自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其包括：土木工程機(jī)械；作業(yè)單元；驅(qū)動(dòng)單元；機(jī)械控制單元；以及現(xiàn)場(chǎng)漫游器，所述現(xiàn)場(chǎng)漫游器包括漫游器控制單元，所述漫游器控制單元包括漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件，所述漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定位置數(shù)據(jù)以便限定現(xiàn)場(chǎng)漫游器相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置；其中，在機(jī)械控制單元和漫游器控制單元中的至少一個(gè)內(nèi)包括下述組件中的每一個(gè)：形狀選擇組件；曲線數(shù)據(jù)確定組件；以及驅(qū)動(dòng)控制組件。
【專利說明】自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械，尤其是路面銑刨機(jī)、路面攤鋪機(jī)或滑模攤鋪機(jī)，以及一種控制自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械尤其是路面銑刨機(jī)、路面攤鋪機(jī)或滑模攤鋪機(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]存在多種已知型式的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械。具體地，這些機(jī)械包括已知的滑模攤鋪機(jī)、路面攤鋪機(jī)和路面銑刨機(jī)。這些自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械的特征在于它們具有作業(yè)單元，所述作業(yè)單元包括用于在地面上產(chǎn)生構(gòu)造或用于對(duì)地面做出改變的作業(yè)裝置。
[0003]在已知的滑模攤鋪機(jī)中，作業(yè)單元包括用于模壓可流動(dòng)材料尤其是混凝土的裝置，該裝置下文被稱為混凝土模具。利用混凝土模具可以造出不同型式的構(gòu)造，例如防撞護(hù)欄或路溝。例如在EP I 103 659 BI (U.S.6,481,924)中描述了滑模攤鋪機(jī)。
[0004]已知的路面攤鋪機(jī)通常具有熨平板作為其作業(yè)單元。熨平板在路面攤鋪機(jī)從攤鋪方向看處于后部的那一端部布置成由下滑板支承在鋪設(shè)的路面覆蓋材料上并由此形成對(duì)材料的預(yù)壓實(shí)。
[0005]已知的路面銑刨機(jī)的作業(yè)單元是銑刨裝置，其具有裝有銑刨工具的銑刨鼓，材料可通過該銑刨鼓在預(yù)定作業(yè)寬度上被從地面上銑除。
[0006]已知的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械還具有驅(qū)動(dòng)單元和控制單元，驅(qū)動(dòng)單元具有可以執(zhí)行平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，控制單元用于以土木工程機(jī)械在地面上執(zhí)行平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式控制驅(qū)動(dòng)單元。
[0007]當(dāng)自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械得到自動(dòng)控制時(shí)，引發(fā)的問題是在土木工程機(jī)械上的預(yù)設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)必須沿地面上的預(yù)設(shè)曲線精確移動(dòng)，從而例如使預(yù)設(shè)形狀的構(gòu)造能夠在地面上的準(zhǔn)確位置和準(zhǔn)確方向上形成。
[0008]控制滑模攤鋪機(jī)的已知方法以使用沿所需曲線鋪設(shè)的導(dǎo)向金屬線或?qū)蚓€為前提，土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)沿所述線移動(dòng)。通過采用導(dǎo)向金屬線或?qū)蚓€可以有效形成細(xì)長(zhǎng)目標(biāo)例如防撞隔離墩或路溝。然而，當(dāng)要形成小尺寸的構(gòu)造例如雪茄形交通島(通過延伸一小段距離并具有嚴(yán)格半徑來區(qū)別)時(shí)，使用導(dǎo)向金屬線或?qū)蚓€被發(fā)現(xiàn)存在缺陷。
[0009]還已知通過采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)控制自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械。例如從USA5, 612，864中了解到具有GPS接收器的土木工程機(jī)械。
[0010]缺陷在于采用主測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定目標(biāo)位置以控制土木工程機(jī)械因工程項(xiàng)目非常復(fù)雜并且目標(biāo)必須安裝在其中而導(dǎo)致需要很大的技術(shù)成本和很高的復(fù)雜性。尤其耗費(fèi)成本和復(fù)雜的是必須在測(cè)量系統(tǒng)中對(duì)多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置實(shí)施定位。高成本和復(fù)雜性僅對(duì)較大目標(biāo)才合理。另一方面對(duì)于較小目標(biāo)來說，成本和復(fù)雜性高的不成比例。
[0011]安裝在復(fù)雜建筑項(xiàng)目中的目標(biāo)的另一缺陷在于實(shí)踐中，對(duì)于較小目標(biāo)，經(jīng)常必須為固定點(diǎn)例如現(xiàn)有的水龍頭或現(xiàn)場(chǎng)的排水管留出余量，這樣可能無法準(zhǔn)確定位在它們?cè)谟?jì)劃中的位置。如果項(xiàng)目數(shù)據(jù)與實(shí)際局部情況不相符，則項(xiàng)目數(shù)據(jù)必須離開現(xiàn)場(chǎng)在辦公室里以相對(duì)較高的成本得到修改，并且隨后必須在現(xiàn)場(chǎng)再次讀取修改后的項(xiàng)目數(shù)據(jù)。
