CN117587871A - 运土机的负载倾卸的控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及运土机的负载倾卸的控制。一种对运土机(1)的负载倾卸的改进控制，运土机(1)具有被配置成承载负载的运输容器(6)。通过分析(24)感知数据和/或机器感测数据以确定(25)提供关于运输容器(6)的当前负载的粘附性的信息(17，18，19，20)的材料参数来生成控制数据以用于根据所选择的倾卸模式来操纵运输容器(6)。基于材料参数，选择(26)适当的倾卸模式，例如以提高卸载顺序的效率并减少运土机(1)的磨损。

Description

运土机的负载倾卸的控制

技术领域

本发明涉及一种用于控制诸如挖掘机或轮式装载机的运土机的负载倾卸的方法和系统，所述运土机具有构造成承载负载的运输容器。

背景技术

运土机是包括运输容器的建筑机械。作为示例，运土机被实施为挖掘机、推土机或轮式装载机中的一种，在挖掘机中，运输容器被实施为铲斗，在推土机中，运输容器被实施为犁状部件。运土机以多种方式使用，例如用于挖掘、景观美化和材料处理。

将运土机的负载例如倾卸到卡车上、坑中或料堆上的过程可涉及由运土机的操作者施加的复杂的控制命令序列。在该步骤中对操作者所需控制技能的需求可以降低整个工作流程的效率。例如，诸如采矿或建筑构造的工业经常受到高竞争压力，例如，其中，现场操作不停顿地运行并且必须在高时间压力下执行单独的工作步骤。为了提供高效的挖掘(包括装载和倾卸)，运土机的操作者必须训练有素和技术熟练。

挖掘过程通常需要以高效且精确的方式执行。例如，在自卸卡车上材料的不准确卸载(其中材料靠近自卸卡车落下)会导致溢出到地面上，这会损坏自卸卡车的轮胎或在该区域中移动的其他建筑机械。自卸卡车上的不均匀卸载也会导致卡车上不利的重量分布，这会导致增加的磨损和撕裂。因此，不良执行的挖掘导致增加的材料成本和延迟的工作过程。

材料在地面上的倾卸行为或散布通常取决于运输容器的负载的粘合特性。例如，通过沿着轨迹移动容器并缓慢地打开容器，低粘性材料可以容易地散布在较大的区域上。然而，高粘性材料粘在一起，并将作为单个“尘球”从容器中掉出，即，材料被倾卸在更有限的区域上。在粘性材料的情况下，材料也粘到运输容器，并且在第一次打开容器之后，容器不是完全空的。因此，需要进一步的容器移动以完全清空容器。运输容器的不充分排空减少了用于下一次挖掘过程的可用容器容积，因此需要更多的装载和卸载步骤。

在现有技术中，为了确保铲斗载荷被完全倾卸，倾卸过程包括所谓的铲斗敲击。敲击包括铲斗一直旋转到行程的突变末端，从而引起铲斗的抖动和振动，这有助于倾卸粘性材料。这些系统中的一些包括自动抖动铲斗或重复撞击行程末端以将粘性材料从铲斗中抖动出来的能力。

然而，根据负载的类型，例如对于更流畅的负载(例如干砂)，敲击是不必要的，并且存在更有效的倾卸方式。此外，敲击导致运土机部件(诸如接头)的磨损和疲劳。因此，希望仅在必要时使用敲击，并使用适于负载的自动倾卸行为，这也提高了倾卸过程本身的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种与现有技术相比提供更高效的倾卸行为的系统。

本发明的另一个目的是提供一种改进的倾卸系统，该倾卸系统减少了运土机上的磨损。

本发明的另一个目的是提供一种倾卸系统，该倾卸系统减少了操作者操纵运土机的技能要求。

本发明的另一个目的是提供一种倾卸系统，该倾卸系统使得卸载更精确和可再现。

本发明涉及一种用于控制运土机的负载倾卸的方法，该运土机具有被配置成承载负载的运输容器。该方法包括获取传感器数据的步骤，该传感器数据包括机器感测数据和/或感知数据，该感知数据捕获运输容器周围环境和所述运输容器的至少一部分。机器感测数据提供机器参数，该机器参数指示响应于运输容器中的材料和/或响应于运输容器的挖掘过程而施加到运土机上的力，例如施加到运输容器上的力。分析该传感器数据以确定材料参数或不同材料参数的集合，其中，材料参数或不同材料参数的集合提供关于运输容器的当前负载的粘附性的信息。例如，传感器数据的分析步骤提供了土壤性质，该土壤性质包括以下中的至少一种：湿度；颜色；颗粒大小；和颗粒类型。在另一个步骤中，基于材料参数或不同材料参数的集合来从不同倾卸模式中选择用于卸载运输容器的卸载模式。然后，提供控制数据以用于根据所选择的倾卸模式来操纵运输容器。

例如，不同倾卸模式包括：铲斗敲击模式，该铲斗敲击模式提供运输容器进入突出的端部挡块中的移动，例如引起运输容器的抖动和振动；以及渐进式铲斗打开模式，该渐进式铲斗打开模式提供运输容器的无冲击卸载。

