CN111441406B - 用于坡度控制的鸟瞰校准 - Google Patents

Abstract

一种***包括校准作业车辆的坡度控制***，该作业车辆具有可操作地连接至摄像机的控制器。多个缸可操作以在车辆上移动铲刀。铲刀包括一个或多个铲刀标记。缸之一移动至最大行程长度的0％到100％之间的预定构造，并且摄像机拍摄一个或多个铲刀标记的相应图像。控制器使用相应的图像来测量一个或多个铲刀标记的相应位置，并且基于一个或多个铲刀标记的相应位置来校准坡度控制***。存储的相应位置可以是初始校准位置或在作业车辆的作业条件期间先前确定的相应校准位置。坡度控制***在作业车辆正在操作或静止时进行实时校准。

Description

用于坡度控制的鸟瞰校准

技术领域

本公开涉及一种作业车辆，其通过使用摄像机***重新校准坡度控制***并且瞄准铲刀的后表面。

背景技术

诸如履带式推土机之类的作业车辆可用于建筑和维修，以在各种角度、倾斜度和高度下形成平坦的表面。例如，在铺路时，可以使用履带式推土机来准备基底，以创建宽阔的平坦表面以支撑沥青层。履带式推土机包括铲刀，该铲刀相对于重力可调节至选定角度，或者铲刀的倾斜度和铲刀高度也可调节。

为了适当地平整表面，作业车辆包括多个传感器。一个传感器***可测量车辆相对于重力的取向。另一传感器***测量铲刀相对于车辆或相对于重力的位置。机械控制***(其包括二维(2D)和三维(3D)机械控制***)可以位于正被平整的表面上或附近，以向作业车辆提供坡度信息。车辆坡度控制***从机械控制***接收信号，以使作业车辆能够对表面进行平整。坡度控制***可操作地联接到附接到作业车辆的一个或多个传感器，从而可以将正被平整的表面平整到所需的倾斜度、角度和高度。在平整作业之前或期间，计划所需的表面坡度。

机械控制***可以向车辆坡度控制***提供倾斜度和高度信号，以使作业车辆或操作员能够调节铲刀的倾斜度和高度。可替代地，车辆坡度控制***可以被构造为自动控制铲刀的倾斜度和高度，以基于期望的倾斜度和高度对表面进行平整。在这些自动***中，不断地调整铲刀相对于车辆的位置，以实现倾斜度和/或高度目标。

车辆坡度控制***需要进行校准，以确保实现所需的倾斜度和高度。为了使操作员校准履带式推土机的车辆坡度控制***，操作员通常将使用卷尺，铅锤和T形或木匠的正方形来测量铲刀头相对于GPS天线或接收器的相对位置。可以理解，操作人员必须执行许多测量以确定铲刀头相对于GPS天线的相对位置，并且作业车辆(例如履带式推土机)是一种相当大的机械，用户很难用上述机具准确地进行测量。而且，通常在平地作业期间，期望操作员达到在设计标高的0.5英寸以内的平地公差，因此，具有精确校准的车辆坡度控制***非常重要。操作员通常花费大约3个小时来测量和校准机械以达到0.5英寸的精度，在此期间机械无法操作。

包括用于平地的铲刀的另一种作业车辆是机动平地机。铲刀在前桥和后桥之间连接至平地机。铲刀可以旋转、倾斜、升高或降低，这导致校准铲刀头的过程非常复杂。而且，通常在平地作业期间，期望操作员达到设计高度的3毫米以内的平地公差，因此，具有精确校准的车辆坡度控制***和刀头非常重要。操作员通常花费大约5个小时来测量和校准机动平地机以达到3毫米的精度，在此期间机械无法操作。

对于包括用于坡度控制的铲刀的履带式推土机、平地机或其他作业车辆，随着时间的流逝和车辆的使用，履带会磨损，如果不考虑在内，将会影响铲刀头的高度。随着高度的变化，则需要重新校准铲刀头以保持所需的精度。操作人员必须定期重复此过程，以重新校准铲刀头，以保持所需的精度。在每个重新校准期间，作业车辆均无法操作，这会给操作员造成停机时间并造成利润损失。

因此，需要一种***、设备和方法，以随着时间的推移，更容易、更频繁和更准确地确定铲刀头的精确位置。

发明内容

根据本公开的一个实施例，一种用于校准作业车辆的坡度控制***的方法，包括提供一种作业车辆，该作业车辆具有可操作地连接至摄像机的控制器，该作业车辆具有可操作地连接至铲刀的升降缸、倾斜缸和偏转缸，该铲刀具有后表面，该后表面具有在其上的第一铲刀标记；将升降缸、倾斜缸和偏转缸之一移动至相应预定构造；用摄像机拍摄第一铲刀标记的第一图像；利用控制器使用第一图像测量第一铲刀标记的第一位置；和在控制器与摄像机通信的情况下，通过将第一铲刀标记的存储的第一位置替换为第一铲刀标记的第一位置，基于第一铲刀标记的第一位置校准坡度控制***。

在该实施例的一个示例中，铲刀的后表面在其上包括第二铲刀标记；所述方法还包括用摄像机拍摄第二铲刀标记的第二图像；和利用控制器使用第二图像测量第二铲刀标记的第二位置；其中，校准坡度控制***包括：将第二铲刀标记的存储的第二位置替换为第二铲刀标记的第二位置，基于第二铲刀标记的第二位置校准坡度控制***。

