CN108431336A - 用于确定待从料堆移除的材料实体的系统和方法以及用于包括这种系统的工程机械的控制单元 - Google Patents

用于确定待从料堆移除的材料实体的系统和方法以及用于包括这种系统的工程机械的控制单元 Download PDF

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CN108431336A CN201580085346.9A CN201580085346A CN108431336A CN 108431336 A CN108431336 A CN 108431336A CN 201580085346 A CN201580085346 A CN 201580085346A CN 108431336 A CN108431336 A CN 108431336A
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Abstract

本发明涉及一种用于确定待通过材料移动机械(10)的工具(12)从料堆(16)移除的材料实体(32)的系统(18)。所述系统(18)包括用于生成代表料堆(16)的实际表面形状的当前料堆形状(26)的装置。此外，所述系统(18)适于确定料堆(16)的至少一部分的标称料堆形状(28)。标称料堆形状(28)是至少基于当前料堆形状(26)以及与料堆(16)的材料类型相关的信息而确定的。另外，所述系统(18)适于确定标称料堆形状(28)与当前料堆形状(26)之间的多余体积(30)，并且所述系统(18)适合基于该多余体积(30)来确定要从料堆(16)移除的材料实体(32)。

Description

用于确定待从料堆移除的材料实体的系统和方法以及用于包 括这种系统的工程机械的控制单元
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于确定待从料堆移除的材料实体(material entity)的系统。此外，本发明涉及包括这种系统的材料移动机械。另外，本发明涉及用于确定待从料堆移除的材料实体的方法。此外，本发明涉及用于从料堆移除材料的方法。
背景技术
材料移动机械可用于多个材料移动操作。此操作的一个示例是从材料堆移动材料。仅通过示例，从料堆的材料移动可在执行被处理的材料的再操作时执行。材料移动机械的非限制性的示例可以是轮式装载机、挖掘机等。
一般地，从材料堆移动材料的操作包括：利用材料移动机械的工具挖入到料堆中，至少部分地填充该工具，并且例如通过材料移动机械的移动将被移除的材料移动到另一个位置。
为了合适地挖入到料堆中并用材料填充该工具，US 2015/0046044 A1给出了一种方法，所述方法评估一组可能的工具的进入姿态，以便选择引起工具的合适填充的进入姿态。
虽然US 2015/0046044 A1中给出的方法适合于许多材料移动机械，但仍存在改进从材料堆移除材料的策略的需求。
发明内容
本发明的目的是获得一种用于确定待从料堆移除的材料实体的系统，所述系统可用于有效的材料移动操作。
上述目的通过根据权利要求1所述的系统来实现。
因此，本发明涉及用于确定待通过材料移动机械的工具从料堆移除的材料实体的系统。所述系统包括用于生成代表料堆的实际形状的当前料堆形状的装置。此外，所述系统适合于确定料堆的至少一部分的标称料堆形状(nominal pile shape)，所述标称料堆形状是至少基于当前料堆形状以及与料堆的材料类型相关的信息而确定的。
所述系统适合于确定标称料堆形状和当前料堆形状之间的多余体积。此外，所述系统适合于基于该多余体积确定待从料堆移除的材料实体。
根据以上描述的系统意味着可选择优选的进入姿态。此外，以上系统意味着在材料移除过程期间维持合适的堆形状的可能性。例如，与现有技术的解决方法相比，以上系统意味着在材料移动过程期间使料堆恶化的风险降低。这继而意味着更有效的且更有保护性的材料移动操作，特别是如果在自动操作期间从料堆移动材料的情况。
此外，通过基于标称料堆形状和当前料堆形状之间的多余体积来确定待移除的材料实体的事实，可选择材料移除策略，在所述策略中，待移除的材料至少在一定程度上滑动到工具中。这继而意味着可从料堆移除材料而不必迫使工具通过料堆以填充所述工具。替代地，工具可相对于料堆移动，并且材料将随着工具的移动而滑入到工具中。因此，可以以相对低的能耗从料堆移除材料。
