CN106795705A - 用于控制工作机械的布置 - Google Patents

Abstract

公开了一种控制从材料堆(204)将材料装载到工作机械(100)的铲斗(106)的方法。该方法包括：选择将要用作基础控制曲线的控制曲线，该控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械(100)的铲斗(106)和悬臂(104)中的至少一个的位置的指示；在将材料装载到所述铲斗(106)的同时，获得所述工作机械(100)行进的距离的信息；在装载期间，检查关于所述工作机械(100)的至少一个条件；以及基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和悬臂中的至少一个。如果确定将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和悬臂中的至少一个，则该方法还包括选择所述另一个位置。还公开了设备、计算机程序产品和工作机械。

Description

用于控制工作机械的布置

技术领域

本发明涉及工作机械，且更具体地涉及控制工作机械的铲斗的装载。

背景技术

各种采矿车辆，比如钻岩装备、装载装备和运输装备，可以是有人驾驶的或无人驾驶的。无人驾驶的采矿车辆可以由操作员从例如控制站远程控制，并且它们配备有适合用于进行位置确定的测量仪器。无人驾驶的采矿车辆可以被自动地操作，例如沿着在矿中的期望路线被驱动，只要设备的位置可以被确定。自动操作可以在地面操作区域或地下操作区域中执行。

装载装备可以用于将开凿出来的材料从一个地方装载和运输到另一个地方，例如，从矿到矿之外或者到运输装备的装载托盘。可以执行对装载装备的铲斗的装载，例如使得装载装备被驱动靠近比如矿石、岩石或沙的开凿材料堆。铲斗可以然后被降低，并且铲斗所联接到的悬臂也可以被降低，其中铲斗在地面表面上或地面表面附近。装载装备现在可以被向前驱动，使得铲斗接触该材料堆。驱动装载装备可以以尽可能大的力继续。如果装载装备由于材料堆的太高的阻力而停止，则铲斗可以被向上提升，这可以使得能够少量地进一步驱动装载装备。装载到铲斗的材料然后可以被移动到另一个地方，例如，移动到用于卸载材料的地点或者运输装备的装载托盘中的地点。

发明内容

现在已经开发出了一种改进的方法和实施该方法的技术装备，用于改进装载工作机械的铲斗的效率。本发明的各种方面包括以独立权利要求中阐述的内容为特征的方法、设备、工作机械和计算机程序产品。本发明的各种实施方式在从属权利要求中公开。

根据第一方面，提供了一种从材料堆将材料装载到工作机械的铲斗的方法，该方法包括：选择将要用作基础控制曲线的控制曲线，该控制曲线包括根据工作机构相对参考位置行进的距离对工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；在将材料装载到铲斗的同时，获得工作机械行进的距离的信息；在装载期间，检查关于工作机械的至少一个条件；基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于铲斗和悬臂中的至少一个；以及如果是，则选择所述另一个位置。

根据第二方面，提供了一种布置用以开始从材料堆将材料装载到工作机械的铲斗的设备；该设备适合于：

a)选择将要用作基础控制曲线的控制曲线，该控制曲线包括根据工作机构相对参考位置行进的距离对工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；

b)在将材料装载到铲斗的同时，获得工作机械行进的距离的信息；

c)在装载期间，检查关于工作机械的至少一个条件；

d)基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于铲斗和悬臂中的至少一个；以及

e)如果步骤e)指示将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于铲斗和悬臂中的至少一个，则选择所述另一个位置。

根据第三方面，提供了一种存储在非暂时性存储介质上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于执行从材料堆将材料装载到工作机械的铲斗的计算机程序代码，其中该计算机程序代码在由处理器执行时使设备：

a)选择将要用作基础控制曲线的控制曲线，该控制曲线包括根据工作机构相对参考位置行进的距离对工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；

b)在将材料装载到铲斗的同时，获得工作机械行进的距离的信息；

c)在装载期间，检查关于工作机械的至少一个条件；

d)基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于铲斗和悬臂中的至少一个；以及

e)如果步骤e)指示将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于铲斗和悬臂中的至少一个，则选择所述另一个位置。

根据第四方面，提供了一种可远程操作的工作机械，包括与悬臂附接在一起的铲斗，用于从材料将材料堆装载到铲斗，其中该工作机械包括：

-将要用作基础控制曲线的控制曲线，该控制曲线包括根据工作机械相对参考位置行进的距离对工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；

-在将材料装载到铲斗的同时获得工作机械行进的距离的信息的装备；

-条件监测装备，用于监测关于工作机械的至少一个条件；

-控制单元，其适合于：

-在装载期间，检查关于工作机械的至少一个条件；

-基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于铲斗和悬臂中的至少一个；以及

-如果确定指示将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于铲斗和悬臂中的至少一个，则选择所述另一个位置。

一些有利的实施方式在从属权利要求中限定。应理解，从属方法权利要求中的特征可以通过设备、工作机械和/或计算机程序产品应用。

本发明的这些及其它方面以及与此相关的实施方式鉴于下面进一步的实施方式的详细公开而变得明显。

附图说明

下面，将参考附图更详细地描述本发明的各种实施方式，在附图中：

图1显示了作为适合于实施本发明的实施方式的工作机械的示例的装载设备的示意图；

图2示出了工作机械从起始点移动到达材料堆的路线的示例；

图3显示了根据本发明的实施方式的工作机械的铲斗和悬臂的运动方向的示意图；

图4显示了根据本发明的第一实施方式的方法的流程图；

图5显示了根据本发明的第二实施方式的方法的流程图；

图6显示了根据本发明的第三实施方式的方法的流程图；

图7a和图7b示出了基础控制曲线的示例；

图8示出了在工作机械的操作期间控制曲线的变化的示例；以及

图9显示了根据本发明的示例性实施方式的控制单元的示意图。

具体实施方式

目前公开的实施方式特别地适用于在采矿工业、建筑工地等使用的各种可远程操作的工作机械，其适合用于装载、运输和卸载开凿出来的材料或其它散装材料。这种工作机械的具体示例是包括与悬臂附接在一起的铲斗的装载装备。例如，开凿的材料可以是在地面操作区域或地下操作区域中开凿出来的岩石。在该上下文中，术语“岩石”应被宽泛地理解为也涵盖巨石、岩石材料、硬表层和其它相对硬的材料。

