CN117418577A - 用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统 - Google Patents

用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117418577A
CN117418577A CN202310849478.0A CN202310849478A CN117418577A CN 117418577 A CN117418577 A CN 117418577A CN 202310849478 A CN202310849478 A CN 202310849478A CN 117418577 A CN117418577 A CN 117418577A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tool
break line
orientation
controller
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310849478.0A
Other languages
English (en)
Inventor
L·吉亚尔加德
S·科斯特洛
P·米卡雷利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leica Earth System Technology Co ltd
Original Assignee
Leica Earth System Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leica Earth System Technology Co ltd filed Critical Leica Earth System Technology Co ltd
Publication of CN117418577A publication Critical patent/CN117418577A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/439—Automatic repositioning of the implement, e.g. automatic dumping, auto-return
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G01S13/865—Combination of radar systems with lidar systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G01S13/867—Combination of radar systems with cameras
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/3604—Devices to connect tools to arms, booms or the like
    • E02F3/3677—Devices to connect tools to arms, booms or the like allowing movement, e.g. rotation or translation, of the tool around or along another axis as the movement implied by the boom or arms, e.g. for tilting buckets
    • E02F3/3681—Rotators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统。本发明涉及用于挖掘机器的控制器，该挖掘机器包括工具、臂、一组传感器以及底盘。传感器被配置成提供与工具的姿势有关的数据。控制器包括输入接口和计算单元。输入接口被配置成接收操作员转向命令。计算单元被配置成读取设计模型以及针对该设计模型来参考工具的姿势，该设计模型包括限定折断线的两个互连多边形。控制器被配置为执行半自动折断线渡越。该半自动折断线渡越功能包括：基于操作员转向命令以及工具相对于折断线的姿势来识别折断线渡越移动；以及基于工具的姿势以及操作员转向命令来生成操作员转向命令调整命令，以便将工具对准至折断线。

Description

用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统
技术领域
本发明涉及一种配备有工具的挖掘机器(excavating machine)，该挖掘机器允许该工具在实际空间中的位置和取向(姿势)方面多达六个自由度(degree-of-freedom，DoF)；以及一种用于在挖掘任务中在从参考表面中的一个多边形到参考表面中的另一多边形的渡越(transition)期间控制工具的朝向(heading)和运动方向的方法。
背景技术
挖掘机是施工机械，其包括：工具(特别是铲斗)；用于使工具移动的挖掘机臂，该挖掘机臂通常包括多个接头(joint)，例如，动臂(boom)、杆、底盘(通常是在具有履带(track)或车轮的可移动底架上可旋转约360°的底盘)。这些机器是以多种方式来使用的，例如用于采掘、景观美化、物料处理。一般的挖掘机通常配备有适配器，该适配器允许快速更换为了具体任务而配置的工具。由于该特征，当代的挖掘机例如还可以配备有用于刷切或林业任务的液压锯和推进器(mover)；配备有用于拆除作业的液压爪、切割器以及破碎机；配备有用于采矿任务的打桩机或液压钻机；或者配备有用于除雪任务的扫雪机和吹雪机。
挖掘机器的另一典型实施方式是所谓的反铲挖掘机或反铲。挖掘机的底盘是另一种类型的作业机器(例如，拖拉机)，并且挖掘机臂是以永久或临时的方式附接至作业机器的后侧的。例如，JP 2010-71054A公开了这种作业机器。
作为示例，除非另外指定，否则从这里起表示更通用类型的挖掘机器的挖掘机能够相应地应用其它类型的挖掘机器(特别是反铲)的具体特征。
作为示例，从这里起将铲斗呈现为挖掘机的一般工具的代表。可以相应地应用其它类型的挖掘机工具(例如，耙子)的具体特征。而且，由于一般的挖掘机通常被配置成快速地更换工具，因此，在没有特殊准备步骤的情况下，并且在使用铲斗作为挖掘机的一般工具的代表的现场条件下，不意味着根据本发明的挖掘机必须以永久的方式配备有铲斗或任何其它工具。
铲斗包括铲斗刃口(edge)，该刃口被专用于接触表面。铲斗本身也以各种形状和尺寸被使用。例如，将具有直切割刃口的宽大容量(泥浆)铲斗用于清理和整平。特别地，直切割刃口通常被用于待采掘的软物料，其中，对于较硬的物料，切割刃口是由一排齿形成的。作为另一示例，通用铲斗通常更小更坚固，并且具有被用于突破硬地面和岩石的硬化侧刀(side cutter)和齿。
