自推进式建筑机器和用于控制自推进式建筑机器的方法技术

本发明专利技术涉及自推进式建筑机器和用于控制自推进式建筑机器的方法。根据本发明专利技术的建筑机器具有位置确定装置。位置确定装置具有接收来自全球导航卫星系统的卫星信号的导航卫星系统接收器和计算单元，所述计算单元配置成可以基于卫星信号在独立于建筑机器的坐标系中确定建筑机器上参考点的位置和建筑机器的取向。建筑机器具有控制器，其与构造成调节可转向行进传动装置的转向角而使得建筑机器的参考点沿设定轨迹移动的位置确定装置配合。位置确定装置的计算单元配置成使得在不基于全球导航卫星系统的卫星信号控制建筑机器的控制模式，在独立于建筑机器的坐标系中，基于在位置确定装置的计算单元中实现的运动学模型，确定参考点位置和建筑机器的取向。

Self propelled construction machines and methods for controlling them

【技术实现步骤摘要】
自推进式建筑机器和用于控制自推进式建筑机器的方法
本专利技术涉及具有机架的自推进式建筑机器，所述机架由可转向和/或可驱动的行进传动装置驱动，还涉及一种用于控制自推进式建筑机器的方法。
技术介绍
自推进式建筑机器的特征在于，它们具有布置在机架上的作业设备，用于在地形上建造结构或用于改变地形。已知的自推进式建筑机器包括例如滑模摊铺机、道路铣刨机、再生机或露天采矿机。在道路铣刨机、再生机和露天采矿机的情况中，作业设备包括配备有铣刨或切割工具、铣刨/混合转子或切割辊的铣刨鼓，可利用其将材料从地形中移除。滑模摊铺机的作业设备是滑模，也称为混凝土槽。借助于混凝土槽，可以生产具有不同形状的结构，例如混凝土屏障、管道、沟槽或路缘。自推进式建筑机器也具有驱动机构以及用于致动该驱动机构的控制器，所述驱动机构用于在地形中进行建筑机器的平移和旋转运动。为了在地形上建造结构或者改变地形，自推进式建筑机器的目标是在很大程度上自动控制建筑机器而没有车辆驾驶者的任何明显介入。为了自动控制建筑机器，将建筑机器的驱动机构控制为使得在建筑机器上的参考点沿着设定的轨迹移动(目标行进路径)，即，在轨迹上或在距轨迹一定距离处移动，从而建造结构或改变地形。已知的用于控制自推进式建筑机器的方法要求使用准绳，轨迹或与轨迹等距的空间设有该准绳。自推进式建筑机器也可以通过使用用于确定位置的全站仪或全球导航卫星系统(GNSS)来控制。获得描述地形中轨迹的数据，用于建筑机器的自动控制。所述数据可以是独立于建筑机器的二维或三维坐标系中的坐标。使用全球导航卫星系统(GNSS)对建筑机器的控制已经在实践中得到证明。然而，这种建筑机器的控制需要接收来自GNSS系统的卫星信号。实际上，卫星信号的接收可能会中断。例如，如果建筑机器在建筑覆盖物后面、桥下或隧道中移动，则GNSS信号的接收可能被中断，这意味着GNSS不再能够确定建筑机器的位置。然后，不再能通过使用GNSS来控制建筑机器。
技术实现思路
本专利技术的目的是生产一种自推进式建筑机器，即使来自全球导航卫星系统(GNSS)的卫星信号的接收中断，该自推进式建筑机器也能够以高精度沿着轨迹移动。本专利技术的另一个目的是提出一种方法，通过该方法，即使来自GNSS的卫星信号的接收被中断，自推进式建筑机器也能够以高精度沿着轨迹移动。本专利技术的目的特别是甚至在中断来自GNSS的卫星信号的接收的情况下，也确保对建筑机器的控制，使得建筑机器不必停止。根据本专利技术，这些目的通过独立权利要求的特征实现。独立权利要求的主题涉及本专利技术的优选实施例。根据本专利技术的自推进式建筑机器具有由行进传动装置支撑的机架。至少一些优选地所有行进传动装置，是可驱动和/或可转向的行进传动装置。行进传动装置可以是履带驱动器或轮子。建筑机器可以是例如具有配备有铣刨/切割工具的铣刨鼓/切割辊的道路铣刨机，或者建筑机器可以是具有用于模制可流动材料的装置的滑模摊铺机，或者建筑机器可以是一种路面整修机，其具有用于模制材料的摊铺熨平板。建筑机器还可以包括用于调节机架或作业设备相对于地形表面的高度的装置，例如行进传动装置所附接到的升降柱。根据本专利技术的建筑机器还包括位置确定装置，用于确定在独立于建筑机器的坐标系中建筑机器上参考点的位置和在独立于建筑机器的坐标系中建筑机器的取向。位置确定装置具有导航卫星系统接收器和处理器，所述导航卫星系统接收器用于接收来自全球导航卫星系统(GNSS)的卫星信号，所述处理器配置成使得，基于该卫星信号，在独立于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中，可以确定建筑机器上参考点(R)的位置、描述建筑机器的数据和建筑机器的取向。位置确定装置可以是建筑机器的中央控制器的部件，控制程序(软件)在该中央控制器上运行，以便致动建筑机器的各个部件或组件。例如，位置确定装置可以包含可编程逻辑控制器(PLC)，其可以包括微控制器。