CN117295865A - 用于动力机械的自动路径跟踪 - Google Patents

Abstract

动力机械可以被配置为基于对目标点的追踪而沿着计划路径自动行驶。可以基于计划路径的局部曲率或动力机械的行驶速度中的一个或多个来确定目标点沿着计划路径的位置。在某些情况下，可以使用循环缓冲区来存储映射数据。

Description

用于动力机械的自动路径跟踪

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年5月7日提交的并且题为“AUTOMATED PATH TRACKING FORPOWER MACHINES(用于动力机械的自动路径跟踪)”的美国临时专利申请no.63/185,630的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本公开针对动力机械。更具体地，本公开涉及动力机械在地形上的运动的自动控制，所述运动包括沿着预定和自适应计划路径的运动。出于本公开的目的，动力机械包括任何类型的产生用于完成特定任务或各种任务的电力的机械。一种类型的动力机械是作业车辆。作业车辆，例如装载机，通常是自推进式车辆，其具有可以***纵以执行作业功能的作业装置，例如提升臂(但是一些作业车辆可以具有其他作业装置)。举几个例子，作业车辆包括装载机、挖掘机、多用途车、拖拉机和挖沟机等。

在某些情况下，动力机械的控制***可以在没有操作员在场或操作员的主动干预的情况下执行操作。例如，动力机械的泵、马达、气缸和其他致动器可以以已知的方式进行电子控制，以实现特定的驾驶操作(例如，转向操作、向前或向后行驶等)和工作组操作(例如操作提升臂或机具)。因此，一个或多个适当配置的电子控制设备(例如，集线器控制器)可以基于各种操作员和非操作员输入自动控制适当的致动器，以自动实现各种动力机械操作。在某些情况下，自动操作可以包括在地形上自动跟踪计划路径。

以上论述仅针对一般背景信息提供，不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

发明内容

通常，本文公开的示例可以为动力机械提供改进的自动(例如，自动化)行驶，包括超越计划的行驶路径。例如，沿着预先计划路径的行驶可以通过沿着预先计划路径朝向目标点的命令移动来实现，并且目标点的沿着路径的位置可以自适应地更新，包括基于动力机械的当前操作条件(例如，行驶速度)或环境情境(例如，局部路径曲率)自适应地更新。在一些情况下，当动力机械的行驶速度相对较低时，可以确定目标点的较近位置，而当动力机械的行驶速度相对较高时，可以确定目标点的更远位置。相应地，在一些情况下，较近的位置可以对应于接近或执行转弯的动力机械，而较远的位置可以对应于沿着路径的大致低曲率部分行驶的动力机械。在一些情况下，自适应更新目标点的实现可以改善动力机械的实际行驶路径的平滑，从而通常提高操作效率。

本公开的一些示例提供了一种用于控制动力机械的行驶(例如，自动控制自动行驶)的方法，该方法可以使用一个或多个处理器设备(例如，通用或专用电子控制器)来实现。可以在起始位置和目的地之间识别动力机械的行驶的计划路径。沿着计划路径的目标点可以基于目标点与动力机械的设定距离以及命令动力机械朝向目标点的行驶来确定。动力机械的一个或多个牵引元件可以被控制以使动力机械自动朝向目标点行驶。当动力机械自动朝向目标点行驶时，可以基于计划路径的局部曲率或动力机械的行驶速度中的一个或多个来更新设定距离。当动力机械自动朝向目标点行驶时，可以基于更新的设定距离来更新目标点沿计划路径的位置。

在一些示例中，更新目标点与动力机械的设定距离包括基于动力机械的行驶速度的增加来增加设定距离，以及基于动力机械的行驶速度的降低来减少设定距离。在一些示例中，可以基于计划路径的局部曲率的增加来自动降低动力机械的命令行驶速度，并且可以基于计划路径的局部曲率的减少来自动增加动力机械的命令行驶速度。

在一些示例中，控制一个或多个牵引元件以使动力机械自动朝向目标点行驶可能导致动力机械偏离计划路径。在一些示例中，与计划路径的偏离可能导致动力机械的实际行驶路径在沿着计划路径的公共端点之间局部短于计划路径。在一些示例中，与计划路径的偏离可能导致动力机械从起始位置到目的地的总实际行驶路径比如所测量的从起始位置到目的地的计划路径更短。

在一些示例中，更新目标点与动力机械的设定距离可以还基于动力机械对用于路径跟踪的多个预定操作模式中的至少一个操作模式的选择(例如，用户选择)。

在一些示例中，更新目标点与动力机械的设定距离还可以基于动力机械的转弯半径。

在一些示例中，更新目标点与动力机械的设定距离包括在基本上完成沿着计划路径的转弯时将设定距离增加到最大值。

一些示例提供了一种被配置成用于自动操作的动力机械。动力机械可以包括：主框架；一个或多个牵引元件，该一个或多个牵引元件被配置为在地形上移动主框架；由主框架支撑的一个或多个作业元件；和动力源，该动力源由主框架支撑并且被配置为向一个或多个牵引元件提供牵引动力并且向一个或多个作业元件提供作业动力。一种控制***可以包括一个或多个处理器设备，该处理器设备被配置为执行控制操作，包括：识别用于动力机械的自动行驶的计划路径的第一局部曲率；基于第一局部曲率设置用于动力机械的第一目标行驶速度；确定动力机械的当前位置；基于动力机械的当前位置和第一局部曲率或第一目标行驶速度中的一个或多个，识别目标点的沿着计划路径的第一位置；以及控制动力机械的自动行驶，包括基于所识别的目标点的第一位置命令动力机械的第一航向以自动控制动力机械的行驶。

在一些示例中，基于第一局部曲率或第一目标行驶速度中的一个或多个来识别目标点沿计划路径的第一位置包括基于第一局部曲率确定第一目标行驶速率，以及基于第一目标行驶速度识别目标点的位置。

在一些示例中，当动力机械沿着第一航向朝向目标点行驶时，可以基于计划路径的第二局部曲率或动力机械的第二行驶速度中的一个或多个来识别目标点沿着计划路径的更新位置。控制动力机械的自动行驶可以包括基于所识别的目标点的更新位置来命令用于动力机械的更新航向。

在一些示例中，识别目标点的更新位置包括：当动力机械朝向目标点行驶时，基于计划路径的(例如，第二)局部曲率或动力机械的(例如，第二)行驶速度中的一个或多个来更新动力机械和目标点之间的距离。

在一些示例中，自动控制动力机械的行驶可以包括以下中的一个或多个：基于动力机械的行驶速度的增加，自动增加目标点与动力机械上的参考位置之间的距离；基于动力机械的行驶速度的降低来自动减小目标点与参考位置之间的距离；基于计划路径的局部曲率的增加来自动降低动力机械的命令行驶速度；或者基于计划路径的局部曲率的减小来自动增加动力机械的命令行驶速度。

在一些示例中，可以接收指示从多个操作模式中选择操作模式的用户输入。响应于接收到用户输入，可以在所选择的操作模式下操作动力机械以进行自动行驶，其中，多个操作模式中的每一个都指定(a)动力机械和目标点之间的距离与(b)动力机械的行驶速度或计划路径的局部曲率中的一个或多个之间的相应对应关系。

在一些示例中，可以布置一个或多个传感器来检测表示地形的多方面的数据。一种控制***可以包括循环缓冲存储器结构。该控制***可以被配置为：在循环缓冲存储器结构中存储地形的第一区域的初始映射/地图；从一个或多个传感器接收数据，所述数据表示地形内的一个或多个潜在障碍物或延伸超过地形的第一区域的边缘的地形的第二区域中的一个或多个；以及在循环缓冲存储器结构中存储地形的更新映射，所述更新映射包括地形内的一个或多个潜在障碍物或延伸超过地形的第一区域的边缘的地形的第二区域中的一个或多个的表示。在一些示例中，存储更新映射可以覆盖循环缓冲模块内的初始映射的至少一部分。

一些示例提供了一种被配置成用于自动操作的动力机械。动力机械可以包括：主框架；一个或多个牵引元件，该一个或多个牵引元件被配置成在地形上移动主框架；动力源，该动力源由主框架支撑并且被配置为向一个或多个牵引元件提供牵引动力，以及控制***，该控制***包括循环缓冲区模块和一个或多个处理器设备。该控制***可以被配置为：在循环缓冲区模块中存储地形的第一区域的初始表示；控制动力机械的自动行驶，包括基于地形的初始表示来命令一个或多个牵引元件的第一牵引操作；接收来自一个或多个传感器的数据，该数据对应于地形内的一个或多个潜在障碍物或延伸超过地形的第一区域的边缘的地形的第二区域中的一个或多个；将地形的更新表示存储在循环缓冲区中，所述更新表示包括地形内的一个或多个潜在障碍物或延伸超过地形的第一区域的边缘的地形的第二区域中的一个或多个的表示；以及进一步控制动力机械的自动行驶，包括基于地形的更新表示来命令一个或多个牵引元件的第二牵引操作。

在一些示例中，控制***可以进一步被配置为：存储用于循环缓冲区的偏移，该偏移将动力机械定位在地形的第一区域内；以及基于接收到与地形的第二区域相对应的数据来更新偏移。

