DE19858401A1

DE19858401A1 - Loading strategy using sight feedback, e.g. for earth-moving machines

Info

Publication number: DE19858401A1
Application number: DE19858401A
Authority: DE
Inventors: Jorgen Pedersen
Original assignee: Carnegie Mellon University
Current assignee: Carnegie Mellon University
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 1999-09-09
Also published as: JPH11310389A

Abstract

The loading strategy for a given container involves dividing a scheme representing an ideal loading configuration into grid compartments, calculating a value for the height of the ideal material level in each compartment, dividing the load in the container into the compartments, calculating a value representing the height of the material in each compartment, creating a correlation value for each compartment representing the desirability of depositing a load in it and selecting a numerical value representing an optimum component for the place for unloading the material.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswählen eines Ladeorts in einem Behältnis und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vor richtung zum Korrelieren der Verteilung von Material im Be hältnis mit einem Schema der idealen Ladungsverteilung zum Auswählen des optimalen Ladeorts.The invention relates generally to a method and a device for selecting a charging location in one Container and in particular to a procedure and a pre direction for correlating the distribution of material in the loading ratio with a diagram of the ideal charge distribution for Select the optimal charging location.

"Erdbewegungsmaschine" und verschiedene ähnliche Begriffe sollen sich in dieser Beschreibung auf Bagger, Radlader, Kettentraktoren, Walzen, Motorgrader, Landwirtschaftsmaschi nen, Pflastermaschinen, Asphaltiermaschinen und dergleichen beziehen, die sowohl (1) Mobilität über oder durch eine Bau stelle als auch (2) die Fähigkeit aufweisen, die Topographie oder Geographie einer Baustelle mit einem Werkzeug oder einem Funktionsteil der Maschine, wie zum Beispiel einer Schaufel, einer Klinge, einer Aufreißeinrichtung, einer Walze und der gleichen, zu verändern. Derzeit werden autonome Erdbewegungs maschinen entwickelt, die keinen Menschen mehr als Bedienper son an den Bedienelementen der Maschine benötigen. Dadurch werden die Kosten verringert und ein Betrieb in Umgebungen ermöglicht, die für Menschen zu unwirtlich oder schwierig sind, wie zum Beispiel in einer Umgebung mit schlechter Sicht. Autonome Ladesysteme benötigen Information über die Baustelle einschließlich den Ort zum Laden von Material. Es gibt Situa tionen, in denen es wichtig ist, die Ladung in einer bestimm ten Konfiguration aufzuladen. Manche Kipper können zum Bei spiel instabil werden, wenn die Ladung nicht gleichmäßig auf der Ladefläche verteilt ist, während andere Kipper eine La dungsverteilung zum vorderen Ende der Ladefläche hin benöti gen."Earth moving machine" and various similar terms In this description, excavators, wheel loaders, Chain tractors, rollers, motor graders, agricultural machinery nen, paving machines, asphalting machines and the like refer to both (1) mobility via or through a construction as well as (2) have the ability to topography or geography of a construction site with a tool or a Functional part of the machine, such as a shovel, a blade, a ripping device, a roller and the same to change. Currently, autonomous earthmoving machines that no longer serve as operators need on the controls of the machine. Thereby will reduce costs and operate in environments enables that too inhospitable or difficult for people such as in an area with poor visibility. Autonomous charging systems need information about the construction site including the place to load material. There are situations where it is important to load in a certain to load the configuration. Some tippers can be used play become unstable when the load is not evenly on the loading area is distributed, while other tippers a La distribution to the front end of the loading area gene.

Zum Erzielen des erwünschten Ergebnisses während des automatischen Betriebs muß das Steuersystem der Maschine optimale Orte zum Laden von Materialien bestimmen können. Informationen über die Lage des Behältnisses, die Verteilung des derzeit im Behältnis befindlichen Materials und die er wünschte Verteilung zum Beladen des Behältnisses werden benö tigt. Ein Entfernungssensor wird oft zum Liefern von Entfer nungsdaten an das Steuersystem zum Berechnen der Lage, der Abmessungen und der Ausrichtung des Behältnisses verwendet. Es gibt jedoch zur Zeit kein Verfahren und keine Vorrichtung zum Bestimmen der Verteilung der Materialien im Behältnis, zum Vergleich mit der erwünschten Verteilung und zum Erzeugen von Information, die das Steuersystem verwenden kann, um die Maschinen zum Laden des Materials verwenden zu können. Außer dem ist es wichtig, Ladungen in einer Reihe von Verteilungs mustern verteilen zu können, je nach den Anforderungen des Be hältnisses, in das das Material geladen werden soll.To achieve the desired result during the automatic operation must the control system of the machine determine optimal locations for loading materials. Information about the location of the container, the distribution of the material currently in the container and it Desired distribution for loading the container are required does. A distance sensor is often used to provide distance data to the control system to calculate the location of the Dimensions and orientation of the container used. It However, there is currently no method and no device for Determine the distribution of the materials in the container to Comparison with the desired distribution and to generate Information that the control system can use to control the To be able to use machines to load the material. Except which is important to distribute charges in a number to be able to distribute samples, depending on the requirements of Be in which the material is to be loaded.

