用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统技术方案

技术编号：40160459 阅读：6 留言：0更新日期：2024-01-26 23:34

用于在挖掘任务期间处理折断线的无缝渡越的系统。本发明专利技术涉及用于挖掘机器的控制器，该挖掘机器包括工具、臂、一组传感器以及底盘。传感器被配置成提供与工具的姿势有关的数据。控制器包括输入接口和计算单元。输入接口被配置成接收操作员转向命令。计算单元被配置成读取设计模型以及针对该设计模型来参考工具的姿势，该设计模型包括限定折断线的两个互连多边形。控制器被配置为执行半自动折断线渡越。该半自动折断线渡越功能包括：基于操作员转向命令以及工具相对于折断线的姿势来识别折断线渡越移动；以及基于工具的姿势以及操作员转向命令来生成操作员转向命令调整命令，以便将工具对准至折断线。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种配备有工具的挖掘机器(excavating machine)，该挖掘机器允许该工具在实际空间中的位置和取向(姿势)方面多达六个自由度(degree-of-freedom，dof)；以及一种用于在挖掘任务中在从参考表面中的一个多边形到参考表面中的另一多边形的渡越(transition)期间控制工具的朝向(heading)和运动方向的方法。

技术介绍

1、挖掘机是施工机械，其包括：工具(特别是铲斗)；用于使工具移动的挖掘机臂，该挖掘机臂通常包括多个接头(joint)，例如，动臂(boom)、杆、底盘(通常是在具有履带(track)或车轮的可移动底架上可旋转约360°的底盘)。这些机器是以多种方式来使用的，例如用于采掘、景观美化、物料处理。一般的挖掘机通常配备有适配器，该适配器允许快速更换为了具体任务而配置的工具。由于该特征，当代的挖掘机例如还可以配备有用于刷切或林业任务的液压锯和推进器(mover)；配备有用于拆除作业的液压爪、切割器以及破碎机；配备有用于采矿任务的打桩机或液压钻机；或者配备有用于除雪任务的扫雪机和吹雪机。

2、挖掘机器的另一典型实施方式是所谓的反铲挖掘机或反铲。挖掘机的底盘是另一种类型的作业机器(例如，拖拉机)，并且挖掘机臂是以永久或临时的方式附接至作业机器的后侧的。例如，jp 2010-71054a公开了这种作业机器。

3、作为示例，除非另外指定，否则从这里起表示更通用类型的挖掘机器的挖掘机能够相应地应用其它类型的挖掘机器(特别是反铲)的具体特征。

4、作为示

5、铲斗包括铲斗刃口(edge)，该刃口被专用于接触表面。铲斗本身也以各种形状和尺寸被使用。例如，将具有直切割刃口的宽大容量(泥浆)铲斗用于清理和整平。特别地，直切割刃口通常被用于待采掘的软物料，其中，对于较硬的物料，切割刃口是由一排齿形成的。作为另一示例，通用铲斗通常更小更坚固，并且具有被用于突破硬地面和岩石的硬化侧刀(side cutter)和齿。

6、普通挖掘机在挖掘机底盘中具有用于挖掘机操作员的驾驶间或驾驶室。底盘通常是可旋转的。典型挖掘机共用基本设置，其中，挖掘机臂的最靠近驾驶室的节段被称为(主)动臂，而承载工具的节段被称为杆(也被称为戽斗或戽斗杆)。作为示例，除非另外指定，否则“常规的”挖掘机设置(其中，底盘是可旋转的，并且臂包括动臂和杆)从这里起表示更一般的设置。能够相应地应用其它类型的设置(特别是摆臂式动臂挖掘机)的具体特征。

7、典型的现代挖掘机利用液压缸和马达来完成臂的移动。其它类似的方法(例如，绞车和钢索)也是可能的。作为示例，液压缸和马达从这里起被呈现为驱动挖掘机臂的一般装置的代表。能够相应地应用驱动挖掘机臂的其它装置(例如，钢索、电动机等)的具体特征。

8、(主)动臂附接至驾驶室，并且可以是几种不同构型中的一种，例如，不允许除直上直下外的移动的单动臂；或者在中间附近的所谓“转向节(knuckle)”处铰接的转向节动臂，使其像手指一样折回来。另一选项是在动臂的基部处的铰链，该铰链允许动臂独立于驾驶间枢转，例如，枢转高达180度。然而，这种铰链通常仅可用于小型挖掘机。此外，有些专门的构型是已知的，例如，三关节动臂(triple-articulated boom)。

