CN109837940A - 控制土方机器 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及控制土方机器。本发明是基于通过仅使用一个到四个控制器(CO)和至少一个显示部件来控制操作者(5)可控的土方机器(E)的操作的构思，所述至少一个显示部件用于显示所述一个到四个控制器(CO)可选且可控的控制。用于控制土方机器(E)的操作的选择和控制既可以有线地、又可以无线地发送到控制单元(CU)。因此，所述一个到四个控制器(CO)既可以附连地进行操作，又可以拆卸地进行操作。此外，所述控制系统(CS)被布置为确定所述一个到四个控制器(CO)相对于土方机器(E)的地点。

Description

控制土方机器
技术领域
本发明涉及一种用于控制土方机器的控制系统、设备、计算机程序产品和包含在非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序。
背景技术
不同类型的土方机器可以在不同的工事场所被用来将土壤或岩石材料移到另一地点或者将它们处理成期望的形状。土方机器被用在例如挖掘工事和道路建设中。土方机器具有用户界面，这些用户界面包含用于供操作者与土方机器交互的多个显示部件和多个控制器。
发明内容
本发明的目的是提供一种新颖的改进的用于土方机器的控制系统。进一步的目的是提供一种新颖的改进的配备有所述控制系统的土方机器。
本发明的目的通过独立权利要求中陈述的内容来实现。本发明的实施例在从属权利要求中公开。
本发明是基于通过仅使用一个到四个控制器和至少一个显示部件来控制操作者可控的土方机器的操作的构思，至少一个显示部件用于显示一个到四个控制器可选且可控的控制。用于控制土方机器的操作的选择和控制既可以有线地、又可以无线地发送到控制单元。因此，一个到四个控制器既可以附连地进行操作，又可以拆卸地进行操作。此外，控制系统被布置为确定一个到四个控制器相对于土方机器的地点。
本发明的控制系统的优点是，土方机器的操作者可以定制用于根据他或她自己的期望用一个到四个控制器控制土方机器的操作的方式。另一优点是操作者在任何情况下都无需伸手触及任何其他的按钮或开关，如果期望的话。
根据实施例，所公开的控制系统中的一个到四个控制器的操作模式取决于一个到四个控制器中的每个是被附连、还是被拆卸。
根据实施例，一个到四个控制器中的每个在被拆卸时的操作模式取决于这些控制器和土方机器之间的距离。
根据实施例，一个到四个控制器中的每个在被拆卸时的操作模式取决于这些控制器和土方机器的土方工具之间的距离。
根据实施例，土方机器的土方工具考虑以下各项中的至少一个根据以手动、半自动和自动的方式中的至少一种方式设置的坐标系在三维空间中移动：操作者的地点、操作者的方位、相对于土方工具和土方机器中的至少一个的地点和方位中的至少一个的一个到四个控制器的地点和一个到四个控制器的方位。
根据实施例，一个到四个控制器中的每个在被拆卸时的操作模式取决于彼此之间的距离。
根据实施例，控制器的量为两个到四个，并且两个到四个控制器中的每个在被拆卸时的操作模式取决于彼此之间的距离。
根据实施例，一个到四个控制器中的每个的操作模式取决于检测到的障碍物与土方工具和土方机器中的至少一个之间的距离。
根据实施例，一个到四个控制器的操作模式取决于当前登录到控制系统中的用户做出的或针对该用户做出的用户特定的调整。
根据实施例，可用调整的范围取决于当前登录的用户的技能水平数据，技能水平数据由以下各项中的至少一个限定：土方机器的使用小时数、相应土方机器的使用小时数、能力水平，能力水平是通过考试或测试中的至少一个实现和通过中的至少一个的。
根据实施例，一个到四个控制器可控的土方机器的操作是以下中的至少一个：驱动系统、外设装置、维护系统、道路导航系统、工事场所导航系统、相对于工事场所定位土方工具、相对于载物台移动土方工具、称重系统、自动化系统、测量系统和处理控制。
根据实施例，控制系统通过以下信号中的至少一个给出反馈：图形、增强现实、虚拟现实、视听、视觉照射、触觉和力反馈。
根据实施例，具有管理员特权的用户通过编辑用户的技能水平数据来限定技能水平。
根据实施例，具有管理员特权的用户通过在云服务中编辑用户的技能水平数据来限定技能水平，并且土方机器从云服务检索该数据。
根据实施例，至少一个控制单元被配置为从一个到四个控制器接收用于至少控制土方机器的驱动和工具的选择和控制。