Demnach ist es eine Aufgabe der Erfindung, eines oder mehr der obigen Probleme zu lösen.Accordingly, it is an object of the invention, one or to solve more of the above problems.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung liefert ein Abbildungssensor Daten, die einer digitalen Abbildung einer Materialladung in einem Behältnis entsprechen, an eine Daten verarbeitungseinrichtung wie zum Beispiel einen digitalen Rechner mit Software. Die Ladungsabbildungsdaten beinhalten die Höhe und Form des Materials im Behältnis. Außerdem ist ein dem idealen Verteilungsmuster für einen oder mehr Abschnitte im Behältnis entsprechendes Schema vorgesehen. Unterschiedli che Formen können für die Schemata und Daten gewählt werden, die im digitalen Rechner vorprogrammiert sind oder interaktiv aufgrund von Benutzereingaben berechnet werden. Die Schemata für die erwünschte Ladungsverteilung können einfachere oder komplexere Muster sein.In one embodiment of the invention, a Imaging sensor data that corresponds to a digital imaging of a Material load in a container correspond to a data processing device such as a digital one Calculator with software. The charge mapping data include the height and shape of the material in the container. In addition, is a the ideal distribution pattern for one or more sections corresponding scheme provided in the container. Difference che forms can be chosen for the schemes and dates, which are preprogrammed in the digital computer or interactive are calculated based on user input. The schemes simpler or for the desired charge distribution be more complex patterns.

Die Ladungsabbildung und die Schemata werden in ähnlich große Rasterteile aufgeteilt, und es wird für jeden Rasterteil eine die Höhe repräsentierende Zahl berechnet. Die Anzahl der Rasterteile hängt von der erwünschten Auflösung und den Daten verarbeitungsmöglichkeiten ab. Ein der Korrelation zwischen der idealen und der tatsächlichen Verteilung entsprechender Wert wird für jeden Rasterteil berechnet, und der optimale Ort zum Abladen der nächsten Materialladung wird aus den Korrela tionswerten ausgewählt.The charge mapping and schemes are similar in split large grid parts and it will be for each grid part computes a number representing the height. The number of Raster parts depend on the desired resolution and the data processing options. One of the correlation between the ideal and the actual distribution corresponding Value is calculated for each grid part, and the optimal location to unload the next load of material from the correla selected values.

Die vom Korrelationsalgorithmus berechneten Werte werden auch für ein Planen auf höherer Ebene verwendet, wie das Auswählen alternativer und zukünftiger Ladeorte. Die Berech nung des Korrelationswerts für einen bestimmten xy-Ort berück sichtigt die Höhe des Materials im dem bestimmten xy-Ort entsprechenden Rasterteil sowie die Höhe des Materials in den umgebenden Rasterteilen. Die Verarbeitungseinrichtung der vorliegenden Vorrichtung schätzt außerdem Daten für Raster teile der Ladeabbildung, für die aufgrund von Problemen wie zum Beispiel Sichtbehinderung durch das Behältnis oder andere Gegenstände in der Umgebung oder Rauschen im Sensorsignal keine Höhendaten vorliegen. Zum Verringern der Verarbeitungs zeit zum Berechnen der Korrelationswerte kann die vorliegende Erfindung auch Befehle zum Verarbeiten lediglich bestimmter Teile des Rasters, wie zum Beispiel der mittleren Rasterteile aufweisen.The values calculated by the correlation algorithm are also used for higher level planning like that Select alternative and future loading locations. The calc correlation value for a specific xy location view the height of the material in the specified xy location corresponding grid part and the height of the material in the surrounding grid parts. The processing facility of the The present device also estimates data for rasters parts of the loading picture for which due to problems such as for example visual impairment due to the container or others Objects in the area or noise in the sensor signal no elevation data available. To reduce processing The present can take time to calculate the correlation values Invention also commands to process only certain Parts of the grid, such as the middle grid parts exhibit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are as follows explained with reference to the figures. It shows:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Behältnisses, in das Material geladen wird, Fig. 1 is a perspective view of a container, is loaded into the material,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ladungsabbil dung des Inhalts eines Behältnisses, Fig. 2 is a perspective view of a dung Ladungsabbil the contents of a container,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Schemas für eine erwünschte Ladungsverteilung in einem Behältnis, Fig. 3 is a perspective representation of a template for a desired charge distribution in a container,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ladungsabbildung des Inhalts eines Behältnisses, Fig. 4 shows a section through a charge illustration of the contents of a container,

