JP2024070849A - Method and device for operating earth-moving machine, and earth-moving machine - Google Patents

Method and device for operating earth-moving machine, and earth-moving machine Download PDF

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Abstract

To provide a method for operating an earth-moving machine (100).SOLUTION: A method for operating an earth-moving machine includes a step of reading a terrain signal (215), a material signal (220) and a machine signal (225), wherein the terrain signal (215) indicates a map where a current contour of a terrain is detected, the material signal (220) indicates at least one material parameter of a material detected in a terrain (105), and the machine signal (225) indicates at least one machine parameter of an earth-moving machine (100). The method includes the steps of: creating a geometric model (227) of a terrain using the terrain signal (215) and creating the geometric model (227) as a voxel network; simulating a material flow of a material using the geometric model (227) and the material signal (220); and outputting a control signal (210) for controlling the earth-moving machine (100) on the basis of the simulated material flow, using the material signal (225) so as to re-distribute the material.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

従来技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の土工機械の動作のための方法、装置及び土工機械に関する。本発明の対象は、コンピュータプログラムでもある。
The invention relates to a method for operating an earth-moving machine, a device and an earth-moving machine of the type according to the preambles of the independent claims. The subject of the invention is also a computer program.

平坦面の生成は、1台のブルドーザが土壌を移動させる又は複数台のブルドーザが相互に独立して土壌を移動させることによって実現され得る。機械運転員は、このために、得られるべき表面の口頭での指示又はCADデータを受け取る。CADデータを支援システムに知らせることができ、この場合には支援システムは、地理位置情報を使用して最終的な地形輪郭を作成することができる。機械運転員はこの際に、まずは手動で、アクティブな支援システムのもとで、最後の作業工程において目標輪郭が得られるような量の土壌が目標輪郭の上に残るような量の土壌を削り取る又は分配することができる。 The creation of a flat surface can be achieved by one bulldozer moving the soil or by several bulldozers moving the soil independently of each other. For this purpose, the machine operator receives verbal instructions or CAD data of the surface to be obtained. The CAD data can be communicated to the assistance system, which can then use the geolocation information to create the final terrain contour. The machine operator can then first manually, with the assistance system active, scrape off or distribute such an amount of soil that such an amount of soil remains on the target contour that in the final work step the target contour is obtained.

発明の開示
このような背景を前提として、本明細書に提示されたアプローチによって、独立請求項に記載の、土工機械の動作のための方法、さらに、この方法を使用する装置、土工機械、そして、最後に、対応するコンピュータプログラムが提示される。従属請求項に記載の措置によって、独立請求項に記載された装置の有利な発展形態及び改良形態が実現可能である。
Disclosure of the invention Given this background, the approach presented herein provides a method for operating an earth-moving machine as set forth in the independent claims, as well as an apparatus using this method, an earth-moving machine and finally a corresponding computer program. Advantageous developments and improvements of the apparatus as set forth in the independent claims are realizable by the measures set forth in the dependent claims.

本発明は、有利には、所与の堆積物、所与の空間配置構成(topology)又は表面幾何学形状及びブルドーザに対する最適な分配ストラテジを求めることを可能にする。したがって、有利には、所要時間を最小限に抑制し、燃料消費量を最小限に抑制し、かつ、機械停止時間を回避することができる。 The present invention advantageously allows for determining an optimal distribution strategy for a given pile, a given topology or surface geometry and a bulldozer. Thus, advantageously, time required can be minimized, fuel consumption can be minimized and machine downtime can be avoided.

土工機械の動作のための方法が提示され、この方法は、地形信号、材料信号及び機械信号を読み込むステップを含む。ここで、地形信号は、地形の現在の輪郭の検出された写像を表し、材料信号は、地形において検出された材料の少なくとも1つの材料パラメータを表し、機械信号は、土工機械の少なくとも1つの機械パラメータを表す。さらにこの方法は、地形信号を使用して地形の幾何学モデルを作成するステップであって、幾何学モデルをボクセルネットワークとして作成する、ステップと、幾何学モデル及び材料信号を使用して材料の材料流をシミュレートするステップと、材料を再分配するために、シミュレートされた材料流に基づいて、かつ、機械信号を使用して、土工機械を制御するための制御信号を出力するステップと、を含む。ここで、幾何学モデルは、特に空間配置構成モデルとして構成されるものとしてよい。幾何学モデルは、好ましくは表面、特に、地形の表面付近の領域の体積を表す。幾何学モデルは、好ましくは、地形の表面付近の体積を表す多数の要素又は構成要素を含む。表面付近とは、特に、地形上に存在する材料の材料流に影響を及ぼす、地形の領域と理解され得る。 A method for the operation of an earthmoving machine is presented, the method comprising the steps of reading a terrain signal, a material signal and a machine signal, where the terrain signal represents a detected map of a current contour of the terrain, the material signal represents at least one material parameter of a material detected in the terrain, and the machine signal represents at least one machine parameter of the earthmoving machine. The method further comprises the steps of creating a geometric model of the terrain using the terrain signal, the geometric model being created as a voxel network, simulating a material flow of the material using the geometric model and the material signal, and outputting a control signal for controlling the earthmoving machine based on the simulated material flow and using the machine signal to redistribute the material. Here, the geometric model may in particular be configured as a spatial configuration model. The geometric model preferably represents a surface, in particular a volume of a near-surface area of the terrain. The geometric model preferably includes a number of elements or components representing a near-surface volume of the terrain. Near-surface may in particular be understood as an area of the terrain that influences the material flow of the material present on the terrain.

土工機械は、たとえば地面を処理するための車両であるものとしてよく、たとえば土の塊又はばら積み物を平坦化する、ほぐす、積み込む、搬送する又は圧縮するための車両であるものとしてよい。たとえばこれは、ブルドーザ、掘削機又はホイールローダであるものとしてよい。土工機械は、たとえば、本明細書に記載される方法を実施する装置を含むものとしてよく、又は、対応する装置が機械の外部に配置されるものとしてよく、土工機械が、この方法を実施するために電子信号を受信する目的で、かつ、付加的又は代替的に提供する目的で構成されるものとしてよい。これによって、読み込むステップにおいて、地形信号、材料信号及び機械信号を読み込むことができる。たとえば、地形信号を提供するために、まずは、土工機械によって処理されるべき地形の基本空間配置構成が検出され得る。このことを、たとえば、機械上のセンサシステム(複数のカメラ及び/又はLiDAR(ライダ))を介して、又は、同等の若しくは高解像度の3Dセンサシステムを伴うドローン高空飛行を用いて、又は、他の測定装置を用いても行うことができる。地形信号を使用して、機械のこの地形の写像を提供することができる。類似の方式により、たとえば、地形において検出された材料、たとえば地面又はばら積み物の堆積物の1つ又は複数の材料パラメータを検出し、材料信号を用いて読み込むことができる。材料パラメータは、たとえば、材料の形状、流れ挙動又は付着力であるものとしてよい。これに対して、土工機械の機械パラメータ、たとえば、使用される機械の種類、大きさ又は駆動力は、たとえば、機械の対応するユニット又は外部データベースから直接的に読み込まれるものとしてよい。 The earthworking machine may be, for example, a vehicle for processing the ground, for example for leveling, loosening, loading, transporting or compacting earth lumps or bulk materials. For example, it may be a bulldozer, an excavator or a wheel loader. The earthworking machine may, for example, include a device for performing the method described herein, or the corresponding device may be arranged outside the machine, and the earthworking machine may be configured for receiving and additionally or alternatively providing electronic signals for performing the method. This allows the reading of the terrain signal, the material signal and the machine signal. For example, to provide the terrain signal, firstly the basic spatial configuration of the terrain to be processed by the earthworking machine may be detected. This can be done, for example, via a sensor system on the machine (multiple cameras and/or LiDAR (Lidar)) or by using a drone flyover with a comparable or high resolution 3D sensor system, or also by using other measuring devices. The terrain signal can be used to provide a map of this terrain for the machine. In a similar manner, for example, one or more material parameters of a material detected in the terrain, such as the ground or a bulk pile, can be detected and read in using the material signal. The material parameters can be, for example, the shape, flow behavior or adhesion of the material. In contrast, machine parameters of an earthmoving machine, such as the type, size or drive force of the machine used, can be read in directly, for example, from a corresponding unit of the machine or from an external database.

