TW201042124A - Method and device for controlling a mobile ground working device - Google Patents

Description

201042124 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明相關於一種用於控制移動放+以此 、 式土地作業裝置的方 法以及裝置，所述移動式土地作業萝w後 卞系衮置係例如是拖曳耙吸 式挖泥船、推土機或是設有收集箱的_ 相町皁機。本發明同樣 地係相關於-種包含有用於使得電腦可以實行所述方法之 程式指令的電腦程式。本發明亦相關於一種適用於運轉如 此之電腦程式的電腦。 【先前技術】. 用一於閉明本發明之目的所取的實例係一種具有已經決 定好尚度之輪廓的石基。為了要賦予所述石基所需的輪 扉，可以利用推土機。如此的土地作業裝置係以已知的方 =㈣作M所控制’其中該操作員係、衫將所需輪廓提供 :土地的方式’換句話說係例如推土機所將會採取的路 =、推土機所將會操作的速度及/或在預定位置處推土機的 鏟刀所將會佔據的高度。將舍 會明顯的是，特定的操作員 所做出的選擇將會與另—個 调保作貝疋全不同，其中所將會 產生的效率係有很大的茗 3 •差，、。已知方法的缺點因此為：Α 具有相當低的效率。 V、 在使用設有收集箱的割草機時係會發生相似的問題， 、中被d下來的草係收集在收集箱之中，並且 必須後續地在花園中的u 呆相 中的—個排出位置處被清空，而該排出 位置係為了這項目沾 的而撥用的。所需要的是割草機的操作 201042124 員能夠將其前進的路線以及機器的設定（鏟刀的高度，割 草寬度，行進速度）予以最佳化，使得可以沿著一個在排 放位置處開始及結束的路線行進，其中當達到該排放位置 時割草機的收集箱正好變成全滿的，並且因此不會有“無 生產的距離’’（以全滿的收集箱行進而不會有草被割除）。 特別是藉著像是拖，耙吸式挖泥船之挖掘船隻的作用 挖掘水底下土壤時係會發生以上所述的問題。Μ乾吸式

挖泥船包含有一個拖拉頭，贫你私 只通拖拉頭係接附到拖拉管件且 具有一個設有齒部的可锏敕、电& 的了調整遮板。在航行期間，該拖拉頭 係在水面下被拖過水底，直中 ，、甲土壤係透過齒部的作用而被 弄鬆過且被吸出通過—個媒而 …。 吸取導管而到達存在於拖髮耙吸 式挖泥船上的井。 因為其尺寸大小而不容易'執今置，並且 又位在水面下，而不作業(挖掘）的土地 _式挖泥船的操之處。拖 之吸取管件的操作員（或^ 手或疋挖掘船隻 式挖泥船之路線的任務^控制））具有決^拖矣把吸 考慮，像是航行速度U必須將數字很大的變數納入 的位置、吸取容量以及二仃方向、拖拉頭的設定（遮板 谷重Μ及其他變數）。 有 增加之效率之用於控制移動式 【發明内容】 本發明係為了装曰 q j丹目的而提供 了—種相對於已知方法具 土地作業裝置的方法以及 5 201042124 具有收集二如吸式挖:船、推土機或是 理解為意指每單位時 /月案的背景之中，效率應挣 積。 時間即母單位動力所被作業好的土壤體 敘述了此目的而具有如申請專利範圍第1項所 作=徵：特別提供的一項方法係用於控制移動式土地 路而在二方法的特徵係在於其包含有透過-個數位網 路而在-個中央電腦之控制之下進行之至少以下的步驟： A )預设一項最佳的準 的資訊；c)物鱼命 地目前的狀態有關 所述狀離#自4、 、土地作業裝置目前的狀態有關的資訊， 丨 包括有至少該裝置的位置；及D)計算出最佳準 :::以：最小化之土地作業裝置的控制。與習知 比較，使用本發明的古、土 π、· „ 法，可U用增加的效率來運作土地。 ^據本發明方法的一項較佳實例之特徵係在於，控制 的4异包含有至少計算出土地作業裝置的路線。如果:拖 ^把吸式挖泥船來㈣土地的話，那麼拖W吸式挖泥 务。、以及特別是其拖拉頭將會遵循著—個根據目前實例之 變體的路徑行進，該路徑係遵守最佳準則的最小數值。