用于机器机具的自适应控制系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及控制系统和方法，更特别地涉及一种用于控制机器机具的定位 的自适应控制系统和方法。
【背景技术】
[0002] 传统的推土挖土机或地形改造机器例如履带式牵引机、自动平地机、铲土机和/ 或反铲装载机具有诸如是推土刮铲或铲斗的机具，在作业地点上使用该机具以改变一部分 土地的地形或地表。该机具可以由操作人员控制或由自主造型控制系统控制，以在作业地 点上完成工作。例如，操作人员可以移动操作人员输入装置，从而使用一个或多个液压执行 机构控制机具的移动或定位。为了实现最终的表面轮廓或最终的造型，操作人员或造型控 制系统可以将机具调整到各种位置。
[0003] 然而，如果操作人员在控制移动，则定位机具是需要专门技能和花费精力的复杂 且耗时的工作。传统的机器配置有比例（P)、比例-微分（PD)、比例-积分（PI)和/或比 例-积分-微分（PID)控制器，以实现对各种机器机具的位置控制。这种控制器可以被配 置成与机器上的全球定位系统（GPS)接收器相结合。美国专利No. 6, 655, 465公开了一种 利用GPS的这种传统的机器控制系统。
[0004] 然而，这种传统的p/ro/pi/piD控制器需要频繁调制控制增量参数，并且不能很 好地适应于地表的操作状况或在有效造型控制中使用的其它参数的改变。例如，对于每种 新的地表类型，在操作之前，必须针对该特定的地表改变控制器增量参数。这种频繁的调制 增加了等待时间（latency)并且需要人工干预，从而增加了操作成本。
【发明内容】
[0005] 一方面，提供了一种用于机器机具的自适应控制系统。该自适应控制系统包括机 器的机器机具和在操作上联接至机器机具的自适应控制器。该自适应控制器包括处理器， 该处理器被配置成从至少一个位置探测系统接收机器机具相对于地表的位置、接收有关于 地表的操作状况的数据、将该位置与存储在存储器中的目标位置进行比较、将有关于操作 状况的数据与存储在存储器中的地表的参考模型中所储存的数据进行比较、基于该比较并 基于地表的操作状况的更新后的参考模型来调整机器机具的位置。
[0006] 另一方面，提供了一种用于机器机具的自适应控制方法。该自适应控制方法包括 在自适应控制器中从至少一个位置探测系统接收机器机具相对于地表的位置。该自适应控 制方法包括在自适应控制器中接收有关于地表的操作状况的数据。该自适应控制方法包括 在自适应控制器中将该位置与存储在存储器中的目标位置进行比较。该自适应控制方法包 括在自适应控制器中将有关于操作状况的数据与存储在存储器中的地表的参考模型中所 储存的数据进行比较。该自适应控制方法包括在自适应控制器中基于该比较并基于地表的 操作状况的更新后的参考模型来调整机器机具的位置。
[0007] 再一方面，提供了一种自适应控制器，该自适应控制器包括处理器和联接至处理 器的存储器。该存储器包括其上的计算机可执行指令。当处理器执行计算机可执行指令时， 将导致处理器从至少一个位置探测系统接收机器机具相对于地表的位置、接收有关于地表 的操作状况的数据、将该位置与存储在存储器中的目标位置进行比较、将有关于操作状况 的数据与存储在存储器中的地表的参考模型中所储存的数据进行比较、以及基于该比较并 基于地表的操作状况的更新后的参考模型来调整机器机具的位置。
【附图说明】
[0008] 图1示出了根据本发明的一方面的用于机器机具的自适应控制系统。
[0009] 图2示出了根据本发明的一方面的图1的自适应控制系统的自适应控制器。
[0010] 图3示出了根据本发明的一方面的使用图1的自适应控制系统用于自适应控制的 方法。
[0011] 图4示出了根据本发明的一方面的用于图3的方法的自动增量调制。
[0012] 图5示出了根据本发明的一方面的用于图3的方法的台架试验操作。
[0013] 图6示出了根据本发明的一方面的用于图3的方法的在机静止调制。
[0014] 图7示出了根据本发明的一方面的用于图2的自适应控制器的移动试验，其中按 照图3的方法使用图2的自适应控制器。
[0015] 图8示出了根据本发明的一方面的用于图3的方法的控制器验证步骤。
【具体实施方式】
[0016] 现在参考附图，其中同样的附图标记指的是相同的元件，图1中示出了自适应控 制系统100的一示例性方面。一方面，自适应控制系统100包括机器101。一方面，机器101 在作业地点112上工作，并且与基站130和全球导航卫星系统（GNSS) 128通信。机器101可 以是执行有关于诸如采矿、建筑、农业、运输、景观美化等行业的操作的移动式机器。例如， 机器101可以是如图1中所示的履带式牵引机或推土机、自动平地机或本领域中已知的其 它推土挖土机。尽管下文的详细描述描述了与履带式牵引机有关的示例性方面，但是应当 意识到，该描述同样适用于本发明在其它机器中的应用。另外，自适应控制系统100可以包 括任意数量的机器，图1仅以示例方式而非限制方式示出了一个机器101。
[0017] 一方面，机器101包括动力源102和操作人员的操作台或驾驶室104。机器101还 包括机器机具108,机器机具108在这里可被替换地称为机具108。机器机具108的示例可 以包括用于在作业地点112上推土挖土的刮铲或挖铲。驾驶室104可以包括操作机器101 所需的用户界面110。用户界面110可以与例如一个或多个显示器106 -起被提供或可以 包括该显示器106。用户界面110可以被配置成推进机器101和/或控制其它机器部件。 用户界面110可以包括一个或多个设在驾驶室104中的操纵杆，该操纵杆适于从操作人员 接收表示机具108的期望移动的输入。出于简化的目的，下面将仅讨论和在图中示出一个 作为操纵杆示出的操作人员输入装置或用户界面110。显示器106可以被配置成向操作人 员传达信息，并且可以包括键盘、触屏或用于从操作人员接收输入以控制和/或操作机器 101、机具108和/或其它机器部件的任何适当的机构。
[0018] 机器机具108可适于接合、穿透或切削作业地点112的表面，并且还可以适用于推 土挖土以完成预定任务。作业地点112可以包括例如矿场、垃圾填埋场、采石场、建筑工地、 高尔夫球场或任何其它类型的具有相关地表的作业地点。推土挖土可以与改变作业地点 112处的地形有关，并且可以包括例如造型操作、刮擦操作、平整操作、材料去除操作或任何 其它类型的在作业地点112处的地形改变操作。一方面，作业地点112的地表具有与其相 关的操作状况。可以使用诸如构成地表的材料的类型、地表的干度因子、地表中存在的一个 或多个干扰（例如波动、起伏或不平坦表面）和/或作业地点112的地表的其它地理格局 等参数来描述这种操作状况。
[0019] 在所示的方面中，机具108包括在第一端部116和第二端部118之间延伸的切削 刃114。机具108的切削刃114的第一端部116可以代表机具108的右侧末端或右侧边缘， 机具108的切削刃114的第二端部118可以代表机具108的左侧末端或左侧边缘。一方面， 机具108可以通过一个或多个液压机构进行移动，该液压机构在操作上连接至设在驾驶室 104中的用户界面110。
[0020] 液压机构可以包括一个或多个液压升降执行机构120和一个或多个液压倾斜执 行机构122,用于将机具108移动到各种位置，例如提升机具108或降低机具108以及使机 具108向左或向右倾斜。在所示的实施例中，机器101在机具108的每一侧都包括一个液 压升降执行机构120和一个液压倾斜执行机构122。所示方面示出了两个液压升降执行机 构120,但是仅示出两个液压倾斜执行机构122中的一个（仅示出一侧）。另外，液压机构 还可以包括一个或多个用于使机具108向前或向后倾斜的液压推进缸（未示出）。一方面， 液压倾斜执行机构122和一个或多个液压升降执行机构120可以被配置成使机器机具108 回转。可选择地，一方面，机器101可以包括附加的液压执行机构，以使机器机具108回转 经过一立体角度范围。
[0021] 动力源102可以是向地面接合机构124提供动力的发动机，该地面接合机构124 适于支承、导向和推进机器101。一方面，动力源102可以提供动力，以驱动液压机构来移动 或定位机器机具108。动力源102可以具体实施成发动机，例如柴油机、汽油机、气体燃料 发动机或本领域中已知的任何其它类型的燃烧发动机。设想动力源102可以可选择地具体 实施成非燃烧式动力源（未示出），例如燃料电池、能量存储装置或另一适当的动力源。动 力源102可以产生机械能或电能输出，该输出可以被转化成液压能，用于向地面接合机构 124、机具108、液压倾斜执行机构122、一个或多个液压升降执行机构120和其它机器部件 提供动力。
[0022] 机器101可以包括其它已知的部件，例如包括轮胎、车轮、传动装置、发动机、马 达、液压系统、悬架系统、冷却系统、燃料系统、排气系统、底盘、地面接合工具、成像系统等 (未示出）在内的车辆部件。另外，机器101可以沿着不同的方向移动，以便机器机具108 在作业地点112的地表上实现预定的造型。
[0023] 一方面，自适应控制系统100包括自适应控制器126。一方面，自适应控制器126 在操作上联接至或连接至机器机具108。一方面，自适应控制器126