可选地，与料堆的材料类型相关的信息包括对于材料类型的标称休止角(nominalangle of repose)。标称休止角意味着可以以直观的方式确定标称料堆形状。
可选地，所述系统适于确定料堆的排除部分(excluding portion)。此外，所述系统适于确定所述标称料堆形状的、在通过与料堆的材料类型相关的信息确定的方向上从排除部分延伸的部分。
一定的料堆可例如具有相对平面的部分，例如平面的顶部或从料堆的底部向着料堆的顶部延伸的斜坡，并且已认识到，如果在通过与料堆的材料类型相关的信息确定标称料堆形状的部分时排除此部分，则可改进对所述多余体积的确定。尤其是，在使用标称休止角确定标称料堆形状的部分时，可排除此部分。
可选地，所述系统适合于确定排除部分的水平主延伸方向。此外，所述系统适合于确定大致与水平主延伸方向平行的主材料移除方向。
如果料堆包括带有水平主延伸方向的排除部分，则可确定材料移除策略，所述策略考虑到此水平主延伸方向。此策略意味着获得缺陷料堆的降低的风险，所述缺陷料堆例如为带有空穴等的料堆。
此外，根据以上所述选择主材料移除方向指示了如下的材料移除，所述材料移除最终导致料堆具有相对锥形的形状，所述形状随后可以以直观的方式被移除。
可选地，所述排除部分包括通过直线或多边形近似的部分，优选是通过矩形近似的部分。通过直线或多边形近似所述排除部分意味着可以以直观的方式确定排除部分的一般形状。作为非限制性示例，排除部分包括通过矩形近似的部分。
可选地，料堆具有在竖直方向上的延伸并且料堆的排除部分被确定为在竖直延伸上位于标称料堆形状的上方。如果排除部分位于以上所述的位置中，则料堆一般具有截锥形形状。在此情况中，一般有益的是将多余体积确定为位于截锥形形状的包络面和从排除部分向下延伸到料堆的底部部分的标称料堆形状之间的体积。
可选地，料堆具有底部部分，所述系统适合于确定排除部分是否延伸到底部部分。如果排除部分延伸到底部部分，则排除部分一般形成直至料堆的斜坡。
可选地，当系统确定排除部分延伸到底部部分时，所述系统确定待从料堆移除的材料实体包括排除部分。如上文中已指示的，在本情况中，排除部分可视为沿料堆向上延伸的斜坡。在此情况中，斜坡一般具有相对于竖直轴线的斜坡倾斜，所述斜坡倾斜小于料堆材料的休止角。因此，在料堆的相关侧具有接近标称料堆形状的构造之前，斜坡的相对大量的部分可被移除。因此，这适合于通过移除斜坡的部分来开始。
可选地，所述装置包括用于生成当前料堆形状的感测组件，所述感测组件优选包括相机和激光传感器中的至少一个。相机和/或激光传感器意味着用于生成当前料堆形状的合适装置。
可选地，所述装置适合于生成代表料堆的实际形状的三维当前料堆形状，感测组件优选包括飞行时间测距相机(time-of-flight camera)、立体相机、结构光相机或被促动的激光测距仪中的至少一个。三维当前料堆形状意味着确定当前料堆形状的合适的可能性，但也意味着确定排除部分的形状的合适的可能性。例如，可确定排除部分的三维形状。
可选地，所述系统适合于在材料已从料堆移除时确定当前料堆形状和/或标称料堆形状。在材料已从料堆移除时，料堆的形状一般地改变。如此，为了能够以合适的方式确定多余体积，在材料已从料堆移除之后可重新确定当前料堆形状和标称料堆形状中的至少一个。
可选地，所述材料实体是材料体积。
可选地，所述工具具有最大材料装载容量，并且所述系统适合于也基于最大材料装载容量确定待从料堆移除的材料实体。
仅通过示例，可以想到，在系统的一个实施例中，在每一铲被移除的材料之后，更新当前料堆形状和标称料堆形状。然而，也可以想到，在系统的其他实施例中，更低频度地更新当前料堆形状和/或标称料堆形状，例如每五铲或十铲被移除的材料才更新一次。此外，在系统的实施例中，更新当前料堆形状的频度与更新标称料堆形状的频度不同。作为非限制性示例，当前料堆形状可比标称料堆形状更频繁地被更新。
本发明的第二方面涉及包括工具和根据本发明的第一方面的系统的材料移动机械。根据第二方面的材料移动机械可用于以有效的方式从料堆移除材料。
本发明的第三方面涉及用于确定待通过材料移动机械的工具从料堆移除的材料实体的方法。
所述方法包括：
–生成代表料堆的实际形状的当前料堆形状，
