具有改进的移动感测的挖掘机的制作方法

具有改进的移动感测的挖掘机
[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本申请是2019年9月5日提交的美国专利申请序列号16/561556的部分延续申请并要求其优先权，其内容整体通过引用并入本文。
技术领域
[0003]
本说明书涉及一种用于重型施工的挖掘机。更具体地，本说明书涉及这样的挖掘机中的改进的运动感测和控制。


背景技术：

[0004]
液压挖掘机是重量通常在3500和200000磅之间的重型施工设备。这些挖掘机具有在旋转平台(有时称为壳体)上的大臂、小臂、铲斗和驾驶室。一组履带位于壳体下方并为液压挖掘机提供移动。
[0005]
液压挖掘机用于从挖洞或挖沟、拆除、放置或提升大型物体以及造景的广泛操作。这些挖掘机还常常在道路施工期间沿着道路使用。可理解，这种重型设备靠近路过的驾车者和/或其它环境对象，需要非常安全的操作。确保挖掘机操作安全的一种方式是利用电子围栏。电子围栏是由操作者设定的电子边界，使得挖掘机铲斗/臂不会移动超过特定极限位置。这些极限可以是呈角度的(左止挡和右止挡)和/或垂直的(上界和/或下界)。
[0006]
为了提供高效操作和安全，精确挖掘机操作非常重要。对于液压挖掘机领域，提供一种增加挖掘机操作精度而不显著增加成本的系统和方法将是有益的。
[0007]
上面的讨论仅是为一般背景信息提供的，并非旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。


技术实现要素：

[0008]
一种挖掘机包括可旋转壳体以及在操作上联接到可旋转壳体的铲斗。该挖掘机还包括：一个或更多个摆动传感器，其被配置为提供指示可旋转壳体的旋转的至少一个旋转传感器信号；以及一个或更多个控制器，其联接到传感器。一个或更多个控制器被配置为实现：确定挖掘机的一部分的惯性的惯性确定逻辑以及基于挖掘机的那一部分的惯性来生成控制信号以控制挖掘机的控制信号生成器逻辑。
[0009]
提供本发明内容以按简化形式介绍概念的选择，其在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容并非旨在标识要求保护的主题的关键特征或必要特征，也非旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。要求保护的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实现方式。
附图说明
[0010]
图1是示出示例挖掘机的示意图。
[0011]
图2是示出示例挖掘机的示意性俯视图，示出电子围栏。
[0012]
图3是示出示例挖掘机控制系统的框图。
[0013]
图4是示出在液压挖掘机中处理传感器输入的示例方法的流程图。
[0014]
图5是示出基于一个或更多个获取的图像来提供移动信息的示例方法的流程图。
[0015]
图6是示出自动更新电子围栏信息的示例方法的流程图。
[0016]
图7是示出用于处理感测输入的示例计算环境的示意图。
[0017]
图8是示出示例控制系统的框图。
[0018]
图9是示出示例机器操作的流程图。
[0019]
图10是示出示例机器操作的流程图。
[0020]
图11是示出示例机器操作的流程图。
具体实施方式
[0021]
图1是示出示例挖掘机的示意图。液压挖掘机或机器100包括壳体102，其具有可旋转地设置在履带部分106上方的驾驶室104。壳体102可经由可回转支承108绕履带部分106旋转360度。大臂110从壳体102延伸，并且可基于液压缸114的致动在箭头112所指示的方向升高或降低。小臂116经由接头118可枢转地连接到大臂110，并且可基于液压缸122的致动在箭头120的方向上移动。铲斗124在接头126处可枢转地联接到小臂116，并且可基于液压缸130的致动在箭头128的方向上绕接头126旋转。
[0022]