在一些示例中，由更新表示表示的地形的第二区域可以具有与由初始表示表示的地形的第一区域基本相同的面积大小。

提供本发明内容和摘要是为了以简化的形式介绍一些构思，这些构思将在下文的具体实施例中进一步描述。发明内容和摘要不意在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是图示出代表性动力机械的功能***的框图，在该动力机械上可以有利地实践本公开的实施例。

图2是总体上示出动力机械的前部的透视图，在该动力机械上可以有利地实践本说明书中公开的实施例。

图3是总体上示出了图2中所示的动力机械的背部的透视图。

图4是图示出装载机(例如图2和图3的装载机)的动力***的部件的框图。

图5是图示出用于根据本公开的实施例的动力机械的自动行驶的控制方法的框图。

图6是图示出在图5的控制方法的一些示例下的映射操作的各方面的示意图。

图7A和7B是图示出在图5的控制方法的一些示例下的映射操作的各方面的示意图。

图8是图示出在图5的控制方法的一些示例下的路径计划操作的各方面的示意图。

图9是图示出在图5的控制方法的一些示例下的路径跟踪操作的各方面的示意图。

图10A-10D是图示出在图5的控制方法的一些示例下的路径跟踪操作的另一些方面的示意图，包括目标点的自适应布置。

图11和图12是图示出在图5的控制方法的一些示例下的跟踪操作的其他方面的示意图，包括某些路径平滑效果。

图13和图14是图示出根据本公开的实施例的(包括可以作为图5的方法的一部分来实现的)动力机械的控制方法的框图。

具体实施方式

本论述中公开的构思是参考示例性实施例进行描述和说明的。然而，这些构思在其应用中不限于说明性实施例中的部件的构造和布置的细节，并且能够以各种其他方式实践或实施。本文件中的术语用于描述的目的，不应被视为限制性的。本文中使用的诸如“包括”、“包含”和“具有”等词及其变体应包括下文所列的项目、其等价物以及其他项目。

如本文所用，除非另有规定，否则“基本相同”(或其变体)表示两个值相对于具有较小绝对值的值彼此偏离5％或更小。在这方面，例如，值100和105基本上相同，因为它们彼此偏离5％。

如本文所用，除非另有规定，“转弯”表示动力机械的行驶路径的一部分(例如，行驶的实际或计划的路径)，其表现出非零曲率，并连接该路径的分别表现出基本上零曲率(即，在相关动力机械的至少一段长度上切线的局部变化小于5度)或与转弯相反的曲率(例如在S曲线的情况下)的两个其他部分。类似地，转弯的“基本完成”(以及类似的，例如，“基本正在完成”等)指示动力机械或其牵引元件的参考点(例如，前边缘、重心或旋转中心)已经沿着转弯行驶到是以下中的一个或多个的点：通过前边缘的沿着转弯的路径的至少一半，或者经过转弯的最大曲率的点。

如本文所使用的，除非另有规定，否则曲率表示平滑弯曲路径或路径段的数学曲率(即1/R)，或由在节点之间延伸的直线(或其他线)形成的路径或路径段的角度变化，如相对于相关点处未改变的向前行驶方向进行测量的。因此，例如，对于沿着第一直线段延伸到节点，然后从节点沿着第二直线段延伸的路径，节点处的曲率是在节点处的第二线段与第一线段的经过节点的直线延伸部之间的角度。在某些示例中，节点可以是路径图中的路径线之间的交点处的点。在某些示例中，节点可以是路径线之间的弯曲的或其他过渡路径(例如，定义内部曲率以及在两个直线路径段之间沿着节点定义的曲率延伸的短弯曲路径段)。

如上所述，在动力机械在地形上自动行驶期间，有时可以根据一个或多个计划路径控制动力机械的航向。例如，(例如，在动力机械开始从起始点行驶之前,)可以基于已知的或检测到的障碍物或地形的其他方面、其他环境因素、动力机械的特征或计划的操作等，预先确定在起始位置和目的地之间延伸的初始计划路径。然后可以命令动力机械沿使动力机械大致遵循计划路径的方向行驶。此外，在某些情况下，由于传感器或其他输入引入了关于地形、动力机械等的新数据，因此可以在命令行驶期间自适应地更新计划路径。

在某些情况下，为了提高操作的效率和平稳性，可以命令动力机械朝着目标点行驶，该目标点位于动力机械的相对于行驶方向的前方的计划路径上。然而，动力机械和目标点之间的最佳距离可能根据不同因素而变化。因此，本公开的一些实施例包括方法、控制***和动力机械***，该动力机械***通常被配置为随着沿着计划路径的目标点与通过追踪目标点来跟踪计划路径的动力机械之间的距离的自动变化而操作。

在某些情况下，在追逐目标行驶的过程中，目标点与动力机械的最佳距离可能取决于动力机械的操作特征(例如转弯半径、行驶速度等)或计划路径的特定部分的特征(例如，路径的局部曲率，表示动力机械正在接近或当前导航的转弯，地形的虚拟映射内存在一个或多个障碍物等)。因此，在一些实施例中，目标点与正在跟踪计划路径的动力机械的距离可以基于动力机械的当前或预期操作特征(例如，当前或命令的行驶速度)或计划路径的当前或即将到来的特征(例如，目标点已经到达或在动力机械的特定范围内的沿着转弯的路径的平均曲率)来自动调整。例如，一些控制***可以被配置为基于动力机械接近路径的表现出局部曲率增加的一部分(例如，路径的直线段之间的转弯)(或沿其移动)来自动减小目标点与动力机械的距离，以及基于动力机械接近路径的表现出局部曲率减小的一部分(例如，转弯的末端)(或沿其移动)来增加所述距离。因此，在某些情况下，动力机械可能倾向于“切掉”较少的角部或其他转弯，这是因为当动力机械接近转弯时，动力机械被命令朝向其行驶的目标点可以自动移动至沿着路径更靠近动力机械。此外，由于更远的目标点可以允许对行驶矢量进行更渐进的调整，以更靠近地接近计划路径，因此动力机械可能倾向于沿着(和围绕)路径的较直部分振荡得更不明显。

作为另一个示例，一些控制***可以被配置为基于动力机械的行驶速度的降低(例如，检测到的或导出的当前行驶速度，或命令的目标行驶速度)自动减小目标点与动力机械的距离，并且基于动力机械的行驶速度的增加来减小目标点与动力机械的距离。在这种布置中，可以获得沿着转弯和其他路径段的类似的益处，如上面一般论述的。实际上，在一些情况下，直接基于行驶速度对目标点的位置的调整可以对应于间接基于路径几何形状(例如，局部曲率)对目标点的位置的调整，反之亦然。例如，在一些实施例中，控制***可以被配置为基于局部路径曲率自动地命令动力机械的调整后的行驶速度(例如，对于增加的曲率降低速度)，并且基于行驶速度自动地命令目标点沿着路径的调整后的位置。

这些构思可以在各种动力机械上实践，如下所述。可以在其上实践实施例的代表性动力机械在图1中以图表形式示出，并且这种动力机械的一个示例在图2-3中示出，并在公开任何实施例之前在下文中进行描述。为了简洁起见，只论述了一台动力机械。然而，如上所述，以下实施例可以在多个动力机械中的任何一个上实践，所述多个动力机械包括与图2-3所示的代表性动力机械不同类型的动力机械。出于本论述的目的，动力机械包括框架、至少一个作业元件以及能够向作业元件提供动力以完成作业任务的动力源。一种类型的动力机械是自推进式作业车辆。自推进式作业车辆是如下一类动力机械，其包括框架、作业元件和可以向作业元件提供动力的动力源。作业元件中的至少一个是用于在动力下移动动力机械的动力***。

图1图示出了说明动力机械100的基本***的框图，下面论述的实施例可以有利地结合在该基本***上，并且可以是多种不同类型的动力机械中的任何一种。图1的框图标识了动力机械100上的各种***以及各种部件和***之间的关系。如上所述，在最基本的层面上，用于本论述目的的动力机械包括框架、动力源和作业元件。动力机械100具有框架110、动力源120和作业元件130。由于图1中示出的动力机械100是自推进式作业车辆，因此它还具有牵引元件140和操作员站150，所述牵引元件140本身是被设置成用于使动力机械在支撑表面上移动的作业元件，所述操作员站150提供用于控制动力机械的作业元件的操作位置。控制***160被设置成与其他***交互以至少部分地响应于由操作员或其他输入设备提供的控制信号来执行各种作业任务。例如，控制***160可以是一个或多个处理器设备和一个或多个存储器的集成或分布式架构，其被共同配置为接收操作员输入或其他输入信号(例如，传感器数据)并相应地输出用于动力机械操作的命令。

某些作业车辆具有能够执行专用任务的作业元件。例如，一些作业车辆具有提升臂，诸如铲斗之类的机具例如通过销接装置而被附接至所述提升臂。为了执行任务，可以操纵作业元件(即，提升臂)来定位机具。在一些情况下，机具可以相对于作业元件定位，这例如通过相对于提升臂旋转铲斗实现，以便进一步定位机具。在这样的作业车辆的正常操作下，铲斗用于被附接并且处于使用中。通过拆卸机具/作业元件组合、以及重新组装另一机具来代替原始铲斗，这样的作业车辆可以能够接收其它机具。然而，其它作业车辆用于与各种各样的机具一起使用，并且具有诸如图1中示出的机具接口170之类的机具接口。最基本地，机具接口170是框架110或作业元件130与机具之间的连接机构，该连接机构可以简单到是用于将机具直接附接至框架110或作业元件130的连接点，或者可以更复杂，如下文所论述的。