–确定料堆的至少一部分的标称料堆形状，所述标称料堆形状是至少基于当前料堆形状以及与料堆的材料类型相关的信息而确定的，
–确定标称料堆形状和当前料堆形状之间的多余体积，和
–基于多余体积确定待从料堆移除的材料实体。
可选地，与料堆的材料类型相关的信息包括针对该材料类型的标称休止角。
可选地，所述方法进一步包括确定料堆的排除部分和确定标称料堆形状的在通过与料堆的材料类型相关的信息确定的方向上从排除部分延伸的部分。
可选地，所述方法进一步包括确定排除部分的水平主延伸方向。此外，所述方法进一步包括确定大致与水平主延伸方向平行的主材料移除方向。
可选地，排除部分包括通过直线或多边形近似的部分。
可选地，料堆具有在竖直方向上的延伸，且所述料堆的排除部分在竖直延伸上位于标称料堆形状上方。
可选地，料堆具有底部部分，所述方法包括确定排除部分是否延伸到底部部分。
可选地，在确定排除部分延伸到底部部分时，所述方法确定待从料堆移除的材料实体包括排除部分。
可选地，料堆具有在竖直方向上的延伸，并且料堆的排除部分位于标称料堆形状的上方。
可选地，材料实体是材料体积。
可选地，工具具有最大材料装载容量，并且所述方法包括还基于最大材料装载容量确定待从料堆移除的材料实体。
本发明的第四方面涉及通过材料移动机械的工具从料堆移除材料的方法。
所述方法包括：
–使用根据本发明的第三方面的方法确定待从料堆移除的材料实体，和
–操作工具，以便从料堆移除如此确定的材料实体。
可选地，所述方法进一步包括在已从料堆移除材料时确定当前料堆形状和/或标称料堆形状。
本发明的第五方面涉及用于工程机械的控制单元，所述控制单元适于：
–生成代表料堆的实际形状的当前料堆形状，
–确定料堆的至少一部分的标称料堆形状，所述标称料堆形状是至少基于当前料堆形状以及与料堆的材料类型相关的信息而确定的，
–确定标称料堆形状和当前料堆形状之间的多余体积，和
–基于该多余体积确定待从料堆移除的材料实体。
可选地，工程机械包括工具，并且所述控制单元进一步适于将信号发送到工程机械以操作所述工具，以便从料堆移除如此确定的材料实体。
附图说明
参考附图，下文给出对于作为示例引用的本发明的实施例的更详细的描述。
在附图中：
图1是材料移动机械和料堆的示意性透视图；
图2是料堆的一个类型的示意性截面侧视图；
图3是料堆的另一个类型的示意性截面侧视图；
图4是图3的料堆的点云图像；
图5是另外的料堆类型的示意性透视图；
图6是又一个料堆类型的示意性透视图；并且
图7是方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将针对例如图1所示的轮式装载机10形式的材料移动机械来描述本发明。轮式装载机10应视为材料移动机械的示例，所述材料移动机械包括根据本发明的系统和/或根据本发明的方法可用于所述材料移动机械。
然而，也可想到的是，本发明可以以其它类型的材料移动机械实施，例如挖掘机(未示出)或推土机(未示出)。此外，应强调的是，虽然在此参考可移动的材料移动机械描述本发明，但也可想到的是，该移动机械可以是静止的移动机械。
图1中的材料移动机械10包括工具12，所述工具12在图1的实施例中被例示为铲斗。此外，材料移动机械10包括用于升高和/或倾斜工具12的促动设备14。仅通过示例，促动设备14可包括液压促动器和/或电促动器(图1中未示出)。
仅通过示例，工具12可适于相对于地面移动和/或相对于材料移动机械10的剩余部分移动，由此被装载有材料。
图1进一步图示了材料的料堆16。仅通过示例，该材料可包括砂石、砾、土壤、卵石、岩石等。在材料移除操作中，材料移动机械适于移除料堆16的一部分，或替代地，移除整个料堆16。
图1还图示了用于确定待通过材料移动机械的工具从料堆移除的材料实体的系统18。在图1中，材料移动机械10包括系统18。然而，也构思系统18可在空间上与材料移动机械10分开。仅通过示例，所述系统18或至少系统18的一部分可位于与材料移动机械10在空间上分开的静止或移动物体(图1中未示出)上。
系统18包括用于生成代表料堆16的实际形状的当前料堆形状的装置。此装置也可被称为当前料堆形状生成器。作为非限制性示例，此装置可包括用于生成当前料堆形状的感测组件。仅通过示例，感测组件可包括相机或激光传感器中的至少一个。该感测组件可用于生成料堆16的实际形状的图像，该图像随后可用于生成代表料堆16的实际形状的当前料堆形状。用于生成当前料堆形状的装置可包括堆形状生成电子控制单元19，所述形状生成电子控制单元19适于从感测组件接收信息并处理如此接收的信息，以便生成当前料堆形状。