图1显示了工作机械100的示例，其包括可移动的载体102、一个或多个悬臂104和以可枢转的方式或其它可移动的方式附接到一个或多个悬臂104的铲斗106。例如，铲斗106可以联接到工作机械的两个悬臂104。附接件可以包括枢轴，其中铲斗106可以相对于枢轴转动。工作机械100还包括用于向上和向下移动悬臂104的第一致动器108，以及用于转动铲斗106的第二致动器110，如在本说明书中稍后描述的那样。致动器108、110可以是液压和/或电操作的致动器，或者可以由某种其它的能量源操作。此处，还应注意，第一致动器108和/或第二致动器110可以在实践中包括多于一个的致动器。钻岩设备典型地包括用于产生操作设备的各种部件的液压压力的多个泵128，比如移动工作机械100、提升悬臂104、转动铲斗106等。作为液压泵的代替或补充，工作机械100可以包括一个或多个其它的能量源，比如蓄能器、氢气罐、燃料罐等。

工作机械100可包括发动机130，发动机130可以由液压泵128驱动，或者其可以例如是燃烧发动机或电动发动机。来自发动机130的动力可以通过曲轴132直接地或经由齿轮箱(未显示)提供到轮子134。

工作机械100还包括布置用以控制工作机械100的致动器的至少一个控制单元114，该致动器布置在第一控制系统中。控制单元114可以是计算机或相应的装置，并且其可以包括具有显示装置的用户接口以及用于向控制单元114提供命令和信息的控制装置。控制单元114及其用户接口可以位于钻岩设备100的驾驶室116内。

而且，装载设备100可以具有数据传送单元118，利用该数据传送单元118，控制单元114可以利用由基础站120提供的无线连接建立与装载设备100外部的第二控制系统122的数据传输连接。第二控制系统可以驻留在可以布置在矿外面的控制站124处。控制系统可以是配备有合适的软件的计算机。远程操作员可以经由无线连接监测和控制装载设备100的操作。

图9显示了控制单元114的示例性实施方式的示意图。控制单元114可以包括用于执行计算机代码的处理器140、用于存储计算机代码、数据等的存储器142、与诸如导航系统146的控制单元的外围设备通信的接口144、距离测量单元148、打滑检测系统150、用于控制致动器108、110、液压泵128、发动机130等的输出单元152、用于显示信息的显示器154、用于接收指令的输入装置156、数据传送单元118等。

图1和图9是简化图，并且采矿车辆比如装载设备100的控制系统可以包括用于实施不同的控制功能的若干个单元。采矿车辆的控制系统可以是由例如连接到CAN(控制器局域网络)总线并且管理机械的所有测量和控制的模块组成的分布式实体。控制站124的信息系统还可以包括一个或多个服务器、数据库、操作员工作站和与其它网络和系统的连接。

图1的工作机械100和图9的控制单元114在本文仅作为其中本文公开的实施方式可以被实施的车辆和控制单元的示例公开。这些实施方式同样适用于任何其它装载车辆和控制单元。

在一实施方式中，控制单元114获得关于工作机械100相对工作机械100外的源行进的距离的信息。例如，矿可以设有距离测量单元、近程传感器等，这些距离测量单元、近程传感器等可以向控制单元114发送工作机械100的位置的信息，其中控制单元114可以使用该信息确定工作机械100行进的距离，或者所述源可以向控制单元114提供该信息。

在一实施方式中，控制单元114可以处在工作机械100外部，其中工作机械100可以具有或可以不具有这样的控制单元114。

采矿车辆的控制系统可以包括定位系统或单元。各种方法可用于确定采矿车辆的位置，例如，根据采矿车辆是在地面钻凿还是在地下钻凿来确定。在地面钻凿中，可以使用卫星导航，比如GPS系统，以便以足够的精确度确定采矿车辆的位置和定向。

在地下钻凿中，可以利用例如视距测量过程来确定采矿车辆的位置。带有预先确定位置的足够数量的导航点，例如，在待开凿的隧道中，被用于将视距仪链接到待使用的xyz坐标系。采矿车辆设有目标，该目标的位置关于采矿车辆的坐标系的原点已经被确定。视距仪用于连续地测量目标的xyz坐标。此外，材料堆的至少一个点可以在导航水平中被确定。基于这些数据，可能地结合曲率表和采矿车辆的倾斜度，采矿车辆可以确定其位置和材料堆的位置和定向。

用于确定采矿车辆的位置的另一个可能方法是基于航位推算定位，其中当前位置可以通过使用之前确定的位置和采矿车辆已经从之前确定的位置移动的距离和方向的信息来估计。移动方向可以通过使用例如陀螺仪来获得，并且距离可以例如从里程表或由激光扫描仪提供的信息来获得。在使用航位推算定位方法期间可能出现的错误可以例如通过利用地下钻凿场所的环境模型和壁轮廓来校正。

此外，与是否使用卫星导航、视距测量过程或其它合适的方法来确定采矿车辆的位置无关，采矿车辆及其子单元(比如具有其铲斗106和悬臂104的工作机械100)可以设有足够数量的传感器，比如陀螺仪、罗盘传感器、倾斜仪、旋转编码器、线性编码器和加速度计，以确保铲斗装载和驱动过程的足够定位精确度。结果是，当以足够精确度导航的采矿车辆执行铲斗装载过程时，可以为工作机械100、铲斗106和悬臂104获得足够精确的位置。