Fig. 5 einen Schnitt eines Schemas zur idealen Ladungsver teilung, Figure 5 distribution. A section of a scheme for ideal Ladungsver,

Fig. 6 eine graphische Darstellung von Korrelationswerten, die den Unterschied zwischen der tatsächlichen und der idealen Ladungsverteilung für einen Schnitt durch die Ladung anzeigen, Fig. 6 is a graph of correlation values that indicate the difference between the actual and the ideal charge distribution for a section through the charge,

Fig. 7 einen Schnitt einer Ladungsabbildung des Inhalts eines Behältnisses, Fig. 7 shows a section of a charge image of the contents of a container,

Fig. 8 einen Schnitt eines Schemas zur idealen Ladungsver teilung, Figure 8 division. A section of a scheme for ideal Ladungsver,

Fig. 9 eine graphische Darstellung von Korrelationswerten, die den Unterschied zwischen der tatsächlichen und der idealen Ladungsverteilung für einen Schnitt durch die Ladung anzeigen, Fig. 9 is a graph of correlation values that indicate the difference between the actual and the ideal charge distribution for a section through the charge,

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Bagger und einen Kipper auf einer Baustelle, und Fig. 10 is a plan view of an excavator and a tipper on a construction site, and

Fig. 11 ein Blockdiagramm der Komponenten eines Systems, in dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann. Figure 11 is a block diagram of the components of a system in which the present invention can be applied.

Fig. 1 zeigt ein teilweise gefülltes Behältnis in der Form einer Kipperladefläche 20 mit einer Materialladung 22, die die Ladefläche 20 teilweise füllt. Erfindungsgemäß wird die Verteilung der Ladung in der Kipperladefläche 20 durch Verwendung eines (nicht dargestellten) Sensorsystems, wie zum Beispiel eines Abbildungssensor- oder eines Entfernungssensor systems, bestimmt, das Daten über die momentane Beladung eines Behältnisses erzeugt. Fig. 2 zeigt eine Beladungsabbildung 26 von Material 22 in der Kipperladefläche 20, die auf die xyz- Achsen eines kartesischen Koordinatensystems 28 projiziert ist. Fig. 2 zeigt, daß die Ladung in Teile 30 in einem Raster muster entlang der x- und der y-Achse des Koordinatensystems 28 aufgeteilt ist. Die Rasterteile sind nach der Auflösung ausgelegt, die zum Erzielen der erwünschten Ladungsverteilung notwendig ist. Erfindungsgemäß kann das Raster die gleiche Anzahl von Unterteilungen nach der x- und der y-Achse haben oder auch eine unterschiedliche Anzahl von Unterteilungen entlang der x- und der y-Achse haben. Fig. 3 zeigt ein Bei spiel einer erwünschten Ladungsverteilung 32, die für einen Kipper geeignet ist, wobei ein größerer Teil der Ladung vorne auf dem Kipper liegen soll. Die ideale Ladungsverteilung 32 ist auch in Rasterteile 34 aufgeteilt, die ähnlich groß sind wie die Rasterteile 30 der in Fig. 2 gezeigten Ladungsabbil dung 26. Das Schema der idealen Ladungsverteilung kann sich auf einen Teil des Behältnisses oder auf das gesamte Behältnis beziehen. Fig. 1 shows a partially filled container in the form of a tipper truck bed 20 having a charge of material 22 which fills the loading area 20 partially. According to the invention, the distribution of the load in the tipper bed 20 is determined by using a sensor system (not shown), such as an image sensor or a distance sensor system, which generates data about the current loading of a container. FIG. 2 shows a loading image 26 of material 22 in the tipper loading area 20 , which is projected onto the xyz axes of a Cartesian coordinate system 28 . Fig. 2 shows that the charge is divided into parts 30 in a grid pattern along the x and y axes of the coordinate system 28 . The grid parts are designed according to the resolution that is necessary to achieve the desired charge distribution. According to the invention, the grid can have the same number of subdivisions along the x and y axes or else have a different number of subdivisions along the x and y axes. Fig. 3 shows an example of a desired load distribution 32 , which is suitable for a tipper, wherein a larger part of the load should be on the front of the tipper. The ideal charge distribution 32 is also divided into grid parts 34 which are similar in size to the grid parts 30 of the charge image 26 shown in FIG. 2. The ideal charge distribution scheme can relate to a part of the container or to the entire container.