在一些动力机械上，机具接口170可以包括机具承载件，该机具承载件是可移动地附接至作业元件的物理结构。机具承载件具有接合特征和锁定特征，以接收多个机具中的任一机具并将其固定至作业元件。这种机具承载件的一个特征是：一旦机具被附接至该机具承载件，该机具承载件就被固定至该机具(即，不能相对于该机具移动)，并且当该机具承载件相对于作业元件移动时，该机具与该机具承载件一起移动。如本文中所使用的术语“机具承载件”不仅仅是枢转连接点，而且是专用于接收并固定至各种不同机具的专用装置。机具承载件本身能被安装至作业元件130(如提升臂)或框架110。机具接口170还可以包括一个或更多个动力源，以用于向机具上的一个或多个作业元件提供动力。一些动力机械可以具有带有机具接口的多个作业元件，每个作业元件可以但不必需具有用于接收机具的机具承载件。一些其它动力机械可以具有带有多个机具接口的作业元件，使得单个作业元件可以同时接收多个机具。这些机具接口中的每个机具接口可以但不必需具有机具承载件。

框架110包括可以支撑被附接至框架110或被定位在框架110上的各种其它部件的物理结构。框架110可以包括任意数目个单独的部件。一些动力机械具有刚性的框架。也就是说，框架的任何部分都不能相对于该框架的另一部分移动。其它动力机械具有可以相对于框架的另一部分移动的至少一个部分。例如，挖掘机可以具有相对于下框架部分转动的上框架部分。其它作业车辆具有铰接框架，使得框架的一个部分相对于另一部分枢转以实现转向功能。

框架110支撑动力源120，动力源120能够向包括一个或多个牵引元件140的一个或多个作业元件130提供动力，以及在一些情况下，经由机具接口170提供所附接的机具使用的动力。来自动力源120的动力可以被直接提供给作业元件130、牵引元件140和机具接口170中的任一个。可替代地，来自动力源120的动力可以被提供给控制***160，该控制***又选择性地向能够使用该动力来执行作业功能的元件提供动力。用于动力机械的动力源通常包括发动机(例如内燃机)和动力转换***(例如机械传动装置或液压***)，该动力转换***能够将来自发动机的输出转换成能被作业元件使用的动力的形式。其它类型的动力源可以被结合到动力机械中，该其它类型的动力源包括电源、或通常称为为混合动力源的动力源组合。

图1示出了被指定为作业元件130的单个作业元件，但是各个动力机械可以具有任意数目个作业元件。作业元件通常被附接至动力机械的框架并且在执行作业任务时能相对于框架移动。另外，牵引元件140是作业元件的特殊情况，因为牵引元件的作业功能通常是使动力机械100在支撑表面上移动。牵引元件140被示出为与作业元件130分开，这是因为许多动力机械具有除了牵引元件之外的附加作业元件，但是并不总是这样的情况。动力机械可以具有任意数目个牵引元件，其中的一些或全部牵引元件可以接收来自动力源120的动力以推动动力机械100。牵引元件可以例如是附接至轮轴的轮、履带组件等等。牵引元件可以被安装至框架，使得牵引元件的移动被限于围绕轮轴的转动(使得通过滑移动作来完成转向)，或者可替代地，牵引元件被可枢转地安装至框架以通过使牵引元件相对于框架枢转来完成转向。

动力机械100包括具有操作位置的操作员站150，操作员可以从该操作位置控制动力机械的操作。在一些动力机械中，操作员站150由封闭或部分封闭的驾驶室限定。所公开的实施例可以在其上实践的一些动力机械可以不具有上文中描述的类型的驾驶室或操作员舱。例如，步行自走式装载机可以不具有驾驶室或操作员舱，而是具有操作位置，该操作位置用作操作员站，动力机械从该操作员站被适当地操作。更广义地，除了作业车辆之外的动力机械可以具有不一定类似于上文提及的操作位置和操作员舱的操作员站。另外，代替与动力机械相邻或位于动力机械上的操作员站、或除了与动力机械相邻或位于动力机械上的操作员站之外，一些动力机械(例如所述动力机械100)等(无论它们是否具有操作员舱或操作员位置)可以能够被远程地操作(即，从远距离定位的操作员站来操作)。这可以包括这样的应用：其中动力机械的至少一些操作员控制功能可以从与联接至动力机械的机具相关联的操作位置***作。替代地，在一些动力机械的情况下，可以设置能够控制动力机械上的至少一些操作员控制功能的遥控装置(即，远离动力机械和其所联接的任何机具两者地设置)。

图2-3示出了装载机200，它是图1所示类型的动力机械的一个特定示例，其中可以有利地采用下面论述的实施例。装载机200是履带式装载机，并且更具体地，是紧凑型履带式装载机。履带式装载机是一种具有环形履带作为牵引元件(与车轮不同)的装载机。履带式装载机200是在图1中大致示出并在上面论述的动力机械100的一个特定示例。为此，以下描述的装载机200的特征包括通常与图1中使用的附图标记相似的附图标记。例如，装载机200被描述为具有框架210，正如动力机械100具有框架110一样。本文描述履带式装载机200以提供用于理解一种环境的参考，在该环境中可以实践下面描述的与履带组件和用于将履带组件安装到动力机械的安装元件有关的实施例。装载机200不应被认为限制于尤其关于装载机200在本文中可能已经描述了的特征的描述，这些特征对于所公开的实施例并不是必需的，并且因此可以或可以不被包含在与装载机200不同的动力机械中，在所述动力机械上可以有利地实践以下公开的实施例。除非特别指出，以下公开的实施例可以在各种动力机械上实践，其中履带式装载机200仅是这些动力机械中的一个。例如，以下论述的一些或全部构思可以在许多其他类型的作业车辆上实践，仅举几个示例，例如各种其他装载机、挖掘机、挖沟机和推土机。

装载机200包括支撑动力***220的框架210，该动力***能够产生或以其他方式提供用于操作动力机械上的各种功能的动力。框架210还支撑呈提升臂结构230形式的作业元件，该提升臂结构由动力***220提供动力并且可以执行各种作业任务。由于装载机200是作业车辆，框架210还支撑牵引***240，该牵引***240也由动力***220提供动力，并且可以在支撑表面上推进动力机械。提升臂结构230进而支撑机具承载件272，机具承载件272可以接收各种机具并将其固定到装载机200，以执行各种作业任务。装载机200可以从操作员站250操作，操作员可以从该操作员站250操纵各种控制装置以使动力机械执行各种功能。控制***260被设置成用于控制装载机200的各种功能。

可以包括以下论述的实施例或与之交互的各种动力机械可以具有支撑各种作业元件的各种不同的框架部件。本文论述的框架210的元件是为了说明的目的而提供的，并且不应当被认为是可以在其上实践实施例的动力机械可以采用的唯一类型的框架。装载机200的框架210包括框架的底架或下部部分211、和框架的由底架支撑的主框架或上部部分212。装载机200的主框架212例如用紧固件或通过将底架焊接到主框架而被附接至底架211。主框架212包括位于主框架的两侧且朝向主框架的后部的一对直立部分214(在图2中仅示出了一个)，该一对直立部分214支撑提升臂结构230并且提升臂结构230被可枢转地附接至该一对直立部分214。提升臂结构230被说明性地销接至每个直立部分214。出于本论述的目的，位于直立部分214以及提升臂结构230上的安装特征与安装硬件(包括用于将提升臂结构销接至主框架212的销)的组合共同地被称为接头216(一个接头位于每个直立部分214上)。接头216沿轴线218对准，使得提升臂结构能够相对于框架210绕轴线218枢转，如下文所论述的。其它动力机械可以不包括在框架的两侧的直立部分，或者可以没有可安装到在框架的两侧并且朝向框架的后部的直立部分的提升臂结构。例如，一些动力机械可以具有单个臂，该单个臂被安装至动力机械的单侧或被安装至动力机械的前端或后端。其它机械可以具有多个包括多个提升臂的作业元件，每个提升臂以其自身配置被安装至所述机械。框架210还支撑位于装载机200的每侧的一对牵引元件242(在图2中仅示出了一个)，在装载机200上该一对牵引元件242是履带组件。

图1中所示的提升臂结构230是许多不同类型提升臂结构的一个示例，这些提升臂结构可以附接到动力机械，例如装载机200或其他动力机械，在这些动力机械上可以实践本论述的实施例。提升臂结构230具有设置在框架210的相对侧的一对提升臂232。每个提升臂232的第一端232A在接头216处被可枢转地联接至动力机械，并且每个提升臂的第二端232B在处于如图2中示出的放下位置时被定位在框架210的前方。提升臂结构230能在装载机200的控制下相对于框架210移动(即，提升臂结构可以被升高和降低)。该移动(即，提升臂结构230的升高和降低)由行驶路径(大致由箭头233示出)来描述。出于本论述的目的，提升臂结构230的行驶路径233由提升臂结构的第二端232B的移动的路径来限定。

如图2所示，提升臂结构230的每个提升臂232包括第一部分234A和第二部分234B，第二部分可枢转地联接到第一部分234A。每个提升臂234的第一部分234A在接头216中的一个处枢转地联接到框架210，并且第二部分234B从其与第一部分234A的连接部延伸到提升臂结构230的第二端232B。提升臂232各自都联接到附接到第一部分234A的横向构件236。横向构件236为提升臂结构230提供了增加的结构稳定性。装载机200上的一对致动器238(图1中仅示出一个)是被构造成接收来自动力***220的加压流体的液压缸，该一对致动器238分别在装载机200的两侧的可枢转接头238A和238B处可枢转地联接到框架210和提升臂234。致动器238有时被单独地或共同地称为提升缸。致动器238的致动(即，伸出和缩回)使得提升臂结构230围绕接头216枢转，从而沿着箭头237所示的固定路径升高和降低。一对控制连杆217中的每一个(仅示出一个)可枢转地安装到框架210和在框架210的两侧的提升臂232中的一个。控制连杆217有助于限定提升臂结构230的固定行驶路径。图2中所示的提升臂结构230代表了一种类型的可以联接到动力机械100的提升臂结构。在不脱离本论述的范围的情况下，具有不同几何形状、部件和布置的其他提升臂结构可以可枢转地联接到装载机200或其他动力机械，在这些动力机械上可以实践本文所论述的实施例。例如，其他机械可以具有带有提升臂的提升臂结构，每个提升臂具有一个部分(与提升臂234的两个部分234A和234B不同)，该部分在一端处可枢转地联接到框架，而另一端定位在框架的前方。其他提升臂结构可以具有可延伸或伸缩的提升臂。还有其他的提升臂结构可以具有若干(即，多于两个)部分段或部分。一些提升臂，最显著的是挖掘机上的但也可能在装载机上的提升臂，可以具有可控制以相对于另一段枢转的部分，而不是如图2所示的提升臂结构230中的情况那样协同(即，沿着预定路径)移动。一些动力机械具有带有单个提升臂的提升臂结构，例如在挖掘机或甚至一些装载机和其他动力机械中已知的。其他动力机械可以具有多个提升臂结构，每个提升臂结构独立于其他的(一个或多个)提升臂结构。

示例性机具接口270设置在臂234的第二端234B处。机具接口270包括机具承载件272，机具承载件272能够接收各种不同的机具并将其固定到提升臂230。这样的机具具有机械接口，该机械接口被配置为与机具承载件272接合。机具承载件272可枢转地安装到臂234的第二端234B。机具承载件致动器233可操作地联接提升臂结构230和机具承载件272，并且可操作以相对于提升臂结构旋转机具承载件。

机具接口270还包括机具动力源235，机具动力源235可用于连接至提升臂结构230上的机具。机具动力源235包括加压液压流体端口，机具可以联接至该加压液压流体端口。加压液压流体端口选择性地提供加压液压流体，以用于向机具上的一个或更多个功能或致动器提供动力。机具动力源还可以包括用于向机具上的电致动器或电子控制器供电的电力源。电力源235还示例性地包括电气管道，该电气管道与挖掘机200上的数据总线通信，以允许机具上的控制器与装载机200上的电子装置之间的通信。应注意，装载机200上的特定机具动力源不包括电力源。

下框架211支撑并且已经附接至一对牵引元件242，该一对牵引元件242在图2-图3中被标识为左履带组件242A和右履带组件240B。牵引元件242中的每一个都具有被联接至下框架211的履带框架243。履带框架243支撑环形履带244且被该环形履带244环绕，该环形履带244在动力下转动以在支撑表面上推进装载机200。各种元件被联接至履带框架243或以其它方式由履带框架243支撑，以接合和支撑环形履带244并使环形履带244绕履带框架转动。例如，链轮246由履带框架243支撑并接合环形履带244以使得环形履带绕履带框架转动。惰轮245通过张紧器(未示出)被保持抵靠履带244，以在履带244上保持适当的张力。履带框架243还支撑多个辊249，该多个辊249接合履带并且穿过该履带、支撑表面，以支撑和分配装载机200的重量。

上框架部分212支撑驾驶室252，驾驶室252至少部分地限定了操作员舱或操作员站250。座位254设置在驾驶室252内，操作员在操作挖掘机时可以坐在座位254上。当坐在座位254上时，操作员将能够接近多个操作员输入装置256，操作员可以操纵这些操作员输入装置256来控制各种作业功能，例如操纵提升臂230、牵引***240等等。

显示装置被设置在驾驶室中，以能够***作员感知的形式给出与动力机械的操作相关的信息的指示(诸如例如听觉指示或视觉指示)。听觉指示可以被制成呈蜂鸣、铃声等的形式或通过口头通信来进行。视觉指示可以被制成呈图表、光、图标、仪表、字母数字符号等的形式。显示器可以专门用于提供专用指示，诸如警告灯或仪表，或者动态地提供可编程信息，包括诸如各种大小和能力的监视器之类的可编程显示装置。显示装置可以提供诊断信息、故障排除信息、指导信息、以及帮助操作员对动力机械或联接至动力机械的机具进行操作的各种其它类型的信息。还可以提供对操作员可能有用的其它信息。

图4更详细地示出了动力***220。广义地说，动力***220包括一个或多个动力源222，其可以产生或存储用于操作各种机械功能的动力。在装载机200上，动力***220包括内燃发动机。其它动力机械可以包括发电机、可再充电的电池、各种其它动力源、或可以为给定动力机械部件提供动力的动力源的任何组合。动力***220还包括动力转换***224，动力转换***224***作性地联接至动力源222。动力转换***224进而被联接至一个或多个致动器226，该一个或多个致动器226可以执行动力机械上的功能。在各种动力机械中的动力转换***可以包括各种部件，包括机械传动装置、液压***、电力***等等)。

在所示示例中，动力机械200的动力转换***224包括静液压驱动泵224A，该静液压驱动泵为驱动马达226A和226B提供动力信号。驱动马达226A、226B又各自操作性地联接到相应的驱动链轮246A、246B以驱动环形履带244。尽管未示出，一个或多个(例如，两个)驱动马达或其他致动器有时可以为一个或多个(例如，四个)轮轴提供动力，该轮轴又可以联接到车轮或其他牵引元件。在一些实施例中，可以设置轮式(或其他)滑移转向***，其中驱动马达226A、226B中的每一个例如为相应的一组两个轮轴(未示出)提供动力，使得可以通过在动力机械200的相对侧上施加不同的牵引力(例如，而不是通过枢转轮轴、车轮或框架组件)来完成转向操作。

静液压驱动泵224A可以机械地、液压地或电气地联接到操作员输入装置，以接收用于控制驱动泵的致动信号。动力转换***还包括机具泵224C，机具泵224C也由动力源222驱动。机具泵224C被构造成向与作业致动器239连通的作业致动器回路238提供加压液压流体。作业致动器239代表多个致动器，包括提升缸、倾斜缸、伸缩缸等。作业致动器回路238可以包括阀和其他装置，以选择性地将加压液压流体提供给由图4中的框239表示的各种作业致动器。此外，作业致动器回路238可以被配置为向所附接的机具上的作业致动器提供加压液压流体。

在一些实施例中，还如以上一般地所述的，类似布置的动力转换***可以操作以接收和利用电功率。例如，可以提供电动马达来代替驱动马达226A、226B，以从电力源而不是从驱动泵224A接收操作功率。

以上对动力机械100和装载机200的描述是为了说明目的而提供的，以提供可以在其上实践下面论述的实施例的说明性环境。虽然所论述的实施例可以在(例如通常由图1的框图中所示的动力机械100所描述的)动力机械上实践，并且更具体地在诸如履带式装载机200的装载机上实践，除非另有说明或记载，否则下文所论述的构思并不旨在被限制在其上文具体描述的环境的应用。

如以上一般地所述的，在一些实施例中，可以控制动力机械，以基于目标点的沿计划路径的自动调整来跟踪计划路径。在不同的实施例中，用于动力机械的控制***可以操作以自动确定计划路径，并例如，基于用于马达控制的已知协议和一般已知的反馈***)自动提供用于动力机械的操作的电子命令信号以跟踪计划路径(。作为一个示例，图5总体地示出了用于自动控制动力机械330(例如，动力机械100、200中的任一个，电动或以其他方式提供动力的轮式滑移转向装载机等)的方法300。通常，所示出的方法300的操作可以按顺序(并且迭代地)进行通过定位框302、映射框304、路径计划框306，以及跟踪框308，以用于自动确定用于与沿着计划路径312的行驶相对应的动力机械的行驶参数310。例如，基于框302、304、306或308处的操作，行驶参数310可以被确定为与当前动力机械位姿、用于路径跟踪的确定航向或适当的其他操作条件相对应的线速度和角速度。如以上一般地论述地，然后可以使用各种已知的方法，包括通过已知的低级别控制模块(例如，通过在框322处的马达、驱动器或其他控制器的操作)，来为动力机械的牵引(或其他)***提供命令信号。例如，一旦已经确定了行驶参数310，就可以采用各种已知的方法来向动力机械的作业元件(例如，通过专用的机具控制器或驱动控制器)发送电子命令，包括通过远程控制***、集成控制***或本地和远程控制***的组合，以实现预期的控制。