普通挖掘机在挖掘机底盘中具有用于挖掘机操作员的驾驶间或驾驶室。底盘通常是可旋转的。典型挖掘机共用基本设置，其中，挖掘机臂的最靠近驾驶室的节段被称为(主)动臂，而承载工具的节段被称为杆(也被称为戽斗或戽斗杆)。作为示例，除非另外指定，否则“常规的”挖掘机设置(其中，底盘是可旋转的，并且臂包括动臂和杆)从这里起表示更一般的设置。能够相应地应用其它类型的设置(特别是摆臂式动臂挖掘机)的具体特征。
典型的现代挖掘机利用液压缸和马达来完成臂的移动。其它类似的方法(例如，绞车和钢索)也是可能的。作为示例，液压缸和马达从这里起被呈现为驱动挖掘机臂的一般装置的代表。能够相应地应用驱动挖掘机臂的其它装置(例如，钢索、电动机等)的具体特征。
(主)动臂附接至驾驶室，并且可以是几种不同构型中的一种，例如，不允许除直上直下外的移动的单动臂；或者在中间附近的所谓“转向节(knuckle)”处铰接的转向节动臂，使其像手指一样折回来。另一选项是在动臂的基部处的铰链，该铰链允许动臂独立于驾驶间枢转，例如，枢转高达180度。然而，这种铰链通常仅可用于小型挖掘机。此外，有些专门的构型是已知的，例如，三关节动臂(triple-articulated boom)。
被附接至动臂端部的是杆，其中，杆长度例如根据是需要伸展动力(较长杆)还是需要倒空(break-out)动力(较短杆)而发生改变。杆长度也可以是液压可调整的。
通常，将工具经由工具接头附接至杆，该工具接头至少允许工具相对于杆沿俯仰方向(通常沿上下方向)转动。通常，沿倾斜方向(例如，沿左右方向)的转动也是可能的。
一种特殊的挖掘机类型还以处于杆的端部与工具之间的所谓倾斜-旋转器为特征，以便增加挖掘机的灵活性和精度。例如，这种倾斜-旋转器式挖掘机经常用在斯堪的纳维亚(Scandinavia)的国家。可以将倾斜-旋转器最佳地描述为处于杆与工具之间的腕关节，该腕关节允许工具绕转子轴线旋转(通常旋转达360度)，其中，工具还可以绕垂直于转子轴线的俯仰轴线以及垂直于转子轴线和俯仰轴线的倾斜轴线转动，例如在每种情况下转动高达±45度。例如，在EP 2364389 B1中描述了一种用于倾斜-旋转器的挖掘机系统和控件。
倾斜-旋转器允许以6DoF精确地调整工具(特别是工具刃口)的姿势，并且在外部参考系中以另一独立的3DoF来限定工具的运动方向。作为示例，将倾斜-旋转器从这里起呈现为允许工具在外部参考系中的6DoF姿势(特别是朝向)和3DoF运动方向控制的一般设置的代表。能够相应地应用具有类似能力的其它挖掘机臂的具体特征。
定位铲斗或者限定铲斗方向的一种普遍方式是操作员例如利用操纵杆直接限定液压缸的位置，这种控制装置例如在EP 1705545 A1中进行了公开。然而，即使是简单的移动(比如在打开铲斗的同时使铲斗沿水平移动笔直向前)，也需要操纵杆上的多个经协调的移动。由于液压缸的取向在工具移动期间不断改变，因此，这些移动不是直观的且容易出错。从而，即使对于受过训练的和有经验的操作员，这种执行通常也是无成效的。
在现有技术中已知一种辅助驾驶员设定铲斗的给定实际空间位置的系统，例如，WO 2014/209209A1公开了一种系统，其中，自动地调整挖掘机臂的接头以提供由操作员指定的实际空间移动。
与将平坦表面分级(grading)的任务所严格必需的DoF相比，典型的挖掘机具有更多的DoF。这意味着铲斗刃口可以使用接头角度的多种组合来与表面对准。还可以存在用于重新定位路径的多个选项，并且可以计算关于某些标准的最佳路径。在现有技术中已知一种半自动重新映射系统(特别是基于反向运动学的半自动重新映射系统)，其中，操作员只须选择新目标姿势，而由挖掘机的计算单元来生成和控制重新定位路径，例如，US 9,976,285 B2或EP 3 719 212 B1就公开了这样的系统。
在现有技术中还已知一种系统，其中，挖掘机以及至少其铲斗在外部坐标系中的位置以及相对于表示施工任务的设计数据。例如，EP 3 719 212 B1公开了一种系统，其中，利用传感器布置来确定挖掘机的绝对或相对位置，并且铲斗是根据操作员命令而移动至相对于设计数据的期望姿势。
设计数据通常包括参考表面。对于典型的挖掘任务，参考表面(例如，壕沟或铁路路堤)由多边形组成。多边形的接缝(joining)被称为折断线(breakline)。在铲斗与所述折断线对准的情况下，折断线的无缝渡越才有可能。如果铲斗未对准，则铲斗要么突破参考表面，要么留下三角形残留物。
现有技术的挖掘机可以防止穿过参考表面，然而这是以在表面上方留下挤出的残留物为代价的。现有技术需要对挖掘机进行重新定位，并开始第二次挖掘操作，这导致效率低下。
发明内容
本发明的目的
考虑到上述情况，本发明的目的是，提供一种用于挖掘机器的控制器，该控制器被配置成提供折断线的无缝过渡，从而消除对用于去除残留物的第二次挖掘任务的需要。本发明还涉及一种实现折断线的无缝渡越的方法和计算机程序产品。
发明概要
本发明涉及一种用于挖掘机器的控制器。挖掘机器包括：工具、臂、底盘、以及一组传感器。
挖掘机器可以进行永久设置。另选地，挖掘机器可以是另一类型的作业机器，或者是具有临时附接至其的挖掘臂(excavating arm)的拖拉机。可以将该组传感器所包括的一个或更多个传感器定位在底盘、臂或工具之中或之上。该组传感器所包括的一个或更多个传感器可以位于外部。
工具包括工具刃口。工具刃口可以专用于接触表面。工具刃口可以是工具的连续物理刃口或者假想刃口，特别是在有齿的铲斗或耙子的情况下。作为从这里开始的示例，工具的位置由工具刃口的位置(特别是工具刃口的中间)来表示。对于某些任务，对不同的参考点的选择可能是有利的。可以相应地应用另选参考点(例如，工具的中心)的具体特征。作为从这里开始的示例，挖掘工具的姿势是在外部(特别是全局)坐标系中的姿势。对于某些任务，对不同的坐标系的选择可能是有利的。可以相应地应用另选坐标系的具体特征。
该臂包括多个连杆以及用于使工具移动的工具接头，其中，工具被附接至工具接头。虽然利用具体设计描述了本发明的一些特征，但是本发明不限于那些设计。可以将本发明例如应用于挖掘机或反铲型挖掘机器。本发明不限于挖掘臂被永久附接的设计。本发明可以通过挖掘机器来实现，该挖掘机器的臂由液压装置、借助于钢索、借助于电动机或者由任何另选装置来驱动。本发明可以通过动臂、杆、或工具接头的任何具体设计来实现。本发明还可以通过另一种形式的关节臂来实现。
该组传感器被配置成提供与工具的位置和朝向有关的传感器读取数据。该组传感器可以提供与工具的6DoF姿势有关的传感器读取数据。操作员可以具有限定取向参数而不是朝向的自由。除了朝向之外的取向参数可能因与挖掘任务相关的其它情况而受到限制。该组传感器可以提供与工具的运动方向有关的传感器读取数据。该组传感器还可以包括定位传感器，该定位传感器提供关于挖掘机相对于外部(特别是全局)坐标系的位置的传感器读取。这样的传感器可以包括一个或更多个GNSS传感器，特别是允许实时运动学测量的高精度GNSS传感器，或者从大地测量装置(例如，全站仪)获得信息的传感器布置。该组传感器还可以包括成像传感器、扫描(特别是激光扫描)传感器、激光雷达传感器、或雷达传感器。虽然所述传感器中的至少一部分需要位于挖掘机本身之中或之上，但是其它传感器(特别是采用全站仪形式的定位传感器)可以位于外部位置。本发明决不限于对专门位于挖掘机之中或之上的传感器的利用。