在另一示例中，第一铲刀标记的存储的第一位置包括初始的第一校准位置，并且第二铲刀标记的存储的第二位置包括初始的第二校准位置。

在另一示例中，第一铲刀标记的存储的第一位置包括第一校准位置，并且第二铲刀标记的存储的第二位置包括第二校准位置。

在一个示例中，预定构造是升降缸、倾斜缸或偏转缸之一的最大行程长度的100％。

在另一示例中，预定构造在升降缸、倾斜缸或偏转缸之一的最大行程长度的0％至100％之间。

在一示例中，摄像机被安装在作业车辆上。

在另一示例中，进一步包括：在升降缸、倾斜缸或偏转缸中的一个的移动期间，移动作业车辆。

根据本公开的另一个实施例，一种作业车辆包括：铲刀，其可操作地连接至作业车辆，该铲刀具有后表面，该后表面具有在其上的第一铲刀标记和第二铲刀标记；升降缸、倾斜缸和偏转缸，其可操作地连接到铲刀，升降缸、倾斜缸和偏转缸构造成移动至相应预定构造；传感器***，其联接至升降缸、倾斜缸和偏转缸，该传感器***构造成识别升降缸、倾斜缸和偏转缸的相应预定构造；摄像机，其安装在作业车辆上，该摄像机被构造为当满足升降缸、倾斜缸和偏转缸的任何相应预定构造时，拍摄第一铲刀标记的第一图像并拍摄第二铲刀标记的第二图像；坡度控制***，其安装在作业车辆上；和控制器，其可操作地连接到传感器***、摄像机和坡度控制***，其中，该控制器还使用第一图像确定第一铲刀标记的第一位置，并使用第二图像确定第二铲刀标记的第二位置，以及控制器通过将第一铲刀标记的存储的第一位置替换为第一位置并将第二铲刀标记的存储的第二位置替换为第二位置，基于第一位置和第二位置来校准坡度控制***。

在该实施例的一个示例中，预定构造是升降缸、倾斜缸或偏转缸之一的最大行程长度的100％。

在该实施例的另一示例中，预定构造在升降缸、倾斜缸或偏转缸之一的最大行程长度的0％至100％之间。

在一个示例中，第一铲刀标记和第二铲刀标记位于铲刀的顶部边缘附近。

在另一个示例中，第一铲刀标记和第二铲刀标记被定位成与铲刀的中心线等距。

在一个示例中，第一铲刀标记和第二铲刀标记中的每一个均包括与摄像机相互作用的传感器。

在另一个示例中，第一铲刀标记和第二铲刀标记被加工到后表面中。

根据本公开的另一个实施例，一种用于校准作业车辆的坡度控制***的方法，该方法包括：提供一种作业车辆，该作业车辆具有可操作地连接至摄像机的控制器，该作业车辆具有可操作地连接至铲刀的多个缸，该铲刀具有后表面，该后表面具有在其上的一个或多个铲刀标记；将多个缸之一移动至相应预定构造；利用摄像机拍摄一个或多个铲刀标记的相应图像；利用控制器使用相应图像测量一个或多个铲刀标记的相应位置；和在控制器与摄像机通信的情况下，通过将一个或多个铲刀标记的存储的相应位置替换为一个或多个铲刀标记的相应位置，基于一个或多个铲刀标记的相应位置来校准坡度控制***。

在该实施例的一个示例中，存储的相应位置包括初始相应校准位置。

在该实施例的另一示例中，存储的相应位置包括相应校准位置。

在一个示例中，预定构造在多个缸之一的最大行程长度的0％至100％之间。

在另一示例中，该方法进一步包括在多个缸中的一个的移动期间，移动作业车辆。

根据本文所包含的描述和附图，本申请的其他目的、形式、实施方式、益处、优点、特征和方面将变得显而易见。

附图说明

为了可以更容易地理解主题的优点，将通过参考在附图中示出的某些实施例来提供对以上简要描述的主题的更具体的描述。理解这些附图仅描绘了主题的典型实施例，因此不应认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特性和细节来描述和解释本主题，其中：

图1是作业车辆的俯视透视图，更具体地，是推土机(例如包括铲刀的履带式推土机)的俯视透视图；

图2是图1的车辆的铲刀的后视图；

图3是图1的作业车辆及其中的车辆坡度控制***的示意图；和

图4是图1的作业车辆的车辆坡度控制***的校准过程的流程图。

贯穿若干视图，相应的附图标记用于指示相应的部分。

具体实施方式

以下描述的本公开的实施例并不旨在是穷举性的或将本公开限制为以下详细描述中的精确形式。而是，选择并描述了实施例，使得本领域的其他技术人员可以理解和了解本公开的原理和实践。

通常，本公开针对一种在履带式推土机上的鸟瞰摄像机***，该***与铲刀后表面上的目标、标记或传感器相互作用。在一种形式中，当与铲刀相关联的升降缸、倾斜缸和/或偏转缸中的一个或多个到达完全的铲刀竖直上或下位置，完全的铲刀倾斜位置和/或完全的铲刀偏转位置时，则摄像机***会对铲刀后表面上的目标、标记或传感器进行测量。在另一种形式中，升降缸、倾斜缸和/或倾斜缸中的一个或多个到达小于缸的最大行程或最小行程的预定构造，然后摄像机***对铲刀后表面上的目标、标记或传感器进行测量。鸟瞰摄像机到目标、标记或传感器的距离是已知值，但是随着时间的推移，目标的位置可能会随着作业车辆的磨损而改变。通过在升降缸、倾斜缸和/或偏转缸中的一个或多个的最大、最小和/或预定构造处测量目标的位置，可以实时校准车辆坡度***。在摄像机***进行测量的同时继续使用或操作作业车辆，因此不存在停机时间，或者作业车辆不作业时的停机时间非常有限。此外，坡度控制***会不断更新或修订，以考虑到作业车辆的磨损，同时允许操作员使用铲刀实现精确的坡度控制或倾斜度控制。