在所述装置适于生成三维当前料堆形状的情况中，感测组件可包括飞行时间测距相机、立体相机、结构光相机或被促动的激光测距仪中的至少一个，使得可生成表面料堆16的三维图像。
为此，仅通过示例，料堆的实际形状的图像可通过料堆16的以及可选地周围区域的点云测量来生成。例如，这种点云测量可通过使用被促动的Sick LMS211激光测距仪或Velodyne HDL-64E收集的数据来确定，然后利用合适的算法记录数据，例如3D-NDT或ICP。
此外，所述点云测量也可包括点云的划分部分，以将隶属于料堆16的点隔离。WO2013043087A1中描述了此划分部分的示例。
图1的材料移动机械10被表示为带有感测组件20的两个实施方式。在第一实施方式中，感测组件20’附接到材料移动机械10。仅通过示例且如图1中图示的，材料移动机械10可包括驾驶室22，所述驾驶室22具有驾驶室顶部24，其中第一替代方案的感测组件20’的至少一部分附接到驾驶室顶部24。然而，也可想到的是，感测组件20’的第一替代实施方式可附接到材料移动机械10的其它部分，例如附接到促动设备14，或替代地附接到工具12。例如，感测组件20’可连接到工具12的最上方部分。
在感测组件的第二实施方式中，感测组件20”不附接到材料移动机械10。此外，仅通过示例，根据第二实施方式的感测组件20”在空间上与材料移动机械10分开。作为非限制性示例，根据第二替代实施方式的感测组件20”可位于静止物体(例如柱杆26等)上，或感测组件20”’可位于移动物体(未示出)上。仅通过示例，该移动物体可以是可飞行的且具有一个或多个转子的物体，例如直升机或四旋翼飞行器。
在多个材料移动机械(在图1中未图示)从同一个料堆16移除材料的情况中，这些材料移动机械可使用同一个感测组件；要么是附接到其中一个材料移动机械的感测组件20’，要么是不附接到任一个材料移动机械的感测组件20”。
在已生成料堆的实际形状的图像时，可生成代表料堆16的实际形状的当前料堆形状。仅通过示例，当前料堆形状可与表面料堆16的生成的图像相同。然而，也可想到的是，基于料堆表面的图像生成当前料堆形状。换言之，当前料堆形状可通过从料堆表面的图像获取的另外的处理信息生成。
例如，在通过料堆16的点云来测量如上所述的料堆表面的图像并且可选地通过周围区域的点云测量生成的情况中，当前料堆形状也可通过点云来形成，或替代地，当前料堆形状可通过点云的三角形化来生成，其中三角形形成在点云中的相邻的点之间。也可想到的是，当前料堆形状可通过将平滑函数应用于点云中的点被处理，使得在生成当前料堆形状时通过点云中的点形成的表面中的局部不连续性被平滑去除。
与感测组件的实施方式无关，堆形状生成电子控制单元19可优选与感测组件通信，例如通过电缆和/或通过无线通信进行。然而，在用于生成当前料堆形状的装置的实施方式中，电子控制单元19和感测组件可形成单一的部件，所述部件适合于将当前料堆形状传输到系统18的其它部分。
可选地，系统18也适于接收指示料堆16的材料类型的信息。仅通过示例，所述系统18可适于从操作者接收指示材料类型的输入。作为另一个选项，所述系统18可例如通过如下方式来确定材料类型：例如使用一个或多个重量传感器(未示出)例如读取被装载到工具中的材料的重量，例如使用上述图像和/或上述表面模型来确定装载到铲斗内的材料的体积，确定材料密度并根据如此确定的材料密度来确定材料类型。作为另外的选项，所述系统18可以可通过如下方式确定材料类型：例如通过使用GPS系统等确定铲斗的位置，并且使用例如数据库、查询表确定此位置处的材料的数据，并且因此确定材料类型。
应注意的是，与材料相关的信息不需要必须也包括材料类型。作为非限制性示例，与材料相关的信息可以是被确定为适合于多种材料类型(例如位于料堆16附近的多种材料类型)的休止角。因此，虽然仅通过示例，但如果工程机械被定位在特定的地理位置处，则可采取如下策略：即，在此位置的所有料堆包含带有大致相同的休止角的材料。另一方面，也可想到的是，与材料相关的信息可包括关于实际材料类型的信息。
