CN109837942B - 控制土方机器 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及控制土方机器。一种用于控制土方机器(E)的基于BEIM(构建环境信息模型)的控制系统(CS)。所述控制系统包括至少一个控制器(CO)、至少一个控制单元(CU)和感测部件(11、12)，所述至少一个控制器(CO)用于控制附连到土方机器的土方工具(3)的至少一个移动，感测部件(11、12)用于向控制单元提供土方机器的载物架(1)和土方工具相对于BEIM的位置数据。所述控制系统进一步包括用于显示所述至少一个控制器可选的至少一个BEIM的至少一个显示部件。另外，一种土方机器和用于控制土方机器的方法。

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。本发明的一些实施例在从属权利要求中公开。

本发明是基于通过基于BEIM(构建环境信息模型)的控制系统来控制土方机器的操作的构思。基于BEIM的控制系统包括至少一个控制器、至少一个控制单元和感测部件，至少一个控制器用于控制附连到土方机器的土方工具的至少一个移动，感测部件用于向控制单元提供土方机器的载物架和土方工具相对于BEIM的位置数据。基于BEIM的控制系统进一步包括用于显示至少一个控制器可选的至少一个BEIM的至少一个显示部件。此外，至少一个控制单元被配置为：从至少一个控制器接收用于选择一起工作的BEIM的至少一个选择，并且接收关于所选BEIM的至少一个工事命令。监视关于接收的工事命令的工事的进展，并且至少部分地基于监视来执行接收的工事命令或者通过至少一个控制单元中断接收的工事命令。此外，至少一个控制器既可以附连地进行操作，又可以拆卸地进行操作。

本发明的控制系统的优点是，土方机器的自动控制或半自动控制可以通过土方信息模型来提供，土方信息模型包括将被完成的土方工事的预期规划的最终结果以及土方机器为实现土方工事的规划的最终结果而将执行的操作。

根据控制系统的实施例，基于BEIM的土方信息模型包括基于以下各项中的至少一个的土方信息模型：地理空间信息系统(GIS)、建筑物信息建模(BIM)、基础或基础设施建筑物信息建模(I-BIM)、民用信息模型(CIM)和智能城市平台。

根据控制系统的实施例，BEIM包括若干个使命，每个使命包括若干个任务，若干个使命中的至少一个和若干个任务中的至少一个包含土方机器将执行的至少一个工事命令。

根据控制系统的实施例，控制单元被配置为从云服务或互联网检索至少一个BEIM。

根据控制系统的实施例，控制单元被配置为：监视土方工具和土方机器中的至少一个的负载和应力中的至少一个，并且当负载和应力中的至少一个超过预定阈值参数时，中断工事命令。

根据控制系统的实施例，控制系统进一步包括用于确定至少一个控制器相对于土方机器的地点的部件，并且至少一个控制器的操作模式取决于至少一个控制器的地点。该实施例的优点是，土方机器和/或土方工具与留在土方机器的控制舱室外部的操作者之间的任何可能的碰撞可以被避免。

根据控制系统的实施例，至少一个控制器的操作模式取决于至少一个控制器中的每个是被附连、还是被拆卸。

根据控制系统的实施例，控制系统包括一个到四个控制器以及用于显示一个到四个控制器可选的且可控的控制的至少一个显示部件，并且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，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，并且控制系统进一步包括用于确定至少一个控制器相对于土方机器的地点的部件。该实施例的优点是，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。

根据控制系统的实施例，至少一个控制器在被拆卸时的操作模式取决于控制器和土方机器之间的距离。

根据控制系统的实施例，至少一个控制器在被拆卸时的操作模式取决于土方机器的土方工具和控制器之间的距离。

根据控制系统的实施例，至少一个控制器在被拆卸时的操作模式取决于到至少一个其他的控制器的距离。

根据控制系统的实施例，至少一个控制器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。

根据控制系统的实施例，至少一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。

根据控制系统的实施例，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、通过考试或测试实现或通过的能力水平。

