CN102460330A - 为布置移动采掘机的自动控制确定线路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种为布置移动采掘机的自动地控制的确定线路的方法。通过由配置为生成返程线路的数据处理装置基于与通过驱动驾驶教导的线路有关的数据计算机辅助地执行以下步骤为采掘机确定返程线路：确定用于返程线路的线路标识符；以相反次序将驾驶线路的一些线路点确定为返程线路的线路点，其中，在基于驾驶线路的线路点数据确定返程线路的线路点数据时，删除与驾驶线路的一个或多个线路点有关的附加控制数据；以及存储用于确定返程线路的数据，返程线路将用于自动控制采掘机。
Description
技术领域
本发明涉及布置移动采掘机的自动控制，更具体而言是涉及教导用于采掘机的线路，以便布置采掘机的自动控制。
背景技术
各种移动采掘机，诸如凿岩钻机、装运设备在矿井中得到应用。可以人工或无人操作采掘机。例如可以从控制室远程控制无人操作采掘机，并且这些采掘机可具有适用于确定位置的测量装置。假设能确定机器的位置，则可以控制无人操作采掘机在矿井中沿着期望的线路行进。举例来说，可利用激光扫描仪来确定机器的位置。
WO 2007/012198公开了一种自动导引采矿车辆的方法。通过人工或者遥控操作来驾驶采矿车辆，操作人员教导采矿车辆在不受操作人员干预的情况下沿着线路行进。US 5 615 116还公开了一种自动导航车辆的方法，其中，可通过驾驶车辆教导导航系统所采用的线路，或者可以人工确定线路。
一般而言，由于必须通过从特定线路的开始到结束驾驶采矿车辆来教导要驾驶的每条线路，因此，教导线路很耗时。
发明内容
如今的改进方案提供为移动采掘机确定线路。解决方案的特征在于独立权利要求中公开的内容。本发明的一些优选实施例在从属权利要求中公开。
根据本发明的一方面，提供了一种方法，该方法包括由配置为用于生成返程线路的数据处理装置来执行以下步骤，基于与通过驾驶而教导的驾驶线路有关的数据计算机辅助地确定用于采掘机的返程线路：确定用于返程线路的线路标识符，以相反次序将驾驶线路的至少一些线路点确定为返程线路的线路点，其中，在基于驾驶线路的线路点数据确定返程线路的线路点数据时，删除与驾驶线路的一个或多个线路点有关的附加控制数据，以及存储确定返程线路的数据，该返程线路用于自动控制采掘机。根据本发明的另一方面，提供了一种实施此方法的设备。
根据本发明的实施例，为返程线路确定用于至少一个线路点的附加控制数据，诸如铲斗位置数据，而且将附加功能的控制数据或者确定的附加控制数据的参考保存在返程线路的所述至少一个线路点的数据中。
本发明提供了多种优点，这在详细说明书中更显而易见。现在，能够教导用于在一个方向上单程自动导引移动采掘机的至少部分往返线路，这节省了通过驾驶进行教导所必需的时间。通常，采掘机例如从装载场所到卸载场所的一条线路与相反方向的返程线路一致，从而可以现住地节省时间量。
附图说明
现在结合一些优选实施例并参照附图更详细地说明本发明的一些实施例，其中
图1是示出了移动采掘机的示意性侧视图，
图2是示出了根据实施例用于定位和导引采掘机的布置的俯视图；
图3示出了根据实施例的用于确定采掘机的线路的设备；
图4示出了根据实施例的方法；以及
图5示出了在描述作业区域的模型中确定的线路。
具体实施方式
图1示出了移动采掘机1，在此情况下为装载装置，其前部具有用于输送和装载挖掘料的铲斗15。或者，采掘机1可以是例如具有翻斗的凿岩钻机或输送设备。采掘机1包括可移动运输工具2，该运输工具具有多个车轮3，其中至少一个车轮为经由传动装置由马达4驱动的驱动轮。马达4可以是电动马达、内燃引擎、液压马达或用于生成旋转扭矩的其它装置。传动装置通常包括变速箱5和必要的万向节轴6、差动齿轮及其它用于将旋转扭矩从马达4传递至驱动轮的动力传动构件。采掘机1还具有控制系统，该控制系统包括至少第一控制单元7，第一控制单元配置为控制采掘装置1中的伺服器，以此控制和驾驶机器。