图1是作业车辆100的透视图。作业车辆100被示为履带牵引式推土机，其也可以被称为履带式推土机，但是可以是具有地面接合铲刀或作业机具的任何作业车辆，仅举几个例子，例如紧凑型的履带式装载机、机动平地机、铲运机、滑移装载机、拖拉机、挖掘装载机和挖掘机。作业机械100可***作以接合表面并切割和移动材料以在地面上实现简单或复杂的特征。如本文中所使用的，关于作业机械100的方向可以从就座于操作员站136内的操作员的角度来参考；例如，作业机械100的左侧在该操作员的左侧，作业机械100的右侧在该操作员的右侧，作业机械100的前部或前方是该操作员面对的方向，作业机械100的后部或后方在该操作员的后面，作业机械100的顶部在该操作员的上方，作业机械100的底部在该操作员的下方。在操作时，作业车辆100可经历三个方向的运动和三个方向的旋转。作业车辆100的方向也可以关于经线102或纵向方向，纬线106或横向方向以及垂线110或竖直方向来指代。作业车辆100的旋转可以称为横滚104或横滚方向(roll direction)，俯仰108或俯仰方向(pitch direction)，以及偏航112或偏航方向(yaw direction)或航向。

作业车辆100由着陆装置114支撑在地面上。着陆装置114包括左履带116和右履带118，左履带116和右履带118接合地面并为作业车辆100提供牵引力。左履带116和右履带118可以包括履带板，该履带板包括：履带齿片，该履带齿片沉入地下以增加牵引力；互连部件，其允许履带围绕前引导轮120、履带支重轮122、后链轮124和顶拖链轮126旋转。这种互连部件可以包括链轨节、销、衬套和导向装置，以列举一些部件。作业车辆100的左侧和右侧上的前引导轮120、履带支重轮122和后链轮124为地面上的作业车辆100提供支撑。前引导轮120、履带支重轮122、后链轮124和顶拖链轮126都可枢转地连接至作业车辆100的其余部分，并且可旋转地联接至它们各自的履带，以便与那些履带一起旋转。台车架128为这些组件和着陆装置114的其余部分提供结构支撑或强度。

前引导轮120位于左履带116和右履带118的纵向前部，并提供用于履带的旋转表面以使履带绕其旋转，并提供支撑点以在作业车辆100和地面之间传递力。在左履带116和右履带118在它们的平行于地面的竖直下部和竖直上部之间过渡时，左履带116和右履带118围绕前引导轮120旋转，因此，每个前引导轮120的外径的大约一半与左履带116或右履带118接合。这种接合可以通过链轮和销的布置而实现，其中包括在左履带116和右履带118中的销被前引导轮120中的凹部接合以传递力。这种接合还导致左履带116和右履带118的竖直高度仅略大于在左履带116和右履带118的纵向前部处的每个前引导轮120的外径。左履带116和右履带118的最前接合点130可以近似为每个履带上的在前引导轮120的中心的竖直下方的点，该点是左履带116和右履带118的与地面接合的最前点。当作业车辆100在向前行驶时遇到地面特征时，左履带116和右履带118可能首先在最前接合点130处遇到该地面特征。

履带支重轮122沿作业车辆100的左下侧和右下侧纵向位于前引导轮120和后链轮124之间。每个履带支重轮122可通过履带的上表面和履带支重轮122的下表面之间的接合而旋转地联接至左履带116或右履带118。该构造可以允许履带支重轮122向作业车辆100提供支撑，并且尤其可以允许在竖直方向上在作业车辆100和地面之间传递力。当左履带116和右履带118越过其纵向长度小于前引导轮120和后链轮124之间的距离的向上地面特征时，该构造还抵抗左履带116和右履带118的向上偏转。

后链轮124可定位在左履带116和右履带118的纵向后部，并且类似于前引导轮120，提供用于履带的旋转表面以使履带绕其旋转，并提供支撑点以在作业车辆100和地面之间传递力。在左履带116和右履带118在它们的平行于地面的竖直下部和竖直上部之间过渡时，左履带116和右履带118围绕后链轮124旋转，因此，每个后链轮124的外径的大约一半与左履带116或右履带接合118。这种接合可以通过链轮和销的布置而实现，其中包括在左履带116和右履带118中的销被后链轮124中的凹部接合以传递力。这种接合还导致左履带116和右履带118的竖直高度仅略大于在左履带116和右履带118的纵向后部或后方处的每个后链轮124的外径。左履带116和右履带118的最后接合点132可以近似为每个履带上的在后链轮124的中心的竖直下方的点，该点是左履带116和右履带118的与地面接合的最后点。当作业车辆100在向后行驶或逆向行驶时遇到地面特征时，左履带116和右履带118可能首先在最后接合点132处遇到该地面特征。

在该实施例中，每个后链轮124可以由旋转联接的液压马达提供动力，以便驱动左履带116和右履带118，从而控制作业车辆100的推进和牵引。左右液压马达中的每个可以接收来自静液压泵的加压液压流体，加压液压流体的流动方向和位移控制左右液压马达的旋转方向和旋转速度。每个静液压泵可以由作业车辆100的发动机134驱动，并且可以由操作员站136中的发布命令的操作员进行控制，该命令可以由控制器138接收并且由控制器138传送至左右静液压泵。例如，后链轮124中的每一个可以由旋转联接的电动机或由传递来自发动机134的动力的机械***驱动。