另一种模式可以是所谓的“踢出模式”，该踢出模式提供运输容器的移动的快速停止或运输容器的移动方向的快速反转，例如使用负载的惯性来快速清空运输容器。例如，踢出模式是通过引导运输容器的动臂的移动方向的快速反转或通过运土机的制动器的应用来提供的。在某些情况下，如在采石场中一次一个地移动大岩石，踢出模式提供岩石的“抛动”以重新定位它们。换句话说，轮式装载机可以使用轻微的或突然的制动来实现与挖掘机的斗杆踢出非常类似的结果。

另一种模式是所谓的“流动分散模式”，该流动分散模式提供连续的动臂运动以及运输容器的同步排空，例如沿着运输容器的给定轨迹均匀地倾卸/分散负载。

例如，倾卸过程信息是通过使用感知数据导出的，例如其中，来自感知传感器的信号表示来自运输容器的材料流速。来自感知传感器的信号也可以表示材料静止角。这允许，例如，通过考虑倾卸过程信息，即使在当前倾卸操作期间也适配所选择的倾卸模式的控制参数(或从初始选择的倾卸模式改变到另一倾卸模式)。

在一个实施例中，该方法包括：基于材料参数或材料参数的集合提供当前负载的负载信息；并且接收用户输入以提供倾卸模式的选择。例如，负载信息指示材料参数或材料参数的集合，例如，其中，负载信息向用户提供当前负载的粘性或当前负载的材料类型的指示。

例如，该方法由包括具有显示器和输入功能的用户界面的系统来实现，该用户界面例如由触摸显示器来实现，该用户界面被配置为向用户提供负载信息并接收关于要针对当前负载应用的适当倾卸模式的用户输入。

在另一实施例中，倾卸模式的选择是根据材料参数或材料参数的集合自动地执行的，例如，其中，对于粘性材料，敲击优选于渐进式铲斗打开。

在另一实施例中，该方法包括：例如通过用户输入和/或基于材料参数或材料参数的集合，提供限定相对于运土机的倾卸位置的倾卸区域信息；并考虑倾卸区域信息以提供控制数据。例如，这允许将特定的倾卸位置(例如倾卸卡车的倾卸台或坑或料堆)关联到选定的倾卸模式，从而限制控制数据的可允许范围。此外，液压致动器的运动可根据倾卸区域信息被限制，以防止材料被放置在倾卸位置之外。

例如，可允许的倾卸区域是通过动态地生成限定倾卸位置的地理围栏数据来提供的，所述倾卸位置将由控制数据的提供来考虑，例如其中，地理围栏数据限制控制数据的可允许范围。

例如，倾卸区域信息根据材料参数或材料参数的集合提供可允许的倾卸区域，例如，其中，具有相关的相对位置信息的倾卸区域组已经被预先限定并与材料参数的值或材料参数的集合的值比较。

在另一实施例中，感知数据是视觉观察数据，例如，所述视觉观察数据包括相机数据和/或3D坐标测量数据。例如，感知数据还用于导出关于运输容器的填充状态的信息，并且倾卸模式的选择包括分析传感器数据，以导出并考虑当前填充状态的信息以选择倾卸模式。因此，例如，可以基于运输容器中剩余的材料的量(和类型)(自动地)应用适当的倾卸模式序列(例如，不同种类的倾卸模式)，例如以确保铲斗负载被完全倾卸，但没有过度的应力施加在动臂和/或运输容器的接头上。挖掘机铲斗的内部形状可以被扫描，例如以3D扫描，以寻找返回的材料，即粘附到铲斗的内表面而不是倾卸的材料，该材料表示粘性土壤。

替代地或另外地，传感器数据包括专用填充状态数据，例如填充水平传感器的专用填充状态数据，该专用填充状态数据提供关于该运输容器的填充状态的信息，其中，倾卸模式的选择包括分析该专用填充状态数据的，从而导出并考虑当前填充状态的信息以选择倾卸模式。

在另一实施例中，该方法包括：生成机器参数的值的机器参数历史；并且使用该机器参数历史来确定材料参数或不同材料参数的集合。例如，响应于先前的挖掘过程而施加到运输容器上的阻力表示先前挖掘的材料的类型，例如该类型由粘性或材料密度给出。通过知道先前挖掘过程的位置和时间，可以对当前挖掘过程的材料类型做出假设，例如通过认识到当前挖掘过程与先前挖掘过程足够接近(在空间和时间上)，并且基于此，假设如先前过程所指示的类似材料类型。

例如，机器参数历史包括与机器参数的每个值相关联的挖掘地点和/或挖掘时间的定位和/或时间信息。例如，通过使用定位单元，例如安装在运土机上的基于GNSS的定位单元来提供定位和时间信息。