在方法300的执行过程中，控制***可以定期(例如，循环地)接收来自一个或多个传感器或其他输入设备的输入数据，以通知方法的各种操作的执行。一些输入数据可以是外部位置数据314，其可以指示动力机械的全局或相对位置或方位(例如，绝对或相对航向)。例如，为了在框302处通知动力机械的定位(例如，动力机械的当前位置和方位的识别)，一些控制***可以包括GPS设备(或其他类似装置)，其可以基于对来自卫星或信标源的信号的已知处理来为动力机械提供外部位置数据或方位数据。在一些情况下，动力机械可以包括两个或多个GPS设备，从而可以分析两个不同的信号，并且可以确定对动力机械的位置或方向的更准确的估计。

在一些实施例中，由于GPS信号的噪声性质和固有精度限制，进一步的操作可能有利于更可靠地确定动力机械的当前位置或方向(统称为动力机械的“位姿”)。例如，一些已知的方法可以使用扩展卡尔曼滤波，通过分析随时间变化的位置测量，结合动力机械的预期移动，来提供对当前动力机械位姿的改进估计(例如，基于来自GPS设备的测量定位数据，校正来自牵引控制信号的预测位置)。在某些情况下，包括在使用扩展卡尔曼滤波的方法下，也可以跟踪定位数据的不确定性。因此，在一些实施例中，有时也可以基于关于动力机械的当前位姿的确定性来控制动力机械的操作，包括如以下所论述的。

在框302处定位动力机械以确定动力机械的当前位姿316之后或与之同时，方法300可以包括框304处的映射操作，以提供相关(例如，邻近和周围)地形的虚拟映射，包括也存在地形中的障碍物或物体。通常，映射操作可以考虑已知障碍物或地形的其他方面，以及未知障碍物或地形的其他方面，如基于(例如，来自雷达或其他传感器输入的)外部地形数据所确定的。一些已知的方法可以使用概率占用技术，其中虚拟映射的占用网格填充有与计算出的障碍物(或其他明显的几何方面)存在于每个网格单元(例如，对于相关地形区域的每个0.25m x 0.25m部分)中的概率相关的确定性(或可能性)值。当接收到关于地形的更新数据时，包括通过在特定角度和距离范围上的定期雷达扫描，然后可以更新(例如，基于特定网格单元的先前未知或不确定障碍物上的雷达命中而增加)占用网格的确定性值。因此，如图6所示，例如，(在X_Global和Y_Global坐标系上示出的)占用网格的一些部分320可以指示可能的障碍物(例如，对应于类似形状的真实世界障碍物326)，一些部分322可以指示可能的自由空间，并且一些部分324相对于动力机械328的行驶可能是不确定的(例如，因为最近没有被雷达扫描到或者没有以其他方式存储在存储器中)。

在某些情况下，考虑到控制***的相关不确定性，可以在地形的虚拟映射中的障碍物周围设置缓冲区，包括为动力机械在障碍物周围的行驶提供适当的安全系数。例如，如图7A所示，虚拟映射400包括多个障碍物402，这些障碍物402已被识别为具有足够的置信度(例如，具有大于50％的确定度)，以被表示为在404处表示的动力机械的行驶期间要避开的区域(即，作为用于路径计划目的的“障碍物”)。此外，缓冲区406已被识别为围绕(例如，完全或部分围绕)每个障碍物402。在一些情况下，缓冲区406可以被有效地处理为在方法300(见图5)下的路径计划和自动行驶期间要避免的障碍物。或者缓冲区406可以以其它方式被特别处理。例如，在某些缓冲区可能允许行驶，但速度会降低。在一些情况下，缓冲区可以按比例缩放以对应于相关动力机械的大小(例如，可以从检测到的或预先已知的障碍物延伸与动力机械的操作宽度或转弯半径等基本相同的距离)。

同样如图7A所示，动力机械404的雷达扫描区域408的范围可以显著小于由虚拟映射表示的地形的总面积。因此，例如，确定性值可以更准确地表示有限地形区域上的地形的实际特征(例如，特定网格中障碍物的存在)，特别是集中在动力机械当前行驶的区域内和动力机械当前行驶朝向的区域。

作为相关效果，当动力机械在地形上移动时，动力机械可能最终接近引导自动行驶的虚拟映射的一个或多个边缘。在某些情况下，可以酌情更新虚拟映射，以结合新的地形区域。在一些实施例中，可以基于到达先前构成的虚拟映射的一个或多个边界边缘的动力机械的扫描区域来更新虚拟映射覆盖的地形区域。例如，如图7B所示，动力机械404已经导航到足够远超过了障碍物402，还避开了更新的缓冲区406，使得雷达扫描范围408的多个部分延伸经过先前映射的区域的边界(其由映射400的虚线表示指示)。因此，尽管由更新的虚拟映射400’表示的总面积保持与由初始虚拟映射400表示的总面积相同，由于可以允许用相对较小的总存储器进行操作，因此基于在动力机械400行驶时通过动力机械400的雷达扫描，更新的虚拟映射400’的覆盖范围也已经更新，以更多地覆盖相关的地形区域。

在一些实施例中，用于映射地形(例如，如可以实现方法300的部分的)的控制***可以使用循环(或“环”)缓冲区架构来存储映射数据。根据已知原理，循环缓冲区通常可以以固定的总存储量以及缓冲区内的数据块的顺序和重复(即，循环)写入和重写过程进行操作，这可以有效地致使对固定存储大小的数据进行首次写入-首次重写管理。一些动力机械可以包括相对少量的可用内存以用于映射，因此使用循环缓冲区进行映射操作有时对动力机械操作特别有用。

通常，当(例如，基于动力机械404的雷达扫描)接收到更新的映射信息时，可以根据需要更新虚拟映射的网格的置信度值或其他参数。此外，随着动力机械的移动将扫描区域扩展到不同的地形区域，具有较旧且置信度值在空间上较远的网格单元(即，不太相关的网格单元)可以被有效地重新分配，以表示新的地形区域(例如，与映射400相比，虚拟映射400’内的新区域)。在一些情况下，当动力机械相对于存储在循环缓冲区中的虚拟映射移动时，简单地通过更新循环缓冲区的偏移值(例如，动力机械404的位置或相对于当前虚拟映射的网格单元的其他原点)，可以保持对地形的特定真实世界区域的映射的网格单元的准确分配，尽管动力机械的参考系在移动。与上面提到的其他方法一样，使用这样的自适应偏移值，特别是与用于映射数据的循环缓冲区相结合，通常可以提高动力机械性能，包括通过减少所需的存储器空间和处理器时间。

返回图5，在框304处的映射操作已经建立了具有适当置信度和空间范围的映射的情况下，方法300可以进一步包括框306处的路径计划。在这方面，包括A*、D*Lite、广度优先搜索、深度优先搜索、统一成本搜索或其他算法在内的各种已知方法可以用于识别动力机械在起始位置(例如，动力机械的初始或当前位姿316)和目的地320(例如，由操作员输入的地形区域内的固定位置)之间的计划路径。此外，如以上关于图7A和7B所大体论述的，动力机械的感测(例如，雷达)范围可以不必延伸到地形的整个映射区域上。因此，与障碍物信息一样，有时可以基于更新的地形信息，包括使用A*算法或其他各种已知方法，在穿越地形的过程中自适应地更新计划路径。

在一些实施例中，一旦已经识别出初始路径，就可以实现额外的路径平滑，包括提供较短的整体行驶路径或以其他方式提高性能(例如，减少行驶过程中的急动)。各种路径平滑方法都是可以的，包括视线平滑，其示例如图8所示。在所示的示例中，已经仅使用相邻网格单元的中心点之间的直线段来确定起始位置502与目的地504之间的初始最短路径500。使用已知算法，然后可以构造平滑的最短路径500’，这例如通过最大化网格单元的遥远中心点之间的线性段的长度，而线段不与障碍物或相关联的缓冲区相交而实现。尽管视线平滑可能在某些情况下是有用的，但也可以采用其他已知的路径平滑方法。

再次参考图5和图9，一旦已经适当地确定了计划路径，方法300可以包括在框308处的跟踪操作，以基于计划路径来确定动力机械的行驶参数(例如，目标速度)。特别地，如图9所示，动力机械600的当前位姿可能不一定总是覆盖计划路径602(例如，相对于动力机械600的几何中心线或其他固定参考点进行评估)。然而，在任何一种情况下，都可以类似地在框308处进行跟踪操作。在这方面，例如，不是确定动力机械600应该尽可能快地(例如，沿着最短的返回线)前进到计划路径602，而是控制***可以(例如，在框308处的操作中)识别沿着路径602的目标点604，该目标点604相对于沿着路径602的预期行驶方向(例如，图9的示例中的页面上的向上方向)与动力机械间隔开。然后，可以为动力机械600确定行驶参数310以朝向目标点604行驶(例如，而不是仅仅大体上行驶到行驶路径602)，并且然后还可以根据需要(例如，如经由框322实现)确定和转达用于动力机械600的作业元件的对应命令324。通常，为了控制沿着路径的已知目标点(例如，如上所述确定的目标点604)的跟踪，多种方法是可以的，包括具有PI控制的已知纯追踪算法(如图所示)，用于通过调整角速度来校正动力机械航向。

