点例如是该施工机器的一条边或者一个角。
为了改善在各次拍摄中对地表特征的识别和指派，并由此更精确地确定相对地面的运动方向，可以照亮或者说照明要被检测的地表。该照明能够以不同方式方法实现，例如利用特定光谱范围内的辐射或者利用投射在待检测的地表结构上的光束图案(Strahlmuster)。例如通过使用以扫描的方式入射的光照来为凹凸地表形成投影，从而改善对地面的检测。同样，也可以借助于地面反射光的辐射特性(例如借助于地表的颜色)来检测地面。
附图说明
下面结合在图中示意示出的实施例纯粹示例性地详细说明根据本发明的用于移动式施工机器的横向漂移修正装置。图中：
图1示出了现有技术的移动式施工机器在沿预定投影线转弯行驶时的各个位置；
图2示出了根据本发明的安装在滑模机上的横向漂移修正装置；
图3示出了横向漂移修正装置的传感器部和分析部，以及由该传感器部光学检测的地表结构的局部；
图4示出了由作为传感器部的照相机先后拍摄的两张地表结构图像片段；
图5示出了安装在施工机器上的横向漂移修正装置，其中该施工机器正在转弯行驶；
图6示出了带有照明部的横向漂移修正装置；
图7示出了带有照明部的横向漂移修正装置，该照明部生成预定的光束图案；并且
图8示出了根据本发明的横向漂移修正装置的一个实施方式。
具体实施方式
在图1中为了进行说明而示出了现有技术的移动式施工机器1在沿将要施工的结构的预定投影线7a转弯行驶时的各个位置。当转弯行驶时，机器纵轴13在各个位置都应当与投影线7a的切线6平行，该切线6是在工具5和投影线7a的接触点处的切线。为了避免该工具横向移动，当操纵该机器的前履带传动装置2和3转向时，必须操纵后履带传动装置4反向转向。
图2示出了根据本发明的带有传感器部8和分析部9的横向漂移修正装置，传感器部8和分析部9邻近施工工具5a地安装在滑模机1a底部之下。传感器部8确定该施工机器经过的地表部分11的地表状况并且将该信息发送到分析部9。根据在机器前进时所发送的地表信息的变化，分析部9判定传感器部8的运动方向。分析部9进一步检测，传感器部是否无漂移地移动，并且必要时据此推导出转向修正，分析部9将该转向修正发送到该机器的转向系统。
图3示出了一种呈照相机形式的传感器部8，该传感器部8光学检测所经过的地表10部分11的地表结构(例如以100Hz的图像刷新率)，并且传感器部8将这些信息发送给分析部9。分析部9由此(如结合图4所示的那样)确定运动方向，在需要时还确定传感器部8的相对于地表所经过的距离和/或速度，并存储这些信息。
图4示出了借助传感器部(此处未示出)先后拍摄的地表结构的两张图像片段11a和11b，此时由于机器前进，安装在该机器上的传感器部在拍摄期间是继续向前移动的。通过比较地表的两张照片11a和11b，分析部确定传感器部相对地面的运动方向12。在此，例如作为分析部的一部分的图像识别跟踪在拍摄中出现在不同位置处的结构特征，其中结构特征的位移被作为箭头12示出，并且由此确定照相机相对地面的相对运动方向。根据这些信息，分析部检查传感器部是否仅沿一个轴的方向运动，并且由此推导出要被发送给机器控制系统的转向修正信息。
为了加快检测地表结构的速度，例如可以借助图像识别来鉴别出一个或更多个结构特征，并且跟踪被鉴别出的特征的相对位置变化。另一可行方案例如是使用模板匹配法(Template-Matching-Verfahren)。
图5示出了施工机器1沿投影线7b转弯行驶。传感器部8按照相对于该施工机器轴线的已知方向安装在施工工具5的臂上。根据传感器部8所检测的地表，分析部9检查传感器部8是否仅在施工机器轴线的方向上移动。分析部9由此推导出这样的转向修正信息，即，通过操纵前履带传动装置2和3转向，工具5沿着指定的投影线7b移动，并且通过操纵后履带传动装置4转向，使传感器部8(因此也就是工具5)相对于机器轴线没有横向移动。
图6示出了横向漂移修正装置，其具有照明部14用于照亮由传感器部8检测的地表结构11。地表结构的照亮例如使得在光线以扫描的方式入射时能够为凹凸地表形成投影，从而能够更好地识别地表特征。同时，通过照亮能够更好地区分出地表的各种颜色。
图7示出了具有照明部14a的横向漂移修正装置，照明部14a按照预定方式将作为照明图案的十字形16投射在由传感器部8检测的地表11的部分上。十字形16的一条轴线按照施工机器轴线(未示出)的方向取向。分析部9连续地检查施工机器是否仅沿该十字形的其中一条轴线的方向(即该机器轴线的方向)移动，需要时由此推导出转向修正信息。
图8示出了横向漂移修正装置的一个实施方式，其中作为传感器部的照相机8安装在该机器旁边行驶的车辆17上。照相机8检测作为参考点的施工机器的一个角和一部分地表(其中，施工机器1a相对于这部分地表移动)。分析部(未示出)根据这些信息确定这个角相对地面的运动方向，并且在需要时由此推导出转向修正信息。
当然应该明白，所示的这些图仅表示可行实施方式的例子。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、一种用于移动式施工机器(1)的横向漂移修正装置，所述移动式施工机器(1)具有材料施放部和用于处理所施放的材料的工具(5)，所述横向漂移修正装置包括：
-传感器部(8)和
-分析部(9)，
所述横向漂移修正装置的特征在于，
-所述传感器部(8)被构造用于连续地检测地表(10)的至少一部分(11)，所述施工机器相对于所述地表(10)的所述至少一部分(11)移动，其中，所述施工机器(1)在对所述地表(10)进行拍摄期间是继续移动的；并且
-所述分析部(9)被构造用于：
·通过比较这些拍摄结果来识别所拍摄的地表(10)的所选定的结构特征的位移，并由此确定所述施工机器的参考点相对地面的相对运动方向；以及
·推导出转向修正信息。
2、根据权利要求1所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述分析部(9)被构造用于：
根据所确定的所述参考点相对地面的相对运动方向，检测所述施工机器(1)的横向漂移；和
推导出转向修正信息，以使所述横向漂移被修正。
3、根据权利要求1或2所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)被构造用于光学检测所述地表(10)，特别是被构造为照相机。
4、根据权利要求1至3之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，
所述传感器部(8)被构造用于特别是以至少100Hz的重复频率检测地表(10)。
5、根据权利要求1至4之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)被构造用于对所述施工机器前进时所经过的地表(10)进行检测。
6、根据权利要求1至5之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)被构造为安装在施工机器底部之中或者之下和/或在施工机器的工具臂上。
7、根据权利要求1至6之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)按照相对施工机器轴线的预定方向安装，并且借助于所述分析部(9)能够连续地检查所述传感器部(8)是否仅在所述施工机器的纵轴(13)方向上移动。
8、根据权利要求1至7之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述分析部(9)根据所述传感器部(8)的信息确定施工工具的相对地面(10)所经过的路程和运动速度，并且存储与运动方向和/或运动速度和/或所经过的路程有关的信息。
9、根据权利要求1至8之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于照明部(14)，所述照明部(14)用于照亮由传感器部(8)检测的地表(10)的至少一部分(15)，或者用于将尤其呈栅格形或十字形(16)这样的照明图案结构瞄准投射在能够由所述传感器部检测的地表的至少一部分上。
10、一种横向漂移修正方法，其用于借助移动式施工机器(1)的参考点来修正所述移动式施工机器(1)的横向漂移，所述横向漂移修正方法包含下列步骤：
-光学地且连续地检测地表(10)的一部分(11)，所述施工机器相对于所述地表(10)的所述一部分(11)移动；其中，所述施工机器(1)在对所述地表(10)进行拍摄期间是继续移动的；
-通过比较这些拍摄结果来识别所拍摄的地表(10)的所选定的结构特征的位移；
-根据所述位移确定所述参考点的相对地面的相对运动方向；以及
-由此推导出转向修正信息。
11、根据权利要求10所述的横向漂移修正方法，其特征在于，对地表(10)的检测是以至少100Hz的重复频率实现的。
12、根据权利要求10或11所述的横向漂移修正方法，其特征在于，根据所确定的所述参考点相对地面的运动方向，检测所述施工机器(1)的横向漂移，并由此推导用于修正横向漂移的转向修正信息。

Claims (12)

1、一种用于移动式施工机器(1)的横向漂移修正装置，所述移动式施工机器(1)具有材料施放部和用于处理所施放的材料的工具(5)，所述横向漂移修正装置包括：
-传感器部(8)和
-分析部(9)，
所述横向漂移修正装置的特征在于，
-所述传感器部(8)被构造用于检测地表(10)的至少一部分(11)，所述施工机器相对于所述地表(10)的所述至少一部分(11)移动；并且
-所述分析部(9)被构造用于：
·根据所述地表(10)的随时间而变的信息确定所述施工机器的参考点相对地面的相对运动方向，以及
·推导出转向修正信息。
2、根据权利要求1所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述分析部(9)被构造用于：
根据所确定的所述参考点相对地面的相对运动方向，检测所述施工机器(1)的横向漂移；和
推导出转向修正信息，以使所述横向漂移被修正。
3、根据权利要求1或2所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)被构造用于光学检测所述地表(10)，特别是被构造为照相机。
4、根据权利要求1至3之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，
-所述传感器部(8)被构造用于特别是以至少100Hz的重复频率连续地检测地表(10)，其中，所述施工机器(1)在对所述地表(10)进行拍摄期间是继续移动的；并且
-所述分析部(9)被构造用于通过比较这些拍摄结果来识别所拍摄的地表(10)的所选定的结构特征的位移，并由此确定相对地面的相对运动方向。
5、根据权利要求1至4之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)被构造用于对所述施工机器前进时所经过的地表(10)进行检测。
6、根据权利要求1至5之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)被构造为安装在施工机器底部之中或者之下和/或在施工机器的工具臂上。
7、根据权利要求1至6之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述传感器部(8)按照相对施工机器轴线的预定方向安装，并且借助于所述分析部(9)能够连续地检查所述传感器部(8)是否仅在所述施工机器的纵轴(13)方向上移动。
8、根据权利要求1至7之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于，所述分析部(9)根据所述传感器部(8)的信息确定施工工具的相对地面(10)所经过的路程和运动速度，并且存储与运动方向和/或运动速度和/或所经过的路程有关的信息。
9、根据权利要求1至8之一所述的横向漂移修正装置，其特征在于照明部(14)，所述照明部(14)用于照亮由传感器部(8)检测的地表(10)的至少一部分(15)，或者用于将尤其呈栅格形或十字形(16)这样的照明图案结构瞄准投射在能够由所述传感器部检测的地表的至少一部分上。
10、一种横向漂移修正方法，其用于借助移动式施工机器(1)的参考点来修正所述移动式施工机器(1)的横向漂移，所述横向漂移修正方法包含下列步骤：
-检测地表(10)的一部分(11)，所述施工机器相对于所述地表(10)的所述一部分(11)移动；
-根据所检测的地表(10)的随时间而变的信息，确定所述参考点的相对地面的相对运动方向；以及
-由此推导出转向修正信息。
11、根据权利要求10所述的横向漂移修正方法，其特征在于，对地表(10)的检测是以光学方式连续地实现的，特别是以100Hz的重复频率实现的，并且
-所述施工机器(1)在对地表(10)进行拍摄期间是继续移动的，并且
-通过比较这些拍摄结果，识别出被拍摄的地表(10)的所选定的结构特征的位移，并由此确定相对地面的相对运动方向。
12、根据权利要求10或11所述的横向漂移修正方法，其特征在于，根据所确定的所述参考点相对地面的运动方向，检测所述施工机器(1)的横向漂移，并由此推导用于修正横向漂移的转向修正信息。
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