工具的姿势可以通过直接测量来提供。工具的姿势可以通过评估底盘和臂的接头的状态来间接提供。工具的运动方向可以根据直接测量来提供。另选地，运动方向可以根据姿势的变化率来导出。代替运动方向，也可以利用速度矢量。除非另外指定，否则可以通过用速度矢量部分或完全取代运动方向来执行本发明。作为对速度矢量(线性导数)的补充，也可以导出并利用角速度。
控制器包括输入接口和计算单元。控制器可以包括输出接口。输入接口、输出接口、以及计算单元是控制器的组件的功能定义而非结构定义。计算单元、输入接口、以及输出接口可以是分布式的。一些结构组件(特别是触摸屏)可以提供输入接口和输出接口两者的功能。一些结构组件可以提供计算单元和输入/输出接口两者的功能。
输入接口被配置成接收操作员的操作员转向命令(operator steeringcommand)，该操作员转向命令与工具的期望位置和朝向和/或移动有关。输入接口可以被配置成接收操作员的操作员转向命令，该操作员转向命令与工具的期望姿势有关。工具的移动可以是旋转。操作员可以非远程地操作挖掘机器，然而，本发明不限于操作员从驾驶员室直接操作挖掘机器的情况。输入接口可以包括一个或更多个操纵杆。输入接口可以允许对臂的连杆的姿势或底盘的直接控制。输入接口可以为计算单元提供转向命令，以用于半自动地实现挖掘工具的移动，特别是在反向运动学方面的移动。输入接口可以包括触摸屏的输入区。输入接口可以允许某些特征的启用，特别是手动模式与半自动模式之间的选择。输入接口可以允许执行挖掘机的预定义的或用户定义的自动移动。作为示例，预定义的或用户定义的自动移动可以包括具有用户定义的工具取向以及预定义的或用户定义的速度分布(逐步上升、恒定速度、逐步下降)的分级操作。输入接口可以允许操作员辅助特征的启用，特别是设定或限制工具的速度或者锁定一个或更多个姿势DoF。这种预定义的或用户定义的自动移动以及操作员辅助特征被认为是本发明的操作员转向命令。不必说，本领域技术人员会认识到，上述非排它性列表包括可彼此组合的特征。
输入接口可以是分布式的。某些功能可以由一个或更多个操纵杆、由开关/按钮控制，而其它功能可以由一个或更多个触摸屏控制。某些功能可以通过两个或多个另选装置(即，通过操纵杆上的按钮和/或单独开关和/或经由触摸屏的输入区)控制。操作员还可以通过输入接口提供或修改用户定义的操作员辅助特征或自动移动。技术人员还可以实现类似于上述列表的另选输入接口。这样的组合和另选方案处于本发明的含义内。
计算单元被配置成读取操作员转向命令，并且控制臂以再现工具的期望位置和朝向和/或移动。操作员转向命令可以包括预定义的或用户定义的自动移动或操作员辅助特征。
计算单元被配置成读取包括参考表面的设计模型。参考表面包括限定折断线的两个多边形。根据本发明的多边形还覆盖了可以由折断线附近的多边形局部近似的平面图，特别是非封闭平面图或者包含弯曲段的平面图。计算单元被配置成相对于设计模型来参考工具的位置和朝向。设计模型可以是挖掘任务的计算机辅助设计模型。不必说，基于其它设计标准的设计模型也是可能的。运动方向可以参考该参考表面的第一多边形和第二多边形。从这里起，参考第二多边形的运动方向可以被称为第二运动方向，其中，这种区别提高了文本的可读性。由于可以在没有与参考系有关的限制的情况下应用本发明，因此，这些术语纯粹是描述性的以提供可读性。运动方向和第二运动方向原本就是等同的特征。
在一些实施方式中，该组传感器包括成像传感器、扫描(特别是激光扫描)传感器、激光雷达传感器、或雷达传感器。对于这样的实施方式，挖掘机可以连续地或者以规则的间隔获得关于实际表面的状况。计算单元可以针对参考表面来参考实际表面，并且可以更新挖掘任务的状况。这些传感器中的一些传感器可以位于外部位置。
计算单元可以存储关于挖掘工具的几何形状的信息。计算单元可以存储关于多个进一步工具的几何形状的信息。实际安装的工具可以经由自动识别功能来识别，或者可以由操作员选择。
控制器被配置为执行半自动表面跟随功能，其中，基于工具相对于设计模型的实际参考位置和朝向并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便根据参考表面来重定向工具刃口。不必说，可以利用6DoF姿势来代替位置和朝向。
很明显，本领域技术人员可以实现另选设计解决方案来生成操作员转向命令调整命令。控制器可以生成附加命令，该附加命令向底盘或臂提供对直接操作员转向命令的调整。另选地，控制器可以基于对操作员转向命令的解释来生成一组新命令，并且仅将该一组新命令发送至底盘和/或臂。另选地，控制器可以锁定一些接头，特别是负责工具的取向的接头，并且不向这些接头发送操作员转向命令。本发明不限于任何具体的设计选择。
控制器还被配置为执行包括以下项的半自动折断线渡越功能：1.)基于特别是与工具的运动方向或速度有关的实际读取的操作员转向命令，并且基于工具相对于设计模型的折断线的实际参考位置和朝向，来识别折断线渡越移动；2.)基于工具相对于设计模型的实际参考位置和朝向并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便使工具刃口与折断线平行对准。
在一些实施方式中，半自动折断线渡越功能可以生成操作员转向命令调整命令，以便使工具刃口相对于预定义的或用户定义的自动移动来与折断线平行对准。而且，操作员转向命令调整命令可以被生成为使得这些操作员转向命令调整命令遵守进一步操作员辅助特征，特别是速度限制。
在一些实施方式中，将半自动折断线渡越功能与半自动表面跟随功能相结合。该半自动折断线渡越功能通过以下来实现：基于工具相对于设计模型的实际参考位置和朝向并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便1.)使工具刃口与折断线平行对准；2.)根据参考表面重定向工具刃口。不必说，可以将预定义的或用户定义的自动移动或者操作员辅助特征与这样的实施方式组合利用。
在半自动折断线渡越功能的一些实施方式中，工具的运动方向垂直于折断线。该半自动折断线渡越功能通过以下来实现：基于工具相对于设计模型的实际参考姿势并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便1.)使工具刃口与折断线平行对准；2.)根据参考表面重定向工具刃口；3.)使工具刃口沿着垂直于折断线的运动方向移动。
在某些情况下，朝着折断线的非垂直运动方向可能是优选的。利用根据本发明的控制器可以实现垂直和非垂直接近方向两者。工具刃口的运动方向也可以在接近期间改变。
在一些实施方式中，在到达折断线之后，计算单元可以根据参考表面的第二多边形来对准工具。典型地，连续的挖掘动作可能是优选的，其中工具移动在渡越折断线并对准至第二多边形之后继续。然而，本发明不限于这样的实施方式。特别是其中挖掘动作在折断线处停止的其它实施方式可以利用根据本发明的控制器。
