CN107794967A - 机器的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器的控制系统，更具体地，是一种用于控制第一物料接合作业器具的操作的系统，其包括第一机器、第二机器、以及控制器。控制器配置为储存器具系统的运动学模型和特点；确定第二机器操作区域，其中，第二机器操作区域由第二机器的物料移动计划来限定；以及确定第一机器的当前姿势。控制器进一步配置为基于第一机器的姿势、器具系统的运动学模型和特点、以及第二机器操作区域来确定第一机器操作区域，其中，第一机器操作区域与第二机器操作区域间隔开；以及生成多个命令信号以便使第一物料接合作业器具在第一机器操作区域内在第一位置与第二位置之间移动。

Description

机器的控制系统

技术领域

本发明大体上涉及控制机器，并且更具体地，涉及一种用于控制邻近第二机器的第一机器的移动的控制系统。

背景技术

诸如绳索铲车、采矿铲车、以及挖掘机等用于移动物料的大型机器可以在每个物料移动循环移动大量物料。在这种物料移动循环期间，可能沿着不期望的区域倾倒或者转移物料。这种不期望的物料可能通过影响装载、挖掘、或者倾倒操作、或者通过扰乱机器可能沿着其行进的期望路线或者路径而不利地影响物料移动循环的性能。

相应地，附加的较小机器可能与较大机器一起操作以移动不期望的物料以便提高较大物料移动机器的效率。彼此靠近的这些机器的操作可能造成机器之间的碰撞风险。此外，由于一些机器的大小，所以可能很难或者不可能迅速地停止机器以避免碰撞。更进一步地，从机器(尤其是大型机器)内看到的可见性可能受到限制，因此进一步增加了碰撞风险。

已经研发出系统来在机器周围生成回避区域以便减小碰撞的可能性。美国专利第8,768,583号公开了一种绳索铲车，该绳索铲车具有用于检测靠近绳索铲车的物体的系统。在检测到物体时，系统可以增强对绳索铲车的控制以便缓和可能的碰撞的影响。可以将呈可听的、视觉的、或者触觉的反馈的形式的警报提供给绳索铲车的操作员。

前述背景技术的讨论仅仅意在帮助读者。其不意在限制本文所描述的创新，也不意在限制或者扩大所讨论的现有技术。因此，前述讨论不应被认为是表示现有系统的任何特定元件都不适合与本文所描述的创新一起使用，其也不意在表示任何元件对于实施本文所描述的创新必不可少。本文所描述的创新的实施方式和应用是由所附权利要求书来限定。

发明内容

在一个方面中，一种用于控制第一物料接合作业器具的操作的系统包括第一机器、第二机器、以及控制器。第一机器包括：器具系统，其具有带有第一物料接合作业器具的连杆组件；以及第一机器姿势传感器，其用于生成指示第一机器的姿势的第一机器姿势信号。第二机器包括：用于推动第二机器的地面接合驱动机构，以及第二物料接合作业器具。控制器配置为储存第一机器的器具系统的运动学模型和特点；确定第二机器操作区域，其中，第二机器操作区域由第二机器的物料移动计划来限定；以及基于第一机器姿势信号来确定第一机器的当前姿势。控制器进一步配置为基于第一机器的当前姿势、器具系统的运动学模型和特点、以及第二机器操作区域来确定第一机器操作区域，其中，第一机器操作区域与第二机器操作区域间隔开；以及生成多个命令信号以便使第一物料接合作业器具在第一机器操作区域内在第一位置与第二位置之间移动。

在另一方面中，一种用于控制第一物料接合作业器具的操作的方法包括：提供第一机器，第一机器包括器具系统，其具有带有第一物料接合作业器具的连杆组件；提供第二机器，第二机器包括用于推动第二机器的地面接合驱动机构和第二物料接合作业器具；储存第一机器的器具系统的运动学模型和特点；以及确定第二机器操作区域，其中，第二机器操作区域由第二机器的物料移动计划来限定。方法进一步包括：基于由第一机器姿势传感器生成的第一机器姿势信号来确定第一机器的当前姿势；基于第一机器的当前姿势、器具系统的运动学模型和特点、以及第二机器操作区域来确定第一机器操作区域，其中，第一机器操作区域与第二机器操作区域间隔开；以及生成多个命令信号以便使第一物料接合作业器具在第一机器操作区域内在第一位置与第二位置之间移动。

在又另一方面中，一种用于与第二机器一起使用的机器包括器具系统、机器姿势传感器、以及控制器。第二机器包括用于推动第二机器的地面接合驱动机构、以及第二物料接合作业器具，并且第二机器操作区域是由第二机器的物料移动计划限定。机器的器具系统具有包括物料接合作业器具的连杆组件。机器姿势传感器操作用于生成指示机器的姿势的机器姿势信号。控制器配置为储存第一机器的器具系统的运动学模型和特点；基于机器姿势信号来确定机器的当前姿势；基于机器的当前姿势、器具系统的运动学模型和特点、以及第二机器操作区域来确定机器操作区域，其中，机器操作区域与第二机器操作区域间隔开；以及生成多个命令信号以便使物料接合作业器具在机器操作区域内在挖掘位置与倾倒位置之间移动。

附图说明

图1描绘了工作地点的示意图，包含本文所公开的原理的机器可以用在该工作地点处；

图2描绘了根据本发明的绳索铲车的图解视图；

图3描绘了图1的工作地点的一部分的示意图；

图4描绘了根据本发明的推土机的图解视图；

图5描绘了绳索铲车和邻近推土机的操作区域的示意图；

图6描绘了类似于图3的示意图，但使用第二拖运卡车；

图7描绘了类似于图3的示意图，但使用第二挖掘位置；以及

图8描绘了流程图，该流程图图示了根据本发明的物料移动过程。

具体实施方式

图1描绘了工作地点100的图解视图，一个或多个机器10可以在工作地点100处操作。工作地点100可以是采矿地点、填埋场、采石场、建筑工地、道路施工地点、森林、农场、或者期望进行机器的移动的任何其它区域的一部分。如所描绘的，工作地点100包括露天矿101，露天矿101具有表面102，可以通过诸如绳索铲车15等机器10从表面102挖掘或者移除物料并且将其装载到诸如拖运卡车80等机器中。拖运卡车80被描绘为沿着道路103行进至倾倒物料的倾倒位置。诸如推土机85等机器10可以接近绳索铲车15以及接近或者朝着顶部(诸如，脊部105的边缘、路堤、高墙或者其它高度变化)使物料沿着地表面104移动。表面102和地表面104在此可以统称为作业表面。

参照图2，描绘了示例性绳索铲车15。绳索铲车15包括平台或者基部16，平台或者基部16可旋转地安装在底架或者履带式拖拉机17上。履带式拖拉机17可以包括地面接合驱动机构，诸如，一对履带18，其操作用于推动和转动绳索铲车15。基部16可以包括通常表示为19的动力单元和操作员站20。动力单元19给绳索铲车15的各个部件提供或者分布电力和/或液压动力。摆动马达(通常表示为21)操作用于控制基部16相对于履带式拖拉机17围绕轴线22的旋转。

连杆组件或者器具系统可以安装在基部16上并且包括具有低端或者第一端26的吊杆25，低端或者第一端26可操作地连接至(诸如，固定地安装至)基部16。A形架28可以安装在基部16上并且一个或多个支撑缆绳29可以在A形架与吊杆25的上端或者第二端27之间延伸以便支撑吊杆的第二端。一对间隔开的滑车轮30可以安装在吊杆25的第二端27上。

连杆组件可以进一步包括物料接合作业器具，诸如，牢固地安装至连接构件或者铲斗柄40的勺斗或者铲斗35。铲斗35可以包括多个物料接合齿36以及与该齿相对的可枢转门37以便容许倾倒或者清空铲斗35。在第一关闭位置处，门37将物料保持在铲斗35中，并且在第二打开位置处，物料可以通过门离开铲斗。

提升缆绳45从基部16上的提升滚筒46延伸出去，由吊杆25的第二端27上的滑车轮30支撑，并且接合与铲斗35相联的横木或者挂锁38。提升缆绳45通过提升马达(通常表示为47)的旋转进行的延伸或者缩回使铲斗35的高度相对于地面参考降低或者升高(即，提升)。可以通过使用致动器缆绳48打开铲斗的门37来释放铲斗35内的物料，致动器缆绳48在门与基部16上的门致动器马达49之间延伸。

铲斗柄40通常是细长的并且可操作地连接至吊杆25。更具体地，铲斗柄40可滑动地被支撑在鞍状块41内并且鞍状块可枢转地安装在吊杆25上。铲斗柄40的延伸或者缩回(也称为“推压”)可以由推压控制机构控制，该推压控制机构可操作地连接至铲斗柄和鞍状块41。在一个实施例中，推压控制机构可以包括双动式液压缸42，其中，液压缸的一侧可操作地连接至铲斗柄40并且另一侧可操作地连接至鞍状块41。因此，可以通过液压缸42的操作来控制铲斗柄40的推压。在第二实施例中(未示出)，推压绳和缩回绳可以可操作地连接至铲斗柄并且路线围绕推压滚筒。推压滚筒的旋转控制铲斗柄40的推压。在第三实施例中(未示出)，齿条可以安装在铲斗柄上，并且驱动小齿轮安装在鞍状块上。在第三实施例中，可以通过小齿轮的操作来控制铲斗柄40的推压。

绳索铲车15可以包括操作员站20，操作员可以地物理地占据操作员站20并且提供输入以控制机器。操作员站20可以包括一个或多个输入装置(未示出)，操作员可以使用所述输入装置来给控制系统(通常表示为55)提供输入，以便控制绳索铲车15的操作的各方面。操作员站20还可以包括多个显示装置(未示出)以便给操作员提供关于绳索铲车15的状态和物料移动操作的信息。

控制系统55可以包括电子控制模块或者控制器56以及多个传感器。控制器56可以接收来自在操作员站20内或者通过无线通信系统110(图1)在机器的场外操作绳索铲车15的操作员的输入信号。控制器56可以控制绳索铲车15的各个方面的操作，这些操作包括使铲斗35定位、以及打开铲斗的门37以便倾倒物料负载。

控制器56可以是按照逻辑方式进行操作以便执行操作、执行控制算法、储存和检索数据以及其它期望操作的电子控制器。控制器56可以包括存取存储器、二级储存装置、处理器、以及用于运行应用的任何其它部件。存储器和二级储存装置可以是如下形式：只读存储器(ROM)或者随机存取存储器(RAM)或者可以由控制器访问的集成电路。各种其它电路可以与控制器56相联，诸如，电源电路、信号调节电路、驱动器电路、以及其它类型的电路。

控制器56可以是单个控制器或者可以包括设置用于控制绳索铲车15的各种功能和/或特征的多于一个控制器。术语“控制器”意在按其最宽泛的意义进行使用以便包括可以与绳索铲车15相联的并且可以协作以控制机器的各种功能和操作的一个或多个控制器和/或微处理器。控制器56的功能可以在硬件和/或软件中进行实施，无论该功能如何。控制器56可以依赖于一个或多个数据图，该一个或多个数据图与绳索铲车15的操作条件和操作环境以及可能被储存在控制器的存储器中或者与控制器相联的工作地点100有关。这些数据图中的每一个可以包括呈表格、图形、以及/或者方程式的形式的数据集合。

控制系统55和控制器56可以作为具有车载控制器的车载控制系统位于绳索铲车15上或者可以分布有诸如同样定位为远离绳索铲车或者在场外(诸如，在命令中心111(图1)和/或诸如推土机85等另一机器上)的场外控制器等部件。控制系统55的功能可以被分布为使得某些功能在绳索铲车15处执行并且其它功能则远程地执行。在这种情况下，控制系统55可以使用诸如无线通信系统110等通信系统来在绳索铲车15与定位为远离机器的系统之间传递信号。

绳索铲车15可以配备有多个传感器或者与多个传感器相联，该多个传感器提供指示(直接地或者间接地)机器的各个操作参数的数据。术语“传感器”意在按其最宽泛的意义进行使用以便包括可以与绳索铲车15相联的并且可以协作以感测机器的各种功能、操作、以及操作特点的一个或多个传感器和相关部件。

姿势感测系统60(如在图2中通常由箭头示出)可以包括姿势传感器61以便感测绳索铲车15相对于工作地点100的位置和方位(即，前进方向、俯仰、滚动或倾斜、以及偏航)。绳索铲车15的位置和方位有时统称为机器的姿势。

姿势传感器61可以包括多个单个传感器，该多个单个传感器协作以生成指示绳索铲车15的位置和方位的姿势信号并且将其提供至控制器56。在一个示例中，姿势传感器61可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器与诸如全球导航卫星系统或者全球定位系统等定位系统相互作用以便作为姿势传感器进行操作。在另一示例中，姿势传感器61可以进一步包括斜率或者倾斜传感器，诸如，俯仰角传感器，以测量绳索铲车15相对于地面或者地球参考的斜率或者倾斜。控制器56可以使用来自姿势传感器61的姿势信号来确定工作地点100内的绳索铲车15的姿势。在其它示例中，姿势传感器61可以呈其它形式(诸如，与基于感知的系统一起使用的那些传感器)，或者可以使用其它系统(诸如，激光、声纳、摄像机、测距无线电装置、或者雷达)以确定绳索铲车15的姿势的所有方面或者一些方面。

若需要，则姿势感测系统60可以包括不同的位置感测系统和方位感测系统。换言之，可以提供位置感测系统(未示出)以确定绳索铲车15的位置，并且可以提供单独的方位感测系统(未示出)以确定机器的方位。

可以提供一个或多个器具传感器以监测铲斗35的位置和状态。更具体地，可以提供传感器以提供指示铲斗35的位置和其它特点的信号。可以提供摆动传感器62，摆动传感器62生成指示基部16相对于履带式拖拉机17的角度的摆动信号。在一个示例中，姿势感测系统60可以确定基部16的姿势，并且摆动传感器62可以确定履带式拖拉机17相对于基部的角度。

可以提供提升传感器63，提升传感器63生成指示铲斗35相对于基部16的高度的提升信号。提升信号可以是基于提升缆绳45、提升滚筒46、以及/或者提升马达47的位置。可以提供门传感器64，门传感器64生成指示铲斗35的门37的状态(即，打开或者关闭)的门信号。推压传感器65可以与吊杆25、铲斗柄40、以及/或者鞍状块41相联。推压传感器65可以配置为生成指示铲斗柄40相对于吊杆25的推压或者位置(即，延伸或者缩回)的推压信号。

每个传感器可以体现为任何期望的结构或者机构。尽管在可以用于确定基部16、履带式拖拉机17、铲斗35、以及铲斗柄40的相对位置的位置传感器的语境中进行了描述，但一些传感器或者所有传感器可以使用另一参照系，诸如，全球导航卫星系统或者全球定位系统。例如，一个或多个传感器可以类似于姿势传感器61并且相对于地球或者另一非机器参照物来确定位置。

可以连同基部16、履带式拖拉机17、铲斗35、以及铲斗柄40的尺寸、以及各个部件之间的相对位置基于绳索铲车的运动学模型来确定包括基部16、吊杆25、铲斗35、以及铲斗柄40的绳索铲车15的各部件的位置。更具体地，控制器56可以包括或者储存数据图，该数据图基于各个部件之间的相对位置来识别绳索铲车15的每个部件的位置。控制器56可以使用各个部件的尺寸和位置来生成和储存在工作地点100处的绳索铲车15的三维电子地图。此外，通过了解某些部件的速度或者加速度，可以确定绳索铲车15的其它部件的速度或者加速度。

控制系统56还可以包括定位在绳索铲车15上或者与绳索铲车15相联的地形测绘或者感知系统66以便扫描作工作地点100并且测绘绳索铲车周围的作业表面以及工作地点处的任何障碍物。感知系统66可以包括一个或多个感知传感器67，一个或多个感知传感器67可以扫描工作地点100以便收集限定其作业表面的信息。更具体地，感知传感器67可以确定从感知传感器67至限定出测绘表面(诸如，作业表面)的点以及工作地点100处的障碍物的距离和方向。在图3中在68处示意性地描绘了每个感知传感器67的视野。

测绘或者感知传感器67可以安装在绳索铲车15上，诸如，在如图3中描绘的机器的四个角部处。在其它示例中，感知传感器67可以安装在绳索铲车15上的其它位置处、在其它机器上、或者安装在工作地点100处的固定位置中。感知传感器67可以体现为：激光雷达(光探测和测距)装置(例如，激光扫描仪)、雷达(无线电探测和测距)装置、声呐(声音导航和测距)装置、摄像机、以及/或者可以确定至其对象和/或属性的范围和方向的其它类型的装置。感知传感器67可以用于感测关于所检测的对象和作业表面的范围、方向、颜色、以及/或者其它信息或者属性，并且生成指示这种感测到的信息和属性的测绘信号。

感知系统66可以使用感知传感器67所生成的感测数据来生成工作地点100的电子三维地形图。可以将该地形图叠置或者储存为工作地点100的三维电子地图并且其包括绳索铲车15的三维地图。在一个示例中，电子地图可以由控制器56和/或场外控制器储存。

限定出工作地点100的电子地图的数据或者数据点可以是由如下各项生成：绳索铲车15的感知系统66、具有感知系统的一个或多个机器、或者绳索铲车与其它机器的组合。无论最初生成电子地图的方式如何，随后都可以使用由绳索铲车15的感知系统66以及/或者具有感知系统的其它机器收集到的数据来更新电子地图。

可以按照任何期望方式来设定铲斗35的挖掘位置的位置。在一个示例中，可以通过操作员手动地将铲斗移动至期望位置并且致动操作员站20内的输入装置(诸如，开关(未示出))来设定挖掘位置。来自传感器(例如，摆动传感器62和推压传感器65)的指示期望挖掘位置的一般位置的信号可以由控制器56储存以便随后识别期望挖掘位置。可以针对每个挖掘位置重复该过程。

在另一示例中，可以通过使控制系统55进入学习模式并且通过操作员提供指令以使绳索铲车15操作用于执行挖掘操作来设定或者储存期望挖掘位置。在执行挖掘操作时，控制器56可以确定来自摆动传感器62的摆动位置和来自推压传感器65的推压，并且储存这些位置以便随后识别期望挖掘位置。在又另一示例中，可以通过识别由控制器56储存的电子地图上的位置来设定或者储存期望挖掘位置。更具体地，操作员可以在操作员站20内的显示装置上识别或者输入期望挖掘位置。

可以按照类似方式或者通过使用与铲斗35和/或拖运卡车80相联的传感器来设定倾倒位置。

绳索铲车15可以配置为自主地、半自主地、或者手动地进行操作。当半自主地或者手动地操作时，可以通过远程控制和/或通过物理地位于操作员站20内的操作员来操作绳索铲车15。如本文所使用的，按照自主方式操作的机器在不需要人类操作员输入的情况下基于从各个传感器接收的信息自动地操作。作为示例，自动地遵循从一个位置至另一位置的路径并且在终点处倾倒负载的拖运卡车可以是在自主地操作。

半自主地操作的机器包括：在机器内或者远处的操作员执行一些任务或者提供一些输入，并且其它任务则自动地被执行并且可以是基于从各个传感器接收的信息。作为示例，操作员可以将绳索铲车15的铲斗倾倒到拖运卡车80中并且控制器56可以自动地将铲斗或者勺斗返回至执行另一挖掘操作的位置。在另一示例中，铲斗35可以自动地从挖掘位置移动至倾倒位置。手动地操作的机器是操作员控制机器的所有功能或者基本上所有功能的机器。机器可以由操作员(即，远程控制)按照手动方式或者半自主方式远程地操作。

图4描绘了可以在工作地点100处操作的推土机85。推土机85具有框架86、诸如发动机87等原动机、以及配置为推动物料的诸如铲板88等地面接合作业器具。诸如履带89等地面接合驱动机构可以由推土机85的相对侧上的驱动链轮90驱动以便推动机器。

铲板88可以通过推土机85的每一侧上的臂91可枢转地连接至框架86。联接至框架86的第一液压缸92在垂直方向上支撑铲板88并且允许铲板垂直地上下移动。在推土机85的每一侧上的第二液压缸93允许铲板尖端的俯仰角相对于机器的中心线改变。

推土机85可以包括驾驶室94，操作员可以地物理地占据驾驶室94并且提供输入以控制机器。驾驶室94可以包括一个或多个输入装置，诸如，操纵杆、按钮、以及杠杆等，操作员可以通过该一个或多个输入装置发布命令以便控制机器的推进系统和转向系统以及操作与机器相联的各个器具。

与绳索铲车15一样，推土机85可以包括类似于上文所描述的那些车载控制系统和车载控制器的车载控制系统95和车载控制器96并且不再重复对其的描述。车载控制系统95可以形成控制系统55的一部分，并且车载控制器96可以形成控制器56的一部分。

推土机85可以包括用于有效地操作机器的各个系统和传感器，诸如，大体上类似于绳索铲车15的姿势感测系统的姿势感测系统97、以及包括一个或多个感知传感器99的通常表示为98的感知系统。感知系统98和感知传感器99可以大体上类似于绳索铲车15的那些感知系统和感知传感器，并且可以提供指示邻近推土机85的地形的数据。

控制系统55可以包括模块或者规划系统，在图2中通常表示为70，用于确定或者规划物料移动操作的各个方面。规划系统70可以使用来自与绳索铲车15相联的传感器的各种类型的输入以及工作地点100的电子地图，该电子地图包括作业表面的构型、绳索铲车的位置、邻近绳索铲车的任何障碍物的位置和移动、期望的或者提议的挖掘位置、期望的或者提议的倾倒位置、以及待被移动的物料的特点。绳索铲车15的性能和期望操作特点以及其运动学模型也可以由控制器56储存并且由规划系统70使用。规划系统70可以模拟和评估物料移动操作的任何方面，诸如，通过评估铲斗35的当前位置与目标区域之间的多个潜在路径，并且然后选择提议的挖掘位置、倾倒位置、以及/或者挖掘位置与倾倒位置之间的基于一个或多个标准产生最令人期望的结果的路径(或者提供关于其的反馈)。

无论绳索铲车15是自主地操作、半自主地操作、还是手动地操作，都可以使用规划系统70。当手动地操作绳索铲车15时，规划系统70可以提供关于挖掘位置、倾倒位置、以及其间的路径的建议。当自主地或者半自主地操作时，规划系统70可以确定命令，并且控制器56可以生成命令以便将铲斗35引导至期望位置或者按照期望方式来引导铲斗35，诸如，通过控制基部16相对于履带式拖拉机17的旋转、铲斗柄40相对于吊杆25的移动、以及/或者铲斗35的高度。这些命令可以控制绳索铲车15的每种类型的移动(即，旋转、推压、以及提升)的速度和加速度(以及减速度)中的任一个。

在绳索铲车15执行的物料移动操作期间，物料可能被转移到地表面104上，这可能降低物料移动操作的效率。例如，可以从表面102或者其它位置处转移物料，从而导致一堆物料115(图3)位于邻近被挖掘的区域的场地。在另一示例中，物料可能在物料装载或者运载过程期间(诸如，当装载拖运卡车80时)被洒出，从而导致一堆物料116位于邻近倾倒位置。尽管在表面102的场地处和在倾倒位置处进行了描绘，但不期望的物料可能位于绳索铲车15附近(例如，邻近或者在铲斗35的操作范围内)的任何位置处。

可以按照多种方式来识别不期望的物料115和116。在一个示例中，物料115和116可以由感知系统66识别并且由控制器56储存在电子地图中。当不期望的物料115和116达到预定阈值(诸如，特定大小或者高度)时，控制器56可以生成物料移动或者清除请求。在另一示例中，物料移动或者清除请求可以由绳索铲车15的操作员生成。例如，当铲斗35接近不期望的物料时，可以通过操作员按压操作员站20内的视觉显示器(未示出)或者通过致动输入装置(未示出)来指定不期望的物料115和116的位置。

在又另一示例中，可以基于绳索铲车15的操作通过预定数量的物料移动循环来指定不期望的物料的位置。在这种情况下，物料移动循环的数量可以是基于多个因素，包括在每个循环期间行进的距离以及由铲斗35移动的物料的物料特点。

当生成物料移动请求时，控制器56可以生成回避区域或者机器操作区域117(图5)，表示或者对应于如下区域：在该区域中，诸如推土机85等物料移动机器可以操作用于移除不期望的物料。应注意，在图5中描绘了机器操作区域117，其中，不期望的物料115和不期望的物料116两者均是用于图示的目的并且两种物料都可以不存在于机器操作区域中。

机器操作区域117可以包括大体上在物料115和116周围的区域，并且进一步包括机器的当前位置和在机器的当前位置与该堆物料之间的路径。此外，如果物料115和116被移动至另一位置，则机器操作区域117可以进一步包括该另一位置以及至该另一位置的路径。相应地，可以理解的是，机器操作区域117不仅包括推土机85的当前位置，而且包括机器将定位的规划或者预期位置。

在操作员在操作员站20内或者远程地操作绳索铲车15的一些方面的情况下，推土机85的机器操作区域117可以被显示在操作员站或者远程站点处的视觉显示器上以便辅助操作员。

如果控制器56操作绳索铲车15的一些方面，则规划系统70可以使用推土机85的机器操作区域117来修订或者修改绳索铲车15的铲斗35在挖掘位置与倾倒位置之间行进的路径。这样做时，规划系统70可以修改挖掘位置和倾倒位置中的一个或者两个。

例如，参照图6，描绘了物料移动操作，其中，按照所请求的物料移动操作修改了倾倒位置。在绳索铲车15在挖掘位置140和第一装载或者倾倒位置141处操作时，可能会疏忽地将物料倾倒在第一倾倒位置处。当生成物料移动请求时，可以生成或者储存第二装载或者倾倒位置142，其指定拖运卡车80可以定位的新位置。第一倾倒位置141和第二倾倒位置142可以定位在任何位置处，但在图6中描绘为在绳索铲车15的相对侧上。

在物料装载操作期间，可以在挖掘位置140处将物料装载到铲斗35中，并且使铲斗移动至与位于第一倾倒位置141处的第一拖运卡车80对齐并且使其卸载。当清空铲斗35时，控制器56可以生成多个命令信号以便使铲斗移动回到挖掘位置140并且可以重复装载第一拖运卡车80的过程直到第一拖运卡车满载。在使铲斗35移动回到挖掘位置140的同时，可以将随后的拖运卡车80定位在第一倾倒位置处并且继续进行物料移动过程。

当对于邻近第一倾倒位置141的位置生成物料移动请求时，可以将第二拖运卡车82定位在第二位置142处并且控制器56可以修改物料移动计划以便将物料倾倒在第二倾倒位置处而不是第一倾倒位置处。在一些情况下，倾倒位置的修改可以发生在第一倾倒位置141处的拖运卡车80已经完全装满之后。物料移动操作可以继续进行将物料倾倒在第二倾倒位置142处，直到第一倾倒位置141已经清除了不期望的物料，第二倾倒位置已经根据需要进行改造，第二倾倒位置处的第二拖运卡车82已经被填满，已经对于第二倾倒位置或者对于任何其它期望的时期生成了物料移动请求。

在图7中描绘的第二示例中，描绘了物料移动操作，其中，按照所请求的物料移动操作修改了挖掘位置。在绳索铲车15在第一挖掘位置145处挖掘并且在倾倒位置147处倾倒时，物料可能积累在或者落在邻近表面102的场地，这可能不利地影响物料移动过程。当接近第一挖掘位置145生成物料移动请求时，可以生成或者储存第二挖掘位置146，其指定新的挖掘位置。

更具体地，在物料装载操作期间，可以在第一挖掘位置145处将物料装载到铲斗35中，并且使铲斗移动至与位于倾倒位置147处的拖运卡车80对齐并且使其卸载。当清空铲斗35时，控制器56可以生成多个命令信号以便使铲斗移动回到第一挖掘位置145并且可以重复装载拖运卡车80的过程直到拖运卡车满载。一旦拖运卡车80满载，拖运卡车就可以离开倾倒位置147并且将空的拖运卡车定位在倾倒位置处。

如果物料积累在或者落在邻近第一挖掘位置145处，则可以生成物料移动请求。规划系统70可以修改物料移动计划或者生成新的计划以使用新的或者第二挖掘位置146并且避免机器操作区域117(图5)(推土机85可以在机器操作区域117处操作)执行物料移动操作。在一些情况下，第二挖掘位置146可以更接近倾倒位置147。在其它情况下，第二挖掘位置148可以在第一挖掘位置145的相对侧上并且可以使用表示为149的新的第二倾倒位置。

无论绳索铲车15的操作方式如何(自主的、半自主的、或者手动的)，在一些实施例中，控制器56都可以防止绳索铲车15的部件进入推土机85的机器操作区域117。在其它情况下，如果绳索铲车15开始进入推土机85的机器操作区域117，则可以生成警报。

推土机85可以配置为自主地、半自主地、或者手动地执行物料移动操作。在规划系统70识别用于绳索铲车15的部件的期望路径并且操作员在驾驶室94内或者远程地操作推土机85的情况下，可以将绳索铲车15的机器操作区域120传达至或者显示在驾驶室或者远程站点处的视觉显示器上以便辅助推土机的操作员。与推土机85的机器操作区域117一样，绳索铲车15的机器操作区域120不仅包括机器的当前位置，而且包括绳索铲车将定位的预期位置。

当绳索铲车15自主地或者半自主地操作时，规划系统70可以生成期望路径和移动命令并且因此所显示的机器操作区域120将与绳索铲车的操作相匹配。然而，在绳索铲车15的手动操作的情况下，规划系统70可能仅仅生成期望或者建议路径，操作员可以遵循也可以不遵循该期望或者建议路径。在这种情况下，如果绳索铲车在手动地操作，则可以按照不同方式(例如，不同颜色)来显示机器操作区域，以便向推土机操作员表明绳索铲车可能偏离建议路径。

与绳索铲车15一样，无论推土机85的操作方式如何，在一些实施例中，控制器56都可以防止推土机的部件进入绳索铲车的机器操作区域120。在其它情况下，如果推土机85开始进入绳索铲车15的机器操作区域120，则可以生成警报。

在绳索铲车15或者推土机85包括手动操作的一些方面的程度下，控制器56可以共享另一机器的机器操作区域。更具体地，推土机的机器操作区域117可以与绳索铲车15共享并且被显示在操作员站20内，并且绳索铲车的机器操作区域120可以与推土机共享并且被显示在驾驶室94内。控制器56还可以使用每个机器的操作区域来根据需要控制绳索铲车15和推土机85中的任一个或者两个的操作以便防止或者限制一个机器移动到另一机器的操作区域中。

工业实用性

从前述讨论将容易理解本文所描述的系统的工业实用性。本发明适用于许多机器和由机器执行的任务。示例性机器包括绳索铲车、液压采矿铲车、以及挖掘机。

当机器靠近彼此操作时，存在机器之间的碰撞风险。已经研发出系统来防止或者减小碰撞的可能性，诸如，通过在机器周围产生回避区域。然而，这种系统可能通过防止每个机器周围的特定范围内的所有操作而降低机器操作的效率。在一些情况下，可以令人期望的是容许邻近机器的一部分的操作，同时识别各机器之间的距离，并且在一些情况下，防止冲突移动。

此外，可能很难或者不可能迅速地停止某些大型机器的移动。相应地，可以令人期望的是预测潜在路径或者操作区域并且将这些操作区域用作回避区域以便减小或者消除快速地停止机器的需要。

参照图8，描绘了使用绳索铲车15进行的半自主物料移动操作的流程图。流程图描绘了如下过程：在该过程中，绳索铲车操作员可以手动地执行挖掘操作，并且控制器56半自主地将铲斗35移动至与拖运卡车80对齐，倾倒铲斗的负载，并且使铲斗返回至挖掘位置，绳索铲车操作员可以在该挖掘位置处执行新的挖掘操作。流程图所描绘的过程包括邻近挖掘位置的物料移动操作的可能性。如上文所描述的，物料移动过程还可以包括在其它位置处(诸如，邻近倾倒位置)的清除操作。

在阶段150处，可以将在工作地点100处操作的机器的特点输入到控制器56中。该特点可以包括操作能力、尺寸、期望操作特点、以及其它期望的或者必要的信息。示例可以包括绳索铲车15的运动学模型以及拖运卡车80和推土机85的尺寸。

可以在阶段151处生成工作地点100的电子地图。在一个示例中，可以通过感知系统66创建电子地图。感知传感器67可以生成由控制器56接收的测绘信号，并且控制器可以将该测绘信号转化为工作地点100的电子地图。电子地图可以包括描绘表面102、地表面104、以及绳索铲车15的位置的代表图。

可以在阶段152处通过控制器56设定或者储存一个或多个挖掘位置。控制器56可以按照任何期望的方式来识别和储存挖掘位置。在一个示例中，操作员可以将铲斗35移动至期望挖掘位置并且致动操作员站20内的诸如开关(未示出)等输入装置。来自传感器(例如，摆动传感器62、提升传感器63、以及推压传感器65)的指示期望挖掘位置的位置的信号可以由控制器56储存。

在阶段153处，可以通过控制器56设定或者储存一个或多个倾倒位置。控制器56可以按照任何期望的方式来识别和储存倾倒位置。在一个示例中，操作员可以将铲斗35移动至期望倾倒位置并且致动操作员站20内的诸如开关(未示出)等输入装置以便从铲斗倾倒物料。来自传感器(例如，摆动传感器62、提升传感器63、以及推压传感器65)的指示期望倾倒位置的位置的信号可以由控制器56储存。在其它情况下，可以基于来自感知系统66、拖运卡车80的姿势感测系统、以及/或者任何其它期望系统的信息来设定或者储存倾倒位置。

铲斗35的路径可以由规划系统70设定或者确定以便将铲斗从其初始位置移动至挖掘位置。这样做时，规划系统70可以在决策阶段154处确定是否已经生成了物料移动请求。如果已经生成了清除请求，则规划系统70可以在阶段155处确定与不期望的物料相联的回避区域或者机器操作区域117。机器操作区域可以是基于不期望的物料的位置和数量、推土机85的当前位置、以及可以将不期望的物料移动至其的位置。在阶段156处，规划系统70可以基于机器操作区域117确定新的挖掘位置。应注意，不太可能在物料移动操作的开始生成物料移动命令。

如果在决策阶段154处或者在完成了阶段156时未生成物料移动请求，则控制器56可以生成多个命令信号以便在阶段157处将铲斗35移动至当前的或者最近设定的挖掘位置。在阶段158处，可以生成挖掘命令信号，从而使得铲斗35诸如从矿区101(图1)的表面102处装载上物料。应注意，在阶段152处设定或者储存挖掘位置的步骤可以取决于挖掘位置被储存的方式基于阶段157和/或158而发生。规划系统70可以在阶段159处规划至倾倒位置的期望路径。更具体地，规划系统70可以确定用于使铲斗35遵循的至拖运卡车80的期望路径。当装载铲斗35时，规划系统70可以确定从挖掘位置至倾倒位置的期望路径。

控制器56可以在阶段160处生成命令信号以便使铲斗35沿着所识别的或者预定的路径朝着拖运卡车80移动。在阶段161处，控制器56可以接收来自绳索铲车15和拖运卡车80的各个传感器的数据，并且在阶段162处使用这些数据来确定铲斗35的位置。控制器56可以在决策阶段163处确定铲斗35是否与倾倒位置充分地对齐。如果铲斗35未与倾倒位置充分地对齐，则铲斗35可以继续朝着期望位置移动并且重复阶段160至163。

如果铲斗35与倾倒位置对齐，则可以生成倾倒命令信号以便在阶段164处将铲斗35内的负载倾倒到拖运卡车80中。为此，控制器56可以生成命令以致动与致动器缆绳48接合的门致动器马达49以便打开门37。

当在阶段165处使铲斗35返回至期望挖掘位置时，控制器56可以在决策阶段166处确定拖运卡车80是否满载。在一个实施例中，拖运卡车80的负载感测系统可以用于确定拖运卡车何时满载。如果拖运卡车80未满载，则拖运卡车可以保持在原位并且物料移动过程可以继续进行并且重复阶段154至166。

如果拖运卡车80满载，则可以在阶段167处从倾倒位置处移动拖运卡车并且将其运输至与倾倒位置间隔开的期望位置。一旦已经从倾倒位置处移动了满载的拖运卡车80，就可以在阶段168处将空的拖运卡车移动至倾倒位置，并且物料移动过程可以继续进行并且重复阶段154至168。

在已经生成了物料移动请求的情况下，推土机85可以在机器操作区域117内操作，同时绳索铲车15如图8的流程图所描绘的那样移动物料。

设想了各种替代过程。例如，在一些情况下，可以令人期望的是，在生成新的挖掘位置时生成新的倾倒位置。该新的倾倒位置可以在使用新的挖掘位置的同时进行使用并且可以在物料移动过程已经完成之后继续进行使用。此外，尽管在位于邻近挖掘位置处的不期望的物料的语境下进行了描述，但规划系统70也可以完成在其它位置处(诸如，在倾倒位置处以及在挖掘位置与倾倒位置之间的位置处)的物料移动请求。在不期望的物料位于邻近倾倒位置处的情况下，可以通过规划系统70确定或者设定新的倾倒位置。在一些情况下，可以令人期望的是，在生成新的倾倒位置时生成新的挖掘位置。该新的挖掘位置可以在使用新的倾倒位置的同时进行使用并且可以在物料移动过程已经完成之后继续进行使用。

应理解，前述描述提供所公开的系统和技术的示例。然而，设想了本发明的其它实施方式可以在细节上不同于前述示例。对于本发明或者其示例的所有参照均意在参照在该点处讨论的特定示例，并且不意在暗示对于更一般的本发明的范围的限制。针对某些特征的所有差别语言和轻视语言意在表示缺乏对这些特征的偏好，但并不完全从本发明的范围将其排除，除非另外指明。

除非本文另外指明，否则本文对值的范围的叙述仅仅意在用作一种速记方法，分别涉及落入该范围内的每个单独的值，并且每个单独的值包含在说明书内，就如在本文将其个别地列举出一样。本文所描述的所有方法都可以按照任何合适的顺序来执行，除非本文另外指明或者如若不然与上下文明显矛盾。

相应地，本发明包括如适用法律所容许的在所附权利要求书中叙述的主题的所有修改和等同物。此外，上述元件按照其所有可能的变化进行的任何组合均由本发明涵盖，除非本文另外指明或者另外与上下文明显矛盾。

Claims (10)

1.一种用于控制第一物料接合作业器具的操作的系统，其包括：

第一机器，其包括：

器具系统，其具有包括所述第一物料接合作业器具的连杆组件；

第一机器姿势传感器，其用于生成指示所述第一机器的姿势的第一机器姿势信号；

第二机器，其包括：

地面接合驱动机构，其用于推动所述第二机器；

第二物料接合作业器具；以及

控制器，其配置为

储存所述第一机器的所述器具系统的运动学模型和特点；

确定第二机器操作区域，所述第二机器操作区域由所述第二机器的物料移动计划限定；

基于所述第一机器姿势信号来确定所述第一机器的当前姿势；

基于所述第一机器的所述当前姿势、所述器具系统的所述运动学模型和特点、以及所述第二机器操作区域来确定第一机器操作区域，所述第一机器操作区域与所述第二机器操作区域间隔开；以及

生成多个命令信号以便使所述第一物料接合作业器具在所述第一机器操作区域内在第一位置与第二位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一位置是挖掘位置，并且所述第二位置是倾倒位置。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述第二机器的所述物料移动计划是基于来自所述第一机器的操作员的输入。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述第二机器的所述物料移动计划是基于来自感知系统的输入。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述第二机器的所述物料移动计划是基于所述第一机器的物料移动计划。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述控制器进一步配置为自主地生成所述第二机器的所述物料移动计划并且将所述第二机器的所述物料移动计划传达至所述第二机器。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述第二机器进一步包括第二机器姿势传感器，所述第二机器姿势传感器用于生成指示所述第二机器的当前姿势的第二机器姿势信号，并且所述第二机器操作区域进一步由所述第二机器的当前姿势限定。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述第二机器操作区域在所述第一物料接合作业器具的操作范围内。

9.一种用于控制第一物料接合作业器具的操作的方法，其包括由权利要求1至8中任一项所述的系统所执行的步骤。

10.一种用于与第二机器一起使用的机器，所述第二机器包括用于推动所述第二机器的地面接合驱动机构以及第二物料接合作业器具，第二机器操作区域是由所述第二机器的物料移动计划限定，所述机器包括根据权利要求1至8中任一项所述的系统。