顶拖链轮126沿作业车辆100的左侧和右侧在履带支重轮122上方纵向地位于前引导轮120和后链轮124之间。类似于履带支重轮122，每个顶拖链轮126通过履带的下表面与顶拖链轮126的上表面之间的接合而可旋转地联接至左侧履带116或右侧履带118。该构造可以允许顶拖链轮126支撑左履带116和右履带118，以在前引导轮120和后链轮124之间进行纵向跨越，并且防止左履带116和右履带118的上部平行于地面在前引导轮120和后链轮124之间向下偏转。

着陆装置114固定至作业车辆100的底盘140，并为作业车辆100的底盘140提供支撑和牵引力。底盘140是为作业车辆100提供结构支撑和刚性的框架，从而允许在铲刀142和左履带116和右履带118之间传递力。在该实施例中，底盘140是包括多个成形并连接的钢构件的焊件，但是在替代实施例中，它可以由任何数量的不同材料或构造构成。传感器144固定在作业车辆100的底盘140上，并构造为提供指示底盘140的运动和方向的信号。在替代实施例中，传感器144可以不直接固定在底盘140上，而是可以通过中间组件或结构(例如橡胶安装架)连接到底盘140上。在这些替代实施例中，传感器144没有直接固定到底盘140，而是仍然以固定的相对位置连接到底盘140，以便经历与底盘140相同的运动。

传感器144被构造为提供如下的信号，该信号指示底盘140相对于重力方向的倾斜度，在俯仰方向108上的角度测量。该信号可以称为底盘倾斜度信号。控制器138可基于该底盘倾斜信号来致动铲刀142。如本文所使用的，“基于”是指“至少部分地基于”并且不意味着“仅基于”，使得其既不排除也要求其他因素。传感器144还可以被构造为提供指示底盘140的其他位置或速度的一个或多个信号，包括其在诸如横滚方向104、俯仰方向108、偏航方向112等的方向上的角位置、速度或加速度，或者在诸如纵向方向102、横向方向106和竖直方向110等的方向上的线性加速度。传感器144可以构造为直接测量倾斜度，测量角速度并积分以得出倾斜度，或者测量倾斜度并推导出出角速度。传感器144在底盘140上而不是在铲刀142或连杆机构146上的放置可以使传感器144得到更好的保护、免受损坏、更牢固地固定在作业车辆100上，更容易包装、或更容易集成到作业车辆100的诸如控制器138等的另一部件中。与将传感器144放置在铲刀142或连杆机构146上相比，这种放置可以使传感器144更具成本效益、耐用性、可靠性或准确性，即使将传感器144直接放置在铲刀142或连杆机构146上(例如传感器149)可以允许更直接地读取那些部件的位置、速度或加速度。

铲刀142是可与地面或材料接合以使其移动或成形的作业机具。铲刀142可用于将材料从一个位置移动到另一位置并在地面上创建特征，这些特征包括平坦区域、坡度、丘陵、道路或形状更复杂的特征。在该实施例中，作业车辆100的铲刀142可被称为六向铲刀、六向可调节铲刀或俯仰-偏转-倾斜(pitch-angle-tilt，PAT)铲刀。铲刀142可以被液压致动以竖直向上或竖直向下移动(也可以称为铲刀升降或升高和降低)，向左横滚或向右横滚(可以称为铲刀倾斜，或者向左倾斜和向右倾斜)，以及向左偏航或向右偏航(可以称为铲刀偏转，或者称为向左偏转和向右偏转)。替代实施例可以利用具有较少液压控制的自由度的铲刀，例如不可以偏转或不可以成角度或在偏航112的方向上不可被致动的4向铲刀。

铲刀142通过连杆机构146可移动地连接到作业车辆100的底盘140，连杆机构146支撑并致动铲刀142，并且构造成允许铲刀142相对于底盘140升高或降低(即，沿竖直方向110移动)。在图2中，铲刀142的后表面143包括位于后表面143的左上角附近的第一标记或目标147。铲刀142的后表面143包括位于后表面143的右上角附近的第二标记或目标151。作为一个示例，第一标记147和第二标记151各自与铲刀142的中心线153等距定位。可替代地，后表面143可以仅包括一个位于中心线153上或附近的标记。在另一构造中，后表面143包括沿着或靠近铲刀142的顶边缘155定位的多个标记。在一种形式中，第一和第二标记147和151被机加工或压印到铲刀142的后表面143的外表面中。在其他形式中，第一和第二标记147和151附接至铲刀142的后表面143。第一和第二标记147和151还可包括与摄像机***232相互作用的传感器。以任何形式，第一和第二标记147和151位于或定位在铲刀142的后表面143上，使得定位在作业车辆100上的摄像机***232可以拍摄第一标记147的第一图像和第二标记151的第二图像，如下面更详细描述的。当摄像机***232拍摄第一标记147和第二标记151的图像时，作业车辆100可以处于(i)作业或移动取向，或者(ii)静止或非移动取向。

连杆机构146可包括多个结构构件以在铲刀142与作业车辆100的其余部分之间传递力，并且可为液压缸提供附接点，该附接点可沿升降方向、倾斜方向和偏转方向致动铲刀142。连杆机构146包括C形框架148，其为定位在铲刀142的后部的C形结构构件，该C形朝着作业车辆100的后部开口。C形框架148的每个后端枢转地连接至作业车辆100的底盘140，诸如通过销钉-套管接头的连接，允许C形框架148的前部围绕在C形框架148的后部处的枢轴连接件相对于作业车辆100升高或降低。框架148的大致位于作业车辆100的横向中心处的前部通过球窝接头连接至铲刀142。这允许铲刀142在其相对于C形框架148的取向上具有三个自由度(升降-倾斜-偏转)，同时仍将铲刀142上的后向力传递到作业车辆100的其余部分。