[0012]EP 2 336 424 A2描述了一種自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械，尤其是滑模攤鋪機(jī)、路面攤鋪機(jī)或路面銑刨機(jī)，以及控制自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械的方法。土木工程機(jī)械具有控制單元，其具有用于確定數(shù)據(jù)的裝置，所述數(shù)據(jù)限定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)R相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系(X，Y，Z)的位置和/或方向。獨(dú)立于與機(jī)械相關(guān)的參考系(X，y,z)的參考系(X，Y，Z)可根據(jù)需要選定，因此無需在地面上繪制多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。土木工程機(jī)械移動(dòng)到在地面上可自由選擇的預(yù)設(shè)起點(diǎn)。在該預(yù)設(shè)起點(diǎn)處，土木工程機(jī)械在預(yù)設(shè)方向上對(duì)準(zhǔn)。因此規(guī)定了目標(biāo)的位置和方向。從而，目標(biāo)可總是最佳地布置于地面上，對(duì)可行的固定點(diǎn)留有適當(dāng)余量。與此同時(shí)，土木工程機(jī)械還具有用于在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系(X，Y，Ζ)中確定限定所需曲線的數(shù)據(jù)的裝置以及用于根據(jù)限定所需曲線數(shù)據(jù)控制驅(qū)動(dòng)單元的裝置，以這樣的方式使得土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)R從預(yù)設(shè)起點(diǎn)開始沿著所需曲線移動(dòng)，在預(yù)設(shè)起點(diǎn)處土木工程機(jī)械在地面上處于預(yù)設(shè)的位置和方向。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]本實(shí)用新型的目的是提供一種自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械，尤其是路面銑刨機(jī)、路面攤鋪機(jī)或滑模攤鋪機(jī)，其在定位方面無需任何特別大的成本或復(fù)雜性就可以以高精度沿所需曲線自動(dòng)移動(dòng)，所述曲線延伸相對(duì)較短行進(jìn)距離并具有嚴(yán)格半徑。另一目的是限定一種使自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械在定位方面無需任何特別大的成本或復(fù)雜性就可以以高精度沿所需曲線自動(dòng)移動(dòng)的方法，所述曲線延伸相對(duì)較短行進(jìn)距離并具有嚴(yán)格半徑。
[0014]依照本實(shí)用新型一方面的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，包括:土木工程機(jī)械，所述土木工程機(jī)械包括機(jī)械底盤；作業(yè)單元，所述作業(yè)單元布置于底盤上且構(gòu)造成制造地面上的構(gòu)造或?qū)Φ孛孀龀鲎兓?；?qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)造成執(zhí)行土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；機(jī)械控制單元，所述機(jī)械控制單元構(gòu)造成控制土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及現(xiàn)場(chǎng)漫游器，所述現(xiàn)場(chǎng)漫游器包括漫游器控制單元，所述漫游器控制單元包括漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件，所述漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定位置數(shù)據(jù)以便限定現(xiàn)場(chǎng)漫游器相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置；其中，在機(jī)械控制單元和漫游器控制單元中的至少一個(gè)內(nèi)包括下述組件中的每一個(gè):形狀選擇組件，所述形狀選擇組件構(gòu)造成預(yù)設(shè)適于待制造的構(gòu)造或適于將要發(fā)生變化的地面的幾何形狀；機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件，所述機(jī)械位置確定組件構(gòu)造成確定位置數(shù)據(jù)以限定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置和/或方向；曲線數(shù)據(jù)確定組件，所述曲線數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定曲線數(shù)據(jù)以基于待制造的構(gòu)造或?qū)⒁l(fā)生變化的地面的預(yù)設(shè)幾何形狀以及基于預(yù)設(shè)幾何形狀在獨(dú)立于土木工程機(jī)械位置和方向的參考系中的所需位置和方向來限定所需曲線，所需曲線是土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系中移動(dòng)所沿的曲線；以及驅(qū)動(dòng)控制組件，所述驅(qū)動(dòng)控制組件構(gòu)造成根據(jù)限定所需曲線的曲線數(shù)據(jù)來控制所述驅(qū)動(dòng)單元，以這樣的方式使得土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)沿所需曲線移動(dòng)。