Es werden dann Zahlen, die die Höhe des Materials im jeweiligen Ladungsabbildungsrasterteil 30, 34 und die er wünschte Höhe des Materials nach den Schemaverteilungen, die den Rasterverteilungen entsprechen, berechnet und im Speicher gespeichert. Zum Sparen von Rechnerzeit könnten die die Höhen der Schemaverteilungen repräsentierende Werte vorprogrammiert oder nur einmal während der Initialisierung berechnet werden. Die repräsentierenden Werte können eine beliebige Zahl anneh men, die die Höhe des Materials in den Rasterteilen anzeigt, wie zum Beispiel die Durchschnittshöhe, die maximale Höhe oder minimale Höhe. Eine zweidimensionale Tabelle von Korrelations werten wird dann aufgrund von Zahlen berechnet, die die Höhe des Materials im jeweiligen Teil der Schema- und der Lade abbildungsverteilung repräsentieren, wobei eine Korrelations funktion verwendet wird wie die folgende Ausführungsform einer Korrelationsfunktion:
Numbers are then calculated, the height of the material in the respective charge mapping raster part 30 , 34 and the desired height of the material according to the schema distributions which correspond to the raster distributions, and stored in the memory. To save computer time, the values representing the heights of the schema distributions could be preprogrammed or calculated only once during the initialization. The representative values can take any number that indicates the height of the material in the grid parts, such as the average height, the maximum height or the minimum height. A two-dimensional table of correlation values is then calculated based on numbers that represent the height of the material in the respective part of the schema and loading map distribution, using a correlation function like the following embodiment of a correlation function:

wobei:
m die Tabelle repräsentiert, die eine Zahl enthält, die die Höhe des jeweiligen Rasterteils der Ladungsabbil dung repräsentiert;
t die Tabelle repräsentiert, die eine Zahl enthält, die die Höhe des jeweiligen Rasterteils der idealen oder schematischen Ladung repräsentiert;
J die Anzahl der Rasterteile vor dem x-Wert ist, die in den Bereich einbezogen werden sollten, der zum Berech nen des Korrelationswerts berücksichtigt wird;
K die Anzahl der Rasterteile nach dem x-Wert ist, die in den Bereich einbezogen werden sollten, der zum Berech nen des Korrelationswerts berücksichtigt wird;
L die Anzahl der Rasterteile vor dem y-Wert ist, die in den Bereich einbezogen werden sollten, der zum Berech nen des Korrelationswerts berücksichtigt wird;
M die Anzahl der Rasterteile nach dem y-Wert ist, die in den Bereich einbezogen werden sollten, der zum Berech nen des Korrelationswerts berücksichtigt wird; und
C Korrelationswerte zwischen der tatsächlichen und der idealen Ladungsverteilung repräsentiert. Niedrige Zahlen von C entsprechen optimalen Rasterorten zum Beladen.in which:
m represents the table which contains a number representing the height of the respective raster part of the charge image;
t represents the table containing a number representing the height of each grid part of the ideal or schematic load;
J is the number of raster parts before the x value that should be included in the range that is taken into account when calculating the correlation value;
K is the number of raster parts after the x value that should be included in the range that is taken into account for calculating the correlation value;
L is the number of raster parts before the y value that should be included in the range taken into account for calculating the correlation value;
M is the number of raster parts after the y value that should be included in the range taken into account for calculating the correlation value; and
C represents correlation values between the actual and ideal charge distribution. Low numbers of C correspond to optimal grid locations for loading.