根据实施例，至少一个控制单元被配置为从一个到四个控制器接收用于控制以下操作中的至少一个的选择和控制：相对于载物架移动工具以及驱动土方机器。
根据实施例，至少一个控制单元被配置为从一个到四个控制器接收用于控制土方机器的操作者可控的土方机器的所有操作的选择和控制。
根据实施例，控制器的量为两个。
根据实施例，土方机器是以下机器中的一个：挖掘机、推土机、平路机、夯实机、打桩机、深部稳定机、表面顶部钻机。
上述实施例可以组合形成具有所公开的必要特征的合适的解决方案。
附图说明
一些实施例在附图中被更详细地描述，其中
图1是设有两个控制器的挖掘机的示意性侧视图，
图2是操作者在舱室的外部操作土方机器的示意图，
图3是示出一些可行的土方机器的示意图，
图4a-4c是用于在透明显示单元上显示土方图像的一些可能的布置的示意性侧视图，
图5是设有一个或两个头戴式显示单元的耳麦的示意性前视图，以及
图6是设有头戴式显示单元的头盔的示意性前视图。
为了清晰起见，附图以简化的方式示出所公开的解决方案的一些实施例。在附图中，相似的标号标识相似的元件。
具体实施方式
图1示出了土方机器E，土方机器E在这种情况下是包括其上布置有吊杆2的可移动载物架1的挖掘机。在吊杆2的远端是工具3，在这种情况下是铲斗。吊杆2可以以通用的方式移动。操作者5可以选择吊杆2和铲斗如何对控制器CO的控制做出响应的方式。用户在一些情况下可能偏好半自动控制，其中，铲斗根据给定控制、以预先配置的或预先编程的方式移动，而在其他情况下，用户可能偏好更传统的方式，例如，通过控制铲斗以使得铲斗和吊杆2中的每个关节被单独地控制。土方机器包括用于相对于载物架1移动土方工具的致动部件。这些致动部件可以包括例如不同种类的电布置、机械布置和液压布置，这些布置可能包括例如不同种类的泵、致动筒或控制阀、以及本领域技术人员通常已知的用于实现工具3和机器E的回转、旋转、倾斜、缩放和其他类似的移动的其他种类的部件。
在载物架1上的是用于操作者5的控制舱室4。在舱室4的内部的是显示部件，该显示部件包括例如至少一个透明显示单元6，操作者5可以通过所述至少一个透明显示单元6监视工具3的操作，并且显示可选的和可控的控制。显示单元6也可以是一些其他的种类。另外，显示部件、显示部件或显示单元6的一部分可以像控制器CO那样是无线的或可拆卸的。
图1进一步公开了土方机器E及其操作组件可以配备有例如用于采集位置数据并且感测控制器CO的周围环境和地点的传感器11和测量装置。而且，土方机器E可以包括用于确定土方机器E的位置和方向的一个或多个导航或位置确定系统12，诸如全球导航卫星系统(GNSS)。
根据实施例，技能水平、用户账户或这二者可以进行以下操作中的至少一个：强迫、授权、拒绝和限制至少一些控制、特征或这二者的使用。
根据实施例，有经验的操作者5期望使用四个控制器CO(用于两个手的控制器以及用于双脚的控制器)、以及操作者5可以控制铲斗例如向左走、向右走、向前走、向后走、向上走和向下走的半自动控制。操作者5还可以选择铲斗到达这些方向、相对于水平面或垂直面所成的角度。他的脚所用的控制器CO期望驱动土方机器E。另一个脚可以控制速度以及是向前进、还是向后退，并且另一个脚可以控制例如是笔直走、还是向左转或向右转。当驱动土方机器时，铲斗(即，工具)的控制可以包括以下控制中的至少一个：像控制工具的位置或对齐这样地控制工具、以及控制土方工具相对于载物架的移动。
用户可以从各种替代选择他或她在每个土方机器E中、在每种情形下期望哪种种类的反馈信号。可选的反馈信号至少是：图形、增强现实、虚拟现实、视听、视觉照射、触觉和力反馈。
与土方机器E相关的自动或半自动控制和任何其他的数据可以被编程到控制单元CU中。新的自动控制和半自动控制可以由操作者5编程，或者操作者5可以从土方机器E或用户可以访问的云服务下载预先编程的或预先配置的自动控制或半自动控制，例如，作为数据封包下载。用户可以例如登录到他或她的用户账户中或者使用任何已知的方法将他自己或她自己标识到土方机器E中或云服务中，或者用户可以登录土方机器E或将土方机器E标识到云服务中，选择他或她期望的数据封包，并且可以访问并下载它们。数据封包也可以以每一种其他的已知的方式下载。优选地，具有管理员特权的用户可以下载操作者5请求的数据封包。