此外，建筑机器具有控制器，该控制器与位置确定装置配合并且配置为调节可转向行进传动装置的转向角，使得建筑机器的参考点(R)沿设定轨迹(T)移动，所述设定轨迹(T)可以通过例如笛卡尔坐标系中的笛卡尔坐标或极坐标系中的极坐标或方向规格和里程来描述。轨迹可以是空间或平面中的距离。如果轨迹是三维轨迹，则还可以考虑高度变化，例如调节作业设备相对于地形表面的高度。控制器可以是建筑机器的中央控制器的部件，控制程序(软件)也在该中央控制器上运行，以便致动建筑机器的各个部件或组件。例如，控制器可以包含点锁定控制(PLC)，其可以包括微控制器。控制和定位机构可以是共享的中央控制和计算单元。在正常操作中，建筑机器由全球导航卫星系统(GNSS)控制，使得建筑机器上的参考点(R)高度准确地沿着设定轨迹移动。使用GNSS对建筑机器的控制可以包括平面中的控制和高度控制。然而，通过使用地面系统(全站仪)也可以控制高度。使用GNSS控制建筑机器还可以包括评估由基站接收的校正信号(差分GNSS)。这种控制属于现有技术。建筑机器提供特殊控制模式，其中不是基于来自全球导航卫星系统(GNSS)的卫星信号来控制建筑机器。只要导航卫星系统接收器接收到具有足够质量的卫星信号，就可以仅使用GNSS来控制建筑机器。如果卫星信号接收器接收的卫星信号的质量不再足够，则可以在特殊控制模式下控制建筑机器。根据本专利技术的建筑机器的位置确定装置的计算单元配置成使得，在不是基于全球导航卫星系统的卫星信号控制建筑机器的控制模式下，当建筑机器移动时，基于在位置确定装置的计算单元中实施的运动学模型，在独立于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中，确定关于建筑机器的参考点(R)的位置(xn，yn，zn)和建筑机器的取向(ψ)，其在独立于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中描述参考点(R)的位置(P)和取向(ψ)。基于运动学模型，根据行进传动装置的转向角和速度计算参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)。位置确定装置包括转向角传感器和速度传感器，转向角传感器与用于确定转向角的可转向行进传动装置相关联，速度传感器与用于确定行进传动装置的速度的可驱动行进传动装置相关联，其中数据传输装置设置用于将描述转向角和速度的数据从转向角传感器和速度传感器传输到计算，作为运动学模型的输入变量。基于全球导航卫星系统的卫星信号确定的参考点(R)的当前位置和建筑机器的当前取向(ψ)，可以连续地存储在不依赖于建筑机器的机器坐标系(X，Y，Z)的存储器中。如果控制基于运动学模型，则在基于运动学模型的控制模式下，存储在存储器中的参考点(R)的最后位置(P)和建筑机器的取向(ψ)可以作为参考点(R)的当前位置(P)和建筑机器的当前取向(ψ)从存储器中取出。然后可以根据当前位置和取向基于运动学模型确定新的位置和取向。建筑机器的优选实施例规定，位置确定装置的计算单元配置成使得，在基于运动学模型的控制模式下，参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)以设定的时间间隔连续确定。因此，在迭代过程中，在经过一段时间间隔之后或在行进一定距离之后，基于运动学模型确定的新位置和取向用作运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自推进式建筑机器，其包括：/n机架(1)，其由行进传动装置(3，4，6)支撑，行进传动装置(3，4，6)中的至少一些是能够驱动的和/或能够转向的；/n位置确定装置(13)，其用于在不依赖于建筑机器的机器坐标系(X，Y，Z)中确定关于建筑机器的参考点(R)的位置和建筑机器的取向(ψ)，其中位置确定装置(13)包括导航卫星系统接收器(14)和计算单元(16)，所述导航卫星系统接收器(14)用于接收全球导航卫星系统(15)的卫星信号，所述计算单元(16)配置成使得，基于全球导航卫星系统(15)的卫星信号，在不依赖于建筑机器的机器坐标系(X，Y，Z)中确定参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)，和/n控制器(18)，其与位置确定装置(13)配合，该位置确定装置(13)配置成调节能够转向的行进传动装置(3，4，6)的转向角，使得建筑机器的参考点(R)沿设定轨迹(T)移动，/n其特征在于，/n位置确定装置(13)的计算单元(16)配置成使得，在不基于导航卫星系统(15)的卫星信号控制建筑机器的控制模式下，在建筑机器的运动期间，基于在位置确定装置的计算单元(16)中实施的运动学模型(16A)，在不依赖于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中，确定关于建筑机器的参考点(R)的位置(x...