当驾驶室104内的操作者需要使机器100后退时，他或她进行合适的控制并自动地激活倒车相机140，该倒车相机140在驾驶室104内的显示器上提供与视野142对应的倒车相机图像。这样，就像汽车中一样，操作者可在观看倒车相机视频输出的同时小心且安全地使挖掘机回退。
[0023]
图2是机器100的俯视图，示出极限位置150、152的操作。极限位置或电子围栏是由操作者生成的电子位置极限，以确保机器100在操作期间不移动经过该位置。在机器100可能非常靠近结构或路过的驾车者操作的操作场景中，极限位置极为重要。为了设定极限位置，操作者通常使小臂伸到其最大可及处，然后使壳体旋转到第一角极限(例如，极限位置150)。一旦合适地定位，给予机器的控制系统来设定特定的电子围栏(在这种情况下，左旋转止挡)的输入指示，并且该极限位置被挖掘机的控制器存储作为电子围栏信息。类似地，然后使壳体102旋转到相反的旋转止挡(指示于标号152)并且提供附加极限输入。这样，向机器100提供信息，使得在操作期间它将自动地禁止试图移动超过先前设定的电子围栏极限的任何操作者尝试或控制输入。在一些示例中，机器100可移动超过极限位置1250、152。例如，机器100移动超过极限152并被节流。如所示，区域151是由极限149和150限定的节流区。在该区域中，机器100可摆动，但是被限制为给定速度。当机器100离开区域151时，则控制恢复正常速度。例如，如果地基墙靠近极限149并且用户需要尽可能靠近墙挖掘，则该节流可能特别有用。类似地，区域155可以是由极限152和153限定的另一节流区域。区域155可具有与区域151相同的节流，或者可具有不同的最大速度。
[0024]
在操作期间，机器100通常使用安装到大臂110的惯性测量单元(imu)160(示出于图1)来获得相对于大臂110的位置信息。imu是使用加速度计、陀螺仪、磁力计等的组合来测量和报告体特定力、角速率以及有时取向的电子装置。为了获得位置信息，随时间整合imu 160的加速度计或陀螺仪输出。尽管此方法对于机器100的几乎所有操作模式均非常有效，
但是当加速度计和/或陀螺仪的信号相对小时(例如，在缓慢或低加速度移动期间)，其具有局限。
[0025]
在这些情况下，具有机器视觉或合适的计算机视觉算法的液压挖掘机上的倒车相机(例如，倒车相机140(示出于图1))的存在可提供增强传统imu的信号。因此，与仅当操作者准备使挖掘机后退时才使用倒车相机的现有技术相比，连续地使用倒车相机140并且处理其视频流/输出以提供补充移动信息，以便为机器100提供更大的移动感测和精度。在下面描述的至少两个实施例中提供使用这种改进的挖掘机运动感测的方式的示例。
[0026]
图3是示出挖掘机(例如，机器100)的示例控制系统200的示意图。控制系统200包括控制器202，其被配置为接收一个或更多个输入，执行一系列程序步骤以生成一个或更多个用于控制液压挖掘机的操作的合适的机器输出。控制器202可包括一个或更多个微处理器，或者甚至一个或更多个合适的一般计算环境，如下面更详细的描述。控制器202联接到人机接口模块204，以便从驾驶室104内的操作者接收机器控制输入。操作者输入的示例包括操纵杆移动、踏板移动、机器控制设置、触摸屏输入等。另外，hmi模块204还包括一个或更多个操作者显示器，以便向操作者提供关于挖掘机操作的信息。hmi模块204的至少一个操作者显示器包括视频屏幕，其除了别的以外，可显示来自倒车相机140的图像。另外，当电子围栏极限在倒车相机140的视野142内时，显示器还可提供这种指示。实质上，在机器100与驾驶室104内的操作者之间任何合适的来自操作者的输入或向操作者的输出可形成hmi模块204的一部分。控制系统200还包括联接到控制器202的多个控制输出206。控制输出206表示提供给致动器(例如，液压阀控制器)以接合机器100的各种液压系统和其它合适的系统进行挖掘机操作的各种输出。如所示，控制系统200包括imu 160，其在操作上联接到控制器202，使得向控制器202提供大臂110(以及一定程度上小臂116和铲斗124)的位置的指示。
[0027]
如所示，控制系统200的倒车相机140在操作上联接到与控制器202联接的视觉处理系统208。尽管视觉处理系统208被示出为与控制器202分离的模块，但是可明确地想到，视觉处理系统208可被具体实现为在控制器202内执行的软件模块。然而，为了易于说明，视觉处理系统208将被描述为从倒车相机140接收视频信号以及向控制器202提供位置信息的单独视觉处理逻辑。通过硬件、软件或其组合，视觉处理系统208适于采用视觉测程法基于由倒车相机140获得的一系列图像的分析来计算机器的运动。如本文中定义的，视觉测程法是通过分析关联的相机图像来确定受控机械系统的位置和取向的处理。使用视觉测程技术，视觉处理系统208将机器运动的估计提供给控制器202。然后，控制器202将从视觉处理系统208和imu 160接收的机器运动的估计进行组合，并生成比仅使用imu 160的信号更精确的液压挖掘机的组合位置信息。这是因为来自视觉处理系统208和imu 160的信号以特别协同的方式互补。在相对高速或高加速度移动期间，imu 160相对于机器的移动提供准确信号，而倒车相机140通常提供一系列模糊的图像。相比之下，当机器100生成相对缓慢或低加速度移动时，来自imu 160的信号不那么可靠或准确。然而，使用视觉测程技术，视觉处理系统208能够提供非常精确的运动信息。使用控制器202和合适的计算(例如，基于移动的速度或大小对特定输入模态进行加权的计算)来融合摆动角度的改变的这两个测量。例如，在相对高速或加速度移动期间，控制器202可对视觉测程法在显著的程度上使用来自imu 160的信号(例如，按80％对20％加权)。相比之下，当运动缓慢和/或加速度非常低时，imu 160的信号可显著较低地加权(例如，按10％对90％权重使用来自视觉处理系统208的信息)。这
样，在几乎所有上下文中，通常向控制器202提供增强位置信息。
[0028]
尽管倒车相机140旨在涵盖任何传统或标准的倒车相机，但是可明确地想到，随着本发明的实施例在越来越多的情况下使用，并且随着相机技术的改进，倒车相机140可以是不易受运动模糊影响的相对高速视频相机，和/或可具有市售倒车相机中当前未提供的特征。如本文所使用的，倒车相机140旨在包括相对于挖掘机安装并且包括与坐在驾驶室104内的操作者基本上相反的视野的任何视觉系统。倒车相机140可包括任何合适的图像获取系统，其包括诸如电荷耦合器件(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)图像装置的区域阵列装置。此外，倒车相机140可联接到任何合适的光学系统，以在控制器202的控制下增大或减小视野142。此外，可向倒车相机提供诸如倒车灯或专用照明器的附加照明，使得当挖掘机在弱光条件下操作时可容易地获取图像。此外，尽管示出单个倒车相机140，但是可明确地想到，附加或第二倒车相机也可与倒车相机140结合使用，以提供立体视觉。这样，使用立体视觉技术，可根据本发明的实施例采用三维图像和视觉测程法。
[0029]
图4是示出在挖掘机中提供改进的位置感测的示例方法的流程图。方法300开始于方框302，其中诸如控制器202的控制器接收imu输入。在方框304，例如从视觉处理系统208接收视觉测程信息。尽管方法300被示出为方框304发生在方框302之后，但是可明确地想到，方框302和304中的这种信息获取的次序可互换。不管如何，通过方框306，控制器(例如，控制器202)具有经由方框302接收的imu信息和经由方框304接收的视觉测程信息的组合。在方框306，该信息被组合以提供精度好于单独任一个信号的位置信息。该组合可简单地通过如方框308所指示对位置信号取平均，或者通过如方框310所指示基于加速度和/或移动的大小执行加权平均来完成。接下来，在方框312，控制器提供组合的位置信息作为输出。可经由hmi模块204(示出于图3)将该输出作为指示提供给操作者。此外，可选地，输出可被提供给电子围栏处理方框314，以确定组合的位置输出是否在设定的电子围栏处或内。这样，即使液压挖掘机的大臂非常缓慢地旋转，并且imu信息的准确性降低，经由方框312提供的组合的位置信息仍将具有相对高的质量，因为它将使用来自方框304的视觉测程处理。因此，即使在非常缓慢的机器移动期间，也将小心且精确地实施电子围栏。组合输出在高速摆动期间帮助补偿倒车相机图像中的运动模糊，并且在低速下仍使摆动角度稳定，否则系统将由于整合来自方框302的imu信息的陀螺仪噪声而经历漂移。
[0030]
图5是示出为挖掘机提供视觉测程的示例方法的流程图。方法400开始于方框402，其中获取一个或更多个图像。这些图像可如方框404所指示从倒车相机获取，以及如方框406所指示从一个或更多个附加相机获取。一旦获取图像，方框400在方框408继续，其中执行特征检测。特征检测是视觉测程法的重要方面，因为其标识图像中可用于运动检测的一个或更多个特征。因此，重要的是特征不是相对短暂或自己移动的图像的方面或对象(例如，路过的工人或动物)。相反，执行方框408的特征检测以标识图像中代表车辆周围的静止环境的一个或更多个特征，使得这样检测的特征的运动指示车辆本身的运动。
[0031]
特征检测408可使用合适的神经网络检测来完成，如方框410所指示。此外，可作为用户定义的操作明确地执行特征检测408，其中用户简单地标识图像中用户或操作者知道静止的项目，如方框412所指示。另外，还可使用其它合适的算法执行特征检测，如方框414所指示。作为视觉测程法中的已知特征检测技术的示例，可使用已知的lucas-kanade方法构造光流场。此外，尽管描述了各种不同的技术用于提供特征检测，但是还可明确地想到，
也可采用其组合。接下来，在方框416，使用在方框408检测的特征来对比连续图像，以估计指示产生连续图像中的所检测的特征差异的机器移动的移动向量。在方框418，提供该估计的运动向量作为视觉测程输出。
[0032]
当跟踪挖掘机时，根据本文所描述的实施例的视觉系统使用视觉测程法来计算挖掘机的运动，并重新计算与先前定义的电子围栏关联的摆动角度，因为当机器移动时这些摆动角度改变。这样，当挖掘机移动时，操作者不需要重新设定电子围栏。除了该动态跟踪之外，也可在操作期间处理相机图像，以便标识环境中与新位置处可接受的摆动运动的极值关联的新视觉标记或特征。因此，特征或视觉标记可从一个机器位置跳到另一机器位置，并用于相对于挖掘机维持电子围栏的位置，而无需gps系统。
[0033]
图6是根据本发明的实施例的在挖掘机移动时自动地更新电子围栏信息并检测新特征的方法的流程图。方法450开始于方框452，其中检测挖掘机移动。可如方框454所指示经由操作者输入、如方框456所指示经由imu信号、如方框458所指示经由视觉测程法、或者如方框460所指示经由其它技术感测这种移动检测。一旦检测到移动，控制转到方框462，其中相对于旧位置计算挖掘机的新位置。例如，新位置可指示挖掘机已向前移动12英尺并且履带部分已旋转12
°
。可理解，当发生这种情况时，先前电子围栏信息将不再有效。因此，重要的是更新电子围栏以确保操作者和挖掘机附近的那些人的安全。
[0034]
以前，在发生这种移动时，操作者将需要通过移动到可接受的摆动极限并提供指示在这些摆动极限下机器的位置的操作者输入，来手动地重新设定电子围栏。这是繁琐的。相反，使用本发明的实施例，可使用如方框464所指示的imu信息以及方框466所指示的视觉测程法信息来计算新位置。另外，通过使用相对于电子围栏的先验信息(例如，其对应于公路屏障或直线)，可基于先验电子围栏信息和挖掘机的新位置来计算新电子围栏信息的位置。因此，在方框468，挖掘机的控制器(例如，控制器202)基于新位置和电子围栏的先验信息来自动地更新电子围栏信息。
[0035]
接下来，在方框470，方法450自动地标识在新位置处倒车相机的输出中的图像中的特征。如所指示的，特征标识可按各种方式完成，例如使用神经网络472、明确用户定义474或其它技术476。因此，随着挖掘机移动，可自动地更新电子围栏，并且视觉测程法可自动地标识新位置处的新特征，以继续为挖掘机控制提供增强的位置信息。因此，本发明的实施例不仅去除了挖掘机操作者为了确保安全当前所需的一些繁琐操作，它们还提供了改进的位置确定和控制。