在一些实施例中，目标点可以沿着与动力机械相距特定设定距离的路径定位。例如，目标点可以定位在距动力机械特定距离处，如在动力机械上的参考点和目标点之间直接测量的，或者如沿着目标点与计划路径上的最靠近动力机械的位置之间的计划路径测量的。相应地，当动力机械沿着(例如，跟踪)路径行驶时，目标点可能倾向于沿着计划路径移动。如以上总体地论述地，在某些情况下，将跟踪点定位为尽实践性的可能地远离动力机械可能是有用的，因为这可以为一些操作带来更平滑、更自然的轨迹，特别是当机器人接近锐角时是这样。

在某些情况下，动力机械和目标点之间的最佳距离可能会根据动力机械的运行条件、计划路径(或相应的地形)的各个方面或其他因素而变化。例如，尽管目标点的较大距离可以导致总体上更平滑的行驶，但较大的距离也可以导致动力机械沿着较尖锐的转弯(例如，正方形或较尖锐的拐角)或以较高的速度切掉路径的大部分。此外，尽管目标点的较小距离可能导致更少的较大拐角切除，但较小距离也可能导致路径在较尖锐的路径转弯或在较高的速度下的较大的超调。

因此，在一些实施例中，作为跟踪计划路径的一部分(例如，在框308处)，控制***可以基于计划路径的局部曲率、动力机械的行驶速度或其他因素自动更新目标点与动力机械(即，与动力机械上的任意参考点)的距离。例如，沿着路径的较直(即，较低曲率)部分或在以较高速度行驶期间，控制***可以在距动力机械较大距离处自动提供目标点。类似地，可以在路径的较高曲率部分附近或沿着路径的较高曲率部分或者在以较低速度行驶期间在较小距离处自动提供目标点。因此，例如，一些实施例可以允许动力机械在转弯或其他低速移动过程中以相对高保真度自动导航计划路径，同时在较直的行驶或其他高速移动过程中也保持相对平稳的运动。

在一些实施例中，相对于动力机械定位目标点可以基于速度(例如，可以与速度成比例地变化)或者可以基于路径曲率(例如，可以与曲率成反比地变化)。例如，一些控制***可以操作以基于计划路径的局部曲率的当前或预期增加(例如，对于即将到来的转弯)来自动降低动力机械的命令行驶速度，并且可以基于计划路径的局部曲率的当前或预期减少(例如，对于即将到来的直道)来自动增加动力机械的命令行驶速度。此外，类似地，(例如，根据较低速度对应于路径的较高曲率区域的假设)目标点与动力机械的距离可以在较低速度下自动减小，并且可以在较高速度下自动增大。因此，简言之，在一些实施例中，可以基于计划路径的几何方面来降低或增加动力机械速度，并且可以基于动力机械速度来将目标点移动得更靠近或远离动力机械。

在某些情况下，基于曲率的速度控制和基于速度的目标点位置控制的组合可以提供特别有效的计算和控制，包括因为速度控制可以从根本上与确定跟踪点位置的计算分离，这可以允许更灵活的控制设备架构和数据流。此外，在这种方法下，操作员调整可能比在其他方法下更直观。然而，在一些实施例中，类似的控制可以以其他方式实现，包括通过以不同的顺序或基于不同的参数来确定目标点距离或行驶速度。

在不同的实施例中，可以使用路径曲率、行驶速度和目标点位置之间的不同对应关系。在一些情况下，可以基于查找表将路径曲率映射到行驶速度，该查找表可以基于特定动力机械的操作特征、特定操作员的偏好、相关地形的特征等来初始填充或校准(以及随后调整)。类似地，在一些情况下，可以基于目标的预定最小和最大可能距离以及最小和最大行驶速度将行驶速度线性地映射到目标点的距离以追踪跟踪。这种显著的方法在可用处理能力有限的***中可能被证明是特别有效的。然而，特定的目标点距离也可以以各种其他方式与特定的速度、曲率或其他因素相关联。

在一些实施例中，只有在动力机械已经基本上(或完全)完成特定操作之前，才能实现目标点的减小的距离。例如，当动力机械以较低的速度行驶通过路径上的转弯的初始部分时，动力机械追踪跟踪的目标点可以与动力机械相距最小距离。然而，一旦动力机械完成转弯的某一部分，目标点的距离可以自动增加到特定值或范围。例如，一旦动力机械基本上(或完全)完成转弯，追踪跟踪的目标点可以自动移动到与动力机械相距最大距离。在一些情况下，目标点距离可以随着阶跃(或阶跃的)变化而增加到最大距离。在某些情况下，距离可以逐渐增加到最大值(例如，与行驶距离成线性)。

在一些实施例中，路径曲率、行驶速度和目标点距离之间的对应关系可以是可调的，以提供特定地形、操作员、任务等的可定制操作特征。例如，不同的操作模式可以包括行驶速度(或曲率)和目标点距离之间的各种不同的预设对应关系，以提供最大速度操作、开放空间操作(例如，具有最小的预期障碍物)、封闭约束操作(例如，以最大限度地避免许多、敏感的或以其他方式明显的障碍物)等。根据需要，操作员然后可以选择用于执行特定动力机械操作的特定操作模式。

在一些实施例中，可以基于与映射或定位操作相关联的不确定性值来确定路径曲率、行驶速度和目标点距离之间的特定映射(例如，见图5)。例如，有时可以基于来自扩展卡尔曼滤波(或其他分析)的升高的不确定性测量结果或者基于关于虚拟映射内的障碍物位置的升高的不确定性来降低行驶速度或目标点距离，以确定当前的动力机械位姿。

在一些实施例中，可以部分地基于动力机械的操作特征来确定目标点与动力机械的距离。如上所述，例如，目标点距离可以基于车辆速度。在某些情况下，目标点距离可以附加地(或替代地)基于特定动力机械的转弯半径、最大速度、最小速度或其他特征。例如，可以基于动力机械的转弯半径或动力机械的最小或最大预期行驶速度来设置最小或最大目标点距离。

图10A至图10C示出了以上论述的方法300和各种具体操作的示例实施方式。(图10C被划分为子图10C-1和10C-2，具有共同包括的动力机械定位700E和参考线720以及共同的竖直缩放)。特别地，图10A示出了已经被定位在虚拟映射704上的起始位置702处的动力机械700。计划路径706在起始位置702和目的地708之间。图10B和图10C示出了在动力机械700对路径706的后续跟踪期间的动力机械700，其中动力机械700的选择连续定位分别指示为700A、700B等，并且对应的目标点分别指示为710A、710B等。特别地，图10B示出了在整个路径706的上下文中的动力机械700，而图10C示出了在选择定位期间被隔离的动力机械700，其具有归一化定向，使得各种目标点710A等与动力机械700的参考点(例如，重心或旋转中心)的距离被示出为参考线720上方的竖直距离。

特别参考图10B和10C，当动力机械700沿着路径706的直部分行驶时(参见定位700A、700D、700G)，相关联的目标点(参见点710A、710D、710G)的距离处于最大值(例如，如图所示，公共最大值)。然而，当动力机械700接近并沿着路径706导航转弯时，相关联的目标点(参见点710B、710C、710E、710F、710H、710I)的距离减小。

此外，特别参考图10C，目标点的距离从最大距离减小的比例与路径706的局部曲率成比例(见图10B)，并且还与动力机械700距相关转弯的距离或动力机械700通过该转弯的进展程度相关。例如，由于转弯的曲率相对较高(例如，每个转弯具有90度或更大的角度)，在动力机械700进入相关联的转弯之前，目标点710B和7101E的距离已经减小到最小。相反，由于相关联的转弯的相对较小的曲率，目标点710H的距离从最大值减小，但仍基本上高于最小值。类似地，和与目标点710B、710E相关联的转弯相比，由于较低的局部曲率，目标点710H附近的目标点的距离的减小可以在某种程度上更靠近相关联的转弯的地方开始。

继续，在所示示例中，目标点710C、710F的距离也保持相对较小，尽管高于最小设置，至少直到动力机械700基本上完成相关联的转弯为止。然而，由于转弯的曲率较低，相对于通过相关联的转弯的进展，目标点710H的距离已经基本上较快地返回到最大值。相应地，在一些实施例中，目标点距离(例如，在目标点710C、710F、710H附近)有时可以仅在动力机械已经基本上完成转弯或其他相关操作之后才增加到超过预定阈值(例如，达到最大值)。

作为这方面的示例，图10D示出了在沿着包括第一转弯732和第二转弯734的路径730行驶期间的动力机械700。在所示的示例中，一旦动力机械700到达点736(该点736对应于动力机械700基本完成转弯732)，目标点相对于动力机械700的重心738的距离自动增加。在所示的示例中，转弯732的基本完成与动力机械700比第一转弯732的航路点更靠近第二转弯734的航路点相一致(如以转弯734为中心的虚线圆所示的)。在直线路径之间的转弯中，转弯的基本完成可以与动力机械的重心经过转弯的中点相一致。

如图10B至10D所示，目标点距离相对于路径曲率和转弯的基本完成的行为在某些情况下可能特别有益，包括相对于沿着路径706的不同类型的转弯之间的差异。然而，如上文一般性论述的，根据需要，可以实现目标点距离、行驶速度和路径曲率之间的各种其他特定关系。