如 此的最佳準則可以例如包括有全部的挖掘時間，藉以使用 本發明的方法可以因此獲得最快速的路線，或是最佳準則 可以包括有該路線的全部長度，藉以使用本發明的方法可 以因此獲得最短的路線。然而，也有可能的是選擇最佳準 則來避免執跡的形成。軌跡可能會形成於拖，耙吸式挖泥 船的侧邊’其中土壤係被拖拉頭推到旁邊。從而會造成局 201042124 4的淺薄部’在已知方法中，所述淺薄部係在後來以無生 產的方式移除。根據本發明的方法係使得界定出拖拉頭的 路線成為可能的，以致於能夠以較大的效率來挖掘出軌 跡也可以選擇最高的製造程度當做最佳準則。藉著如此 的選擇’根據本發明的方法將會界定出拖拉頭的路線，使 付能夠以最短的可能時間來使得獲得最大的產量。 根據本發明方法的另一項較佳實例具有以下特徵：與 0 土地目則的狀態相關的資訊係包含有土地的高度輪廓。最 初的輪廓可以在對土地進行作業之前例如藉著探測出水的 深度而決定。這種水深的探測就其本身而言是已知的，並 且可以例如藉著利用聲波而測量出來。由於根據本發明， 二貝Λ係在關於在先前之土地作業裝置路線之決定好的時間 點得知’對於此時間點的高度輪廓係能夠針對給定的作業 生產力來計算。此高度輪廓系因此隨著挖掘的結果而被連 續地修改。 〇 此處有利的是根據本發明的方法具有以下特徵：土地 作業裝置的操作員可以用數位的方式看得見與土地的高度 輪廓相關的資訊。石基高度輪廓的數位影像就其本身而言 係已知的’並且亦以用語數位地形模擬（Terrain M〇delling (DTM))來稱之。 根據本發明方法的又另一項實例的特徵係在於，土地 作業裝置的目前的位置係由Gps系統來決定的。如此的特 別是用於挖掘船隻的GPS系統就其本身而言係已知的，並 且亦以用語動態定位/動態追蹤（Dynamic 7 201042124 P—DynamieTraeking(DpDT))㈣來稱之。 根據本發明方法的進一步較佳實例具有以下特徵，與 乍業裳置目刖的狀態相關的資訊包含有作業深度以及 寬度。 根據本發明方法的進一步較佳實例具有以下特徵，與 也作業4置目刖的狀態相關的資訊包含有已經作業完成 的土地的量。 根據本發明方法的又進一步較佳實例具有以下特徵， 土地作業裝置係負載有土壤，並且最佳準則係關於土地作 業裝置在全滿的狀態中到—個用於該負載的排出位置所必 須位移的距離。 根據本發明方法的又進一步較佳實例具有以下特徵， 最佳準則係與為了要將土地目前的狀態轉變成土地所需要 的狀態土地作業襄置所必須要涵蓋的路線相關。 根據本發明的方法係特別適用於控制挖掘船隻、推土 機或疋D’j草機’且較佳地是拖良把吸式挖泥船。 本發明同樣地係關於一種用於控制移動式土地作業襄 置的裝置。根攄太m 4 月的褒置包含有一個中央電腦，該中 央電腦系透過-個數位網路而被連接到該土地作業裝置 並且係適用於進行—種至少包含有以下步驟的方法： A)預設一項最佳的準則； B )收集與土地目前的狀態有關的資訊； 壯能〇收集與土地作業裝置目前的狀態有關的資訊，所述 狀態係包括有至少該I置的位置； 201042124 D ) 4算出最佳準則可以被最小化之土地作業裝置的控 制。 ’ 該電腦係為了這項根據本發明之目的而載入一個電腦 程式，所述電腦程式包含有用於進行該方法的程式指令。 此種裝置的優點係已經參照以上所討論的方法而被闡明， 亚且將不會在此處重複。根據本發明的裝置係收集通過數 位網路而以進入信號之形式的資訊，所述進入信號係來自 像是GPS系統、DTM或是DPDT系統的結合在上文所討論 之網路之中的儀器。這些信號係在本申請案中如以下所描 述地被處理，在處理之後，在土地作業裝置的操作員實現 該土地作業裝置之控制的基礎上，該裝置係傳送控制信號 通過該數位網路至土地作業裝置，用於控制此土地作業裝 置之目的，或是其中資訊係顯示在一個數位螢幕上。電腦 係计舁出較佳地包含有至少將最佳準則（‘最佳，路線） 予以減小到最低程度之土地作業裝置的路線的控制。如此 〇 计鼻出來的控制係被電腦以由儀器所記錄下來的變數的函 數連續地調整。