因此，采矿车辆的操作可以被远程控制和监测，以及被至少部分地自主地自动执行。

图2示出了操作工作机械100来装载铲斗106的原理。此处，工作机械100可以从位于操作区域206外的远程控制站124来监测和控制。在地下矿井中，远程控制站可以例如定位在地面表面上或远离矿井的位置，由此多个摄像机210、212可以设置在操作区域中，以监测操作。而且，工作机械100可以设有一个或多个摄像机。由摄像机捕捉的视图被传输到远程控制站。在地面矿中，远程控制站可以例如设置在比如运货车的车辆中，其中控制站包括配备有必要的用户接口的计算机，比如配备有一个或多个显示器和合适的软件。

无线数据连接在远程控制站124和工作机械100之间建立。工作机械100可以经由无线连接向控制站间歇地发送描述工作机械100的操作的各种传感器数据和视频。远程操作员可以监测和控制工作机械100的操作。

现在简单地描述一些术语。控制曲线包含根据相对参考位置的距离对工作机械100的铲斗106和/或悬臂104的期望位置的信息。存在铲斗106和悬臂104两者共用的一个或多个控制曲线，或者存在因此可以分别被称为铲斗控制曲线和悬臂控制曲线的分开的控制曲线。一组控制曲线包括若干个控制曲线，其中在该组中的控制曲线中的一个还可以被称为基础(或默认或主要)控制曲线。定义了在距参考位置的相同的距离处比基础控制曲线高的用于铲斗或悬臂的位置的控制曲线可以被称为在基础控制曲线的上方的控制曲线，相应地，定义了比基础控制曲线低的用于铲斗或悬臂的位置的控制曲线可以被称为在基础控制曲线的下方的控制曲线。在本申请中，指示比另一个铲斗控制曲线高的铲斗位置的铲斗控制曲线也可以被称为较高的铲斗控制曲线。相应地，指示比另一个铲斗控制曲线低的铲斗位置的铲斗控制曲线也可以被称为较低的铲斗控制曲线。对应地，在本申请中，指示比另一个悬臂控制曲线高的悬臂位置的悬臂控制曲线也可以被称为较高的悬臂控制曲线，且指示比另一个悬臂控制曲线低的悬臂位置的悬臂控制曲线也可以被称为较低的悬臂控制曲线。

图2示出了工作机械100可以从起始点202移动以到达材料堆204的路线200的示例。参考数字208描述了将开始装载且用作参考位置的位置。

现在，根据本发明的一方面，图4示出了用于装载铲斗的方法的示例。在该示例中，存在一组铲斗控制曲线和一组悬臂控制曲线。在该组铲斗控制曲线中的所有铲斗控制曲线可以具有基本上相互类似的形式，或者它们可以在形式上不同，并且它们指示与由另一铲斗控制曲线指示的相应的铲斗位置相距一定距离的铲斗位置。相应地，在该组悬臂控制曲线中的所有悬臂控制曲线可以具有基本上相互类似的形式，或者它们可以在形式上不同，并且它们指示与由另一悬臂控制曲线指示的相应的悬臂位置相距一定距离的悬臂位置。此外，控制曲线的值可以被限制在铲斗和悬臂的运动极限内。换句话说，铲斗控制曲线不包括超出铲斗运动限制的值，并且悬臂控制曲线不包括超出悬臂运动限制的值。

可以具有针对位置特定的控制曲线。还可以根据工作机械100将被操作或正在操作所处的环境来定义铲斗和悬臂的运动极限。例如，可能发生的情形是隧道或矿的坑顶可以限定铲斗106和悬臂104被允许升高的最高点。换句话说，优选的是，铲斗106和悬臂104将不接触坑顶。环境(例如，隧道或矿)的高度可以改变，其中极限也可以在环境的不同位置改变。

在方法的一实施方式中，从该组铲斗控制曲线中选择400一个铲斗控制曲线，并且从该组悬臂控制曲线中选择402一个悬臂控制曲线。控制曲线的选择可以基于关于工作机械100的某些参数、待装载的材料的性能、工作机械100的操作环境等。作为非限制性示例，不同种类的控制曲线可以已经被准备用于不同种类的材料和/或不同尺寸的材料堆和/或不同种类的矿、开凿场所、建筑工地等。

工作机械100可以不会开始就定位在待装载的材料堆旁边，其中工作机械100是沿着材料堆被驱动404。这可以例如通过控制单元114来执行，控制单元114可以利用工作机械100的环境信息、材料堆204的位置信息和工作机械100的位置信息。可替代地或此外，到材料堆204的路线的信息可以已经被提供给(存储到)控制单元114，使得控制单元114可以控制工作机械100的运动以跟随路线。

一旦工作机械100已经到达材料堆附近，则工作机械100的位置可以被存储406到存储器，作为参考位置208。换句话说，在该示例中，参考位置208是当工作机械100在材料堆前面时的工作机械100的位置。应注意，参考位置不需要被表示为工作机械100的绝对位置，而还可以使用表示位置的另一种方式来使控制单元能够确定工作机械100在装载期间已经从参考位置移动了多远。