在一些实施方式中，控制器还被配置为：1.)在半自动折断线渡越功能启用时，存储表示工具的朝向的先前朝向数据；2.)基于先前朝向数据，在渡越折断线之后，自动恢复工具的朝向。不必说，在恢复移动期间，工具的任何部分都不在参考表面之下。恢复可以被执行为使得工具刃口的一端接触折断线。与折断线的对准可以被执行为使得工具刃口的一端接触折断线。该特征是特别有利的，因为工具的朝向会影响残留物是沉积在工具的左侧还是右侧。因此，操作员可能更喜欢将工具移动成使得工具刃口成角度。
在一些实施方式中，控制器还被配置为：1.)存储表示工具的先前取向和运动方向的数据，所述先前取向和运动方向表示在半自动折断线渡越功能启用时的状态；2.)生成操作员转向命令调整命令，以便在渡越折断线之后将工具重定向成第二取向和第二运动方向。相对于第二多边形的第二取向和第二运动方向分别等于所存储的相对于第一多边形的先前取向和运动方向。
在一些实施方式中，挖掘机器是挖掘机。在一些更具体的实施方式中，挖掘机具有可旋转底盘。
在一些实施方式中，挖掘机器是反铲型挖掘机器。不必说，除了这里列出的具体实施方式之外，本领域技术人员还可以设想根据本发明的挖掘机器的进一步实现。
在一些实施方式中，挖掘工具是铲斗，并且工具刃口是被构造成接触表面的迎角刃口(attack edge)。根据本发明，也可以利用其它工具，特别是耙子、推土机刮铲(bulldozer blade)和装载机(loader)。
在一些实施方式中，臂包括动臂和杆。动臂可以是几种不同构型中的一种，例如，不允许除直上直下之外的移动的单动臂；或者在中间附近的所谓“转向节”处铰接的转向节动臂，使其像手指一样折回来。另一选项是在动臂的基部处的铰链，该铰链允许动臂独立于底盘枢转，例如，枢转高达180度。杆长度可以取决于任务，在一些实施方式中，杆长度也可以是液压可调整的。
在一些实施方式中，挖掘机器是挖掘机，底盘可旋转360°，工具是铲斗，臂包括动臂和杆(“常规设置”)。
在一些实施方式中，工具接头是倾斜-旋转器。由于倾斜-旋转器提供了额外的DoF，因此配备有倾斜-旋转器的挖掘机特别适合于实现本发明。不过，没有倾斜-旋转器的另选实施方式也可以利用本发明。倾斜-旋转器可以与前面段落中的“常规设置”一起应用。
在一些实施方式中，控制器还被配置为执行半自动平行操作功能，该半自动平行操作功能包括：1.)基于特别是与工具的运动方向或速度有关的实际读取的操作员转向命令，并且基于工具相对于设计模型的折断线的实际参考位置和朝向，来识别平行操作移动；2.)基于工具相对于设计模型的实际参考位置和朝向并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便a.)根据参考表面来重定向工具刃口；b.)将工具刃口重定向到这样的位置，即，在该位置中，工具刃口接触折断线；c.)使工具刃口在参考表面中沿平行于折断线的方向移动。
不必说，在本发明的含义内，平行操作功能的另选实施方式也是可能的。特别是，执行这样的平行操作，其中，工具刃口以相对于折断线的操作员可选偏移量(offset)来转向。
而且，对于包括多于一个折断线的参考表面，可以将折断线渡越功能和平行操作功能组合。
在一些实施方式中，该组传感器被配置成获取包括关于实际表面的信息的传感器读取数据。在一些实施方式中，该组传感器包括以下项中的至少一者：1.)成像传感器；2.)扫描传感器；3.)激光雷达；以及4.)雷达。在一些实施方式中，控制器包括输出接口。输出接口可以被配置成显示：a.)工具的姿势或者位置和朝向、参考表面、实际表面、以及半自动折断线渡越功能和/或半自动平行操作功能的状况；以及b.)包括工具相对于折断线的位置和朝向的引导反馈。另选地，引导反馈可以提供视觉或声学辅助，以将工具的朝向、取向或姿势对准至折断线。
在一些实施方式中，输入接口包括触摸屏的输入区。输入区可以被配置成启用和停用半自动折断线渡越功能和/或半自动平行操作功能和/或引导反馈以及它们的相应选项。触摸屏可以由输出接口包括，并且可以显示折断线渡越功能和/或平行操作功能和/或引导反馈是否有效。根据本发明，借助于另一屏幕的输出区、通过led灯、或者通过其它可视另选方案的另选显示方法也是可能的。
输出接口还可以显示参考表面以及挖掘工具的姿势(特别是朝向)。输出接口可以显示其它信息，特别是关于实际表面的信息、挖掘任务的进展、挖掘机器相对于局部或全球参考系的位置、机器组件的健康状况。输出接口可以显示工具的当前和期望位置，输出接口还可以显示由计算单元计算的路径。不必说，输出接口可以不在给定时刻显示所有信息。被显示在输出接口上的信息可由操作员选择。输出接口可以包括触摸屏，其中，该触摸屏可以包括输入区。操作员可以使用输入区来选择要显示的信息。也可以利用另选输入装置。
在一些具体实施方式中，该组传感器包括至少一个定位传感器。输出接口还可以显示挖掘机的绝对位置。不必说，该组传感器可以包括定位传感器和扫描传感器两者。
本发明还涉及一种半自动折断线渡越的方法。所述方法包括以下步骤：1.)根据参考表面对准工具刃口；2.)基于特别是与工具的运动方向或速度有关的实际读取的操作员转向命令，并且基于工具相对于设计模型的折断线的实际参考位置和朝向，来识别折断线渡越移动；3.)基于工具相对于设计模型的实际参考位置和朝向并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便a.)使工具刃口与折断线平行对准；以及b.)根据参考表面重定向工具刃口。
在一些实施方式中，将工具刃口沿垂直于折断线的运动方向进行转向。该操作员转向命令调整命令是基于工具相对于设计模型的实际参考位置和朝向并且基于实际读取的操作员转向命令来生成的，以便a.)使工具刃口与折断线平行对准；b.)根据参考表面重定向工具刃口；以及c.)使工具刃口沿垂直于折断线的运动方向移动。
在一些实施方式中，工具刃口在折断线处自动停止。在使工具刃口停止之后，操作员可以在不同的位置开始新的挖掘动作。操作员可以在对准工具之后继续渡越至第二多边形。输入接口被配置成启用在折断线处停止的功能。输出接口可以显示在折断线处停止的功能是否有效。
在一些实施方式中，将工具的运动方向自动对准至折断线处的第二多边形。在对准之后，工具可以在第二多边形中继续挖掘动作。这些实施方式是特别有利的，因为它们使得能够实现折断线的无缝渡越，而无需操作员的过度努力。
在一些实施方式中，在工具的对准期间不暂停工具的移动。这些实施方式是特别有利的，因为在这些实施方式中，对准过程不干扰挖掘任务。而且，它们还允许在工具的运动方向改变的同时保持工具对准。这对于更复杂的挖掘任务是特别有利的。控制器和/或操作员可以限制要在工具移动期间执行的对准的程度以保护工具。在工具移动期间仅允许某些类型的对准的其它实施方式也处于本发明的含义内。
另选地，工具刃口也可以以另一种方式来进行对准，其中，首先暂停工具的移动，执行工具的对准，以及在完成对准之后重新开始移动。工具可以在工具刃口接触折断线时被对准，如果优选朝向偏置(bias)以将残留物推到工具的给定侧，那么该实施方式是特别有利的。在该对准方法中，工具在没有朝向偏置的情况下不被转向。