根據本發明，除了其他因素之外，電腦的 計算係會考慮拖曳耙吸式挖泥船或是推土機的位置、處理 速率以及技術可能性，並且這係較佳地藉著修改例如遮板 位置、拖拉頭位置、受到調整之推土機的鏟刀高度等等而 控制了拖曳把吸式挖泥船或是推土機。 【實施方式】 參照圖1，其中係顯示出用於控制例如拖矣耙吸式挖泥 9 201042124 船：：動式土地作業裝置之裝置的一項可能實例 包3有—個電腦（CPU)，該電腦係在電腦連線之以進入产 號^及設計數據2形式之處理f訊的基礎上進行最佳^ =算’其中該計算係會產生輸出信號3、反饋信號4、反 饋資sfl 5以及處理過的資訊6。 右ff的電腦連線之進人信號1形式的處理資訊包含 有、但疋不限於以GPS座標A拟斗、+以上 座私為形式之拖良耙吸式挖泥船目 别位置，拖拉頭深度（亦參見圖3);拖拉頭之遮板的位置； 拖曳耙吸式挖泥船的組件狀態，舉例來說，像是吸取 狀態（開/關）；儲存艙的狀態（開啟/閉合）、儲存驗的容 積、潮沙資訊、探測水深之數據之形式的底部的目前狀能 以及其他所需的處理資訊。固定不變的處理資訊包含有拖 夷耙吸式挖泥船的具體特徵’舉例來說，像是可取得的動 力。 典型的設計數據2包含有、但是不限於要被傳送之一 起界疋出土地輪廓的土地高度輪廓，以及所需的公差。 典型的輸出信號3包含有、但是不限於拖拉頭之遮板 的控制。 —:型的處理過（或是輸出）資訊6包含有、但是不限 於叶异出來之拖良耙吸式挖泥船的航行路線，其較佳地能 夠在操作員隔間中的螢幕上看見。 典型的反饋資m 5包含有、但是不限於一起形成了土 地目前高度輪廓之目前的探試水深數據。&資訊形成了電 腦連線處理資訊的一部分。 201042124 最後’典型的反饋信號4 蹤、動態定位（DPDT)信號、 控制的信號。 匕3有、但是不限於動態追 以及如果需要的話自動挖掘 使用該裝置係可以例如控制拖复把吸式挖泥船，㈣ 使得該挖泥船將會遵循著路線行進而能夠在最短時間以及 蕭耗掉最少動力的情況下挖出最大量的土壤（換句二 產生最大的效率）。 參照圖2，其係顯示出切探測數據的俯視圖，所述數 據係用做關於用於挖掘之區域的基本資訊。所述水深探測 數據可以用數位的方式被看見，如同根據圖2以所謂的在 拖矣耙吸式挖泥船的操作員可取得之螢幕上的數位2形模 擬（DTM)。如將會在下文中閣述的，體積可以使用水深 探測數據來計算出來。水深探測數據係與挖掘船隻的操作 員可取得的高度資訊相關，其中該高度資訊係為輪靡線或 疋著色圖案的形式（或是以任何其他適當的方式）。 Q 根據本發明，可以在進行土地作業之前設定最佳準 則。在目前的示例性實例之中，此準則係以最大的效率傳 送的水平土地輪廓。 在下文中具體說明的係一種用於計算出控制的可能方 法，在這種情況中係可以將最佳準則減小到最低程度之土 地作業裝置的路線，在這種情況中係拖良耙吸式挖泥船之 土地作業裝置的路線。 拖曳耙吸式挖泥船之拖拉頭10 (圖3)的特徵在於切 削寬度B以及切削深度D。瞬間的切削深度可以從進入信 11 201042124 號取得。所被移除土壤的面積係等於BxD的乘績。 來自於DTM資訊之水深探測數據係如同根據圖4而再 被細分成許多橫向輪廓11到16，此等橫向輪廓係相對於 X-Y座標系統而界定出來。在給定的實施例之中，橫向輪廓 11到16大致上垂直於拖曳耙吸式挖泥船的拖拉方向延伸， 不過這並不是必要的。一個單位刻度係界定成介於二個連 續橫向輪麻"到16之間的中間距離。該電腦係因此透過 DTM資訊計算出可以移除之土地每單位刻度有多少次運動 (經過）。在此處所示的實例之中，此係為每個橫向輪廊 之面積歸的數字。這項計算的結果係針對橫向輪廓13顯 不在圖4上方’且包含有每次拖拉頭通過的一個經過次數 (以M表示，且^2,3或是4)。拖拉頭通過-次係在 圖4之中示意地顯示成具有面積㈣的一個矩形。這個矩 形亦代表著拖拉頭通過一次所移除的土地面積。 