Diese Beispiel-Korrelationsfunktion erfordert, daß jede Achse des Rasters in mindestens (J + K) Teile in der x-Achse und (L + M) Teile entlang der y-Achse aufgeteilt wird, wobei J, K, L und M Zahlen sind, die größer oder gleich 0 sind. Das Raster kann eine größere Anzahl von Unterteilungen entlang jeder Achse haben, unabhängig von den Abmessungen des Behält nisses entlang der x- und y-Achse. Zum Beispiel kann das Raster in 3 mal 4, 5 mal 5, 8 mal 8 Teile usw. eingeteilt werden. Es gibt keine feste Anzahl von Unterteilungen, viel mehr wird die Anzahl durch den Bediener aufgrund der Größe des Behältnisses und der Menge des während eines jeden Ladezyklus zu ladenden Materials geschätzt und eingegeben. Die Anzahl von Unterteilungen und die Werte für J, K, L und M können auch durch die Verarbeitungseinrichtung nach einer in der Software programmierten Formel berechnet werden. Die Verarbeitungsein richtung der vorliegenden Vorrichtung schätzt auch Daten für die Teile der Ladungsabbildung, für die Höhendaten aufgrund von Problemen wie zum Beispiel Rauschen im Sensorsignal nicht verfügbar sind. Es gibt unterschiedliche Weisen, wie die fehlenden Daten ersetzt werden können, so zum Beispiel die Verwendung eines Mittel-, Minimal- oder Maximalwerts der Höhenwerte aus den Rasterteilen, die den fraglichen Rasterteil unmittelbar umgeben.This example correlation function requires that each Axis of the grid in at least (J + K) parts in the x-axis and (L + M) parts are split along the y axis, where J, K, L and M are numbers that are greater than or equal to 0. The Grid can have a larger number of subdivisions along each axis, regardless of the dimensions of the container nisses along the x and y axes. For example, it can Grid divided into 3 by 4, 5 by 5, 8 by 8 parts, etc. become. There is no fixed number of subdivisions, much the number is increased by the operator due to the size of the Container and the amount of each charge cycle material to be loaded estimated and entered. the number of Subdivisions and the values for J, K, L and M can also through the processing facility for one in the software programmed formula. The processing Direction of the present device also estimates data for the parts of the cargo map for which elevation data is based problems such as noise in the sensor signal Are available. There are different ways like that missing data can be replaced, for example the Using an average, minimum, or maximum value of Height values from the grid parts that make up the grid part in question immediately surrounded.

Die zweidimensionale Tabelle von durch die Beispiel- Korrelationsfunktion berechneten Werten wird zum Ermitteln des optimalen Orts zum Laden sowie zum Planen alternativer und zukünftiger Ladeorte verwendet. Bei der bevorzugten Korrela tionsfunktion entsprechen die Korrelationswerte mit dem nied rigsten Wert dem Rasterteil, der der optimale Ladeort ist. Unterschiedliche Korrelationsfunktionen können jedoch auch unterschiedliche Kriterien verwenden, anhand derer die optima len Korrelationswerte ermittelt werden. Hier ist es wichtig zu bemerken, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der Korrela tionsfunktion der Korrelationswert für den jeweiligen Raster teil auf der Differenz zwischen der tatsächlichen und der idealen Verteilungshöhe nicht nur für ein Rasterteil, sondern auch für den den Rasterteil umgebenden Bereich beruht. Wenn die Menge zu ladenden Materials geringer oder gleich dem in einem Rasterteil verfügbaren Platz ist, kann eine Logik in der Software anzeigen, daß die umgebenden Rasterteile nicht ver glichen werden müssen, um so Rechnerzeit zu sparen.The two-dimensional table from through the sample Correlation function calculated values is used to determine the optimal location for charging and planning alternative and future loading locations used. With the preferred correla function correspond to the correlation values with the nied rigorous value the grid part, which is the optimal loading place. However, different correlation functions can also use different criteria on the basis of which the optima len correlation values are determined. Here it is important to note that in the preferred embodiment of the correla function of the correlation value for the respective grid part of the difference between the actual and the ideal distribution height not only for a grid part, but is also based on the area surrounding the grid part. If the amount of material to be loaded is less than or equal to that in a grid part is available, a logic in the Show software that the surrounding grid parts are not ver must be compared to save computer time.

Ein Problem bei der Korrelationsfunktion entsteht bei der Berechnung für Rasterteile entlang den Begrenzungen und in den Ecken des Behältnisses, weil es nämlich keine Daten für Teile außerhalb des Rasters für die tatsächlichen Verteilungen gibt. Man kann das Problem dadurch lösen, daß ein Puffer von Raster teilen um den Außenrand herum erzeugt wird, die durchschnitt liche Höhenwerte haben, die gleich dem mittleren Rasterteil sind. Diese Lösung erhöht die Rechneranforderungen und kann unrealistisch sein, weil es selten ist, daß Material so nah am Rand des Behältnisses aufgeladen wird. Eine weitere Möglich keit besteht darin, daß nur die inneren Rasterteile überprüft werden, indem Werte für J, K, L und M so gewählt werden, daß die Werte für (x-J), (x+K), (y-L) und (y+M) nie außerhalb des Schemas oder der Ladeabbildung liegen. Diese Lösung spart Rechnerzeit und Speichervoraussetzungen.A problem with the correlation function arises with the Calculation for grid parts along the borders and in the Corners of the container because there is no data for parts out of grid for the actual distributions there. The problem can be solved by having a buffer of rasters dividing around the outer edge, the average height values that are equal to the middle grid part are. This solution increases the computer requirements and can be unrealistic because it is rare for material to be so close to Edge of the container is charged. Another possibility speed is that only the inner grid parts are checked by choosing values for J, K, L and M such that the values for (x-J), (x + K), (y-L) and (y + M) never outside the Schemes or the loading diagram. This solution saves Computer time and storage requirements.

Die Korrelationsformel ist unabhängig von der Form des idealen Ladungsverteilungsschemas, und unterschiedliche Sche mata können ausgewählt werden, ohne daß dadurch die Korrela tionsformel verändert werden müßte. Die Schemaform kann so einfach oder so komplex wie erforderlich sein, und unter schiedliche Schemata können für unterschiedliche Teile des Behältnisses verwendet werden. Die Schemata können für belie bige Behältnisse entwickelt werden, wobei Kipper nur ein Beispiel sind.The correlation formula is independent of the form of the ideal charge distribution schemes, and different Sche mata can be selected without changing the correla tion formula would have to be changed. The schema form can do so simple or as complex as required, and below Different schemes can be used for different parts of the Container are used. The schemes can be used for bige containers are developed, with tippers only one Example are.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Ladungsabbildung, die von vorne 42 nach hinten 44 und von unten 46 nach oben 48 ungleich in einem Behältnis verteilt ist. Zum Verwenden der vorliegenden Erfindung zum Erreichen der erwünschten Vertei lung des Materials, wird ein Schema für die ideale Verteilung festgelegt, wie es in Fig. 5 zu sehen ist, wobei ein Schnitt einer flachen Ladungsverteilung gewünscht ist. Die flache Linie 50 liegt entlang der x-Achse, mit keiner Höhe in der z- Achse. Bei der oben erörterten bevorzugten Ausführungsform der Korrelationsformel führt ein Schema mit nur Null-Höhenwerten zu t(u,v) = 0 für alle Werte von u und v. Die berechneten Korrelationswerte werden deshalb den Höhen für die Rasterteile der Ladungsabbildung entsprechen. Von diesen Werten wird die niedrigste Zahl als der optimale Ladeort ausgewählt. Zum Beispiel zeigt Fig. 6 unter der x-Achse für den Schnitt durch die Ladungsabbildung von Fig. 4 und das flache Verteilungs schema von Fig. 5 Korrelationswerte auf. Der niedrige Wert 1 wird als der optimale Ladeort ausgewählt. Fig. 4 shows a section through a charge image which is distributed from the front 42 to the back 44 and bottom 46 to top 48 in a non-container. To use the present invention to achieve the desired distribution of the material, an ideal distribution scheme is established as seen in FIG. 5, where a cut of a flat charge distribution is desired. Flat line 50 lies along the x axis, with no height in the z axis. In the preferred embodiment of the correlation formula discussed above, a scheme with only zero height values leads to t (u, v) = 0 for all values of u and v. The calculated correlation values will therefore correspond to the heights for the raster parts of the charge map. Of these values, the lowest number is chosen as the optimal loading location. For example, FIG. 6 shows correlation values under the x-axis for the section through the charge map of FIG. 4 and the flat distribution scheme of FIG. 5. The low value 1 is selected as the optimal charging location.

Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 7, 8 und 9 gezeigt. Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Ladeabbildung 70 und Fig. 8 einen Schnitt durch das Schema für die ideale Verteilung 80, bei der eine schwere Beladung an einem Ende vorgesehen ist. Die Korrela tionswerte, die für diese Schnitte herauskommen, sind unter der x-Achse in Fig. 9 angezeigt, und der Rasterteil mit dem Korrelationswert 4 wird als der ideale Ladeort ausgewählt. Dadurch wird Material auf die geneigte Fläche zwischen Ab schnitt 72 und Abschnitt 70 zum Füllen des Abschnitts 74 geladen. Die Form dieses Schemas ist in Situationen nützlich, wenn das Behältnis auf einer Seite mehr als auf einer anderen abgestützt ist, wenn zum Beispiel die Hinterachse eines Kip pers nahe der Mitte der Ladefläche ist und aus Stabilitäts gründen die Ladung mehr nach vorne verteilt werden muß.Another example of the application of the present invention is shown in Figs. 7, 8 and 9. FIG. 7 shows a section through a loading diagram 70 and FIG. 8 shows a section through the diagram for the ideal distribution 80 , in which a heavy loading is provided at one end. The correlation values that come out for these cuts are shown under the x-axis in FIG. 9, and the raster part with the correlation value 4 is selected as the ideal loading location. As a result, material is loaded onto the inclined surface between section 72 and section 70 for filling section 74 . The form of this diagram is useful in situations when the container is supported on one side more than on another, for example when the rear axle of a Kip pers is close to the center of the loading area and for reasons of stability the load has to be distributed more forward.