根据控制系统的实施例，至少一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，其中，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、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能力水平。

根据控制系统的实施例，至少一个控制器可控的土方机器的操作至少是以下操作中的至少一个：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、称重系统、自动化系统、测量系统和处理控制。

根据控制系统的实施例，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。

根据控制系统的实施例，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。

根据控制系统的实施例，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数据。

根据控制系统的实施例，至少一个控制单元被配置为从至少一个控制器接收用于至少控制工具和土方机器的驱动的选择和控制。

根据控制系统的实施例，至少一个控制单元被配置为从至少一个控制器接收用于至少控制相对于载物架移动土方工具和驱动土方机器的选择和控制。

根据控制系统的实施例，至少一个控制单元被配置为从至少一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。

根据控制系统的实施例，控制器的量为两个。

根据土方机器的实施例，土方机器包括可移动载物架、可以相对于载物架移动的至少一个土方工具、外设装置、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的致动部件、以及至少一个如权利要求1至14中任一项所述的基于BEIM(构建环境信息模型)的控制系统。

根据土方机器的实施例，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。

根据用于控制土方机器的方法的实施例，所述方法包括使用基于BEIM(构建环境信息模型)的控制系统来控制土方机器，基于BEIM的控制系统包括至少一个控制器、至少一个控制单元、感测部件和至少一个显示部件，至少一个控制器用于控制附连到土方机器的土方工具的移动，感测部件用于向控制单元提供土方机器的载物架和工具的位置数据，至少一个显示部件用于显示至少一个控制器可选的至少一个BEIM，并且其中，方法进一步包括：从至少一个控制器接收用于选择一起工作的BEIM的选择，接收关于所选BEIM的至少一个工事命令，监视关于接收的工事命令的工事的进展，并且选择性地执行接收的工事命令或者中断接收的工事命令，并且其中，至少一个控制器既可以附连地进行操作，又可以拆卸地进行操作。

根据用于控制土方机器的方法的实施例，所述方法包括使用基于BEIM(构建环境信息模型)的控制系统来控制土方机器，基于BEIM的控制系统包括至少一个控制器、至少一个控制单元、感测部件和至少一个显示部件，至少一个控制器用于控制附连到土方机器的土方工具的移动，感测部件用于向控制单元提供土方机器的载物架和工具的位置数据，至少一个显示部件用于显示至少一个控制器可选的至少一个BEIM，并且其中，方法进一步包括：从至少一个控制器接收用于选择一起工作的BEIM的选择，接收关于所选BEIM的至少一个工事命令，监视关于接收的工事命令的工事的进展，并且选择性地执行接收的工事命令或者中断接收的工事命令，并且其中，至少一个控制器既可以附连地进行操作，又可以拆卸地进行操作，并且控制系统进一步包括用于确定至少一个控制器相对于土方机器的地点的部件。

根据计算机程序产品的实施例，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至14和17中任一项所述的功能的可执行代码。

根据包含在非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序的实施例，所述计算机程序被配置为执行根据权利要求1至14和17中任一项所述的功能。

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，

图6是设有头戴式显示单元的头盔的示意性前视图，

图7示意性地公开用于控制系统的土方操作系统的结构。

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自动或半自动控制，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。

土方机器E的自动控制和半自动控制也可以基于构建环境信息模型(BEIM)，构建环境信息模型稍后被称为BEIM。BEIM是信息模型，该信息模型包括将被完成的土方工事(要么形成将被执行的整个土方操作、要么形成将被执行的整个土方操作的一部分的单个土方工事)的预期规划的最终结果。BEIM还包括土方机器E将执行的特定操作以便实现将被执行的土方工事的规划的最终结果。

