用于自行式平地機(jī)路緣作業(yè)的控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于控制自行式平地機(jī)(10)的方法，所述平地機(jī)具有鏟刀(30)、鏟刀平移致動(dòng)器(40)、用于檢測距路緣的距離的傳感器(118)、一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向的輪(58，60)、轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(88)、鉸接的機(jī)架(12，14)和鉸接致動(dòng)器(64，66)。一方面，物體傳感器(118)定位并配置成確定所述鏟刀(30)與所述路緣之間的間隙，并在用戶不干預(yù)的情況下通過自動(dòng)地操控鏟刀平移致動(dòng)器(40)、轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(88)和鉸接致動(dòng)器(64，66)中的一者或多者而將該間隙維持在一預(yù)定值?？梢曰谟勺孕惺狡降貦C(jī)(10)的操作者進(jìn)行的模式選擇來確定使用所述致動(dòng)器中的哪個(gè)或哪些來維持所述鏟刀(30)間隙。
【專利說明】用于自行式平地機(jī)路緣作業(yè)的控制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自行式平地機(jī)的操作，更具體地涉及用于自行式平地機(jī)在道路標(biāo)志如路緣附近的作業(yè)的鏟刀和轉(zhuǎn)向控制。

【背景技術(shù)】
[0002]自行式平地機(jī)是在各種作業(yè)中采用的土方機(jī)器，所述作業(yè)包括作為成形工具以形成堤岸、溝渠和護(hù)坡道，作為表面處理工具以進(jìn)行松土和其它表面處理，以及作為整修工具以將施工部位表面和道路表面精加工至最終形狀和輪廓。盡管不是普遍適用的，但自行式平地機(jī)典型地包括在鉸接接頭處接合的前機(jī)架和后機(jī)架。后機(jī)架包括用于容納動(dòng)力源和冷卻部件的艙室，所述動(dòng)力源可操作地聯(lián)接至用于機(jī)器的主推進(jìn)的后輪。后輪典型地以前后成組的方式配置在后機(jī)架的兩相對(duì)側(cè)。前機(jī)架典型地包括一對(duì)前輪，并且支承操作站和鏟刀組件。
[0003]為了形成期望的形狀、輪廓和/或整修，自行式平地機(jī)的鏟刀一般能以精確的運(yùn)動(dòng)解析度轉(zhuǎn)動(dòng)、傾斜、提升、降下和/或側(cè)向移動(dòng)至許多位置中的任何位置。因而，盡管鏟刀附裝在自行式平地機(jī)上，但相對(duì)的鏟刀位置具有高度可變性。
[0004]機(jī)器的總轉(zhuǎn)向通常取決于前輪轉(zhuǎn)向(典型地稱為“轉(zhuǎn)向”)和前機(jī)架相對(duì)于后機(jī)架的鉸接(典型地稱為“鉸接”)進(jìn)行。這允許機(jī)器駛過例如在道路中的彎道或轉(zhuǎn)彎路可能出現(xiàn)的弧度較小的弧段和圓。由于具有控制鏟刀位置、機(jī)架鉸接以及輪轉(zhuǎn)向的能力，自行式平地機(jī)的操作給用戶提供了復(fù)雜的任務(wù)。用于控制機(jī)器的操作者界面通常包括各種手動(dòng)操作控制器以使前輪轉(zhuǎn)向、定位鏟刀、控制機(jī)架鉸接并控制輔助設(shè)備例如松土器和犁，同時(shí)還包括用于監(jiān)測機(jī)器狀況和/或功能的各種顯示器。
[0005]在要求精細(xì)的鏟刀和機(jī)器定位的任務(wù)期間，甚至有經(jīng)驗(yàn)的操作者也經(jīng)常需要減緩操作速度以免損壞道路或影響鄰近的標(biāo)志，同時(shí)確保鏟刀到達(dá)待處理的區(qū)域的邊界。如本文所使用的，術(shù)語“標(biāo)志”是指待跟隨的結(jié)構(gòu)諸如路緣。雖然標(biāo)志不需要用可見涂料或其它標(biāo)志物具體標(biāo)出，但術(shù)語“標(biāo)志”并不排除這種被視覺標(biāo)出的結(jié)構(gòu)。
[0006]在平整小路時(shí)，操作者需要在弧度較小的路徑周圍操縱自行式平地機(jī)，同時(shí)保持鏟刀到路緣和其它障礙物的所需距離。這要求操作者同時(shí)控制鏟刀、前輪轉(zhuǎn)向和機(jī)架鉸接角。在這種情況下，未能適當(dāng)?shù)乜刂七@些變量中的任何一個(gè)均可能導(dǎo)致鏟刀-障礙物碰撞或不完全的平整。
[0007]某些系統(tǒng)試圖解決一部分該問題。例如，Coats等人的美國申請(qǐng)N0.2010/0010703公開了用于引導(dǎo)機(jī)器的方法，其涉及保持機(jī)器相對(duì)于標(biāo)志的位置。雖然Coats等人的系統(tǒng)確實(shí)通過使某些機(jī)器定位任務(wù)自動(dòng)化而幫助了操作者，但其未解決用于敏感作業(yè)如小路平整和外形修整的鏟刀定位問題。
[0008]本發(fā)明涉及一種改進(jìn)自行式平地機(jī)的操作的機(jī)器控制系統(tǒng)和方法以解決一個(gè)或多個(gè)上述問題或不足。然而，應(yīng)理解的是，任何特定問題的解決方案都不是對(duì)本發(fā)明以及所附權(quán)利要求的范圍的限制，除非明確指出。此外，此【背景技術(shù)】部分中討論發(fā)明人注意到的問題和解決方案；這部分中對(duì)任何問題或解決方案的包括并不表示該問題或解決方案代表已知的現(xiàn)有技術(shù)，除非另有明確說明。關(guān)于這樣明確指出的現(xiàn)有技術(shù)，其概括并非意在改變或補(bǔ)充現(xiàn)有技術(shù)文件本身；任何區(qū)別或差異應(yīng)通過參閱現(xiàn)有技術(shù)來解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種控制自行式平地機(jī)的方法。該方法包括接收來自自行式平地機(jī)的操作者的操作者選擇，該選擇指示了操作者需要的自動(dòng)鏟刀控制。借助于物體傳感器/感測器自動(dòng)地確定道路標(biāo)志的特征與最接近該道路標(biāo)志的自行式平地機(jī)的鏟刀邊緣之間的距離，鏟刀相對(duì)于道路標(biāo)志被自動(dòng)地移動(dòng)，使得道路標(biāo)志的特征與最接近道路標(biāo)志的鏟刀邊緣之間的距離基本上與目標(biāo)距離相符。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種自行式平地機(jī)，該自行式平地機(jī)包括鉸接的(接合的，articulated)機(jī)架，在鉸接的機(jī)架的一端具有一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向的牽引裝置，在鉸接的機(jī)架的另一端具有一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)牽引裝置。鏟刀定位在鉸接的機(jī)架下方以平整所述自行式平地機(jī)下方的地面，鉸接致動(dòng)器定位并配置成建立所述鉸接的機(jī)架的鉸接角。轉(zhuǎn)向致動(dòng)器定位并配置成建立所述一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向的牽引裝置的轉(zhuǎn)向角，平移/移動(dòng)致動(dòng)器定位并配置成相對(duì)于所述鉸接的機(jī)架移動(dòng)鏟刀。至少一個(gè)物體傳感器檢測鄰近自行式平地機(jī)的道路標(biāo)志，并提供指示所述鏟刀與道路標(biāo)志之間的距離的信息?？刂破髟O(shè)置用于接收來自模式選擇開關(guān)的模式選擇信號(hào)，該模式選擇信號(hào)從包括手動(dòng)模式、自動(dòng)鏟刀控制模式、自動(dòng)鏟刀和鉸接控制模式、全自動(dòng)控制模式的多個(gè)可用模式中識(shí)別出所需操作模式，在所述自動(dòng)鏟刀控制模式中，控制器控制所述鏟刀平移致動(dòng)器以維持鏟刀與道路標(biāo)志之間的目標(biāo)距離，在所述自動(dòng)鏟刀和鉸接控制模式中，控制器控制所述鏟刀平移致動(dòng)器和鉸接致動(dòng)器以在操作者使機(jī)器轉(zhuǎn)向時(shí)維持鏟刀與道路標(biāo)志之間的目標(biāo)距離，在所述全自動(dòng)控制模式中，控制器控制所述鏟刀平移致動(dòng)器、鉸接致動(dòng)器和轉(zhuǎn)向致動(dòng)器以在保持鏟刀與道路標(biāo)志之間的目標(biāo)距離的情況下引導(dǎo)自行式平地機(jī)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于控制自行式平地機(jī)的方法，該自行式平地機(jī)具有鏟刀、鏟刀平移致動(dòng)器、檢測距路緣的距離的物體傳感器、一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向的輪、轉(zhuǎn)向致動(dòng)器、鉸接的機(jī)架和鉸接致動(dòng)器。該方法包括在無用戶干預(yù)的情況下通過自動(dòng)操縱鏟刀平移致動(dòng)器、轉(zhuǎn)向致動(dòng)器和鉸接致動(dòng)器中的一者或多者來借助于物體傳感器周期性地確定鏟刀與路緣的特征之間的間隙并將該間隙保持在目標(biāo)距離。
[0012]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的附加的和替代的特征及方面通過結(jié)合所包括的附圖閱讀下面的詳細(xì)描述而變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是示例性的自行式平地機(jī)的側(cè)視圖；
[0014]圖2是示例性的自行式平地機(jī)的俯視圖；
[0015]圖3是示例性的自行式平地機(jī)的示出轉(zhuǎn)向角和鉸接角的俯視圖；
[0016]圖4是控制示意圖，其示出了在執(zhí)行本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的各實(shí)施例中使用的控制器的輸入和輸出；
[0017]圖5是示出了基于由操作者選擇的模式對(duì)自行式平地機(jī)的某些方面進(jìn)行操作的總體過程的流程圖；
[0018]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)鏟刀控制過程的流程圖；
[0019]圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)鏟刀和鉸接控制過程的流程圖；
[0020]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)鏟刀、轉(zhuǎn)向和鉸接控制過程的流程圖；和
[0021]圖9是用于允許用戶選擇某些參數(shù)的顯示器的示意性例子。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明提供一種用于自行式平地機(jī)的針對(duì)關(guān)于例如但不限于路緣等道路標(biāo)志的操作進(jìn)行轉(zhuǎn)向及鏟刀控制的系統(tǒng)和方法?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1和圖2，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性的自行式平地機(jī)。所示自行式平地機(jī)10包括前機(jī)架12、后機(jī)架14和作業(yè)工具16。在自行式平地機(jī)的情況下，所述作業(yè)工具16典型地是鏟刀組件18，有時(shí)也被稱為拉桿-環(huán)圈-犁板組件(DCM)。鏟刀組件18可以包括分開的鏟刀部分和犁板部分，并且這樣的布置將在本文中統(tǒng)稱為鏟刀、犁板或DCM。
[0023]后機(jī)架14包括容納在后室20內(nèi)的動(dòng)力源(未示出)。該動(dòng)力源通常通過變速器(未示出)可操作地聯(lián)接至后牽引裝置或后輪22，用于主要的機(jī)器推進(jìn)。如圖所示，后輪22可操作地支承在前后排連接件24上,該前后排連接件在自行式平地機(jī)10的每一側(cè)上在后輪22之間可樞轉(zhuǎn)地連接至機(jī)器。動(dòng)力源可以例如是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)或本領(lǐng)域已知的任何其它發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)力源可附加地或替代地包括蓄電池、燃料電池或者本領(lǐng)域已知的其它電力儲(chǔ)存裝置。變速器可以是機(jī)械變速器、液壓式變速器或現(xiàn)有技術(shù)已知的任何其它變速器類型，并可以操作用于在動(dòng)力源和被驅(qū)動(dòng)的牽引裝置之間產(chǎn)生多個(gè)輸出速度比(或連續(xù)可變的速度比)。
[0024]前機(jī)架12支承用于自行式平地機(jī)10的主要操作的操作臺(tái)26，該操作臺(tái)包含各種操作控制器以及用于向操作者傳達(dá)信息的多個(gè)顯示器或指示器。前機(jī)架12還包括支承鏟刀組件18的梁28。鏟刀組件18包括通過球窩接頭(未示出)可樞轉(zhuǎn)地安裝至梁28的第一端34的拉桿32。拉桿32的位置由三個(gè)液壓缸控制:控制豎直移動(dòng)的右升降缸36和左升降缸38以及控制水平移動(dòng)的中央平移缸40。如本文所用，術(shù)語“鏟刀平移”是指鏟刀經(jīng)由中央平移缸40的側(cè)向偏移。
[0025]右、左升降缸36、38連接至聯(lián)接器70，該聯(lián)接器包括可樞轉(zhuǎn)地連接至所述梁28以用于繞軸線C旋轉(zhuǎn)的升降臂72。聯(lián)接器70的底部部分具有連接至中央平移缸40的具有可調(diào)節(jié)長度的水平構(gòu)件74。
[0026]拉桿32包括大的、平的板，通常被稱為軛板42。軛板42下方是環(huán)圈形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置和安裝結(jié)構(gòu)，通常被稱為環(huán)圈44。環(huán)圈44通過例如稱為環(huán)圈驅(qū)動(dòng)器46的液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。在其它實(shí)施例中，電動(dòng)馬達(dá)用于輔助環(huán)圈44的旋轉(zhuǎn)。
[0027]無論使用何種技術(shù)來驅(qū)動(dòng)環(huán)圈驅(qū)動(dòng)器46，環(huán)圈44通過環(huán)圈驅(qū)動(dòng)器46的旋轉(zhuǎn)使附接的鏟刀30繞垂直于拉桿軛板42的平面的軸線A旋轉(zhuǎn)。如本文中所使用的，鏟刀切削角是指鏟刀16相對(duì)于前機(jī)架12的縱向軸線48的角度。例如，在鏟刀切削角為零度時(shí)，鏟刀30以與前機(jī)架12的縱向軸線48和梁28成直角的角度跨機(jī)器10對(duì)準(zhǔn)，如圖2所示。
[0028]鏟刀30和環(huán)圈44之間的樞轉(zhuǎn)組件50允許鏟刀30相對(duì)于環(huán)圈44傾斜。為此，鏟刀傾翻缸52用于使鏟刀30向前或向后傾斜。換句話說，鏟刀傾翻缸52用于使鏟刀30的頂部邊緣54相對(duì)于鏟刀30的底部切割邊緣56傾翻或傾斜，并且該傾斜的發(fā)生或程度通常被稱為鏟刀“傾翻”。
[0029]如上面所指出的，自行式平地機(jī)10的轉(zhuǎn)向通過前輪轉(zhuǎn)向和機(jī)器鉸接的組合來完成。如圖2所示，可轉(zhuǎn)向的牽引裝置(所示例子中的右輪58和左輪60)與梁28的第一端34相關(guān)聯(lián)。右輪58和左輪60可以是可旋轉(zhuǎn)和可傾斜的，以便在轉(zhuǎn)向和作業(yè)表面86的平整過程中使用。右輪58和左輪60經(jīng)由轉(zhuǎn)向裝置88連接，該轉(zhuǎn)向裝置可以包括用于使車輪繞樞轉(zhuǎn)點(diǎn)80 —致地樞轉(zhuǎn)的連桿90，以及用于提供前輪傾斜的一個(gè)或多個(gè)輪傾斜致動(dòng)器91。
[0030]參照?qǐng)D1和3，自行式平地機(jī)10包括在鉸接軸線B處可樞轉(zhuǎn)地連接前機(jī)架12和后機(jī)架14的鉸接接頭62。右鉸接缸64和左鉸接缸66兩者在機(jī)器10的相對(duì)側(cè)上連接在前機(jī)架12和后機(jī)架14之間。右、左鉸接缸64、66用于使前機(jī)架12相對(duì)于后機(jī)架14樞轉(zhuǎn)，在鉸接軸線B處分開。在圖2的示例性例子中，自行式平地機(jī)10定位在中間位置或零鉸接角位置，其中，前機(jī)架12的縱向軸線48與后機(jī)架14的縱向軸線68對(duì)齊。
[0031]圖3提供了自行式平地機(jī)10的俯視圖，其中前機(jī)架12轉(zhuǎn)動(dòng)了鉸接角a，該鉸接角由前機(jī)架12的縱向軸線48與后機(jī)架14的縱向軸線68的交點(diǎn)限定，該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)鉸接接頭62的位置。該圖示遵循的約定的是:正的a值表示從操作者面向前的視角看到的左鉸接，而負(fù)的a值表示右鉸接。在平行于前機(jī)架12的縱向軸線48的縱向軸線76與前輪58、60的縱向軸線78之間限定前輪轉(zhuǎn)向角0，角度O的原點(diǎn)在前輪58、60的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)80處。該角度O關(guān)于左前輪60示出，但也適用于右前輪58?？梢岳斫獾氖?，為了前輪58、60的轉(zhuǎn)彎中心如圖示一樣重合，可以使一轉(zhuǎn)向角與另一轉(zhuǎn)向角略微不同，其中外側(cè)輪通常具有較長的半徑。
[0032]如圖可見，自行式平地機(jī)10在轉(zhuǎn)向和鏟刀位置兩者上具有若干自由度，所述自由度提供了執(zhí)行精確作業(yè)的能力；然而，必須謹(jǐn)慎控制這些不同的自由度以提供最佳的作業(yè)成果和操作者體驗(yàn)。如上所述，小路操作可能是特別具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樾枰棺孕惺狡降貦C(jī)10精確地轉(zhuǎn)向，同時(shí)足夠準(zhǔn)確地特別是在平移方向上定位鏟刀組件18，以避免路緣損壞或不完全的平整。
[0033]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了多個(gè)特定的機(jī)器模式，包括自動(dòng)鏟刀模式，其中韋產(chǎn)刀組件18相對(duì)于道路標(biāo)志例如路緣或道路邊緣自動(dòng)定位，同時(shí)操作者通過轉(zhuǎn)向和鉸接控制機(jī)器10的定位。在另一實(shí)施例中，機(jī)器的鉸接也是自動(dòng)的，使得鉸接和鏟刀平移協(xié)作地被控制，以保持纟產(chǎn)刀組件18的邊緣與所述標(biāo)志之間的所需間距。在又一實(shí)施例中，全自動(dòng)化的模式提供了鏟刀側(cè)向平移、機(jī)架鉸接和輪轉(zhuǎn)向的自動(dòng)控制。作為一個(gè)或多個(gè)模式的可選方面，機(jī)器的速度可以被控制或限制。這些不同的模式減少了整平路緣附近的小路的麻煩并提高了在很長一段路邊或路緣附近直線平整期間的作業(yè)成果的一致性。
[0034]參照?qǐng)D4，盡管其它物理實(shí)施方式也是可行的，本發(fā)明的實(shí)施例采用了控制器94來接收和評(píng)估機(jī)器指令例如模式選擇?？刂破?4也配置成接收和評(píng)估機(jī)器數(shù)據(jù)，例如轉(zhuǎn)向角、鏟刀角、鏟刀平移量、鏟刀傾斜量、機(jī)器速度等。此外，控制器94可以接收和評(píng)估傳感器數(shù)據(jù)，諸如鄰近機(jī)器的道路標(biāo)志的位置、標(biāo)志的曲率、或標(biāo)志上的方向點(diǎn)等?？刂破?4還根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)和控制輸出來根據(jù)所選擇的模式執(zhí)行本文所述方法，例如，設(shè)定鏟刀組件18的平移、設(shè)定一個(gè)或多個(gè)機(jī)輪的轉(zhuǎn)向和傾斜角、設(shè)定鉸接角等。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器94用作結(jié)合有一個(gè)或多個(gè)微控制器和/或微處理器(以下統(tǒng)稱為“處理器”或“數(shù)字處理器”)的計(jì)算設(shè)備?？刂破?4通過從永久性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)如非易失性存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)器或光盤存儲(chǔ)器、閃存等讀取或加載計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令或代碼而運(yùn)行?？刂破?4可以以時(shí)間共享方式、多線程方式或任何其它適合的執(zhí)行技術(shù)來執(zhí)行指令。應(yīng)理解的是，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的執(zhí)行中由控制器94使用的數(shù)據(jù)也可以被儲(chǔ)存和讀出，或可以實(shí)時(shí)創(chuàng)建。控制器94具有一個(gè)或多個(gè)接口來接收數(shù)據(jù)和/或命令，以及一個(gè)或多個(gè)輸出來輸出數(shù)據(jù)和/或命令，如上面所討論的那些?？刂破?4可以是獨(dú)立的控制器或替代地在還提供其它機(jī)器功能的另一個(gè)控制器內(nèi)執(zhí)行。
[0036]在圖4所示的說明性實(shí)施例中，控制器94接收來自一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)向角傳感器98的轉(zhuǎn)向角傳感器輸入信號(hào)96。該轉(zhuǎn)向角傳感器輸入信號(hào)96提供了指示轉(zhuǎn)向角的信號(hào)。如本文中所使用的，當(dāng)所述信號(hào)直接或間接地傳達(dá)或可用于直接或間接地計(jì)算該數(shù)量或值時(shí)，該信號(hào)指示了特定的數(shù)量或值。應(yīng)理解的是，相對(duì)于所有的輸入，每個(gè)信號(hào)可以在專用物理線路或信道中通信，或者例如在機(jī)器10利用所管理的機(jī)器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的情況下可以在多信號(hào)信道中被復(fù)用。在任一種情況下，一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)可以至少部分地通過無線傳輸通?目。
[0037]控制器94還接收來自一個(gè)或多個(gè)操作者轉(zhuǎn)向控制器102的指示操作者的轉(zhuǎn)向指令的轉(zhuǎn)向輸入信號(hào)100。操作者轉(zhuǎn)向控制器102可以包括如圖1-2所示的操縱桿，或任何其它類型的操作輸入裝置，如撥盤、鍵盤、踏板或本領(lǐng)域已知的其它裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向角傳感器配置成感測操作者轉(zhuǎn)向控制器102的旋轉(zhuǎn)或位置并提供指示轉(zhuǎn)向角O的轉(zhuǎn)向輸入信號(hào)100。
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器94還接收來自一個(gè)或多個(gè)鉸接傳感器106的鉸接輸入信號(hào)104，其中鉸接輸入信號(hào)104指示后機(jī)架14與前機(jī)架12之間在軸線B處的鉸接角a。在另一實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)鉸接傳感器106包括設(shè)置在鉸接接頭62處以感測繞鉸接軸線B的轉(zhuǎn)動(dòng)的樞轉(zhuǎn)傳感器。附加地或替代地，所述一個(gè)或多個(gè)鉸接傳感器106可包括配置成監(jiān)測右和/或左鉸接缸64、66的延伸長度的一個(gè)或多個(gè)傳感器。應(yīng)理解的是，轉(zhuǎn)向角傳感器98、轉(zhuǎn)向輪傳感器(在操作者轉(zhuǎn)向控制器102處)、鉸接傳感器106以及用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的其它傳感器可以是例如電位計(jì)、延伸長度傳感器、非接觸式傳感器、角度傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器等。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)鏟刀位置傳感器110向控制器94提供鏟刀位置輸入信號(hào)108，所述鏟刀位置輸入信號(hào)108指示了鏟刀30的實(shí)際位置。這種傳感器可以配置成直接感測鏟刀位置或可以配置成基于相關(guān)的液壓致動(dòng)器的位置而(例如通過銷角度傳感器等)間接感測鏟刀位置。在一個(gè)實(shí)施例中，至少平移方向上的鏟刀位置通過例如數(shù)碼相機(jī)、LADAR、LIDAR等非接觸式傳感器(“物體傳感器”)被感測。鏟刀位置輸入信號(hào)108還可以在諸如傾斜、傾翻和旋轉(zhuǎn)等其它方面指示鏟刀30的位置。
[0040]類似地，源自操作者鏟刀定位輸入裝置126的鏟刀位置指令輸入信號(hào)124向控制器94提供有關(guān)操作者輸入的信息以定位鏟刀30。操作者鏟刀定位輸入裝置126可以是任何合適的用于設(shè)定鏟刀位置的操作者控制器，包括但不限于一個(gè)或多個(gè)操縱桿、控制桿等。
[0041]可以使用與變速器相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)變速器傳感器114以提供指示與機(jī)器的變速器相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前檔位或輸出比的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)112。可替代地，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)112可以由與用于變速器的操作者控制器(未示出)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)提供。
[0042]雖然可以從上面的輸入到控制器94的參考數(shù)據(jù)了解機(jī)器的配置，但機(jī)器和鏟刀相對(duì)于道路標(biāo)志如路緣的位置不能從這些輸入中識(shí)別，除了可能通過從過去已知的關(guān)系外推。為此，為了提供有關(guān)鄰近機(jī)器10和/或機(jī)器10前方的標(biāo)志的位置的實(shí)時(shí)信息，一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志傳感器118 ( “物體傳感器”)向控制器94提供標(biāo)志位置輸入信號(hào)116。在一個(gè)實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志傳感器118僅包括單個(gè)傳感器，該傳感器根據(jù)已知或檢測到道路標(biāo)志定位于機(jī)器10的哪一側(cè)而選擇性地面向機(jī)器10的一側(cè)或另一側(cè)。
[0043]附加地或替代地，所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志傳感器118可包括多個(gè)靜止傳感器或更有限數(shù)量的掃描傳感器，或者靜止和掃描傳感器的組合。在這種情況下的掃描傳感器是能動(dòng)態(tài)地定向到不同的視場的傳感器，例如，它可以選擇性地定向成向前或側(cè)向、向下或側(cè)向、左側(cè)或右側(cè)等。此外，可以由單個(gè)傳感器通過合成陣列的外差檢測方式等來執(zhí)行虛擬傳感器陣列以增強(qiáng)單獨(dú)的傳感器的能力。
[0044]所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志傳感器118可以包括一個(gè)或多個(gè)LIDAR(光檢測和測距)傳感器、一個(gè)或多個(gè)LADAR(激光檢測和測距)傳感器、一個(gè)或多個(gè)數(shù)碼照相機(jī)和/或其它類型的傳感器。應(yīng)理解的是，LIDAR感測涉及紫外線、可見光或近紅外輻射的發(fā)射和檢測以確定傳感器與目標(biāo)物體如道路標(biāo)志之間的距離。同樣，LADAR涉及使用激光輻射來檢測距目標(biāo)物體的距離。除了采用相干輻射，而不是在LIDAR中使用的非相干輻射，LADAR還可以在LIDAR不使用的電磁頻譜區(qū)域中操作。
[0045]雖然LADAR通?？梢蕴峁┍萀IDAR更好的遠(yuǎn)程精確度，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法需要近距離檢測。同樣，照相機(jī)通常僅相對(duì)于LADAR、LIDAR兩者在短距離內(nèi)提供精確的測距信息，但照相機(jī)確實(shí)在本文考慮的近距離內(nèi)提供適合的測距能力。因此，傳感器的類型、數(shù)量和位置的選擇可通過成本和可用性以及對(duì)多用途傳感器而不是功效問題的任何考慮來解決。例如，單個(gè)傳感器可以用于物體檢測和人員檢測兩者，或用于其它附加目的。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，與處理器一起使用的所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志傳感器118的全部或部分可以配置成優(yōu)先檢測與道路標(biāo)志相關(guān)聯(lián)的特定標(biāo)記、材料或品質(zhì)。例如，路緣的特征在于為由線性邊界與其它顏色如土壤、草的顏色等分界的特定顏色或顏色范圍的縱向塊。
[0047]在路緣的線性特征不可識(shí)別或路緣的顏色太接近路緣周圍的其它表面的顏色的環(huán)境中，可以向路緣施加非天然存在的顏色以便向所述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志傳感器118提供信號(hào)以優(yōu)先檢測。例如，可以向路緣施加明亮的白色或氖橙色顏料的連續(xù)條帶以幫助檢測和/或測距。在本實(shí)施例中，所檢測到的非天然存在的顏色將識(shí)別目標(biāo)，例如路緣，由此發(fā)生測距。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，從一個(gè)或多個(gè)操作者控制的推進(jìn)接口裝置122例如加速踏板或操縱桿、變速器模式選擇器等向控制器94提供推進(jìn)輸入信號(hào)120。這種接口設(shè)備122可位于操作臺(tái)26中。在一個(gè)實(shí)施例中，還向控制器94提供發(fā)動(dòng)機(jī)速度輸入信號(hào)121，以及源自RPM傳感器123或類似物的相關(guān)聯(lián)的發(fā)動(dòng)機(jī)速度數(shù)據(jù)。
[0049]一機(jī)器位置傳感器組130配置成向控制器94提供機(jī)器位置輸入信號(hào)128。機(jī)械位置傳感器組130可包括但不限于一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)、傾角儀、慣性測量單元和其它定向傳感器，以及GPS或其它定位系統(tǒng)。因此，機(jī)器位置輸入信號(hào)128向控制器94提供有關(guān)機(jī)器10的位置和方向兩者的信息。
[0050]如上面指出的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中設(shè)置有用于操作者的模式選擇選項(xiàng)。模式選擇選項(xiàng)可以通過向控制器94提供模式選擇信號(hào)132的模式選擇開關(guān)134呈現(xiàn)。如將在下文中更詳細(xì)地討論的，模式選擇開關(guān)134可以用來在包括例如鏟刀自動(dòng)模式、鏟刀和鉸接自動(dòng)模式、全自動(dòng)模式和正常模式或手動(dòng)模式的多個(gè)操作模式中選擇。
[0051]在討論這些模式和控制器94的操作與配置以實(shí)現(xiàn)不同模式的操作之前，控制器94的示例性輸出將被簡要地識(shí)別和討論。應(yīng)理解的是，可以在專用物理線路或通道上提供每個(gè)輸出信號(hào)，或全部輸出可在較少數(shù)量的非專用線路或通道上被復(fù)用。此外，一個(gè)或多個(gè)輸出可至少部分地通過無線傳輸通信。
[0052]對(duì)于要求維持機(jī)器位置的模式，為了維持機(jī)器位置，控制器94提供轉(zhuǎn)向輸出136以設(shè)定機(jī)器10的前輪的轉(zhuǎn)向角。轉(zhuǎn)向輸出136可以被提供給實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向命令的系統(tǒng)控制器。通過示例的方式，所述轉(zhuǎn)向輸出136可以提供給相同的用于處理來自操作者轉(zhuǎn)向控制的轉(zhuǎn)向命令的邏輯和硬件并由其處理，這進(jìn)一步致動(dòng)轉(zhuǎn)向設(shè)備88的液壓缸(未示出)，以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向命令。如后面將要討論的那樣，在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向輸出136可以通過操作者操縱。
[0053]對(duì)于控制機(jī)器10的鉸接，當(dāng)一個(gè)模式需要這種控制時(shí)，控制器94提供鉸接輸出138。與其它輸出相同，鉸接輸出138可以被提供給負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)鉸接命令的另一控制器或子系統(tǒng)?？商娲兀q接輸出138可通過獨(dú)立的硬件和過程來實(shí)現(xiàn)。在任一情況下，所指示的鉸接命令用于例如通過鉸接致動(dòng)器64、66控制機(jī)器機(jī)架的鉸接。
[0054]為了控制鏟刀30的位置以維持操作過程中鏟刀與道路標(biāo)志之間的距離(“目標(biāo)距離”)，控制器94提供了鏟刀平移輸出140。鏟刀平移輸出140可以通過與操作者輸入平移命令相同的硬件或通過獨(dú)立的信道或電路被提供給與液壓控制閥相關(guān)聯(lián)的用于中心平移缸40的控制螺線管。
[0055]最后，在某些模式中，可能期望控制機(jī)器速度。為此，控制器94提供了機(jī)器速度輸出142。機(jī)器速度輸出142可以包含或者可以用來生成用于控制機(jī)器的發(fā)動(dòng)機(jī)速度、驅(qū)動(dòng)速度和/或變速模式或范圍的命令。例如，對(duì)于粗糙的地面條件下，可能期望維持牽引元件處的恒定轉(zhuǎn)矩，而在具有顯著梯度變化的環(huán)境中，可能期望維持恒定的機(jī)器速度。
[0056]圖5至8示出了一個(gè)實(shí)施例中的由控制器94使用的用于在各種模式下控制鏟刀距道路標(biāo)志的距離的示例性過程。而本發(fā)明將舉例說明這些由控制器94執(zhí)行的過程，應(yīng)理解的是，所述過程可根據(jù)需要或期望在給定實(shí)施方案中分配。此外，應(yīng)理解的是，每個(gè)過程中的步驟的順序是示例性的，并且步驟不是必須以給定的順序發(fā)生，除非其它方式從本發(fā)明顯而易見。此外，雖然本公開說明了在各種可選擇的模式下的操作，但是也可以設(shè)想，在不脫離這些教導(dǎo)的范圍的情況下，特定應(yīng)用中的機(jī)器僅支持所述模式的子集，或?qū)嶋H上僅支持單個(gè)模式。
[0057]現(xiàn)在參照?qǐng)D5，其示出了基于由操作者例如通過模式選擇開關(guān)134進(jìn)行的模式選擇的、機(jī)器的某些方面的操作的概述過程150。使用過程150以識(shí)別用于基于模式選擇執(zhí)行的進(jìn)一步的過程。在過程150的階段152，控制器94接收來自模式選擇開關(guān)134的模式選擇信號(hào)。模式選擇信號(hào)識(shí)別期望的操作模式，所述操作模式從例如手動(dòng)、自動(dòng)鏟刀控制，自動(dòng)鏟刀和鉸接控制和全自動(dòng)控制的可用模式中選出。
[0058]在所示實(shí)施例中，過程150隨后在階段154確定已選擇了哪個(gè)可用模式，如果選擇了手動(dòng)操作則終止，如果選擇了自動(dòng)鏟刀控制則繼續(xù)至跳躍點(diǎn)A(見圖6)，如果選擇了自動(dòng)鏟刀和鉸接控制則繼續(xù)至跳躍點(diǎn)B (見圖7)，如果選擇了全自動(dòng)控制則繼續(xù)至跳躍點(diǎn)C (見圖8)。在一個(gè)可選的實(shí)施例中，當(dāng)機(jī)器速度高于預(yù)定的可接受速度時(shí)，除手動(dòng)模式以外的模式可以被鎖定，即不可選。
[0059]轉(zhuǎn)向圖6，其示出了自動(dòng)鏟刀控制過程160。自動(dòng)鏟刀控制過程160在跳躍點(diǎn)A進(jìn)入，并以可選階段162開始，其中控制器94接收標(biāo)志傳感器位置信號(hào)，例如，指示標(biāo)志傳感器如照相機(jī)、LIDAR傳感器或其它標(biāo)志傳感器是面向機(jī)器10的左側(cè)還是右側(cè)?？商娲兀刂破?4可以為標(biāo)志傳感器確定適當(dāng)?shù)姆较虿⒆詣?dòng)定位標(biāo)志傳感器。
[0060]例如，當(dāng)選擇了自動(dòng)模式時(shí)，在具有單個(gè)傳感器的實(shí)施例中，控制器94可以掃掠機(jī)器10的第一側(cè)如右側(cè)的傳感器，如果發(fā)現(xiàn)路緣或其它標(biāo)志，則將傳感器維持在該方向。如果未在右側(cè)的掃掠中發(fā)現(xiàn)路緣或其它標(biāo)志，則控制器94可以掃掠機(jī)器10的相對(duì)側(cè)上的傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，其中使用了面向左側(cè)和右側(cè)的分開的傳感器，所述標(biāo)志傳感器位置信號(hào)可以指示哪個(gè)標(biāo)志傳感器(例如在機(jī)器10的已檢測到標(biāo)志的一側(cè)上的標(biāo)志傳感器)將工作。
[0061]在過程160繼續(xù)進(jìn)行之前，控制器94可以通過視覺顯示器提示操作者將鏟刀定位的某些方面設(shè)定到所需要的設(shè)置，例如設(shè)置所需的鏟刀傾翻、傾斜和環(huán)圈平移。確定標(biāo)志傳感器的位置之后，過程160進(jìn)入階段164，其中控制器94確定從鏟刀30到所檢測到的標(biāo)志例如路緣或其它標(biāo)志的距離。盡管給定的傳感器，例如照相機(jī)、LIDAR傳感器、LADAR傳感器等將通常僅確定傳感器自身與標(biāo)志之間的距離，假定已知傳感器相對(duì)于機(jī)器的位置和已知鏟刀相對(duì)于機(jī)器的位置，控制器94則可以處理該距離信息，以確定從鏟刀邊緣到標(biāo)志的距離。
[0062]在一個(gè)實(shí)施例中，所檢測到的標(biāo)志結(jié)構(gòu)可以顯示給用戶，然后用戶選擇下一步繼續(xù)哪個(gè)特征。例如，方形路緣可以具有四個(gè)或更多個(gè)線性特征，包括基底中的那些特征，并且用戶可以選擇用于相對(duì)其測定距離的所顯示的結(jié)構(gòu)的特征。在替代實(shí)施例中，還促使操作者設(shè)定可接受的鏟刀間隙。例如，可以在顯示器上向操作者顯示鏟刀和標(biāo)志的照相機(jī)視圖并可以在顯示器上視覺地或數(shù)字地設(shè)定間隙，或者可以在觀看顯示器時(shí)手動(dòng)平移鏟刀，直到達(dá)到所需的間隙。
[0063]圖9示出了用于允許用戶選擇參數(shù)的顯示器的示意性實(shí)施例。所示的選擇顯示器206在剖面中以路緣點(diǎn)A (210)、路緣點(diǎn)B (212)和路緣點(diǎn)C (214)示出了所檢測到的路緣208的線性特征。在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)記諸如亮漆可以沿著待跟蹤的整個(gè)長度或周期性地施用到路緣，以增強(qiáng)傳感器檢測和區(qū)分路緣或路緣的某些特征的能力。
[0064]每個(gè)路緣點(diǎn)210、212、214都與跟蹤曲線即跟蹤曲線A(216)、跟蹤曲線B(218)和跟蹤曲線C(220)相關(guān)聯(lián)。鏟刀30在顯示器206中由鏟刀輪廓222示出。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示器206包括一個(gè)或多個(gè)參數(shù)區(qū)域以允許操作者輸入所需的參數(shù)。在所示實(shí)施例中，顯示器206包括鏟刀間隙區(qū)224，其中，操作者可以輸入數(shù)字的鏟刀間隙，以及當(dāng)完成間隙設(shè)定時(shí)完成用于選擇的選擇區(qū)226。如上所述，用戶還可以在觀看顯示器206時(shí)手動(dòng)設(shè)定鏟刀間隙，或在另一實(shí)施例中，可通過借助于光標(biāo)選擇或觸摸屏操作來操縱顯示器自身以設(shè)定間隙。
[0065]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)選擇路緣點(diǎn)以用于測量時(shí)，操作者也選擇相應(yīng)的跟蹤曲線。因?yàn)榕c鏟刀30相關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)不能瞬時(shí)反應(yīng)，該曲線允許控制器94來預(yù)測和適應(yīng)即將到來的曲線和不連續(xù)性。在這方面，要注意的是，跟蹤曲線216、218、220不需要精確地跟蹤選定的路緣點(diǎn)。相反，跟蹤曲線可以被跨越特定路緣點(diǎn)如水溝柵門的間隙、井蓋開口等的微小的間隙或不連續(xù)部打斷。
[0066]在一個(gè)實(shí)施例中，被打斷的跟蹤曲線在不連續(xù)部中包括連接間隙之前的最后的非未打斷的點(diǎn)和間隙之后的第一個(gè)未打斷的點(diǎn)的曲線段。在本實(shí)施例中，曲線段的曲率基本上是恰在間隙前后的曲線值的平均值。局部曲率可以通過半徑、多項(xiàng)表達(dá)式或其它方式來確定。
[0067]在某些情況下，跟蹤曲線可以呈現(xiàn)終止，即曲線上不再有可見的遠(yuǎn)側(cè)點(diǎn)，而不是可以檢測到遠(yuǎn)側(cè)點(diǎn)的間隙。在這種情況下，當(dāng)鏟刀30到達(dá)終止點(diǎn)時(shí)，跟蹤過程可以將鏟刀位置固定在其當(dāng)前位置直至再次檢測到曲線、終止自動(dòng)鏟刀控制或使鏟刀30側(cè)向平移遠(yuǎn)離路緣側(cè)。根據(jù)實(shí)施環(huán)境，其它反應(yīng)可以是適當(dāng)?shù)?。例如，如果已知被跟蹤的路緣或其它?biāo)志是圓形的或遵循一些其它預(yù)定的路徑，跟蹤過程可以繼續(xù)跟蹤虛擬的已知曲線，即使不存在可檢測到的實(shí)際路緣或其它標(biāo)志。
[0068]繼續(xù)過程160，如果該用戶尚未手動(dòng)設(shè)定間隙，控制器94在階段166將鏟刀30移動(dòng)到所需的程度，使得從鏟刀邊緣到標(biāo)志的距離與目標(biāo)鏟刀間隙距離相匹配，該目標(biāo)鏟刀間隙距離可以根據(jù)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)分辨能力小至約30mm或更小，大至大得多的間隙距離，如當(dāng)在具有延伸的基底部分的路緣附近作業(yè)時(shí)可能需要的。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)鏟刀間隙距離是預(yù)先設(shè)定的值，在替代實(shí)施例中，操作者可以選擇要維持的目標(biāo)距離，如上所述的。
[0069]在階段167，當(dāng)機(jī)器10向前移動(dòng)時(shí)，控制器94通過借助于中心平移缸40調(diào)節(jié)鏟刀側(cè)向平移而維持鏟刀30與所選曲線之間的間隙。在一個(gè)實(shí)施例中，階段167中執(zhí)行的鏟刀平移被限制在鏟刀平移可用范圍的預(yù)定百分比內(nèi)，以允許一些儲(chǔ)備能力，從而在需要時(shí)進(jìn)一步平移。例如，平移可以在階段167被限制在總的可用范圍的75%內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)側(cè)向平移達(dá)到預(yù)定的界限值時(shí)提供報(bào)警指示器。
[0070]當(dāng)機(jī)器10沿著標(biāo)志繼續(xù)時(shí)，控制器在階段169確定操作者是否已經(jīng)使機(jī)器10轉(zhuǎn)向到標(biāo)志的范圍之外。如果操作者已經(jīng)使機(jī)器10轉(zhuǎn)向到標(biāo)志的范圍之外，則該過程160在階段170升起鏟刀并使該機(jī)器恢復(fù)到手動(dòng)控制。相反，如果在階段169中確定操作者尚未使機(jī)器10轉(zhuǎn)向到標(biāo)志的范圍之外，則過程160循環(huán)返回到階段162，從而在機(jī)器10向前移動(dòng)時(shí)重新評(píng)估并進(jìn)一步改善鏟刀位置。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在恢復(fù)到手動(dòng)控制之前給出報(bào)警。例如，視覺或聽覺的報(bào)警可以指示鏟刀間隙距離處于超出范圍的危險(xiǎn)中，該機(jī)器行駛速度過快等。
[0071]除了上面提到的終止條件，一個(gè)或多個(gè)其它條件也可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器10恢復(fù)到手動(dòng)控制。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在操作者例如通過操作站26中的操作者控制器手動(dòng)操縱鏟刀側(cè)向平移的任何時(shí)間，過程160被終止，機(jī)器10恢復(fù)到手動(dòng)操作。
[0072]如果在過程150的階段154選擇自動(dòng)鏟刀和鉸接控制模式，那么控制器94根據(jù)圖7所示的自動(dòng)鏟刀和鉸接控制過程172操作，該過程最初與自動(dòng)鏟刀控制過程160相似。過程172在跳躍點(diǎn)B進(jìn)入，以可選的階段174開始，其中，控制器94接收標(biāo)志傳感器位置信號(hào)或?yàn)闃?biāo)志傳感器確定適當(dāng)?shù)姆较蚝妥詣?dòng)地定位標(biāo)志傳感器，如上所述的。在繼續(xù)之前，控制器94可以經(jīng)由視覺顯示器提示操作者將鏟刀定位的某些方面設(shè)定到所需的設(shè)置，例如，設(shè)定所需的鏟刀傾翻、傾斜和環(huán)圈平移，如關(guān)于過程160所討論的。
[0073]然后，控制器94在階段176確定從鏟刀30到所檢測的標(biāo)志的距離和在階段178移動(dòng)鏟刀30到所需程度，使得如果用戶尚未手動(dòng)設(shè)定所述間隙，那么從鏟刀邊緣到標(biāo)志的距離與預(yù)設(shè)的鏟刀間隙距離相匹配。如上面參照?qǐng)D9所述的，在一個(gè)替代實(shí)施例中，所檢測的標(biāo)志結(jié)構(gòu)可以被顯示給用戶，然后該用戶選擇跟蹤哪個(gè)特征，并設(shè)定適當(dāng)?shù)拈g隙。
[0074]隨后，當(dāng)機(jī)器10向前移動(dòng)時(shí)，控制器94在階段179通過借助于中心平移缸40調(diào)節(jié)鏟刀側(cè)向平移而維持鏟刀30與所選曲線之間初始設(shè)定的間隙。在一個(gè)實(shí)施例中，鏟刀平移被限制到小于鏟刀側(cè)向平移的實(shí)際可用范圍，例如，總可用范圍的75%。再次，當(dāng)側(cè)向平移達(dá)到預(yù)設(shè)的限制值時(shí)提供報(bào)警指示。
[0075]在本實(shí)施例中，除了檢查和設(shè)定鏟刀位置，控制器94還控制機(jī)器鉸接。鉸接的控制有三個(gè)目的，即確保符合特定運(yùn)動(dòng)規(guī)則、提供附加的側(cè)向平移能力以及允許后輪跟蹤前輪到與鉸接的其它目標(biāo)一致的程度。因此，控制器例如在階段180經(jīng)由轉(zhuǎn)向輸入信號(hào)100感測轉(zhuǎn)向角O。在階段182中，控制器94基于如下方面調(diào)節(jié)機(jī)架鉸接角a (如通過鉸接輸入信號(hào)104感測到的和經(jīng)由鉸接輸出138控制到左、右鉸接缸64、66的):(I)特定行進(jìn)規(guī)貝U，例如，不允許后輪沖擊路緣，(2)剩余鏟刀側(cè)向平移所需的量，(如果有的話)，和(3)檢測到的轉(zhuǎn)向角O。
[0076]在一個(gè)實(shí)施例中，這些目標(biāo)按順序執(zhí)行。例如，為避免后輪沖擊路緣所需的鉸接調(diào)節(jié)將優(yōu)先于為了提供附加的鏟刀側(cè)向平移或?yàn)榱耸骨?、后輪跟蹤所需的任何調(diào)節(jié)。此外，如果路緣沖擊明顯無風(fēng)險(xiǎn)，為了提供附加的鏟刀側(cè)向平移所需的任何調(diào)節(jié)將優(yōu)先于為了使前輪和后輪跟蹤所需的調(diào)節(jié)。最后，如果不需要鉸接調(diào)節(jié)來避免路緣沖擊或提供側(cè)向平移，那么可以進(jìn)行鉸接調(diào)節(jié)以允許輪進(jìn)行跟蹤。
[0077]此外，一方面，當(dāng)鉸接正在由控制器94主動(dòng)地改變時(shí)，可以為操作者提供報(bào)警或指示。在一個(gè)實(shí)施例中，如果在上述界限范圍內(nèi)可用的鉸接不足以允許鏟刀30繼續(xù)跟蹤曲線，則控制器94可以附加地調(diào)節(jié)鏟刀環(huán)圈平移以提供鏟刀側(cè)向運(yùn)動(dòng)的附加范圍。
[0078]將檢測到的轉(zhuǎn)向角O與所需的鉸接角a相聯(lián)系以用于車輪跟蹤的方法可以借助于任何合適的方法來執(zhí)行。例如，在美國專利申請(qǐng)公開N0.20110035109中描述的過程以使后中心線點(diǎn)跟蹤前中心線點(diǎn)的方式基于轉(zhuǎn)向角控制鉸接。應(yīng)理解的是，可以根據(jù)實(shí)施環(huán)境替代地使用其它類型的基于轉(zhuǎn)向的鉸接控制。例如，不是跟蹤前輪轉(zhuǎn)向，而是鉸接可以用于加強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)向輸入。
[0079]回到圖7，隨著機(jī)器10沿著標(biāo)志行進(jìn)，控制器94在階段184確定操作者是否已經(jīng)將機(jī)器10轉(zhuǎn)向到標(biāo)志的范圍之外，并且如果發(fā)生這種情況則在階段186升高鏟刀30和恢復(fù)手動(dòng)控制。否則，過程160循環(huán)回到階段174以在機(jī)器10向前移動(dòng)時(shí)重新評(píng)估和改善鏟刀位置。即使鏟刀30自身相對(duì)于機(jī)器10未運(yùn)動(dòng)，應(yīng)理解的是，因?yàn)闄C(jī)器由于轉(zhuǎn)向和鉸接和/或由于標(biāo)志的位置的橫向變化而運(yùn)動(dòng)，鏟刀相對(duì)于標(biāo)志的位置可能發(fā)生改變。
[0080]在一替代實(shí)施例中，控制器94根據(jù)標(biāo)志的趨向和/或即將到來的標(biāo)志特征例如標(biāo)志的曲率相互結(jié)合地調(diào)節(jié)機(jī)架鉸接和鏟刀位置而不是按順序調(diào)節(jié)這些變量。例如，如果鏟刀邊緣被檢測到距路緣或其它標(biāo)志過遠(yuǎn)，則控制器94可以確定標(biāo)志是否在即將到來的預(yù)定距離例如機(jī)器長度30英尺或其它所需尺寸內(nèi)彎曲。如果該標(biāo)志確實(shí)在既定距離內(nèi)彎曲，則控制器94可以等待以接收預(yù)期的轉(zhuǎn)向改變，然后可使用鉸接調(diào)節(jié)與鏟刀平移相結(jié)合以使鏟刀邊緣與標(biāo)志之間的間隙減小到適當(dāng)距離。
[0081]類似地，控制器94可以利用機(jī)架鉸接和鏟刀平移來相互平衡以便在機(jī)器10繼續(xù)向前時(shí)允許調(diào)節(jié)具有最多的剩余自由度。例如，如果當(dāng)前鏟刀平移位置遠(yuǎn)離中心，并接近到左邊或右邊的行進(jìn)極限，控制器94可以在調(diào)節(jié)機(jī)架鉸接的同時(shí)重新調(diào)節(jié)鏟刀朝向中心平移以考慮改變的鏟刀邊緣相對(duì)于標(biāo)志的位置。
[0082]在一個(gè)具體的示例中，如果鏟刀邊緣向標(biāo)志移位而偏離中心過遠(yuǎn)，控制器94可以使鏟刀30朝向中心平移返回，同時(shí)降低鉸接，其結(jié)果是鏟刀邊緣與所述標(biāo)志之間的間隙保持為所需間隙。然而，如上所述，操作者可能從標(biāo)志轉(zhuǎn)向過遠(yuǎn)，使得鏟刀平移和機(jī)架鉸接的全部范圍不足以將間隙保持在適當(dāng)尺寸。在這種情況下，如分別在圖6和7的階段168和184中，控制器94可以認(rèn)為機(jī)器10超出范圍，并且可以終止所涉及的自動(dòng)過程。
[0083]簡要地回到圖5，如果階段154將過程150引導(dǎo)至跳躍點(diǎn)C，則選擇了全自動(dòng)控制，并且控制器94執(zhí)行圖8所示的過程188。在一個(gè)實(shí)施例中，全自動(dòng)控制需要機(jī)器鏟刀側(cè)向平移和鉸接的控制以維持距路緣或其它標(biāo)志的設(shè)定間隙。此外，機(jī)器的速度可以選擇性地被控制，以保持低于預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)?？商娲兀^程188可能會(huì)要求在如關(guān)于上述其它實(shí)施例所述的開始之前檢查機(jī)器速度。
[0084]在執(zhí)行過程188時(shí)，控制器94初始接收標(biāo)志傳感器位置信號(hào)或?yàn)闃?biāo)志傳感器確定適當(dāng)?shù)姆较?，并在階段190自動(dòng)地定位標(biāo)志傳感器，如上所述的。此時(shí)，控制器94可以借助于視覺顯示器提示操作者設(shè)定鏟刀傾翻、傾斜和環(huán)圈平移以及例如借助于上述顯示器驅(qū)動(dòng)過程可選地設(shè)定鏟刀與路緣或其它標(biāo)志之間的適當(dāng)?shù)拈g隙。
[0085]然后控制器94在階段192確定從鏟刀30到所檢測的標(biāo)志的距離并且在階段194移動(dòng)鏟刀30到所需程度，使得如果用戶未手動(dòng)設(shè)定間隙則使從鏟刀邊緣到標(biāo)志的距離與預(yù)設(shè)的鏟刀間隙距離相匹配，并移動(dòng)到這種運(yùn)動(dòng)不違反預(yù)設(shè)范圍界限的程度。
[0086]然后隨著機(jī)器10向前移動(dòng)，控制器94在階段194主要通過借助于中心平移缸40調(diào)節(jié)鏟刀側(cè)向平移來維持在鏟刀30與所選曲線之間初始設(shè)定的間隙。如果鏟刀平移被限制成小于所述鏟刀側(cè)向平移的實(shí)際可用范圍，如上所述的，那么任何未滿足的側(cè)向平移要求可在后續(xù)步驟中調(diào)整。在本實(shí)施例中，可當(dāng)側(cè)向平移達(dá)到預(yù)設(shè)限度值時(shí)提供報(bào)警指示。
[0087]在階段196，控制器94控制機(jī)器轉(zhuǎn)向角O和機(jī)架鉸接角a以提供任何附加的側(cè)向平移直到符合任何運(yùn)動(dòng)規(guī)則例如后輪不能沖擊路緣或其它標(biāo)志的程度。因此，在階段196，控制器94調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角和鉸接角以移動(dòng)機(jī)器10更靠近或更遠(yuǎn)離路緣，以便輔助將所述間隙維持在所需的值，同時(shí)還保持鏟刀側(cè)向平移在可接受的范圍內(nèi)，到調(diào)節(jié)不違反運(yùn)動(dòng)規(guī)則的程度。
[0088]轉(zhuǎn)向角O與鉸接角a之間的關(guān)系可以以任何期望的方式來指定，但在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向角和鉸接角被設(shè)定成使得后中心線點(diǎn)跟蹤前中心線點(diǎn)，如上所述的。如果在上述界限內(nèi)可用的鉸接不足以允許鏟刀30繼續(xù)跟蹤曲線而不違反上述限制，那么控制器94可以附加地調(diào)節(jié)鏟刀的環(huán)圈平移以提供鏟刀側(cè)向運(yùn)動(dòng)的附加范圍。
[0089]當(dāng)機(jī)器10沿著標(biāo)志行進(jìn)時(shí)，控制器94在階段198 —致調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角和機(jī)架鉸接角以跟隨目標(biāo)曲線。如果該曲線如在階段200確定的那樣終止(除了具有預(yù)期恢復(fù)的瞬間終止，例如，間隙之后)，或者如果用戶手動(dòng)終止如在階段202確定的自動(dòng)控制過程，那么過程188終止。否則，過程188繼續(xù)以執(zhí)行階段198從而跟隨目標(biāo)曲線。
[0090]盡管未在圖6至8中未明確地示出，控制器94可以在任何自動(dòng)模式下控制機(jī)器的速度，例如，除了確保機(jī)器速度小于預(yù)定的閾值速度之外還用于維持恒定的速度。例如，在平整度頻繁改變的環(huán)境中操作的過程中，自動(dòng)的速度控制可以是有用的。
[0091]在一個(gè)實(shí)施例中，在操作者試圖控制一自動(dòng)的或固定的功能例如鏟刀深度或平移、或操縱手動(dòng)控制例如轉(zhuǎn)向到機(jī)器10被放置超出自動(dòng)可校正的范圍的情況下，控制器94退出任何自動(dòng)鏟刀間隙設(shè)定模式。類似地，如果操作者在任何時(shí)間從自動(dòng)模式切換到手動(dòng)模式，控制器94將機(jī)器10返回到手動(dòng)控制。在另一實(shí)施例中，當(dāng)從任何自動(dòng)模式離開、切換到手動(dòng)模式時(shí)，控制器94使鏟刀30被升高。
[0092]工業(yè)實(shí)用件
[0093]總體而言，本發(fā)明提出了用于在跟蹤道路標(biāo)志如路緣的操作過程中控制自行式平地機(jī)的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)和方法控制自行式平地機(jī)在小路的路緣附近平地期間的操作的一個(gè)或多個(gè)方面。在另一實(shí)施例中，機(jī)器操作者可以選擇操作模式，示例性的操作模式包括手動(dòng)模式、鏟刀自動(dòng)模式、鏟刀和轉(zhuǎn)向自動(dòng)模式以及全自動(dòng)模式，在全自動(dòng)模式中，鏟刀平移、機(jī)器轉(zhuǎn)向和機(jī)器鉸接都被自動(dòng)化以跟蹤標(biāo)志。
[0094]在自動(dòng)化操作過程中的任何時(shí)間，操作者可能會(huì)改變模式，或在一個(gè)實(shí)施例中，簡單地控制機(jī)器離開當(dāng)前自動(dòng)模式，在這種情況下，機(jī)器恢復(fù)到手動(dòng)模式。本文描述的用于自行式平地機(jī)操作的方法和系統(tǒng)維持鏟刀與標(biāo)志之間的所需間隙以避免自行式平地機(jī)的鏟刀在操作過程中沖擊標(biāo)志，特別是在鄰近彎曲的標(biāo)志例如小路的路緣的操作期間。
[0095]除了允許操作者將自行式平地機(jī)的鏟刀維持在距路緣或其它標(biāo)志的固定距離處，在該過程中收集的距離數(shù)據(jù)也可以用于以歷史方式提供平地過程的記錄。例如，該數(shù)據(jù)用于在一個(gè)實(shí)施例中向操作者提供已用所需間隙平整的區(qū)域的地圖，即，那些區(qū)域已經(jīng)通過接合的鏟刀控制行進(jìn)經(jīng)過。此記錄可以可選地疊加在現(xiàn)場地圖上以向操作者或管理人員提供已完成工作的記錄和仍有待完成的工作的圖示。在另一實(shí)施例中，顯示器包括一個(gè)或多個(gè)指示器，該指示器示出具有待校正或注意的問題的區(qū)域，例如違反距路緣間隙設(shè)定的區(qū)域。
[0096]應(yīng)理解的是，本發(fā)明提供了一種用于自行式平地機(jī)控制的有效和高效的機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。不僅所描述的系統(tǒng)和方法普遍提高操作者的舒適度，減少操作者的疲勞，而且它們還產(chǎn)生了高質(zhì)量的平地效果，其中操作者培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)比其它情況要求的更少。
[0097]雖然僅已闡述了所描述的系統(tǒng)和方法的某些實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，替代方案和修改方案將從上面的說明變得顯而易見。這些和其它替代方案被認(rèn)為是等同方案并在本發(fā)明的精神和范圍以及所附的權(quán)利要求內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自行式平地機(jī)(10)，包括: 鉸接的機(jī)架(12，14)，在該鉸接的機(jī)架(12，14)的一端具有一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向的牽引裝置(58，60)，在該鉸接的機(jī)架(12，14)的另一端具有一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)牽引裝置(22)； 鏟刀(30)，該鏟刀定位在所述鉸接的機(jī)架(12，14)下方以平整所述自行式平地機(jī)(10)下方的地面； 定位并配置成產(chǎn)生所述鉸接的機(jī)架(12，14)的鉸接角的鉸接致動(dòng)器出4，66)，定位并配置成產(chǎn)生所述一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向的牽引裝置(58，60)的轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(88)，和定位并配置成相對(duì)于所述鉸接的機(jī)架(12，14)移動(dòng)所述鏟刀(30)的側(cè)向平移致動(dòng)器(40)； 至少一個(gè)物體傳感器(118)，該物體傳感器定位并配置成檢測鄰近所述自行式平地機(jī)(10)的道路標(biāo)志，并提供指示所述鏟刀(30)與所述道路標(biāo)志之間的距離的信息；和 控制器(94)，該控制器配置成接收來自模式選擇開關(guān)(134)的模式選擇信號(hào)，該模式選擇信號(hào)從包括手動(dòng)模式、自動(dòng)鏟刀控制模式、自動(dòng)鏟刀和鉸接控制模式和全自動(dòng)控制模式的多個(gè)可用模式中識(shí)別出所需的操作模式，在所述自動(dòng)鏟刀控制模式中，所述控制器(94)控制所述鏟刀側(cè)向平移致動(dòng)器(40)，以維持所述鏟刀(30)與所述道路標(biāo)志之間的目標(biāo)距離，在所述自動(dòng)鏟刀和鉸接控制模式中，所述控制器(94)控制所述鏟刀側(cè)向平移致動(dòng)器(40)和所述鉸接致動(dòng)器(64，66)，以便在操作者使機(jī)器轉(zhuǎn)向時(shí)維持所述鏟刀(30)與所述道路標(biāo)志之間的目標(biāo)距離，在所述完全自動(dòng)控制模式中，所述控制器(94)控制所述鏟刀側(cè)向平移致動(dòng)器(40)、鉸接致動(dòng)器(64，66)和轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(88)，以在維持所述鏟刀(30)與所述道路標(biāo)志之間的目標(biāo)距離的情況下引導(dǎo)所述自行式平地機(jī)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行式平地機(jī)(10)，其特征在于，所述至少一個(gè)物體傳感器(118)包括單個(gè)可重定位的物體傳感器，并且其中所述控制器(94)配置成利用所述單個(gè)可重定位的物體傳感器來確定所述道路標(biāo)志位于所述自行式平地機(jī)(10)的哪側(cè)上并定位所述物體傳感器(118)以檢測距所述道路標(biāo)志的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自行式平地機(jī)(10)，其特征在于，所述控制器(94)還配置成檢測道路標(biāo)志的特征的曲線，并且當(dāng)所述模式選擇信號(hào)識(shí)別出自動(dòng)鏟刀控制模式、自動(dòng)鏟刀和鉸接控制模式和完全自動(dòng)控制模式中的一者時(shí)使所述鏟刀(30)與所述曲線保持目標(biāo)距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的自行式平地機(jī)(10)，其特征在于，所述控制器(94)還配置成當(dāng)所述模式選擇信號(hào)識(shí)別出自動(dòng)鏟刀和鉸接控制操作模式時(shí)檢測來自操作者的轉(zhuǎn)向命令并提供鉸接命令來基于所檢測的轉(zhuǎn)向命令設(shè)定機(jī)架鉸接的程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的自行式平地機(jī)(10)，其特征在于，所述控制器(94)還配置成當(dāng)操作者試圖手動(dòng)控制一自動(dòng)化功能時(shí)返回手動(dòng)操作模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的自行式平地機(jī)(10)，其特征在于，所述控制器(94)還配置成當(dāng)操作者使所述自行式平地機(jī)(10)轉(zhuǎn)向超出所述道路標(biāo)志的預(yù)定范圍時(shí)返回手動(dòng)操作模式。
7.—種控制自行式平地機(jī)(10)的方法，該自行式平地機(jī)具有鏟刀(30)、鏟刀側(cè)向平移致動(dòng)器(40)、用于檢測距路緣的距離的物體傳感器(118)、一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)向的輪(58，60)、轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(88)、鉸接的機(jī)架(12，14)和鉸接致動(dòng)器出4，66)，所述方法包括: 借助于所述物體傳感器(118)周期性地確定所述鏟刀(30)與所述路緣的特征之間的間隙；和在無用戶干預(yù)的情況下通過自動(dòng)操縱所述鏟刀側(cè)向平移致動(dòng)器(40)、轉(zhuǎn)向致動(dòng)器(88)和鉸接致動(dòng)器(64，66)中的一者或多者來借助于所述物體傳感器(118)自動(dòng)地使所述間隙維持在目標(biāo)距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制自行式平地機(jī)(10)的方法，其特征在于，所述路緣的特征呈現(xiàn)為基本上沿其行進(jìn)方向上的長度的曲線，并且其中，將所述間隙維持在目標(biāo)距離包括使所述鏟刀(30)以與所述特征相距目標(biāo)距離的方式跟隨所述曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的控制自行式平地機(jī)(10)的方法，其特征在于，所述物體傳感器(118)包括定位成檢測所述自行式平地機(jī)(10)的第一側(cè)上的物體的第一物體傳感器和定位成檢測所述自行式平地機(jī)(10)的第二側(cè)上的物體的第二物體傳感器，并且其中，借助于所述物體傳感器(118)周期性地確定所述鏟刀(30)與所述路緣的特征之間的間隙包括通過所述第一物體傳感器和所述第二物體傳感器中的一者檢測距所述路緣的距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的控制自行式平地機(jī)(10)的方法，其特征在于，所述物體傳感器(118)包括單個(gè)可定位的物體傳感器，并且其中，確定所述鏟刀與所述路緣的特征之間的間隙包括首先朝所述路緣引導(dǎo)所述單個(gè)可定位的物體傳感器。
【文檔編號(hào)】E02F9/20GK104204362SQ201380017103
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月27日
【發(fā)明者】M·布勞恩施泰因, 朱永亮 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司