本发明还涉及一种半自动平行操作的方法。所述方法包括以下步骤：1.)基于特别是与工具的运动方向或速度有关的实际读取的操作员转向命令，并且基于工具相对于设计模型的折断线的实际参考位置和朝向，来识别平行操作移动；2.)基于工具相对于设计模型的实际参考位置和朝向并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便a.)根据参考表面来重定向工具刃口；b.)将工具刃口重定向到接触折断线的位置；以及c.)使工具刃口在参考表面中沿平行于折断线的方向移动。
平行操作的另选实施方式也是可能的。例如，可以将工具对准成使得该工具的运动方向和取向平行于折断线，同时该工具的位置处于预定义距离内。这种对准对于要以一定距离平行于折断线执行的挖掘任务可能是有用的，例如，挖掘平行于高速公路路堤的壕沟或者清理折断线的残留物。
而且，对于包括多于一个折断线的参考表面，可以将半自动折断线渡越方法和半自动平行操作方法组合。
本发明还涉及一种用于控制器的具体实施方式的计算机程序产品，该计算机程序产品在由计算单元执行时，使自动执行半自动折断线渡越方法的所选实施方式的步骤。
本发明还涉及一种用于控制器的具体实施方式的计算机程序产品，该计算机程序产品在由计算单元执行时，使自动执行半自动平行操作方法的所选实施方式的步骤。
附图说明
仅通过示例的方式，在下文中参照附图，对本发明的具体实施方式进行更全面描述，其中：
图1a示出了挖掘机的示意图。
图1b示出了被具体实施为配备有反铲挖掘臂的拖拉机的挖掘机器的示意图。
图2示出了工具相对于参考表面的坐标系的示意图。
图3a示出了由参考表面中的两个互连多边形限定的折断线的示例。
图3b示出了在折断线附近挖掘的现有技术。
图3c示出了根据本发明的在折断线附近的挖掘。
图4a示出了在具有姿势恢复的折断线渡越期间工具在第一多边形中的移动的示意图。
图4b示出了在具有姿势恢复的折断线渡越期间工具在第二多边形中的移动的示意图。
图5示出了在折断线附近挖掘的两种模式的示意图，即，折断线渡越模式以及平行于折断线模式。
具体实施方式
图1a描绘了作为挖掘机1的挖掘机器的实施方式的示意图。所描绘的实施方式包括：履带式底架11、底盘12、挖掘机臂、以及作为工具41的铲斗，该底盘可围绕旋转轴线110以大约±180°相对于底架旋转。
本领域技术人员马上清楚的是，轮式底架11也处于本发明的含义内。而且，其中底盘12是固定的或者仅允许底盘12相对于底架11以显著小于±180°的偏航角摆动式移动的实施方式也处于本发明的含义内。
挖掘臂包括动臂21，在所描绘的实施方式中为单动臂。将动臂21附接至挨着驾驶室13的底盘12上。动臂21(特别是转向节动臂)的另选实施方式也处于本发明的含义内。动臂可以至少围绕俯仰轴线210相对于底盘12进行俯仰。例如其中动臂21可以相对于底盘12沿水平摆动的另选实施方式也处于本发明的含义内。
挖掘臂还包括杆22。杆22可以围绕转动轴线220转动。在所描绘的实施方式中，挖掘机1利用液压缸使动臂21和杆22进行俯仰。当代的挖掘机1通常利用各种液压组件，然而，驱动挖掘臂的组件的另选装置也处于本发明的含义内。挖掘臂可以是另一形式的关节臂。本发明不限于“常规设置”。
将工具41附接至杆22的端部处的工具接头。所描绘的实施方式中的工具接头是倾斜-旋转器23。可以将倾斜-旋转器23最佳地描述为处于杆22与工具41之间的腕部，从而允许工具41绕转子轴线230旋转(通常旋转360度)，其中，工具41还可以绕垂直于转子轴线230的俯仰轴线231以及垂直于转子轴线230和俯仰轴线231的倾斜轴线232转动，例如在每种情况下转动高达±45度。虽然倾斜-旋转器23特别适于实现本发明的技术特征，但是它们不是根据本发明的挖掘机器的强制性组件。
工具41包括工具刃口42。工具刃口可以被配置用于接触表面。在所描绘的铲斗中，工具刃口42是工具41的连续的实际刃口。对于其它类型的工具41，特别是有齿的铲斗或耙子，工具刃口42是工具41的假想的但可限定的节段。
图1b示出了作为反铲2型挖掘机器的挖掘机器的实施方式。所描绘的实施方式中的底盘12是拖拉机。其它类型的作业机器(特别是推土机或装载机)也可以用作底盘12，这些和进一步的另选实施方式中的任一实施方式均可以被利用以实现本发明。
将包括动臂21和杆22的挖掘臂附接至接头14，并且可以围绕旋转轴线110转动。动臂21和杆22可以与挖掘机1的动臂和杆类似地进行俯仰。工具接头可以是倾斜-旋转器23或者具有等同特性的类似或另选接头。出于透明的理由，图1b仅示出了转子轴线230。除臂的安装之外，反铲2型表示与挖掘机1类型相同的选项。从而，不管挖掘机器的设计如何，本领域技术人员都可以执行本发明。这里所描绘的实施方式中的工具41是有齿的铲斗。根据本发明的挖掘机器可以利用其它工具41，特别是其它类型的铲斗、刮铲、装载机或耙子。
在一些实施方式中，可以将挖掘机臂永久地设置在底盘上，在其它实施方式中，特别是在反铲2型布置中，挖掘机臂可以是临时设置的辅助设备。本发明不限于具有永久设置的挖掘机臂的挖掘机器。
图2示出了在与参考表面50建立接触时的铲斗41。被标记为虚线的参考表面50的所描绘区域远离折断线，并且是没有任何进一步特征的平坦表面。被标记为连续线的实际表面60可以具有不同于参考表面50的形状。在一些实施方式中，实际表面60可以由所述一组传感器来获取。在一些其它实施方式中，铲斗41仅针对参考表面50进行参考。
在所描绘的实施方式中，工具41的位置(特别是刃口42的中心的x、y、z位置)针对参考表面50进行参考，特别是针对最接近刃口42的多边形进行参考。工具41的运动方向46也可以针对参考表面50进行参考。对于根据本发明的挖掘机1，工具41的运动方向46以及取向可以彼此独立。这意味着工具41的运动方向46是由底盘12、动臂21以及杆22的取向来确定的，而工具41的取向可以通过例如由倾斜-旋转器23所提供的DoF来进行独立调整。
图2示出了相对于参考表面50的可能坐标系。铲斗的取向可以利用三个角度来限定。相对于垂直于Z轴的平面的角度44传统上被称为迎角，相对于垂直于X轴的平面的角度43传统上被称为横切角，而相对于垂直于Y轴的平面的第三角度45是朝向角。取向的另选定义处于本发明的含义内。不必说，本发明不受任何具体参考系约束，并且本领域技术人员可以使用任何方便的坐标系来实现本发明。
工具刃口42可以通过以下工作流程来与参考表面50对准。工具的x、y、z位置被选择成，使得工具41大致处于参考表面50上方，即，工具取向的变化不会导致工具41的一部分(特别是工具刃口42)处于参考表面50下方的情形。将工具41对准成，使得横切角43为0°。迎角44被对准成使得在降低工具以接触参考表面50时，工具41的任何部分都不会处于参考表面50下方。使工具41降低以建立与参考表面50的接触。在使工具41降低期间，迎角44可以改变。技术人员清楚的是，存在该示例性工作流程的另选方案，特别是当工具41在参考表面50附近时(特别是当工具刃口42已经接触参考表面50时)，可以实现另选工作流程。技术人员可以实现针对挖掘机器的具体实施方式优化的工作流程。
与将平坦参考表面50分级的任务所严格必需的DoF相比，典型的挖掘机具有更多的DoF。这意味着铲斗刃口42可以使用迎角44和朝向角45的多种组合来与表面对准。可以根据挖掘任务来优化迎角44，其中，可以将朝向角45优化成，使得工具的运动方向46处于垂直于工具刃口42的平面中。另选地，可以将朝向角45优化成将残留物驱动至工具41的给定侧。对于从左向右的挖掘操作，有利的是左侧保持清洁而将残留物驱至右侧。
图3a示出了其中参考表面50包括两个多边形51、52的示例。这两个多边形51、52的相交被俗称为折断线53。最靠近铲斗41的多边形被限定为第一多边形51。铲斗41的运动方向46使得该铲斗接近折断线53。折断线另一侧的多边形是第二多边形52。工具41在第二多边形52中的第二运动方向47可以不同于实际运动方向46。运动方向46、47可以在渡越操作期间的任何点处改变。在一些实施方式中，参考系可以在渡越折断线53之后改变。挖掘动作可以在折断线53处停止。
图3b示出了在折断线53附近挖掘的现有技术。当将铲斗41对准至第一多边形51时，该铲斗没有被对准至折断线53。现有技术的自动系统能够防止工具在第二多边形52处突破参考表面50，不过其代价是在实际折断线63中仍保持存在三角形残留物。为了去除残留物，需要第二次挖掘步骤，这甚至可能需要挖掘机1的重新定位。
图3c示出了根据本发明的在折断线53附近的挖掘。将铲斗的朝向角45对准成使得在到达折断线53时工具刃口42平行于折断线。结果，实际折断线63对应于参考表面50的折断线53，并且不需要第二次挖掘步骤来清理残留物。
半自动折断线渡越功能包括：基于实际读取的操作员转向命令并且基于工具41相对于折断线53的实际参考位置和朝向45，来识别折断线渡越移动。在识别折断线渡越移动时，还可以利用实际参考姿势的进一步角分量。折断线渡越的识别可以基于工具41的运动方向46或者速度矢量。
在一些实施方式中，识别基于第一标准。第一标准包括：工具刃口42基本平行于折断线53；并且工具41沿着基本垂直于折断线53的运动方向46接近折断线53。对于本发明来说，基本上平行和基本上垂直意味着操作员将工具41定位成意图渡越折断线53。
半自动折断线渡越功能还包括：基于工具相对于设计模型的实际参考姿势并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便使工具刃口42与折断线53平行对准。
在图3c所描绘的实施方式中，操作员转向命令调整命令还包括表面跟随功能。虽然挖掘任务的该实施方式的有利之处在于其产生对应于期望参考表面50的实际表面60，但是其它实施方式也处于本发明的含义内。
挖掘任务可以在折断线53处结束，挖掘任务也可以继续进入第二多边形52。铲斗41可以在折断线53处对准至第二多边形52。折断线53的无缝渡越和在两个多边形51、52上的挖掘是使用本发明的特别有利的方式。然而，本发明对要执行的挖掘任务没有限制。
铲斗41的对准可以在接近阶段期间以连续的方式执行。对准可以以两步过程来执行，其中，铲斗41的移动首先被搁置，并且在对准完成之后继续该移动。没有暂停或额外操作员动作的半自动对准过程是使用本发明的特别有利的方式。其中根据操作员的请求来执行对准的实施方式也处于本发明的含义内。在一些实施方式中，如果由于具体情况，操作员更喜欢执行手动对准，可以生成引导反馈以辅助操作员手动地将工具41对准至折断线53。
图4a和图4b示出了折断线渡越的俯视图，其中，工具41的取向在折断线渡越之后恢复。在第一多边形51中，使工具沿着运动方向46移动，工具41的取向可以由横切角43、迎角44以及朝向角45来表征。工具41可以根据第一多边形51被重定向，即，横切角43可以是0°并且运动方向46可以平行于第一多边形51。
在到达折断线53时，工具41的朝向45被改变为使得工具刃口42与折断线53平行对准。在所描绘的实施方式中，执行对准，使得工具刃口42的一端接触折断线53。工具41可以根据第二多边形52在折断线53处被重定向。
在渡越折断线之后，可以生成操作员转向命令调整，以便将工具对准成相对于第二多边形52的第二取向和第二运动方向47。相对于第二多边形52的第二取向和第二运动方向47分别等于相对于第一多边形51的先前取向和运动方向46。在所描绘的实施方式中，执行恢复，使得工具刃口42的一端接触折断线53。如果工具41具有相同的速度是有利的，则可以利用速度来代替运动方向46、47。
图5描绘了折断线附近的挖掘任务的两种模式。在第一类型的操作中，铲斗41的运动方向46与第一多边形51和第二多边形52的折断线53相交。操作员的意图至少是到达折断线53或渡越至第二多边形52。在第二类型的操作中，铲斗41具有基本上平行于折断线53的第二运动方向47，即，在这种情况下操作员的意图不是渡越折断线53。
在一些实施方式中，控制器还被配置成执行半自动平行操作功能。该半自动平行操作功能包括：基于实际读取的操作员转向命令并且基于工具41相对于设计模型的折断线53的实际参考位置和朝向45，来识别平行操作。
在一些实施方式中，识别是基于第二标准的。第二标准包括：工具41的第二运动方向47基本上平行于折断线53，并且工具刃口42基本上接触折断线53。对于本发明来说，基本上平行和基本上接触意味着操作员将工具41定位成意图与折断线53平行地进行挖掘。运动方向46和第二运动方向47纯粹是描述性的，并且仅出于可读性理由而引入。两个运动方向46、47表示等同的特征。
不必说，第一标准和第二标准的另选表述(formulation)对于本发明是可能的。特别地，第一标准和第二标准还可以包括工具的速度。另选地，可以基于先前的挖掘动作来提供第一标准和第二标准。
尽管上面例示了本发明，但是部分参照一些具体实施方式，必须理解，可以作出这些实施方式的许多修改例和不同特征的组合。这些修改例全部落入所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于挖掘机器的控制器，所述挖掘机器包括：
-工具(41)，所述工具包括工具刃口(42)，
-臂，所述臂包括多个连杆以及用于使所述工具(41)移动的工具接头，其中，所述工具(41)被附接至所述工具接头，
-一组传感器，所述一组传感器被配置成提供与所述工具(41)的位置和朝向(45)有关的传感器读取数据，以及
-底盘(12)，
所述控制器包括输入接口和计算单元，
-所述输入接口被配置成接收操作员的操作员转向命令，所述操作员转向命令与所述工具(41)的期望位置和朝向(45)和/或移动有关，
-所述计算单元被配置成读取所述操作员转向命令，并且控制所述臂以再现所述工具(41)的所述期望位置和朝向(45)和/或移动，
-所述计算单元被配置成读取包括参考表面(50)的设计模型，其中，所述参考表面(50)包括限定折断线(53)的两个多边形(51、52)，
-所述计算单元被配置成相对于所述设计模型来参考所述工具(41)的所述位置和朝向(45)，
-所述控制器被配置为执行半自动表面跟随功能，其中，基于所述工具(41)相对于所述设计模型的实际参考位置和朝向(45)并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便根据所述参考表面(50)来重定向所述工具刃口(42)，
其特征在于
-所述控制器还被配置为执行包括以下的半自动折断线渡越功能：
○基于实际读取的操作员转向命令并且基于所述工具(41)相对于所述设计模型的所述折断线(53)的实际参考位置和朝向(45)，来识别折断线渡越移动；
○基于所述工具(41)相对于所述折断线(53)的实际参考位置和朝向(45)
并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便使所述工具刃口(42)与所述折断线(53)平行对准。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器被配置为执行所述半自动折断线渡越，
其特征在于
基于所述工具(41)相对于所述设计模型的实际参考位置和朝向(45)并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便
-使所述工具刃口(42)与所述折断线(53)平行对准，以及
-根据所述参考表面(50)来重定向所述工具刃口(42)。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述控制器被配置为执行所述半自动折断线渡越，
其特征在于
基于所述工具相对于所述设计模型的实际参考位置和取向(姿势)并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便使所述工具刃口(42)沿着垂直于所述折断线(53)的运动方向(46)移动。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，其中，所述控制器还被配置用于
-在所述半自动折断线渡越功能启用时，存储表示所述工具(41)的所述朝向(45)的先前朝向数据，
-基于所述先前朝向数据，在渡越所述折断线(53)之后，自动恢复所述工具(41)的所述朝向(45)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，其中，
-所述挖掘机器是挖掘机(1)，
-所述底盘(12)能够旋转360°，
-所述工具(41)是铲斗，
-所述臂包括动臂(21)和杆(22)，
-所述工具接头是倾斜-旋转器(23)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，其中，所述控制器还被配置为执行半自动平行操作功能，所述半自动平行操作功能包括：
-基于实际读取的操作员转向命令并且基于所述工具(41)相对于所述设计模型的所述折断线(53)的实际参考位置和朝向(45)，来识别平行操作移动，
-基于所述工具(41)相对于所述设计模型的实际参考位置和朝向(45)并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便
○根据所述参考表面(50)来重定向所述工具刃口(42)，
○将所述工具刃口(42)重定向到这样的位置，在所述位置中，所述工具刃口(42)接触所述折断线(53)，以及
○使所述工具刃口(42)在所述参考表面(50)中沿着平行于所述折断线的所述运动方向(46)移动。
7.根据权利要求6所述的控制器，其中，
-所述一组传感器被配置成获取包括关于实际表面(60)的信息的传感器读取数据，
-所述控制器包括输出接口，所述输出接口被配置成显示
○所述工具(41)的所述位置和朝向(45)、所述参考表面(50)、所述实际表面(60)、以及所述半自动折断线渡越功能和/或所述半自动平行操作功能的状况，以及
○包括所述工具(41)相对于所述折断线(53)的所述位置和朝向(45)的引导反馈。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述输入接口包括触摸屏的输入区，所述输入区被配置成启用和停用所述半自动折断线渡越功能及其选项和/或所述半自动平行操作功能及其选项和/或所述引导反馈及其选项。
9.一种用于挖掘机器的半自动折断线渡越的方法，所述挖掘机器配备有根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，所述方法包括以下步骤：
-根据所述参考表面(50)对准所述工具刃口(42)，
其特征在于，
-基于实际读取的操作员转向命令并且基于所述工具(41)相对于所述设计模型的所述折断线(53)的实际参考位置和朝向(45)，来识别所述折断线渡越移动，
-基于所述工具(41)相对于所述设计模型的实际参考位置和朝向(45)并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便
○使所述工具刃口(42)与所述折断线(53)平行对准，以及
○根据所述参考表面(50)来重定向所述工具刃口(42)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述工具刃口(42)在所述折断线(53)处自动停止。
11.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其中，所述工具(41)的所述运动方向(46)被自动对准至所述折断线(53)处的第二多边形(52)。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中，在所述工具(41)的所述对准期间不暂停所述工具(41)的所述移动。
13.一种用于挖掘机器的半自动平行操作功能的方法，所述挖掘机器配备有根据权利要求6至8中的任一项所述的控制器，所述方法包括以下步骤：
-基于实际读取的操作员转向命令并且基于所述工具(41)相对于所述设计模型的所述折断线(53)的实际参考位置和朝向(45)，来识别平行操作移动，
-基于所述工具(41)相对于所述设计模型的实际参考位置和朝向(45)并且基于实际读取的操作员转向命令，来生成操作员转向命令调整命令，以便
○根据所述参考表面(50)来重定向所述工具刃口(42)，
○将所述工具刃口(42)重定向到接触所述折断线(53)的位置，以及
○使所述工具刃口(42)在所述参考表面(50)中沿着平行于所述折断线的所述运动方向(46)移动。
14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于根据权利要求1至8中的任一项所述的控制器，所述计算机程序产品在由所述计算单元执行时，使得自动执行根据权利要求9至12中的任一项所述的方法的步骤。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于根据权利要求6至8中的任一项所述的控制器，所述计算机程序产品在由所述计算单元执行时，使得自动执行根据权利要求13所述的方法的步骤。