一个或多个BEIM被存储在土方操作系统EOS中，该土方操作系统EOS形成整个土方工事操作的总体规划，并且包括一个或多个BEIM。土方操作系统EOS或形成土方操作系统EOS的至少一部分并且意图接着将被执行的一个或多个特定的BEIM可以例如在云服务或互联网中是可用的，由此土方操作系统EOS或一个或多个BEIM可以被下载到土方机器E的至少一个控制单元CU中以用于开始一个或多个土方工事。必要的工事阶段和任务然后被土方机器E及其操作者5要么自动地、要么半自动地执行，以使得形成一个或多个BEIM的一个或多个土方工事完成。

存在许多不同的可以形成或者可以用于形成用于特定土方工事的BEIM的土方信息模型。这些包括例如地理空间信息系统(GIS)、建筑信息建模(BIM)、基础设施建设信息建模(I-BIM)、民用信息模型(CIM)和智能城市平台。所述模型可以是二维模型、三维模型或不规则三角网(TIN)-模型，其中，平面表面由若干个三角形限定。土方信息建模系统包括分类系统，该分类系统限定不同种类的基础设施和-模型及其子结构(诸如例如用于道路建设目的的不同层的基础结构、填充层、表面层等)的意义和性质。

图7示意性地公开了将针对土方操作设置的土方操作系统EOS的结构。根据例子，土方操作可以包括与购物中心的建筑物相关的所有土方工事。土方操作系统EOS包括一个或多个BEIM，每个BEIM对应于形成整个土方操作的一部分的特定的土方工事。在与相同数量的BEIM相对应的若干个土方工事已经被执行之后，整个土方操作被完成。土方操作系统EOS因此包含一个或多个BEIM，一个土方操作系统EOS中的BEIM的数量在实践中受整个土方操作的程度和整个土方操作划分为若干个单独的土方工事的适当划分的限制，每个单个土方工事因此确定单个BEIM。在图7中，BEIM的数量为n，图7的土方操作系统EOS因此包括BEIM1、BEIM2、…、BEIMn，即，共同确定整个土方操作的n件单独的土方工事，整个土方操作又确定用于执行整个土方操作的土方操作系统EOS。

每个BEIM包括或确定若干个(即，一个或多个)使命，例如，使命1、使命2、……、使命n。在每一个使命已经被执行之后，相应的BEIM被完成。参照上述购物中心的建筑物的例子，单个BEIM(诸如BEIM1)可以例如确定用于构建购物中心的停车区域的构建信息模型。在这种情况下，BEIM1可以被划分为例如三个使命。第一使命(诸如使命1)可以确定用于在为停车区域保留的区域处将挖掘地挖掘到预定深度的操作模型。第二使命(诸如使命2)可以确定用破碎的岩石将挖掘地填充到预定高度的填充。最后一个使命(诸如使命3)可以确定停车区域的铺面。

使命可以由确定不同基础设施和-模型及其可能的子结构的意义和性质的分类系统确定。对于用于执行使命的土方机器E的操作的实际的工事命令可以基于分类系统设置。包括分类系统的信息模型因此使得能够实现土方机器E的自动的或半自动的工事。每个使命包括或确定用于土方机器E的移动和/或用于土方机器E的工具3的移动的操作模型，这些移动在它们已经被执行之后，提供使命完成。

每个使命可以被划分为若干个(即，一个或多个)任务，由此每个任务包括土方机器E的若干个(即，一个或多个)移动和/或土方机器E的工具3的若干个(即，一个或多个)移动，这些移动在它们已经被执行之后，共同提供特定任务完成。每个任务因此可以包括土方机器E的一个或多个移动、土方机器E的工具3的一个或多个移动、或土方机器E和土方机器E的工具3这二者的一个或多个移动。