除了确定当前料堆形状之外，并且也将在下文中解释的，所述系统18适于确定标称料堆形状和当前料堆形状之间的多余体积，并且基于该多余体积来确定待从料堆移除的材料实体。为此，所述系统可包括控制单元21，例如电子控制单元，所述控制单元21适于执行以上过程。在系统18的实施例中，控制单元21和堆形状生成电子控制单元19可以是分开的部件，并且控制单元21可适于从堆形状生成电子控制单元19接收信息。然而，也可想到的是，系统18的实施例可包括单独的控制单元21，所述控制单元21的第一部分形成用于生成当前料堆形状26的装置的部分，并且所述控制单元21的第二部分适于确定多余体积并基于该多余体积来确定待从料堆移除的材料实体。仅通过示例，控制单元21可以是被配置成运行第一计算机程序的电子控制单元，所述第一计算机程序适于从感测组件20接收信息并生成当前料堆形状26，并且控制单元21也配置成运行第二计算机程序，所述第二计算机程序适于从当前料堆形状26接收信息并确定标称料堆形状、所述多余体积和待从料堆16移除的材料实体。
图2示出了当前料堆形状26的示例。当前料堆形状26可优选为三维的当前料堆形状26，但为简化本发明的描述，在图2中示出了当前料堆形状的二维横截面。
系统18适于确定料堆的至少一部分的标称料堆形状28。至少基于当前料堆形状26以及与从其生成当前料堆形状的料堆的材料类型相关的信息来确定标称料堆形状28。
在确定标称料堆形状28时可能相关的材料类型参数是标称休止角α，即，待装载到铲斗12中的材料可被堆置而不会倾覆的、相对于水平面的最陡倾斜角度。
此外，所述系统18适于确定标称料堆形状28和当前料堆形状26之间的多余体积30。此外，所述系统18适合基于多余体积30确定待从料堆移除的材料实体32。
在图2中，材料实体32由材料体积示例。然而，也可想到的是，在系统18的其他实施例中，材料实体32可以涉及待移除的材料的其他物理特性。仅通过示例，材料实体32可涉及待移除的材料的重量。在材料实体32涉及材料重量时，所述系统18可适合基于多余体积30且可能也基于例如密度的另外的材料特性来确定工具12应如何相对于料堆16移动，以移除优选的材料重量。
在图2中图示的示例中，料堆向下延伸到地面高度34，并且，待从料堆移除的材料实体32被选择为使得材料实体32具有相对接近地面高度34的底部部分且材料实体32具有相对接近标称料堆形状28的一个侧32’。
一般地，优选选择材料实体32，使得材料实体32的一部分位于或至少接近地面高度34。通过这种选择，一旦已从料堆移除材料实体32，则料堆的位于材料实体32上方的材料可开始向下滑，使得在相对低的高度处形成新的多余体积。通过已向下滑动的材料产生的新的表面将一般具有接近休止角α的表面角度。
一般地，优选选择材料实体32，使得材料实体32不延伸到标称料堆形状28中，以避免过多的材料滑动。然而，在一定的条件下，例如在多余体积30小时，例如由于当前料堆形状26类似于标称料堆形状28的事实，可允许材料实体32延伸到标称料堆形状28内。
在图2中，例如标称料堆形状28已通过如下方式确定：识别当前料堆形状26的顶部部分35，并且生成锥形，使得所述锥形的倾斜对应于休止角且使得所述锥形的顶点位于当前料堆形状26的顶部部分35处。
此外，工具12可具有最大材料装载容量。例如，工具12可具有最大材料装载体积和/或最大材料装载重量。作为非限制性示例，所述系统可适合还基于最大材料装载容量来确定待从料堆16移除的材料实体52。
图3图示了用于确定标称料堆形状28的另一个实施方式。也如图2中所示的料堆，在图3中图示了当前料堆形状的二维横截面。
在图3的实施方式中，所述系统18适于确定料堆的排除部分36，所述排除部分36应从标称料堆形状28的通过与料堆的材料类型相关的信息(例如标称休止角α)确定的部分来排除。因此，所述系统18适于确定该标称料堆形状28的、在通过与料堆16的材料类型相关的信息确定的方向上从排除部分36延伸的部分。
在图3中，例如排除部分36具有平面形状，所述平面形状带有圆圈38，并且标称料堆形状28通过生成带有两个端部的表面来确定，第一表面端部与排除部分36的圆圈38对齐，并且第二表面端部位于地面高度34上。该表面从圆圈38以休止角α延伸到地面高度。如从图3可见的，通过以上所述的方式生成标称料堆形状28可产生截锥形的标称料堆形状28。