例如，对于有经验的操作者5，可能优选的是限制工事场所中的驱动的最大速度以及土方机器E的运动控制。优选地，控制可能具有一些其他的限制或前提要运行，诸如控制器CO是被附连、还是被拆卸、以及就控制器CO的地点而言是否被拆卸。例如，如果控制器CO太远，则控制系统CS可以禁用控制器CO，如果控制器CO太近，则控制系统CS可以使运动放慢。
优选地，控制系统CS可以被设置为除了操作者5的地点之外还自动地或手动地检测操作者5相对于土方机器2、吊杆2或工具3的方向或方位和地点的方向或方位，并且相对于这些方向或方位改变控制。例如，当操作者5在舱室的外部、面对土方机器E和吊杆2、控制工具3如操作者5看到的那样向左走时，工具3可以如操作者5一侧看到的那样向左走，或者如土方机器E一侧看到的那样向右走。
图2公开了操作者5从舱室4的外部控制土方机器E。操作者5具有马甲和耳麦(handset)18，控制器CO附连在马甲上，耳麦18设有图5中描绘的一个或两个头戴式显示单元6。具有控制器CO的头戴式显示器使得操作者5能够在舱室4的外部操作控制系统CS，就像在舱室4内部使用控制系统CS一样。控制器CO和耳麦18这二者都通过一个或多个通信信道19与一个或多个控制单元CU进行通信。耳麦18也可以在舱室4的内部使用。当在舱室4的内部使用耳麦18时，舱室4中的显示部件可以被切断，如果期望的话。
根据实施例，操作者选择仅使用两个控制器CO来控制土方机器E的操作。在该实施例中，操作者5很有经验地使用它们，所以操作者5可以拆卸控制器CO并走到舱室4的外部，并且例如在5秒延迟之后或者在离土方机器E一米远处继续在舱室4的外部用其他方式的全控制来控制土方机器E，但是当在舱室4的外部驱动土方机器E时，最大速度限于例如0.5km/h。
根据实施例，控制系统CS包括两个控制器CO。
根据实施例，操作者5具有操作者5在用拆卸的控制器CO进行操作时使用的另一组控制器CO。因此，操作者5无需拆卸附连在舱室4中的那些控制器CO。
根据实施例，控制器CO组均都具有选择该组控制器CO是操作、还是不操作的选择器，例如，开关或按钮等。如果多于一组的控制器CO同时被设置为“操作”某个土方机器E，则最靠近土方机器的一组超控其他组。这意味着，如果附连的一组控制器CO被设置为“操作”，则它超控其他组控制器CO，如果附连的组被设置为“不操作”，则土方机器E的控制系统CS确定被设置为“操作”的控制器中的哪个最靠近土方机器E，并且让最靠近的控制器操作并禁用其他控制器。如果与土方机器E等距的两组被设置为“操作”，则控制系统CS可以禁用一个或两个，并且以某种方式用信号通知太多组控制器CO被设置为“操作”模式。
根据实施例，操作土方机器E的一组控制器CO可以通过互联网或其他合适的连接操作土方机器E，以使得操作者5无需在到土方机器E的视线内。这些解决方案可能适合于例如采矿的目的。因此，操作者5可以从例如矿井的外部操作土方机器E。根据该实施例，操作者5可以经由附连在土方机器E中的合适的地方(诸如载物架1、舱室4、吊杆2或工具3)处的一个或多个摄像机(未示出)与工具3、土方机器E的周围环境或这二者具有附加的视觉连接(未示出)。
经验水平或技能水平可以由例如操作者5或具有管理员特权的用户手动地设置到控制系统CS。技能水平也可以由控制系统CS自行设置，例如，通过始终对操作者5给出的选择和控制进行分析或者通过检索从操作者5(意指登录的用户)采集的关于用户给出的选择和控制或这二者的历史数据来自行设置。历史数据可能已经从土方机器E、从类似的土方机器、从任何其他的土方机器、从任何其他的类似的机器以及模拟前述机器中的一些或任何一个的模拟器采集。
对选择和控制进行分析可以包含例如关于以下各项的数据：用户在不同的菜单项之间做出选择或从一个菜单跳到另一个菜单有多快、或者在控制例如驱动系统、外设装置、维护系统、道路导航系统、工事场所导航系统、相对于工事场所定位土方工具3、称重系统、自动化系统、测量系统和处理控制中控制有多快或多平稳。
根据实施例，技能水平就什么一直受到控制而言可以是不同的，以使得一个操作者或用户可以在控制工具3中具有高技能水平，而其他操作者或用户可以在使用驱动系统等中具有高技能水平。
关于每个用户或操作者的数据可以包含每个用户关于各种土方机器E的经验的信息，并且可以被进行以下操作中的至少一个操作：被土方机器E采集、上传和下载、被用户和操作者上传和下载、以及被具有管理员特权的用户上传和下载。这里上传意味着将采集的数据从控制系统CS发送到云服务或身份卡等，下载意味着从云服务或身份卡等检索历史数据或技能水平数据传到控制系统CS。每个土方机器E可以监视控制器CO在每种情形下的使用，对它进行分析，采集它，并且上传它。具有管理员特权的用户或用户他自己或她自己可以根据他对于用户的关于每种种类的土方机器E的经验的了解、例如根据执行的或通过的测试或考试来插入数据。