【技术特征摘要】
20180816 DE 102018119962.71.一种自推进式建筑机器，其包括：
机架(1)，其由行进传动装置(3，4，6)支撑，行进传动装置(3，4，6)中的至少一些是能够驱动的和/或能够转向的；
位置确定装置(13)，其用于在不依赖于建筑机器的机器坐标系(X，Y，Z)中确定关于建筑机器的参考点(R)的位置和建筑机器的取向(ψ)，其中位置确定装置(13)包括导航卫星系统接收器(14)和计算单元(16)，所述导航卫星系统接收器(14)用于接收全球导航卫星系统(15)的卫星信号，所述计算单元(16)配置成使得，基于全球导航卫星系统(15)的卫星信号，在不依赖于建筑机器的机器坐标系(X，Y，Z)中确定参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)，和
控制器(18)，其与位置确定装置(13)配合，该位置确定装置(13)配置成调节能够转向的行进传动装置(3，4，6)的转向角，使得建筑机器的参考点(R)沿设定轨迹(T)移动，
其特征在于，
位置确定装置(13)的计算单元(16)配置成使得，在不基于导航卫星系统(15)的卫星信号控制建筑机器的控制模式下，在建筑机器的运动期间，基于在位置确定装置的计算单元(16)中实施的运动学模型(16A)，在不依赖于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中，确定关于建筑机器的参考点(R)的位置(xn，yn，zn)和建筑机器的取向(ψ)，其根据行进传动装置(3，4，6)的转向角和速度，在独立于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中描述参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)。