地形信号を用いて読み込まれたデータに基づいて、地形の空間配置構成又は表面のボクセルネットワークが構築される。ボクセル(volumetric element(体積要素)の略)とは、自身の隣接する要素に対する物理的関係(圧力、付着力、重力)、自身の物理的特性(色、質量、反射率、透過率)及び形状を介して特徴付けられている最小の構成要素と理解されるべきである。したがって、ピクセル(Picture Elements(画素)の略)と同様に、任意の形状の3次元構造が表され得る。このことは、たとえば、相互関係を一義的に表すことができないハイトマップに対する利点である。重要な利点は、バーチャルリアリティコンピュータシミュレーション及びコンピュータゲームの分野におけるボクセルの使用がますます増えており、そのため、高い反復率でボクセル構造を処理するための専用のアルゴリズム及びハードウェアアクセラレータも存在している、ということである。さらに、ボクセル網構造を適応的に設計する技術が存在しており、すなわち、特に関連する領域において分解能を増大させ、他の領域において分解能を低減させる技術が存在している。これらは、個々のボクセルにおける相互作用間の相違を介して制御可能である。たとえば、立方体の9つの全てのボクセルが等しい力を受ける場合、これらを1つにまとめることができる。互いに接しているボクセルの力が大きく異なる場合には、ボクセル網における力ベクトル及び材料流をより正確に追跡できるようにするために、これらをさらに細かく分割することができる。したがって、付加的に計算コストを節約することができる。本明細書において提示する方法においては、ボクセルネットワークを、ボクセル内に存在する3つの変数、すなわち、密度、その方向においてボクセルが移動する速度ベクトル及びボクセルを加速する又は制動する力ベクトルによって記述することができる。これらを全体として、密度場、速度場及び力場と称することができる。 Based on the data read in with the terrain signal, a voxel network of the spatial arrangement or surface of the terrain is constructed. A voxel (short for volumetric element) is to be understood as the smallest building block that is characterized via its physical relationship to its neighbors (pressure, adhesion, gravity), its physical properties (color, mass, reflectance, transmittance) and shape. Thus, three-dimensional structures of any shape can be represented, similar to pixels (short for picture elements). This is an advantage over height maps, for example, which cannot represent interrelationships univocally. An important advantage is that voxels are increasingly used in the field of virtual reality computer simulations and computer games, so that dedicated algorithms and hardware accelerators also exist for processing voxel structures at high iteration rates. Furthermore, there are techniques for adaptively designing voxel network structures, i.e. increasing the resolution in particularly relevant areas and decreasing the resolution in other areas. These are controllable via the differences between the interactions in the individual voxels. For example, if all nine voxels of a cube experience equal forces, they can be merged together. If the forces of voxels bordering each other are significantly different, they can be further divided to allow for more accurate tracking of force vectors and material flow in the voxel network, thus saving additional computational costs. In the method presented here, a voxel network can be described by three variables present in the voxel: density, the velocity vector in which the voxel moves, and the force vector that accelerates or brakes the voxel. Collectively, these can be referred to as the density field, the velocity field, and the force field.

続いて、幾何学モデル及び材料信号を使用して、材料の材料流がシミュレートされる。このために、たとえば、ボクセルネットワークのシミュレーションを推定された値によって初期化することができる。この場合、基本空間配置構成と堆積物とを互いに別個にシミュレートすることができる、又は、簡略化して、これら両方に対して同一の材料パラメータを使用することができる。これによって推定誤差が小さくなるはずである。なぜなら、主には堆積物が分配され、基本空間配置構成は主には削り取られないからである。この仮定が誤っているならば、別個にシミュレートが行われるべきである。 The material flow of the material is then simulated using the geometric model and the material signals. For this, for example, a simulation of a voxel network can be initialized with the estimated values. In this case, the basic spatial configuration and the deposit can be simulated separately from each other, or, in simplification, the same material parameters can be used for both. This should reduce the estimation error, since mainly the deposit is distributed and the basic spatial configuration is not mainly scraped off. If this assumption is incorrect, then they should be simulated separately.

最終的に、シミュレートされた材料流に基づいて、かつ、機械信号を使用して、出力するステップにおいて制御信号が出力され、これによって、処理されるべき材料、現在の地形、及び、成し遂げられるべきタスクのために土工機械を最適に駆動制御し、予め定められた作業指示に対応して材料を再分配することができる。 Finally, based on the simulated material flow and using the machine signals, in an outputting step, a control signal is output, which allows optimal drive control of the earthmoving machine for the material to be processed, the current terrain, and the task to be accomplished, and allows for redistribution of material in response to predefined work instructions.

一実施形態によれば、この方法は、機械信号及び付加的又は代替的に地形信号を使用して材料パラメータを求めるステップを有するものとしてよい。この場合、読み込むステップにおいて、材料信号は、求められた材料パラメータを表すことができる。たとえば、堆積物の材料パラメータは、たとえば水分含有量によって連続的に変化する可能性がある。たとえば、LiDARを介して、かつ、付加的又は代替的にカメラ又は3次元点群を供給することができる別のセンサシステムを介して検出可能な外部幾何学形状を介して、極めて急勾配の崩壊箇所又は観察されている流れ挙動に基づいて、たとえば流れ角度及び付着力を推定することができる。このことは、トラックがセンサの到達範囲に存在している場合には、たとえば、トラックからの荷下ろし過程中に行われ得る。このことは、材料信号を使用して実行される材料流シミュレーションを最適に実行することができるという利点を提供する。さらに、粒度、反射率、テクスチャ及び色を介して、たとえば、ファジーロジックを伴うニューラルネットワークは、パラメータライブラリに基づいて材料パラメータを推定することができる。ここでファジーニューロンが選択され得る。なぜなら、ファジーニューロンは、有利には、ネットワークの深さが浅い場合でも、不確実なパラメータを用いて、良好な予測を可能にするからである。 According to an embodiment, the method may comprise a step of determining the material parameters using the machine signal and additionally or alternatively the topographical signal. In this case, in the reading step, the material signal may represent the determined material parameters. For example, the material parameters of the pile may vary continuously, for example with the moisture content. Based on very steep collapses or the observed flow behavior, for example the flow angle and adhesion force, can be estimated, for example via LiDAR and also via the external geometry detectable additionally or alternatively via a camera or another sensor system that can provide a 3D point cloud. This can be done, for example, during the unloading process from a truck, if the truck is in the sensor's reach. This provides the advantage that the material flow simulation carried out using the material signal can be optimally carried out. Furthermore, via grain size, reflectivity, texture and color, for example a neural network with fuzzy logic can estimate the material parameters based on a parameter library. Fuzzy neurons can be chosen here, since they advantageously allow good predictions with uncertain parameters even in the case of a small network depth.

さらに、求めるステップにおいて、少なくとも1つの材料パラメータを、データベースに格納されているパラメータを使用して推定することができる。たとえば、堆積物の移動時の機械の消費電力を介して質量を特定することができ、測定を介して、材料の体積ひいては密度を特定することができる。押し出し過程が実行されなかったために、推定が依然として不可能である場合には、地理的データベース又は他の測定からの基準値を使用することができる。このことは、土工機械による物理的な作業の実行前に、既に、材料パラメータを、技術的に容易にかつエネルギを節約して、求めることができるという利点を提供する。 Furthermore, in the determining step, at least one material parameter can be estimated using parameters stored in a database. For example, the mass can be determined via the power consumption of the machine during the pile movement, and via measurements the volume and thus the density of the material can be determined. If an estimation is still not possible because an extrusion process has not been carried out, reference values from a geographical database or other measurements can be used. This provides the advantage that the material parameter can already be determined technically easily and energy-savingly before the physical work is carried out by the earthmoving machine.

他の実施形態によれば、この方法は、土工機械の移動のための軌跡を特定するステップを含むものとしてよい。この場合、出力するステップにおいて、選択された軌跡を使用して、制御信号を出力することができる。たとえば、堆積物の分配を駆動制御するために、まずは最大の敷均しをもたらし得る軌跡が選択され得る。ここで、軌跡の選択に関する基準は、分配された材料を伴う分配半径が極めて小さい高低差をもたらすということであり得る。ここでは、計算時間を節約するために、内部の流れ過程を伴わない非弾性材料の静的な分配のみが考察され得る、簡略化されたモデルを使用することができる。これによって、有利には、計画された作業に合わせて制御信号を最適化して出力することができる。たとえば、サイドチェンジを介した堆積物の分配時に、分配を均一に行うことができる。しかし、これは、材料流シミュレーションに基づいて変化するものとしてもよい。 According to another embodiment, the method may include a step of determining a trajectory for the movement of the earthmoving machine. In this case, in the outputting step, the selected trajectory may be used to output a control signal. For example, to drive and control the distribution of the pile, a trajectory that can result in maximum leveling can first be selected. Here, the criterion for the selection of the trajectory may be that the distribution radius with the distributed material results in a very small height difference. Here, in order to save calculation time, a simplified model can be used in which only a static distribution of the inelastic material without internal flow processes can be considered. This allows advantageously to optimize and output a control signal for the planned work. For example, when distributing the pile via a side change, the distribution can be uniform. However, this may vary based on a material flow simulation.