土方机器E的移动可以包括将土方机器E的载物架1移动到工事场所处的另一位置。工具3的移动可以包括移动工具3以执行特定任务，诸如以提供挖掘机的铲斗进行的用于从挖掘地移除土地的一个或多个连续的挖掘动作、或者挖掘机的铲斗进行的用于使已经被挖掘的点变平的一个或多个单个的平整动作。土方机器E的工具3的移动因此还可以包括土方机器E的与土方机器E的工具3(诸如铲斗)连接的一部分(诸如挖掘机的吊杆2)的移动。如果强制还移动土方机器E的载物架1以用于执行土方机器E的工具3的必要的移动，则可以在土方机器E的工具3的连续的动作之间或者可替代地在土方机器E的工具3的一个或多个连续动作期间移动土方机器E的载物架1。

参照在上面和图7中提及的购物中心的建筑物的例子，任务1可以例如包括挖掘机的铲斗进行的一个或多个连续的采掘动作，任务2可以例如包括挖掘机的铲斗进行的一个或多个连续的平整循环，任务n可以例如包括将土方机器E移动到工事场所处的另一位置。

每个任务又可以被划分为若干个(即，一个或多个)控制规划，其中，每个控制规划包括若干个(即，一个或多个)用于以完整特定任务所必需的特定的方式移动土方机器E或其一部分和/或用于移动土方机器E的工具3的特定控制。土方机器E的工具3的控制可以例如包括用于操作不同的致动器以便完成特定任务的特定控制。参照在上面和图7提及的购物中心的建筑物的例子，控制规划1可以例如包括用于操作意图控制挖掘机的铲斗的位置的汽缸的控制。控制规划2可以例如包括用于操作意图控制与工具3连接的吊杆2的一部分的位置的汽缸的控制，控制规划n又可以例如包括用于相对于载物架1转动控制舱室5和吊杆2的控制。

当用于控制土方机器E的基于BEIM的控制系统CS在土方机器E中实现时，基于BEIM的控制系统CS被配置为包括若干个硬件部件和若干个软件部件，所述若干个硬件部件至少形成用于控制土方机器E的操作的部件的一部分，所述若干个软件部件包括当被执行时使土方机器的操作被执行的可执行代码。

基于BEIM的控制系统包括用于控制附连到土方机器E的土方工具3的移动的至少一个控制器CO。

此外，基于BEIM的控制系统包括被布置到土方机器E的至少一个控制单元CU。控制单元CU可以例如用于例如从云服务或互联网下载并存储一个或多个BEIM或包括一个或多个BEIM的土方操作系统EOS。

此外，基于BEIM的控制系统包括用于向控制单元CU提供土方机器E的载物架1和工具3的位置数据的感测部件。位置数据可以以上面公开的方式获取。

此外，基于BEIM的控制系统进一步包括用于显示至少一个控制器CO可选的至少一个BEIM的至少一个显示部件，诸如显示单元6。

此外，至少一个控制单元CU被配置为从至少一个控制器CO接收用于选择一起工作的BEIM的选择。操作者5可以使用至少一个控制器CO来从可选的一组BEIM选择一起工作的BEIM。可替代地，选择信息可以从执行土方机器E的自动控制的至少一个控制单元CU接收。

此外，至少一个控制单元CU被配置为接收关于选定的BEIM的至少一个工事命令。工事命令可以例如是开始至少一个使命或与至少一个使命相关的至少一个任务的执行的命令。所述工事命令可以由操作者5发起，或者由执行土方机器E的自动控制的至少一个控制单元CU发起。

此外，至少一个控制单元CU被配置为：监视关于接收的工事命令的工事的进展，并且可选地，要么执行接收的工事命令，要么通过至少一个控制单元CU中断接收的工事命令。如果土方机器E能够执行与接收的工事命令相对应的工事，则至少一个控制单元CU允许土方机器E要么独立地、要么按照操作者5的控制执行特定的工事。可替代地，如果至少一个控制单元CU例如由于感测部件11、12在土方机器E的周围环境中检测到障碍物、或者例如由于土方机器E在工事场所的地点或位置而认识到工事命令限定的一个或多个动作不能被执行，则接收的工事命令的执行被控制单元CU中断。