控制单元可以指令工作机械100开始装载408。这意味着工作机械100的动力传输开始，并且用于移动工作机械100的轮子或其它元件尝试朝向材料堆204移动工作机械100，其中铲斗106开始从材料堆204收集材料。在装载期间，工作机械100行进的距离被测量410。以某些时间间隔，铲斗和悬臂的当前位置与在距参考位置的测量距离处由铲斗控制曲线和相应地悬臂控制曲线提供的位置指示相比较412。该信息然后可以用于确定是否调节414铲斗和/或悬臂的位置，以符合由所选择的铲斗控制曲线/悬臂控制曲线指示的位置。控制单元还在装载期间检查416关于工作机械的一个或多个条件。如果检查的条件中的任何条件揭示装载没有按其应该的进行，则控制单元可以检查418是否另一个控制曲线是可利用的，且如果是，则决定选择419另一控制曲线用于铲斗和/或悬臂并且继续操作，例如从步骤410继续操作。决定使用哪一个控制曲线尤其取决于所检查的条件。接下来，将描述条件的某些非限制性示例。

如果在步骤418中的检查揭示再也没有控制曲线可利用，则控制单元可以检查420工作机械是否能够向前移动。如果是，则控制单元可以指令422工作机械驱动到排料位置。

另一方面，如果在步骤416中确定装载看起来按照其应该的进行，则控制单元可以检查417铲斗是否已经充满，且如果是，则控制单元可以指令422工作机械驱动到排料位置。否则，控制单元可以继续铲斗的装载，例如通过重复步骤410的操作。

控制单元114或某个其它实体可以接收来自一个或多个速度传感器的信息，以测量工作机械的速度。除速度传感器136之外或代替速度传感器136，工作机械的速度可以基于工作机械100的位置数据来测量。例如，工作机械100可以包括一个或多个扫描仪126，比如激光扫描仪，其可以提供适合用于在速度测量中使用的信息。合适的装备的另一个示例是定位设备，比如GPS接收器(全球定位系统)和视距仪。如果测量的速度指示工作机械100已经停止移动，则可以选择另一个铲斗控制曲线，使得铲斗106将向上移动(即，可以选择较高的铲斗控制曲线)。如果工作机械100仍没有移动，则可以选择进一步较高的铲斗控制曲线，直到工作机械再次开始移动为止，或者直到任何较高的铲斗控制曲线不存在为止，或者铲斗106已经到达其最高容许位置。如果任何较高的铲斗控制曲线不存在，或者铲斗106已经达到其最高容许位置，则装载可以被停止，或者可以尝试另一个悬臂控制曲线，以解决该情形。

还可能发生的是，工作机械100没有完全停止，但是工作机械100的速度变得太慢，即低于第一速度阈值。如果是，则可以选择另一个铲斗控制曲线，使得铲斗将向上移动(即，可以选择较高的铲斗控制曲线)。如果工作机械100仍旧移动太慢，可以选择进一步更高的铲斗控制曲线，直到工作机械的速度升高到第一速度阈值之上为止。

另一方面，如果测量的速度指示工作机械100的速度变得太高，即，超出第二速度阈值，则可以选择另一个铲斗控制曲线，使得铲斗将向下移动(即，可以选择较低的铲斗控制曲线)。如果工作机械100仍移动太快，可以选择进一步更低的铲斗控制曲线，直到工作机械的速度低于第二速度阈值为止。

控制单元114可以接收工作机械100的轮子的旋转速度的信息。如果该信息揭示在工作机械100的两个或更多个轮子的旋转速度存在差异，则控制单元114可以确定至少一个轮子打滑，这可意味着由材料堆对工作机械100引起的力太高。因此，控制单元可以通过选择铲斗106的较高位置来改变该情形。在该示例中，可以选择较高的铲斗控制曲线。

轮子的打滑也可能以每一个轮子的旋转速度几乎相同但是工作机械100的速度为零或几乎为零这样的方式发生。同样，在该情形中，可以选择较高的铲斗控制曲线。

控制单元114也可以接收铲斗106的位置的信息。因此，控制单元114可以在指令铲斗移动致动器将铲斗106移动到由铲斗控制曲线指示的较高位置之后，检查铲斗是否已经达到较高位置。如果检查揭示铲斗不能够移动到较高位置，则控制单元114可以尝试通过选择较低的悬臂控制曲线以向下移动悬臂来解决这个问题。如果铲斗仍旧不能够达到较高位置，则装载可以被停止，或者悬臂可以被移动到进一步更低的位置。

如上面提到的，当铲斗变满时，或者当铲斗控制曲线和/或悬臂控制曲线的变化不能够使工作机械100进一步移动时，铲斗106的装载可以被停止。然后，工作机械100可以被驱动422到排料位置，以清空铲斗106，且如果需要，则可以开始新的装载操作。

此处，应注意，检查铲斗是否充满不需要在图4指示的位置处进行，而是其也可以在另一个阶段执行。还可能的是，控制单元可以在装载过程中的几个不同的阶段检查铲斗的充满度。

在一实施方式中，当控制单元已经确定装载应被停止时，例如因为铲斗106已经充满或工作机械100不能够继续装载操作，则可以对工作机械100称重，以确定装载到铲斗106的材料的重量。该信息然后可以用于决定是否尝试继续装载操作，或者将工作机械100驱动到排料位置，以使铲斗106排料，或者呼叫操作员例如开始工作机械100的手动操作，或者执行某些其它动作，以解决自动装载中的可能问题。

在另一个示例实施方式中，不需要该组不同的铲斗控制曲线和该组不同的悬臂控制曲线，而是仅一个铲斗控制曲线和一个悬臂控制曲线可以是足够的，其中如果确定铲斗和/或悬臂的位置需要以与由控制曲线指示的不同的方式改变，则可以使用一个或多个偏移值而不是较高的和较低的控制曲线，如接下来参考图5解释的那样。