传感器149在将铲刀142连接至C形框架148的球窝关节上方被固定至铲刀142。传感器149与传感器144一样可以构造为测量角位置(倾斜度或取向)，速度或加速度或线性加速度。传感器149可以提供铲刀倾斜信号，其指示铲刀142相对于重力的角度。在替代实施例中，传感器可以被构造为代替地测量连杆机构146的角度，诸如在连杆机构146和底盘140之间的角度，以便确定铲刀142的位置。在其他替代实施例中，传感器149可以被构造为通过测量不同的角度(例如，连杆机构146和铲刀142之间的角度)或连接到连杆机构146或铲刀142的缸的线性位移，来测量铲刀142的位置。在替代实施例中，传感器149可能不直接固定在铲刀142上，但可以替代地通过中间部件或结构(例如涂橡胶的底座)连接到铲刀142。在这些替代实施例中，传感器149没有直接固定在铲刀142上，而是仍然以固定的相对位置连接到铲刀142上，以便经受与铲刀142相同的运动。

如下面更详细地描述的，传感器149可以被构造成：当升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154中的任何一个移动至预定构造时，识别这些缸的相应预定构造，该预定构造然后被从传感器149传送至ECU 250，ECU 250继而与摄像机***232通信以拍摄第一和第二标记147和151的图像，如下所述。升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154的预定构造可以是这些缸的可操作行程的任何百分比。例如，在一种形式中，预定构造是缸150、152和154之一的最大冲程的100％。当缸150、152和154之一达到最大冲程的100％时，当拍摄第一和第二标记147和151的图像并测量第一和第二标记147和151的位置时，其余两个缸可以位于最大冲程的从0％到100％的任何百分比。在另一种形式中，预定构造是缸150、152和154之一的最大冲程的25％。当缸150、152和154之一达到最大冲程的25％时，当拍摄第一和第二标记147和151的图像时，其余两个缸可以位于最大冲程的从0％到100％的任何百分比。在其他形式中，仅举几个例子，预定构造可以是缸150、152和154之一的最大冲程的30％、50％、75％或90％。而且，随着作业车辆100的磨损，能够随着时间调整预定构造。对于尚未在现场作业条件下使用的新作业车辆100，车辆坡度控制***270提供准确的坡度信息。然而，随着作业车辆100由于现场使用随着时间的推移而磨损，除非坡度控制***270被重新校准，否则车辆坡度控制***270不会提供准确的坡度信息。当缸150、152和154中的任何一个达到预定构造时，摄像机***232拍摄第一标记147和第二标记151的图像，并将该信息传递给ECU250。ECU 250确定第一标记和第二标记147和151的位置，然后将该信息传送到车辆坡度控制***270，然后对其进行校准。

铲刀142可通过致动升降缸150而相对于作业车辆100升高或降低，该升降缸可升高和降低C形框架148，从而升高和降低铲刀142，这也可称为铲刀升降。尽管仅示出了一个升降缸150，但是本公开包括两个升降缸150。对于每个升降缸150，杆端枢转地连接到C形框架148的向上突出的挂钩，并且头端在操作员站136的正下方和前方枢转地连接到作业车辆100的其余部分。连杆机构146的构造以及升降缸150的头端和杆端的枢轴连接的定位使得：升降缸150的伸出使铲刀142下降，升降缸150的缩回使铲刀142上升。在替代实施例中，可以通过不同的机构来提升或降低铲刀142，或者升降缸150可以不同地构造，例如其中升降缸150的伸出使铲刀142上升和升降缸150的缩回使铲刀142下降的构造。

铲刀142可通过致动倾斜缸152而相对于作业车辆100倾斜，倾斜缸152也可被称为在横滚104的方向上移动铲刀142。对于倾斜缸152，杆端枢转地连接至挂钩，该挂钩在铲刀142和C形框架148之间的球窝接头上方定位在铲刀142的后侧和左侧上，头端枢转地连接至连杆机构146的向上突出部分。倾斜缸152的头端和杆端的枢转连接的定位使得：当从操作员站136观察时，倾斜缸152的伸出使铲刀142向左或逆时针倾斜，并且当从操作员站136观察时，倾斜缸152的缩回使铲刀142向右或顺时针倾斜。在替代实施例中，铲刀142可以通过不同的机构(例如，电动马达或液压马达)倾斜，或者倾斜缸152可以不同地构造，例如其中倾斜缸152竖直安装并位于铲刀142的左侧或右侧，或者具有两个倾斜缸的构造。

铲刀142可通过致动偏转缸154而相对于作业车辆100成角度或偏转，该偏转缸154也可被称为在偏航112的方向上移动铲刀142。对于每个偏转缸154，杆端枢转地连接至铲刀142的挂钩，而头端枢转地连接到C形框架148的挂钩。偏转缸154中的一个位于作业车辆100的左侧，铲刀142和C形框架148之间的球窝接头的左侧，以及偏转缸154中的另一个位于作业车辆100的右侧，即铲刀142和C形框架148之间的球窝接头的右侧。这种定位使得：当从上方观察时，偏转缸154的左侧伸出和偏转缸154的右侧缩回使铲刀142向右偏转，或使铲刀142顺时针偏航，以及当从上方观察时，偏转缸154的左侧缩回和偏转缸154的右侧伸出使铲刀142向左偏转，或使铲刀142逆时针偏航。在替代实施例中，铲刀142可以通过不同的机构成角度或偏转，或者偏转缸154可以被不同地构造。

升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154中的每一个都是双作用液压缸。每个缸的一个端部可以被称为头端，并且每个缸的与该头端相对的端部可以被称为杆端。头端和杆端中的每一个可以固定地连接到另一个部件，或者如在该实施例中那样，可枢转地连接到另一个部件，例如通过销钉-套筒联接或销钉-轴承联接，仅举两个枢转连接的例子。作为双作用液压缸，每个缸都可以在伸出或缩回方向上施加力。将加压的液压流体引导到缸的头腔中将倾向于在伸出方向上施加力，而将加压的液压流体引导到缸的杆腔中将倾向于在缩回方向上施加力。头腔和杆腔都可以位于液压缸的桶内，并且都可以是较大腔的一部分，该较大腔由连接至液压缸的杆的可移动活塞隔开。头腔和杆腔中的每一个的容积随着活塞的运动而变化，而活塞的运动导致液压缸的伸出或缩回。活塞的运动是指冲程长度，其中，每个升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154均可从最大冲程的0％移动到最大冲程的100％。

现在参考图3，示出了用于作业车辆100的控制***200的实施例。***200可以是图1的作业机械100的一部分，其包括具有多个控制件110的操作员站或驾驶室136。多个控制件110可以包括输入控制装置202，节气门控制件204和用户操作模式控制件206。输入控制装置202可以包括方向盘、制动控制件、方向控制件、操纵杆、控制杆和用于控制机械100的其他控制装置。由操作员使用多个控制件110对铲刀142进行调节，所述多个控制件110可操作地联接至控制器138，所述控制器138可操作地联接至倾斜缸152、偏转缸154和升降缸150。还可通过致动机构来对铲刀142进行调节，该致动机构构造成响应于操作员提供的控制信号或响应于机械控制***提供的控制信号而移动铲刀142，机械控制***包括声波***254、激光***256、全球定位***(GPS)258和坡度控制***270。坡度控制***270在工业上是众所周知的。坡度控制***270的一些示例包括常规或2D坡度控制***和/或声波***254、激光***256和全球定位***(GPS)258。其他坡度控制***270包括声音传感器或激光发射器和传感器以及机械位置传感器，以在监视器上显示保持坡度所需的删减和填充。可替代地，坡度控制***270可以包括3D坡度控制***。

在一个或多个实施例中，控制器138包括可操作地连接到存储器的处理器。在其他实施例中，控制器138是分布式控制器，其具有分布在车辆100上不同位置的分开的各个控制器。此外，尽管通常通过电线或电缆将控制器硬接线至相关部件，但是在其他实施例中，控制器138包括无线发射器和/或接收器，以与受控或感测部件或装置进行通信，以向控制器提供信息或向受控装置发送控制器信息。

在图3中，控制器138被构造为电子控制单元(ECU)250，其从多个源接收传感器数据并且可操作地连接到这些源。这些源包括但不限于铲刀位置传感器149，摄像机***232，坡度控制***270和传感器144，它们可操作地连接至ECU 250。ECU 250还从操作员处接收与命令有关的输入。ECU 250可操作地连接至一个或多个用户界面，并将信息发送至用户界面，并且还将控制信号发送至致动器，所述致动器包括升降缸1502、偏转缸154和倾斜缸152。

在不同实施例中，ECU 250包括计算机、计算机***或其他可编程装置。在其他实施例中，ECU 250可以包括一个或多个处理器(例如微处理器)和相关联的存储器，该存储器可以在处理器外部或处理器内部。存储器可以包括随机访问存储器(RAM)装置，其包括ECU250的存储器以及任何其他类型的存储器，例如高速缓冲存储器、非易失性或备用存储器、可编程存储器或闪存以及只读存储器。此外，存储器可以包括物理上位于处理装置以外的其他地方的存储器，并且可以包括处理装置中的任何高速缓冲存储器，以及用作虚拟存储器的任何存储容量，例如存储在大容量存储装置上或存储在耦合到ECU 250的另一个计算机。大容量存储装置可以包括高速缓存或其他数据空间，其可以包括数据库。在其他实施例中，存储器位于“云”中，其中存储器位于远程位置，该远程位置将所存储的信息无线地提供给ECU 250。

ECU 250执行或以其他方式依赖于计算机软件应用程序、部件、程序、对象、模块或数据结构等。响应于所接收的信号，执行驻留在ECU 250所包括的存储器中或其他存储器中的软件程序。在其他实施例中，计算机软件应用程序位于云中。所执行的软件包括通常被称为“程序代码”的一个或多个特定应用程序、部件、程序、对象、模块或指令序列。程序代码包括位于存储器或其他存储装置中的一个或多个指令，该程序代码执行驻留在存储器中的指令、响应于由***生成的其他指令、或者提供由用户操作的用户接口。ECU 250被构造为执行所存储的程序指令。

包括图像传感器的摄像机***232在通常不受车辆100的任何部分遮挡的位置处固定地安装到操作员站或驾驶室136。可以想到安装在作业车辆100上的摄像机***232的其他位置提供铲刀142的后表面143的相对无遮挡图像，尤其是第一和第二标记147和151或铲刀147上的任何其他标记的相对无遮挡图像。摄像机***232包括图像传感器、发射器，接收器或指向铲刀142的后表面143的收发器中的一个或多个。在不同的实施例中，摄像机***232包括一个或多个二维摄像机、三维摄像机、立体摄像机、单眼摄像机、雷达装置和激光扫描装置、超声传感器和光检测与测距(LIDAR)扫描仪。在不同的实施例中，摄像机***232是灰度传感器、颜色传感器或其组合之一。