他の実施形態によれば、この方法は、シミュレートされた分配結果を得るために、シミュレートされた材料流と選択された軌跡とを使用した、材料のシミュレートされた分配のステップを含むものとしてよい。ここで、出力するステップにおいて、シミュレートされた分配結果を使用して、制御信号を出力することができる。たとえば、ボクセルシミュレーションを用いて、選択された軌跡に基づいて分配ステップをシミュレートすることができる。この場合、速度場及び力場における内部の流れ過程も考慮され得る。これは、可能な限りわずかな時間コスト及びエネルギコストで、可能な範囲で最良の分配結果を得るために、土工機械を駆動制御することができるという利点を提供する。 According to another embodiment, the method may include a step of simulated distribution of material using the simulated material flow and the selected trajectory to obtain a simulated distribution result. Here, in the outputting step, the simulated distribution result can be used to output a control signal. For example, a voxel simulation can be used to simulate the distribution step based on the selected trajectory. In this case, the internal flow processes in the velocity and force fields can also be taken into account. This provides the advantage that the earthmoving machine can be driven and controlled to obtain the best possible distribution result at the lowest possible time and energy costs.

他の実施形態によれば、この方法は、最適化パラメータをさらに読み込むステップを有するものとしてよく、最適化パラメータは、材料の分配のためのターゲットを表し得る。この場合、評価するステップにおいて、シミュレートされた分配結果を、最適化パラメータを使用して評価することができる。たとえば、たとえば最大燃料消費量又は作業速度に関する、予め定められた閾値を、ユーザインタフェースによって読み込むことができる。材料の分配のシミュレーションの後、分配ステップを、たとえばこのような最適化パラメータ及び別の最適化パラメータを考慮して、多基準で評価することができる。一方では、最大の敷均しの基準を使用することができる。他方では、他の質の基準、たとえば材料の移動のために必要な燃料消費量、又は、分配のために必要な時間が評価されるものとしてよく、これによって、有利には、所与の作業指示に対して最適化された手法が可能になる。これまでのシミュレーションと比較して改良が示されなかった場合には、最後の軌跡に戻って、再び変更が行われ得る。ステップの初期化のために、先行するステップからの軌跡を2つの軌跡に分解することができ、これは左及び右に、予め定められたデルタだけ変化させることによって行われる。このような手法を介して、有利には、局所的な最適を表す軌跡を見出すことができる。最適化基準が所定の限界値を上回っている場合には、このループを離れ、このシミュレーションにおいて得られた状態を、以降の分配ステップのための基礎として選択することができる。 According to another embodiment, the method may further comprise a step of loading optimization parameters, which may represent targets for the distribution of the material. In this case, in the evaluation step, the simulated distribution result can be evaluated using the optimization parameters. For example, a predefined threshold value, for example for the maximum fuel consumption or the working speed, can be loaded by the user interface. After the simulation of the distribution of the material, the distribution step can be evaluated multi-criteria, for example taking into account such and further optimization parameters. On the one hand, the criterion of maximum leveling can be used. On the other hand, other quality criteria, for example the fuel consumption required for the movement of the material or the time required for distribution, can be evaluated, which advantageously allows an optimized approach for a given work order. If no improvement is shown compared to the previous simulation, changes can be made again, returning to the last trajectory. For the initialization of a step, the trajectory from the previous step can be decomposed into two trajectories, which is done by changing it to the left and to the right by a predefined delta. Through such an approach, advantageously, a trajectory representing a local optimum can be found. If the optimization criterion exceeds a predefined limit, the loop can be left and the state obtained in this simulation can be selected as the basis for the subsequent distribution steps.

他の実施形態によれば、評価するステップにおいて、材料のシミュレートされた分配が最適化パラメータに対応していないと評価された場合、特定するステップと、シミュレートされた分配のステップと、さらに読み込むステップと、評価するステップとを繰り返し実行することができる。ここで、評価するステップにおいて、材料のシミュレートされた分配が最適化パラメータに対応していると評価された場合、出力するステップにおいて制御信号が出力されるものとしてよい。たとえば、第1のステップに基づいて、以降の分配ステップがシミュレートされるものとしてよい。この手法によって、有利には、局所的な最適が行き詰まりにつながり、そこから、以降のステップが結果を悪化させるだけになることを回避することができる。利用可能な計算能力及び計算時間に基づいて、たとえば、予測ステップの最大数を定めることができる。局所的な最適が鞍点であることが判明した場合には、可能な限り大きい差を達成するために、たとえば、堆積物の他方の終端部において開始することによって、第1の分配ステップの軌跡を再度初期化することができる。 According to another embodiment, if the evaluating step evaluates that the simulated distribution of the material does not correspond to the optimized parameters, the identifying step, the simulated distribution step, the further reading step and the evaluating step can be repeated. Here, if the evaluating step evaluates that the simulated distribution of the material corresponds to the optimized parameters, a control signal can be output in the outputting step. For example, based on the first step, a subsequent distribution step can be simulated. This approach advantageously makes it possible to avoid that a local optimum leads to a deadlock, from which subsequent steps only worsen the results. Based on the available computing power and computing time, for example, a maximum number of prediction steps can be defined. If the local optimum turns out to be a saddle point, the trajectory of the first distribution step can be reinitialized, for example by starting at the other end of the pile, in order to achieve the largest possible difference.

他の実施形態によれば、更新された幾何学モデルを得るために、出力するステップの後に、読み込むステップと作成するステップとを繰り返すことができる。ここで、比較するステップにおいて、更新された幾何学モデルと、シミュレートされた分配結果とを比較することができ、所定の反復基準が満たされている場合には、求めるステップを繰り返すことができる。たとえば、制御信号を使用して、物質的に、機械によって実行された作業ステップの後に、このようにして得られた材料の再分配と、シミュレートされた分配との比較を実行することができる。このために、特に、地形信号を再度読み込むことができ、これによって、更新された幾何学モデルを作成することができる。許容範囲内、すなわち、たとえば予め定められた限界値内の、現在検出されている空間配置構成が、シミュレートされた空間配置構成、すなわち、ターゲットに一致する場合、同様に引き続きの作業が可能である。一致が確認されない場合、すなわち、たとえば限界値の上方超過又は下方超過の場合には、このことは、求めるステップを繰り返して、新しい軌跡を選択するための基準となり得る。 According to another embodiment, the reading and creating steps can be repeated after the outputting step in order to obtain an updated geometric model. Here, in the comparing step, the updated geometric model can be compared with the simulated distribution result, and the determining step can be repeated if a predefined iteration criterion is met. For example, a comparison of the material redistribution thus obtained with the simulated distribution can be carried out after the work step carried out by the machine, materially, using the control signal. For this, in particular, the terrain signal can be read in again, so that an updated geometric model can be created. If the currently detected spatial configuration corresponds to the simulated spatial configuration, i.e. the target, within a tolerance range, i.e. within a predefined limit value, further work is likewise possible. If no match is confirmed, i.e. for example in the case of an upper or lower exceedance of a limit value, this can be a criterion for repeating the determining step and selecting a new trajectory.

他の実施形態によれば、この方法は、土工機械のさらなる移動のための別の軌跡の再度の特定のステップと、シミュレートされた材料流と選択された別の軌跡とを使用した、材料の再度のシミュレートされた分配のステップとを含むものとしてよく、これによって、別のシミュレートされた分配結果が得られる。さらにこの方法は、この最適化パラメータ及び付加的又は代替的に別の最適化パラメータを再度さらに読み込むステップを有するものとしてよく、別の最適化パラメータは、材料を処理するための別のターゲットを表すことができる。この場合、再度の評価のステップにおいて、別の最適化パラメータを使用して、別のシミュレートされた分配結果を評価することができる。記載したステップの繰り返しは、土工機械の駆動制御が、継続的に、実行された作業ステップに基づいて変更された地形パラメータ及び材料パラメータに適合させられて最適化され得るという利点を提供する。 According to another embodiment, the method may include a step of again specifying another trajectory for a further movement of the earthmoving machine and a step of again simulating distribution of the material using the simulated material flow and the selected another trajectory, whereby another simulated distribution result is obtained. The method may further comprise a step of again further reading in the optimization parameters and additionally or alternatively another optimization parameter, which may represent another target for processing the material. In this case, in a step of again evaluation, another simulated distribution result may be evaluated using the other optimization parameters. The repetition of the described steps provides the advantage that the drive control of the earthmoving machine can be continuously adapted and optimized to the changed terrain parameters and material parameters based on the executed work steps.

この方法は、たとえば、ソフトウェア若しくはハードウェアにおいて、又は、ソフトウェアとハードウェアとの混合形態において、たとえば制御装置内に実装されるものとしてよい。 The method may be implemented, for example, in software or hardware, or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device.

本明細書に提示されたアプローチはさらに、本明細書に提示された方法の変形形態のステップを、対応する装置において実行する、駆動制御する又は実現するように構成されている装置を実現する。装置の形態の本発明のこの変形形態によっても、本発明が基礎とする課題を迅速かつ効果的に解決することができる。 The approach presented herein further provides an apparatus configured to execute, drive or realize the steps of the method variants presented herein in a corresponding apparatus. This variant of the invention in the form of an apparatus also allows for a rapid and effective solution of the problem on which the invention is based.