如果确定500铲斗106需要被升高到较高位置，则第一偏移值可以被添加502到由控制曲线指示的铲斗位置数据，并且铲斗106的位置被相应地调节508。另一方面，如果确定504铲斗106需要被降低到较低位置，则第一偏移值可以被从由控制曲线指示的位置数据减去506，并且铲斗106的位置被相应地调节508。类似地，如果确定悬臂104需要被升高510到较高位置或者降低512到较低位置，则第二偏移值可以被添加514到由控制曲线指示的悬臂位置数据或者被从由控制曲线指示的悬臂位置数据减去516，并且悬臂104的位置被相应地调节518。因此，在该实施方式中仅需要一个控制曲线。

此处，应注意，在不同的步骤中可以使用不同的偏移值。例如，当铲斗106要被升高到比控制曲线指示的高时，可以使用一个偏移值，并且当铲斗106要被降低到比控制曲线指示的低时，代替地可以使用另一个偏移值。

当铲斗106或悬臂104的位置被调节进一步远离由控制曲线限定的位置时，在每一个变化处增量/减量可以是恒定的，即，偏移值被添加N次，其中N是大于1的整数值，或者增量/减量可以不相同。例如，第一增量/减量可以等于偏移值，但是下面的增量/减量可以小于或大于偏移值。为说明这一点，将在下面更详细描述操作。

让我们假定铲斗106和悬臂104遵循基础控制曲线，即当工作机械100向前朝向材料堆204移动时，它们按照由基础控制曲线指示的位置定位。如果在某一状态确定装载可能遵循基础控制曲线不能继续，则铲斗106和/或悬臂104的位置可以通过将偏移值添加到控制曲线值/从控制曲线值减去偏移值来调节。如果该变化不能够继续装载，则铲斗106和/或悬臂104的位置可以仍通过将偏移值两次添加到控制曲线值/从控制曲线值两次减去偏移值来调节，或者通过将偏移值乘以因子K(K>1)地添加到控制曲线值/将偏移值乘以因子K(K>1)地从控制曲线值减去来调节。应注意，对于铲斗106和悬臂104的调节，偏移值和乘数因子K不需要是相同的。

当指令致动器移动铲斗106和/或悬臂104，以确定铲斗106和/或悬臂104是否已经达到其目标位置时，控制单元114可以接收来自致动器(或者来自指示铲斗/悬臂的位置数据的传感器)的反馈。因此，控制单元114也可以使用该信息来确定是否铲斗106或悬臂104不能够达到目标位置。铲斗106和悬臂104的移动需要一些时间。因此，为避免错误指示，可能需要在分别向致动器发送指令以改变铲斗106或悬臂104的位置和获得铲斗106或悬臂104的实际位置之间限定一个时间延迟。

可能发生的是，在控制曲线中存在相对较大的步进(铲斗/悬臂的位置的变化)。因此，铲斗106或悬臂104可能不能非常快速地改变其位置，其中控制单元114可能错误地推断铲斗/悬臂已经卡住且可能需要校正操作。在这种情形中，大的步进可以被分成多个较小步进，例如通过内插，并且/或者可以增加上述的时间延迟。

下面，将参考图6示出另一实施方式。在此情形中，相同的控制曲线可以用于铲斗和悬臂，而不是使用分开的控制曲线。在此情形中，控制曲线包括相对参考位置的铲斗和悬臂两者的位置数据。初始地，当装载开始时，选择600基础控制曲线。在装载期间，相应地调节602铲斗和悬臂的位置，直到确定铲斗和/或悬臂的位置需要以与控制曲线指示的不同的方式改变为止。在这种情形中，如果确定604铲斗需要被升高到较高位置，则第一偏移值可以被添加606到由控制曲线指示的铲斗位置数据，并且相应地调节608铲斗的位置。另一方面，如果确定610铲斗需要被降低到较低位置，则第一偏移值可以被从由控制曲线指示的铲斗位置数据减去612，并且相应地调节608铲斗的位置。类似地，如果确定悬臂需要被升高614到较高位置或降低620到较低位置，则第二偏移值可以被添加616到由控制曲线指示的铲斗位置数据或者被从由控制曲线指示的铲斗位置数据减去620，并且相应地调节618悬臂的位置。因而，在该实施方式中仅需要一个控制曲线。

例如，铲斗和悬臂位置数据可以在控制曲线中被表达为极限位置的百分比。然而，应注意，铲斗和悬臂控制数据可以以许多不同的方式定义。

在上述示例中，铲斗的位置被表示为相对于参考位置的旋转角度。参考位置可以是在开始装载铲斗时铲斗被定位所处的位置。例如，参考位置可以是零度，即，铲斗的底部处于水平方向。增加铲斗的位置可意味着铲斗以铲斗的前边缘向上移动(图3中用箭头U指示)的方式旋转，并且减小铲斗的位置可意味着铲斗以铲斗的前边缘向下移动(图3中用箭头D指示)的方式旋转。当悬臂被升高或降低时，工作机械可以尝试将铲斗106相对于地面的对准保持为相同。因此，改变悬臂104的位置也可以造成铲斗106相对于悬臂104的角度位置的变化。

在图7a和图7b中，示出了控制曲线的一些示例，x坐标代表距参考位置(x＝0)的距离，并且y坐标代表铲斗/悬臂的相对位置，使得值0％指铲斗/悬臂的最低可能位置，且值100％指铲斗/悬臂的最高可能位置。在图7a和图7b中，参考数字702指示铲斗控制曲线，并且参考数字704指示悬臂控制曲线。

图8示出了在工作机械操作期间，铲斗控制曲线的变化的示例。所选择的基础铲斗控制曲线用线802示出，在基础铲斗控制曲线的上方的铲斗控制曲线用线804示出，并且在基础铲斗控制曲线的下方的铲斗控制曲线用线806示出。线808示出在装载期间的不同的时刻下的所选择的铲斗控制曲线。箭头810指示铲斗控制曲线已经被改变的位置。可以看到，以基础铲斗控制曲线开始装载。在距离0.4m处，在基础铲斗控制曲线的上方的铲斗控制曲线已经投入使用。在距离0.8m处，在基础铲斗控制曲线的下方的铲斗控制曲线已经投入使用。在距离1.3m处，基础铲斗控制曲线已经再次开始投入使用。