依照本實(shí)用新型另一方面的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，包括:土木工程機(jī)械，所述土木工程機(jī)械包括機(jī)械底盤；作業(yè)單元，所述作業(yè)單元布置于底盤上且構(gòu)造成制造地面上的構(gòu)造或?qū)Φ孛孀龀鲎兓?；?qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)造成執(zhí)行土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及機(jī)械控制單元，所述機(jī)械控制單元構(gòu)造成控制土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述機(jī)械控制單元包括:機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件，所述機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定位置數(shù)據(jù)以便限定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置和/或方向，所述機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件包括安裝于土木工程機(jī)械上的現(xiàn)場(chǎng)漫游器，現(xiàn)場(chǎng)漫游器能夠從土木工程機(jī)械移除，以便獨(dú)立于土木工程機(jī)械來使用現(xiàn)場(chǎng)漫游器以便在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系中對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)本實(shí)用新型，提供現(xiàn)場(chǎng)漫游器(field rover)，其可用于在獨(dú)立的參考系(X，Y，Z)中確定某些或所有的曲線數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)漫游器可包括漫游器控制單元，其具有漫游器形狀選擇組件、漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件、以及漫游器曲線數(shù)據(jù)確定組件。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型，提供控制自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械的方法，其中利用漫游器確定預(yù)設(shè)幾何形狀的至少一個(gè)識(shí)別點(diǎn)在獨(dú)立于土木工程機(jī)械位置和方向的參考系中的位置。然后部分地基于如由漫游器所確定的預(yù)設(shè)幾何形狀的至少一個(gè)識(shí)別點(diǎn)的位置來確定限定所需曲線的曲線數(shù)據(jù)。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)包括土木工程機(jī)械和現(xiàn)場(chǎng)漫游器。土木工程機(jī)械可包括機(jī)械底盤、布置于底盤上的作業(yè)單元、驅(qū)動(dòng)單元、以及機(jī)械控制單元?，F(xiàn)場(chǎng)漫游器可包括漫游器控制單元，其包括漫游器形狀選擇組件。在機(jī)械控制單元和漫游器控制單元中的至少一個(gè)內(nèi)包括下述組件中的每一個(gè):
[0017]形狀選擇組件，其可操作成預(yù)設(shè)適于待制造的構(gòu)造或適于將要發(fā)生變化的地面的幾何形狀；
[0018]機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件，其可操作成確定位置數(shù)據(jù)以便限定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的坐標(biāo)系的位置和/或方向；
[0019]曲線數(shù)據(jù)確定組件，其可操作成確定曲線數(shù)據(jù)以便基于待制造的構(gòu)造或?qū)⒁l(fā)生變化的地面的預(yù)設(shè)幾何形狀以及基于預(yù)設(shè)幾何形狀在獨(dú)立于土木工程機(jī)械位置和方向的坐標(biāo)系中的所需位置和方向來限定所需曲線，其中所需曲線是土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系中移動(dòng)所沿的曲線；以及
[0020]驅(qū)動(dòng)控制組件，其可操作成根據(jù)限定所需曲線的曲線數(shù)據(jù)來控制所述驅(qū)動(dòng)單元，以如此的方式使得土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)沿所需曲線移動(dòng)。
[0021]在另一個(gè)實(shí)施方式中，自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)包括土木工程機(jī)械，其包括機(jī)械底盤和布置于底盤上的作業(yè)單元。驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)機(jī)械。機(jī)械控制單元可操作成控制機(jī)械的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械控制單元包括機(jī)械數(shù)據(jù)確定組件和驅(qū)動(dòng)控制組件。機(jī)械數(shù)據(jù)確定組件可包括安裝于土木工程機(jī)械上的現(xiàn)場(chǎng)漫游器，現(xiàn)場(chǎng)漫游器可從土木工程機(jī)械移除，這樣現(xiàn)場(chǎng)漫游器可單獨(dú)用于測(cè)量地面上的位置。
[0022]根據(jù)本實(shí)用新型的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械和/或現(xiàn)場(chǎng)漫游器具有控制單元，其具有用于預(yù)設(shè)待制造的構(gòu)造或?qū)l(fā)生變化的地面的給定幾何形狀的裝置。所述給定的幾何形狀例如可以是雪茄形的交通島。該所述給定的幾何形狀可由機(jī)械操作人員輸入或選定。
[0023]本實(shí)用新型的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械和/或現(xiàn)場(chǎng)漫游器還具有用于確定數(shù)據(jù)的裝置，所述數(shù)據(jù)限定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置和/或方向。獨(dú)立于與機(jī)械相關(guān)的參考系(X，y, ζ)的參考系(X，Y, Ζ)可根據(jù)需要選定，因此無需在地面上繪制多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。[0024]在控制系統(tǒng)的一種運(yùn)行方式中，土木工程機(jī)械移動(dòng)到可在地面上自由選擇的預(yù)設(shè)起點(diǎn)。在該預(yù)設(shè)起點(diǎn)處，土木工程機(jī)械在預(yù)設(shè)方向上對(duì)準(zhǔn)。因此規(guī)定了目標(biāo)的位置和方向。從而，目標(biāo)可一直最佳地布置在地面上，對(duì)任何可行的固定點(diǎn)留有適當(dāng)余量。起點(diǎn)可以例如位于已存在于地面上的溝的拐角處，其位置無需與規(guī)劃施工圖完全一致。
[0025]與此同時(shí)，土木工程機(jī)械和/或現(xiàn)場(chǎng)漫游器的控制單元還具有用于確定限定所需曲線的數(shù)據(jù)的裝置，所需曲線是土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)-(R)在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系(X，Y，Z)中移動(dòng)所沿的曲線。用于確定限定所需曲線的數(shù)據(jù)的裝置被設(shè)計(jì)成使得限定所需曲線的數(shù)據(jù)基于待制造的構(gòu)造或要發(fā)生變化的地面的預(yù)設(shè)幾何形狀以及基于土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)(R)在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的參考系(Χ，Υ，Ζ)中的位置和方向得到確定。
[0026]限定所需曲線的數(shù)據(jù)可以是由所需曲線覆蓋的距離和/或其曲率。該數(shù)據(jù)取決于目標(biāo)的形狀。
[0027]在優(yōu)選實(shí)施方式中，用于控制驅(qū)動(dòng)單元的裝置被設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)單元依據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系中的位置和方向得到控制，從而在由所需曲線限定的土木工程機(jī)械的所需位置與其實(shí)際位置之間的距離和/或由所需曲線限定的所需方向與實(shí)際方向之間的方向差最小。為此所需的控制算法是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。
[0028]本實(shí)用新型尤其優(yōu)選的實(shí)施方式設(shè)置成使用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)確定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)的位置和/或方向。因此獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系(Χ，Υ，Ζ)是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的坐標(biāo)系，其相對(duì)于與機(jī)械相關(guān)的參考系(x，y，z)的位置和方向隨著土木工程機(jī)械在地面上的移動(dòng)而經(jīng)常改變。土木工程機(jī)械具有用于解碼來自全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的GPS衛(wèi)星信號(hào)以及修正來自基站的信號(hào)以確定土木工程機(jī)械的位置和方向的第一和第二 DGPS接收器，第一和第二 DGPS接收器布置于土木工程機(jī)械的不同位置。
[0029]然而，還可以利用非衛(wèi)星測(cè)量系統(tǒng)代替全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定基準(zhǔn)點(diǎn)的位置和/或方向?？刂茊卧奈ㄒ魂P(guān)鍵任務(wù)是接收限定在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的參考系(x，Y，z)中的基準(zhǔn)點(diǎn)的位置和方向的數(shù)據(jù)。
[0030]在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，控制單元具有輸入單元，其具有用于對(duì)限定待制造的構(gòu)造或要發(fā)生變化的地面的幾何形狀的參數(shù)進(jìn)行輸入的裝置(7Β)。所述參數(shù)可以是限定直線長(zhǎng)度和/或圓弧半徑的參數(shù)。在這種情況下假定目標(biāo)可以被分解為直線和弧線。這一點(diǎn)例如對(duì)于雪茄形交通島是可行的。然而，也可以通過所述參數(shù)限定其他幾何圖形。
[0031]在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，控制單元具有輸入單元，其具有用于從多個(gè)幾何形狀中選定一個(gè)幾何形狀的裝置，所述多個(gè)幾何形狀存儲(chǔ)在與輸入單元配合的存儲(chǔ)單元中。這一方案的優(yōu)點(diǎn)在于限定幾何形狀不必重新制成并且可以依賴于已經(jīng)形成的數(shù)據(jù)集?？梢岳缭谧鳛槟繕?biāo)的圓形和雪茄形之間做出選擇。
[0032]尤其優(yōu)選的實(shí)施方式提供用于修改預(yù)設(shè)幾何形狀的裝置。這一方案的優(yōu)點(diǎn)在于可以選擇例如雪茄形的形狀并可以隨后調(diào)節(jié)雪茄的尺寸以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要。
[0033]在另一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)漫游器遠(yuǎn)離土木工程機(jī)械定位時(shí)，執(zhí)行預(yù)設(shè)幾何形狀的方法步驟。
[0034]在另一個(gè)實(shí)施方式中，完全獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)漫游器的任何動(dòng)作來執(zhí)行確定限定基準(zhǔn)點(diǎn)位置和/或方向的數(shù)據(jù)的方法步驟。[0035]在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械控制單元包括形狀選擇組件、機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件、曲線數(shù)據(jù)確定組件以及驅(qū)動(dòng)控制組件。
[0036]在另一個(gè)實(shí)施方式中，漫游器控制單元還包括形狀選擇組件和曲線數(shù)據(jù)確定組件。
[0037]在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械控制單元和漫游器控制單元均包括形狀選擇組件。
[0038]在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械控制單元和漫游器控制單元中只有其中之一包括形狀選擇組件。
[0039]在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械控制單元和漫游器控制單元均包括曲線數(shù)據(jù)確定組件。
[0040]在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械控制單元和漫游器控制單元中只有其中之一包括曲線數(shù)據(jù)確定組件。
[0041]在另一個(gè)實(shí)施方式中，漫游器控制單元具有存儲(chǔ)單元，其與輸入單元合作，且多個(gè)預(yù)先限定的幾何形狀存儲(chǔ)于其中。
[0042]在另一個(gè)實(shí)施方式中，手持式現(xiàn)場(chǎng)漫游器裝置包括控制單元，其具有位置數(shù)據(jù)確定組件、形狀擬合組件和形狀存儲(chǔ)組件。形狀擬合組件配置成限定與一系列測(cè)量位置相對(duì)應(yīng)的限定形狀，形狀擬合組件配置成使得用戶可針對(duì)測(cè)量位置中的至少一些選擇成所述位置是限定形狀的直線部分的一部分還是曲線部分的一部分。
[0043]在另一個(gè)實(shí)施方式中，形狀擬合組件可包括形狀平滑組件，其配置成使得用戶可以選擇性地使用限定限定形狀的位置數(shù)據(jù)。形狀平滑組件可配置成使得用戶可針對(duì)每個(gè)測(cè)量位置選擇使用僅與限定形狀的高度位置或水平位置相關(guān)的位置數(shù)據(jù)。形狀平滑組件可配置成使得用戶可以針對(duì)每個(gè)測(cè)量位置選擇成不包括限定限定形狀的位置數(shù)據(jù)?？身憫?yīng)于形狀擬合組件提出的詢問來確定位置數(shù)據(jù)的用途。
[0044]在另一個(gè)實(shí)施方式中，手持式現(xiàn)場(chǎng)漫游器測(cè)量裝置包括控制單元，其包括形狀選擇組件、位置數(shù)據(jù)確定組件和曲線數(shù)據(jù)確定組件。
[0045]在另一個(gè)實(shí)施方式中，提供使用手持式現(xiàn)場(chǎng)漫游器的測(cè)量方法?，F(xiàn)場(chǎng)漫游器包括具有適于接合地表面的下端部的支承桿以及安裝于支承桿上的位置傳感器。現(xiàn)場(chǎng)漫游器用于確定適于待制造的構(gòu)造或?qū)⒁l(fā)生變化的地面的幾何形狀的一系列測(cè)量位置。對(duì)于至少一些測(cè)量位置而言，對(duì)位置是幾何形狀的直線部分的一部分還是曲線部分的一部分做出選擇。然后限定與一系列測(cè)量位置相對(duì)應(yīng)的限定形狀。
[0046]下文參照附圖詳細(xì)地解釋說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]圖中:
[0048]圖1是滑模攤鋪機(jī)的實(shí)施方式的側(cè)視圖。
[0049]圖2是路面銑刨機(jī)的實(shí)施方式的側(cè)視圖。
[0050]圖3表示與土木工程機(jī)械相關(guān)的機(jī)械參考系以及僅被簡(jiǎn)略示出的土木工程機(jī)械。
[0051]圖4表示獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的測(cè)量參考系(X，Y，Z)以及圖3中示出的機(jī)械相關(guān)參考系(X，y，ζ)和土木工程機(jī)械。
[0052]圖5表示雪茄形目標(biāo)的曲率和方向的曲線圖。[0053]圖6是在被輸送到測(cè)量參考系(X，Y，Z)之前，限定用于控制壓模土木工程機(jī)械的雪茄型目標(biāo)的幾何形狀圖。
[0054]圖7是在已經(jīng)被輸送到測(cè)量參考系(X，Y，Z)之后，限定用于控制土木工程機(jī)械的雪茄形目標(biāo)的所需曲線圖，。
[0055]圖8表示由所需曲線限定的土木工程機(jī)械的所需位置與其實(shí)際位置之間的距離。
[0056]圖9表示由所需曲線限定的土木工程機(jī)械的所需方向與其實(shí)際方向之間的方向差。
[0057]圖10是根據(jù)本實(shí)用新型的包括GPS現(xiàn)場(chǎng)漫游器的土木工程機(jī)械系統(tǒng)的示意性視圖。
[0058]圖11是類似于圖7的示意性視圖，示出如何通過形狀的一個(gè)點(diǎn)的位置外加形狀的方向或通過形狀的兩個(gè)點(diǎn)的位置來在獨(dú)立參考系中限定預(yù)設(shè)形狀的位置。
[0059]圖12是表示現(xiàn)場(chǎng)漫游器控制單元的形狀擬合組件的示意性流程圖。
[0060]圖13是示出測(cè)量點(diǎn)和輸入屏幕的顯示的現(xiàn)場(chǎng)漫游器的屏幕截圖。在圖13中測(cè)量
第一點(diǎn)。
[0061]圖14是類似于圖13的另一幅屏幕截圖，其中測(cè)量第二點(diǎn)并顯示限定形狀的直線部分。
[0062]圖15是另一幅屏幕截圖，示出添加限定第二條直線部分和曲線部分的四個(gè)另外的測(cè)量點(diǎn)。
[0063]圖16是另一幅屏幕截圖，示出添加限定第三直線部分的第七個(gè)測(cè)量點(diǎn)。
[0064]圖17是類似于圖10的示出替代實(shí)施方案的示意性視圖，其中現(xiàn)場(chǎng)漫游器可安裝于土木工程機(jī)械上而用作土木工程機(jī)械的接收器之一。
[0065]圖18是類似于圖17的示出另一個(gè)替代實(shí)施方式的示意性視圖，其中現(xiàn)場(chǎng)漫游器的漫游器控制單元用作土木工程機(jī)械的機(jī)械控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0066]圖1是作為自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械實(shí)例的在EP I 103 659 BI (U.S.6，481，924)中詳細(xì)描述的滑模攤鋪機(jī)的側(cè)視圖。由于滑模攤鋪機(jī)同樣是現(xiàn)有技術(shù)的一部分，因此在此描述的所有內(nèi)容都是土木工程機(jī)械的對(duì)本實(shí)用新型具有重要作用的那些部件。
[0067]滑模攤鋪機(jī)I具有由行走機(jī)構(gòu)3承載的底盤2。行走機(jī)構(gòu)3具有緊固在前提升柱5A上的兩個(gè)前履帶行走機(jī)構(gòu)單元4A和緊固在后提升柱5B上的兩個(gè)后履帶行走機(jī)構(gòu)單元4B?；備仚C(jī)的作業(yè)方向(行進(jìn)方向)由箭頭A指示。
[0068]履帶行走機(jī)構(gòu)單元4A、4B和提升柱5A、5B是滑模攤鋪機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元的一部分，該驅(qū)動(dòng)單元具有驅(qū)動(dòng)裝置以使土木工程機(jī)械可以在地面上進(jìn)行平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過升高和降低提升柱5A、5B，機(jī)械的底盤2可以相對(duì)于地面移動(dòng)以調(diào)節(jié)其高度和傾斜度。土木工程機(jī)械可以通過履帶行走機(jī)構(gòu)單元4A、4B向后和向前移動(dòng)。土木工程機(jī)械由此在平移方向具有三個(gè)自由度且在旋轉(zhuǎn)方向上具有三個(gè)自由度。
[0069]滑模攤鋪機(jī)I具有僅被簡(jiǎn)略示出用于模壓混凝土的裝置6，下文中稱作混凝土壓模?；炷翂耗Ｊ亲鳂I(yè)單元的一部分，所述作業(yè)單元具有用于在地面上生產(chǎn)預(yù)設(shè)形狀的構(gòu)造10的作業(yè)裝置。[0070]圖2是作為自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械另一實(shí)例的路面銑刨機(jī)的側(cè)視圖。同樣，路面銑刨機(jī)I也具有由行走機(jī)構(gòu)3承載的底盤2。行走機(jī)構(gòu)3具有緊固在前提升柱5A上的兩個(gè)前履帶行走機(jī)構(gòu)單元4A和緊固在后提升柱5B上的兩個(gè)后履帶行走機(jī)構(gòu)單元4B。路面銑刨機(jī)具有作業(yè)單元，所述作業(yè)單元帶有作業(yè)裝置以使地面發(fā)生變化。作業(yè)單元是銑刨裝置6，所述銑刨裝置具有裝有銑刨工具的銑刨鼓6A。
[0071]圖3表示處于機(jī)械相關(guān)笛卡爾坐標(biāo)系(x，y，z)中的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械。土木工程機(jī)械可以是滑模攤鋪機(jī)、路面銑刨機(jī)或其他任何具有適當(dāng)作業(yè)的土木工程機(jī)械。本實(shí)施方式為具有混凝土壓模6的滑模攤鋪機(jī)I。僅簡(jiǎn)略示出滑模攤鋪機(jī)I和混凝土壓模6。其具有帶履帶行走機(jī)構(gòu)單元4A、4B的底盤2和混凝土壓模6。
[0072]機(jī)械坐標(biāo)系的原點(diǎn)是滑模攤鋪機(jī)I上的基準(zhǔn)點(diǎn)R，作為基準(zhǔn)點(diǎn)R布設(shè)于混凝土壓模6在行進(jìn)方向內(nèi)側(cè)和后部的那一邊緣。該邊緣與待制成的構(gòu)造10的外邊界相對(duì)應(yīng)。在機(jī)械坐標(biāo)系中，基準(zhǔn)點(diǎn)R按如下方式確定:
[0073]R = xR，yR，zR = O，O，O
[0074]機(jī)械坐標(biāo)系由包括限定平移移動(dòng)的行進(jìn)長(zhǎng)度dx、dy、dz和限定旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的角度ω、Φ、K在內(nèi)的六自由度明確限定。
[0075]為簡(jiǎn)化起見，假定土木工程機(jī)械處于平地上并且不傾斜。因此旋轉(zhuǎn)角度ω和K均為零。機(jī)械坐標(biāo)系和土木工程機(jī)械以旋轉(zhuǎn)角度Φ同樣為零的方式相互校正。
[0076]還假定混凝土壓模6的下邊緣壓在地面上。這樣規(guī)定基準(zhǔn)點(diǎn)R的高度ZR不會(huì)隨著土木工程機(jī)械在平地上的移動(dòng)而改變。
[0077]圖4表示機(jī)械坐標(biāo)系以及獨(dú)立于機(jī)械坐標(biāo)系(X，y,ζ)的笛卡爾基準(zhǔn)系統(tǒng)，下文被稱為測(cè)量坐標(biāo)系(X，Y，Ζ)。測(cè)量坐標(biāo)系(X，Y, Ζ)可以自由選擇。當(dāng)土木工程機(jī)械的移動(dòng)時(shí)，測(cè)量坐標(biāo)系(x，Y，z)保留在同一位置和方向上。
[0078]為了控制驅(qū)動(dòng)單元，土木工程機(jī)械具有僅簡(jiǎn)略示出的控制單元7?？刂茊卧?以土木工程機(jī)械在地面上完成所需平移和/或旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的方式控制驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)裝置，以使其制成構(gòu)造10或使地面發(fā)生變化?？刂茊卧?包括完成計(jì)算操作和產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號(hào)所需的全部部件。其可以構(gòu)成獨(dú)立的單元或者可以是土木工程機(jī)械的中心控制系統(tǒng)的一部分。
[0079]為了使驅(qū)動(dòng)單元能夠得以控制，土木工程機(jī)械在機(jī)械坐標(biāo)系(X，y, ζ)中的基準(zhǔn)點(diǎn)R的位置和/或方向被轉(zhuǎn)換到獨(dú)立于土木工程機(jī)械移動(dòng)的測(cè)量坐標(biāo)系(Χ，Υ，Ζ)內(nèi)。
[0080]在本實(shí)施方式中，基準(zhǔn)點(diǎn)R的位置和方向采用僅在圖4中簡(jiǎn)略示出的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)確定。然而還可以采用非衛(wèi)星地面測(cè)量系統(tǒng)(總站)代替衛(wèi)星定位系統(tǒng)。由于確定位置和方向的精度要求嚴(yán)格，因此優(yōu)選采用稱作差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。在這種情況下，確定方向的基于GPS的方法基于通過布置在土木工程機(jī)械上的不同點(diǎn)S1、S2處的兩個(gè)DGPS接收器獲得的位置測(cè)量。
[0081]在圖3和4中僅簡(jiǎn)略示出兩個(gè)DPGS接收器SI和S2。假定的更普遍的情況是DGPS接收器SI和DGPS接收器S2位于基準(zhǔn)點(diǎn)R所處的機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)附近，基準(zhǔn)點(diǎn)R的位置和方向在測(cè)量坐標(biāo)系中得以確定。
[0082]在機(jī)械坐標(biāo)系(X，y，ζ)中通過坐標(biāo)SI = xsl, ysl, zsl 和 S2 = xs2, ys2, zs2 確定DGPS接收器SI和S2的位置。在測(cè)量坐標(biāo)系(X，Y，Z)中，通過SI = XSl，YSl，ZSl和S2=XS2，YS2, ZS2確定DGPS接收器SI和S2的位置。
[0083]通過采用兩個(gè)DGPS接收器SI和S2，控制單元7采用GPS系統(tǒng)確定限定DGPS接收器位置的數(shù)據(jù)?？刂茊卧狪隨后根據(jù)有關(guān)位置的這一數(shù)據(jù)計(jì)算在土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)R的位置和方向，兩個(gè)DGPS接收器位于所述基準(zhǔn)點(diǎn)R附近。為此，控制單元7利用旋轉(zhuǎn)矩陣R進(jìn)行轉(zhuǎn)換以對(duì)由DGPS接收器SI和S2在測(cè)量坐標(biāo)系(X，Y, Z)中測(cè)量的點(diǎn)SI和S2處的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，給出基準(zhǔn)點(diǎn)R:
【權(quán)利要求】
1.一種自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于包括: 土木工程機(jī)械(I)，所述土木工程機(jī)械(I)包括機(jī)械底盤(2)； 作業(yè)單元(6)，所述作業(yè)單元(6)布置于底盤上且構(gòu)造成制造地面上的構(gòu)造或?qū)Φ孛孀龀鲎兓? 驅(qū)動(dòng)單元(4A，4B ;5A，5B)，所述驅(qū)動(dòng)單元(4A，4B ;5A，5B)構(gòu)造成執(zhí)行土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 機(jī)械控制單元(7)，所述機(jī)械控制單元(7)構(gòu)造成控制土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及 現(xiàn)場(chǎng)漫游器(100)，所述現(xiàn)場(chǎng)漫游器包括漫游器控制單元(107)，所述漫游器控制單元(107)包括漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件，所述漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定位置數(shù)據(jù)以便限定現(xiàn)場(chǎng)漫游器相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置； 其中，在機(jī)械控制單元(7)和漫游器控制單元(107)中的至少一個(gè)內(nèi)包括下述組件中的每一個(gè): 形狀選擇組件，所述形狀選擇組件構(gòu)造成預(yù)設(shè)適于待制造的構(gòu)造或適于將要發(fā)生變化的地面的幾何形狀； 機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件，所述機(jī)械位置確定組件構(gòu)造成確定位置數(shù)據(jù)以限定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置和/或方向；曲線數(shù)據(jù)確定組件，所述曲線數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定曲線數(shù)據(jù)以基于待制造的構(gòu)造或?qū)⒁l(fā)生變化的地面的預(yù)設(shè)幾何形狀以及基于預(yù)設(shè)幾何形狀在獨(dú)立于土木工程機(jī)械位置和方向的參考系中的所需位置和方向來限定所需曲線，所需曲線是土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系中移動(dòng)所沿的曲線；以及 驅(qū)動(dòng)控制組件，所述驅(qū)動(dòng)控制組件構(gòu)造成根據(jù)限定所需曲線的曲線數(shù)據(jù)來控制所述驅(qū)動(dòng)單元，以這樣的方式使得土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)沿所需曲線移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于: 土木工程機(jī)械(I)包括對(duì)接站(160)，所述對(duì)接站(160)用于接收漫游器(100)并將漫游器控制單元(107)與機(jī)械控制單元(7)接口連接；以及 當(dāng)與土木工程機(jī)械對(duì)接時(shí)，漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件包括機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于: 漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件包括用于解碼來自基于衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)的GPS衛(wèi)星信號(hào)以及校正來自參考站的信號(hào)以便確定現(xiàn)場(chǎng)漫游器的位置的接收器(S100)，或者漫游器位置數(shù)據(jù)確定組件包括屬于用于確定現(xiàn)場(chǎng)漫游器位置的非衛(wèi)星測(cè)量系統(tǒng)的接收器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于: 形狀選擇組件包括輸入單元(108)，所述輸入單元(108)構(gòu)造成輸入?yún)?shù)以便限定待制造的構(gòu)造或?qū)⒁l(fā)生變化的地面的幾何形狀，或形狀選擇組件包括輸入單元(108)，所述輸入單元(108)構(gòu)造成從多種預(yù)先限定的幾何形狀選擇出一種幾何形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于所述輸入單元(108)構(gòu)造成修改預(yù)先確定的幾何形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于:驅(qū)動(dòng)控制組件配置成控制驅(qū)動(dòng)單元(4A，4B ;5A，5B)，以便當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)最初處于所需曲線上時(shí)引導(dǎo)土木工程機(jī)械(1)上的基準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)所需曲線上的點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于: 所述接收器(SlOO)是用于解碼DGPS或DGNSS衛(wèi)星信號(hào)的DGPS或DGNSS接收器。
8.一種自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于包括: 土木工程機(jī)械(1)，所述土木工程機(jī)械(1)包括機(jī)械底盤(2)； 作業(yè)單元(6)，所述作業(yè)單元(6)布置于底盤上且構(gòu)造成制造地面上的構(gòu)造或?qū)Φ孛孀龀鲎兓? 驅(qū)動(dòng)單元(4A，4B;5A，5B)，所述驅(qū)動(dòng)單元(4A，4B ;5A，5B)構(gòu)造成執(zhí)行土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及 機(jī)械控制單元(7 ; 107)，所述機(jī)械控制單元(7 ；107)構(gòu)造成控制土木工程機(jī)械在地面上的平移和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述機(jī)械控制單元(7 ；107)包括: 機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件，所述機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定位置數(shù)據(jù)以便限定土木工程機(jī)械上的基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系的位置和/或方向，所述機(jī)械位置數(shù)據(jù)確定組件包括安裝于土木工程機(jī)械(1)上的現(xiàn)場(chǎng)漫游器(100)，現(xiàn)場(chǎng)漫游器(100)能夠從土木工程機(jī)械(1)移除，以便獨(dú)立于土木工程機(jī)械來使用現(xiàn)場(chǎng)漫游器以便在獨(dú)立于土木工程機(jī)械的位置和方向的參考系中對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于: 機(jī)械控制單元(107)包括在現(xiàn)場(chǎng)漫游器(100)內(nèi)，且包括現(xiàn)場(chǎng)漫游器控制單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于: 所述機(jī)械控制單元(7，107)還包括機(jī)械形狀選擇組件，所述機(jī)械形狀選擇組件構(gòu)造成預(yù)設(shè)適于待制造構(gòu)造或適于將要發(fā)生變化的地面的幾何形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的自驅(qū)動(dòng)土木工程機(jī)械系統(tǒng)，其特征在于: 機(jī)械控制單元(7，107)還包括機(jī)械曲線數(shù)據(jù)確定組件，所述機(jī)械曲線數(shù)據(jù)確定組件構(gòu)造成確定曲線數(shù)據(jù)以便基于適于待制造的構(gòu)造或?qū)⒁l(fā)生變化的地面的預(yù)設(shè)幾何形狀以及基于預(yù)設(shè)幾何形狀在獨(dú)立于土木工程機(jī)械(1)的位置和方向的參考系中的所需位置和方向來限定所需曲線。
【文檔編號(hào)】E01C19/00GK203602991SQ201320630434
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月12日
【發(fā)明者】M·弗里茨, C·巴里馬尼, G·亨, C·貝爾寧 申請(qǐng)人:維特根有限公司