このために、装置は、信号又はデータを処理するための少なくとも1つの計算ユニット、信号又はデータを格納するための少なくとも1つのメモリユニット、センサからセンサ信号を読み込むための、又は、アクチュエータにデータ信号又は制御信号を出力するための、センサ又はアクチュエータに対する少なくとも1つのインタフェース及び/又は通信プロトコル内に埋め込まれているデータを読み込む又は出力するための少なくとも1つの通信インタフェースを有するものとしてよい。計算ユニットは、たとえば、信号プロセッサ、マイクロコントローラなどであるものとしてよく、この場合メモリユニットは、フラッシュメモリ又は磁気的メモリユニットであるものとしてよい。通信インタフェースは、データを無線及び/又は有線で読み込み又は出力するように構成されるものとしてよく、有線データを読み込む又は出力することができる通信インタフェースは、これらのデータを、たとえば電気的又は光学的に、対応するデータ伝送線路から読み込むことができ、又は、対応するデータ伝送線路に出力することができる。 For this purpose, the device may have at least one calculation unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or actuator for reading a sensor signal from a sensor or for outputting a data signal or a control signal to an actuator, and/or at least one communication interface for reading or outputting data embedded in the communication protocol. The calculation unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller, etc., in which case the memory unit may be a flash memory or a magnetic memory unit. The communication interface may be configured to read or output data wirelessly and/or wired, and a communication interface capable of reading or outputting wired data may read or output these data, for example electrically or optically, from a corresponding data transmission line or output them to a corresponding data transmission line.

ここでは、装置は、センサ信号を処理し、それに応じて制御信号及び/又はデータ信号を出力する電気的な装置と理解され得る。装置は、ハードウェアに基づいて及び/又はソフトウェアに基づいて構成され得るインタフェースを有するものとしてよい。ハードウェアに基づく構成の場合、インタフェースは、たとえばいわゆるASICシステムの一部であるものとしてよく、これは装置の様々な機能を含む。しかし、インタフェースが固有の集積回路であること、又は、少なくとも部分的に個別の構成要素から成ることも可能である。ソフトウェアに基づく構成の場合、インタフェースは、ソフトウェアモジュールであるものとしてよく、このソフトウェアモジュールは、たとえば、他のソフトウェアモジュールに並んでマイクロコントローラ上に存在している。 Here, a device may be understood as an electrical device that processes sensor signals and outputs control and/or data signals accordingly. The device may have an interface that may be configured on the basis of hardware and/or software. In the case of a hardware-based configuration, the interface may for example be part of a so-called ASIC system, which includes the various functions of the device. However, it is also possible for the interface to be a dedicated integrated circuit or to consist at least partially of separate components. In the case of a software-based configuration, the interface may be a software module, which is for example present on a microcontroller alongside other software modules.

さらに、上記において提示された装置の変形形態を備えた土工機械が提示される。たとえば、土工機械は、地形を計画するために、又は、地盤構造を圧縮するために構成されるものとしてよく、このために、上記において提示された方法の変形形態を実施するために構成されるものとしてよい。土工機械とこの装置とのこの組合せによっても、上述の利点を最適に実現することができる。 Furthermore, an earthmoving machine is presented, which comprises a variant of the device presented above. For example, the earthmoving machine may be configured for planning the terrain or for compacting the ground structure, and for this purpose may be configured for carrying out a variant of the method presented above. This combination of the earthmoving machine and the device also allows the above-mentioned advantages to be optimally realized.

機械可読担体上、又は、半導体メモリ、ハードディスクメモリ又は光学メモリのような機械可読記憶媒体上に格納可能であって、特にコンピュータ上又は装置上においてプログラム製品又はプログラムが実行された場合に、上述した実施形態のうちの1つによる方法のステップを実行する、実現する、及び/又は、駆動制御するために使用される、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラムも有利である。特に、コンピュータによりプログラムが実行されるときに、コンピュータに、上述した実施形態のうちの1つによる方法を実施させるための、及び/又は、上述した装置に、上述した実施形態のうちの1つによる方法を実施させるための命令を含むコンピュータプログラムが有利である。 Also advantageous is a computer program product or a computer program having a program code which can be stored on a machine-readable carrier or on a machine-readable storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and which is used to execute, realize and/or drive the steps of the method according to one of the above-mentioned embodiments, in particular when the program product or program is executed on a computer or on an apparatus. In particular, a computer program comprising instructions for causing a computer to carry out a method according to one of the above-mentioned embodiments and/or for causing an apparatus to carry out a method according to one of the above-mentioned embodiments, when the program is executed by a computer, is advantageous.

本明細書に提示されたアプローチの実施例は図面に示されており、以下の明細書においてより詳細に説明されている。 Examples of the approach presented herein are shown in the drawings and described in more detail in the following specification.

一実施例による土工機械の概略的な平面図を示す図である。FIG. 1 shows a schematic plan view of an earthmoving machine according to one embodiment. 一実施例による土工機械の概略的な平面図を示す図である。FIG. 1 shows a schematic plan view of an earthmoving machine according to one embodiment. 一実施例による土工機械の概略的な平面図を示す図である。FIG. 1 shows a schematic plan view of an earthmoving machine according to one embodiment. 一実施例による土工機械の概略的な平面図を示す図である。FIG. 1 shows a schematic plan view of an earthmoving machine according to one embodiment. 一実施例による土工機械の概略的な平面図を示す図である。FIG. 1 shows a schematic plan view of an earthmoving machine according to one embodiment. 土工機械の動作のための方法を制御するための装置のブロック回路図を示す図である。FIG. 2 shows a block circuit diagram of an apparatus for controlling a method for the operation of an earthmoving machine. 土工機械の動作のための方法の一実施例のフローチャートを示す図である。FIG. 1 illustrates a flow chart of one embodiment of a method for operation of an earthmoving machine. 土工機械の動作のための方法の一実施例のフローチャートを示す図である。FIG. 1 illustrates a flow chart of one embodiment of a method for operation of an earthmoving machine. シミュレートされた土工機械による材料の分配のシミュレーションの一実施例の概略図を示す図である。FIG. 1 illustrates a schematic diagram of an example of a simulation of distribution of material by a simulated earthmoving machine. 一実施例による幾何学モデルの概略図を示す図である。FIG. 2 illustrates a schematic diagram of a geometric model according to one embodiment. 一実施例による幾何学モデルの概略図を示す図である。FIG. 2 illustrates a schematic diagram of a geometric model according to one embodiment. 一実施例による幾何学モデルの概略図を示す図である。FIG. 2 illustrates a schematic diagram of a geometric model according to one embodiment.

本発明の好適な各実施例の以下の説明においては、種々の図に示した、同様の機能を有する要素に、同一又は類似の参照番号が使用され、これらの要素の繰り返しの説明は省略される。 In the following description of the preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for elements having similar functions shown in the various figures, and repeated descriptions of these elements are omitted.

図1A、図1B、図1C、図1D及び図1Eはそれぞれ、一実施例による土工機械100の概略的な平面図を示している。この実施例においては、土工機械100は、地形105を敷均すために、又は、平坦な目標地形110が生じるように材料を再分配するために、ブルドーザとして構成されている。 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E each show a schematic plan view of an earthmoving machine 100 according to one embodiment. In this embodiment, the earthmoving machine 100 is configured as a bulldozer to level a terrain 105 or redistribute material to create a flat target terrain 110.

ここで、個々の図には、5つのステップで堆積物を分配するための例示的なフローが示されている。サイドチェンジを介して、分配を均一に行うことができる。しかし、これは、材料流シミュレーションに基づいて変化するものとしてもよい。すなわち、まずは、最大の敷均しをもたらす軌跡115が選択されている。すなわち、軌跡の選択に関する基準は、分配された材料を伴う分配半径が極めて小さい高低差をもたらすということである。ここでは、一実施例において、計算時間を節約するために、内部の流れ過程を伴わない非弾性材料の静的な分配のみが考察される、簡略化されたモデルが使用される。 Here, in the individual figures, an exemplary flow for distributing the deposit in five steps is shown. Through side changes, the distribution can be uniform. However, this may vary based on material flow simulations. That is, first of all, the trajectory 115 that results in the greatest leveling is selected. That is, the criterion for the selection of the trajectory is that the distribution radius with the distributed material results in a very small height difference. Here, in one embodiment, in order to save calculation time, a simplified model is used in which only the static distribution of inelastic material without internal flow processes is considered.