采掘机1还可具有数据传送单元8，该数据传送单元使得第一控制单元7能利用基站9提供的无线连接与采掘装置1外部的第二控制单元10建立数据传送连接。第二控制单元10可位于可设在矿井外面的控制室11中。控制单元7、10可以是具有适当的软件的计算机。
应当注意，采掘机通常是指用于在地表或地下作业区域的进行岩石开凿操作而且还可用于除了实际矿井以外的场所的各种机器。图1是简化的视图，且采掘机1的控制系统通常包括用于执行不同控制功能的多个单元。采掘机1的控制系统可以被分散化，例如由连接至控制器局域网(CAN)总线并负责机器的全部测量和控制的模块组成的实体。控制室11的信息系统还可包括一个或多个服务器、数据库、操作员操作站以及与其它网络和系统的进一步连接。
采掘机1的控制系统包括定位系统或单元。根据实施例，定位系统包括至少一个陀螺仪12，该陀螺仪使得机器的方向能精确地确定以用于定位。该定位系统还包括用于确定机器1行进的距离的装置。例如，一个或多个传感器13可以用于测量车轮3的转动。基于测量的数据，定位系统确定车轮的转动，然后计算机器行进的距离的量值。定位系统还可包括一个或多个扫描仪14，例如激光扫描仪或对应的装置，用以扫描采掘机1周围的空间以及该空间的几何形状。
根据实施例，图2示出了基于扫描并在定位过程中要使用的线路的确定和使用原理。采掘机1的一侧或两侧可具有激光扫描仪14，该激光扫描仪14使得能确定矿井隧道20的轮廓和表面外形。
可通过教导来生成采掘机1的线路21。在这种情况下，沿着期望的线路人工控制采掘机1，并且根据基于扫描数据处理获得的位置数据以确定的间隔将用于线路21的线路点22a、22b、22c确定到存储器中。在已经教导了期望的线路21并将其保存在控制系统的存储器中之后，可对采掘机1进行导引而使其自主地遵循线路21。在自动控制过程中，例如可利用激光扫描仪14来确定移动采掘机1的位置。激光扫描仪扫描隧道的壁面轮廓，以便基于预存的环境模型确定位置，这意味着任何单独的标签，诸如反射镜或者射频标签都变成隧道壁上的冗余物。基于线路的确定位置和线路点数据，控制系统控制采掘机的行进，以使得采掘机位于线路21上。
图3示出了根据实施例用于确定采掘机(例如图1所示的采掘机1)的线路的设备。该设备至少包括单元30，该单元用于确定线路，尤其用于通过利用下面将说明的特征来确定往返线路。线路确定单元30执行至少一个线路确定算法，该算法利用(向前)驾驶线路的至少一些已经确定的线路点数据为已经确定的线路的至少部分返程线路确定线路点和对其专用的控制数据。可将线路确定算法配置成使得不需要采掘机1的导航系统提供的位置数据就可以确定返程线路的线路点数据，该导航系统用于确定可以已经由常规方法教导的驾驶线路。
例如可以通过数据处理装置的通用处理器来实现线路确定单元30，且执行线路确定过程的一个或多个计算机程序在通用处理器上运行。计算机程序包括代码，这些代码用于执行与线路确定有关的至少一些特征，下面将结合图4和图5说明这些特征。可将计算机程序存储在计算机可读存储介质上，诸如存储器31或者单独的存储介质，可从这些存储器或者存储介质检索将由处理器运行的计算机程序。
线路确定单元30连接至存储器31，可将用于线路确定的各种数据，诸如环境模型、线路、采掘机的属性数据、其它数据以及影响线路确定的设置存储在存储器31中。线路确定单元包括用于显示器32的访问接口，以及用于诸如键盘和/或鼠标的至少一个输入装置33的至少一个访问接口。该设备还可具有到其它系统的一个或多个其它接口。该设备常包括至少一个数据传送单元，该数据传送单元例如可采用基于网络协议的标准传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)。
线路确定单元30在操作上可连接至定位系统34，该定位系统34在其运行期间确定采掘机1的位置。定位系统34可以是由移动采掘机1，例如控制单元7，并且还可能部分地由采掘机外部的控制单元10执行的导航系统的一部分。