如上文一般性论述的，遵循计划路径的追踪操作有时可以有效地致使动力机械的行驶路径的补充平滑。例如，如图11所示，当动力机械800基于目标点804的自适应定位来跟踪计划路径802时(例如，如上文一般性论述的)，动力机械800可以遵循比计划路径802更平滑并且在某些情况下局部地或全局地比计划路径802更短的实际路径806。在某些情况下，这种类型的基于追踪的平滑因此可以将额外的路径平滑叠加在先前平滑操作的结果之上(例如，在路径计划操作期间应用的路径平滑(见图5))。还参考图12，例如，基于目标点的自适应定位的追踪跟踪，动力机械可以遵循平滑的实际路径810，该实际路径810适当地避开障碍物，同时也比(例如，基于原始路径814的)视线平滑路径812在局部和全局上更短。

与上文的论述一致，一些实施例可以包括控制方法900，如图13所示，其可以单独实现为相对于方法300所包括的或替代的模块(见图5)，或者作为其他控制方法的一部分。特别地，在所示的示例中，方法900包括在框902处识别用于动力机械的计划路径的形状特征。例如，可以根据方法300确定初始或更新计划路径，然后控制设备可以识别计划路径的形状的局部曲率或其他特征，包括以便识别转弯或其他区域，在这些转弯或区域中，位置更近的目标点可能是有用的。

继续，方法900还可以包括在框904处确定目标点沿着计划路径的位置，以供动力机械追踪跟踪。例如，如上文类似的论述地，在框904处，可以基于对于路径的某些部分(例如，较少弯曲的部分)设置与动力机械的较大距离，并且对于路径的其他部分(例如，较多弯曲的部分)设置与动力机械的较小距离，来确定跟踪点的位置。

在一些情况下，也如上文所述的，基于路径特征(在框904处)确定目标点的位置有时可以进一步(或替代地)基于行驶速度(例如，基于行驶速度的干预控制)。例如，在一些实施方式中，方法900可以进一步包括在框906处基于(在框902处)所识别的计划路径的形状特征(例如，局部曲率)来确定动力机械的目标行驶速度。相应地，例如，在框904处确定目标点的位置有时可以直接基于(在框906处)所确定的动力机械的行驶速度，并且因此可以仅间接地基于(在框902处)所识别的形状特征。

如上文一般性论述的，一旦已经在框904处确定了跟踪点的位置，就可以在框908处命令动力机械对跟踪点的追踪，包括基于用于自动激活动力机械的作业元件的各种已知控制架构。此外，随着动力机械的路径跟踪行驶的继续，方法900可以根据需要全部或部分地重复。例如，可以(在框902处)识别计划路径的附加(例如，空间接近)特征，可以(在框904处)相应地确定跟踪点的更新位置，然后可以(在908处)命令对跟踪点进行更新的追踪。

同样与上文的论述一致，一些实施例可以包括控制方法1000，如图14所示，其可以单独实现为相对于方法300(见图5)或方法900(见图13)的包含的或替代的模块，或者作为其他控制方法的一部分。特别地，在所示的示例中，方法1000包括在框1002处在循环缓冲区模块中存储地形的第一区域的初始表示。例如，对应于第一区域的虚拟映射的网格数据(例如，如图7A中的映射400所示)可以存储在循环缓冲存储器架构中，以表征任何特定网格单元中存在障碍物的可能性。

随着方法1000的继续，可以在框1004处从一个或多个传感器接收数据，该数据可以对应于地形内的一个或多个潜在障碍物，或者对应于延伸超过地形的第一区域的边缘的地形的第二区域。例如，来自雷达扫描的更新数据可以对应于基于发生或不发生雷达脉冲的特定网格单元的确定性值的变化，或者可以对应于映射数据到不同于第一区域的第二区域的扩展(例如，如图7B中的映射400’所示的)。如本文所使用的，潜在障碍物指示物体或其他现象，其可以导致与地形区域中的实际物体相对应的传感器数据。在某些情况下，潜在障碍物可以是实际障碍物(例如，实际物体或地形特征)，包括先前未知的障碍物(即，未被包括在相关地形区域的当前表示中的障碍物)。在某些情况下，潜在障碍物可能是虚假障碍物(即，传感器数据的伪像，其具有实际障碍物的传感器数据的特征，但与实际地形中的实际障碍物不对应)。

如上文一般性论述的，在框1006处，可以将地形的更新表示存储在循环缓冲区中，根据已知的循环缓冲区的数据管理的一般原理写入和重写数据。例如，存储的地形的更新表示可以包括地形内的一个或多个检测到的潜在障碍物的更新(或新)表示，或者延伸超过地形的第一区域的边缘的地形的第二区域的表示，这可能导致覆盖缓冲区内的旧数据。

在一些实施方式中，还可以包括其他操作，包括上文已经一般性论述过的操作。例如，一些实施方式可以包括存储用于循环缓冲区的偏移，该偏移相对于地形的第一区域定位(即，定位)动力机械，如循环缓冲区中的映射数据所表示的。在适当的情况下，然后可以(在框1004处)基于接收到的数据来更新偏移，该接收到的数据涉及地形的不同的第二区域或者以其他方式指示动力机械相对于地形的第一区域的移动。在一些实施例中，由(在框1006处)存储的更新表示表示的地形的空间区域可以具有与初始表示内的地形的空间区域基本相同的总尺寸(例如，如图7A和7B中的映射400、400’所示的)，使得两个空间区域都可以由具有相同分辨率的恒定尺寸的循环缓冲区表示。

在一些实施例中，本发明的各方面，包括根据本发明的方法的计算机化实施方式，可以使用标准编程或工程技术来实现为***、方法、装置或制造品来生产软件、固件、硬件，或其任何组合以控制处理器设备(例如，串行或并行通用或专用处理器芯片、单核或多核芯片、微处理器、现场可编程门阵列、控制单元、算术逻辑单元和处理器寄存器的任何各种组合等)、计算机(例如，操作性地耦接到存储器的处理器设备)，或另一以电子的方式操作的控制器来实现本文详述的方面。因此，例如，本发明的实施例可以被实现为指令集，该指令集有形地体现在非瞬态计算机可读介质上，使得处理器设备可以基于从计算机可读介质读取指令来实现指令。本发明的一些实施例可以包括(或利用)诸如自动化设备的控制设备，包括各种计算机硬件、软件、固件等的专用或通用计算机，这与下文的论述一致。作为具体示例，控制设备可以包括处理器、微控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑控制器、逻辑门等，以及本领域中已知的用于实现适当功能的其他通常部件(例如，存储器、通信***、动力源、用户接口和其他输入等)。

本文中使用的术语“制造品”旨在涵盖可从任何计算机可读设备、载体(例如，非瞬态信号)或介质(例如，非瞬态介质)访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条等)、光盘(例如，压缩磁盘(CD)、数字多功能盘(DVD)等)、智能卡和闪存设备(例如卡、棒等)。此外，应当理解，可以使用载波来携带计算机可读电子数据，例如在发送和接收电子邮件或访问诸如因特网或局域网(LAN)的网络中使用的那些数据。本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的范围或精神的情况下，可以对这些配置进行许多修改。

根据本发明的方法或执行这些方法的***的某些操作可以在图中示意性地表示或在本文中以其他方式论述。除非另有规定或限制，图中以特定空间顺序表示的特定操作可能不一定要求这些操作以对应于特定空间顺序的特定序列执行。相应地，图中表示的或本文中以其他方式公开的某些操作可以按照与明确示出或描述的不同的顺序执行，这酌情适用于本发明的特定实施例。此外，在一些实施例中，某些操作可以并行执行，包括由专用并行处理设备或被配置为作为大型***的一部分进行互操作的单独的计算设备执行。

如本文在计算机实现的情景中使用的，除非另有规定或限制，否则术语“部件”、“***”、“模块”等旨在涵盖部分或全部计算机相关***，包括硬件、软件、硬件和软件的组合或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于处理器设备、由处理器设备执行(或可执行)的进程、对象、可执行文件、执行线程、计算机程序或计算机。作为示例，在计算机上运行的应用程序和计算机都可以是一个部件。一个或多个部件(或***、模块等)可以贮存于执行的进程或线程内，可以定位在一台计算机上，可以分布在两台或多台计算机或其他处理器设备之间，或者可以被包括在另一个部件(或者***、模块等)内。

如本文中使用的，除非另有限制或定义，否则“或”指示可以以任何各种组合形式存在的部件或操作的非排他性列表，而不是只能作为彼此的替代物存在的部件的排他性列表。例如，“A、B或C”的列表表示以下选项：A；B；C；A和B；A和C；B和C；以及A、B和C。相应地，本文中使用的术语“或”旨在指示仅在前面有排他性术语时才表示排他性替代物，如“非此即彼”、“……中的仅一个”或“……中的恰好一个”。例如，“A、B或C之一”的列表表示以下选项：A，而不是B和C；B，而不是A和C；以及C，而不是A和B。以“一个或多个”(及其变体，例如“……中的至少一个”)开头并包括“或”以分隔列出的元素的列表表示任何或所有列出的元素中的一个或多个的选项。例如，短语“A、B或C中的一个或多个”和“A、B或C中的至少一个”指示以下选项：一个或多个A；一个或多个B；一个或多个C；一个或多个A和一个或多个B；一个或多个B和一个或多个C；一个或多个A和一个或多个C；以及A中的一个或多个、B中的一个或多个和C中的一中或多个。类似地，以“多个”(及其变体)开头并包括“或”以分隔所列元素的列表指示所列元素中的任何或所有元素的多个实例的选项。例如，短语“多个A、B或C”和“A、B、或C中的两个或多个”指示以下选项：A和B；B和C；A和C；以及A、B和C。