図2は、土工機械100の動作のための方法を制御するための装置200のブロック回路図を示している。図2に示された、駆動制御可能な土工機械100は、先行する図に記載された土工機械に相当し又は類似しており、装置200から提供可能な制御信号210を読み込むように、かつ、制御信号210を使用して自律的に行動するように構成されている。 Figure 2 shows a block diagram of an apparatus 200 for controlling a method for the operation of an earth moving machine 100. The drive-controllable earth moving machine 100 shown in Figure 2 corresponds to or is similar to the earth moving machines described in the preceding figures and is configured to read control signals 210 available from the apparatus 200 and to act autonomously using the control signals 210.

土工機械を駆動制御するために、装置200は、地形信号215、材料信号220及び機械信号225を読み込むように構成されている。ここで、地形信号215は、地形の現在の輪郭の検出された写像を表し、この実施例においては、地形をセンサ技術によって検出するためのセンサ装置230によって提供され得る。地形信号215を使用して、装置200は、地形の幾何学モデル227を作成するように構成されており、幾何学モデルは、ボクセルネットワークとして作成され得る。 To drive and control the earthmoving machine, the device 200 is configured to read a terrain signal 215, a material signal 220 and a machine signal 225, where the terrain signal 215 represents a detected map of the current contour of the terrain and in this embodiment may be provided by a sensor device 230 for detecting the terrain by sensor technology. Using the terrain signal 215, the device 200 is configured to create a geometric model 227 of the terrain, where the geometric model may be created as a voxel network.

材料信号220は、地形において検出された材料の少なくとも1つの材料パラメータを表し、この実施例においては、外部のデータベース235によって提供され得る。データベース235に格納されたパラメータを使用して、少なくとも1つの材料パラメータを例示的に推定することができる。 The material signal 220 represents at least one material parameter of the material detected in the terrain, which in this example may be provided by an external database 235. The parameters stored in the database 235 may be used to exemplarily estimate the at least one material parameter.

機械信号225は、土工機械100の少なくとも1つの機械パラメータを表し、単に例示的に、土工機械100のユニット240によって提供され得る。 The machine signal 225 represents at least one machine parameter of the earthwork machine 100 and may be provided, by way of example only, by a unit 240 of the earthwork machine 100.

さらに、装置200は、幾何学モデル227及び材料信号220を使用して、材料の材料流をシミュレートするように構成されている。材料を再分配するために、このシミュレートされた材料流に基づいて、かつ、機械信号を使用して、制御信号210が出力され得る。 Furthermore, the apparatus 200 is configured to simulate a material flow of the material using the geometric model 227 and the material signal 220. A control signal 210 can be output based on this simulated material flow and using the machine signal to redistribute the material.

すなわち、装置200は、所与の堆積物、所与の空間配置構成及びブルドーザに対する最適な分配ストラテジを求めることを可能にする。したがって、所要時間を最小限に抑制し、燃料消費量を最小限に抑制し、かつ、機械停止時間を回避することができる。 That is, the device 200 allows for determining the optimal distribution strategy for a given pile, a given spatial configuration, and a bulldozer, thus minimizing turnaround time, minimizing fuel consumption, and avoiding machine downtime.

図3は、土工機械の動作のための方法300の一実施例のフローチャートを示している。図3に示された方法300は、たとえば、先行する図2に記載されたような装置を用いて、かつ、先行する図に記載されたような土工機械を駆動制御するために実施することが可能である。 Figure 3 shows a flow chart of one embodiment of a method 300 for operating an earthmoving machine. The method 300 shown in Figure 3 can be implemented, for example, using an apparatus such as that described in the preceding Figure 2 and for driving and controlling an earthmoving machine such as that described in the preceding Figures.

方法300は、地形信号、材料信号及び機械信号を読み込むステップ305を含む。ここで、地形信号は、地形の現在の輪郭の検出された写像を表し、材料信号は、地形において検出された材料の少なくとも1つの材料パラメータを表し、機械信号は、土工機械の少なくとも1つの機械パラメータを表す。 The method 300 includes reading 305 a terrain signal, a material signal, and a machine signal, where the terrain signal represents a detected map of a current contour of the terrain, the material signal represents at least one material parameter of a material detected in the terrain, and the machine signal represents at least one machine parameter of the earthmoving machine.

さらに、方法300は、地形信号を使用して地形の幾何学モデルを作成するステップ310であって、幾何学モデルをボクセルネットワークとして作成するステップを含む。 Further, the method 300 includes a step 310 of creating a geometric model of the terrain using the terrain signal, where the geometric model is created as a voxel network.

さらに、方法300は、幾何学モデル及び材料信号を使用して材料の材料流をシミュレートするステップ315と、材料を再分配するために、シミュレートされた材料流に基づいて、かつ、機械信号を使用して、土工機械を制御するための制御信号を出力するステップ320と、を含む。 Further, the method 300 includes simulating 315 a material flow of the material using the geometric model and the material signal, and outputting 320 a control signal for controlling an earthmoving machine based on the simulated material flow and using the machine signal to redistribute the material.

図4は、土工機械の動作のための方法300の一実施例のフローチャートを示している。図4に示されている方法300は、先行する図3に記載された方法に相当し又は類似しているが、付加的なステップを有する点において相違している。 Figure 4 illustrates a flow chart of one embodiment of a method 300 for operating an earthmoving machine. The method 300 illustrated in Figure 4 corresponds to or is similar to the method described in the preceding Figure 3, but differs in that it includes additional steps.

単に例示的な、方法の開始のステップ400の後、この実施例では、検査するステップ402において、地形信号を使用して、材料の堆積が既に車両によって荷下ろしされているか否かが検査される。続いて、この実施例においては、材料パラメータを求めるステップ405が実行され、ここで、ステップ405は、単に例示的に3つの部分ステップ405a,405b,405cとして示されている。材料が既に荷下ろしされている場合には、部分ステップ405aにおいて、機械信号及び地形信号を使用して、材料パラメータが求められ、ここでは、一実施例において、たとえばカメラ及びLiDARによって堆積の幾何学形状が検出される。材料がまだ荷下ろしされていない場合には、代替的な部分ステップ405bにおいて、材料の荷下ろし中に、機械信号及び地形信号を使用して、材料パラメータが求められ、ここでは一実施例において、たとえばカメラ及びLiDARによって流れ挙動が検出される。部分ステップ405a又は405bには、この実施例においては、部分ステップ405cが続いており、この部分ステップ405cにおいては、色及びテクスチャから材料に関する仮説が立てられ、又は、堆積体積の最大の流れ角度が推定される。付加的又は代替的に、求めるステップ405において、少なくとも1つの材料パラメータが、データベース内に格納されているパラメータを使用して推定されるものとしてもよい。 After the merely exemplary start step 400 of the method, in this embodiment, in a checking step 402, it is checked using the terrain signal whether the material pile has already been unloaded by the vehicle. Subsequently, in this embodiment, a step 405 of determining material parameters is performed, where step 405 is shown merely exemplary in three partial steps 405a, 405b, 405c. If the material has already been unloaded, in partial step 405a, the material parameters are determined using the machine signal and the terrain signal, where in one embodiment, the geometry of the pile is detected, for example, by a camera and LiDAR. If the material has not yet been unloaded, in an alternative partial step 405b, the material parameters are determined during unloading of the material, using the machine signal and the terrain signal, where in one embodiment, the flow behavior is detected, for example, by a camera and LiDAR. Sub-step 405a or 405b is followed in this embodiment by sub-step 405c, in which a material hypothesis is made from the color and texture or the maximum flow angle of the deposition volume is estimated. Additionally or alternatively, in the determining step 405, at least one material parameter may be estimated using parameters stored in a database.

次いで、この実施例において後続する、読み込むステップ305において、材料信号は、先行するステップ405において求められた材料パラメータを表す。 Then, in a subsequent reading step 305 in this embodiment, the material signal represents the material parameters determined in the preceding step 405.

先行する図3において記載されたように、例示的に続く、作成するステップ310及びシミュレートするステップ315において、幾何学モデルがボクセルネットワークとして作成され、材料流がシミュレートされる。 As described above in FIG. 3, in the illustratively following creating step 310 and simulating step 315, a geometric model is created as a voxel network and material flow is simulated.

この実施例においては、方法300はさらに、土工機械の移動のための軌跡を特定するステップ410を含み、このステップにおいては、例示的に、材料を分配するために機械が移動させられるべき軌跡が選択される。 In this embodiment, the method 300 further includes step 410 of identifying a trajectory for movement of the earthmoving machine, illustratively in which a trajectory along which the machine should be moved to dispense the material is selected.

これに続いて、一実施例においては、シミュレートされた分配結果を得るために、シミュレートされた材料流と選択された軌跡とを使用した、材料のシミュレートされた分配のステップ415が行われる。 This is followed, in one embodiment, by a step 415 of simulated distribution of material using the simulated material flow and the selected trajectory to obtain a simulated distribution result.