除铲斗位置和悬臂位置之外，一些其它参数也可以通过控制曲线控制。例如，在一实施方式中，发动机130的功率和/或工作机械100的轮子134的空气压力可以被控制，以便提高装载效率。作为示例，如果检测到工作机械100即将停止，则可以控制发动机130，以增加功率，并且如果工作机械100没有开始移动，则铲斗106和/或悬臂104的位置可以被改变。另一方面，如果检测到轮子134中的一个或多个开始打滑，则可以控制发动机130，以减小功率，或者轮子134的压力可以被改变，并且如果轮子134仍打滑，则铲斗106和/或悬臂104的位置可以被改变。

接下来，更详细地描述形成将要用作基础控制曲线的控制曲线和悬臂控制曲线的示例性实施方式。在该实施方式中，针对铲斗和悬臂形成分开的控制曲线，即，形成铲斗控制曲线和悬臂控制曲线。控制曲线通过利用工作机械100执行教学驱动来形成，其中控制设备可以从执行学习过程的操作员和工作机械的传感器来接收信息，以特别是确定在学习过程期间的不同时刻下的铲斗106的位置、悬臂104的位置和工作机械100的位置。操作员通过邻近材料堆驱动工作机械100来开始学习过程，其中操作员通知控制设备工作机械现在处于参考位置。因此，控制设备可以确定当前位置并且将它存储为参考位置。此外，操作员将铲斗106和悬臂104移动到期望位置，以开始学习过程。该位置不需要是铲斗106和/或悬臂104的最低位置，而是也可以是操作员例如基于他/她之前利用这种工作机械100的装载过程的经验发现合适的另一个位置。接下来，如果需要，则操作员开始移动工作机械100并且调节铲斗106和悬臂104的位置。控制设备接收关于工作机械的位置的信息和铲斗106和悬臂104的位置的变化的信息。因此，控制设备可以通过存储位置值和相应的位置值(参照参考位置)形成控制曲线。这些值可以例如以固定的距离间隔来存储，即：每当工作机械向前移动一定量时，存储关于铲斗/悬臂的位置的新的值，或者当铲斗/悬臂已经改变得多于一定阈值时，可以存储新的值。这些值可以作为x、y值的表存储，或者作为另一合适的指示被存储。可以重复存储值的过程，例如直到工作机械100已经移动足够长的距离以填充铲斗106为止，或者直到操作员有其它原因结束学习过程为止，例如，工作机械100已经达到材料堆的另一端。存储的值代表铲斗控制曲线和悬臂控制曲线。因此，一个非常有经验的操作员的技能可以在一组工作机械上在一个或多个场所被利用，或者操作员可以对他们她们正在管理的工作机械设定他们/她们自己的个人曲线。

上述“通过学习而教学”过程可以被重复，并且例如可以计算不同的教学驾驶的控制曲线的平均值，其中所述平均值可以用于定义控制曲线。

还可以通过使用不同种类的材料重复上述“通过学习而教学”过程，其中例如利用不同种类的材料的不同教学驾驶的控制曲线的平均值可以代表控制曲线，或者可以为在教学驾驶期间使用的每一种材料形成单独的基础控制曲线。

在另一个示例中，可以通过用计算机编程来形成基础控制曲线。操作员可以例如使用图形用户界面和合适的软件，利用图形用户界面和合适的软件，他/她可以绘制出在显示器上示出控制曲线的曲线，并且软件将绘制的曲线转换成控制曲线，以存储在工作机械100的控制设备的存储器142内。

在一组或多组控制曲线已经被形成的实施方式中，组中的每一个控制曲线可以基于基础控制曲线被形成。例如，在基础控制曲线的上方的控制曲线可以通过给基础控制曲线的值添加某一值或值的倍数来形成，并且在基础控制曲线的下方的控制曲线可以通过给基础控制曲线的值减去某一值或值的倍数来形成。然而，在形成控制曲线组中也可以实施其它类型的原理。

还可以为不同种类的材料构建许多基础控制曲线。例如，一个基础控制曲线可以针对矿石形成，另一个基础控制曲线可以针对碎石形成，又一个基础控制曲线可以针对沙等形成。因此，工作机械100的操作员可以在与待装载的材料相对应的若干个控制曲线之中选择基础控制曲线。

在一实施方式中，如果工作机械的操作员检测到所选择的基础控制曲线不适合用于装载材料，则操作员可以选择另一个控制曲线作为在装载期间的基础控制曲线。

在一实施方式中，可以在使用期间获得关于控制曲线的效能的反馈。例如，工作机械的操作员可以注意到哪一个控制曲线是对某种材料最合适的，其中该控制曲线可以被定义为代表该材料的优选的基础控制曲线。作为另一个示例，在使用期间关于控制曲线的效能的反馈可以累积地从不同的使用情形来获得，其中可以推断出哪一种控制曲线已经被检测用以最适合用于某种材料的装载。

在一实施方式中，可以基于实际使用情形获得反馈，使得控制曲线可以适合于使它们更好地适合于某种材料。工作机械的操作员可能注意到，已经被选择的控制曲线没有正确地工作，其中操作员可以调节控制曲线的某些部分。然后，控制曲线的调节的信息可以被提交到控制曲线已经被存储所处的位置，例如控制室，且控制曲线可以被相应地调节。

在一实施方式中，控制曲线可以是可配置的，例如使得更多条件/参数可以被添加到现有的条件/参数，和/或可以在控制曲线使用时选择哪些条件/参数应被考虑。这样，控制曲线可以在装载期间适合于不同的种类或装载场所和事件。