摄像机***232被构造为拍摄第一标记147的第一图像和第二标记151的第二图像，然后将其传输到图3的ECU 250。摄像机***232提供的第一和第二图像被ECU 250使用以确定到第一和第二标记147和151的距离，并且ECU 250由此确定第一和第二标记147和151的第一和第二位置。例如，第一和第二标记147和151的第一和第二位置可以包括与纵向方向102、横向方向108和竖直方向110相关的XYZ坐标。ECU 250基于第一和第二标记147和151的第一和第二位置来校准坡度控制***270。当第一铲刀标记147的存储的第一位置被第一铲刀标记147的第一位置代替时，坡度控制***270被实时校准。类似地，当第二铲刀标记151的存储的第二位置被第二铲刀标记151的第二位置代替时，坡度控制***270被校准。对于存储的第一和第二位置的测量可以在初始构建作业车辆100时进行，其中第一铲刀标记147的存储的第一位置包括初始的第一校准位置，第二铲刀标记151的存储的第二位置包括初始的第二校准位置。对于所存储的第一和第二位置的这些测量结果也可以在使用作业车辆100之后进行，其中第一铲刀标记147的存储的第一位置包括第一校准位置，和第二铲刀标记151的存储的第二位置包括第二校准位置。在一个或多个实施例中，由ECU 250基于摄像机***232确定的数据被提供为反馈信号，该反馈信号在调整车辆坡度控制***408时使用。

当升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154中的任何一个正在操作，摄像机***232正在拍摄第一和第二铲刀标记147和151的图像，和/或ECU250正在校准坡度控制***270时，作业车辆100可以正在移动。

ECU 250还可操作地连接至铲刀位置传感器149，铲刀位置传感器149又可操作地连接至升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154。铲刀位置传感器149构造成识别升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154的相应预定结构，并将此信息传送或发送到ECU 250。ECU 250还响应由坡度控制***270、声波***254、激光***256和/或GPS 258提供的坡度状态信息，并通过控制铲刀位置传感器149以及相应的升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154来调节铲刀132的位置。

现在转向图4，图4是用于校准坡度控制***270的控制过程400的流程图。在该控制过程400中，可以执行多个框或步骤。框402包括确定升降缸150，倾斜缸152和偏转缸154之一是否已经移动至预定构造。如上所述，确定框402是否被满足具有不同方式。例如，传感器149可以被构造为确定升降缸150，倾斜缸152和偏转缸154中的任何一个或多个何时达到预定构造或最大冲程的百分比。可替代地，缸150、152和154中的任何一个的预定构造可以是最大行程或行程长度的100％，或缸的最小行程或行程长度的0％。升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154的预定构造可以是这些缸的可操作行程的任何百分比。例如，在一种形式中，预定构造是缸150、152和154之一的最大冲程的100％。当缸150、152和154之一达到最大冲程的100％时，其余两个缸可以位于最大冲程的从0％到100％的任何百分比。在另一种形式中，预定构造是缸150、152和154之一的最大冲程的25％。当缸150、152和154之一达到最大冲程的25％时，其余两个缸可以位于最大冲程的从0％到100％的任何百分比。在其他形式中，仅举几个例子，预定构造可以是缸150、152和154之一的最大冲程的0％、30％、50％、75％或90％。缸150、152和154的行程长度中的两个或多个可以达到预定构造，以满足方框402。

在方框404中，如果升降缸150，倾斜缸152和偏转缸154之一未移动至预定构造，则操作员继续使用和移动铲刀142和升降缸150、倾斜缸152和偏转缸154。

在框406中，摄像机***232与第一标记147和第二标记151交互以拍摄第一标记147的第一图像和第二标记151的第二图像。如果存在附加标记或仅一个标记，则摄像机***232将拍摄相应的图像。摄像机***232将第一图像和第二图像以及任何其他图像传送到ECU 250。

在框408中，ECU 250基于第一图像和第二图像来确定第一标记147的第一位置和第二标记151的第二位置。第一和第二标记147和151的第一和第二位置可包括铲刀的竖直位置或铲刀升降，向左横滚或向右横滚(这可称为铲刀倾斜，或向左倾斜和向右倾斜)，以及向左偏航或向右偏航(可以称为铲刀偏转，或者称为向左偏转和向右偏转)。替代地，第一和第二标记147和151的第一和第二位置可各自包括相对于纵向方向102，纬线106或横向方向以及垂线110或竖直方向测量的XYZ坐标。通常，在框408中，使用第一和第二图像来测量摄像机***232与第一和第二标记147和151之间的XYZ距离。

在方框410中，用铲刀142的第一和第二标记147和151的第一和第二位置来校准车辆坡度控制***270。特别地，将第一铲刀标记147的存储的第一位置替换为第一铲刀标记的第一位置，和将第二铲刀标记151的存储的第二位置替换为第二铲刀标记151的第二位置。第一铲刀标记147的存储的第一位置包括初始第一校准位置，和第二铲刀标记151的存储的第二位置包括初始第二校准位置，其中，初始第一和第二校准位置对应于作业车辆100的初始构建时(作业车辆100未在现场进行操作)的测量值。所存储的第一位置和第二位置可替代地包括第一校准位置和第二校准位置，它们对应于作业车辆100和/或铲刀142的操作使用之后的测量值。ECU 250基于摄像机***232确定的数据被提供作为“反馈”信号，该反馈信号在调节408车辆坡度控制***时使用。

在方框410中，ECU 250通过用第一铲刀标记147的第一位置替换存储的第一铲刀标记147的第一位置，基于第一铲刀标记的第一位置来校准坡度控制***270。ECU 250还通过用第二铲刀标记151的第二位置替换存储的第二铲刀标记151的第二位置，基于第二铲刀标记151的第二位置来校准坡度控制***270。

在方框412中，控制过程400确定作业车辆100是否正在操作。如果作业车辆100不操作，则控制过程400在框412处结束。如果作业车辆100在操作中，则控制过程400继续到框402。通过继续使用作业车辆100和/或铲刀142，坡度控制***270被重新校准。同样有利的是，在坡度控制***270被校准的同时，作业车辆100可以操作。