例如可将线路确定单元30实现在操作员工作站中。但是，确定返程线路的线路确定单元30不必在用于控制采矿操作的数据处理设备中实现，或者没必要与其可连接，因此，成功的线路确定不会受到任何特定场所或设备的限制。但要注意，在移动采掘机1及其数据处理设备中能够实现给出的与线路确定有关的技术特征中的至少一些，例如线路确定单元30的至少一些功能。
因而，可通过不同的适当配置的数据处理装置来提供至少实现线路确定单元30的设备。可将实现线路确定单元30的软件应用存储在例如便携式计算机中，例如可经由包括在设备中的数据传送单元或者利用存储介质提供的数据传送连接将线路数据从便携式计算机传送至控制室中的控制单元10。
该系统还可具有特定驾驶任务管理系统，例如在位于控制室11中的控制单元10上执行的应用。驾驶任务管理系统基于从系统用户，例如系统的操作人员或者设计师接收的输入来确定驾驶任务，并将驾驶任务数据发送给采掘机1的控制单元7。参照图3，驾驶任务管理系统可连接至存储器31，而且可以从存储器检索预存的线路数据，并将线路数据和/或控制命令转发至移动采掘机1的控制单元7或导航系统。
图4示出了根据实施例的方法，该方法例如可由图3所示的线路确定单元30执行。步骤40示出了在从起点到终点驾驶采掘机时如何教导线路。可以以已经在上面说明的方式基于从导航系统接收到的位置数据来实现步骤40。线路由起点、终点以及它们之间的适当数量的线路点确定。根据实施例，可由各自包括多个线路点的多个单独的片段来确定线路。确定用于线路的线路点数据在步骤41中被保存为与线路的给定标识符相关。可将数据存储在任何存储介质31上，例如矿井控制系统的数据库中。
在需要利用先前确定的(向前)驾驶线路的至少一些线路点来确定返程线路时，检索42存储的线路数据。线路数据至少包括线路的每个线路点的位置数据，但它们还可包括其它线路点专用或线路点集专用的控制数据，诸如可能在采掘机中提供的速度数据、挡位数据、转向角数据、悬臂或升降臂的位置数据，以及可能的铲斗的位置数据。在已经教导了线路之后，可能马上需要检索42线路数据。在这种情况下，处理可从步骤41甚至步骤40直接进行到步骤42，以便能立即确定从起点到终点的往返驾驶。但要注意，处理可能在其他条件下进行到步骤42，例如，在稍后添加与相对于已经确定的线路部分相反的新线路的时候。返程线路被提供43自身的线路标识符，且待确定用于返程线路的线路点与此唯一线路标识符相关联。
为确定返程线路，处理可以开始于以相反次序处理驾驶线路的线路点，即，处理首先可从线路的线路点中检索将用于返程线路的最后的线路点。在步骤44中，确定起点和至少一些线路点以用于返程线路。如果返程线路精确地从线路的终点开始，则可将线路的终点坐标直接确定为返程线路的第一线路点，即返程线路的起点。但是，基于用户的输入或者线路确定应用的设置，能够确定可以与线路的终点略微或基本不同的返程线路的第一点。返程线路的第一线路点例如可以是线路的倒数第三个线路点或者线路数据中未确定的新线路点。结合步骤44，也能够确定用于返程线路的其它控制数据，诸如关于与原线路的线路点相关的数据对一个或多个线路点的数据的修改、删除和/或添加。
图4示出了实施例，其中，在步骤44中，确定位置数据以用于正在确定的返程线路的每个线路点。位置数据可在给定的标准坐标系中简单确定点的x坐标和y坐标。在步骤44中，可直接从驾驶线路的线路点的位置数据复制线路点位置数据。
基于确定的返程线路的线路点，为线路点确定的路径确定45路径曲率。路径曲率使得能够线路点专用地确定46驾驶速度。
应当注意，线路确定算法可配置为在步骤44至步骤46中还执行其它过程，例如线路点专用地确定转向角。线路确定单元30可配置为基于与机器的外部尺寸和/或运动学性质有关的数据，利用在特定线路点必需的转向角位置来计算采掘机周围需要的空间量。在已经确定采掘机需要的空间之后，对每个线路点而言，线路确定单元可以检查机器与壁之间是否提供预定的最短距离。必要时，可以改变线路点的位置。
线路确定单元30还可配置为优化线路点的位置。线路确定算法可配置为计算线路使得假设最大路径曲率不超过给定的限制，并且另一方面，最小化路径曲率的变化率，则在线路上机器与两壁始终保持给定的最短距离。在这种情况下，可将机器的驾驶速度调整46为尽可能的高。更详细的方法在WO2004/085966中公开，结合图3至图5说明的线路点及其生成通过引用并入本文。
根据实施例，为返程线路确定用于返程线路上的至少一个线路点的附加控制数据，这在步骤47中说明。可自动地或者响应于用户的输入添加这些额外的控制数据。通常，这种附加控制数据为采掘机专用或采掘机类型专用的。分别与返程线路的一个或多个线路点相关联的这种数据的示例是铲斗位置数据。一些其它示例包括挡位数据、转向角数据以及可能设置在采掘机中的悬臂或升降臂的位置数据。举例来说，与装卸采掘机1的铲斗15的装载和卸载相关的必要控制数据也可包括在返程线路数据中。此功能可以实现为例如图4的步骤44的一部分。应注意，根据实施例，能够利用先前已经确定的附加控制数据，例如为铲斗的移动确定模型的已经存储的数据文件。但应注意，返程线路确定单元30可配置为如步骤42至步骤46所述在返程线路数据中只确定要行使的线路的线路点，而没有步骤47所示的附加控制数据确定。
在步骤48中，存储确定返程线路的数据以用于自动导引采掘机。可将与返程线路有关的数据存储在例如存储器31中与线路数据结合。返程线路标识符可以例如以包括返程线路确定数据的数据文件的标题来提供，或作为数据文件中的预定字段。或者，线路点在它们变得确定时进行存储。还可在步骤48中存储为一个或多个线路点确定的可能的附加控制数据。要注意，可以照原样存储附加功能控制数据，或者可以只存储确定的附加功能控制数据的参考。
应当注意，图4只以简化方式示出了一个特定的实施例，而且可以以多种不同的方式来实施本发明。下面公开了一些补充或替代的实施例。还应注意，应广泛性地理解术语“起点”和“终点”是指教导线路的过程的起点和终点，而对于利用确定的线路和返程线路的采掘机的任务不必以起点开始。由此，当采掘机返回到例如其等候区域或者铲斗卸载区域时，首先教导的线路实际上可以是采掘机遵循的线路。
除图4所示的步骤以外，在步骤47之后，该方法可包括检查是否到达为返程线路设置的终点的步骤。终点可以自动是线路的起点、其附近的点或者由用户输入而且位置完全不同的点。如果未到达返程线路的终点，则该方法返回步骤44，以基于驾驶线路的适当线路点数据确定至少一些剩余的线路点。
根据不同于图4的实施例，在例如结合步骤44确定返程线路时，根据需要并部分地检索线路数据，例如一次一个线路点或一个片段。
根据与图4不同的又一实施例，基于从驾驶线路数据复制的线路点数据来确定返程线路的线路点数据，从而，首先对于返程线路线路点的次序相反。删除与驾驶线路上的一个或多个线路点相关联并提供用于控制特定附加功能的附加控制数据，诸如用于装载和/或卸载铲斗的控制数据。然后，可将补充有返程线路专用控制数据的线路点数据存储为确定返程线路的数据文件。可至少计算驾驶速度用于返程线路的线路点，例如结合图4所示。但要注意，也可根据线路的线路点的驾驶速度为返程线路的线路点确定驾驶速度。
除步骤44以外，该方法可还包括确定必要数量的额外线路点的步骤。出于各种原因，返程线路可能需要额外的线路点，且线路确定算法可配置为在满足预定标准时响应于用户的输入或者自动地添加额外的线路点。
根据实施例，线路的线路点只是部分地用于确定返程线路的线路点，即返程线路只包括线路的一些线路点。这使得能通过至少部分地施加相同线路点，用已经存储的线路来确定新的线路。由此，应广泛性地理解本文使用的术语“返程线路”，并且不必通过任何方式限制于基于其线路点数据而确定的线路。因此，除图4的步骤以外，可响应于用户的输入或例如基于另一已经存储的线路的线路点数据在返程线路中确定更多的线路点。