この実施例においては、方法300はさらに、最適化パラメータをさらに読み込むステップ420を含み、最適化パラメータは、材料の分配のためのターゲットを表す。ここで単に例示的に、ユーザ入力から最適化基準が読み込まれる。最適化パラメータを使用して、単に例示的に、評価するステップ425において、シミュレートされた分配結果が評価される。ここでは単に例示的に、読み込まれた最適化基準が改良されているか否か、又は、予め定められた限界値を上回っているか否かが検査される。 In this embodiment, the method 300 further comprises a step 420 of further reading in optimization parameters, which represent targets for the distribution of the material. Here, merely by way of example, the optimization criteria are read from a user input. Using the optimization parameters, merely by way of example, the simulated distribution result is evaluated in an evaluation step 425. Here, merely by way of example, it is checked whether the read in optimization criteria has been improved or whether a predefined limit value is exceeded.

たとえば最適化基準の改良が行われていないために、又は、最適化基準が限界値に達していないために、評価するステップ425において、材料のシミュレートされた分配が最適化パラメータに対応していないと評価された場合、一実施例においては、特定するステップ410と、シミュレートされた分配のステップ415と、さらに読み込むステップ420と、評価するステップ425とが繰り返し実行される。評価するステップ425において、材料のシミュレートされた分配が最適化パラメータに対応していると評価された場合、この方法300はこの実施例において、以下に説明するように継続される。 If the evaluating step 425 determines that the simulated distribution of the material does not correspond to the optimized parameters, for example because no refinement of the optimization criterion has been performed or because the optimization criterion has not reached a limiting value, then in one embodiment the identifying step 410, the simulated distribution step 415, the further reading step 420, and the evaluating step 425 are repeated. If the evaluating step 425 determines that the simulated distribution of the material does correspond to the optimized parameters, then the method 300 continues in this embodiment as described below.

単に例示的に、図4に示された方法300はさらに、土工機械のさらなる移動のための別の軌跡の再度の特定のステップ430を含む。これに続いて、一実施例においては、別のシミュレートされた分配結果を得るために、シミュレートされた材料流と選択された別の軌跡とを使用した、材料の再度のシミュレートされた分配のステップ435が行われる。続いて、単に例示的に、この最適化パラメータ及びたとえば別の最適化パラメータを再度さらに読み込むステップ440が続き、別の最適化パラメータは、材料を処理するための別のターゲットを表す。別の最適化パラメータを使用して、この実施例においては、再度の評価のステップ445において、別のシミュレートされた分配結果が評価され、ここで、再度の評価のステップ445において、材料の再度シミュレートされた分配がこの最適化パラメータ又は別の最適化パラメータに対応していないと評価された場合、再度の特定のステップ430と、再度のシミュレートされた分配のステップ435と、再度のさらなる読み込みのステップ440と、再度の評価のステップ445とが繰り返される。 Merely by way of example, the method 300 shown in FIG. 4 further comprises a step 430 of re-identification of another trajectory for a further movement of the earthmoving machine. This is followed in one embodiment by a step 435 of re-simulated distribution of the material using the simulated material flow and the selected other trajectory to obtain another simulated distribution result. This is followed by a step 440 of further reading in, and for example, another optimization parameter, which represents another target for processing the material, again, by way of example only, whereby, using the other optimization parameter, in this embodiment, in a step 445 of re-evaluation, another simulated distribution result is evaluated, whereby, if in the step 445 of re-evaluation, it is evaluated that the re-simulated distribution of the material does not correspond to this or the other optimization parameter, the steps 430 of re-identification, 435 of re-simulated distribution, 440 of further reading in, and 445 of re-evaluation are repeated.

一実施例においては、再度の評価のステップ445に続いて、検査のステップ450が行われ、ここでは、単に例示的に、予測ステップの最大数に達したか否かが検査される。例示的に予め定められた最大数にまだ達していない場合には、この実施例においては、再度のシミュレートされた分配のステップ435と、再度のさらなる読み込みのステップ440と、再度の評価のステップ445とが繰り返し実行される。この最大数に達していると、この実施例においては、事前にシミュレートされた分配結果による材料の分配を土工機械によって実行するために、制御信号を出力するステップ320が行われる。 In one embodiment, the step of re-evaluation 445 is followed by a step of checking 450, in which, merely by way of example, it is checked whether a maximum number of prediction steps has been reached. If the exemplarily predetermined maximum number has not yet been reached, then in this embodiment, the steps of re-simulated distribution 435, re-further reading 440 and re-evaluation 445 are repeatedly performed. If this maximum number has been reached, then in this embodiment, a step of outputting a control signal 320 is performed in order for the earthmoving machine to perform a distribution of material according to the previously simulated distribution result.

単に例示的に、出力するステップ320に続いて、更新された幾何学モデルを得るために、読み込むステップ305と作成するステップ310とが繰り返される。次いで、比較するステップ455において、更新された幾何学モデルと、シミュレートされた分配結果とを比較し、所定の反復基準が満たされている場合には、求めるステップ405を繰り返す。したがって、単に例示的に、更新された幾何学モデルと、シミュレートされた分配結果との一致に関する予め定められた限界値に達していない場合、材料パラメータが再度推定され、再度初期化される。限界値に達している場合、この実施例においては、新しい軌跡を選択して、この軌跡の選択に続く上述したステップに従って土工機械を再度駆動制御するために、特定するステップ410が繰り返される。 ...

換言すれば、図3及び図4に示された方法300は、以下のように記述され得る。 In other words, the method 300 shown in Figures 3 and 4 can be described as follows:

パレート最適を達成するために、堆積物の材料パラメータを推定し、空間配置構成を測定し、機械パラメータを考慮し、シミュレーションに基づいて最適化を繰り返し実行することによって、コスト関数が最小化される。 To achieve the Pareto optimum, a cost function is minimized by estimating the material parameters of the deposits, measuring the spatial configuration, considering the machine parameters, and performing iterative optimization based on simulation.

このために、まずは地形の基本空間配置構成が検出され、機械に提供される。このことを、機械上のセンサシステム(複数のカメラ及び/又はLiDAR)を介して、又は、同等の若しくは高解像度の3Dセンサシステムを伴うドローン高空飛行を用いて行うことができる。 For this, first the basic spatial configuration of the terrain is detected and provided to the machine. This can be done via a sensor system on the machine (multiple cameras and/or LiDAR) or using a drone overflying with a comparable or higher resolution 3D sensor system.

これらのデータに基づいて、空間配置構成のボクセルネットワークが構築される。 Based on this data, a spatially arranged voxel network is constructed.

ボクセルネットワークは、ボクセル内に存在する3つの変数、すなわち、密度、その方向においてボクセルが移動する速度ベクトル及びボクセルを加速する/制動する力ベクトルによって記述され得る。これらを全体として、密度場、速度場及び力場と称することができる。ここでの仮定は、材料が均一であるため、この記述には密度で足りるということである。 A voxel network can be described by three variables present within the voxel: density, the velocity vector in which the voxel moves, and the force vector that accelerates/brakes the voxel. Collectively, these can be referred to as the density field, velocity field, and force field. The assumption here is that the material is homogeneous, so density is sufficient for this description.

堆積物の材料パラメータは常に推定される。堆積物の材料パラメータは、たとえば水分含有量によって連続的に変化する。LiDAR及び/又はカメラ又は3次元点群を供給する別のセンサシステムを介して検出される外部幾何学形状を介して、極めて急勾配の崩壊箇所又は観察されている流れ挙動に基づいて、流れ角度及び付着力を推定することができる。このことは、トラックがセンサの到達範囲に存在している場合には、トラックからの荷下ろし過程中に既に行われるものとしてもよい。さらに、粒度、反射率、テクスチャ及び色を介して、ファジーロジックを伴うニューラルネットワークは、パラメータライブラリに基づいて材料パラメータを推定することができる。ここでファジーニューロンが選択される。なぜなら、ファジーニューロンは、ネットワークの深さが浅い場合でも、不確実なパラメータを用いて、良好な予測を可能にするからである。 The material parameters of the sediment are constantly estimated. They change continuously, for example due to the moisture content. Through the external geometry detected via LiDAR and/or a camera or another sensor system providing a 3D point cloud, the flow angle and adhesion force can be estimated based on very steep collapses or the observed flow behavior. This may already be done during the unloading process from the truck, if the truck is in the sensor's range. Furthermore, through the grain size, reflectivity, texture and color, a neural network with fuzzy logic can estimate the material parameters based on a parameter library. Fuzzy neurons are chosen here because they allow good predictions with uncertain parameters even at low network depths.

堆積物の移動時の機械の消費電力を介して質量を特定することができ、測定を介して、材料の体積ひいては密度を特定することができる。押し出し過程が実行されなかったために、推定が依然として不可能である場合には、地理的データベース又は他の測定からの基準値を使用することができる。 The mass can be determined via the power consumption of the machine during the movement of the pile, and via measurements the volume of the material and therefore its density. If an estimation is still not possible because the extrusion process was not carried out, reference values from a geographical database or other measurements can be used.

ボクセルネットワークのシミュレーションは、ここで、推定された値によって初期化される。この場合、基本空間配置構成と堆積物とを互いに別個にシミュレートすることができ、又は、簡略化して、これら両方に対して同一の材料パラメータを使用することができる。これによって推定誤差が小さくなるはずである。なぜなら、主には堆積物が分配され、基本空間配置構成は主には削り取られないからである。この仮定が誤っているならば、別個にシミュレートが行われるべきである。 The simulation of the voxel network is now initialized with the estimated values. In this case, the basic spatial configuration and the deposit can be simulated separately from each other, or, to simplify, the same material parameters can be used for both. This should reduce the estimation error, since mainly the deposit is distributed and the basic spatial configuration is not mainly scraped off. If this assumption is wrong, they should be simulated separately.

サイドチェンジを介して、分配が均一に行われることが保証されている。しかし、これは、材料流シミュレーションに基づいて変化するものとしてもよい。すなわち、まずは、最大の敷均しをもたらす軌跡が選択される。すなわち、軌跡の選択に関する基準は、分配された材料を伴う分配半径において極めて小さい高低差がもたらされるということである。ここでは、計算時間を節約するために、内部の流れ過程を伴わない非弾性材料の静的な分配のみが考察されることによって、簡略化されたモデルが使用される。 Through the side changes, it is ensured that the distribution is uniform. However, this may be changed based on the material flow simulation. That is, first of all, the trajectory that results in the maximum leveling is selected. The criterion for the selection of the trajectory is that it results in a very small height difference in the distribution radius with the distributed material. Here, in order to save calculation time, a simplified model is used, whereby only the static distribution of the inelastic material without internal flow processes is considered.

次いで、ボクセルシミュレーションを用いて、選択された軌跡に基づいて分配ステップがシミュレートされる。この場合、速度場及び力場における内部の流れ過程も考慮される。 Then, using voxel simulation, the distribution step is simulated based on the selected trajectory, taking into account the internal flow processes in the velocity and force fields.

シミュレーションの後、分配ステップは、多基準で評価される。一方では、最大の敷均しの基準が使用される。他方では、他の質の基準、たとえば材料の移動のために必要な燃料消費量、又は、分配のために必要な時間が評価されるものとしてよい。 After the simulation, the distribution step is evaluated on multiple criteria. On the one hand, the criterion of maximum evenness is used. On the other hand, other quality criteria can be evaluated, for example the fuel consumption required for the movement of the material or the time required for distribution.

これまでのシミュレーションと比較して改良が示されなかった場合には、最後の軌跡に戻って、再び変更が行われる。 If no improvement is shown compared to previous simulations, we go back to the last trajectory and make changes again.

ステップの初期化のために、左及び右に、予め定められたデルタだけ変化させることによって、先行するステップからの軌跡が2つの軌跡に分解される。この方法を介して、局所的な最適を表す軌跡が見出されるべきである。 For the initialization of a step, the trajectory from the previous step is decomposed into two trajectories by changing it to the left and to the right by a predefined delta. Through this method, a trajectory that represents a local optimum should be found.

最適化基準が所定の限界値を上回っている場合には、このループを離れ、このシミュレーションにおいて得られた状態が、以降の分配ステップのための基礎として選択される。 If the optimization criterion exceeds a predefined limit, the loop is left and the state obtained in this simulation is selected as the basis for the subsequent distribution steps.

ここで、第1のステップに基づいて、以降の分配ステップがシミュレートされる。この手法によって、局所的な最適が行き詰まりにつながり、そこから、以降のステップが結果を悪化させるだけになることが排除されるべきである。利用可能な計算能力及び計算時間に基づいて、予測ステップの最大数が定められる。 Now, based on the first step, the following distribution steps are simulated. This approach should eliminate local optima that lead to deadlocks, from which the following steps will only worsen the results. Based on the available computing power and computing time, the maximum number of prediction steps is determined.

局所的な最適が鞍点であることが判明した場合には、可能な限り大きい差を達成するために、堆積物の他方の終端部において開始することによって、第1の分配ステップの軌跡が再度初期化される。 If the local optimum is found to be a saddle point, the trajectory for the first dispensing step is reinitialized by starting at the other end of the pile to achieve the largest possible difference.

次に、求められた軌跡に基づいて、分配ステップが物理的に実行される。ここで、実際の結果がシミュレーション結果と比較される。予め定められた、一致の限界値を介して、材料パラメータが再度推定されるべきか否か、又は、次の軌跡に直接的に移行され得るか否かが判断される。シミュレーションの正確さが高い場合には、この軌跡を、直接的に、前のステップから引き継ぐことができる。なぜなら、この場合には、既に次の分配ステップも評価されているからである。したがって、初期コストの後の計算コストを減らすことができる。パラメータの推定が不良である場合には、後続のステップを含めて、シミュレーション全体を、再度推定しなければならない。 Based on the determined trajectory, the distribution step is then physically carried out. Here, the actual result is compared with the simulation result. Via a predefined limit of agreement, it is determined whether the material parameters should be re-estimated or whether a direct transition to the next trajectory can be made. If the simulation is highly accurate, this trajectory can be taken over directly from the previous step, since in this case the next distribution step has already been evaluated. Thus, the computational costs after the initial cost can be reduced. If the parameter estimation is poor, the entire simulation, including the subsequent steps, must be re-estimated.

ここで、堆積が分配されているので、さらなる分配ステップによってもはや改良を達成することができない場合には、中断が行われる。むしろ、特定数の予測ステップのシミュレーションによって、事前に、どのくらいの数のステップの後にこの状態に達するのかが示されるものとしてよい。したがって、新たなトラック積載が適時に要求されることによって、停止時間を回避することができる。 Now, if the pile is distributed so that no further improvement can be achieved by further distribution steps, an interruption is made. Rather, a simulation of a certain number of predictive steps may indicate in advance how many steps this state will be reached after. Thus, new truck loads can be requested in good time, thereby avoiding downtime.

図5は、シミュレートされた土工機械505による材料分配のシミュレーション500の実施例の概略図を示している。単に例示的に、これは、クローラドーザのボクセルに基づくシミュレーションである。図5に示されているシミュレーション500においては、例示的に、シミュレートされた材料流と選択された軌跡とを使用した、材料の分配が描かれている。 Figure 5 shows a schematic diagram of an example of a simulation 500 of material distribution by a simulated earthmoving machine 505. By way of example only, this is a voxel-based simulation of a crawler dozer. In the simulation 500 shown in Figure 5, by way of example, the distribution of material is depicted using simulated material flows and selected trajectories.

図6A、図6B及び図6Cはそれぞれ、一実施例による幾何学モデル227の概略図を示している。ここで、図6Aには、例示的に、堆積の空間配置構成が示されており、ここでは、ボクセルモデルに基づいて、堆積の流れ挙動が特定可能である。図6Bには幾何学モデル227として、表面図が描かれており、図6Cにはメッシュ図が描かれている。 6A, 6B, and 6C each show a schematic diagram of a geometric model 227 according to an embodiment. Here, FIG. 6A shows an exemplary spatial arrangement of the deposition, where the flow behavior of the deposition can be determined based on a voxel model. FIG. 6B shows a surface diagram of the geometric model 227, and FIG. 6C shows a mesh diagram.

幾何学モデル227によって、たとえば、内部摩擦、付着及び流れ落ちを含めて、堆積物がシミュレート可能である。ここでは、ボクセル(volumetric element(体積要素)の略)は、自身の隣接する要素に対する物理的関係(圧力、付着力、重力)、自身の物理的特性(色、質量、反射率、透過率)及び形状を介して特徴付けられている最小の構成要素である。したがって、ピクセル(Picture Elements(画素)の略)と同様に、任意の形状の3次元構造が表され得る。 The geometric model 227 allows for example for simulating sediments, including internal friction, adhesion and runoff. Here, a voxel (short for volumetric element) is the smallest building block that is characterized via its physical relationship to its neighbours (pressure, adhesion, gravity), its physical properties (colour, mass, reflectance, transmittance) and shape. Thus, three-dimensional structures of any shape can be represented, as can pixels (short for picture elements).

ボクセル網構造を適応的に設計するための例示的な技術が存在しており、すなわち、特に関連する領域において分解能を増大させ、他の領域において分解能を低減させる例示的な技術が存在している。これらは、個々のボクセルにおける相互作用間の相違を介して制御可能である。たとえば、立方体の9つの全てのボクセルが等しい力を受ける場合、これらを1つにまとめることができる。互いに接しているボクセルの力が大きく異なる場合には、ボクセル網における力ベクトル及び材料流をより正確に追跡できるようにするために、これらをさらに細かく分割することができる。したがって、付加的に計算コストが節約される。 Exemplary techniques exist for adaptively designing the voxel network structure, i.e. increasing the resolution in particularly relevant regions and decreasing the resolution in other regions. These can be controlled via the differences between the interactions in the individual voxels. For example, if all nine voxels of a cube experience equal forces, they can be merged together. If the forces of voxels bordering each other are very different, they can be further subdivided to allow a more accurate tracking of the force vectors and material flow in the voxel network. Thus, additional computational costs are saved.