CN202310849478.0A 2022-07-18 2023-07-11 用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统 Pending CN117418577A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22185505.9A EP4310261A1 (en) 2022-07-18 2022-07-18 A system for handling the seamless transition of breaklines during an excavation task
EP22185505.9 2022-07-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117418577A true CN117418577A (zh) 2024-01-19

Family

ID=82655287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310849478.0A Pending CN117418577A (zh) 2022-07-18 2023-07-11 用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240018743A1 (zh)
EP (1) EP4310261A1 (zh)
CN (1) CN117418577A (zh)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3664665B2 (ja) 2001-06-01 2005-06-29 株式会社カワサキプレシジョンマシナリ ジョイスティック装置
JP5072107B2 (ja) 2008-09-22 2012-11-14 ヤンマー株式会社 作業車両
SE537181C2 (sv) 2008-10-21 2015-02-24 Svab Hydraulik Ab Styrsystem samt förfarande för en tiltrotator
DE202011003220U1 (de) * 2011-02-25 2011-08-11 Jan Rotard Steuerung für Arbeitsmaschinen mit Ausleger
SE537716C2 (sv) 2013-06-25 2015-10-06 Steelwrist Ab System, metod och datorprogram för att kontrollera rörelse på en entreprenadmaskins arbetsredskap
US9976285B2 (en) 2016-07-27 2018-05-22 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Excavating implement heading control
GB2576901B (en) * 2018-09-06 2021-11-03 Caterpillar Inc Swing control of a construction machine
EP3719212B1 (en) 2019-04-02 2021-06-09 Hexagon Technology Center GmbH System for remapping a control signal for excavator arm movement to a rotatory degree of freedom of a tool

Also Published As

Publication number Publication date
US20240018743A1 (en) 2024-01-18
EP4310261A1 (en) 2024-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101755362B1 (ko) 작업 차량의 제어 시스템, 제어 방법, 및 작업 차량
US11505918B2 (en) System for remapping a control signal for excavator arm movement to a rotatory degree of freedom of a tool
JP4734214B2 (ja) 油圧ショベルのフロント位置合わせ制御装置
WO2018051511A1 (ja) 作業機械
JP3364303B2 (ja) 作業機械の制御装置
JPH1088608A (ja) 掘削機の制御方法
JP2002515559A (ja) フロントエンドローダ向けの掘削戦略を決定する方法と装置
CN115726410A (zh) 建筑设备
JPH108490A (ja) 建設機械のフロント制御装置及び領域設定方法
CN117418577A (zh) 用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统
JP7141899B2 (ja) 作業機械
WO2022163168A1 (ja) 作業機械
US11572671B2 (en) Virtual boundary system for work machine
JP3713358B2 (ja) 建設機械のフロント制御装置
JP7488962B2 (ja) 作業機械
WO2023153202A1 (ja) 作業エリア設定システム
WO2022070852A1 (ja) 掘削位置決定システム、掘削制御システムおよび作業機械
WO2022201623A1 (ja) 作業機械
WO2023063131A1 (ja) 作業機械のための表示システムおよび表示方法
JPS63194030A (ja) パワ−シヨベルの作業機制御方法および装置
US20230041636A1 (en) Robotic welding system with orbital welder positioned on robotic arm
CN111868339B (zh) 工程机械
WO1998003738A1 (fr) Procede et appareil pour la commande lineaire d'une machine de chantier
US10392773B2 (en) Linkage assembly for machine
JP2024004700A (ja) 建設機械

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination