具有自动铲板定位系统的机器的制作方法

专利名称：具有自动铲板定位系统的机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有铲板定位系统的机器，特别是具有避撞能力的 自动伊才反定位系统。
背景技术：
自行式平地机主要用作修整工具来将建筑场地表面造型为最 终形状和轮廓。 一般来说，自行式平地机包括很多手动操作的控制 器来操纵平地机的轮子、定位伊板并使平地机的前框架作关节运动。 伊板以可调整的方式安装到前框架，以从 一 侧到另 一 侧移动少量土 壤。此外，前框架的关节运动通过相对平地机的后框架转动前框架 进行调节。
为了产生最终表面轮廓，铲板和框架可以调整到多个不同位 置。定位自行式平地机的铲板是一个复杂耗时的任务。经常是，操 作员希望一个或者更多独特的铲板位置。但是，由于自行式平地机 的几何形状，伊板位置的一些调整可能导致伊板与自行式平地机的 零件碰撞或者与地面不想要的接触。这些碰撞可能损坏伊板、自行 式平地机，或者这二者。进一步，与地面的任何不想要的接触都可 能产生不想要的表面形状和轮廓，这些不想要的表面形状和轮廓需 要进行改正。
2000年2月22日颁发给Hartman等人的第6,028,524号美国 专利(Hartman)公开了一种自行式平地机，其包括用来防止妒板接 触自行式平地机的前框架以及/或者轮胎的系统。Hartman的系统包 括电子控制装置、具有位置传感器的伊板控制器和具有位置传感器 的框架控制器。控制装置监视位置传感器的输出以确定4产板控制器 和框架控制器的位置。当伊板控制器和框架控制器接收到请求重新定位4产板或框架的输入信号时，控制装置确定4产板和框架的当前位 置。控制装置接着基于重新定位请求计算将来的妒板和框架位置。 计算将来的铲板和框架位置后，控制装置预测是否会发生将来的铲 板位置和将来的框架位置的交叉。如果位置的交叉即将发生，则控 制装置将向操作员产生一个警告信号或者取消重新定位请求。
尽管Hartman的系统可以防止伊板与自行式平地机的前框架 和/或轮胎碰撞，但是，操作员仍然还要为4产板确定替换路径以到达 希望位置。由于地形和自行式平地机的几何形状复杂，安全地重新 定位妒板对于操作员执行起来可能是一项极其困难和耗时的任务。 而且，计划一种新的4产板路径可能加给操作员这样的要求，使其可 能忽视对于自行式平地机的操作来说必要的其他任务。

发明内容
本发明公开的系统旨在克服上面提到的一个或者更多问题。 在一个方面，本发明涉及一种工作^^亍器定位系统。该系统包4舌 用于促使工作执行器运动的至少一个致动器。该系统还包括至少一个 传感器，所述至少一个传感器与所述至少一个致动器相关联并能够感 测表示所述工作执行器位置和取向的至少一个参数。该系统进一步包 括能够响应于从所述至少一个传感器收到的数据而自动地为所述工作 执行器生成行进路径并引导所述工作执行器的控制装置。其中，所述 控制装置进一步能够在检测到所述工作执行器和障碍物之间即将发生 石並撞时自动i'f正所述行进^各径。
与本发明公开内容的另一方面相一致的是，提供了一种用于使 工作执行器运动的方法。该方法包括感测表示工作执行器位置和取 向的至少 一个参数。该方法还包括基于感测到的所述至少 一个参数 和存储数据生成所述工作执行器的数学表示。此外，所述方法包括 选择所述工作执行器的目标位置和目标取向。进一步，所述方法包 括基于感测到的所述至少一个参数和存储数据生成所述工作执行器 的行进路径。还基于感测到的所述至少一个参数、存储数据以及目标位置和取向生成所述行进路径中的可能障碍物的数学表示。此外， 所述方法包括沿着所述行进路径使所述工作执行器运动。所述方法 进一步包括响应于确定所述工作执行器和障碍物之间即将碰撞而自 动》务正所述^于进^各径。


图1是示例性自行式平地机的图形表示；
图2是用于图1的自行式平地机的示例性铲板定位系统的方框
图3是图1的自行式平地机的示例性线框模型的图形表示；
图4是图1的自行式平地机的示例性铲板的线框模型图解表示；
图5是叠加在整体坐标系上的局部铲板坐标系的图形表示；
图6是表示图3的示例性4产板的运动的图形表示；
图7是表示图3的示例性铲板的避撞运动的图解表示；
图8a是表示图3的示例性铲板的避撞运动的图解表示；
图8b是表示图3的示例性铲板的避撞运动的图解表示；以及
图9是用于使图3的铲板运动的示例性公开方法的流程图。
具体实施例方式
机器10的一个示例性实施例表示在图1中。机器IO可以是自 行式平地机、反伊装载机、农用拖拉机、轮式装载机、滑移式装载 机，或者本领域已知的任何其他类型的机器。机器10可以包括可操 纵牵引装置12、从动牵引装置14、由从动牵引装置14支承的动力 源16和将可操纵牵引装置12连接到从动牵引装置14的框架18。机 器10还可以包括像例如牵引杆-圓-犁板组件(DCM) 20这类的工作 执行器、操作员站22和伊板控制系统24。
可操纵牵引装置12和从动牵引装置14二者都可以包括位于机 器10每一侧(只示出了一侧)的一个或者更多的轮子。这些轮子可 以是能够转动的和/或能够倾斜的，用于在操纵和平整工作表面(未
6示出)的过程中使用。作为替换方式，可操纵牵引装置12和/或从动 牵引装置14可以包括履带、皮带或者本领域已知的其他牵引装置。 可操纵牵引装置12可以受驱动或者也可以不受驱动，而从动牵引装 置14可以是可操纵的或也可以不是可才喿纵的。框架18可以通过例 如关节式接头26将可操纵牵引装置12连接到从动牵引装置14。而 且，可以让机器IO使可操纵牵引装置12借助关节式接头26相对从 动牵引装置14进行关节式运动。
动力源16可以包括连接到变速器(未示出)的发动机(未示 出)。发动才几可以是例如柴油发动才几、汽油发动机、天然气发动枳i 或者本领域已知的任何其他发动机。动力源16也可以是非内燃式动 力源，像燃料电池、动力储存装置或者本领域已知的其他动力源。 变速器可以是电变速器、液压变速器、机械变速器或者本领域已知 的任何其他变速器。变速器可以进行操作而产生多种输出速比，并 可以被构造成按一定的输出速度范围从动力源16向从动牵引装置 14传递动力。
框架18可以包括将从动牵引装置14连接到框架18的关节式 接头26。可以让机器10使可操纵牵引装置12借助关节式接头26 相对从动牵引装置14进行关节式运动。机器IO还可以包括中间关 节件，当被启动时，该中间关节件导致可操纵牵引装置12相对从动 牵引装置14重新自动对准，从而使关节式接头26返回到中间关节 位置。
框架18还可以包括支承固定连接的中心迁移安装构件3 0的梁 构件28。梁构件28可以是例如具有基本上中空的方形横截面的单个 形成或者组装的梁。基本上中空的方形横截面可以为框架18提供充 分支承DCM 20和中心迁移安装构件30所要求的非常高的惯性力 矩。梁构件28的横截面作为替换方式可以是矩形、圆形、三角形或 者任何其他合适形状。
中心迁移安装构件30可以支承一对用于影响DCM 20竖直运 动的双向作用液压油缸32 (只示出一个)、用于影响DCM20水平运动的双向作用液压油缸34以及能够在多个预定位置间进行调节的 连杆36。中心迁移安装构件30可以焊接或者用别的方式固定连接到 梁构件28,以通过一对也称为提升臂的钟形曲柄38间接支承液压油 缸32。也就是，钟形曲柄38可以沿着水平轴线40按可枢转方式连 接到中心迁移安装构件30,而液压油缸32可以沿着竖直轴线42按 可枢转方式连接到钟形曲柄38。各钟形曲柄38可进一步沿着水平轴 线44按可枢转方式连接到连杆36。液压油缸34可以类似地以可枢 转方式连接到连杆36。
DCM 20可以包括由梁构件28支承的牵引杆构件46和位于可 操纵牵引装置12近侧的球窝接头(未示出)。当液压油缸32和/或 34被致动时，DCM20可以绕着球窝接头枢转。圆组件48可以经马 达(未示出)连接到牵引杆构件46，以按进行驱动的方式支承具有 伊氺反52和伊板定位作动缸54的犁板组件50。 DCM 20除了能够相 对于梁构件28竖直地和水平地定位外，DCM 20还可以,皮控制以相 对于牵引杆构件46转动圆组件48和犁板组件50。 4产板52可以在水 平和竖直两个方向上运动，并经伊一反定位作动缸54相对于圆组件48 进行取向。
操作员站22可以实现为被构造成容纳操作员的机器10区域。 操作员站22可以包括仪表板56和仪器面板58，仪器面板58包含刻 度盘和/或用于传送信息并用于操作机器10及其各种部件的控制器。
如图2所示，仪表板56可以包括显示系统60和用户接口 62。 此外，仪器面板58可以包括显示系统64和用户接口 66。显示系统 60和64以及用户接口 62和66可以与4产板控制系统24通信。显示 系统60和64可以包括带音频扬声器、视频屏幕和/或向操作员传送 信息的任何其他合适的可视显示装置的计算机监视器。可以进一步 想到，用户接口 62和66可以包括键盘、触摸屏、数字键盘、操纵 杆或者任何其他合适的输入装置。
响应从用户接口 62和/或66收到的输入信号，伊板控制系统 24可以将伊板52运动到预定位置。伊板控制系统24可以包括多个作动缸位置传感器68、关节运动传感器70、接近传感器72和控制 装置74。可以想到，如果需要的话，4产板控制系统可以包括其他传 感器。
作动缸位置传感器68可感测到液压油缸32、 34以及/或者伊 板定位作动缸54的延伸和缩回。尤其是，作动缸位置传感器68可 以实施为与埋置在液压油缸32、 34的活塞组件和铲板定位作动缸54 内的磁体(未示出)相关联的电磁检波器型传感器。随着液压油缸 32、 34和伊板定位作动缸54延伸和缩回，作动缸位置传感器68可 以向伊板控制器24提供对于液压油缸32、 34和伊板定位作动缸54 位置的指示。可以想到，作为替换方式，作动缸位置传感器68可以 实施为其他类型的位置传感器，像例如与伊板定位作动缸54和液压 油缸32、 34里面的波导相关联的磁致伸缩型传感器、与从外面安装 到液压油缸32、 34和4产板定位作动缸54的电缆相关联的电缆型传 感器、从里面或外面安装的光学型传感器或者本领域已知的任何其 他类型的位置传感器等这类传感器。应该明白，作动缸的延伸和缩 回可以与存储在控制装置74的存储器中的参照查找图和/或表进行 对比，以确定妒板52的位置和取向。
关节运动传感器70可以感测关节式接头26的运动和相对位置 并可以与关节式接头26操作地连接。合适的关节传感器70的一些 例子包括长度电位计、射频谐振传感器、旋转电位计、机器关节角 向传感器等等，还有其他的。应该明白，关节式接头26的运动可以 与储存在控制装置74的存储器中的参照查找图和/或表进行对比，以 确定机器10的关节运动。
接近传感器72可以检测地面和铲板52之间的距离。接近传感 器72可以设置在沿4产板52底边的任何地方。作为替换方式，接近 传感器72可设置在框架18上的可以允许检测地面和伊板52之间距 离的任何地方。此外，接近传感器72可以是超声波传感器、雷达传 感器、光学传感器或者能够检测地面的表面相对于铲板52底边位置 的任何其他类型的传感器。控制装置74可致动液压油缸32、 34和伊板定位作动缸54， 以将伊板52运动到希望位置，并可以实施为包括用于定位4产板52 的手段的单个微处理器或多微处理器。多种从商业途径可得到的微 处理器能够被构造成执行控制装置74的功能。应该理解，控制装置 74可容易地实施为能够控制多种机器功能的总体机器微处理器。控 制装置74可以包括存储器、辅助储存装置、处理器以及用于运行应 用程序的任何其他部件。各种其他电路可以与控制装置74相联，诸 如电源电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路和其他类型的电路。
控制装置74可以主要以手动模式操作，并可以响应从用户接 口 62和/或66收到的信号致动液压油缸32、 34和伊板定位作动缸 54。这些信号可以在操作员与用户接口 62和/或66相互作用以将伊 板52运动到希望位置时生成。当在手动模式中将伊板52运动到希 望位置时，操作员可以选择将铲板52的最终位置和取向储存在控制 装置74的存储器中。通过致动与用户接口 62和/或66相关联的像例 如按钮或键盘等这类装置来生成信号，这些信号可促使控制装置74 4诸存位置和耳又向，由此位置和耳又向可以-彈以^f诸存。
当操作员致动与用户接口 62和/或66相关联的像例如按钮或 键盘等这类装置，指示控制装置74将伊板52运动到所储存的位置 和取向时，控制装置74还可以被设定为自动模式。当以自动模式操 作时，控制装置74可利用所储存的位置和取向以及当前位置和取向 来为伊板52运动生成行进路径。在以自动模式操作的时候，通过响 应从作动缸位置传感器68、关节运动传感器70和接近传感器72收 到的信号致动液压油缸32、 34和铲板定位作动缸54,控制装置74 可以使伊板52运动。
控制装置74可以以手动和自动两种模式监视铲板52的运动， 以确定伊板52和机器10的某个部件之间是否即将发生碰撞。如果 在控制装置74以手动模式操作的时候检测到与障碍物即将发生碰 撞，控制装置74可以忽略来自用户接口 62和/或66的沿着障碍物的 方向指引铲板5 2的这组输入信号，防止操作员进 一 步向着障碍物引导伊板52。如果在控制装置74以自动模式操作的时候检测到与障碍 物即将发生碰撞，控制装置74可以修正铲板行进路径并重新引导铲 板52远离障碍物。
通过首先生成机器10的实时数学模型，像例如图3所示的线框 模型76,可以执行对4产板运动的监视和即将发生碰撞的检测。线框模 型76可以包括固定元素78,其以数学方式表示机器10中的各种固定 部件，例如可操纵牵引装置12、从动牵引装置14、 DCM20和后框架 部分80。控制装置74可以从控制装置74的存储器中储存的数据生成 部件表示。这些所储存的数据可以包括相对于三维整体坐标系的原,泉 限定各部件几何形状、位置和取向的各种数据点的位置。可以想到， 如果需要的话，从关节运动传感器70收到的数据可以结合所述储存 的数据用来生成部件表示。三维整体坐标系的原点可以定在与地面相 邻并距所有从动牵引装置14距离相等的位置。X和Z轴可大体是横 向的并分别对准机器10向前行进的方向。X和Z轴限定的平面可大 体平行于地表面。进一步，Y轴可大体正交于地面。
线框模型76还可以包括运动元素82，其以数学方式表示被安 全区84包围的伊板52。控制装置74可以使用安全区84来检测4产板 52和潜在障碍物之间即将发生的碰撞。特别是，控制装置74可以确 定，当障碍物进入由安全区84限定的体积内时，碰撞即将发生。安 全区84的外边缘可以距伊板52的表面任何距离，例如大致50mm。
运动元素8 2的分量可以从控制装置7 4的存储器中储存的数据 结合从作动缸位置传感器68收到的数据来生成。所储存的数据可以 包括相对于同伊板52 —起运动的三维局部坐标系的原点限定各部件 的几何形状和取向的各种数据点的位置。如图4所示，局部坐标系 的原点可定在4产板52的底部中心部分86。 Xb和Zs轴可分别大体垂 直和平行于4产板52的底边88。此外，Ys轴可大体垂直于底边88。
描述固定元素78的分量的数据与描述运动元素82的分量的数 据可能是不相容的，因为固定元素78和运动元素82可以参照不同 的坐标系。这种不相容性可能妨碍控制装置74检测即将发生碰撞的能力。但是，通过将描述运动元素82的数据变换成参照整体坐标系