此外，至少一个控制器CO既可以附连地进行操作，又可以拆卸地进行操作。至少一个控制器CO因此可以被安置在土方机器E的控制舱室4中并且物理地连接到土方机器E。可替代地，至少一个控制器CO可以例如由在土方机器E附近的、土方机器E的操作者5携带。此外，根据实施例，至少一个控制器CO可以被安置在远离土方机器E的控制室中。

此外，控制系统包括用于确定至少一个控制器CO相对于土方机器E的地点的部件，诸如感测部件11、12或布置在土方机器E中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其他测量装置。

如果用于土方机器E的所有的控制器CO都是可电子控制的控制器，则土方机器E可以被布置为完全自动地操作的土方机器E。可替代地，如果需要，土方机器E的一些或所有动作可以被确定为由操作者5控制。因此，可以针对土方机器E的操作确定任何水平的操作者参与。

在土方机器的土方机器特定动作(诸如采掘或调平)的半自动控制的实施例中，可以基于可选的操作模式来控制。在基于操作模式的控制中，每种操作模式对应于土方机器将提供的特定动作，诸如采掘或调平。换句话说，采掘可以提供一种类型的操作模式，调平可以提供另一类型的操作模式。操作模式可以包括执行与选定的操作模式相对应的动作所必需的、土方机器E的土方工具3的移动。当土方机器E由基于操作模式的控制系统控制时，在意图将被执行的工事的起始点，按照操作者5使用至少一个控制器CO进行的控制来定位土方工具3，其后至少一个控制器CO选择特定的操作模式，并且按照至少一个控制单元CU进行的控制自动地执行相应的动作。

在实施例中，可以在“通过示范学习”操作模式下运行土方机器E。在通过示范学习操作模式下，例如，卸载铲斗可以由操作者5向土方机器E示范，这意味着通过例如向土方机器E指示最终位置来向控制系统CS示出在哪里卸载铲斗的内容物，并且当“通过示范学习”模式被教导并且被启动时，铲斗3由控制系统CS根据示范的最终位置定位，并且还由操作者5通过控制系统CS卸载，如果需要的话。为了跟随铲斗3的示范的路径，所述系统可能必须包含以铲斗3的内容物在最终位置之前将不会被卸载这样的方式旋转和倾斜铲斗3的能力。

“通过示范学习”的另一个例子可以是通过操作者5设置的虚拟边界向土方机器E教导适当的保护。因此，土方机器E能够避免损坏保护边界内部的周围的不动产。

在“通过示范学习”的又一个例子中，向控制系统CS教导恢复预设工具位置和方位。因此，操作者5可以命令控制系统CS存储任何工具3的位置、旋转和/或倾斜，并且在使用工具3之后，操作者5可以用单个命令来恢复存储的位置。

当在通过示范学习模式下运行时，所有的关于优化的特征都是可用的。例如，当“平稳移动”是选定的将被优化的性能参数之一并且向土方机器E教导不动产保护时，如果达到设置的虚拟边界，土方机器E的任何移动都不立即停止，而是比当将要达到该边界时更早地开始放慢。放慢至少考虑当土方机器E的工具3或某个其他的部分太靠近设置的虚拟边界时将土方机器E的工具3或某个其他的部分带向设置的虚拟边界的一个或多个移动，并且最后，如果到达设置的虚拟边界，则至少停止将工具带向虚拟边界的至少一个移动。

根据实施例，基于操作模式的控制系统在基于BEIM的控制系统中可以被用来例如执行特定任务。在该实施例中，特定任务可以由若干个与可选的操作模式相对应的连续的动作组成。这已经在图7中示意性地公开，其中，任务“任务n”被示意性地公开为由n种连续选择的操作模式(即，操作模式1、操作模式2、……、操作模式n)组成，其中，每种操作模式(操作模式1、操作模式2、……、操作模式n)可以例如对应于采掘或调平。