一実施例が、第1の特徴と第2の特徴との間で「及び/又は」結合を含む場合、このことは、その実施例が、一実施形態によれば、第1の特徴も第2の特徴も有しており、他の実施形態によれば、第1の特徴だけ又は第2の特徴だけを有しているように解釈される必要がある。 If an example includes an "and/or" combination between a first feature and a second feature, this should be interpreted as meaning that the example, according to one embodiment, has both the first feature and the second feature, and according to another embodiment, has only the first feature or only the second feature.

Claims (13)

土工機械(100)の動作のための方法(300)であって、
前記方法(300)は、以下のステップ(305,310,315,320)、すなわち、
地形信号(215)、材料信号(220)及び機械信号(225)を読み込むステップ(305)であって、前記地形信号(215)は、地形(105)の現在の輪郭の検出された写像を表し、前記材料信号(220)は、前記地形(105)において検出された材料の少なくとも1つの材料パラメータを表し、前記機械信号(225)は、前記土工機械(100)の少なくとも1つの機械パラメータを表す、ステップと、
前記地形信号(215)を使用して前記地形(105)の幾何学モデル(227)を作成するステップ(310)であって、前記幾何学モデル(227)をボクセルネットワークとして作成する、ステップと、
前記幾何学モデル(227)及び前記材料信号(220)を使用して前記材料の材料流をシミュレートするステップ(315)と、
前記材料を再分配するために、シミュレートされた前記材料流に基づいて、かつ、前記機械信号(225)を使用して、前記土工機械(100)を制御するための制御信号(210)を出力するステップ(320)と、
を含む、方法(300)。
A method (300) for operation of an earthmoving machine (100), comprising:
The method (300) comprises the following steps (305, 310, 315, 320):
reading (305) a terrain signal (215), a material signal (220) and a machine signal (225), wherein the terrain signal (215) represents a detected map of a current contour of the terrain (105), the material signal (220) represents at least one material parameter of a material detected in the terrain (105), and the machine signal (225) represents at least one machine parameter of the earthmoving machine (100);
creating (310) a geometric model (227) of the terrain (105) using the terrain signal (215), the geometric model (227) being created as a voxel network;
simulating (315) a material flow of the material using the geometric model (227) and the material signal (220);
outputting (320) a control signal (210) for controlling the earthmoving machine (100) based on the simulated material flow and using the machine signal (225) to redistribute the material;
The method (300).
前記方法(300)は、
前記機械信号(225)及び/又は前記地形信号(215)を使用して前記材料パラメータを求めるステップ(405)を含み、
前記読み込むステップ(305)において、前記材料信号(220)は、求められた前記材料パラメータを表す、
請求項1に記載の方法(300)。
The method (300) comprises:
determining (405) the material parameters using the machine signal (225) and/or the topographical signal (215);
In the reading step (305), the material signal (220) represents the determined material parameter.
2. The method of claim 1 (300).
前記求めるステップ(405)において、前記少なくとも1つの材料パラメータを、データベース(235)に格納されているパラメータを使用して推定する、
請求項2に記載の方法(300)。
In the determining step (405), the at least one material parameter is estimated using parameters stored in a database (235).
3. The method of claim 2 (300).
前記方法(300)は、
前記土工機械(100)の移動のための選択された軌跡(115)を特定するステップ(410)を含み、
前記出力するステップ(320)において、前記選択された軌跡(115)を使用して、前記制御信号(210)を出力する、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法(300)。
The method (300) comprises:
identifying (410) a selected trajectory (115) for movement of the earthmoving machine (100);
In the outputting step (320), the selected trajectory (115) is used to output the control signal (210).
The method (300) of any one of claims 1 to 3.
前記方法(300)は、
シミュレートされた分配結果を得るために、前記シミュレートされた材料流と前記選択された軌跡(115)とを使用した、前記材料のシミュレートされた分配のステップ(415)を含み、
前記出力するステップ(320)において、前記シミュレートされた分配結果を使用して、前記制御信号(210)を出力する、
請求項4に記載の方法(300)。
The method (300) comprises:
a step (415) of simulating dispensing said material using said simulated material flow and said selected trajectory (115) to obtain a simulated dispensing result,
In the outputting step (320), the simulated distribution result is used to output the control signal (210).
5. The method of claim 4 (300).
前記方法(300)は、
最適化パラメータをさらに読み込むステップ(420)を含み、
前記最適化パラメータは、前記材料の分配のためのターゲットを表し、
評価するステップ(425)において、前記シミュレートされた分配結果を、前記最適化パラメータを使用して評価する、
請求項5に記載の方法(300)。
The method (300) comprises:
further comprising the step of reading (420) optimization parameters;
the optimization parameters represent targets for the distribution of the material;
In an evaluating step (425), the simulated dispensing results are evaluated using the optimized parameters.
6. The method (300) of claim 5.
前記評価するステップ(425)において、前記材料の前記シミュレートされた分配が前記最適化パラメータに対応していないと評価された場合、前記特定するステップ(410)と、前記シミュレートされた分配のステップ(415)と、前記さらに読み込むステップ(420)と、前記評価するステップ(425)とを繰り返し実行し、
前記評価するステップ(425)において、前記材料の前記シミュレートされた分配が前記最適化パラメータに対応していると評価された場合、前記出力するステップ(320)において前記制御信号(210)を出力する、
請求項6に記載の方法(300)。
if in the evaluating step (425) it is evaluated that the simulated dispensing of the material does not correspond to the optimized parameters, iteratively performing the identifying step (410), the simulated dispensing step (415), the further reading step (420) and the evaluating step (425);
If, in the evaluating step (425), it is evaluated that the simulated distribution of the material corresponds to the optimized parameters, in the outputting step (320), outputting the control signal (210).
7. The method (300) of claim 6.
更新された幾何学モデル(227)を得るために、前記出力するステップ(320)の後に、前記読み込むステップ(305)と前記作成するステップ(310)とを繰り返し、
比較するステップ(455)において、前記更新された幾何学モデル(227)と、前記シミュレートされた分配結果とを比較し、
所定の反復基準が満たされている場合には、前記求めるステップ(405)を繰り返す、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法(300)。
repeating the reading step (305) and the creating step (310) after the outputting step (320) to obtain an updated geometric model (227);
In a comparing step (455), the updated geometric model (227) is compared with the simulated distribution result;
repeating said determining step (405) if a predetermined iteration criterion is met;
The method (300) of any one of claims 1 to 7.
前記方法(300)は、
前記土工機械(100)のさらなる移動のための別の軌跡の再度の特定のステップ(430)と、
前記シミュレートされた材料流と選択された前記別の軌跡とを使用した、前記材料の再度のシミュレートされた分配のステップ(435)であって、これにより、別のシミュレートされた分配結果が得られる、ステップ(435)と、
前記最適化パラメータ及び/又は別の最適化パラメータを再度さらに読み込むステップ(440)と、
を含み、
前記別の最適化パラメータは、前記材料を処理するための別のターゲットを表し、
再度の評価のステップ(445)において、前記別の最適化パラメータを使用して、前記別のシミュレートされた分配結果を評価する、
請求項7又は8に記載の方法(300)。
The method (300) comprises:
- again determining (430) another trajectory for a further movement of said earth moving machine (100);
a step (435) of dispensing the material again using the simulated material flow and the selected alternative trajectory, thereby obtaining an alternative simulated dispensing result;
re-reading (440) the optimization parameters and/or further optimization parameters;
Including,
the different optimization parameters represent different targets for processing the material;
and evaluating the other simulated distribution results using the other optimized parameters in a re-evaluation step (445).
9. The method (300) of claim 7 or 8.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法(300)のステップ(305,310,315,320)を、対応するユニットにおいて実施する及び/又は駆動制御するように構成されている装置(200)。 An apparatus (200) configured to perform and/or drive and control steps (305, 310, 315, 320) of the method (300) according to any one of claims 1 to 9 in a corresponding unit. 請求項10に記載の装置(200)を備えている土工機械(100)。 An earthmoving machine (100) equipped with the device (200) according to claim 10. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法(300)のステップ(305,310,315,320)を実施する及び/又は駆動制御するために構成されているコンピュータプログラム。 A computer program configured to implement and/or drive and control steps (305, 310, 315, 320) of the method (300) according to any one of claims 1 to 9. 請求項12に記載のコンピュータプログラムが格納されている機械可読記憶媒体。 A machine-readable storage medium on which the computer program of claim 12 is stored.
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