在另一实施例中，生成先前使用的倾卸模式的时间演变，并将其用作选择倾卸模式的标准的一部分，所选择的倾斜模式用于当前或下一倾卸周期。

在另一实施例中，材料参数或不同材料参数的集合提供关于当前负载的粘土比例、泥沙比例和沙子比例中的至少一个的信息。替代地或另外，传感器数据提供湿度数据，并且材料参数或不同材料参数的集合提供关于当前负载的湿度的信息。例如，在具有高比例粘土的土壤中，形成强粘附和内聚粘合，使得土壤倾向于粘附到运输容器(例如铲斗)上。相反，具有高比例沙子的土壤具有低粘附性并且不粘附到运输容器上。

有几种方法可用于导出不同的部分。例如，该导出依赖于一些形式的参考采掘信息，该参考采掘信息通过采掘已经被有意混合并在受控条件下移动的公知材料，同时获取采掘该材料的机器的数据来提供。例如，机器数据和土壤混合物的已知比例可用于训练神经网络，其中，状态机被配置为将一系列逻辑规则应用于机器和传感器数据，以便确定土壤属于土壤图表的哪个一般区域。一个简单的例子是：“可测量的颗粒大小”指示砂砾或沙子的存在，“可测量的空隙”潜在地指示洗过的石头，而“不可测量的空隙”指示与土壤混合的石头。

通过密度、铲斗中的静止角、装载在铲斗中的堆积体积以及是否存在涂覆铲斗的外表面或内表面的材料来提供将土壤分成不同部分的其他指示器。

例如，选择倾卸模式包括从以下不同倾卸模式中选择倾卸模式：

由指示当前负载的粘土比例高于60％的材料参数或不同材料参数的集合调用的倾卸模式(例如，具有高粘土比例的土壤通常是粘性的，因此在这种情况下敲击可能是适当的倾卸模式)；

由指示当前负载的沙子比例高于60％的材料参数或不同材料参数的集合调用的倾卸模式(例如，具有高比例沙子的土壤通常具有较低的粘附结合，因此，斗杆踢出可以是适当的)并且特别是由指示当前负载的砂比例高于90％的材料参数或不同材料参数的集合调用的另外的倾卸模式(具有如此高比例的沙子的土壤通常具有良好的流动特性，因此可以特别好地应用流动分散模式)；以及

由指示当前负载的泥沙比例高于60％的材料参数或不同材料参数的集合调用的倾卸模式。

在另一实施例中，材料参数或不同材料参数的集合将当前负载分类成以下类别中的至少一个：由颗粒性质定义的类别，即由颗粒大小和/或流动性限定的类别；由材料组成限定的类别，材料组成即不同材料的不同比例；指示低粘附性材料的类别；以及指示高粘附性材料的类别。

例如，进行这种分类的一种方式是可视地分析材料由于重力而开始离开铲斗的方式。如果一旦铲斗相对于重力倾斜，材料就开始溢出，则它具有低粘附性。如果即使铲斗已经显著打开，材料也会粘住，则存在高粘附力。在一些情况下，即使当铲斗几乎完全打开时，材料也可能粘附到铲斗上。将其与有效负载的重量和铲斗的内表面面积相结合，给出了将土壤粘附到铲斗上的每单位面积的力以及防止土壤脱落的土壤之间的内聚力的估计值。

砾石或聚集体材料可以与较细粒状材料区别开来，这是基于假设洗过的砾石由于缺乏内聚力/粘附力更容易移动。可以基于负载的视觉和行为特性来区分大的粘土块和大的岩石。大的岩石在被装载到铲斗中时不会变形，并且一旦铲斗倾斜到足够程度就可能突然从铲斗中掉出，而粘土在挖掘期间自由变形，并且可能难以从铲斗中移出。

在另一实施例中，该方法包括：例如通过使用传感器数据，确定目标区域形状参数，该目标区域形状参数提供关于目标区域的几何形状和/或尺寸的信息。目标区域尤其可以是要填充的洞或自卸卡车的装载区域。例如，感知数据用于自动识别附近卡车的存在，并基于此来确定卡车车厢的形状和/或尺寸，例如将卡车车厢识别为具有确定的长度和宽度的矩形。然后考虑目标形状参数以用于选择倾卸模式，例如用于自动建议或设置流动展开模式的子配置，其中，子配置限定了要获得的分散轨迹和/或要获得的分散区域。例如，确定目标区域形状还包括确定目标区域中的负载分布，然后可以考虑该负载分布，例如从而通过一系列挖掘和倾卸过程来提供卡车车厢的均匀装载。

在另一实施例中，系统被配置成通过用户输入来确定例如由自卸卡车提供的目标位置和/或目标区域。例如，系统被配置为用户可以在用户界面上手动选择区域或目标，例如，其中，基于感知数据建议区域或目标。此外，可以向用户提供从预定的目标区域/位置的选择中选择区域和/或目标位置的选项。

在另一实施例中，该方法包括：将材料参数或不同材料参数的集合与待由运土机执行的工作任务进行比较，该作业任务包括根据从装载区域进行装载和倾卸到倾卸区域上的限定操作序列来由运输容器移动材料。例如，工作任务可以被限定为挖掘沟槽并将材料沉积到与沟槽平行的弃土堆中。弃土堆的最佳布置取决于材料特性和从铲斗卸载材料的方式。另一示例是分散砂砾的轮式装载机或分散粘土的轮式装载机，其需要轮式装载机及其铲的不同运动。根据该实施例，提供控制数据的步骤考虑了比较以提供控制数据，例如使得指示从倾卸区域移回到装载区域的倾卸材料的返回参数最小化。

