專利名稱：為布置移動(dòng)采掘機(jī)的自動(dòng)控制確定線路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及布置移動(dòng)采掘機(jī)的自動(dòng)控制，更具體而言是涉及教導(dǎo)采掘機(jī)的線路， 以便布置采掘機(jī)的自動(dòng)控制。
背景技術(shù)：
各種移動(dòng)采掘機(jī)，諸如鑿巖鉆機(jī)、裝運(yùn)設(shè)備在采礦中得到應(yīng)用?？梢匀斯せ驘o(wú)人操作采掘機(jī)。例如可以從控制室遠(yuǎn)程控制無(wú)人操作采掘機(jī)，并且這些采掘機(jī)可具有適用于確定位置的測(cè)量裝置。假設(shè)能確定機(jī)器的位置，則可以控制無(wú)人操作采掘機(jī)在礦井中沿著期望的線路行進(jìn)。舉例來(lái)說(shuō)，可利用激光掃描儀來(lái)確定機(jī)器的位置。WO 2007/012198公開了一種自動(dòng)導(dǎo)引采礦車輛的方法。通過(guò)人工或者遙控操作來(lái)駕駛采礦車輛，操作人員教導(dǎo)采礦車輛在不受操作人員干預(yù)的情況下沿著線路行進(jìn)。US 5615116還公開了一種自動(dòng)導(dǎo)航車輛的方法，其中，可以通過(guò)駕駛車輛教導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)所采用的線路，或者可以人工確定線路。在已經(jīng)教導(dǎo)了線路之后，可以編輯和測(cè)試該線路。通常，當(dāng)進(jìn)入新的作業(yè)區(qū)域時(shí)教導(dǎo)、編輯和測(cè)試線路是最緩慢和最費(fèi)勁的階段。幾乎一成不變的另一個(gè)問(wèn)題是線路的教導(dǎo)和測(cè)試與將要在作業(yè)區(qū)域內(nèi)執(zhí)行的各種安裝和基建工作同時(shí)進(jìn)行，給測(cè)試留下的時(shí)間非常短。

發(fā)明內(nèi)容
如今的改進(jìn)方案提供為移動(dòng)采掘機(jī)確定線路。解決方案的特征在于獨(dú)立權(quán)利要求中公開的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明的一方面，由配置為生成線路的數(shù)據(jù)處理機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助地執(zhí)行下列步驟為采掘機(jī)確定線路檢索包括壁位置數(shù)據(jù)的環(huán)境模型，從用戶至少接收用于確定線路起點(diǎn)的輸入以及用于確定線路終點(diǎn)的輸入，基于環(huán)境模型以及與采掘機(jī)的屬性有關(guān)的數(shù)據(jù)將起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的線路確定為線路點(diǎn)，至少對(duì)于這些線路點(diǎn)計(jì)算位置數(shù)據(jù)，并且存儲(chǔ)確定線路的數(shù)據(jù)，該線路將用于自動(dòng)導(dǎo)引采掘機(jī)。本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中公開。本發(fā)明提供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。由于不必再通過(guò)駕駛采掘機(jī)來(lái)教導(dǎo)線路，因此，可以縮短教導(dǎo)線路所需花去的時(shí)間，并由此而縮短作業(yè)區(qū)域不得不對(duì)其它活動(dòng)關(guān)閉的時(shí)間段。


現(xiàn)在結(jié)合一些優(yōu)選實(shí)施例并參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中圖1是示出了移動(dòng)采掘機(jī)的示意性側(cè)視圖，圖2是示出了根據(jù)實(shí)施例用于定位和導(dǎo)引采掘機(jī)的布置的俯視圖；圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的設(shè)備用于為采掘機(jī)確定線路的設(shè)備；圖4至圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的方法；以及
圖7示出了對(duì)于作業(yè)區(qū)域確定的線路。
具體實(shí)施例方式圖1示出了移動(dòng)采掘機(jī)1，在此情況下為裝載設(shè)備，其前端具有用于輸送和裝載挖掘料的鏟斗?；蛘?，采掘機(jī)1可以是例如具有翻斗的鑿巖鉆機(jī)或輸送設(shè)備。采掘機(jī)1包括可移動(dòng)運(yùn)輸工具2，該運(yùn)輸工具具有多個(gè)車輪3，其中至少一個(gè)車輪為經(jīng)由傳動(dòng)裝置由馬達(dá)4驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪。馬達(dá)4可以是電動(dòng)馬達(dá)、內(nèi)燃引擎、液壓馬達(dá)或用于生成旋轉(zhuǎn)扭矩的其它裝置。傳動(dòng)裝置通常包括變速箱5和萬(wàn)向節(jié)軸6、差動(dòng)齒輪及其它用于將旋轉(zhuǎn)扭矩從馬達(dá)4傳遞至驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳動(dòng)構(gòu)件。采掘機(jī)1還具有控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括至少第一控制單元7，第一控制單元配置為控制采掘機(jī)1中的伺服器，以此控制和駕駛機(jī)器。采掘機(jī)1還可具有數(shù)據(jù)傳送單元8，該數(shù)據(jù)傳送單元使得第一控制單元7能利用基站9提供的無(wú)線連接與采掘機(jī)1外部的第二控制單元10建立數(shù)據(jù)傳送連接。第二控制單元10可位于可設(shè)在礦井外面的控制室11中?？刂茊卧?、10可以是配備有適當(dāng)?shù)能浖挠?jì)算機(jī)或者由多個(gè)計(jì)算機(jī)組成的實(shí)體。應(yīng)當(dāng)注意，采掘機(jī)通常是指用于在地表或者地下作業(yè)區(qū)域進(jìn)行巖石開鑿操作而且還可用于除了實(shí)際礦井以外的場(chǎng)所的各種機(jī)器。圖1是簡(jiǎn)化的視圖，且采掘機(jī)1的控制系統(tǒng)通常包括用于執(zhí)行不同控制功能的多個(gè)單元。采掘機(jī)1的控制系統(tǒng)可以被分散化，例如由連接至控制器局域網(wǎng)(CAN)總線并負(fù)責(zé)機(jī)器的全部測(cè)量和控制的模塊組成的實(shí)體?？刂剖?1的信息系統(tǒng)還可包括一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作員操作站以及與其它網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的進(jìn)一步連接。采掘機(jī)1的控制系統(tǒng)包括定位系統(tǒng)或單元。根據(jù)實(shí)施例，定位系統(tǒng)包括至少一個(gè)陀螺儀12，該陀螺儀使得機(jī)器的方向能夠精確地確定以用于定位。該定位系統(tǒng)還包括用于確定機(jī)器1行進(jìn)的距離的裝置。根據(jù)實(shí)施例，由一種布置來(lái)測(cè)量距離，該布置中，一個(gè)或多個(gè)傳感器13用于測(cè)量車輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)?；跍y(cè)量數(shù)據(jù)，定位系統(tǒng)確定車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后計(jì)算機(jī)器行進(jìn)距離的量值。定位系統(tǒng)還可包括一個(gè)或多個(gè)掃描儀14，例如激光掃描儀或?qū)?yīng)的裝置，用以掃描采掘機(jī)1周圍的空間以及該空間的幾何形狀。根據(jù)實(shí)施例，圖2示出了基于掃描并在定位過(guò)程中要使用的線路的使用原理。采掘機(jī)1的一側(cè)或兩側(cè)可具有激光掃描儀14，該激光掃描儀14使得能確定礦井隧道20的輪廓和表面外形。在所需線路21已經(jīng)被教導(dǎo)并保存在控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中時(shí)，可以導(dǎo)引采掘機(jī)1自主地遵循線路21。例如可利用激光掃描儀14在自動(dòng)控制過(guò)程中確定移動(dòng)采掘機(jī)1 的位置。激光掃描儀掃描隧道的壁輪廓，以便基于預(yù)存的環(huán)境模型確定位置，這意味著任何單獨(dú)的標(biāo)簽，諸如反射鏡或者射頻標(biāo)簽都變成隧道壁上的冗余物。已知的是，可通過(guò)教導(dǎo)來(lái)提供采掘機(jī)1的線路21，在這種情況下，通過(guò)人工控制沿著期望的線路駕駛采掘機(jī)1，而控制系統(tǒng)同時(shí)以確定的間隔將線路21的線路點(diǎn)22a、22b和 22c存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。但是，如今提供的基于計(jì)算機(jī)的線路確定方法使得能基于預(yù)定的環(huán)境模型以及有關(guān)采掘機(jī)屬性的數(shù)據(jù)來(lái)生成線路，而不需要為了教導(dǎo)線路而沿著該線路駕駛采掘機(jī)。環(huán)境模型通常是指對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行建模的模型，作業(yè)區(qū)域例如可能已經(jīng)通過(guò)在該作業(yè)區(qū)域的范圍內(nèi)駕駛采掘機(jī)并通過(guò)掃描壁輪廓而確定。作業(yè)區(qū)域通常是指可以使用移動(dòng)采掘機(jī)的區(qū)域。環(huán)境模型至少包括有關(guān)隧道壁位置的數(shù)據(jù)。環(huán)境模型可以確定在特定的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中描述壁的位置的點(diǎn)的X坐標(biāo)和y坐標(biāo)。在應(yīng)用基于掃描的環(huán)境模型生成時(shí)，X 坐標(biāo)和y坐標(biāo)在采掘機(jī)1中掃描儀14所處的高度處確定壁的位置。在一個(gè)平面的情況下， 通過(guò)輸出在xy平面上的環(huán)境模型的點(diǎn)來(lái)提供二維隧道地圖。該環(huán)境模型還可包括其它信息。如果采用三維掃描，環(huán)境模型還可包括ζ坐標(biāo)信息，在這種情況下，可獲得隧道的3D斷面圖。圖3示出了根據(jù)實(shí)施例的設(shè)備，該設(shè)備用于為采掘機(jī)確定線路。該設(shè)備至少包括單元30，該單元30用于確定線路，尤其用于利用環(huán)境模型計(jì)算機(jī)輔助地生成線路。線路確定單元30執(zhí)行至少一個(gè)線路確定算法，該算法基于環(huán)境模型以及采掘機(jī)的屬性數(shù)據(jù)為新的線路確定線路點(diǎn)和線路點(diǎn)專用的控制數(shù)據(jù)?？蓪⒕€路確定算法設(shè)計(jì)成使得不需要采掘機(jī) 1的導(dǎo)航系統(tǒng)提供的用于確定普通線路的位置數(shù)據(jù)就可以確定新線路的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)。例如可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理裝置的通用處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)單元30，在該通用處理器上運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行線路確定過(guò)程的計(jì)算機(jī)程序。計(jì)算機(jī)程序包括代碼，這些代碼用于執(zhí)行與已作說(shuō)明的線路確定有關(guān)的至少一些特征，下面將結(jié)合圖4至圖7說(shuō)明這些特征?？蓪⒂?jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上，諸如存儲(chǔ)器31或者單獨(dú)的存儲(chǔ)介質(zhì)，可從這些存儲(chǔ)器或者存儲(chǔ)介質(zhì)檢索將由處理器運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序。線路確定單元30連接至存儲(chǔ)器31，可將用于線路確定的各種數(shù)據(jù)，諸如環(huán)境模型、采掘機(jī)的屬性數(shù)據(jù)、其它數(shù)據(jù)以及影響線路確定的設(shè)置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器31中。或者，可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)從外部裝置獲取這些數(shù)據(jù)。線路確定單元30包括用于顯示器32的訪問(wèn)接口，以及用于諸如鍵盤和/或鼠標(biāo)的至少一個(gè)輸入裝置33的至少一個(gè)訪問(wèn)接口。該設(shè)備還可具有到其它系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)其它接口。該設(shè)備常包括至少一個(gè)數(shù)據(jù)傳送單元，該數(shù)據(jù)傳輸單元例如可采用基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)。例如可將線路確定單元30實(shí)現(xiàn)在操作員工作站上。但是，線路確定單元30不必在用于控制采礦操作的數(shù)據(jù)處理設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，或者沒必要與其可連接，因此，成功的線路確定不會(huì)受到任何特定場(chǎng)所或設(shè)備的限制。但要注意，在移動(dòng)采掘機(jī)1及其數(shù)據(jù)處理設(shè)備中能夠?qū)崿F(xiàn)給出的與線路確定有關(guān)的技術(shù)特征中的至少一些，例如線路確定單元30的至少一些功能。因而，可通過(guò)不同的適當(dāng)配置的數(shù)據(jù)處理裝置來(lái)提供至少實(shí)現(xiàn)線路確定單元30 的設(shè)備?？蓪?shí)現(xiàn)線路確定單元30的軟件應(yīng)用存儲(chǔ)在例如便攜式計(jì)算機(jī)中，例如可經(jīng)由包括在設(shè)備中的數(shù)據(jù)傳送單元或者利用存儲(chǔ)介質(zhì)提供的數(shù)據(jù)傳送連接將線路數(shù)據(jù)從便攜式計(jì)算機(jī)傳送至控制室中的控制單元10。圖3還示出了與導(dǎo)航系統(tǒng)34的連接，該導(dǎo)航系統(tǒng)通常是位于線路確定設(shè)備外部的單元。導(dǎo)航系統(tǒng)可具有保存在存儲(chǔ)器31或者另一存儲(chǔ)器中的線路數(shù)據(jù)，導(dǎo)航系統(tǒng)可在線路正被使用的時(shí)候基于線路數(shù)據(jù)來(lái)控制采掘機(jī)1。例如可通過(guò)位于采掘機(jī)1外部的控制單元 10來(lái)實(shí)現(xiàn)或者控制導(dǎo)航系統(tǒng)34。該系統(tǒng)可具有特定駕駛?cè)蝿?wù)管理系統(tǒng)，例如在位于控制室 11中的控制單元10得以執(zhí)行的應(yīng)用。駕駛?cè)蝿?wù)管理系統(tǒng)基于接收自操作人員的輸入確定駕駛?cè)蝿?wù)。駕駛?cè)蝿?wù)管理系統(tǒng)可以從存儲(chǔ)器31檢索預(yù)存線路數(shù)據(jù)并且將線路數(shù)據(jù)和/或控制指令轉(zhuǎn)發(fā)至移動(dòng)采掘機(jī)1的控制單元7。為使移動(dòng)采掘機(jī)1遵循期望的線路，例如基于控制單元7接收到的線路數(shù)據(jù)和定位系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)來(lái)控制機(jī)器。也能夠?qū)⒅辽僖恍┚€路數(shù)據(jù)預(yù)存在采掘機(jī)1的存儲(chǔ)器中，并且僅從遠(yuǎn)程控制單元10發(fā)送期望的線路的片段標(biāo)識(shí)符或者線路點(diǎn)。圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的方法，該方法用于通過(guò)環(huán)境模型計(jì)算機(jī)輔助地確定線路，使得能夠避免通過(guò)駕駛來(lái)教導(dǎo)線路?？稍趫D3所示的線路確定單元30實(shí)施該方法。在步驟40中，從確定線路的用戶，如操作人員或者設(shè)計(jì)師接收輸入，以便開始為移動(dòng)采掘機(jī)確定線路。用戶例如啟動(dòng)線路確定應(yīng)用或者工具，并通過(guò)用戶界面選擇新的線路確定。在步驟41中，從存儲(chǔ)器31或者從系統(tǒng)的其它地方檢索預(yù)教導(dǎo)或預(yù)存的環(huán)境模型， 在該環(huán)境模型中用戶想要確定線路。在步驟42中，在地圖模板上為用戶顯示檢索到的環(huán)境模型。用戶至少標(biāo)明43線路的起點(diǎn)和終點(diǎn)。線路確定單元30可經(jīng)由輸入裝置33的接口從用戶接收基本線路規(guī)范。根據(jù)基本線路規(guī)范、環(huán)境模型以及使用該線路的采掘機(jī)的屬性數(shù)據(jù)確定線路點(diǎn)專用的數(shù)據(jù)， 使得稍后能對(duì)采掘機(jī)1進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)引而遵循該線路。對(duì)于沿著線路的每個(gè)線路點(diǎn)，在采掘機(jī)位于特定的線路點(diǎn)時(shí)，確定要使用的控制數(shù)據(jù)。這些控制數(shù)據(jù)至少包括用于采掘機(jī)的位置數(shù)據(jù)，但它們還可包括其它控制數(shù)據(jù)，諸如速度數(shù)據(jù)。采掘機(jī)屬性數(shù)據(jù)可能已經(jīng)例如響應(yīng)于結(jié)合步驟41接收到的用戶的輸入從存儲(chǔ)器 31檢索到。也可從用戶接收有關(guān)機(jī)器的數(shù)據(jù)，例如機(jī)器的類型，根據(jù)該數(shù)據(jù)檢索屬性數(shù)據(jù)。 由線路確定單元30執(zhí)行的至少一個(gè)線路生成算法使用檢索到的環(huán)境模型的點(diǎn)，至少用于確保計(jì)算得到的線路使得基于其屬性數(shù)據(jù)采掘機(jī)1不會(huì)在線路任何部分上撞擊壁。下面結(jié)合圖5說(shuō)明用于確定線路點(diǎn)數(shù)據(jù)的更詳細(xì)的實(shí)施例。在步驟45中，檢查是否已經(jīng)到達(dá)線路的終點(diǎn)。如果未到達(dá)，則在步驟44中，方法以確定新的線路點(diǎn)繼續(xù)。在確定了所有的線路點(diǎn)之后，在步驟45中，可將包括線路的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在例如存儲(chǔ)器31中。根據(jù)實(shí)施例，將線路點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在基于結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML)的數(shù)據(jù)文件中，但理所當(dāng)然的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于任何特定文件格式的使用。應(yīng)當(dāng)注意，圖4只示出了線路確定的一般示例，而且可以以不同于圖4所示的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)線路點(diǎn)的確定以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。還可布置確定線路的應(yīng)用以執(zhí)行額外步驟，例如在已經(jīng)預(yù)先確定線路點(diǎn)之后優(yōu)化線路的至少一部分，并因此更正線路點(diǎn)數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)施例，結(jié)合步驟44，計(jì)算起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的最佳線路，并且全自動(dòng)地為線路確定位于起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的適當(dāng)線路點(diǎn)。或者，用戶標(biāo)明43適當(dāng)數(shù)量的中間點(diǎn)。除用戶標(biāo)明的線路點(diǎn)以外，線路確定單元30還可配置為例如將線路點(diǎn)添加至交叉區(qū)域。采掘機(jī)屬性數(shù)據(jù)可包括采掘機(jī)外部尺寸的數(shù)據(jù)。然后在步驟44中能夠基于外部尺寸數(shù)據(jù)和環(huán)境模型來(lái)計(jì)算每個(gè)線路點(diǎn)的位置，使得在線路點(diǎn)處，在采掘機(jī)與隧道壁之間提供預(yù)定的最短距離。根據(jù)實(shí)施例，由用戶錄入或者以默認(rèn)值給定，規(guī)范與用戶給定的點(diǎn)相關(guān)，基于該規(guī)范，正在生成的線路經(jīng)由精確給定的點(diǎn)繼續(xù)前進(jìn)，或者這些點(diǎn)僅供參考。在這種情況下，為線路確定線路點(diǎn)，以與用戶輸入的線路點(diǎn)位置精確地或近乎一致。至于參考性線路點(diǎn)，舉例來(lái)說(shuō)，可確定線路點(diǎn)位于距接收自用戶的位置預(yù)定的距離以內(nèi)，這使得只要考慮到采掘機(jī)的前向運(yùn)動(dòng)就能夠?yàn)榫€路點(diǎn)計(jì)算確定最佳位置。能夠從先前生成的線路部分向前計(jì)算生成延續(xù)線路，使得線路在線路交點(diǎn)處盡可能地平滑。當(dāng)使用已知的基于駕駛的教導(dǎo)方法時(shí)，往往必須人工編輯這些線路交點(diǎn)。作業(yè)區(qū)域環(huán)境模型教導(dǎo)起來(lái)非常快。在已經(jīng)對(duì)作業(yè)區(qū)域教導(dǎo)了環(huán)境模型之后，收集全部相關(guān)的數(shù)據(jù)以用于確定線路而無(wú)需在隧道中單獨(dú)的駕駛。除可能的最艱難和被堵塞的地方以外， 在足夠好地執(zhí)行確定時(shí)，不需要實(shí)際的教導(dǎo)。圖5以更詳細(xì)的方式示出了線路的線路點(diǎn)的確定，其適用于例如圖4的步驟44和線路確定單元30。圖5示出了如何設(shè)置一組線路點(diǎn)以及相關(guān)的線路點(diǎn)專用的數(shù)據(jù)。一組線路點(diǎn)例如可以由預(yù)定數(shù)量的連續(xù)線路點(diǎn)組成，但也可改變一次處理的線路點(diǎn)的數(shù)量?；诃h(huán)境模型以及機(jī)器的外部尺寸數(shù)據(jù)，為位于特定標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)的每個(gè)線路點(diǎn)確定位置。更具體而言，可基于環(huán)境模型為線路點(diǎn)計(jì)算X坐標(biāo)和y坐標(biāo)，使得線路點(diǎn)位于距前一個(gè)線路點(diǎn)預(yù)定的距離處。 可以將線路點(diǎn)確定為基本上位于壁之間的中心線上。線路確定算法可配置為從環(huán)境模型的點(diǎn)確定在每個(gè)線路點(diǎn)的周圍隧道的方向，通過(guò)在一組點(diǎn)中查找特定線路點(diǎn)的相鄰點(diǎn)并通過(guò)基于此計(jì)算壁的方向來(lái)正在確定每個(gè)線路點(diǎn)。壁的方向又確定隧道的方向。當(dāng)隧道的兩側(cè)壁的方向都已知的時(shí)候，線路確定算法可計(jì)算隧道的中心線，而且在開始線路計(jì)算時(shí)，將線路點(diǎn)放在隧道的中心。在已經(jīng)基于線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)確定線路點(diǎn)的位置之后，能夠計(jì)算51路徑曲率，并基于路徑曲率計(jì)算每個(gè)線路點(diǎn)處的轉(zhuǎn)向角位置。機(jī)器屬性數(shù)據(jù)用于這些目的。線路確定單元30為每個(gè)線路點(diǎn)確定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向角位置，這些轉(zhuǎn)向角位置使機(jī)器遵循給定的線路?；谂c機(jī)器的外部尺寸和/或運(yùn)動(dòng)學(xué)特性有關(guān)的數(shù)據(jù)，線路確定單元30利用特定線路點(diǎn)必需的轉(zhuǎn)向角位置來(lái)計(jì)算52采掘機(jī)需要在其周圍的空間的大小，或者可以已經(jīng)預(yù)先存儲(chǔ)了這些數(shù)據(jù)。除采掘機(jī)的外部尺寸以外，還可使用采掘機(jī)的軸和/或鉸接轉(zhuǎn)向的采掘機(jī)的轉(zhuǎn)向節(jié)的位置數(shù)據(jù)。在已經(jīng)確定了采掘機(jī)需要的空間之后，對(duì)于每個(gè)線路點(diǎn)，都可以基于環(huán)境模型、確定的所需空間以及所討論的線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)來(lái)檢查53機(jī)器是否位于距兩壁預(yù)定的距離。如果超過(guò)最短距離，則所討論的線路點(diǎn)可以被選擇成為線路的一部分。如果對(duì)一個(gè)或多個(gè)線路點(diǎn)而言未超過(guò)預(yù)定的距離，則更新54所討論的一個(gè)或多個(gè)線路點(diǎn)的位置，以超過(guò)最短距離54。如果這不可行，則可以嘗試改變線路的路徑曲率，以便減小機(jī)器需要的空間。 應(yīng)當(dāng)注意，線路確定算法可配置為由于其它原因更新線路點(diǎn)的位置，以便優(yōu)化線路，例如以便最小化路徑曲率。在步驟55中，一般地或者可能專門針對(duì)車輛為每個(gè)線路點(diǎn)確定可容許的最大速度。例如在步驟55之后，可永久性或者暫時(shí)存儲(chǔ)確定的線路點(diǎn)的數(shù)據(jù)。如果例如需要基于圖4的步驟45執(zhí)行的檢查進(jìn)一步為線路確定線路點(diǎn)，則處理回到步驟50以確定一組新的線路點(diǎn)。例如為了確定路徑曲率，已經(jīng)確定的線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)可適當(dāng)用于確定新的線路
點(diǎn)ο應(yīng)當(dāng)注意，圖5被簡(jiǎn)化而且是示意性的，而且舉例來(lái)說(shuō)，步驟的次序可以與圖5所示的不同，或者步驟50和51并非單獨(dú)的步驟，如圖所示。例如，在步驟50中，能夠確定線路點(diǎn)可以位于的位置區(qū)域，而且在步驟51中，盡可能為采掘機(jī)選擇最好的位置。根據(jù)實(shí)施例，為線路的每個(gè)線路點(diǎn)計(jì)算速度參考值和檔位數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一同形成線路上要遵循的速度分布圖。計(jì)算分布圖時(shí)，要考慮到隧道的寬度和線路的曲徑?？梢宰詣?dòng)確保線路專用的檔位參考值使得以特定檔位馬達(dá)的轉(zhuǎn)數(shù)將足夠。這確保了機(jī)器的液壓控制具有足量的油，從而能實(shí)現(xiàn)足夠快的轉(zhuǎn)彎。在速度分布計(jì)算中還要考慮的是在預(yù)期的彎道或者堵塞的部分適當(dāng)減小速度。根據(jù)實(shí)施例，結(jié)合步驟51，線路確定單元30針對(duì)在特定線路點(diǎn)可獲得的不同的轉(zhuǎn)向角位置計(jì)算機(jī)器需要的空間大小。線路確定應(yīng)用因此可以基于環(huán)境模型確定在線路點(diǎn)可獲得的轉(zhuǎn)向角位置。在步驟51中，在轉(zhuǎn)向角的可用位置中，可以選擇到下一個(gè)線路點(diǎn)需要盡可能少的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的位置。此實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向角的位置因此可包括在線路點(diǎn)專用控制數(shù)據(jù)中，而且當(dāng)駕駛該線路時(shí)，采掘機(jī)的控制系統(tǒng)1根據(jù)接收到的轉(zhuǎn)向角位置數(shù)據(jù)直接操縱機(jī)器。線路確定單元30可配置為計(jì)算線路使得如果線路的最大路徑曲率不超過(guò)給定的限制，并且另一方面，假設(shè)最小化路徑曲率的變化率，則線路上的機(jī)器與兩壁始終保持給定的最短距離。在這種情況下，可將機(jī)器的駕駛速度調(diào)整55為盡可能的高。計(jì)算控制數(shù)據(jù)所必需的信息包括在環(huán)境模型以及機(jī)器的尺寸參數(shù)中。更詳細(xì)的方法在W02004/085966中得以公開；公布內(nèi)容中結(jié)合圖3至圖5說(shuō)明的線路點(diǎn)及其生成的描述通過(guò)引用并入本文。除圖5中示出的數(shù)據(jù)以外，還可確定各種其它采礦機(jī)專用控制數(shù)據(jù)或者采礦機(jī)類型專用控制數(shù)據(jù)。這樣的控制數(shù)據(jù)包括例如適用的檔位、可能在采掘機(jī)中提供的懸臂或者升降臂的位置，以及可能的鏟斗的位置。當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)取決于特殊采掘機(jī)裝載的設(shè)備的選擇，因此，不是每個(gè)采掘機(jī)都具有這樣的數(shù)據(jù)。可以將控制數(shù)據(jù)確定為與一個(gè)或多個(gè)線路點(diǎn)或者在某些情況下與整個(gè)線路相關(guān)。應(yīng)當(dāng)注意，與圖5不同，還可生成不那么復(fù)雜的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中，不確定速度和/ 或轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)，而只確定在明確的坐標(biāo)系中線路點(diǎn)的位置坐標(biāo)。此實(shí)施例中，采掘機(jī)1的控制設(shè)備基于連續(xù)線路點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算駕駛方向和轉(zhuǎn)彎角，使得通過(guò)根據(jù)確定的彎曲線路的曲率進(jìn)行計(jì)算，采掘機(jī)的線路遵循在計(jì)算車輛的轉(zhuǎn)向角以適當(dāng)?shù)匚挥邳c(diǎn)之間的同時(shí)由各個(gè)點(diǎn)確定的線路。然后，同樣地，還可專門使用線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，通過(guò)采掘機(jī)的控制設(shè)備中包括的軟件來(lái)計(jì)算在交叉點(diǎn)處的轉(zhuǎn)彎。根據(jù)實(shí)施例，將線路確定為互相連接的線路部分，即，片段，每一個(gè)具有它們自己的標(biāo)識(shí)符代碼。繼而，對(duì)于每個(gè)片段而言，需要時(shí)，可以確定駕駛速度以及根據(jù)特定片段的屬性確定的其它功能的極限值?？紤]每個(gè)采掘機(jī)的屬性，甚至可以采掘機(jī)專用地確定這些規(guī)范。可如上所述地布置線路確定單元30，以確定片段專用數(shù)據(jù)，S卩，簡(jiǎn)言之，每個(gè)片段中的線路點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及片段標(biāo)識(shí)符代碼。舉例來(lái)說(shuō)，圖5所示的實(shí)施例中，能夠一次確定一個(gè)片段的線路點(diǎn)?？深A(yù)先將片段專用數(shù)據(jù)保存在采掘機(jī)1的控制設(shè)備的存儲(chǔ)器中，在這種情況下，只通過(guò)發(fā)送與特定任務(wù)有關(guān)的線路片段的標(biāo)識(shí)符代碼列表就能進(jìn)行線路確定。這種基于片段的線路確定在W02004/085965得以更詳細(xì)的說(shuō)明，此處通過(guò)引用將其并入本文。根據(jù)實(shí)施例，線路具有基于預(yù)存的鏟斗清空模型在而在其中確定的鏟斗清空序列。根據(jù)實(shí)施例，在上述計(jì)算線路生成中，也基于預(yù)定的鏟斗清空模型確定鏟斗清空序列， 這還使得快速清空鏟斗能夠被確定為線路的一部分，而不需要駕駛采掘機(jī)。可以以通用形式基于與先前教導(dǎo)的線路有關(guān)的數(shù)據(jù)來(lái)確定鏟斗清空模型，使得與鏟斗的清空有關(guān)的控制數(shù)據(jù)不受任何特定位置的限制。鏟斗清空模型可以確定路徑點(diǎn)，這些路徑點(diǎn)各自具有確定的鏟斗位置值、懸臂位置值以及與參考點(diǎn)的距離，例如確定的路徑的第一點(diǎn)或最后一點(diǎn)。用于確定線路的清空模型的確定和利用已經(jīng)在申請(qǐng)人的另一 FI專利申請(qǐng)No. 20095712中得以更詳細(xì)地說(shuō)明，其描述清空模型的確定和應(yīng)用的部分通過(guò)引用并入本文。在上面結(jié)合圖4和圖5示出的線路點(diǎn)的確定中，能夠基于用戶選擇的鏟斗清空模型的數(shù)據(jù)確定用于鏟斗清空區(qū)域的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)。從用戶選擇的鏟斗清空模型獲得的鏟斗和懸臂位置數(shù)據(jù)例如可以在步驟44中與鏟斗清空區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)線路點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。必要時(shí)， 還可基于清空模型的距離數(shù)據(jù)添加新的線路點(diǎn)，以便以清空模型確定的足夠精確度來(lái)確定線路中的鏟斗清空序列。此實(shí)施例使得能利用獲準(zhǔn)的鏟斗清空序列來(lái)確定線路，而且即便對(duì)于該線路是通過(guò)駕駛采掘機(jī)讓鏟斗清空，也不需要進(jìn)行教導(dǎo)。根據(jù)實(shí)施例，可以通過(guò)利用仿真以基于計(jì)算機(jī)的方式來(lái)測(cè)試以上述方式生成的線路，這在圖6中示出。響應(yīng)于需要以當(dāng)前展示的方式測(cè)試至少部分地在沒有駕駛的條件下確定的線路，執(zhí)行測(cè)試應(yīng)用的計(jì)算機(jī)程序在步驟61中檢索或者確定采掘機(jī)仿真模型以及待測(cè)試的線路數(shù)據(jù)，即，與線路的線路點(diǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^(guò)例如作為線路確定工具一部分的線路確定單元30來(lái)執(zhí)行測(cè)試應(yīng)用。測(cè)試應(yīng)用程序驅(qū)動(dòng)62對(duì)于在被測(cè)試的線路上的采掘機(jī)建模的計(jì)算機(jī)模型?？稍诨诃h(huán)境模型或者對(duì)作業(yè)區(qū)域建模的另一種模型中生成的礦井地圖上將采掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)展示給用戶?？蓪⒕€路的每一部分中機(jī)器周圍留下的空間顯示給用戶?；蛘?，程序計(jì)算線路上在機(jī)器與壁之間留下的空間，并將不超過(guò)最短距離的可能的點(diǎn)告知給用戶。此實(shí)施例能縮短測(cè)試線路所必需的時(shí)間，或完全避免通過(guò)駕駛采掘機(jī)1來(lái)測(cè)試線路。圖7還示出了對(duì)一部分作業(yè)區(qū)域建模的簡(jiǎn)化模型70，例如環(huán)境模型，該環(huán)境模型以二維形式顯示并至少描繪了以虛線示出的壁71的位置。模型還具有線路的線路點(diǎn)72。 在沒有駕駛的情況下實(shí)現(xiàn)的上述線路確定之后，例如可以將上述如圖7所示的視圖顯示給用戶。如圖7所示，舉例來(lái)說(shuō)，在交叉點(diǎn)的位置，可以更密集地確定線路點(diǎn)。利用上述特征，計(jì)算確定的線路的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)還可用于確定其它的線路。根據(jù)實(shí)施例，對(duì)計(jì)算確定的單程線路而言，還可通過(guò)使用線路的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算確定返程線路， 在這種情況下，可以確定整個(gè)往返駕駛?cè)蝿?wù)而不需要沿著線路駕駛采掘機(jī)1。此實(shí)施例中， 通過(guò)線路確定單元30，返程線路可以具有自身的確定的線路標(biāo)識(shí)符，且線路確定單元30還以相反次序?qū)⒕€路的至少一些線路點(diǎn)確定為返程線路的線路點(diǎn)?；趶木€路數(shù)據(jù)復(fù)制的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)以相對(duì)于線路的線路點(diǎn)的相反次序?qū)⒕€路的線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)確定為返程線路的線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，并通過(guò)刪除與線路的一個(gè)或多個(gè)線路點(diǎn)相關(guān)的額外控制數(shù)據(jù)， 諸如鏟斗位置數(shù)據(jù)，可以確定返程線路的線路點(diǎn)數(shù)據(jù)。在一個(gè)或多個(gè)線路點(diǎn)處，返程線路可具有可能必需的為其確定的額外控制數(shù)據(jù)，諸如鏟斗位置數(shù)據(jù)。必要時(shí)，還可將新的線路點(diǎn)添加到返程線路。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見的是隨著技術(shù)不斷地進(jìn)步，可以以多種不同的方法來(lái)實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上述示例，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。因此，可以省去、更改或者用等同物來(lái)代替各種特征，而且可以組合本申請(qǐng)中闡述的特征以實(shí)現(xiàn)不同的組合。
權(quán)利要求
1.一種為自動(dòng)控制移動(dòng)采掘機(jī)(1)確定線路的方法，為執(zhí)行任務(wù)，所述方法包括確定所述采掘機(jī)(1)要遵循的線路，其特征在于由配置用于生成線路的數(shù)據(jù)處理機(jī)(30)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助地執(zhí)行下列步驟為所述采掘機(jī)確定所述線路檢索(41)包括壁位置數(shù)據(jù)的環(huán)境模型，從用戶至少接收(43)用于確定所述線路起點(diǎn)的輸入以及用于確定所述線路終點(diǎn)的輸入，基于所述環(huán)境模型以及與所述采掘機(jī)(1)的屬性有關(guān)的數(shù)據(jù)將所述起點(diǎn)與所述終點(diǎn)之間的所述線路確定(44)為線路點(diǎn)，至少對(duì)于所述線路點(diǎn)計(jì)算位置數(shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)(45)確定所述線路的所述數(shù)據(jù)，所述線路將用于自動(dòng)導(dǎo)引所述采掘機(jī)(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括當(dāng)所述采掘機(jī)位于特定的線路點(diǎn)時(shí)，沿著待使用的所述線路為每個(gè)線路點(diǎn)確定控制數(shù)據(jù)，所述控制數(shù)據(jù)至少包括位置數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括檢索(61)對(duì)所述采掘機(jī)(1)建模的模型以及確定所述線路的所述數(shù)據(jù)，以及通過(guò)仿真(62)所述采掘機(jī)(1)在所述線路上的駕駛來(lái)測(cè)試所述計(jì)算機(jī)輔助生成的線路。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，包括基于所述環(huán)境模型確定(50)用于所述線路的一組線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，基于所述確定的位置數(shù)據(jù)計(jì)算(51)路徑曲率，基于所述計(jì)算的路徑曲率并且線路點(diǎn)專用地，確定(51)轉(zhuǎn)向角的特定位置，所述采掘機(jī)通過(guò)所述轉(zhuǎn)向角的位置遵循所述線路，基于所述采掘機(jī)屬性數(shù)據(jù)確定(52)在所述轉(zhuǎn)向角的所述位置所述采掘機(jī)(1)需要的空間，基于所述采掘機(jī)(1)需要的所述確定的空間、線路點(diǎn)位置數(shù)據(jù)以及由所述環(huán)境模型確定的所述隧道壁位置數(shù)據(jù)來(lái)檢查(53)是否超過(guò)距隧道壁預(yù)定的最短距離，以及響應(yīng)于未超過(guò)的所述預(yù)定的最短距離更新(54)所述線路點(diǎn)的所述位置。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的方法，包括從用戶接收輸入，所述輸入與將要被精確遵循或者是參考性的至少一個(gè)線路點(diǎn)的所述位置有關(guān)，以及確定所述線路上的線路點(diǎn)，以與用戶輸入的所述線路點(diǎn)的所述位置精確一致或近乎一致。
6.一種設(shè)備，所述設(shè)備包括用于為自動(dòng)控制移動(dòng)采掘機(jī)(1)確定線路數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理裝置(30)，以及用于從所述設(shè)備的用戶接收輸入的接口，其特征在于，所述設(shè)備配置為計(jì)算機(jī)輔助地確定線路，所述設(shè)備配置為檢索(41)包括壁位置數(shù)據(jù)的環(huán)境模型，從用戶至少接收(43)用于確定所述線路起點(diǎn)的輸入以及用于確定所述線路終點(diǎn)的輸入，基于所述環(huán)境模型以及與所述采掘機(jī)(1)的屬性有關(guān)的數(shù)據(jù)將所述起點(diǎn)與所述終點(diǎn)之間的所述線路確定(44)為線路點(diǎn)，至少對(duì)于所述線路點(diǎn)計(jì)算位置數(shù)據(jù)，以及存儲(chǔ)(46)確定所述線路的所述數(shù)據(jù)，所述線路將用于自動(dòng)導(dǎo)引所述采掘機(jī)(1)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備配置為當(dāng)所述采掘機(jī)(1)位于特定的線路點(diǎn)時(shí)，為待使用的所述線路的每個(gè)線路點(diǎn)確定控制數(shù)據(jù)，所述控制數(shù)據(jù)至少包括位置數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備配置為檢索(61)對(duì)所述采掘機(jī)(1) 建模的模型以及確定所述線路的所述數(shù)據(jù)，并且所述設(shè)備配置為通過(guò)仿真所述采掘機(jī)(1)在所述線路上的駕駛來(lái)測(cè)試(62)所述計(jì)算機(jī)輔助生成的所述線路。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備配置為 基于所述環(huán)境模型確定(50)用于所述線路的一組線路點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)， 基于所述確定的位置數(shù)據(jù)計(jì)算(51)路徑曲率，基于所述計(jì)算的路徑曲率并且線路點(diǎn)專用地，確定(51)轉(zhuǎn)向角的特定位置，所述采掘機(jī)通過(guò)所述轉(zhuǎn)向角的位置遵循所述線路，基于所述采掘機(jī)屬性數(shù)據(jù)確定(52)在所述轉(zhuǎn)向角的所述位置處所述采掘機(jī)(1)需要的空間，基于所述采掘機(jī)(1)需要的所述確定的空間、線路點(diǎn)位置數(shù)據(jù)以及由所述環(huán)境模型確定的所述隧道壁位置數(shù)據(jù)來(lái)檢查(53)是否超過(guò)距隧道壁預(yù)定的最短距離，以及響應(yīng)于未超過(guò)的所述預(yù)定的最短距離更新(54)所述線路點(diǎn)的所述位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備配置為從用戶接收輸入，所述輸入與將要被精確遵循或者是參考性的至少一個(gè)線路點(diǎn)的所述位置有關(guān)，并且確定所述線路上的線路點(diǎn)，以與用戶輸入的所述線路點(diǎn)的所述位置精確一致或近乎一致。
11.一種計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)程序代碼，所述計(jì)算機(jī)程序代碼配置為當(dāng)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)公開的所述方法的步馬聚ο
全文摘要
本方法涉及一種為自動(dòng)控制移動(dòng)采掘機(jī)確定線路的方法。由配置用于生成線路的數(shù)據(jù)處理機(jī)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助地執(zhí)行下列步驟確定線路檢索包括壁位置數(shù)據(jù)的環(huán)境模型；從用戶至少接收用于確定線路起點(diǎn)的輸入和用于確定線路終點(diǎn)的輸入；基于所述環(huán)境模型以及與所述采掘機(jī)的屬性有關(guān)的數(shù)據(jù)將所述起點(diǎn)與所述終點(diǎn)之間的線路確定為線路點(diǎn)，至少對(duì)于所述線路點(diǎn)計(jì)算位置數(shù)據(jù)；以及存儲(chǔ)確定線路的所述數(shù)據(jù)，所述線路將用于自動(dòng)導(dǎo)引所述采掘機(jī)。
文檔編號(hào)E21F13/02GK102460331SQ201080028573
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者漢努·麥克拉 申請(qǐng)人:山特維克礦山工程機(jī)械有限公司