9、被附接至动臂端部的是杆，其中，杆长度例如根据是需要伸展动力(较长杆)还是需要倒空(break-out)动力(较短杆)而发生改变。杆长度也可以是液压可调整的。

10、通常，将工具经由工具接头附接至杆，该工具接头至少允许工具相对于杆沿俯仰方向(通常沿上下方向)转动。通常，沿倾斜方向(例如，沿左右方向)的转动也是可能的。

11、一种特殊的挖掘机类型还以处于杆的端部与工具之间的所谓倾斜-旋转器为特征，以便增加挖掘机的灵活性和精度。例如，这种倾斜-旋转器式挖掘机经常用在斯堪的纳维亚(scandinavia)的国家。可以将倾斜-旋转器最佳地描述为处于杆与工具之间的腕关节，该腕关节允许工具绕转子轴线旋转(通常旋转达360度)，其中，工具还可以绕垂直于转子轴线的俯仰轴线以及垂直于转子轴线和俯仰轴线的倾斜轴线转动，例如在每种情况下转动高达±45度。例如，在ep 2364389 b1中描述了一种用于倾斜-旋转器的挖掘机系统和控件。

12、倾斜-旋转器允许以6dof精确地调整工具(特别是工具刃口)的姿势，并且在外部参考系中以另一独立的3dof来限定工具的运动方向。作为示例，将倾斜-旋转器从这里起呈现为允许工具在外部参考系中的6dof姿势(特别是朝向)和3dof运动方向控制的一般设置的代表。能够相应地应用具有类似能力的其它挖掘机臂的具体特征。

13、定位铲斗或者限定铲斗方向的一种普遍方式是操作员例如利用操纵杆直接限定液压缸的位置，这种控制装置例如在ep 1705545 a1中进行了公开。然而，即使是简单的移动(比如在打开铲斗的同时使铲斗沿水平移动笔直向前)，也需要操纵杆上的多个经协调的移动。由于液压缸的取向在工具移动期间不断改变，因此，这些移动不是直观的且容易出错。从而，即使对于受过训练的和有经验的操作员，这种执行通常也是无成效的。

14、在现有技术中已知一种辅助驾驶员设定铲斗的给定实际空间位置的系统，例如，wo 2014/209209a1公开了一种系统，其中，自动地调整挖掘机臂的接头以提供由操作员指定的实际空间移动。

15、与将平坦表面分级(grading)的任务所严格必需的dof相比，典型的挖掘机具有更多的dof。这意味着铲斗刃口可以使用接头角度的多种组合来与表面对准。还可以存在用于重新定位路径的多个选项，并且可以计算关于某些标准的最佳路径。在现有技术中已知一种半自动重新映射系统(特别是基于反向运动学的半自动重新映射系统)，其中，操作员只须选择新目标姿势，而由挖掘机的计算单元来生成和控制重新定位路径，例如，us 9,976,285 b2或ep 3 719 212 b1就公开了这样的系统。

16、在现有技术中还已知一种系统，其中，挖掘机以及至少其铲斗在外部坐标系中的位置以及相对于表示施工任务的设计数据。例如，ep 3 719 212 b1公开了一种系统，其中，利用传感器布置来确定挖掘机的绝对或相对位置，并且铲斗是根据操作员命令而移动至相对于设计数据的期望姿势。

17、设计数据通常包括参考表面。对于典型的挖掘任务，参考表面(例如，壕沟或铁路路堤)由多边形组成。多边形的接缝(joining)被称为折断线(breakline)。在铲斗与所述折断线对准的情况下，折断线的无缝渡越才有可能。如果铲斗未对准，则铲斗要么突破本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于挖掘机器的控制器，所述挖掘机器包括：

2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器被配置为执行所述半自动折断线渡越，

3.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述控制器被配置为执行所述半自动折断线渡越，

4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，其中，所述控制器还被配置用于

5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，其中，

6.根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，其中，所述控制器还被配置为执行半自动平行操作功能，所述半自动平行操作功能包括：

7.根据权利要求6所述的控制器，其中，

8.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述输入接口包括触摸屏的输入区，所述输入区被配置成启用和停用所述半自动折断线渡越功能及其选项和/或所述半自动平行操作功能及其选项和/或所述引导反馈及其选项。

9.一种用于挖掘机器的半自动折断线渡越的方法，所述挖掘机器配备有根据前述权利要求中的任一项所述的控制器，所述方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述工具刃口(4

11.根据权利要求9至10中的任一项所述的方法，其中，所述工具(41)的所述运动方向(46)被自动对准至所述折断线(53)处的第二多边形(52)。

12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中，在所述工具(41)的所述对准期间不暂停所述工具(41)的所述移动。

13.一种用于挖掘机器的半自动平行操作功能的方法，所述挖掘机器配备有根据权利要求6至8中的任一项所述的控制器，所述方法包括以下步骤：

14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于根据权利要求1至8中的任一项所述的控制器，所述计算机程序产品在由所述计算单元执行时，使得自动执行根据权利要求9至12中的任一项所述的方法的步骤。

15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于根据权利要求6至8中的任一项所述的控制器，所述计算机程序产品在由所述计算单元执行时，使得自动执行根据权利要求13所述的方法的步骤。

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【技术特征摘要】