作为示例，该方法由具有要由运土机执行的期望工作任务的知识的自动或自主挖掘系统来实现。子系统执行材料参数或不同材料参数的集合的确定，并且自动化系统基于适合于当前材料的所选倾卸行为来规划或重新规划实现工作任务的方法。

本发明还涉及一种用于控制运土机的负载倾卸的系统，该运土机具有被配置成承载负载的运输容器。该系统被配置成根据上述实施例之一的方法提供控制数据，该系统包括计算单元，该计算单元被配置成：根据上述方法的获取传感器数据的步骤，获取传感器数据；根据上述方法的分析传感器数据的步骤，确定材料参数或不同材料参数的集合；根据上述方法的选择倾卸模式的步骤，从不同倾卸模式中选择用于卸载运输容器的倾卸模式；并且根据上述方法的提供控制数据的步骤，提供控制数据。

在一个实施例中，该系统包括以下中的至少一个：感知传感器，例如其中，该感知传感器被实施为视觉观察传感器，特别是相机和/或3D坐标测量装置；湿度传感器；定位单元，例如基于GNSS的定位单元；以及填充水平传感器，该填充水平传感器被配置成测量运输容器的填充水平。

在另一实施例中，该感知传感器被实施为传感器单元，该传感器单元包括用于以下中的至少一个的光学传感器装置：摄影测量，例如立体成像和/或结构光成像；成像，例如通过相机；3D激光扫描，例如通过激光雷达装置。该感知传感器可以被配置成安装在运土机上并且观察运输容器周围环境以及运输容器的至少一部分。在一个实施例中，感知传感器安装在操作员的驾驶室上和/或运土机的动臂上。

在另一实施例中，系统被配置为获取运土机的机器感测单元的数据。该机器感测单元被配置成监测运输容器和/或运输容器的第一引导部件的运动行为，和/或监测作用在该运输容器和/或该运输容器的第二引导部件上的力。

例如，该机器感测单元提供了作用在该运输容器和/或该第一或第二引导部件的接头上的力的运动学信息和/或信息。例如，机器参数由力传感器、加速度传感器和扭矩传感器中的至少一个提供。

在半自动实施例中，该系统包括具有显示器和输入功能的用户界面，例如触摸显示器，其被配置为基于材料参数提供信息。提供给用户的信息可以以显示倾卸模式和突出显示适合于机器参数或不同机器参数的集合的适当倾卸模式的形式来实现。例如，对于具有高内聚和粘附结合的土壤，该系统显示不同的倾卸模式，并突出显示敲击模式。对于具有其他性质的土壤，所提出的模式可以明显不同。然后，在系统的建议的指导下，用户可以通过在触摸显示器上选择特定模式来选择倾卸模式。

在全自动实施例中，系统的计算单元根据材料参数或不同材料参数的集合提供倾卸模式的自动选择。同样在此，该选择可以特别地基于由材料参数或不同材料参数的集合提供的土壤的内聚和粘附特性。这意味着传感器数据提供关于要移动的材料的信息。然后，计算单元自动选择相应的倾卸模式。

如果感知数据或填充状态传感器的数据指示运输容器尚未完全排空，则可以在倾卸之后重复应用选择步骤。提供控制数据的步骤包括为不同时刻中的每一个提供控制数据，使得基于最后选择步骤的重复倾卸可以在之后进行，尤其是在倾卸之后。可以重复该过程，直到运输容器为空或达到最大重复次数。

本发明进一步涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码，该程序代码存储在机器可读介质上或由包括程序代码段的电磁波实现，并且具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于例如当在根据以上描述的实施例之一的系统的计算单元上运行时执行根据以上描述的实施例之一的方法的以下步骤，从而提供控制数据以用于操纵运输容器：根据上述方法的获取传感器数据的步骤，获取传感器数据；根据上述方法的分析传感器数据的步骤，确定材料参数或不同材料参数的集合；根据上述方法的选择倾卸模式的步骤，从不同倾卸模式中选择用于卸载运输容器的倾卸模式；并且根据上述方法的提供控制数据的步骤，提供控制数据。

附图说明

下面参照附图中示意性示出的工作示例，仅通过示例的方式更详细地描述或解释根据本发明的不同方面的系统和方法。在附图中，相同的元件用相同的附图标记来标记。所描述的实施例通常未真实地按比例示出，并且它们也不应被解释为限制本发明。具体地，

图1：一种运土机的示例性实施例，其能够被实施或升级以根据本发明的方法工作；

图2：本发明的示例性实施例，其中3D坐标测量装置安装在运土机的驾驶室上；

图3：图2所示的3D坐标测量装置的传感器头的特写视图；

图4：图3所示的3D坐标测量装置的传感器头的激光雷达单元的示例性实施例；

图5：可能参考沙子、粘土和泥沙的比例，用于根据土壤类型确定不同的倾卸模式；

图6：所谓的敲击倾卸模式(顶部序列)和所谓的斗杆踢出倾卸模式(底部序列)的实施例的示意图；

图7：本发明的用于控制运土机的负载倾卸的方法的示例性实施例的方法步骤的框图。

具体实施方式

图1示出了运土机1(在此为挖掘机)的示例性实施例，该运土机可以被实施或升级以根据上述方法工作。安装在运土机1上的计算单元可访问感知单元和/或机器感测单元。例如，用于感知传感器的安装位置2A，2B可以位于运土机1的动斗杆3上和/或运土机1的驾驶室4上的某处。机器感测单元提供用于运土机1的不同部分的运动学信息和/或关于作用在运土机1的不同部分上的(例如外部)力的影响的信息，例如该信息由监测运输容器6的接头5的扭矩或力传感器提供。

感知单元被配置为监测运土机的运输容器6和运输容器6的至少一部分的环境。由感知单元记录的数据然后被用作用于执行根据上述方法的倾卸模式的选择的选择功能的基础。例如，在一个实施例中，感知单元包括至少一个相机。在另一个实施例中，感知单元包括3D坐标测量装置，例如该3D坐标测量装置被实施为激光扫描器(见图2到图4)。

图2示出了本发明的示例性实施例，其中3D坐标测量装置7安装在运土机1上并用作感知传感器。例如，3D坐标测量装置安装到运土机的驾驶室4，并且包括激光雷达单元和相机。由3D坐标测量装置7记录的数据然后被用作用于选择倾卸模式的选择功能的基础。

图3示出了3D坐标测量装置7的传感器头的示例性实施例的特写视图，该传感器头可用于图2所示的驾驶室上的安装位置。传感器头包括一个或更多个相机8。例如，除了图中可见的相机之外，另一个相机布置成与示出的相机相对(在此被传感器头的壳体的前部隐藏)。传感器头还包括3D激光雷达单元9，例如该3D激光雷达单元被实施为激光扫描器。

例如，该传感器头进一步包括以下各项中的至少一项：GNSS天线，其被配置为生成位置数据；惯性测量单元(IMU)，其被配置成生成IMU数据；以及蜂窝单元，其被配置成向远程站发送任何数据。

传感器头与计算单元通信，例如计算单元远程地布置成与传感器头数据通信或布置在传感器头中。计算单元处理传感器头的测量数据，用于产生待移动的土壤和运输容器中的土壤的3D数据。例如，激光雷达单元9的测量和至少一个相机8的数据被组合，例如其中，激光雷达传感器捕获环境的3D点云，并且相机数据被用于导出颜色信息。

图4示出了可用于图3所示的传感器头中的激光雷达单元9的示例性实施例。这里，激光雷达单元以所谓的双轴激光扫描器的形式实现。激光扫描器包括基座10和支撑件11，支撑件绕所谓的竖直轴线12可旋转地安装在基座10上。通常，支撑件11围绕竖直轴线12的旋转被称为方位旋转，而不管激光扫描器或竖直轴线12是否精确地竖直对准。激光扫描器的核心是光学距离测量单元13，该光学距离测量单元布置在支撑件11中并且被配置成通过发射脉冲激光束14来执行距离测量。从环境的反向散射表面点接收脉冲回波，其中，可以基于发射脉冲的飞行时间、形状和/或相位导出到表面点的距离。

激光束14的扫描运动是通过使支撑件11相对于基座10绕竖直轴线12旋转并借助于旋转体15来实现的，该旋转体可旋转地安装在支撑件11上并绕所谓的水平轴线16旋转。例如，发送的激光束和激光束的返回部分都通过与旋转体15成一体或施加到旋转体15上的反射表面偏转。替代地，发送的激光辐射来自背离反射表面的一侧，即来自旋转体15的内部，并经由反射表面内的通道区域发射到环境中。为了确定距离测量束14的发射方向，在现有技术中已知许多不同的角度确定单元。例如，发射方向可以借助于角度编码器来检测，该角度编码器被配置成获取角度数据以便分别检测支撑件11或旋转体15的绝对角度位置和/或相对角度变化。另一种可能性是通过仅检测整圈并使用设定旋转频率的知识来分别确定支撑件11或旋转体15的角位置。

例如，激光扫描器被配置为确保激光扫描器的测量操作的总视场在由支撑件11绕竖直轴线12的旋转限定的方位方向上为360度，并且在由旋转体15绕水平轴线16的旋转限定的倾斜方向上为至少130度。

图5示例性地描述了基于沙子、粘土和泥沙的比例确定材料参数。粘土、泥沙和沙子的比例以百分比绘制在等边三角形的边上。基于该图，可以将关注的土壤分配给与不同土壤类型相关联的三角形内的区域17，18，19，20。为此目的，借助于传感器数据(例如感知数据和/或机器数据)的分析来确定土壤的沙子、泥沙或粘土的比例。例如，通过组合激光雷达数据和相机图像，使用土壤表面的3D图像。借助于这些图和表面性质的分析，可以确定组分的比例。该分析可以具体指至少一个：表面的颜色；表面形态；颗粒大小；以及颗粒类型。

例如，根据不同的颗粒大小进行分类。为此，可以定义不同的颗粒大小等级。对土壤进行分析，并基于此，估计土壤的哪个比例可以分配给每一类。基于考虑每个类别的百分比的预定义分类，然后可以在该分类之后找到土壤类型。选择突出感兴趣特征的分类是有意义的。

例如，可以根据ISO 14688-1：2002进行一种可能的分类。据此，沙子描述了颗粒大小在2mm和0.063mm之间，泥沙描述了颗粒大小小于0.063mm且大于0.002mm，粘土描述了颗粒大小小于0.002mm。较小的颗粒大小通常具有高的吸水能力，特别是在吸水时粘土膨胀。此外，较小的颗粒大小(例如在粘土范围内)比较大的颗粒大小(例如沙子)具有显著更高的内聚力和粘附吸引力。高比例的细颗粒大小，如在具有超过60％粘土的区域17中，因此是高度粘合的。因此，它们倾向于粘在运输容器上，因此需要特殊的倾卸行为模式，例如敲击。具有高比例沙子的土壤，例如在具有超过60％沙子的区域19中或在具有超过90％沙子的区域20中，具有相应低得多的粘附力。这种类型的土壤特别适合于流动分散。

例如，对于大于沙子的颗粒，适合于使用视觉或激光雷达系统直接测量颗粒大小用于表征。在沙子、泥沙或粘土的尺寸下，必须使用所述性质间接测量尺寸。密度和压实是可以使用的其他性质。

图6示出了所谓的敲击倾卸模式(顶部顺序，从左到右)和所谓的斗杆踢出倾卸模式(底部顺序，从左到右)的实施例的示意图。

敲击开始(在左侧的顺序位置)时，带有铲斗的机器斗杆远离驾驶室运动，同时铲斗旋转到朝向用于卸载的表面打开的位置。该运动一直持续到铲斗位于目标位置上方，并且斗杆延伸到足以能够完全打开铲斗(从右侧的第二顺序位置)。对于具有弱粘合性的土壤类型，负载在该阶段已经从铲斗中掉出。然而，对于强粘性土壤不是这样。这里，敲击的重要性变得重要：铲斗(和/或斗杆)继续以全速打开，直到撞击机器端部挡块21。这导致铲斗和斗杆的强烈抖动和振动，这有助于从铲斗上松开土壤。如果在该过程之后，传感器确定铲斗还没有被倒空，则铲斗可以首先朝向关闭位置旋转，然后再次快速地旋转抵靠端部挡块。这可以重复直到铲斗完全空了。操作者不需要在整个过程中进行干预，因为这些运动是自动的并且可以借助于传感器来监测填充水平。

当处理具有高粘附结合的土壤时，可以应用敲击模式。对于运土机是具有动斗杆的挖掘机和运输容器是铲斗来说，铲斗敲击包括将运土机定位在倾卸位置，其中，铲斗水平，以避免溢出材料，然后执行敲击，该敲击包括以全速倾卸铲斗和保持倾卸命令直到铲斗在行程结束时突然停止。

斗杆踢出模式包括运土机的引导运输容器的一部分(特别是斗杆)的运动方向的快速反转，同时运输容器定向成使得负载可离开容器。这种模式尤其可用于具有低粘附结合的土壤。

例如，在斗杆踢出过程中，承载铲斗的斗杆首先被引导离开驾驶室，同时铲斗逐渐打开。在具有低粘性的土壤的情况下，即使当铲斗仅稍微打开时(从左开始的第二顺序位置)，材料也开始从铲斗中落下。为了快速清空铲斗，进一步打开铲斗和斗杆。然后，快速地将斗杆的运动方向反转一小段距离(从右侧开始的第二顺序位置)，然后立即将斗杆再次进一步移出(右侧的顺序位置)。负载质量的惯性确保负载不能跟随铲斗的运动，尤其是重开运动，因此铲斗被倾卸。

例如，对于运土机为具有动臂和小臂(stick)的挖掘机以及运输容器为铲斗来说，斗杆踢出包括将机器定位在倾卸位置附近，其中，小臂相对于所需伸出距离折入设定距离，从而保持铲斗水平以防止溢出。然后倾卸铲斗，同时将小臂延伸到所需伸出距离。铲斗倾卸和小臂伸出是同步的，使得当达到所需伸出距离时，铲斗开口面与小臂成一直线。此后，快速地将小臂运动的方向从伸出反转到收回，然后快速地将小臂运动的方向从收回反转到伸出。这种模式的好处是，与例如敲击相比，执行这种倾卸模式所需的时间量减少，并且在运土机上的磨损和撕裂减少。因此，对于具有适当特性的土壤，希望使用这种模式。

对于轮式装载机，该模式可以包括在制动器上的轻拍，以便使用材料的动量将材料“抛出”铲斗。

倾卸模式还可包括所谓的流动分散模式(未示出)，该流动分散模式包括连续的动臂运动，其中同步地、稳定地清空运输容器。这种模式特别用于具有良好流动性质的土壤。例如，流动分散包括沿轨迹(例如圆或直线)分散和/或在区域(例如矩形)上分散的模式。目标位置和目标区域由3D空间中的位置以及可选地由限定该区域的矢量来限定。例如，向量限定了关于特定位置的区域的尺寸和方向。

例如，这种模式由轮式装载机表示，其中铲斗倾斜直到材料开始流动，然后机器向前或向后并缓慢地横穿该位置，例如当机器移动时调节铲斗角度以保持材料稳定地流出铲斗。

对于砾石或沙子材料，装载机能够执行如上所述的分散活动。然而，对于更粘的土壤，可能需要将铲斗完全倾卸成堆，然后向后拖动材料以便将其分散。半自动系统可以告诉操作者何时分散是不可能的并且何时需要向后拖动。当材料不适合于分散时，全自动系统可以触发规划例程以规划倾卸和向后拖动。

在一个实施例中，系统被配置成考虑所确定的目标位置和/或目标区域来设置分散轨迹和/或分散区域。这可以例如通过由传感器单元的部分(例如通过激光扫描装置)测量目标区域和该区域的位置，并且随后参考该测量设置用于流动分散的区域来实现。

对于运土机为具有旋转能力的挖掘机(具有动臂)并且运输容器是铲斗来说，流动分散倾卸行为包括选择如上所述的分散行为，然后动臂沿着确定的轨迹或区域的连续运动，还有铲斗的同步打开，用于土壤的均匀分布。流动分散的速度可以由用户确定或者由传感器单元的部件自动评估。

对于所有倾卸行为模式，该系统可以被配置成使用来自该传感器单元的关于该运输容器的填充水平的信息，以便在确定不是所有材料都已经离开该运输容器时提供倾卸模式的重复选择，直到该运输容器是空的或者直到达到最大重复次数。

图7示意性地示出了用于控制运土机的负载倾卸的所述方法的实施例。该方法开始于：借助于感知传感器例如从环境中获取22传感器数据，或者借助于运土机的力和扭矩传感器获取22关于机器运动状况的传感器数据。这可以包括在先前倾卸周期期间收集的倾卸信息。

随后，进行选择步骤23。选择步骤23包括分析24传感器数据，用于基于该数据确定25材料参数或材料参数的集合。这可以包括各种中间步骤，例如确定土壤的内聚和粘附性质。材料参数或不同材料参数的集合用于选择26倾卸模式，基于该倾卸模式提供27控制数据。此外，例如，考虑来自先前倾卸周期的倾卸信息，例如，使得如果机器在最后周期不使用敲击的情况下不能清空铲斗，则它将在这个周期使用敲击，因为材料已经显示需要敲击。或者相反地，如果在最后周期中尝试敲击，但是在发生敲击之前铲斗中没有材料，则由于不需要敲击，所以该周期中将不使用敲击。然后，运土机根据所选择的倾卸模式执行倾卸28。

这种倾卸的影响可能对进一步的方法步骤有影响。例如，如果容器没有完全排空，则再次执行该方法。显然，对于该方法的后续应用，环境的条件可以改变，这导致该方法的不同过程。

虽然上面部分地参考一些优选实施例说明了本发明，但是必须理解，可以对实施例的不同特征进行许多修改和组合。所有这些修改都在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于控制运土机(1)的负载倾卸的方法，该运土机具有被配置成承载负载的运输容器(6)，其中，该方法包括：

-获取(22)传感器数据，该传感器数据包括：

--感知数据，该感知数据捕获运输容器周围环境和所述运输容器的至少一部分，和/或

--机器感测数据，该机器感测数据提供机器参数，所述机器参数指示响应于所述运输容器(6)中的材料和/或响应于所述运输容器(6)的挖掘过程而施加到所述运土机(1)上的力；

-分析(24)所述传感器数据以确定(25)材料参数或不同材料参数的集合，所述材料参数或所述不同材料参数的集合提供关于所述运输容器(6)的当前负载的粘附性的信息(17，18，19，20)；

-基于所述材料参数或所述不同材料参数的集合来从不同倾卸模式中选择(26)用于卸载所述运输容器的倾卸模式；并且

-提供(27)控制数据以用于根据所选择的倾卸模式来操纵所述运输容器(6)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

-所述方法包括：基于所述材料参数或所述材料参数的集合来提供所述当前负载的负载信息；并且接收用户输入以提供所述倾卸模式的选择(26)，和/或

-所述倾卸模式的选择(26)是根据所述材料参数或所述材料参数的集合自动地执行的，

特别地，其中，所述方法包括：提供限定相对于所述运土机(1)的倾卸位置的倾卸区域信息；并且考虑所述倾卸区域信息以用于提供(27)所述控制数据。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述感知数据是视觉观察数据，特别地，所述视觉观察数据包括相机数据和/或3D坐标测量数据。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：生成所述机器参数的值的机器参数历史；并且使用所述机器参数历史来确定(25)所述材料参数或所述不同材料参数的集合，

