CN102322080B - 具有自动铲板定位系统的机器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于可运动的机器的定位工作执行器系统。该系统具有用于促使工作执行器运动的至少一个致动器。该系统还具有与所述至少一个致动器相关联并被构造成感测表示所述工作执行器当前位置和取向的至少一个参数的至少一个传感器。而且，该系统具有被构造为在所述当前位置和取向和预定位置和取向之间自动地为所述工作执行器生成行进路径并使所述工作执行器沿着所述行进路径运动的控制装置。其中，所述控制装置进一步被构造为当检测到所述工作执行器和障碍物之间即将发生碰撞时自动修正所述行进路径。

Description

具有自动铲板定位系统的机器

本申请是卡特彼勒公司于2008年4月16日申请的名称为“具有自动铲板定位系统的机器”的第200880014031.5号中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有铲板定位系统的机器，特别是具有避撞能力的自动铲板定位系统。

背景技术

自行式平地机主要用作修整工具来将建筑场地表面造型为最终形状和轮廓。一般来说，自行式平地机包括很多手动操作的控制器来操纵平地机的轮子、定位铲板并使平地机的前框架作关节运动。铲板以可调整的方式安装到前框架，以从一侧到另一侧移动少量土壤。此外，前框架的关节运动通过相对平地机的后框架转动前框架进行调节。

为了产生最终表面轮廓，铲板和框架可以调整到多个不同位置。定位自行式平地机的铲板是一个复杂耗时的任务。经常是，操作员希望一个或者更多独特的铲板位置。但是，由于自行式平地机的几何形状，铲板位置的一些调整可能导致铲板与自行式平地机的零件碰撞或者与地面不想要的接触。这些碰撞可能损坏铲板、自行式平地机，或者这二者。进一步，与地面的任何不想要的接触都可能产生不想要的表面形状和轮廓，这些不想要的表面形状和轮廓需要进行改正。

2000年2月22日颁发给Hartman等人的第6,028,524号美国专利(Hartman)公开了一种自行式平地机，其包括用来防止铲板接触自行式平地机的前框架以及/或者轮胎的系统。Hartman的系统包括电子控制装置、具有位置传感器的铲板控制器和具有位置传感器的框架控制器。控制装置监视位置传感器的输出以确定铲板控制器和框架控制器的位置。当铲板控制器和框架控制器接收到请求重新定位铲板或框架的输入信号时，控制装置确定铲板和框架的当前位置。控制装置接着基于重新定位请求计算将来的铲板和框架位置。计算将来的铲板和框架位置后，控制装置预测是否会发生将来的铲板位置和将来的框架位置的交叉。如果位置的交叉即将发生，则控制装置将向操作员产生一个警告信号或者取消重新定位请求。

尽管Hartman的系统可以防止铲板与自行式平地机的前框架和/或轮胎碰撞，但是，操作员仍然还要为铲板确定替换路径以到达希望位置。由于地形和自行式平地机的几何形状复杂，安全地重新定位铲板对于操作员执行起来可能是一项极其困难和耗时的任务。而且，计划一种新的铲板路径可能加给操作员这样的要求，使其可能忽视对于自行式平地机的操作来说必要的其他任务。

发明内容

本发明公开的系统旨在克服上面提到的一个或者更多问题。

在一个方面，本发明涉及一种工作执行器定位系统。该系统包括用于促使工作执行器运动的至少一个致动器。该系统还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器与所述至少一个致动器相关联并能够感测表示所述工作执行器位置和取向的至少一个参数。该系统进一步包括能够响应于从所述至少一个传感器收到的数据而自动地为所述工作执行器生成行进路径并引导所述工作执行器的控制装置。其中，所述控制装置进一步能够在检测到所述工作执行器和障碍物之间即将发生碰撞时自动修正所述行进路径。

与本发明公开内容的另一方面相一致的是，提供了一种用于使工作执行器运动的方法。该方法包括感测表示工作执行器位置和取向的至少一个参数。该方法还包括基于感测到的所述至少一个参数和存储数据生成所述工作执行器的数学表示。此外，所述方法包括选择所述工作执行器的目标位置和目标取向。进一步，所述方法包括基于感测到的所述至少一个参数和存储数据生成所述工作执行器的行进路径。还基于感测到的所述至少一个参数、存储数据以及目标位置和取向生成所述行进路径中的可能障碍物的数学表示。此外，所述方法包括沿着所述行进路径使所述工作执行器运动。所述方法进一步包括响应于确定所述工作执行器和障碍物之间即将碰撞而自动修正所述行进路径。

附图说明

图1是示例性自行式平地机的图形表示；

图2是用于图1的自行式平地机的示例性铲板定位系统的方框图；

图3是图1的自行式平地机的示例性线框模型的图形表示；

图4是图1的自行式平地机的示例性铲板的线框模型图解表示；

图5是叠加在整体坐标系上的局部铲板坐标系的图形表示；

图6是表示图3的示例性铲板的运动的图形表示；

图7是表示图3的示例性铲板的避撞运动的图解表示；

图8a是表示图3的示例性铲板的避撞运动的图解表示；

图8b是表示图3的示例性铲板的避撞运动的图解表示；以及

图9是用于使图3的铲板运动的示例性公开方法的流程图。

具体实施方式

机器10的一个示例性实施例表示在图1中。机器10可以是自行式平地机、反铲装载机、农用拖拉机、轮式装载机、滑移式装载机，或者本领域已知的任何其他类型的机器。机器10可以包括可操纵牵引装置12、从动牵引装置14、由从动牵引装置14支承的动力源16和将可操纵牵引装置12连接到从动牵引装置14的框架18。机器10还可以包括像例如牵引杆-圆-犁板组件(DCM)20这类的工作执行器、操作员站22和铲板控制系统24。

可操纵牵引装置12和从动牵引装置14二者都可以包括位于机器10每一侧(只示出了一侧)的一个或者更多的轮子。这些轮子可以是能够转动的和/或能够倾斜的，用于在操纵和平整工作表面(未示出)的过程中使用。作为替换方式，可操纵牵引装置12和/或从动牵引装置14可以包括履带、皮带或者本领域已知的其他牵引装置。可操纵牵引装置12可以受驱动或者也可以不受驱动，而从动牵引装置14可以是可操纵的或也可以不是可操纵的。框架18可以通过例如关节式接头26将可操纵牵引装置12连接到从动牵引装置14。而且，可以让机器10使可操纵牵引装置12借助关节式接头26相对从动牵引装置14进行关节式运动。

动力源16可以包括连接到变速器(未示出)的发动机(未示出)。发动机可以是例如柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机或者本领域已知的任何其他发动机。动力源16也可以是非内燃式动力源，像燃料电池、动力储存装置或者本领域已知的其他动力源。变速器可以是电变速器、液压变速器、机械变速器或者本领域已知的任何其他变速器。变速器可以进行操作而产生多种输出速比，并可以被构造成按一定的输出速度范围从动力源16向从动牵引装置14传递动力。

框架18可以包括将从动牵引装置14连接到框架18的关节式接头26。可以让机器10使可操纵牵引装置12借助关节式接头26相对从动牵引装置14进行关节式运动。机器10还可以包括中间关节件，当被启动时，该中间关节件导致可操纵牵引装置12相对从动牵引装置14重新自动对准，从而使关节式接头26返回到中间关节位置。

框架18还可以包括支承固定连接的中心迁移安装构件30的梁构件28。梁构件28可以是例如具有基本上中空的方形横截面的单个形成或者组装的梁。基本上中空的方形横截面可以为框架18提供充分支承DCM 20和中心迁移安装构件30所要求的非常高的惯性力矩。梁构件28的横截面作为替换方式可以是矩形、圆形、三角形或者任何其他合适形状。

中心迁移安装构件30可以支承一对用于影响DCM 20竖直运动的双向作用液压油缸32(只示出一个)、用于影响DCM 20水平运动的双向作用液压油缸34以及能够在多个预定位置间进行调节的连杆36。中心迁移安装构件30可以焊接或者用别的方式固定连接到梁构件28，以通过一对也称为提升臂的钟形曲柄38间接支承液压油缸32。也就是，钟形曲柄38可以沿着水平轴线40按可枢转方式连接到中心迁移安装构件30，而液压油缸32可以沿着竖直轴线42按可枢转方式连接到钟形曲柄38。各钟形曲柄38可进一步沿着水平轴线44按可枢转方式连接到连杆36。液压油缸34可以类似地以可枢转方式连接到连杆36。

DCM 20可以包括由梁构件28支承的牵引杆构件46和位于可操纵牵引装置12近侧的球窝接头(未示出)。当液压油缸32和/或34被致动时，DCM 20可以绕着球窝接头枢转。圆组件48可以经马达(未示出)连接到牵引杆构件46，以按进行驱动的方式支承具有铲板52和铲板定位作动缸54的犁板组件50。DCM 20除了能够相对于梁构件28竖直地和水平地定位外，DCM 20还可以被控制以相对于牵引杆构件46转动圆组件48和犁板组件50。铲板52可以在水平和竖直两个方向上运动，并经铲板定位作动缸54相对于圆组件48进行取向。

操作员站22可以实现为被构造成容纳操作员的机器10区域。操作员站22可以包括仪表板56和仪器面板58，仪器面板58包含刻度盘和/或用于传送信息并用于操作机器10及其各种部件的控制器。

如图2所示，仪表板56可以包括显示系统60和用户接口62。此外，仪器面板58可以包括显示系统64和用户接口66。显示系统60和64以及用户接口62和66可以与铲板控制系统24通信。显示系统60和64可以包括带音频扬声器、视频屏幕和/或向操作员传送信息的任何其他合适的可视显示装置的计算机监视器。可以进一步想到，用户接口62和66可以包括键盘、触摸屏、数字键盘、操纵杆或者任何其他合适的输入装置。

响应从用户接口62和/或66收到的输入信号，铲板控制系统24可以将铲板52运动到预定位置。铲板控制系统24可以包括多个作动缸位置传感器68、关节运动传感器70、接近传感器72和控制装置74。可以想到，如果需要的话，铲板控制系统可以包括其他传感器。

作动缸位置传感器68可感测到液压油缸32、34以及/或者铲板定位作动缸54的延伸和缩回。尤其是，作动缸位置传感器68可以实施为与埋置在液压油缸32、34的活塞组件和铲板定位作动缸54内的磁体(未示出)相关联的电磁检波器型传感器。随着液压油缸32、34和铲板定位作动缸54延伸和缩回，作动缸位置传感器68可以向铲板控制器24提供对于液压油缸32、34和铲板定位作动缸54位置的指示。可以想到，作为替换方式，作动缸位置传感器68可以实施为其他类型的位置传感器，像例如与铲板定位作动缸54和液压油缸32、34里面的波导相关联的磁致伸缩型传感器、与从外面安装到液压油缸32、34和铲板定位作动缸54的电缆相关联的电缆型传感器、从里面或外面安装的光学型传感器或者本领域已知的任何其他类型的位置传感器等这类传感器。应该明白，作动缸的延伸和缩回可以与存储在控制装置74的存储器中的参照查找图和/或表进行对比，以确定铲板52的位置和取向。

关节运动传感器70可以感测关节式接头26的运动和相对位置并可以与关节式接头26操作地连接。合适的关节传感器70的一些例子包括长度电位计、射频谐振传感器、旋转电位计、机器关节角向传感器等等，还有其他的。应该明白，关节式接头26的运动可以与储存在控制装置74的存储器中的参照查找图和/或表进行对比，以确定机器10的关节运动。

接近传感器72可以检测地面和铲板52之间的距离。接近传感器72可以设置在沿铲板52底边的任何地方。作为替换方式，接近传感器72可设置在框架18上的可以允许检测地面和铲板52之间距离的任何地方。此外，接近传感器72可以是超声波传感器、雷达传感器、光学传感器或者能够检测地面的表面相对于铲板52底边位置的任何其他类型的传感器。

控制装置74可致动液压油缸32、34和铲板定位作动缸54，以将铲板52运动到希望位置，并可以实施为包括用于定位铲板52的手段的单个微处理器或多微处理器。多种从商业途径可得到的微处理器能够被构造成执行控制装置74的功能。应该理解，控制装置74可容易地实施为能够控制多种机器功能的总体机器微处理器。控制装置74可以包括存储器、辅助储存装置、处理器以及用于运行应用程序的任何其他部件。各种其他电路可以与控制装置74相联，诸如电源电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路和其他类型的电路。

控制装置74可以主要以手动模式操作，并可以响应从用户接口62和/或66收到的信号致动液压油缸32、34和铲板定位作动缸54。这些信号可以在操作员与用户接口62和/或66相互作用以将铲板52运动到希望位置时生成。当在手动模式中将铲板52运动到希望位置时，操作员可以选择将铲板52的最终位置和取向储存在控制装置74的存储器中。通过致动与用户接口62和/或66相关联的像例如按钮或键盘等这类装置来生成信号，这些信号可促使控制装置74储存位置和取向，由此位置和取向可以得以储存。

当操作员致动与用户接口62和/或66相关联的像例如按钮或键盘等这类装置，指示控制装置74将铲板52运动到所储存的位置和取向时，控制装置74还可以被设定为自动模式。当以自动模式操作时，控制装置74可利用所储存的位置和取向以及当前位置和取向来为铲板52运动生成行进路径。在以自动模式操作的时候，通过响应从作动缸位置传感器68、关节运动传感器70和接近传感器72收到的信号致动液压油缸32、34和铲板定位作动缸54，控制装置74可以使铲板52运动。

控制装置74可以以手动和自动两种模式监视铲板52的运动，以确定铲板52和机器10的某个部件之间是否即将发生碰撞。如果在控制装置74以手动模式操作的时候检测到与障碍物即将发生碰撞，控制装置74可以忽略来自用户接口62和/或66的沿着障碍物的方向指引铲板52的这组输入信号，防止操作员进一步向着障碍物引导铲板52。如果在控制装置74以自动模式操作的时候检测到与障碍物即将发生碰撞，控制装置74可以修正铲板行进路径并重新引导铲板52远离障碍物。

通过首先生成机器10的实时数学模型，像例如图3所示的线框模型76，可以执行对铲板运动的监视和即将发生碰撞的检测。线框模型76可以包括固定元素78，其以数学方式表示机器10中的各种固定部件，例如可操纵牵引装置12、从动牵引装置14、DCM 20和后框架部分80。控制装置74可以从控制装置74的存储器中储存的数据生成部件表示。这些所储存的数据可以包括相对于三维整体坐标系的原点限定各部件几何形状、位置和取向的各种数据点的位置。可以想到，如果需要的话，从关节运动传感器70收到的数据可以结合所述储存的数据用来生成部件表示。三维整体坐标系的原点可以定在与地面相邻并距所有从动牵引装置14距离相等的位置。X和Z轴可大体是横向的并分别对准机器10向前行进的方向。X和Z轴限定的平面可大体平行于地表面。进一步，Y轴可大体正交于地面。

线框模型76还可以包括运动元素82，其以数学方式表示被安全区84包围的铲板52。控制装置74可以使用安全区84来检测铲板52和潜在障碍物之间即将发生的碰撞。特别是，控制装置74可以确定，当障碍物进入由安全区84限定的体积内时，碰撞即将发生。安全区84的外边缘可以距铲板52的表面任何距离，例如大致50mm。

运动元素82的分量可以从控制装置74的存储器中储存的数据结合从作动缸位置传感器68收到的数据来生成。所储存的数据可以包括相对于同铲板52一起运动的三维局部坐标系的原点限定各部件的几何形状和取向的各种数据点的位置。如图4所示，局部坐标系的原点可定在铲板52的底部中心部分86。X_B和Z_B轴可分别大体垂直和平行于铲板52的底边88。此外，Y_B轴可大体垂直于底边88。

描述固定元素78的分量的数据与描述运动元素82的分量的数据可能是不相容的，因为固定元素78和运动元素82可以参照不同的坐标系。这种不相容性可能妨碍控制装置74检测即将发生碰撞的能力。但是，通过将描述运动元素82的数据变换成参照整体坐标系的格式，不相容的数据可以变得相容，由此允许控制装置74检测即将发生的碰撞。控制装置74可以根据方程1变换运动元素：

方程1 P＝M_B×P₀

其中，P₀是表示于局部坐标系中的铲板52上的任意一点，M_B是变换矩阵，P是表示在整体坐标系中的铲板52上的任意一点。P和P₀可以描述为四阶矢量：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\\ 1\end{array}\right]$

其中，x、y、z代表铲板52上的点相对于相应坐标系的位置的x、y、z分量。M_B可以描述为四阶矩阵：

$M_B$

其中，前三行的前三个分量代表沿着局部坐标系的X_B、Y_B、Z_B轴的单位矢量的x、y、z分量在整体坐标系上的投影。单位矢量可指示铲板52相对整体坐标系的取向。前三行的最后分量代表局部坐标系和整体坐标系的原点间距离。局部坐标系和整体坐标系的原点间距离可以指示铲板52底部中心部分86相对整体坐标系的位置。角度α、θ代表局部坐标系轴相对整体坐标系轴的取向。如果局部坐标系以同整体坐标系共用同一原点的方式重叠在整体坐标系上，那么可以很容易地理解局部坐标系的相对取向。图5示出了这种构型。可以看出，是整体坐标系Z轴和局部坐标系Z_B轴间的角。另外，α是整体坐标系Y轴和局部坐标系Y_B轴间的角。进一步，θ是整体坐标系X轴和局部坐标系X_B轴间的角。

如图6所示，控制装置74在以自动模式操作时，可以使用在整体坐标系中表示的铲板52的当前位置90和先行储存的目标位置92的位置和取向数据来生成铲板52的行进路径。可以按照用直线96将起始位置90的任意点94连接到目标位置92上的对应点98的方式构建行进路径。当点94沿着行进路径与铲板52一起运动时，点94可以大体上遵循直线96直到到达点98。应该明白，点94和98可以设置在铲板52和/或安全区84上的任意位置。还可以想到，如果需要，可以通过利用多条直线96连接对应的点94和98，控制装置74可以生成更复杂的行进路径。例如，如果铲板52一开始竖直运动离开地面，向着目标位置92水平运动，然后向地面竖直运动，那么，点94和98可以用三条直线96来连接。可以想到，如果需要，点94和98可以用曲线来连接。

当铲板52向目标位置92运动时，控制装置74可以参照从作动缸位置传感器68收到的信号并更新线框模型76中的铲板52的位置和取向数据。此外，控制装置74可以按像例如每15毫秒等有规律地间隔开的时间间隔更新铲板52的位置和取向数据。应该明白，控制装置74可以确定，如果铲板52的更新后的位置和取向指出像例如可操纵牵引装置12等这样的障碍物在铲板52的运动过程中进入了安全区84，则碰撞即将发生。

如图7所示，当以自动模式操作时，控制装置74可以生成逃避矢量100来改变铲板52的行进路径，因此避免即将发生的碰撞。逃避矢量100的原点可定在位于安全区84中已经被障碍物(即可操纵牵引装置12)穿过的一部分上的点102。当铲板52离开可操纵牵引装置12运动时，点102可沿着逃避矢量100行进。控制装置74可以按照点102在沿着逃避矢量100运动的同时保留在直线96上的方式，使直线96远离可操纵牵引装置12迁移。此外，直线96可持续而终止在点98。控制装置74可以执行铲板52和相关直线96的交替行进路径的数学迭代，直到直线96不再穿过可操纵牵引装置12。逃避矢量100的方向和长度可能受到几个因素的影响，例如障碍物的局部几何形状，目标点98的位置和铲板52的速度。特别是，逃避矢量100可以沿着与可操纵牵引装置12的在点102与直线96相交的表面大体正交的方向，使铲板52和/或安全区84上的点102远离可操纵牵引装置12运动。此外，更高的铲板速度可导致更长的逃避矢量100，而更低的铲板速度可导致更短的逃避矢量100。

图8a和图8b示出了铲板52的示例性避撞运动，该避撞运动是针对底部中心部分86的平移和绕着穿过底部中心部分86的轴线的转动进行描述的。逃避矢量100可以包括径向分量104和切向分量106。径向分量104可穿过底部中心部分86并代表铲板52的平移。切向分量106连同底部中心部分86一起可限定平面108。转动轴线110可正交于平面108并穿过底部中心部分86。径向分量104和切向分量106都可以针对局部铲板坐标系进行表示。应该明白，如果逃避矢量100穿过底部中心部分86，则切向分量106的幅值为零。

当铲板52的行进路径、位置和取向被修正时，矩阵M_B可根据方程2进行修正：

方程2 $M_B^{\′}=M_B\·M_A\·M_R\·M_A^{-1}$

其中，M′_B是修正后的铲板矩阵，M_B是原始铲板矩阵，M_A是单位矢量矩阵，M_R是变换和旋转矩阵。M_A可以描述为四阶矩阵：

$M_A$

$\left[\begin{array}{cccc}{n}_{1_x}& n_{2_x}& n_{3_x}& 0\\ n_{1_y}& n_{2_y}& n_{3_y}& 0\\ n_{1_z}& n_{2_z}& n_{3_z}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，n_1x、n_2x、n_3x是限定了遵循铲板52转动的新x轴的单位矢量n_x的x、y、z分量。n_1y、n_2y、n_3y是限定了新y轴的单位矢量n_y的x、y、z分量。此外，n_1z、n_2z、n_3z是限定了新z轴的单位矢量n_y的x、y、z分量。M_R可以描述为四阶矩阵：

$M_R$

$\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\Δ\θ}& 0& \sin \mathrm{\Δ\θ}& V_e{t}_x\\ 0& 1& 0& V_e{t}_y\\ -\sin \mathrm{\Δ\θ}& 0& \cos \mathrm{\Δ\θ}& V_e{t}_z\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，Δθ是绕局部坐标系y轴的转动角，V_et_x是切向分量106的x分量，V_et_y是切向分量106的y分量，V_et_z是切向分量106的z分量。径向分量104、切向分量106和转动角θ可以根据方程3～8进行计算：

方程3 $n_x=\frac{v}{R}$

方程4 V_er＝(V_e·n_x)n_x

方程5 n_y＝V_e×n_x

方程6 n_z＝n_x×n_y

方程7 V_et＝(V_e·n_z)n_z

方程8 $\mathrm{\Δ\θ}=\frac{V_{e}r}{R}$

其中，R是从点102到底部中心部分86的矢量。

一旦检测到即将发生碰撞，则可执行修正后矩阵M′_B。可以想到，如果需要，铲板52在沿着行进路径行进时可能遇到多个障碍物。在这种情况下，控制装置47可以排列这些障碍物的优先级，然后根据优先级更高的障碍物修正铲板52的行进路径。在根据排在最高优选级的障碍物修正行进路径之后，控制装置74可以根据下一个排在低些优先级的障碍物修正行进路径。可以进一步想到，如果需要，障碍物优先级排列可以基于对铲板52表面的接近程度。

在下面部分中讨论的图9示出了利用本发明公开的系统的实施例操作机器10。具体地说，图9示出了用于自动地将铲板52从开始位置移动到目标位置的示例性方法。

工业实用性

本发明公开的系统可以保证移动机器上的工作执行器可以被运动到希望位置，其中，降低了不希望的碰撞的风险。工作执行器可以手动地或者自动的运动。在任一模式中，控制装置可以监视工作执行器相对于移动机器的其他结构的位置并采取避撞措施。在手动模式中，控制装置可以忽略来自操作员的运动命令，使得工作执行器不能被引向障碍物。在自动模式中，控制装置可以修正工作执行器行进路径并使工作执行器远离障碍物运动。自动避撞可以减少运动机器的工作执行器或者其他元件受到碰撞损坏的可能性。下面将解释带避撞功能的铲板定位系统24的操作。

图9示出了表示用于自动定位铲板52的一个示例性方法的流程图。该方法可开始于为铲板52选择目标位置和取向(步骤200)。这种选择可以由操作员进行。特别是，操作员可以致动用户接口62或66上的装置，例如按钮、触摸屏、旋钮、开关或者能向控制装置74发送选择信号的其他装置。选择信号可以表示事先储存在控制装置74中的铲板位置和取向。

选择了目标位置和取向后，控制装置74可以生成机器10和铲板52的线框模型76，来监视铲板52相对于机器10的运动(步骤202)。铲板52在线框模型76中的表示可以包括用来确定即将发生碰撞的安全区84。一旦生成了线框模型76，控制装置74就可以为铲板52生成从当前位置90到目标位置92的行进路径(步骤204)。在生成了行进路径后，控制装置74可致动液压油缸32、34和铲板定位作动缸54，来自动地沿着行进路径移动铲板52(步骤206)。

在沿着行进路径移动铲板52的时候，控制装置74可以按有规律的时间间隔，像例如每15毫秒，从作动缸位置传感器68接收位置和取向数据。控制装置74可以将从作动缸位置传感器68收到的数据与控制装置74中储存的图、图表等进行对比，确定铲板52相对机器10的位置和取向。接着，控制装置74可以将铲板52的当前位置与机器10的部件的位置进行对比(步骤208)。

通过将从作动缸传感器68和接近传感器72收到的数据与控制装置74中储存的图、图表等进行对比，控制装置74可以确定铲板52相对于机器10的部件和地面的位置和取向。如果在铲板52的运动过程中，机器10的部件或者地面进入了安全区84，则控制装置74可以得出与地面的碰撞或者不想要的接触即将发生的结论。如果控制装置74确定碰撞即将发生(步骤208：是)，则控制装置74可以生成逃避矢量100并修正行进路径，使铲板52远离并避开障碍物或地面运动(步骤210)。一旦生成逃避矢量100并且修正了行进矢量，铲板52就可以沿着逃避矢量100远离障碍物或地面运动，直到铲板52的位置和取向对准修正后的行进路径(步骤212)。

在将铲板52对准修正后的行进路径后，控制装置74可以将铲板52的当前及以前位置和取向与目标位置和取向进行对比(步骤214)。如果控制装置74确定没有碰撞即将发生，那么，控制装置74也可以将铲板52的当前及以前位置和取向与目标位置和取向进行对比(步骤208：否)。如果控制装置74确定铲板52的取向和位置与或者已经基本上与目标取向和位置相同(步骤214：是)，则控制装置74可以终止铲板52的运动(步骤216)。在铲板52的运动终止后，可以重复步骤208(即控制装置74可以将铲板52的当前位置与机器10的部件的位置进行比较)。但是，如果控制装置74确定铲板52的当前及以前位置和取向与目标位置和取向不相同(步骤214：否)，则可以重复步骤206(即控制装置74可致动液压油缸32、34和铲板定位作动缸54以沿着行进路径自动地使铲板52运动)。

应该明白，本发明公开的方法可以无限地继续下去，直到由操作员停止。这种自动铲板定位操作可以终止于该方法中的任何步骤。而且，通过致动用户接口62或66上的装置，例如按钮、触摸屏、旋钮、开关或者能向控制装置74发送终止信号的其他装置，操作员可以终止操作。

自动路径生成和避撞可以将操作员从定位铲板的复杂任务解脱出来，由此使操作员解放出来将其有限智慧投入到正确操作自行式平地机所需要的其他任务。此外，铲板的自动定位和取向可以减少人员失误对铲板和/或自行式平地机造成的可能损坏。而且，可以减少人员失误对例如驾驶自行式平地机等其他任务造成不利影响的风险，因为操作员能够对这些其他任务投入更多的注意力。