如果当前料堆形状26包括多个点或节点，例如如果当前料堆形状26已通过以上所指示的点云测量被确定，则排除部分36可根据如下参考图4给出的示例来确定。为简化如下示例的表示，在图4中图示了点云测量的点的二维图像。然而，应复述的是，点云可一般形成实际料堆的三维图像。
首先，可确定料堆的一组底边缘点BEP和顶边缘点TEP。如果点云已被三角形化，则底部点可选择为接近地平面的边界点，并且顶部点是剩余的边界点。
作为非限制性示例，底部点和顶部点可基于相关点的局部球形邻域内的点的高度来选择，即位于如下球形中心内的点，所述球形的中心是相关的点且所述球形具有预先确定的半径。
例如，假定z是点p的高度且zm是最接近p的n个点的平均高度，zb是邻域点的最小高度，并且zt是最大高度。
对于不均匀分布的点云(例如，如果分辨率在料堆上变化)，可使用两个阈值tb和tt以避免将料堆内侧的点选作顶部点或底部点。
为此，如果是点云中的所有点的全局最低高度且是最高高度，则tb和tt可自动被选择为和其中tol表示公差。仅通过示例，公差tol可设定为料堆高度的百分比，其中料堆高度可通过从减去确定，或公差tol可具有固定值，例如0.5m。比例因数tz可基于平均点密度选择。仅通过示例，使用tz＝0.75已被证明在实践中是适合的值。可将满足如下标准的点选作底部点：z<zm-tt(zm-zb)且z<tb。类似地，可将满足如下标准的点选作顶部点：z>zm+tt(zt-zm)且z>tt。
一旦已识例如使用以上过程识别顶边缘点TEP，则可将多边形拟合到顶边缘点TEP，所述多边形限定了顶边缘点TEP形成的基础形状。非限制性的基础形状包括点、线、矩形或斜坡。
可选地，此多边形可投影到最大似然平面(maximum-likelihood plane)，以便平整和/或平滑多边形。为此，一个方法是应用主成分分析以设定顶部点组，并且计算三个特征值λ1>λ2>λ3和三个对应的特征向量e1、e2、e3。顶边缘点TEP可然后投影到通过标准化的特征向量e3限定的平面表面和面内特征向量e1和e2上。
图5图示了包括排除部分36的料堆16。所述系统18可适于确定排除部分36的水平主延伸方向39。作为非限制性示例，水平主延伸方向39可使用第一面内特征向量e1来确定，例如通过将第一面内特征向量e1投影到水平面P上。
此外，所述系统可适于确定大致与水平主延伸方向39平行的主材料移除方向40。在图5中图示的示例中，主材料移除方向40在与水平主延伸方向39相同的方向上延伸，但在另一个示例实施例中，主材料移除方向40可在与水平主延伸方向39相反的方向上延伸。
图6图示了具有位于地面高度34处的底部部分的料堆。作为非限制性示例，所述系统可适于确定排除部分36是否延伸到底部部分，如在图6中所示的示例的情况中那样。
用于确定排除部分36是否延伸到底部部分的过程可包括如下步骤：确定排除部分36的被确定的至少一部分是否位于底边缘点BEP的任一个点处或至少接近所述点，如上文中参考图4所论述的。
仅通过示例，在所述系统确定排除部分36延伸到底部部分时，所述系统确定待从料堆移除的材料实体包括排除部分36。
移除延伸到底部部分的排除部分36(例如图6中图示的斜坡)可以是有利的，因为斜坡一般明显地与标称料堆形状28偏离。因此，斜坡一般包括在达到接近标称料堆形状28的堆形状前可被移除的大量的材料。
然而，由于实际原因，例如如果延伸到底部部分的排除部分36在从料堆移除材料的操作期间用作斜坡，可能有利的是使用满足如下约束的材料移除策略：所述约束为待从料堆移除的材料实体不应包括排除部分36。
作为非限制性示例，所述系统适于在已从料堆移除材料时确定当前料堆形状和/或标称料堆形状。仅通过示例，可以想到的是，可在每铲被移除的材料之后更新当前料堆形状以及标称料堆形状。然而，在系统的其他实施例中，也可想到的是更低频度地更新当前料堆形状和/或标称料堆形状，例如每五铲或十铲被移除的材料才更新一次。此外，在系统的实施例中，更新当前料堆形状的频度与更新标称料堆形状的频度不同。作为非限制性示例，当前料堆形状可比标称料堆形状更频繁地被更新。
最后，图7图示了根据本发明的方法的流程图。该方法旨在确定待通过材料移动机械的工具从料堆移除的材料实体。
图7中图示的方法包括：
S1.生成代表料堆的实际形状的当前料堆形状，
S2.确定料堆的至少一部分的标称料堆形状，所述标称料堆形状是至少基于当前料堆形状以及与料堆的材料类型相关的信息而确定的，
S3.确定标称料堆形状和当前料堆形状之间的多余体积，以及S4.基于该多余体积来确定待从料堆移除的材料实体。
应注意的是，以上方法可通过上文中已给出的控制单元21执行。仅通过示例，此控制单元21可适于从另外的部件(例如从上文中已论述的感测组件20)接收与料堆相关的信息。
应理解的是，本发明不限于以上所述的且在附图中图示的实施例；而是，本领域技术人员将认识到可进行许多改变和修改。

Claims (29)

1.一种用于确定待通过材料移动机械(10)的工具(12)从料堆(16)移除的材料实体(32)的系统(18)，所述系统(18)包括用于生成代表所述料堆(16)的实际形状的当前料堆形状(26)的装置(19；21)，此外，所述系统(18)适于确定所述料堆(16)的至少一部分的标称料堆形状(28)，所述标称料堆形状(28)是至少基于所述当前料堆形状(26)以及与所述料堆(16)的材料类型相关的信息而确定的，所述系统(18)适于确定所述标称料堆形状(28)与所述当前料堆形状(26)之间的多余体积(30)，所述系统(18)适合基于所述多余体积(30)来确定要从所述料堆(16)移除的所述材料实体(32)。
2.根据权利要求1所述的系统(18)，其中，与所述料堆(16)的材料类型相关的所述信息包括针对所述材料类型的标称休止角。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(18)，其中，所述系统(18)适于确定所述料堆(16)的排除部分(36)，所述系统(18)适于确定所述标称料堆形状(28)的、在通过与所述料堆(16)的材料类型相关的所述信息确定的方向上从所述排除部分(36)延伸的部分。
4.根据权利要求3所述的系统(18)，其中，所述系统(18)适于确定所述排除部分(36)的水平主延伸方向(39)，所述系统(18)适于确定与所述水平主延伸方向(39)大致平行的主材料移除方向(40)。
5.根据权利要求3或4中的任一项所述的系统(18)，其中，所述排除部分(36)包括通过直线或多边形近似的部分，优选是通过矩形近似的部分。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的系统(18)，其中，所述料堆(16)具有在竖直方向上的延伸，并且所述料堆(16)的所述排除部分(36)被确定为在所述竖直延伸上位于所述标称料堆形状(28)上方。
7.根据权利要求3至5中的任一项所述的系统(18)，其中，所述料堆(16)具有底部部分，所述系统(18)适于确定所述排除部分(36)是否延伸到所述底部部分。
8.根据权利要求7所述的系统(18)，其中，当所述系统(18)确定所述排除部分(36)延伸到所述底部部分时，所述系统(18)确定要从所述料堆(16)移除的所述材料实体(32)包括所述排除部分(36)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(18)，其中，所述装置包括用于生成所述当前料堆形状(26)的感测组件，所述感测组件优选包括相机和激光传感器中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的系统(18)，其中，所述装置适于生成代表所述料堆(16)的实际形状的、三维的当前料堆形状(26)，所述感测组件优选包括飞行时间测距相机、立体相机、结构光相机或被促动的激光测距仪中的至少一种。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(18)，其中，所述系统(18)适于在已从所述料堆(16)移除材料时确定所述当前料堆形状(26)和/或所述标称料堆形状(28)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(18)，其中，所述材料实体(32)是材料体积。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(18)，其中，所述工具(12)具有最大材料装载容量，并且所述系统(18)适合也基于所述最大材料装载容量来确定要从所述料堆(16)移除的所述材料实体(32)。
14.一种材料移动机械(10)，所述材料移动机械(10)包括工具(12)，所述材料移动机械(10)还包括根据前述权利要求中的任一项所述的系统(18)。