2.根据权利要求1所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置(13)的计算单元(16)包括与能够转向的行进传动装置(3，4，6)相关联的转向角传感器(19，20，21)和与能够驱动的行进传动装置(3，4，6)相关联的速度传感器(22，23，24)，所述转向角传感器(19，20，21)用于确定转向角，所述速度传感器(22，23，24)用于确定行进传动装置(3，4，6)的速度，其中数据传输装置(CAN)用于将描述转向角和速度的数据从转向角传感器(19，20，21)和速度传感器(22，23，24)传输到计算单元(16)，以提供作为运动学模型(16A)的输入变量。


3.根据权利要求1或2所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置(13)配置成使得，基于导航卫星系统(15)的卫星信号在独立于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中确定的参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)存储在存储器(17)中，并且使得在基于用于确定参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)的运动学模型(16A)的控制模式下，从存储器(17)中取出参考点(R)的位置(P)和建筑机器的取向(ψ)。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置(13)的计算单元(16)配置成使得，在该控制模式下，基于运动学模型(16A)，以设定的时间间隔连续确定参考点(R)位置(P)和建筑机器的取向(ψ)。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置(13)的计算单元(16)配置为基于拉格朗日方法对所述建筑机器的运动进行建模。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置(13)的计算单元(16)配置成使得，所述运动模型(16A)考虑经验确定的用于转向角的(19，20，21)校正值。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置的计算单元(16)配置成使得，所述运动模型(16A)考虑经验确定的用于速度(22，23，24)的校正值。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述控制器(18)配置成使得，所述能够转向的行进传动装置(3，4，6)的转向角调节成使得在由轨迹(T)描述的期望位置(P目标)和由位置确定装置(13)确定的参考点(R)的实际位置(P实际)之间的距离(d)最小。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述建筑机器是具有铣刨鼓/切割辊的道路铣刨机，所述铣刨鼓/切割辊配备有铣刨/切割工具，所述建筑机器是具有用于模制能够流动材料的装置的滑模摊铺机，或者所述建筑机器是具有用于模制材料的摊铺熨平板的路面整修机。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置(13)的计算单元(16)配置成使得，在基于全球导航卫星系统(15)的卫星信号控制建筑机器的控制模式下，基于通过控制器(18)为行进传动装置(3，4，6)在某路段(S1，S2)中设定的至少一个转向角，确定用于运动学模型(16A)的至少一个校正变量，其中位置确定装置(13)的计算单元(16)配置成使得，在不基于导航卫星系统(15)的卫星信号控制建筑机器的控制模式下，基于在位置确定装置(13)的计算单元(16)中实施的运动学模型(16A)，考虑至少一个校正变量，在不依赖于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中确定关于建筑机器的参考点(R)的位置(xn，yn，zn)和建筑机器的取向(ψ)。


11.根据权利要求10所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述某路段是直线部段(S1)，其中用于行进传动装置(3，4，6)的校正变量是在直线部段上由所述控制器(18)为所述行进传动装置设定的转向角。


12.根据权利要求10或11所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述位置确定装置(13)的计算单元(16)配置成使得，在基于全球导航卫星系统(15)的卫星信号控制建筑机器的控制模式下，根据建筑机器的机架(1)的纵向轴线左侧或右侧的作业设备的类型和/或作业设备与机架(1)的纵向轴线的距离和/或地面条件和/或路段(S1，S2)的路线和/或行进传动装置(3，4，6)的速度，基于控制器(18)为行进传动装置在某路段(S1，S2)中设定的转向角，来确定用于运动学模型(16A)的多个校正变量，其中位置确定装置(13)的控制单元(16)配置成使得，在不基于导航卫星系统(15)的卫星信号控制建筑机器的控制模式下，基于在位置确定装置(13)的计算单元(16)中实施的运动学模型(16A)，考虑多个校正变量中的至少一个，在不依赖于建筑机器的坐标系(X，Y，Z)中，确定关于建筑机器的参考点(R)的位置(xn，yn，zn)和建筑机器的取向(ψ)。


13.根据权利要求12所述的自推进式建筑机器，其特征在于，所述建筑机器是滑模摊铺机，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·弗里茨，S·瓦格纳，C·巴里马尼，
申请(专利权)人：维特根有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE