用于機器機具的自適應(yīng)控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及控制系統(tǒng)和方法，更特別地涉及一種用于控制機器機具的定位 的自適應(yīng)控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的推土挖土機或地形改造機器例如履帶式牽引機、自動平地機、鏟土機和/ 或反鏟裝載機具有諸如是推土刮鏟或鏟斗的機具，在作業(yè)地點上使用該機具以改變一部分 土地的地形或地表。該機具可以由操作人員控制或由自主造型控制系統(tǒng)控制，以在作業(yè)地 點上完成工作。例如，操作人員可以移動操作人員輸入裝置，從而使用一個或多個液壓執(zhí)行 機構(gòu)控制機具的移動或定位。為了實現(xiàn)最終的表面輪廓或最終的造型，操作人員或造型控 制系統(tǒng)可以將機具調(diào)整到各種位置。
[0003] 然而，如果操作人員在控制移動，則定位機具是需要專門技能和花費精力的復(fù)雜 且耗時的工作。傳統(tǒng)的機器配置有比例（P)、比例-微分（PD)、比例-積分（PI)和/或比 例-積分-微分（PID)控制器，以實現(xiàn)對各種機器機具的位置控制。這種控制器可以被配 置成與機器上的全球定位系統(tǒng)（GPS)接收器相結(jié)合。美國專利No. 6, 655, 465公開了一種 利用GPS的這種傳統(tǒng)的機器控制系統(tǒng)。
[0004] 然而，這種傳統(tǒng)的p/ro/pi/piD控制器需要頻繁調(diào)制控制增量參數(shù)，并且不能很 好地適應(yīng)于地表的操作狀況或在有效造型控制中使用的其它參數(shù)的改變。例如，對于每種 新的地表類型，在操作之前，必須針對該特定的地表改變控制器增量參數(shù)。這種頻繁的調(diào)制 增加了等待時間（latency)并且需要人工干預(yù)，從而增加了操作成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 一方面，提供了一種用于機器機具的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。該自適應(yīng)控制系統(tǒng)包括機 器的機器機具和在操作上聯(lián)接至機器機具的自適應(yīng)控制器。該自適應(yīng)控制器包括處理器， 該處理器被配置成從至少一個位置探測系統(tǒng)接收機器機具相對于地表的位置、接收有關(guān)于 地表的操作狀況的數(shù)據(jù)、將該位置與存儲在存儲器中的目標(biāo)位置進行比較、將有關(guān)于操作 狀況的數(shù)據(jù)與存儲在存儲器中的地表的參考模型中所儲存的數(shù)據(jù)進行比較、基于該比較并 基于地表的操作狀況的更新后的參考模型來調(diào)整機器機具的位置。
[0006] 另一方面，提供了一種用于機器機具的自適應(yīng)控制方法。該自適應(yīng)控制方法包括 在自適應(yīng)控制器中從至少一個位置探測系統(tǒng)接收機器機具相對于地表的位置。該自適應(yīng)控 制方法包括在自適應(yīng)控制器中接收有關(guān)于地表的操作狀況的數(shù)據(jù)。該自適應(yīng)控制方法包括 在自適應(yīng)控制器中將該位置與存儲在存儲器中的目標(biāo)位置進行比較。該自適應(yīng)控制方法包 括在自適應(yīng)控制器中將有關(guān)于操作狀況的數(shù)據(jù)與存儲在存儲器中的地表的參考模型中所 儲存的數(shù)據(jù)進行比較。該自適應(yīng)控制方法包括在自適應(yīng)控制器中基于該比較并基于地表的 操作狀況的更新后的參考模型來調(diào)整機器機具的位置。
[0007] 再一方面，提供了一種自適應(yīng)控制器，該自適應(yīng)控制器包括處理器和聯(lián)接至處理 器的存儲器。該存儲器包括其上的計算機可執(zhí)行指令。當(dāng)處理器執(zhí)行計算機可執(zhí)行指令時， 將導(dǎo)致處理器從至少一個位置探測系統(tǒng)接收機器機具相對于地表的位置、接收有關(guān)于地表 的操作狀況的數(shù)據(jù)、將該位置與存儲在存儲器中的目標(biāo)位置進行比較、將有關(guān)于操作狀況 的數(shù)據(jù)與存儲在存儲器中的地表的參考模型中所儲存的數(shù)據(jù)進行比較、以及基于該比較并 基于地表的操作狀況的更新后的參考模型來調(diào)整機器機具的位置。
【附圖說明】
[0008] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于機器機具的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
[0009] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的圖1的自適應(yīng)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制器。
[0010] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的使用圖1的自適應(yīng)控制系統(tǒng)用于自適應(yīng)控制的 方法。
[0011] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于圖3的方法的自動增量調(diào)制。
[0012] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于圖3的方法的臺架試驗操作。
[0013] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于圖3的方法的在機靜止調(diào)制。
[0014] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于圖2的自適應(yīng)控制器的移動試驗，其中按 照圖3的方法使用圖2的自適應(yīng)控制器。
[0015] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的用于圖3的方法的控制器驗證步驟。
【具體實施方式】
[0016] 現(xiàn)在參考附圖，其中同樣的附圖標(biāo)記指的是相同的元件，圖1中示出了自適應(yīng)控 制系統(tǒng)100的一示例性方面。一方面，自適應(yīng)控制系統(tǒng)100包括機器101。一方面，機器101 在作業(yè)地點112上工作，并且與基站130和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS) 128通信。機器101可 以是執(zhí)行有關(guān)于諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、運輸、景觀美化等行業(yè)的操作的移動式機器。例如， 機器101可以是如圖1中所示的履帶式牽引機或推土機、自動平地機或本領(lǐng)域中已知的其 它推土挖土機。盡管下文的詳細(xì)描述描述了與履帶式牽引機有關(guān)的示例性方面，但是應(yīng)當(dāng) 意識到，該描述同樣適用于本發(fā)明在其它機器中的應(yīng)用。另外，自適應(yīng)控制系統(tǒng)100可以包 括任意數(shù)量的機器，圖1僅以示例方式而非限制方式示出了一個機器101。
[0017] 一方面，機器101包括動力源102和操作人員的操作臺或駕駛室104。機器101還 包括機器機具108,機器機具108在這里可被替換地稱為機具108。機器機具108的示例可 以包括用于在作業(yè)地點112上推土挖土的刮鏟或挖鏟。駕駛室104可以包括操作機器101 所需的用戶界面110。用戶界面110可以與例如一個或多個顯示器106 -起被提供或可以 包括該顯示器106。用戶界面110可以被配置成推進機器101和/或控制其它機器部件。 用戶界面110可以包括一個或多個設(shè)在駕駛室104中的操縱桿，該操縱桿適于從操作人員 接收表示機具108的期望移動的輸入。出于簡化的目的，下面將僅討論和在圖中示出一個 作為操縱桿示出的操作人員輸入裝置或用戶界面110。顯示器106可以被配置成向操作人 員傳達(dá)信息，并且可以包括鍵盤、觸屏或用于從操作人員接收輸入以控制和/或操作機器 101、機具108和/或其它機器部件的任何適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)。
[0018] 機器機具108可適于接合、穿透或切削作業(yè)地點112的表面，并且還可以適用于推 土挖土以完成預(yù)定任務(wù)。作業(yè)地點112可以包括例如礦場、垃圾填埋場、采石場、建筑工地、 高爾夫球場或任何其它類型的具有相關(guān)地表的作業(yè)地點。推土挖土可以與改變作業(yè)地點 112處的地形有關(guān)，并且可以包括例如造型操作、刮擦操作、平整操作、材料去除操作或任何 其它類型的在作業(yè)地點112處的地形改變操作。一方面，作業(yè)地點112的地表具有與其相 關(guān)的操作狀況?？梢允褂弥T如構(gòu)成地表的材料的類型、地表的干度因子、地表中存在的一個 或多個干擾（例如波動、起伏或不平坦表面）和/或作業(yè)地點112的地表的其它地理格局 等參數(shù)來描述這種操作狀況。
[0019] 在所示的方面中，機具108包括在第一端部116和第二端部118之間延伸的切削 刃114。機具108的切削刃114的第一端部116可以代表機具108的右側(cè)末端或右側(cè)邊緣， 機具108的切削刃114的第二端部118可以代表機具108的左側(cè)末端或左側(cè)邊緣。一方面， 機具108可以通過一個或多個液壓機構(gòu)進行移動，該液壓機構(gòu)在操作上連接至設(shè)在駕駛室 104中的用戶界面110。
[0020] 液壓機構(gòu)可以包括一個或多個液壓升降執(zhí)行機構(gòu)120和一個或多個液壓傾斜執(zhí) 行機構(gòu)122,用于將機具108移動到各種位置，例如提升機具108或降低機具108以及使機 具108向左或向右傾斜。在所示的實施例中，機器101在機具108的每一側(cè)都包括一個液 壓升降執(zhí)行機構(gòu)120和一個液壓傾斜執(zhí)行機構(gòu)122。所示方面示出了兩個液壓升降執(zhí)行機 構(gòu)120,但是僅示出兩個液壓傾斜執(zhí)行機構(gòu)122中的一個（僅示出一側(cè)）。另外，液壓機構(gòu) 還可以包括一個或多個用于使機具108向前或向后傾斜的液壓推進缸（未示出）。一方面， 液壓傾斜執(zhí)行機構(gòu)122和一個或多個液壓升降執(zhí)行機構(gòu)120可以被配置成使機器機具108 回轉(zhuǎn)。可選擇地，一方面，機器101可以包括附加的液壓執(zhí)行機構(gòu)，以使機器機具108回轉(zhuǎn) 經(jīng)過一立體角度范圍。
[0021] 動力源102可以是向地面接合機構(gòu)124提供動力的發(fā)動機，該地面接合機構(gòu)124 適于支承、導(dǎo)向和推進機器101。一方面，動力源102可以提供動力，以驅(qū)動液壓機構(gòu)來移動 或定位機器機具108。動力源102可以具體實施成發(fā)動機，例如柴油機、汽油機、氣體燃料 發(fā)動機或本領(lǐng)域中已知的任何其它類型的燃燒發(fā)動機。設(shè)想動力源102可以可選擇地具體 實施成非燃燒式動力源（未示出），例如燃料電池、能量存儲裝置或另一適當(dāng)?shù)膭恿υ础?力源102可以產(chǎn)生機械能或電能輸出，該輸出可以被轉(zhuǎn)化成液壓能，用于向地面接合機構(gòu) 124、機具108、液壓傾斜執(zhí)行機構(gòu)122、一個或多個液壓升降執(zhí)行機構(gòu)120和其它機器部件 提供動力。
[0022] 機器101可以包括其它已知的部件，例如包括輪胎、車輪、傳動裝置、發(fā)動機、馬 達(dá)、液壓系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、底盤、地面接合工具、成像系統(tǒng)等 (未示出）在內(nèi)的車輛部件。另外，機器101可以沿著不同的方向移動，以便機器機具108 在作業(yè)地點112的地表上實現(xiàn)預(yù)定的造型。
[0023] 一方面，自適應(yīng)控制系統(tǒng)100包括自適應(yīng)控制器126。一方面，自適應(yīng)控制器126 在操作上聯(lián)接至或連接至機器機具108。一方面，自適應(yīng)控制器126