对本领域技术人员来说清楚的是，对本发明公开的系统能做出各种修改和变型，而不会超出本发明的范围。通过对这里公开的说明书的考虑，本领域技术人员可想到其他实施例。想要说明的是，说明书和例子应该被认为只是示例性的，真实范围由权利要求及其等同物指明。

Claims (34)

1.一种用于可运动的机器的工作执行器定位系统，包括：

至少一个致动器，其用于促使工作执行器运动；

至少一个传感器，所述至少一个传感器与所述至少一个致动器相关联并能够感测表示所述工作执行器当前位置和取向的至少一个参数；以及

控制装置，其能够在所述当前位置和取向和预定位置和取向之间自动地为所述工作执行器生成行进路径并使所述工作执行器沿着所述行进路径运动，所述控制装置还能够在检测到所述工作执行器和机器的一部分之间即将发生碰撞时自动修正所述行进路径。

2.如权利要求1所述的工作执行器定位系统，其中，所述控制装置还能够在所述工作执行器的表面和机器的所述部分之间的距离小于预定阈值时确定所述工作执行器和机器的所述部分之间即将发生碰撞。

3.如权利要求1所述的工作执行器定位系统，进一步包括至少一个地面传感器，所述至少一个地面传感器能够感测表示所述工作执行器和地面之间的距离的参数。

4.如权利要求3所述的工作执行器定位系统，其中，所述控制装置还能够响应于从所述至少一个地面传感器收到的数据而自动地修正所述行进路径并使所述工作执行器运动。

5.如权利要求1所述的工作执行器定位系统，其中，所述控制装置能够接收提供所述预定位置和取向的操作员信号。

6.如权利要求1所述的工作执行器定位系统，其中，所述控制装置能够在确定与机器的一个以上部分的一个以上即将发生的碰撞时，确定即将发生的碰撞的优先级。

7.如权利要求6所述的工作执行器定位系统，其中，所述控制装置能够按照基于所述即将发生的碰撞的优先级的顺序自动地修正所述行进路径以避免即将发生的碰撞。

8.如权利要求7所述的工作执行器定位系统，其中，所述优先级由所述机器的每个部分和所述工作执行器之间的相对距离赋值。

9.如权利要求1所述的工作执行器定位系统，其中，所述控制装置能够将所述工作执行器的三维模型与所述机器的所述部分的三维模型进行对比，以确定何时碰撞即将发生。

10.如权利要求9所述的工作执行器定位系统，其中，所述控制装置能够基于所述工作执行器的模型生成碰撞区域，并基于确定所述机器的所述部分是否已经进入到所述碰撞区域，确定何时碰撞即将发生。

11.如权利要求9所述的工作执行器定位系统，其中，所述工作执行器的三维模型和所述机器的至少一部分的三维模型基于独立的坐标系，所述控制装置还能够使得所述坐标系相互关联。

12.如权利要求1所述的工作执行器定位系统，进一步包括至少一个地面传感器，所述至少一个地面传感器能够感测表示所述工作执行器和地面之间的距离的参数，所述控制装置还能够修正路径以避免所述工作执行器和地面之间不希望的碰撞。

13.一种用于使可运动的机器的工作执行器运动的方法，包括：

感测表示工作执行器当前位置和取向的至少一个参数；

基于感测到的所述至少一个参数和存储的工作执行器几何数据生成所述工作执行器的三维数学表示；

选择所述工作执行器的目标位置和取向；

基于所述当前位置和取向和所述目标位置和取向生成工作执行器的行进路径；

生成所述可运动的机器的一部分的三维数学表示；

使所述工作执行器自动地沿着所述行进路径运动；以及

沿着所述行进路径对比所述工作执行器的数学表示和所述可运动的机器的所述部分的数学表示，以确定所述工作执行器和所述可运动的机器的所述部分之间即将发生碰撞，并自动修正所述行进路径以避免碰撞。