Wenn ein Behältnis leer ist, beginnt das Beladen an dem Ort mit dem kleinsten Korrelationswert. Alternativ kann das System am Beginn einer neuen Ladesequenz auch auf einen be stimmten Ort zurückgreifen.When a container is empty, loading begins on the Location with the lowest correlation value. Alternatively, it can System at the beginning of a new loading sequence also on a be agreed place to fall back on.

Fig. 10 zeigt eine Erdbewegungs-Baustelle, an der ein Bagger 100 ausgehobenes Material in die Ladefläche eines Kippers 110 lädt. Wenn der Bagger 100 automatisch betrieben wird, wird die vorliegenden Erfindung dazu verwendet zu be stimmen, wo die Materialien abgeladen werden sollen, um die erwünschte Verteilung auf der Ladefläche des Kippers 110 zu erzielen. Einige der Komponenten, die ein solches System aufweisen kann, sind im Blockdiagramm von Fig. 11 gezeigt. Das Steuersystem 120 empfängt Eingangssignale von einem oder mehr Sensorsystemen 122, wie zum Beispiel Abtastungs-Abbildungs sensoren oder Abtastungs-Entfernungssensoren. Information über die Höhe von Material im Kipper 110 und die Verteilung des Materials wird gegebenenfalls vom Sensorsystem 122 bereitge stellt. Zum Beispiel kann das System die Ladungsabbildung nach jeder Ladung aktualisieren, oder es kann vor dem Aktualisieren der Information ein paar Zyklen lang warten. Der Datenver arbeitungsteil des Steuersystems 120 kann aus einem digitalen Rechner mit einem Mikroprozessor, einer Datenspeicher- und Abrufeinrichtung sowie einer Daten-Eingangs- und -Ausgangs- Einrichtung bestehen. Software 124 zum Verarbeiten der vom Sensorsystem 122 gelieferten Ladungsabbildung zum Berechnen der Durchschnittshöhe der Rasterteile zwischen dem Schema und der Ladungsabbildung und zum Berechnen der Korrelationsfunk tionswerte wird im Mikroprozessor ausgeführt. Befehle zum Steuern der Vorrichtungen können durch Software auch als Ausgangssignale an die Aktuatoren 126 der Vorrichtungen be rechnet werden. Daten über die Form des Schemas für die ideale Ladungsverteilung können im Speicher gespeichert werden. Wenn unterschiedliche Schemaformen verfügbar sind, ist eine Benut zerschnittstelle 128 vorhanden, die eine Auswahl der erwünsch ten Verteilung zuläßt. Alternativ kann Bilderkennungssoftware zum Bestimmen des Typs von Behältnis und zum Berechnen eines geeigneten Verteilungsmusters eingesetzt werden. Fig. 10 is an earth-moving construction site shows to which an excavator 100 loads excavated material in the bed of a dump truck 110th When the excavator 100 is operated automatically, the present invention is used to determine where the materials should be dumped to achieve the desired distribution on the bed of the dump truck 110 . Some of the components that such a system can have are shown in the block diagram of FIG . Control system 120 receives input signals from one or more sensor systems 122 , such as scan map sensors or scan distance sensors. Information about the amount of material in the tipper 110 and the distribution of the material is optionally provided by the sensor system 122 . For example, the system can update the charge map after each charge, or it can wait a few cycles before updating the information. The data processing part of the control system 120 can consist of a digital computer with a microprocessor, a data storage and retrieval device and a data input and output device. Software 124 for processing the charge map provided by the sensor system 122 for calculating the average height of the raster parts between the scheme and the charge map and for calculating the correlation function values is executed in the microprocessor. Instructions for controlling the devices can also be calculated by software as output signals to the actuators 126 of the devices. Data about the shape of the ideal charge distribution scheme can be stored in memory. If different schema forms are available, a user interface 128 is available which allows a selection of the desired distribution. Alternatively, image recognition software can be used to determine the type of container and to calculate an appropriate distribution pattern.