[0036]
这样，本发明的实施例通常利用挖掘机倒车相机作为自动地发现环境中向机器和操作者告知挖掘机的移动的标记并且自动地使控制边界(例如，电子围栏)相对于屏障向前传播的视觉系统。提供对挖掘机操作和控制的这种显著改进，而不会给挖掘机添加显著费用。
[0037]
如上所述，当相对于屏障或电子围栏的先验信息已知时，其可随着挖掘机位置改变自动地更新。根据本文所描述的实施例，可使用倒车相机和视觉处理系统自动地获得相对于电子围栏或屏障的一些先验信息。例如，视觉处理系统可被配置为标识在道路施工期间使用的那种混凝土临时屏障和/或交通锥。此外，视觉处理系统可与物理地放置在真实世界中以标识电子围栏的专门配置的电子围栏标记组合使用。当视觉处理系统标识在其视野中的这些标记时，其可自动地建立先验信息。因此，这些视觉标记可按定义曲线的方式设
定，并且先验信息将包括标记之间及之外的曲线的外推。在另一示例中，操作者可简单地旋转壳体，使得倒车相机看到特定屏障或至少具有覆盖期望电子围栏的地方的视野，并且可提供操作者输入，例如在显示倒车相机图像的触摸屏上绘制自动地设定先验信息的线或曲线。
[0038]
图7是可部署(例如)图3的元件或其部分的计算环境的一个实施例。参照图7，用于实现一些实施例的示例性系统包括呈计算机810形式的通用计算装置。计算机810的组件可包括但不限于处理单元820(可包括控制器202)、系统存储器830以及将包括系统存储器的各种系统组件联接到处理单元820的系统总线821。系统总线821可以是若干类型的总线结构中的任一种，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线以及使用各种总线架构中的任一种的本地总线。参照图3描述的存储器和程序可被部署在图7的对应部分中。
[0039]
计算机810通常包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是可由计算机810访问的任何可用介质，并且包括易失性和非易失性介质、可移除和不可移除介质二种。作为示例而非限制，计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质不同于并且不包括调制数据信号或载波。它包括硬件存储介质，包括以任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质二种，以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其它存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其它光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储装置、或者可用于存储期望的信息并且可由计算机810访问的任何其它介质。通信介质可在传输机制中具体实现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传送介质。术语“调制数据信号”意指其一个或更多个特性以将信息编码在信号中的方式设定或改变的信号。
[0040]
系统存储器830包括易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储介质，例如只读存储器(rom)831和随机存取存储器(ram)832。包含帮助在计算机810内的元件之间传送信息(例如，在启动期间)的基本例程的基本输入/输出系统833(bios)通常存储在rom 831中。ram 832通常包含可立即访问和/或当前由处理单元820操作的数据和/或程序模块。作为示例而非限制，图10示出操作系统834、应用程序835、其它程序模块836和程序数据837。
[0041]
计算机810还可包括其它可移除/不可移除易失性/非易失性计算机存储介质。仅作为示例，图10示出硬盘驱动器841，其从不可移除非易失性磁介质、磁盘驱动器851、非易失性磁盘852、光盘驱动器855和非易失性光盘856读取或向其写入。硬盘驱动器841通常通过诸如接口840的不可移除存储器接口连接到系统总线821，并且磁盘驱动器851和光盘驱动器855通常通过诸如接口850的可移除存储器接口连接到系统总线821。
[0042]
另选地或另外地，本文所描述的功能可至少部分地由一个或更多个硬件逻辑组件执行。例如而非限制，可使用的示例性类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(fpga)、程序专用集成电路(例如，asic)、程序专用标准产品(例如，assp)、系统芯片系统(soc)、复杂可编程逻辑器件(cpld)等。
[0043]
上面讨论并且在图7中示出的驱动器及其关联的计算机存储介质提供计算机可读指令、数据结构、程序模块以及计算机810的其它数据的存储。在图7中，例如，硬盘驱动器841被示出为存储操作系统844、应用程序845、其它程序模块846和程序数据847。要注意的是，这些组件可与操作系统834、应用程序835、其它程序模块836和程序数据837相同或不
同。
[0044]
用户可通过诸如键盘862、麦克风863和指点装置861(例如，鼠标、跟踪球或触摸板)的输入装置向计算机810中输入命令和信息。其它输入装置(未示出)可包括操纵杆、游戏手柄、碟形卫星天线、扫描仪等。这些和其它输入装置常常通过联接到系统总线的用户输入接口860连接到处理单元820，但是可通过其它接口和总线结构连接。视觉显示器891或其它类型的显示装置也经由诸如视频接口890的接口连接到系统总线821。除了监视器之外，计算机还可包括诸如扬声器897和打印机896的其它外围输出装置，其可通过输出外围接口895连接。
[0045]
计算机810使用与一个或更多个远程计算机(例如，远程计算机880)的逻辑连接(例如，局域网lan或广域网wan)在联网环境中操作。
[0046]
当在lan联网环境中使用时，计算机810通过网络接口或适配器870连接到lan 871。当在wan联网环境中使用时，计算机810通常包括调制解调器872或者用于经由wan 873建立通信的其它手段(例如，互联网)。在联网环境中，程序模块可被存储在远程存储器存储装置中。例如，图10示出远程应用程序885可驻留在远程计算机880上。
[0047]
图8是示出示例控制系统201的框图。如所示，控制系统201包括控制器202、hmi 204、传感器210、数据库215和各种逻辑组件216-232，也可包括其它项目，如方框234所指示的。上面关于图3描述了这些组件中的一些。传感器210包括相机140、imu 160、联动传感器212，并且也可包括其它传感器，如方框214所指示的。例如，测量摆动电机处施加的转矩的传感器(例如，工作端口上的压力元件)。关于机器摆动描述以下图，然而，这些技术也可适用于垂直或非旋转横向(扩展)电子围栏或区。数据库215存储各种不同的数据。例如，数据库215包含给定机器100的权重和尺寸数据(例如，大臂、小臂、铲斗和壳体的质量、尺寸大小等)。类似所有示出的组件，数据库215可位于机器100上或远离机器100。
[0048]
摆动位置确定逻辑216确定壳体(因此，连杆组)的当前摆动位置。摆动位置确定逻辑216可按各种不同的方式计算摆动位置。例如，传感器输出被转换为摆动位置(例如，陀螺仪、罗盘、电位计等)。在另一示例中，如先前关于图4讨论的，摆动位置确定逻辑216基于倒车相机140来计算摆动位置。当然，摆动位置确定逻辑216也可按其它方式计算摆动位置。
[0049]
摆动运动确定逻辑218确定壳体104(因此，连杆组)的摆动或旋转运动。例如，摆动运动确定逻辑218通过随时间从摆动位置确定逻辑216的输出中推导摆动运动来确定摆动运动。在另一示例中，摆动运动确定逻辑218接收传感器信号并将传感器输出转换为摆动运动值。例如，摆动运动确定逻辑218可完成对经由机器100附近(例如，位于机器上或指向机器)的相机捕获的视频帧的图像分析并确定摆动运动。当然，摆动运动确定逻辑218也可按其它方式计算摆动运动。