尽管以上已经描述了结合本公开原理的示例性实施例，但是本公开不限于所描述的实施例。相反，本申请旨在覆盖使用其一般原理的本公开的任何变化、使用或改编。此外，本申请旨在覆盖偏离本公开的，但是落在本公开内容所属领域的已知惯例或常见惯例中的并且落入所附权利要求的限制之内的这些偏离。

Claims (20)

1.一种用于校准作业车辆的坡度控制***的方法，该方法包括：

提供一种作业车辆，该作业车辆具有可操作地连接至摄像机的控制器，该作业车辆具有可操作地连接至铲刀的升降缸、倾斜缸和偏转缸，该铲刀具有后表面，该后表面具有在其上的第一铲刀标记；

将升降缸、倾斜缸和偏转缸之一移动至被设计用于校准所述坡度控制***的相应预定构造；

当所述升降缸、所述倾斜缸和所述偏转缸之一被定位在相应的所述预定构造时，用摄像机拍摄第一铲刀标记的第一图像；

利用控制器使用第一图像测量第一铲刀标记的第一位置；和

在控制器与摄像机通信的情况下，通过将第一铲刀标记的存储的第一位置替换为第一铲刀标记的第一位置，基于第一铲刀标记的第一位置校准坡度控制***，以考虑到所述作业车辆的磨损。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，铲刀的后表面在其上包括第二铲刀标记；

所述方法还包括：

当所述升降缸、所述倾斜缸和所述偏转缸之一被定位在相应的所述预定构造时，用摄像机拍摄第二铲刀标记的第二图像；和

利用控制器使用第二图像测量第二铲刀标记的第二位置；

其中，校准坡度控制***包括：将第二铲刀标记的存储的第二位置替换为第二铲刀标记的第二位置，基于第二铲刀标记的第二位置校准坡度控制***，以考虑到所述作业车辆的磨损。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一铲刀标记的存储的第一位置包括初始的第一校准位置，并且第二铲刀标记的存储的第二位置包括初始的第二校准位置。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，第一铲刀标记的存储的第一位置包括第一校准位置，并且第二铲刀标记的存储的第二位置包括第二校准位置。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，预定构造是升降缸，倾斜缸和偏转缸之一的最大行程长度的100％。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，预定构造在升降缸，倾斜缸和偏转缸之一的最大行程长度的0％至100％之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，摄像机被安装在作业车辆上。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述坡度控制***校准期间，操作作业车辆。

9.一种作业车辆，包括：

铲刀，其可操作地连接至作业车辆，该铲刀具有后表面，该后表面具有在其上的第一铲刀标记和第二铲刀标记；

升降缸、倾斜缸和偏转缸，其可操作地连接到铲刀，升降缸、倾斜缸和偏转缸构造成移动至被设计用于校准坡度控制***的相应预定构造；

传感器***，其联接至升降缸、倾斜缸和偏转缸，该传感器***构造成识别升降缸、倾斜缸和偏转缸的相应预定构造；

摄像机，其安装在作业车辆上，该摄像机被构造为当升降缸、倾斜缸和偏转缸的任何被定位在相应的所述预定构造时，拍摄第一铲刀标记的第一图像并拍摄第二铲刀标记的第二图像；

坡度控制***，其安装在作业车辆上；和

控制器，其可操作地连接到传感器***、摄像机和坡度控制***，其中，该控制器还使用第一图像确定第一铲刀标记的第一位置，并使用第二图像确定第二铲刀标记的第二位置，以及控制器通过将第一铲刀标记的存储的第一位置替换为第一位置并将第二铲刀标记的存储的第二位置替换为第二位置，基于第一位置和第二位置来校准坡度控制***，

其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一者考虑到所述作业车辆的磨损。

10.根据权利要求9所述的作业车辆，其中，预定构造是升降缸、倾斜缸和偏转缸之一的最大行程长度的100％。

11.根据权利要求9所述的作业车辆，其中，预定构造在升降缸、倾斜缸和偏转缸之一的最大行程长度的0％至100％之间。

12.根据权利要求9所述的作业车辆，其中，第一铲刀标记和第二铲刀标记位于铲刀的顶部边缘附近。

13.根据权利要求12所述的作业车辆，其中，第一铲刀标记和第二铲刀标记被定位成与铲刀的中心线等距。

14.根据权利要求9所述的作业车辆，其中，第一铲刀标记和第二铲刀标记均包括与摄像机相互作用的传感器。

15.根据权利要求9所述的作业车辆，其中，第一铲刀标记和第二铲刀标记被加工到后表面中。

16.一种用于校准作业车辆的坡度控制***的方法，该方法包括：

提供一种作业车辆，该作业车辆具有可操作地连接至摄像机的控制器，该作业车辆具有可操作地连接至铲刀的多个缸，该铲刀具有后表面，该后表面具有在其上的一个或多个铲刀标记；

将多个缸之一移动至被设计用于校准所述坡度控制***的相应预定构造；

在所述多个缸之一移动到相应的所述预定构造之后，利用摄像机拍摄一个或多个铲刀标记的相应图像；

利用控制器使用相应图像测量一个或多个铲刀标记的相应位置；和

在控制器与摄像机通信的情况下，通过将一个或多个铲刀标记的存储的相应位置替换为一个或多个铲刀标记的相应位置，基于一个或多个铲刀标记的相应位置来校准坡度控制***，以考虑到所述作业车辆的磨损。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，存储的相应位置包括初始相应校准位置。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，存储的相应位置包括相应校准位置。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，预定构造在多个缸之一的最大行程长度的0％至100％之间。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括：

在所述坡度控制***校准期间，操作作业车辆。

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