14.如权利要求13所述的方法，其中，对即将发生碰撞的确定包括确定所述工作执行器的表面和所述可运动的机器的所述部分之间的距离小于预定阈值。

15.如权利要求13所述的方法，进一步包括即使当即将发生的碰撞被确定时连续地使所述工作执行器运动。

16.如权利要求13所述的方法，其中，按照预定的时间间隔更新所述工作执行器的数学表示。

17.如权利要求13所述的方法，其中，使所述工作执行器沿着所述行进路径运动包括响应于操作员的输入使所述工作执行器运动。

18.如权利要求17所述的方法，还包括当检测到所述工作执行器和所述可运动的机器的所述部分之间即将发生碰撞时忽略来自操作员的输入。

19.一种可运动的机器，包括：

可操作地连接到第一牵引装置的第一框架；

可操作地连接到第二牵引装置的第二框架；

可操作地连接到所述第一框架并能够沿着水平和竖直方向运动的工作执行器；

用于促使所述工作执行器沿所述水平和竖直方向中的第一轴线运动的至少一个致动器；

至少一个传感器，所述至少一个传感器与所述至少一个致动器相关联并能够感测表示所述工作执行器当前位置和取向的至少一个参数；以及

控制装置，所述控制装置能够

能够自动地为所述工作执行器生成从所述当前位置和取向到预定位置和取向的行进路径，

使所述工作执行器沿着所述行进路径运动，并且

在检测到所述工作执行器和所述可运动的机器的一部分之间即将发生碰撞时自动修正所述行进路径。

20.如权利要求19所述的可运动的机器，其中，所述控制装置还能够在所述工作执行器的表面和所述可运动的机器的所述部分之间的距离小于预定阈值时确定所述工作执行器和所述可运动的机器的所述部分之间即将发生碰撞。

21.如权利要求19所述的可运动的机器，其中，所述控制装置能够接收提供所述预定位置和取向的操作员信号。

22.如权利要求19所述的可运动的机器，其中，所述控制装置能够在确定一个以上即将发生的碰撞时，确定即将发生的碰撞的优先级。

23.如权利要求22所述的可运动的机器，其中，所述控制装置能够按照基于所述即将发生的碰撞的优先级的顺序自动地修正所述行进路径以避免即将发生的碰撞。

24.如权利要求23所述的可运动的机器，其中，所述优先级由被确定即将发生碰撞的所述机器的部分和所述工作执行器之间的相对距离赋值。

25.如权利要求19所述的可运动的机器，还包括关节运动传感器，所述关节运动传感器能够提供所述第一框架和所述第二框架之间的关节运动的表示。

26.如权利要求19所述的可运动的机器，其中，所述控制装置还能够将所述工作执行器的三维模型与所述可运动的机器的所述部分的三维模型进行对比，以确定何时碰撞即将发生。

27.如权利要求26所述的可运动的机器，其中，所述控制装置能够基于所述工作执行器的模型生成碰撞区域，并基于确定所述可运动的机器的所述部分是否已经进入到所述碰撞区域，确定何时碰撞即将发生。

28.如权利要求26所述的可运动的机器，其中，所述工作执行器的三维模型和所述可运动的机器的至少一部分的三维模型基于独立的坐标系，所述控制装置还能够使得所述坐标系相互关联。

29.如权利要求19所述的可运动的机器，进一步包括至少一个地面传感器，所述至少一个地面传感器能够感测表示所述工作执行器和地面之间的距离的参数，所述控制装置还能够修正路径以避免所述工作执行器和地面之间不希望的碰撞。

30.一种自行式平地机，包括：

前框架，所述前框架包括可操作地连接到所述前框架的第一端的一对可操纵的轮子；

后框架，所述后框架支承可操作地连接到左从动轮子和右从动轮子的动力源，所述前框架的第二端在关节运动接头处枢转连接到所述后框架；

牵引杆-圆-犁板组件，所述牵引杆-圆-犁板组件具有铲板，所述铲板具有纵向的底边，所述底边在所述铲板的第一端和第二端之间延伸，所述牵引杆-圆-犁板组件具有第一侧和第二侧，所述牵引杆-圆-犁板组件能够进行垂直于所述前框架的纵向轴线的水平运动和所述第一、第二侧相对于所述前框架的竖直运动，所述铲板作为所述牵引杆-圆-犁板组件的部分可操作地连接，以进行旋转、水平和竖直运动；

控制器，所述控制器能够

接收表示所感测到的铲板位置的位置信号，并生成铲板的三维模型，

生成第一行进路径，以使得所述铲板在所感测到的位置和最终位置之间自动地运动，

基于所述铲板的三维模型同所述自行式平地机的一部分的三维模型的对比，生成修正的行进路径，以避免所述铲板和自行式平地机的一个以上部件之间的碰撞，并且

基于所述修正的行进路径，使所述铲板从所感测到的位置自动地运动到最终的位置。

31.如权利要求30所述的自行式平地机，其中，自行式平地机的所述部件包括前轮、后轮、前框架和后框架。

32.如权利要求30所述的自行式平地机，其中，所述控制器还能够限定围绕着所述铲板的区域，当确定自行式平地机的所述部分的三维模型进入所述区域的一部分中时，避免发生碰撞。

33.如权利要求30所述的自行式平地机，进一步包括地面传感器，所述地面传感器能够向所述控制器提供表示地面位置的信号，所述控制器还能够修正所述行进路径以避免所述铲板和地面之间不希望的碰撞。

34.如权利要求30所述的自行式平地机，进一步包括关节运动传感器，所述关节运动传感器能够提供所述前框架和所述后框架之间的关节运动的表示。