例如对于最大速度的限制可以由工事场所的监督者、由操作者5他自己、或者由具有操作者5在舱室外部操作的控制小时数的数据的控制系统CS设置。当在舱室4外部控制土方机器E时，头戴式显示单元6等或任何其他的显示单元6不是强制的。在看不见任何显示单元6的情况下使用控制器CO不一定限制土方机器E的当前使用，如果用户记住在任何显示器上看不见它们的情况下所需的选择的话。
根据实施例，当感测工具3的周围环境的传感器检测到操作者离工具3只有一米的距离时，控制系统CS使土方机器E、吊杆2和工具3的运动速度限于例如在对于操作者5没有约束的条件下设置的运动速度的20％。
图3示出了可行的土方机器。就土方机器和用户的习惯而言，控制器CO的数量可以变化。挖掘机中的控制器CO的最佳的量为两个。此外，控制器CO的量可以为一个、三个或四个。如果所述量为三个或四个，则它们中的一个或两个可以是例如脚可用的。并非所有的控制器CO都需要是可拆卸的。如果控制器CO只有一部分被拆卸，则每个控制器CO的操作模式可以改变，因为未被拆卸的控制器CO可以被禁用，并且禁用的控制器CO的特征可以被添加到被拆卸的控制器CO。优选地，不管是否改变操作模式，控制系统CS都请求用户动作。
图4a公开了布置在离挡风玻璃10一定距离处的单独的透明的显示单元6或组合器。图4b公开了其中组合器6被紧固到挡风玻璃10的内表面的解决方案。图4c公开了其中透明的显示单元6位于挡风玻璃10的结构的内部的集成解决方案。
图5公开了设有一个或多个透明的显示单元6的耳麦18或媒介眼镜。耳麦18可以通过一个或多个数据通信19与一个或多个外部的或内部的控制单元CU进行通信。同样也适用于图6中描绘的头盔20，头盔20也设有透明的显示单元6。在两个布置中，土方图像和数据元素可以被显示以使得它们表现为位于离透明的显示单元6一定的视距处，透明的显示单元6位于靠近操作者的眼睛之处。
对于本领域技术人员来说将显而易见的是，随着技术发展，本发明构思可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上述例子，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (20)

1.一种用于控制土方机器的控制系统，所述控制系统包括：
一个到四个控制器和至少一个控制单元，
所述控制系统进一步包括至少一个显示部件，所述至少一个显示部件用于显示所述一个到四个控制器(CO)可选且可控的控制，其特征在于：
所述至少一个控制单元被配置为从所述一个到四个控制器接收用于控制所述一个到四个控制器可控的土方机器的所有操作的选择和控制；
所述一个到四个控制器既能够附连地进行操作，又能够拆卸地进行操作；以及
所述控制系统进一步包括用于确定所述一个到四个控制器中的每个相对于土方机器的地点的部件。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个到四个控制器的操作模式取决于所述一个到四个控制器中的每个是被附连、还是被拆卸。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个到四个控制器中的每个在被拆卸时的操作模式取决于这些控制器和土方机器之间的距离。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个到四个控制器中的每个在被拆卸时的操作模式取决于这些控制器和土方机器的土方工具之间的距离。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述土方机器的土方工具考虑以下各项中的至少一个在根据以手动、半自动和自动的方式中的至少一种方式设置的坐标系的三维空间中移动：操作者的地点、操作者的方位、相对于土方工具和土方机器中的至少一个的地点和方位中的至少一个的所述一个到四个控制器的地点和所述一个到四个控制器的方位。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器的量为两个到四个，并且所述两个到四个控制器中的每个在被拆卸时的操作模式取决于彼此之间的距离。