特别地，其中，所述机器参数历史包括与所述机器参数的每个值相关联的挖掘地点和/或挖掘时间的定位和/或时间信息。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述材料参数或所述不同材料参数的集合提供关于所述当前负载的粘土比例、泥沙比例和沙子比例中的至少一个的信息(17，18，19，20)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述传感器数据提供湿度数据，并且所述材料参数或所述不同材料参数的集合提供关于所述当前负载的湿度的信息。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，选择(26)倾卸模式包括从以下不同倾卸模式中选择倾卸模式：

-由指示所述当前负载的粘土比例(17)高于60％的所述材料参数或所述不同材料参数的集合调用的倾卸模式；

-由指示所述当前负载的沙子比例(19，20)高于60％的所述材料参数或所述不同材料参数的集合调用的倾卸模式，并且具体地由指示所述当前负载的沙子比例(20)高于90％的所述材料参数或所述不同材料参数的集合调用的另一倾卸模式；以及

-由指示所述当前负载的泥沙比例(18)高于60％的所述材料参数或所述不同材料参数的集合调用的倾卸模式。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述材料参数或所述不同材料参数的集合将所述当前负载分类为以下类别中的至少一个：

-由颗粒性质限定的类别，即由颗粒大小和/或流动性限定的类别；

-由材料组成限定的类别，所述材料组成即为不同材料的不同比例；

-指示低粘附性材料的类别；以及

-指示高粘附性材料的类别。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述不同倾卸模式包括：

-铲斗敲击模式，该铲斗敲击模式提供所述运输容器(6)进入突出的端部挡块(21)中的移动；

-渐进式铲斗打开模式，该渐进式铲斗打开模式提供所述运输容器(6)的无冲击卸载；

-踢出模式，该踢出模式提供所述运输容器(6)的移动的快速停止或所述运输容器(6)的移动方向的快速反转，特别是通过引导所述运输容器(6)的动臂(3)的移动方向的快速反转或通过所述运土机(1)的制动器的应用；

-斗杆踢出模式，该斗杆踢出模式提供引导所述运输容器(6)的动臂(3)的移动方向的快速反转；以及

-流动分散模式，该流动分散模式提供连续的动臂运动以及所述运输容器的同步排空。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：

特别是通过使用所述传感器数据，确定目标区域形状参数，所述目标区域形状参数提供关于目标区域的几何形状和/或尺寸的信息；并且

考虑所述形状参数以用于选择(26)所述倾卸模式，特别是用于自动建议或设置所述流动分散模式的子配置，其中，所述子配置限定了要获得的分散轨迹和/或要获得的分散区域。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：

将所述材料参数或所述不同材料参数的集合与待由所述运土机(1)执行的工作任务进行比较，该工作任务包括根据从装载区域进行装载以及倾卸到倾卸区域上的限定操作序列来由所述运输容器(6)移动材料，其中，提供(27)所述控制数据的步骤考虑了该比较以便提供所述控制数据，特别地，使得指示从所述倾卸区域移回到所述装载区域的倾卸材料的返回参数最小化。

12.一种用于控制运土机(1)的负载倾卸的系统，所述运土机具有被配置成承载负载的运输容器(6)，其中，所述系统被配置成根据权利要求1至11中任一项所述的方法提供(27)控制数据，为此，所述系统包括计算单元，该计算单元被配置成：

-根据权利要求1的获取(22)传感器数据的步骤，获取所述传感器数据；

-根据权利要求1的分析(24)所述传感器数据的步骤，确定(25)所述材料参数或所述不同材料参数的集合；

-根据权利要求1的选择(26)倾卸模式的步骤，从不同倾卸模式中选择用于卸载所述运输容器的倾卸模式；并且

-根据权利要求1的提供(27)控制数据的步骤，提供所述控制数据。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统包括以下中的至少一个：

-感知传感器(7)，具体地其中，所述感知传感器被实施为视觉观察传感器，更具体地，相机和/或3D坐标测量装置；

-湿度传感器；

-定位单元，特别是基于GNSS的定位单元；以及

-填充水平传感器，该填充水平传感器被配置成测量所述运输容器(6)的填充水平。

14.根据权利要求12或13所述的系统，其中，所述系统被配置成获取(22)所述运土机(1)的机器感测单元的数据，其中，所述机器感测单元被配置成：监测所述运输容器(6)和/或所述运输容器(6)的第一引导部件(3)的运动行为；和/或监测作用在所述运输容器(6)和/或所述运输容器(6)的第二引导部件(3)上的力。

15.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码，该程序代码存储在机器可读介质上或由包括程序代码段的电磁波实现，并且具有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于特别是当在根据权利要求12至14中任一项所述的系统的计算单元上运行时执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的以下步骤，从而提供控制数据以用于操纵运输容器：

-根据权利要求1的获取(22)传感器数据的步骤，获取所述传感器数据，

-根据权利要求1的分析(24)所述传感器数据的步骤，确定(25)所述材料参数或所述不同材料参数的集合；

-根据权利要求1的选择(26)倾卸模式的步骤，从不同倾卸模式中选择用于卸载所述运输容器的倾卸模式；并且

-根据权利要求1的提供(27)控制数据的步骤，提供所述控制数据。