图5示出了开采区域的部分50的模型，其展示了以虚线示出的壁51的位置。可以首先将自点52到点53的线路确定为通过驾驶教导的单程线路。可利用图4的步骤42至步骤48所示的特征来教导从点52到点53的对应完全相反的返程线路。此外，可通过点55到点54确定从点52的部分返程线路。对此部分返程线路而言，可以以如上所述的方式使用线路的点52、55的数据以及它们之间的线路点，而且可添加从点55到点54的必需的线路点。
根据实施例，为返程线路确定基于特定可扩展标记语言(XML)的数据文件，该数据文件包括用于基于线路数据为返程线路确定的每个线路点的线路点元素。线路点元素确定线路点的坐标以及可能的用于在线路点控制采掘机的补充数据，例如转向角和速度。
根据实施例，将路径确定为互相连接的线路部分，即，片段，每个片段具有它们自己的标识符代码。继而，对于每个片段而言，需要时，可以确定对于驾驶速度以及根据特定片段的属性确定的其它功能的极限值。考虑每个采掘机的属性，甚至可以采掘机专用地提供这些规范。可如上所述地配置线路确定单元30，用以确定片段专用的数据，即，简言之，每个片段中的线路点的数据以及片段标识符代码。举例来说，可片段专用地执行图4的步骤44至步骤47，即，使得一次确定线路的一个片段的线路点。可将片段专用的数据存储在采掘机1的控制设备的存储器中备用，在这种情况下，只通过发送与特殊任务有关的线路片段的标识符代码列表就能进行线路确定。这种基于片段的线路确定在WO2004/085965得以更详细的说明，通过引用将其并入本文。
采掘机1的线路通常以作为反向点的点结束，即，采掘机1的驾驶方向相反，而且例如以具有负号的驾驶速度在相反的方向上驾驶返程线路。前轴于反向点改变，在这种情况下，在仅仅基于驾驶的教导过程中，选择待教导的点的任务从一个轴变到另一个轴，而且在线路中产生具有轴距长度的间隙。先前，向此间隙人工提供了点，使得返程线路的片段的起点与结束片段的最后一点基本相同。本解决方案使得将在一个片段中实现的反向和将在反向点实现的向外返程片段自动正确，即能够使得向外线路精确地在返程线路开始的相同点处结束。
根据实施例，可利用仿真以计算机化方式测试以上述方式生成的返程线路。执行测试应用的计算机程序检索或确定采掘机仿真模型以及待测试的线路数据，即，与线路的线路点相关的数据。可通过例如作为线路确定工具的一部分的线路确定单元30来执行测试应用。测试应用驱动描述在被测试的路径上的采掘机的计算机模型。可在基于环境模型或者描述作业区域的另一种模型中生成的矿井地图上将采掘机的运动展示给用户。可将路径的每个部分中在机器周围留下的空间量展示给用户。或者，程序计算路径上在机器与线路之间留下的空间，并将不超过最短距离的可能的点告知给用户。此实施例能缩短测试线路所必需的时间，抑或完全避免通过驾驶采掘机1来测试线路。这样的计算机化线路测试例如在实施例中提供额外的安全性，在该实施例中，不为返程线路单独计算驾驶速度，而且不必再为了测试确定的返程线路而基于线路数据单独驾驶采掘机。
对本领域的技术人员来说显而易见的是，随着技术不断地进步，可以以多种不同的方法来实施本发明。因此，本发明及其实施例不限于上述实施例，而是可以在权利要求的范围内变化。因此，可以省去、更改或者用等同物来代替不同特征，而且可以组合本申请中阐述的特征，以便实现不同的组合。
Claims (12)
1.一种为布置移动采掘机的自动控制确定线路的方法，所述方法包括为了执行任务，通过从驾驶线路的起点到所述驾驶线路的终点驾驶所述采掘机对所述采掘机教导所述驾驶线路，其特征在于
通过由配置为生成返程线路的数据处理装置基于与通过驾驶教导的所述驾驶线路有关的数据计算机辅助地执行以下步骤为所述采掘机确定(42至46)返程线路：
确定(43)用于所述返程线路的线路标识符，
以相反次序将所述驾驶线路的至少一些线路点确定(44)为所述返程线路的线路点，其中，在基于所述驾驶线路的线路点数据确定所述返程线路的线路点数据时，删除与所述驾驶线路的一个或多个线路点有关的附加控制数据，以及