的格式，不相容的数据可以变得相容，由此允许控制装置74检测即 将发生的碰撞。控制装置74可以根据方程1变换运动元素
方程1 尸二M^x尸o
其中，Po是表示于局部坐标系中的铲板52上的任意一点，MB 是变换矩阵，P是表示在整体坐标系中的4产板52上的任意一点。P 和Po可以描述为四阶矢量
其中，x、 y、 z代表伊板52上的点相对于相应坐标系的位置 的x、 y、 z分量。MB可以描述为四阶矩阵 MB
(cos一cosa+ sin^>*sin6**sin )(sinp*cos — cos一sin^承sino0 (cossin a) x
(—sinp*cos60 (coscos 6*) (sin 6*) >>
(sinp*sine*cosa-cos^>*sin ) (—cossin "cos or— sinsin a) (cos^*cosa) z
0 0 0 1
其中，前三行的前三个分量代表沿着局部坐标系的XB、 YB、
ZB轴的单位矢量的x、 y、 z分量在整体坐标系上的投影。单位矢量
可指示伊板52相对整体坐标系的取向。前三行的最后分量代表局部
坐标系和整体坐标系的原点间距离。局部坐标系和整体坐标系的原
点间距离可以指示伊板5 2底部中心部分8 6相对整体坐标系的位置。
角度cp、 a、 e代表局部坐标系轴相对整体坐标系轴的取向。如果局部
坐标系以同整体坐标系共用同 一原点的方式重叠在整体坐标系上， 那么可以很容易地理解局部坐标系的相对取向。图5示出了这种构 型。可以看出，cp是整体坐标系Z轴和局部坐标系ZB轴间的角。另 外，a是整体坐标系Y轴和局部坐标系YB轴间的角。进一步，e是 整体坐标系X轴和局部坐标系Xe轴间的角。
如图6所示，控制装置74在以自动模式操作时，可以使用在 整体坐标系中表示的4产板52的当前位置90和先行储存的目标位置92的位置和取向数据来生成伊板52的行进路径。可以按照用直线 96将起始位置90的任意点94连接到目标位置92上的对应点98的 方式构建行进路径。当点94沿着行进路径与4产板52—起运动时， 点94可以大体上遵循直线96直到到达点98。应该明白，点94和 98可以设置在伊板52和/或安全区84上的任意位置。还可以想到， 如果需要，可以通过利用多条直线96连接对应的点94和98,控制 装置74可以生成更复杂的行进路径。例如，如果伊板52—开始竖 直运动离开地面，向着目标位置92水平运动，然后向地面竖直运动， 那么，点94和98可以用三条直线96来连接。可以想到，如果需要， 点94和98可以用曲线来连"t妻。
当妒板52向目标位置92运动时，控制装置74可以参照从作 动缸位置传感器68收到的信号并更新线框模型76中的伊板52的位 置和取向数据。此外，控制装置74可以按像例如每15毫秒等有规 律地间隔开的时间间隔更新4产板52的位置和取向数据。应该明白， 控制装置74可以确定，如果伊板52的更新后的位置和取向指出像 例如可操纵牵引装置12等这样的障碍物在妒板52的运动过程中进 入了安全区84,则碰撞即将发生。
如图7所示，当以自动模式操作时，控制装置74可以生成逃 避矢量100来改变伊板52的行进路径，因此避免即将发生的碰撞。 逃避矢量100的原点可定在位于安全区84中已经被障碍物(即可操 纵牵引装置12)穿过的一部分上的点102。当4产板52离开可操纵牵 引装置12运动时，点102可沿着逃避矢量IOO行进。控制装置74 可以按照点102在沿着逃避矢量IOO运动的同时保留在直线96上的 方式，使直线96远离可操纵牵引装置12迁移。此外，直线96可持 续而终止在点98。控制装置74可以执行妒板52和相关直线96的交 替行进路径的数学迭代，直到直线96不再穿过可操纵牵引装置12。 逃避矢量100的方向和长度可能受到几个因素的影响，例如障碍物 的局部几何形状，目标点98的位置和4产板52的速度。特别是，逃 避矢量IOO可以沿着与可操纵牵引装置12的在点102与直线96相
13交的表面大体正交的方向，使伊板52和/或安全区84上的点102远 离可操纵牵引装置12运动。此外，更高的4产板速度可导致更长的逃 避矢量100,而更低的4产板速度可导致更短的逃避矢量100。
图8a和图8b示出了伊板52的示例性避撞运动，该避撞运动 是针对底部中心部分86的平移和绕着穿过底部中心部分86的轴线 的转动进行描述的。逃避矢量100可以包括径向分量104和切向分 量106。径向分量104可穿过底部中心部分86并代表伊^反52的平移。 切向分量106连同底部中心部分86 —起可限定平面108。转动轴线 110可正交于平面108并穿过底部中心部分86。径向分量104和切 向分量106都可以针对局部伊板坐标系进行表示。应该明白，如果 逃避矢量100穿过底部中心部分86,则切向分量106的幅值为零。
当伊板52的行进路径、位置和取向被修正时，矩降Mb可根 据方程2进行修正
方详呈2 <formula>formula see original document page 14</formula>
其中，M'b是修正后的铲板矩阵，Mb是原始伊板矩降，Ma是 单位矢量矩阵，MR是变换和旋转矩阵。MA可以描述为四阶矩阵 <formula>formula see original document page 14</formula>其中，nlx、 n2x、 n3x是限定了遵循铲板52转动的新x轴的单位 矢量nx的x、 y、 z分量。nly、 n2y、 n3y是限定了新y轴的单位矢量 iiy的x、 y、 z分量。此外，n1z、 n2z、 1132是限定了新z轴的单位矢量 iiy的x、 y、 z分量。MR可以描述为四阶矩阵<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，Ae是绕局部坐标系y轴的转动角，V丄是切向分量106的x分量，Vety是切向分量106的y分量，VA是切向分量106的z 分量。径向分量104、切向分量106和转动角e可以^4居方程3 8进 行计算
方程3
方程4 & = 0>;. 》，
其中，R是从点102到底部中心部分86的矢量。 一旦检测到即将发生碰撞，则可执行修正后矩阵M'b。可以想 到，如果需要，铲板52在沿着行进路径行进时可能遇到多个障碍物。 在这种情况下，控制装置47可以排列这些障碍物的优先级，然后根 据优先级更高的障碍物修正铲板52的行进路径。在根据排在最高优 选级的障碍物修正行进路径之后，控制装置74可以根据下一个排在 低些优先级的障碍物修正行进路径。可以进一步想到，如果需要， 障碍物优先级排列可以基于对伊板5 2表面的接近程度。
在下面部分中讨论的图9示出了利用本发明公开的系统的实 施例操作机器10。具体地说，图9示出了用于自动地将铲板52从开 始位置移动到目标位置的示例性方法。
工业实用性
本发明公开的系统可以保证移动机器上的工作执行器可以被 运动到希望位置，其中，降低了不希望的碰撞的风险。工作执行器 可以手动地或者自动的运动。在任一模式中，控制装置可以监视工 作执行器相对于移动机器的其他结构的位置并采取避撞措施。在手 动模式中，控制装置可以忽略来自操作员的运动命令，使得工作执 行器不能被引向障碍物。在自动模式中，控制装置可以修正工作执 行器行进路径并使工作执行器远离障碍物运动。自动避撞可以减少
方程5 方程6 方程7
方程8运动机器的工作执行器或者其他元件受到碰撞损坏的可能性。下面 将解释带避撞功能的伊板定位系统24的操作。
图9示出了表示用于自动定位伊板52的一个示例性方法的流 程图。该方法可开始于为4产板52选择目标位置和取向(步骤200)。 这种选择可以由操作员进行。特别是，操作员可以致动用户接口 62 或66上的装置，例如按钮、触摸屏、旋钮、开关或者能向控制装置 74发送选择信号的其他装置。选择信号可以表示事先储存在控制装 置74中的伊板位置和取向。
选择了目标位置和取向后，控制装置74可以生成机器10和妒 板52的线框模型76,来监视伊板52相对于机器10的运动(步骤 202)。《产板52在线框模型76中的表示可以包括用来确定即将发生 碰撞的安全区84。 一旦生成了线框模型76,控制装置74就可以为 伊板52生成从当前位置90到目标位置92的行进路径(步骤204 )。 在生成了行进路径后，控制装置74可致动液压油缸32、 34和伊板 定位作动缸54,来自动地沿着行进路径移动伊板52 (步骤206 )。
在沿着行进路径移动铲板52的时候，控制装置74可以按有规 律的时间间隔，像例如每15毫秒，从作动缸位置传感器68接收位 置和取向数据。控制装置74可以将从作动缸位置传感器68收到的 数据与控制装置74中储存的图、图表等进行对比，确定伊板52相 对机器10的位置和取向。接着，控制装置74可以将4产板52的当前 位置与机器10的部件的位置进行对比(步骤208 )。
通过将从作动缸传感器68和接近传感器72收到的数据与控制 装置74中储存的图、图表等进行对比，控制装置74可以确定伊板 52相对于机器10的部件和地面的位置和取向。如果在4产板52的运 动过程中，机器10的部件或者地面进入了安全区84,则控制装置 74可以得出与地面的碰撞或者不想要的接触即将发生的结论。如果 控制装置74确定碰撞即将发生(步骤208:是)，则控制装置74 可以生成逃避矢量IOO并修正行进路径，使4产板52远离并避开障碍 物或地面运动(步骤210)。 一旦生成逃避矢量100并且修正了行进
16矢量，4产板52就可以沿着逃避矢量100远离障碍物或地面运动，直 到4产板52的位置和取向对准修正后的行进路径(步骤212)。
在将伊板52对准修正后的行进路径后，控制装置74可以将伊 板52的当前及以前位置和取向与目标位置和取向进行对比(步骤 214)。如果控制装置74确定没有碰撞即将发生，那么，控制装置 74也可以将伊板52的当前及以前位置和耳又向与目标位置和耳又向进 行对比(步骤208:否)。如果控制装置74确定4产板52的取向和位 置与或者已经基本上与目标取向和位置相同(步骤214:是)，则控 制装置74可以终止铲板52的运动(步骤216)。在4产板52的运动 终止后，可以重复步骤208 (即控制装置74可以将伊板52的当前位 置与机器10的部件的位置进行比较)。但是，如果控制装置74确 定伊板52的当前及以前位置和取向与目标位置和取向不相同(步骤 214:否)，则可以重复步骤206 (即控制装置74可致动液压油缸 32、 34和伊板定位作动缸54以沿着行进路径自动地使伊板52运动)。
应该明白，本发明公开的方法可以无限地继续下去，直到由操 作员停止。这种自动伊板定位操作可以终止于该方法中的任何步骤。 而且，通过致动用户接口 62或66上的装置，例如按钮、触摸屏、 旋钮、开关或者能向控制装置74发送终止信号的其他装置，操作员 可以终止l乘作。
自动路径生成和避撞可以将操作员从定位妒板的复杂任务解 脱出来，由此使操作员解放出来将其有限智慧投入到正确操作自行 式平地机所需要的其他任务。此外，伊板的自动定位和取向可以减 少人员失误对铲板和/或自行式平地机造成的可能损坏。而且，可以 减少人员失误对例如驾驶自行式平地机等其他任务造成不利影响的 风险，因为操作员能够对这些其他任务投入更多的注意力。
对本领域技术人员来说清楚的是，对本发明公开的系统能做出各 种修改和变型，而不会超出本发明的范围。通过对这里公开的说明书的 考虑，本领域技术人员可想到其他实施例。想要说明的是，说明书和例 子应该被认为只是示例性的，真实范围由权利要求及其等同物指明。
权利要求
1.一种工作执行器定位系统(24)，包括至少一个致动器(32，34，54)，其用于促使工作执行器(20)运动；至少一个传感器(68)，所述至少一个传感器与所述至少一个致动器相关联并能够感测表示所述工作执行器位置和取向的至少一个参数；以及控制装置(74)，其能够响应于从所述至少一个传感器收到的数据而自动地为所述工作执行器生成行进路径并引导所述工作执行器，其中，所述控制装置还能够在检测到所述工作执行器和障碍物之间即将发生碰撞时自动修正所述行进路径。
2. 如权利要求1所述的工作执行器定位系统，其中，所述控 制装置还能够在所述工作执行器的表面和所述障碍物之间的距离小 于预定阈值时确定所述工作执行器和所述障碍物之间即将发生碰 撞。
3. 如权利要求1所述的工作执行器定位系统，进一步包括至 少一个地面传感器(72)，所述至少一个地面传感器能够感测表示 所述工作执行器和所述地面之间的相对距离的参数。
4. 如权利要求3所述的工作执行器定位系统，其中，所述控 制装置能够响应于从所述至少一个地面传感器收到的数据而自动地 生成所述行进路径并引导所述工作执行器。
5. 如权利要求1所述的工作执行器定位系统，其中，所述控 制装置能够向着以前储存的位置和取向使所述工作执行器运动并对 所述工作执行器进行定向。
6. 如权利要求1所述的工作执行器定位系统，其中，所述控 制装置能够在确定一个以上即将发生的碰撞时，基于所述障碍物和 所述工作执行器之间的相对距离对即将发生的碰撞排列优先级，并 按照基于所述即将发生的碰撞的优先级顺序自动地修正所述行进路径以避免即将发生的碰撞。
7. —种用于使工作执行器(20)运动的方法，包括 感测表示工作执行器位置和取向的至少一个参数； 基于感测到的所述至少一个参数和存储数据生成所述工作执行器的数学表示(82);选择所述工作执行器的目标位置和目标取向；基于感测到的所述至少一个参数和存储数据生成工作执行器行 进路径；基于感测到的所述至少一个参数、存储数据以及目标位置和取 向，生成所述行进路径中的可能障碍物的数学表示(78);沿着所述路径使所述工作执行器运动；以及响应于对所述工作执行器和障碍物之间即将发生碰撞的确定而 自动修正所述行进路径。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，对即将发生碰撞的确定包 括确定所述工作执行器的表面和障碍物之间的距离小于预定阈值。
9. 如权利要求7所述的方法，进一步包括即使当即将发生的碰 撞被确定时连续地使所述工作执行器运动，以及包括按照预定的时 间间隔更新所述数学表示。
10. —种机器(10),包括如权利要求1 6中任一项所述的工作执行器定位系统(24); 至少一个牵引装置(12, 14);以及动力源(16)，所述动力源能够产生驱动所述至少一个牵引装 置并使所述工作执行器(20)运动的输出。
全文摘要
本发明提供了一种用于定位工作执行器(20)的系统(24)。该系统具有用于促使工作执行器运动的至少一个致动器(32，34，54)。该系统还具有与所述至少一个致动器相关联并被构造成感测表示所述工作执行器位置和取向的至少一个参数的至少一个传感器(68)。而且，该系统具有被构造为响应于从所述至少一个传感器收到的数据而自动地为所述工作执行器生成行进路径并引导所述工作执行器的控制装置(74)。其中，所述控制装置进一步被构造为当检测到所述工作执行器(20)和障碍物之间即将发生碰撞时自动修正所述行进路径。
文档编号E02F9/20GK101668902SQ200880014031
公开日2010年3月10日 申请日期2008年4月16日 优先权日2007年4月30日
发明者I·格哈萨利, V·布哈斯卡 申请人:卡特彼勒公司