之拖==序係針對全部的橫向輪廟產生計算出 的开U D™ #訊係以這種方式轉換成矩陣 = 使用的形式），其中每個矩陣區塊 的位置係由相關矩陣區塊的座標（χ， 鬼 這個矩陣區塊包含有要獲得所 ，定出來’並且 中俜一項已缍丰&夕私 °又輪廉（在目前的情況 Τ係項已絰决疋之所需深度的水 過的次數。此種矩陣的-項實施例n錄頭必須經 以相同的方式，宛如該矩陣是街顯二在圖5之中。 三維的街道的圖，該電腦係在 ；;的圖，不過因此是 整個矩陣的最佳路線（在圖5 g的步驟之中計算出 你顯示成曲線且箭頭係 12 201042124 表示拖拉頭的前進方向）。這個最佳路線係藉著將最佳準 則增加到最大程度成決定出來，在目前的實施例中該最佳 準則=效率。此效率·以及因此亦為計算出的最佳路線-係取 、'、於攸=在上文中时論過之測試設備取得的輸入數據的 個數字。典型的輸入數據包含有拖拉頭深度、遮板位置、 拖拉狀&、自動拖拉控制的讀出資訊以及DPDT系統的讀 出資訊等等（非限制性的）。效率與輪入數據之間的關係 〇可以在理論基礎上或是以實驗的方式決定出來並且對於 所述技術領域具有通常知識者來說，此決定所產生的方式 就其本身而言係已知的。 為了要決定最佳準則的極值（最小值，最大值），運 用了一項適當的演算法。如此的演算法就其本身而言係已 知的，並且不會進一步討論。 圖5所示的路線顯現出第一次通過，其係在位置p處 開始並且引導經過位置Q而到達位置R。因為在位置r處， Q該拖拉頭係再次進入一個已經在先前到過的矩陣區塊，拖 拉頭的第二通過係在這個位置R處開始。此通過係從位置汉 引導到位置S以及更向前進。每此拖拉頭進入一個已經決 定的矩陣區塊’必須通過的數字係被減少一次並且重新界 定出最佳路線。 决算法的效果係概略地在下文中描述。該矩陣呈現出 某種“塔（tower )，，，從該高塔，所述演算法係如同切割 機所會做地在頂部處開始破開具有剖面積等於BxD的“區 塊”。經由該最佳路線，所述演算法係依循著一個已經決 13 201042124 定好的圖案往後推移’直到不會有剩下的另外的“區塊” 為止。在此處所述的演算法確保了在包括有儘可能多的彼 此相鄰之同一層或是較低層的“區塊”。所述演算法係計 算出此處的最佳路線。此路線大體上將會為“最短路 線。在此處所述演算法係相似於用於運輸車輛的路線計 畫中所使用的演算法，並且所述演算法係決定在一個啟程 地點與一個最後的之間的終點之間的最短路線。 每次拖拉頭通過一個已經決定之矩陣區塊上時，在這 個矩陣區塊之中的資訊係藉著剩下的通過次數來修正，而 剩下的通過次數理論上比先前的通過次數還要少一次（以 其最簡單的計算形式）。也有可能的是根據先前的原理全 部重新計算在-個矩陣區塊之中的資訊，纟中來自於拖拉 頭探測深度的新的深度資訊以及其他變數（遮板位置，航 行速度，…）係在一個拖拉頭的開鑿原理之知識基礎上被納 入考慮。 用於航行的最佳路線可以在一個營幕上看見，並且可 以用做用於船務人員或是用於DPDT系統的輸入。船隻的 各別特徵，舉例來說，像是拖良把吸式挖泥船可以採取的 最緊密的轉彎’可以被用來t做計算最佳路徑時的邊界條 件。也有可能的是考慮其他邊界條件。因此係有可能的是 例如將目標放在於最佳路線之中包括有儘可能多的筆直航 及儘可能最少# (緊密）轉弯。當正在順利完成 ^彎時終究必須中斷挖掘並且拖拉管件係被升起，以便 ;確保該拖拉管件不會變成位於挖掘船隻底下或是不會被 14 201042124 移動得太過遠離挖掘船隻。所述的程式設計編碼確保了該 矩陣可以藉著實際的航行路線而重複地更新。當拖良把吸 式挖泥船由操作員控制時，這一點尤其重要。雖然該操作 ^會嘗試著盡可能準確地遵循電腦所算出的最佳路線，但 是因為例如水流、其他運輸的意外偶發的原因或是因為最 佳路線具有很高的困難度，該操作員無法總是成功地這樣 子做、。較佳地係能夠採用最佳化的演算法來使得拖拉頭已 〇、、!到過（換句話說’已經被加深）的矩陣區塊上被拖拉頭 所經過的次數是最小的。