用于控制土方机器E的基于操作模式的控制系统包括至少一个控制器CO、至少一个控制单元CU和至少一个显示部件，所述至少一个控制器CO用于控制附连到土方机器E的土方工具3的至少一个移动，所述至少一个显示部件用于显示所述至少一个控制器CO可选的操作模式。至少一个控制单元CU被配置为：从至少一个控制器CO接收用于选择操作模式的至少一个选择，监视土方机器E的关于选定的操作模式的至少一个移动，并且至少部分地基于监视来执行土方工具3的至少一个移动，或者用至少一个控制单元CU来中断土方工具3的至少一个移动。此外，至少一个控制器CU既可以附连地进行操作，又可以拆卸地进行操作。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，所述控制系统进一步包括用于确定至少一个控制器CO相对于土方机器E的地点的部件。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被进一步配置为：指示土方工具3的至少一个移动的性能，将指示的性能与至少一个性能参数阈值进行比较，对没有达到所述至少一个性能参数阈值的土方工具3的至少一个移动建议进行优化，并且对没有达到所述至少一个性能阈值的土方工具3的至少一个移动进行优化。根据该实施例，土方工具3的至少一个移动的性能是相对于至少一个性能参数阈值监视的，并且鉴于监视的性能参数执行移动的优化方式可以由至少一个控制单元CU建议。性能参数可以呈现例如用于执行移动的时间、用于执行移动的能耗、在移动期间朝向土方工具3或土方机器E的应力、在用工具3转移负载或者移动空的工具3或其某个组合时移动的平稳性。移动的平稳性可以例如基于负载(诸如在转移每个负载时掉落的破碎的岩石)的量和/或基于传感器11、12和/或感测在移动加载的或空的工具3时土方机器E的振荡的其他感测部件测得。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元被配置为：指示土方工具的至少一个移动的性能，将指示的性能与至少一个性能参数阈值进行比较，并且对土方工具的至少一个移动进行优化。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元被配置为：指示土方工具的至少一个移动的性能，将指示的性能与至少一个性能参数阈值进行比较，对土方工具的至少一个移动进行优化，并且指示执行的优化。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被进一步配置为存储将用于待被优化的每个性能参数的优先级级别。将用于每个性能参数的优先级级别可以就每个移动、任务的每个部分或每个任务而变化。例如，在移动空的工具3时，所用的时间和/或所用的能耗可以为最高优先级，而在用工具3转移负载时，能耗和/或移动的平稳性可以为最高优先级。不同种类的负载也可以具有不同的优先级，其中对于例如不动产或障碍物的安全限制较小的任务或任务的对于例如不动产或障碍物的安全限制较小的一部分中的工事也是一样的。因此，周围环境也可能影响关于移动空的工具3的性质。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被进一步配置为：存储操作者5使用至少一个控制器CO示范的土方工具3的至少一个移动，对土方工具3的存储的至少一个移动进行优化，并且存储至少一个优化的移动。根据该实施例，操作者5首先示范所考虑的移动，其后控制单元CU重复相同的移动若干次，同时对移动进行优化，如果必要的话。在可能的优化之后，示范的移动被存储到控制单元CU可访问的存储器。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被配置为：响应于从至少一个控制器CO接收的继续被中断的移动的命令，和/或响应于至少部分地通过感测部件11、12检测到中断的原因消失，继续土方工具3的关于选定操作模式的被中断的移动。根据该实施例，响应于从至少一个控制器CO接收的对应的命令，继续进行土方工具3的可能被中断的移动。该命令可以由例如操作者5发起。可替代地，该命令可以由至少一个控制单元CU响应于感测部件11、12检测到中断的原因已经消失、在中断土方工具3的移动的原因已经中止之后发起。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被配置为：响应于未被标识的物体进入土方工具3的工事区域和/或土方机器E的工事区域，中断土方机器E的移动和/或土方工具3的移动。进入土方工具3和/或土方机器E的工事区域的未被标识的物体可以是不是土方机器E的操作者5的人、或者感测部件11、2感测到未被允许进入土方机器E的工事区域的任何其他的机器或物体。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被配置为：对于土方机器E和/或土方工具3的至少一个移动，设置至少一个虚拟边界线，并且用至少一个控制单元CU中断使得到达所述至少一个虚拟边界线的至少一个移动。虚拟边界线可以通过控制单元CU和/或检查土方机器E的周围环境和/或土方工具3的周围环境的感测部件11、12提供的信息来设置，或者可替代地由操作者5通过至少一个控制器CO来设置。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被配置为：响应于人或某个其他的物体仍留在土方机器E和/或土方工具3的工事区域中，限制土方机器E和/或土方工具3的移动速度。可替代地，至少一个控制单元CU可以被配置为：响应于人或某个其他的物体进入土方机器E和/或土方工具3的工事区域中，完全停止土方机器E和/或土方工具3的移动。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，控制单元CU被配置为：监视土方工具和/或土方机器(E)的负载和/或应力，并且当负载和/或应力超过预定阈值参数时，改变操作模式。

根据基于操作模式的控制系统的实施例，至少一个控制单元CU被配置为：响应于土方工具3的负载或朝向土方工具3和/或土方机器E的应力超过相应的预定阈值参数，要么限制土方机器E和/或土方工具3的移动的速度，要么完全停止土方机器E和/或土方工具3的移动，即，中断工事命令。

控制系统CS还可以包括检测部件，该检测部件被配置为检测将从意图被机器E和/或其工具3搬运的一组物体中选择的物体。根据实施例，该组物体可以包括就例如物体的尺寸或预期使用目的而言的不同类型的物体的选择。根据另一实施例，该组物体可以包括具有类似特性、在各物体之间没有任何显著差异的若干个类似的物体。根据进一步的实施例，该组物体可以包括类似种类的物体，但是它们中的至少一些例如基于安装到或将被安装到物体的特定配件或者基于物体在工事场所处意图最后被安置到的预期位置而被明确地个性化。图1示意性地公开了一组22物体21。

该物体检测和选择可以基于例如物体的形状和/或大小识别或者鉴于附连到物体的特定的物体标识符23和输入到可能形成部分工事场所3D模型的信息模型IFM的对应的物体数据。物体标识符23可以基于RDIF、条形码或近场通信(NFC)技术、或实现与前面提及的目的相同的目的的任何其他技术、或这些技术的任何组合。信息模型还可以包括关于以下各项的信息：物体在工事场所处的存放地方、以及为了物体在工事场所处的实际使用目的意图将物体最终安置在哪里的放置。控制系统CS可以被配置为：基于信息模型中的数据来确定接着将需要的物体，并且要么控制机器E，要么帮助操作者5从存储地方收集物体并且将它拖到并可能安装到意图在完工的工事场所处使用物体的位置。

根据控制系统CS的实施例，控制系统因此包括信息模型IFM，该信息模型IFM包括以下各项的信息：至少一个物体的形状、大小和至少一个单个的物体标识符中的至少一个、以及物体的存放地方和物体在工事场所处的安装位置和/或方位中的至少一个。

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 (18)

1.一种用于控制土方机器的基于构建环境信息模型BEIM的控制系统，其特征在于，

所述基于构建环境信息模型BEIM的控制系统包括：

至少一个控制器，所述至少一个控制器用于控制附连到土方机器的土方工具的至少一个移动，所述至少一个控制器也包括在土方机器中，

至少一个控制单元，以及

感测部件，所述感测部件用于向所述控制单元提供土方机器的载物架和土方工具相对于BEIM的位置数据，

所述基于构建环境信息模型BEIM的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能够由所述至少一个控制器选择的至少一个BEIM，并且其中，