显示器154可以用于向工作机械100的操作员显示控制曲线。因此，例如，操作员可以检测到在某一位置需要某种运动，其中如果需要，则该信息可以用于相应地调节控制曲线。作为另一个示例，如果操作员注意到控制曲线可能需要某些改变，则操作员可以使用输入装置156来调节在显示器154上显示的控制曲线。

本领域技术人员理解，任何上述实施方式可以作为与其它实施方式的一个或多个的组合来实施，除非明确或隐含地阐述某些实施方式仅是彼此的替代。

本发明的各种实施方式可以借助于存在于存储器中且使相关设备执行本发明的计算机程序代码实施。例如，工作机械可以包括用于操纵、接收和传输数据的电路和电子器件、存储器中的计算机程序代码，以及当运行计算机程序代码时使机械执行实施方式的特征的处理器。

本发明的各种实施方式可以作为工作机械中的共同功能模块来实施，这些模块因此优选地是可替换的。模块可以作为硬件、软件或它们的组合实施。作为工作机械100的替代或补充，操作元件中的某些可以位于工作机械100外部，例如在控制站124的计算机中。

明显的是，本发明不是仅限于上面给出的实施方式，而是本发明可以在所附权利要求书的范围内进行修改。

Claims (29)

1.一种控制从材料堆将材料装载到工作机械的铲斗的方法，所述方法包括：

a)选择将要用作基础控制曲线的控制曲线，所述控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；

b)在将材料装载到所述铲斗的同时，获得所述工作机械行进的距离的信息；

c)在装载期间，检查关于所述工作机械的至少一个条件；

d)基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和所述悬臂中的至少一个；以及

e)如果是，则选择所述另一个位置。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在开始步骤b之前朝向所述材料堆驱动所述工作机械；以及将所述参考位置设定为与所述工作机械的位置相对应。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述基础控制曲线基于待装载的材料的类型来选择。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中已经定义了一组控制曲线，并且其中从所述一组控制曲线中选择所述基础控制曲线。

5.根据权利要求4所述的方法，其中对于所述一组控制曲线中的控制曲线已经定义了分级结构，其中在所述分级结构中，一个或多个控制曲线至少存在于所述基础控制曲线的上方或下方，另外其中所述方法还包括选择一控制曲线，该控制曲线是所述分级结构中处在所述基础控制曲线的上方或下方的控制曲线。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中关于所述工作机械的所述至少一个条件包括以下中的至少一种：

所述工作机械的速度；

所述工作机械的两个或更多个轮子的速度的差异；

所述工作机械的一个或多个轮子的打滑；

所述铲斗不能够移动到由所述控制曲线指示的位置。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法包括以下中的一个或多个：

所述工作机械停止向前移动，其中在由当前的铲斗控制曲线指示的位置的上方的位置被选择用于所述铲斗，直到所述工作机械开始向前移动为止，或者直到在当前的位置的上方再也没有铲斗位置存在为止；

所述工作机械的速度减慢到第一阈值之下，其中在由当前的铲斗控制曲线指示的位置的上方的位置被选择用于所述铲斗；

至少一个轮子打滑，其中在由当前的悬臂控制曲线指示的位置的上方的位置被选择用于所述悬臂，且在由当前的铲斗控制曲线指示的位置的下方的位置被选择用于所述铲斗；

所述工作机械的速度超出第二阈值，其中在由当前的铲斗控制曲线指示的位置的下方的位置被选择用于所述铲斗；

所述铲斗未升高到由所选择的控制曲线指示的位置，其中在由当前的悬臂控制曲线指示的位置的下方的位置被选择用于所述悬臂。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述基础控制曲线已经通过利用所述工作机械执行教学驾驶并且存储关于在距所述基础控制曲线的不同的距离处所述铲斗或所述悬臂或者两者的位置的信息而形成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述基础控制曲线已经通过利用计算机编程而形成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述一组控制曲线中的至少一部分控制曲线具有的形式类似于所述基础控制曲线的形式。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一组控制曲线已经通过将偏移值添加到所述基础控制曲线的值或从所述基础控制曲线的值减去偏移值而由所述基础控制曲线形成。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述控制曲线包括铲斗控制曲线和悬臂控制曲线。

13.根据权利要求12所述的方法，包括：

从一组铲斗控制曲线中选择将要用作基础铲斗控制曲线的铲斗控制曲线，所述基础铲斗控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的铲斗的位置的指示；

从一组悬臂控制曲线中选择将要用作基础悬臂控制曲线的悬臂控制曲线，所述基础悬臂控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的悬臂的位置的指示；

在将材料装载到所述铲斗的同时，测量所述工作机械行进的距离；

基于所选择的控制曲线和所测量的距离，确定是否调节所述铲斗和所述悬臂中的至少一个的位置；

在装载期间，检查关于所述工作机械的至少一个条件；

基于检查的条件，确定是否为所述铲斗或所述悬臂或为两者选择另一个控制曲线；以及

如果是，则为所述铲斗或所述悬臂或两者选择另一个控制曲线。

14.根据权利要求13所述的方法，其中

在所述基础铲斗控制曲线的上方的铲斗控制曲线指示在距所述参考位置相同的距离处，比所述基础铲斗控制曲线指示的铲斗位置高的铲斗位置，

在所述基础铲斗控制曲线的下方的铲斗控制曲线指示在距所述参考位置相同的距离处，比所述基础铲斗控制曲线指示的铲斗位置低的铲斗位置，

在所述基础悬臂控制曲线的上方的悬臂控制曲线指示在距所述参考位置相同的距离处，比所述基础悬臂控制曲线指示的悬臂位置高的悬臂位置，以及

在所述基础悬臂控制曲线的下方的悬臂控制曲线指示在距所述参考位置相同的距离处，比所述基础悬臂控制曲线指示的悬臂位置低的悬臂位置。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述方法包括在步骤d中的以下中的一个或多个：