其一項言外之意係當該區域幾乎 完成時、，會有儘可能多的彼此相鄰的“區塊” t被破開並 且在所述區塊之間不會發生中斷的情況。 +雖然根據本發明的裝置以及方法已經在上文中參照與 藉著拖矣把吸式挖泥船所進行的拖拉相關的示範性應用描 述過了 ’相同的原理可以例如被應用於以推土機移除土 壌:在本發明的此種實例之中，推土機鐘刀之切削邊緣高 〇度係被測ϊ出來，並且該推土機的位置係被位置決定出 來。除了拖复把吸式挖泥船之外，推土機具有以下特徵： 該推土機係推動在JL之前Μ a 莉牡八t則的土壌，並且將此土壤移開而不 是將其移除。如果，例如必、泪扁^ ^ , 彳』如义須傳送一個水平平坦高度輪廓 的話，那麼最佳路線係被決定而使得以上所討論之矩陣的 每個矩陣區塊在路線的終止處都具有相同的數值。隨著推 土機遵循著路線前進，一些矩陣區塊終究將會增加數值， 因為土壤必要被放置在此等區塊之中，以便於能夠達成最 後的平坦標準。 15 201042124 【圖式簡單說明】 本發明現在將進-步用以下圖式以及較佳實例的描述 為基礎來加以闡明，而本發明並不限制於此等圖式及實 例。在圖式中： 圖1示意地顯示出根據本發明裝置的實例； 圖2係顯示出關於可能表現出來之土地目前狀態之資 訊的示意俯視圖； 圖3係拖复耙吸式挖泥船之拖拉頭的前視圖； 圖4係示意地表現出決定出用於拖曳耙吸式挖泥船之 最佳路線的一項步驟； 圖5示意地表現出由根據本發明的裝置所進行之計算 的輸出；以及最後地 圖6顯示出在通過拖矣耙吸式挖泥船之後圖5之輪出 的示意示圖。 【主要元件符號說明】 16

Claims (1)

1. 201042124 七、申凊專利範圍： 於該二種包用:有控在:移動式土地⑽^ 控制之下所推， 個數位網路而在-個中央電腦的 控制之下所進行的至少以下步驟： A) 預設一項最佳的準則； B) 收集與土地目前的狀態有關的資訊； G 狀訂 集與土地作業裝置目前的狀態有關的資訊，所述 狀九、係包括有至少該土地作業裝置的位置； 制。十算出最佳準則可以被最小化之土地作業裝置的控 的二二凊專利範圍第1項所述的方法’其特徵在於控制 的计具包含有至少計算出土地作業裝置的路線。 3.如申請專利範圍第1或2項所述的方法，其特徵在於 與土地目前的狀態有關的資訊包含有土地的高度輪廓。 一 4_如申1專利範圍第3項所述的方法，其特徵在於與土

   地兩度輪廓有關的資訊對於土地作業裝置的操作員來說係 可以用數位的方式看見。 5. 如前述申請專利範圍其中任一項所述的方法，其特徵 在於土地作業裝置目前的位置係由一個GPS系統決定。 6. 如前述申請專利範圍其中任一項所述的方法，其特徵 在於與土地作業裝置目前的狀態有關的資訊包含有作業深 度以及寬度。 ' / 7.如前述申請專利範圍其中任一項所述的方法，其特徵 在於與土地作業裝置目前的狀態有關的資訊包含有已經被 17 201042124 作業過之土地的量。 8 · 士别述申凊專利範一 在於該土地作？裝晋在…項所述的方法，其特徵 與土地作掌穿^ 載有土壤’並且所述最佳準則係 置所… 狀態中到—個用於負載之排放位 置所必須被位移的距離有關。 9·如前述中請專利範圍其中任—項所述的方法，其特徵 在於所㈣佳準則係與為了要將土地目前的 地所需要的狀態土地作業裝置所必須要涵蓋的路線相關。 10·如前述巾請專利範㈣中任—項所述的方法，其特 徵在於所述土地作業裝置包含有一個挖掘船隻、一個推土 機或是一個割草機。 個推土 η·如申請專利範圍第10項所述的方法，其特徵在於該 土地作業裝置包含有一個拖曳耙吸式挖泥船。 12·種電腦程式，其係包含有用於使得一個電腦可以 進行如中請專利範圍第1到U項其中任-項所述之方 程式指令。 13. 如申請專利範圍第12項所述的電腦程式其特徵在 於該電腦程式係配置在一個實體的載體上。 14. 如申請專利範圍第12項所述的電腦程式其特徵在 於忒電腦程式係至少部份地儲存在電腦記憶體之中。 15·~種電腦，其係適用於運作如申請專利範圍第12到 14項其中任一項所述的電腦程式。 18