所述至少一个控制单元被配置为：

从所述至少一个控制器接收用于选择一起工作的BEIM的至少一个选择，

接收关于所选BEIM的至少一个工事命令，

监视关于接收的工事命令的工事的进展，并且至少部分地基于所述监视：

执行接收的工事命令，或者

通过所述至少一个控制单元中断接收的工事命令，以及

所述至少一个控制器既能够附连地进行操作，又能够拆卸地进行操作，BEIM包括基于地理空间信息系统、建筑物信息建模、基础设施建筑物信息建模、民用信息模型或智能城市平台中的至少一个的土方信息模型。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，BEIM包括若干个使命，每个使命包括若干个任务，所述若干个使命中的至少一个和所述若干个任务中的至少一个包括土方机器将执行的至少一个工事命令。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元被配置为：从云服务或互联网检索所述至少一个BEIM。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制单元被配置为：

监视土方工具和土方机器中的至少一个的负载和应力中的至少一个，并且

当负载和应力中的所述至少一个超过预定阈值参数时，中断所述工事命令。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括用于确定所述至少一个控制器相对于土方机器的地点的部件，并且所述至少一个控制器的操作模式取决于所述至少一个控制器的所述地点。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个控制器的操作模式取决于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。

7.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，其中，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，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。

8.根据权利要求7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，并且土方机器从所述云服务检索该数据。

9.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至少一个控制器接收用于控制能够由土方机器的操作者控制的土方机器的所有操作的选择和控制。

10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个控制器在被拆卸时的操作模式取决于所述至少一个控制器和土方机器之间的距离。

11.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述至少一个控制器在被拆卸时的操作模式取决于所述至少一个控制器和土方机器的土方工具之间的距离。

12.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至少一个控制器接收用于至少控制相对于所述载物架移动土方工具并且驱动土方机器的选择和控制。

13.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。

14.一种土方机器，所述土方机器包括：

可移动载物架；

至少一个土方工具，所述至少一个土方工具能够相对于所述载物架移动；

至少一个控制器，所述至少一个控制器用于控制附连到土方机器的土方工具的至少一个移动；

外设装置；

致动部件，所述致动部件用于相对于所述载物架和用于控制外设装置的部件移动土方工具；以及

至少一个根据权利要求1所述的基于构建环境信息模型BEIM的控制系统。

15.根据权利要求14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。

16.一种用于控制土方机器的方法，其特征在于，使用基于构建环境信息模型BEIM的控制系统来控制土方机器，所述基于构建环境信息模型BEIM的控制系统包括：

至少一个控制器，所述至少一个控制器用于控制附连到土方机器的土方工具的移动，所述至少一个控制器也包括在土方机器中，

至少一个控制单元，

感测部件，所述感测部件用于向所述控制单元提供土方机器的载物架和所述工具的位置数据，以及

至少一个显示部件，所述至少一个显示部件用于显示能够由所述至少一个控制器选择的至少一个BEIM，

所述方法进一步包括：

从所述至少一个控制器接收用于选择一起工作的BEIM的选择，

接收关于所选BEIM的至少一个工事命令，

监视关于接收的工事命令的工事的进展，并且选择性地

执行接收的工事命令，或者

中断接收的工事命令，以及其中，

所述至少一个控制器既能够附连地进行操作，又能够拆卸地进行操作，BEIM包括基于地理空间信息系统、建筑物信息建模、基础设施建筑物信息建模、民用信息模型或智能城市平台中的至少一个的土方信息模型。

17.一种用于控制土方机器的设备，包括：

用于存储可执行代码的存储器；以及

耦合到存储器的处理器，其中，所述可执行代码在由所述处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求16所述的方法。

18.一种用于存储可执行代码的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述可执行代码在由处理器执行时使所述处理器执行根据权利要求16所述的方法。

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