15.一种用于确定待通过材料移动机械(10)的工具(12)从料堆(16)移除的材料实体(32)的方法，所述方法包括：
–生成代表所述料堆(16)的实际形状的当前料堆形状(26)，
–确定所述料堆(16)的至少一部分的标称料堆形状(28)，所述标称料堆形状(28)是至少基于所述当前料堆形状(26)以及与所述料堆(16)的材料类型相关的信息而确定的，
–确定所述标称料堆形状(28)与所述当前料堆形状(26)之间的多余体积(30)，以及
–基于所述多余体积(30)来确定要从所述料堆(16)移除的所述材料实体(32)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，与所述料堆(16)的材料类型相关的所述信息包括针对所述材料类型的标称休止角。
17.根据权利要求15或16中的任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：确定所述料堆(16)的排除部分(36)；以及，确定所述标称料堆形状(28)的、在通过与所述料堆(16)的材料类型相关的所述信息确定的方向上从所述排除部分(36)延伸的部分。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括确定所述排除部分(36)的水平主延伸方向(39)，所述方法进一步包括确定与所述水平主延伸方向(39)大致平行的主材料移除方向(40)。
19.根据权利要求17至18所述的方法，其中，所述排除部分(36)由通过直线或多边形近似的部分限定。
20.根据权利要求17至19中的任一项所述的方法，其中，所述料堆(16)具有在竖直方向上的延伸，并且所述料堆(16)的所述排除部分(36)在所述竖直延伸上位于所述标称料堆形状(28)上方。
21.根据权利要求17至20中的任一项所述的方法，其中，所述料堆(16)具有底部部分，所述方法包括确定所述排除部分(36)是否延伸到所述底部部分。
22.根据权利要求21所述的系统(18)，其中，当确定所述排除部分(36)延伸到所述底部部分后，所述方法确定要从所述料堆(16)移除的所述材料实体(32)包括所述排除部分(36)。
23.根据权利要求17至22中的任一项所述的方法，其中，所述料堆(16)具有在竖直方向上的延伸，并且所述料堆(16)的所述排除部分(36)位于所述标称料堆形状(28)上方。
24.根据权利要求15至23中的任一项所述的方法，其中，所述材料实体(32)是材料体积。
25.根据权利要求15至24中的任一项所述的方法，其中，所述工具(12)具有最大材料装载容量，所述方法包括还基于所述最大材料装载容量来确定要从所述料堆(16)移除的所述材料实体(32)。
26.一种用于通过材料移动机械(10)的工具(12)从料堆(16)移除材料的方法，所述方法包括：
–使用根据权利要求15至25中的任一项所述的方法来确定要从所述料堆(16)移除的材料实体(32)，和
–操作所述工具(12)，以便从所述料堆(16)移除如此确定的所述材料实体(32)。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
–在已从所述料堆(16)移除材料时确定所述当前料堆形状(26)和/或所述标称料堆形状(28)。
28.一种用于工程机械(10)的控制单元(21)，所述控制单元适于：
–生成代表所述料堆(16)的实际形状的当前料堆形状(26)，
–确定所述料堆(16)的至少一部分的标称料堆形状(28)，所述标称料堆形状(28)是至少基于所述当前料堆形状(26)以及与所述料堆(16)的材料类型相关的信息而确定的，
–确定所述标称料堆形状(28)与所述当前料堆形状(26)之间的多余体积(30)，以及
–基于所述多余体积(30)来确定要从所述料堆(16)移除的所述材料实体(32)。
29.根据权利要求28所述的控制单元(21)，其中，所述工程机械(10)包括工具(12)，并且所述控制单元进一步适于：
–将信号发送到所述工程机械(10)以操作所述工具(12)，以便从所述料堆(16)移除如此确定的所述材料实体(32)。
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