Das Steuersystem kann Planungslogik zum Vorplanen des Ladezyklus oder gegebenenfalls zum Auswählen alternativer Orte beinhalten. Richtlinien zum Steuern einer Reihe von Ladezyklen können berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann das System angewiesen werden, "immer den niedrigsten Bereich zum Laden auszuwählen". Dies ist das einfachste Schema mit Höhenwerten von null an allen Orten. Wenn das Behältnis zu einem bestimm ten Punkt gefüllt werden soll, kann das Sensorsystem zum Überwachen des Materialpegels verwendet werden, und die Pla nungsroutinen in der Steuersystemsoftware können die Vorrich tungen stoppen, wenn der erwünschte Pegel erreicht ist.The control system can use planning logic to pre-plan the Charging cycle or, if necessary, to select alternative locations include. Guidelines for controlling a number of charge cycles can be taken into account. For example, the system be instructed "always the lowest area to load ". This is the simplest scheme with elevation values from zero in all places. If the container for a certain If the point is to be filled, the sensor system can be used to Monitoring the material level can be used and the pla Routines in the control system software can help the device stop when the desired level is reached.

Ein komplizierterer Befehlssatz könnte darin bestehen, daß mehr als ein Schema zum Verteilen der Ladung verwendet wird. Der Befehl könnte zum Beispiel lauten, "Behältnis mit 6 Schaufeln füllen, das Behältnis jedoch vorne schwerer bela den". Die Entscheidungslogik des Steuersystems könnte die Vorrichtungen anweisen, die ersten Schaufeln vorne im Behält nis abzuladen und dann zu bestimmen, ob die Ladung höher als eine vorbestimmte Höhe des Behältnisses ist. Wenn das so ist, dann könnte ein Schema mit der Form einer Rampe verwendet werden, deren oberes Ende abgeschnitten bzw. abgeflacht ist, so daß das System zukünftige Schaufeln vor den ersten Ladungen abladen würde. Wenn zwei Korrelationswerte für den optimalen oder erwünschten Wert miteinander verbunden sind, könnte der Ort gewählt werden, der am nächsten der Form des idealen Schemas entspricht, wie zum Beispiel der Ort am weitesten vorne im Kipper.A more complicated instruction set could be that used more than one scheme to distribute the load becomes. The command could be, for example, "Container with 6 Fill scoops, but load the container heavier at the front The "decision logic of the tax system could Instruct devices to hold the first blades in the front unload and then determine whether the charge is higher than is a predetermined height of the container. If so, then a ramp-shaped scheme could be used whose top end is cut off or flattened, so the system scoops future before the first loads would unload. If two correlation values for the optimal or the desired value, the Be chosen the closest to the shape of the ideal Schemas correspond to, for example, the location furthest in the front of the tipper.

Claims

1. A method for determining the optimal location for loading material into a container, characterized by the following steps:

(a) dividing a scheme representing an ideal charge configuration into grid parts;
(b) calculating a value representing the height of the ideal material level in each raster part;
(c) dividing a charge image of the material in the container into raster parts;
(d) calculating a value representing the height of the material in each raster part of the charge map;
(e) generating a correlation value for each raster part that represents the desirability of placing a charge in the raster part; and
(f) Select a numerical value that represents an optimal raster part for the location for unloading the material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the correlation values only using raster parts be calculated within limits of the charge image and the scheme of step (e).

3. The method according to claim 1, characterized in that in step (a) further several schemes for the desired one Charge configuration can be used.

4. The method according to claim 1, characterized in that at step (d) further data for unknown heights of matter al can be determined in the charge mapping grid parts.

5. The method according to claim 1, characterized in that the grid parts for the scheme and the charge mapping in the are essentially of a similar size.

6. The method according to claim 1, characterized in that at step (e), each correlation value under consideration viewing the height of the material in the surrounding grid sharing is calculated.

7. Device for determining the optimal location for loading material into a container, characterized by

a numerical scheme, divided into grid parts, which contains values representing the ideal charge configuration in the container;
- A charge map of material in the container, which is divided into raster parts that substantially correspond to the schematic parts;
- A data processor which, based on the correlation between the height of the material in the container and the ideal height of the material for the raster part, calculates a correlation value for each raster part and determines the optimal raster part for receiving the load.

8. The device according to claim 7, characterized in that Correlation values only using raster parts be calculated within the limits of the charge mapping and the scheme.

9. The device according to claim 7, characterized in that several schemes for the desired charge configuration each scheme has a different distribution pattern and the data processor under the boot while charging mata selects.

10. The device according to claim 9, characterized by a Data processor for determining data for unknown heights of material in the grid parts.

11. The device according to claim 7, characterized in that the grid parts for the scheme and the charge mapping in the are essentially of a similar size.

12. The apparatus according to claim 7, characterized in that the number of grid parts along the x-axis of the charge Illustration of the number of grid parts along the y- Charge mapping axis differs.

13. The apparatus according to claim 7, characterized by a Data processor for calculating a correlation value for each grid part, with the average height of the material in surrounding grid parts is taken into account.