如本文中所使用的，除非另有明确限制或定义，否则术语“自动操作”(等)是指至少部分地依赖于计算机算法的电子应用进行决策而无需人工干预的操作。在这方面，除非另有明确限制或定义，否则“自动行驶”是指动力机械或其他车辆的行驶，其中至少一些关于转向、速度、距离或其他行驶参数的决定是在没有操作员直接干预的情况下做出的。与此相关的是，除非另有明确限制或定义，否则术语“自动化操作”(等)是指不需要操作员干预的自动操作的子集。例如，自动化行驶可以指动力机械或其他车辆的自动行驶，在此期间，在没有操作员输入的情况下实时确定转向、速度、距离或其他行驶参数。然而，在这方面，有时可以接收操作员输入以开始、停止、中断或限定用于自动化行驶或其他自动化操作的参数(例如，最高速度)。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本文所论述的构思的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对所公开的实施例进行改变。

Claims (20)

1.一种用于控制动力机械的行驶的方法，所述方法包括：

使用一个或多个处理器设备识别所述动力机械在起始位置和目的地之间行驶的计划路径；

使用一个或多个处理器设备，基于沿着所述计划路径的目标点与所述动力机械的设定距离，确定沿着所述计划路径的所述目标点，并命令所述动力机械朝向所述目标点行驶；

使用一个或多个处理器设备控制所述动力机械的一个或多个牵引元件，以使所述动力机械自动朝向所述目标点行驶；

当所述动力机械自动朝向所述目标点行驶时，使用一个或多个处理器设备，基于所述计划路径的局部曲率或所述动力机械的行驶速度中的一个或多个来更新所述设定距离；和

当所述动力机械自动朝向所述目标点行驶时，使用一个或多个处理器设备，基于更新的所述设定距离来更新所述目标点沿着所述计划路径的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，更新所述目标点与所述动力机械的所述设定距离包括基于所述动力机械的所述行驶速度的增加来增加所述设定距离，以及基于所述动力机械的所述行驶速度的减小来减小所述设定距离。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：基于所述计划路径的所述局部曲率的增加来自动降低所述动力机械的命令行驶速度，并且基于所述计划路径的所述局部曲率的减少来自动增加所述动力机械的所述命令行驶速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中控制所述一个或多个牵引元件以使所述动力机械自动朝向所述目标点行驶导致所述动力机械偏离所述计划路径。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，与所述计划路径的偏离导致所述动力机械的在沿着所述计划路径的公共端点之间局部地短于所述计划路径的实际行驶路径。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，与所述计划路径的偏离导致所述动力机械的短于所测量的从所述起始位置到所述目标地的计划路径的从所述起始位置到所述目的地的总实际行驶路径。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，更新所述目标点与所述动力机械的所述设定距离还基于所述动力机械对用于路径跟踪的多个预定操作模式中的至少一个操作模式的选择。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，更新所述目标点与所述动力机械的所述设定距离还基于所述动力机械的转弯半径。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，更新所述目标点与所述动力机械的所述设定距离包括在基本上完成沿着所述计划路径的转弯时将所述设定距离增加到最大值。

10.一种被配置成用于自动操作的动力机械，所述动力机械包括：

主框架；

一个或多个牵引元件，所述一个或多个牵引元件被配置为在地形上移动所述主框架；

由所述主框架支撑的一个或多个作业元件；

动力源，所述动力源由所述主框架支撑并且被配置为向所述一个或多个牵引元件提供牵引动力并且向所述一个或多个作业元件提供作业动力；和

控制***，所述控制***包括一个或多个处理器设备，所述处理器设备被配置为：

识别用于所述动力机械的自动行驶的计划路径的第一局部曲率；

基于所述第一局部曲率设置用于所述动力机械的第一目标行驶速度；

确定所述动力机械的当前位置；

基于所述动力机械的所述当前位置以及所述第一局部曲率或所述第一目标行驶速度中的一个或多个，识别目标点的沿着所述计划路径的第一位置；和

控制所述动力机械的自动行驶，包括基于所识别的所述目标点的所述第一位置命令所述动力机械的第一航向以自动控制所述动力机械的行驶。

11.根据权利要求10所述的动力机械，其中，基于所述第一局部曲率或所述第一目标行驶速度中的所述一个或多个来识别所述目标点沿着所述计划路径的所述第一位置包括基于所述第一局部曲率来确定所述第一目标行驶速度，以及基于所述第一目标行驶速度来识别所述目标点的所述位置。

12.根据权利要求11所述的动力机械，其中，所述一个或多个处理器设备被配置为：

当所述动力机械沿着所述第一航向朝向所述目标点行驶时，基于所述计划路径的第二局部曲率或所述动力机械的第二行驶速度中的一个或多个，识别所述目标点沿着所述计划路径的更新位置；和

进一步控制所述动力机械的自动行驶，包括基于所识别的所述目标点的更新位置来命令用于所述动力机械的更新航向。

13.根据权利要求12所述的动力机械，其中，识别所述目标点的所述更新位置包括：当所述动力机械朝向所述目标点行驶时，基于所述计划路径的所述第二局部曲率或所述动力机械的所述第二行驶速度中的一个或多个来更新所述动力机械与所述目标点之间的距离。

14.根据权利要求12所述的动力机械，其中，自动控制所述动力机械的所述行驶包括：

基于所述动力机械的所述行驶速度的增加，自动增加所述目标点与所述动力机械上的参考位置之间的距离；

基于所述动力机械的所述行驶速度的降低来自动减小所述目标点与所述参考位置之间的距离；

基于所述计划路径的局部曲率的增加来自动降低所述动力机械的命令行驶速度；和

基于所述计划路径的局部曲率的减小来自动增加所述动力机械的所述命令行驶速度。

15.根据权利要求10所述的动力机械，其中，所述一个或多个处理器设备被配置为：

接收指示从多个操作模式中选择操作模式的用户输入；和

响应于接收到所述用户输入，在所选择的操作模式下操作所述动力机械以进行自动行驶，其中，所述多个操作模式中的每一个都指定(a)所述动力机械与所述目标点之间的距离与(b)所述动力机械的行驶速度或所述计划路径的局部曲率中的一个或多个之间的相应对应关系。

16.根据权利要求10所述的动力机械，还包括：

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被布置为检测表示所述地形的多方面的数据；

其中所述控制***还包括循环缓冲存储器结构；并且

其中所述控制***被配置为：

在所述循环缓冲存储器结构中存储所述地形的第一区域的初始映射；

从所述一个或多个传感器接收数据，所述数据表示所述地形内的一个或多个潜在障碍物或延伸超过所述地形的所述第一区域的边缘的所述地形的第二区域中的一个或多个；以及

在所述循环缓冲存储器结构中存储所述地形的更新映射，所述更新映射包括所述地形内的所述一个或多个潜在障碍物或延伸超过所述地形的所述第一区域的边缘的所述地形的第二区域中的一个或多个的表示。

17.根据权利要求16所述的动力机械，其中，存储所述更新映射覆盖所述循环缓冲存储器结构内的所述初始映射的至少一部分。

18.一种被配置成用于自动操作的动力机械，所述动力机械包括：

主框架；

一个或多个牵引元件，所述一个或多个牵引元件被配置成在地形上移动所述主框架；

动力源，所述动力源由所述主框架支撑并且被配置为向所述一个或多个牵引元件提供牵引动力；和

控制***，所述控制***包括循环缓冲区模块和一个或多个处理器设备，所述处理器设备被配置为：

在所述循环缓冲区模块中存储所述地形的第一区域的初始表示；

控制所述动力机械的自动行驶，包括基于所述地形的所述初始表示来命令所述一个或多个牵引元件的第一牵引操作；

接收来自一个或多个传感器的数据，所述数据对应于所述地形内的一个或多个潜在障碍物或延伸超过所述地形的所述第一区域的边缘的所述地形的第二区域中的一个或多个；

将所述地形的更新表示存储在所述循环缓冲区中，所述更新表示包括所述地形内的所述一个或多个潜在障碍物或延伸超过所述地形的所述第一区域的边缘的所述地形的所述第二区域中的所述一个或多个的表示；以及

进一步控制所述动力机械的自动行驶，包括基于所述地形的所述更新表示来命令所述一个或多个牵引元件的第二牵引操作。

19.根据权利要求18所述的动力机械，其中，所述控制***进一步被配置为：

存储用于所述循环缓冲区的偏移，所述偏移将所述动力机械定位在所述地形的所述第一区域内；以及

基于接收到与所述地形的所述第二区域相对应的所述数据来更新所述偏移。

20.根据权利要求19所述的动力机械，其中，由所述更新表示表示的所述地形的所述第二区域具有与由所述初始表示表示的所述地形的所述第一区域基本相同的面积大小。