所述工作机械停止向前移动，其中选择在当前的铲斗控制曲线的上方的铲斗控制曲线，直到所述工作机械开始向前移动为止，或者直到在当前的曲线的上方再也没有铲斗控制曲线存在为止；

所述工作机械的速度减慢到第一阈值之下，其中选择在当前的铲斗控制曲线的上方的铲斗控制曲线；

至少一个轮子打滑，其中选择在当前的悬臂控制曲线的上方的悬臂控制曲线，且选择在当前的铲斗控制曲线的下方的铲斗控制曲线；

所述工作机械的速度超出第二阈值，其中选择在当前的铲斗控制曲线的下方的铲斗控制曲线；

所述铲斗未升高到由所选择的铲斗控制曲线指示的位置，其中选择在当前的悬臂控制曲线的下方的悬臂控制曲线。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中所述一组铲斗控制曲线已经由所述基础铲斗控制曲线形成，并且所述一组悬臂控制曲线已经由所述基础悬臂控制曲线形成。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，还包括基于所述材料堆中的材料的类型选择所述基础控制曲线。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的方法，还包括：

基于所选择的控制曲线和所测量的距离，确定是否调节所述铲斗和所述悬臂中的至少一个的位置。

19.一种布置用以开始从材料堆将材料装载到工作机械的铲斗的设备，所述设备适合于：

a)选择将要用作基础控制曲线的控制曲线，所述控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；

b)在将材料装载到所述铲斗的同时，获得所述工作机械行进的距离的信息；

c)在装载期间，检查关于所述工作机械的至少一个条件；

d)基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和所述悬臂中的至少一个；以及

e)如果步骤e)指示将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和所述悬臂中的至少一个，则选择所述另一个位置。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述设备还适合于：

在开始步骤b之前朝向所述材料堆驱动所述工作机械；以及将所述参考位置设定为与所述工作机械的位置相对应。

21.根据权利要求19或20所述的设备，其中所述设备适合于基于待装载的材料的类型来选择所述基础控制曲线。

22.根据权利要求19、20或21所述的设备，所述设备能够访问一组控制曲线，其中所述设备还适合于：

从所述一组控制曲线中选择所述基础控制曲线。

23.根据权利要求19至21中任一项所述的设备，其中已对所述一组控制曲线中的曲线限定了分级结构，其中在所述分级结构中，一个或多个控制曲线至少存在于所述基础控制曲线的上方或下方，其中所述设备还适合于：

选择一控制曲线，该控制曲线是所述分级结构中处在所述基础控制曲线的上方或下方的控制曲线。

24.一种存储在非暂时性存储介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于执行从材料堆将材料装载到工作机械的铲斗的计算机程序代码，其中所述计算机程序代码在由处理器执行时使设备：

a)选择将要用作基础控制曲线的控制曲线，所述控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；

b)在将材料装载到所述铲斗的同时，获得所述工作机械行进的距离的信息；

c)在装载期间，检查关于所述工作机械的至少一个条件；

d)基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和所述悬臂中的至少一个；以及

e)如果步骤e)指示将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和所述悬臂中的至少一个，则选择所述另一个位置。

25.一种工作机械，包括与悬臂附接在一起的铲斗，用于从材料堆将材料装载到所述铲斗，其中所述工作机械包括：

-将要用作基础控制曲线的控制曲线，所述控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的铲斗和悬臂中的至少一个的位置的指示；

-用于在将材料装载到所述铲斗的同时获得所述工作机械行进的距离的信息的装备；

-条件监测装备，用于监测关于所述工作机械的至少一个条件；

-控制单元，其适合于：

-在装载期间，检查关于所述工作机械的至少一个条件；

-基于检查的条件，确定是否将与所选择的控制曲线指示的位置的不同的另一个位置用于所述铲斗和所述悬臂中的至少一个；以及

-如果确定将与所选择的控制曲线指示的不同的另一个位置用于所述铲斗和所述悬臂中的至少一个，则选择所述另一个位置。

26.根据权利要求25所述的工作机械，其中所述控制单元还适合于使所述工作机械朝向所述材料堆驱动，以及将所述参考位置设定为与所述工作机械的位置相对应。

27.根据权利要求25或26所述的工作机械，其中所述控制单元适合于基于待装载的材料的类型选择所述基础控制曲线。

28.根据权利要求25、26或27所述的工作机械，所述工作机械能够访问一组控制曲线，其中所述控制单元还适合于从所述一组控制曲线中选择所述基础控制曲线。

29.根据权利要求25至28中任一项所述的工作机械，所述控制曲线包括铲斗控制曲线和悬臂控制曲线，其中所述控制单元还适合于：

从一组铲斗控制曲线中选择将要用作基础铲斗控制曲线的铲斗控制曲线，所述铲斗控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的铲斗的位置的指示；

从一组悬臂控制曲线中选择将要用作基础悬臂控制曲线的悬臂控制曲线，所述悬臂控制曲线包括根据所述工作机械相对参考位置行进的距离对所述工作机械的悬臂的位置的指示；

在将材料装载到所述铲斗的同时，测量所述工作机械行进的距离；

基于所选择的控制曲线和所测量的距离，确定是否调节所述铲斗和所述悬臂中的至少一个的位置；

在装载期间，检查关于所述工作机械的至少一个条件；

基于检查的条件，确定是否为所述铲斗或所述悬臂或两者选择另一个控制曲线；以及

如果是，为所述铲斗或所述悬臂或两者选择另一个控制曲线。