存储(48)确定所述返程线路的所述数据，所述返程线路将用于自动控制所述采掘机。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：为所述返程线路确定(47)用于至少一个线路点的附加控制数据，诸如铲斗位置数据，以及
将附加功能的控制数据或者所述确定的附加控制数据的参考存储(48)在所述返程线路的所述至少一个线路点的数据中。
3.权利要求1或2所述的方法，包括：通过以相对于所述驾驶线路的所述线路点的相反次序将所述驾驶线路的所述线路点的位置数据确定为所述返程线路的所述线路点的位置数据，通过删除与所述驾驶线路的一个或多个线路点相关的所述铲斗位置数据，并通过将所述线路点数据存储为确定所述返程线路的数据文件，基于从所述驾驶线路数据复制的线路点数据来确定所述返程线路的所述线路点数据。
4.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，包括：为所述返程线路的一组线路点确定的路径确定(45)曲率，以及
基于所述确定的路径曲率为所述返程线路的每个线路点确定(46)速度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括通过基于用户的输入和环境模型确定所述线路点的位置将至少一个新的线路点添加给所述返程线路。
6.一种包括数据处理装置的设备，所述数据处理装置用于为自动控制移动采掘机确定线路数据，其中，为了执行任务，通过从驾驶线路的起点到所述驾驶线路的终点驾驶所述采掘机来对所述采掘机教导所述驾驶线路，其特征在于，所述数据处理装置配置为基于与计算机辅助的驾驶线路相关的数据计算机辅助地为所述采掘机确定(42至46)返程线路，所述数据处理装置配置为：
确定(43)用于所述返程线路的线路标识符，
以相反次序将所述驾驶线路的至少一些线路点确定(44)为所述返程线路的线路点，其中，在基于所述驾驶线路的线路点数据确定所述返程线路的线路点数据时，删除与所述驾驶线路的一个或多个线路点有关的附加控制数据，以及
存储(48)确定所述返程线路的所述数据，所述返程线路将用于自动控制所述采掘机。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述设备配置为为所述返程线路确定(47)用于至少一个线路点的附加控制数据，诸如铲斗位置数据，并且
所述设备配置为将附加功能的控制数据或者所述确定的附加控制数据的参考存储(48)在所述返程线路的所述至少一个线路点的数据中。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其中所述设备配置为通过以相对于所述驾驶线路的所述线路点的相反次序将所述驾驶线路的所述线路点的位置数据确定为所述返程线路的所述线路点的位置数据，通过删除与所述驾驶线路的一个或多个线路点相关的所述铲斗位置数据，并通过将所述线路点数据存储为确定所述返程线路的数据文件，基于从所述驾驶线路数据复制的线路点数据来确定所述返程线路的所述线路点数据。
9.根据权利要求6至权利要求8中任何一项所述的设备，其中所述设备配置为为所述返程线路的一组线路点确定的路径确定(45)曲率，并且
所述设备配置为基于所述确定的路径曲率为所述返程线路的每个线路点确定(46)速度。
10.根据权利要求6至权利要求9中任何一项所述的设备，其中所述设备配置为通过基于用户的输入和环境模型确定所述线路点的位置将至少一个新的线路点添加到所述返程线路。
11.一种采掘装置(1)，其特征在于，所述采掘装置包括根据权利要求6至10中任一项所述的设备。
12.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码配置为当在计算机上运行时执行权利要求1至5中任何一项公开的所述方法的步骤。
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