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个到四个控制器的操作模式取决于土方机器的土方工具和土方机器中的至少一个与检测到的障碍物之间的距离。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个到四个控制器的操作模式取决于当前登录到所述控制系统中的用户做出的或针对该用户做出的用户特定的调整。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，可用调整的范围取决于当前登录的用户的技能水平数据，所述技能水平数据由以下各项中的至少一个限定：土方机器的使用小时数、相应土方机器的使用小时数和能力水平，其中，所述能力水平是通过考试和测试中的至少一个实现和通过中的至少一个的。
10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述一个到四个控制器可控的土方机器的操作是以下中的至少一个：驱动系统、外设装置、维护系统、道路导航系统、工事场所导航系统、相对于工事场所定位土方工具、相对于载物架移动土方工具、称重系统、自动化系统、测量系统和处理控制。
11.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统通过以下信号中的至少一个给出反馈：图形、增强现实、虚拟现实、视听、视觉照射、触觉和力反馈。
12.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，具有管理员特权的用户通过编辑用户的技能水平数据来限定技能水平。
13.根据权利要求12所述的控制系统，其特征在于，具有管理员特权的用户通过在云服务中编辑用户的技能水平数据来限定技能水平，并且所述土方机器从所述云服务检索该数据。
14.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个控制单元被配置为从所述一个到四个控制器接收用于控制以下操作中的至少一个的选择和控制：相对于载物架移动所述工具以及驱动所述土方机器。
15.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器的量为两个。
16.一种土方机器，所述土方机器包括：
可移动载物架；
至少一个土方工具；
外设装置；
致动部件，所述致动部件用于相对于载物架和用于控制外设装置的部件移动土方工具；
控制系统，所述控制系统包括用于控制所述土方机器的操作的控制单元；
并且包括感测部件，所述感测部件用于向所述单元提供所述土方工具和载物架的位置数据；
其中，所述控制系统包括至少一个显示部件以及用于控制所述土方机器的操作的一个到四个控制器，其特征在于，所述至少一个控制单元被配置为从所述一个到四个控制器接收用于控制所述一个到四个控制器可控的土方机器的所有操作的选择和控制；
所述一个到四个控制器既能够附连地进行操作，又能够拆卸地进行操作；以及
所述控制系统进一步包括用于确定所述一个到四个控制器中的每个相对于土方机器的地点的部件。
17.根据权利要求16所述的土方机器，其特征在于，所述土方机器是以下机器中的一个：挖掘机、推土机、平路机、夯实机、打桩机、深部稳定机和表面顶部钻机。
18.一种用于控制土方机器的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过以下操作来确定至少一个控制器的操作模式：
通过确定所述至少一个控制器是被附连、还是被拆卸，以及
通过确定所述至少一个控制器的地点；
在确定的操作模式下，从包含所述至少一个控制器可控的土方机器的所有操作的可选且可控的控制中选择要控制的操作；以及
控制所述土方机器的所选操作。
19.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括当被执行时使得执行根据权利要求1所述的功能的可执行代码。
20.一种包含在非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序被配置为控制处理器来执行根据权利要求1所述的功能。
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