[0050]
姿态确定逻辑220确定机器100的姿态(即，机器100的不同连杆的布置)。例如，机器100的姿态包括大臂110、小臂116和铲斗124相对于彼此和/或驾驶室104或一些其它点的相对位置。
[0051]
惯性确定逻辑222可接收来自姿态确定逻辑220的姿态数据、来自数据库215的机器尺寸和质量数据、来自摆动运动确定逻辑218的摆动运动数据，并基于所接收的数据来确定系统的惯性。机器的姿态是有意义的，例如，因为随着臂和大臂延伸，机器100的质心将进一步远离摆动枢转点移位，并且机器100的惯性矩将增大。
[0052]
有效载荷确定逻辑223确定铲斗124中的材料的质量。惯性确定逻辑222可使用铲斗124内的质量来计算总系统的惯性。质量也可由其它逻辑组件用于其它计算。有效载荷确定逻辑223可按若干不同的方式确定质量。例如，有效载荷确定逻辑223可由于已知机器组件基于摆动速度的改变和所计算的绕摆动轴线的惯性来估计或确定铲斗124中的材料的质量。在另一示例中，有效载荷确定逻辑223通过分析铲斗124的视频或图像来确定铲斗124中的材料。当然，有效载荷确定逻辑223也可按其它方式计算有效载荷。
[0053]
制动计算逻辑224从惯性确定逻辑222接收惯性值以计算使当前摆动速度降低至给定速度或停止所需的时间和旋转位移。制动计算逻辑224使用惯性值(例如，来自惯性确定逻辑222)和机器100的已知制动能力来计算使机器100的速度降低至目标速度所需的时间或位移。
[0054]
控制模式选择逻辑226允许用户生成界面或以其它方式允许用户选择控制系统201的控制模式。例如，控制模式可包括手动控制锁定模式、手动控制缩放模式和自动摆动控制模式。
[0055]
手动控制锁定逻辑228实现手动控制锁定模式控制模式。在此模式下，当用户到达预定义的区(例如，电子围栏)时，阻止、忽略或以其它方式锁定手动控制，使得用户无法控制机器100在一个或更多个方向上的摆动。例如，当机器100靠近繁忙的道路，使得在没有限制的情况下机器100的连杆会摆动到繁忙的道路中时，可利用该控制模式的一个示例实现方式。在此示例中，预定义的区将对应于道路位置，因此用户可控制机器100向道路边缘的摆动，但被阻止将机器100摆动到可能在道路上的车辆中。
[0056]
手动控制节流模式由手动控制节流逻辑230实现。在此模式下，当机器进入预定义的区时，手动控制被限制为给定速度。例如，可存在摆动运动被限制为其最大速度的10％的预定义的区。例如，当机器100沿着建筑物地基挖沟，使得机器100的连杆会摆动到建筑物中时，可利用该控制模式的一个示例实现方式。为了降低操作者以破坏性速度碰撞建筑物的风险，手动控制节流逻辑230可在墙壁的给定距离内设定最大速度，但不必阻止机器100的手动移动。在降低最大速度的情况下，操作者可更精确地控制机器100的连杆以沿着建筑物地基近距离挖掘而不会破坏建筑物。
[0057]
由自动摆动控制逻辑232实现自动摆动控制模式。在此模式下，机器100自动地摆动到预定义的摆动位置。例如，当机器100挖沟时，可利用该控制模式的一个示例实现方式。操作者可设定沟位置，并且在从铲斗124倾卸载荷之后，机器100可自动地摆动回沟位置。
[0058]
控制信号生成器逻辑233生成控制信号(例如，控制输出206)以控制机器100的组件。
[0059]
图9是示出示例摆动操作500的流程图。操作500开始于方框502。例如，操作者启动机器100并在工地开始工作。
[0060]
在方框510，由惯性确定逻辑222计算连杆组/机器100的惯性。如方框512所指示的，可利用连杆的姿态来基于姿态确定逻辑220所确定的连杆的姿态来确定惯性。如上所述，姿态与惯性计算有关，因为连杆的姿态直接改变系统的惯性矩。如方框514所示，惯性确定逻辑222使用启动摆动移动的转矩来计算系统的惯性。由于用于使机器100加速的转矩与停止减速机器100所需的转矩基本上相同，所以该方法可能不必使用系统的姿态来计算惯性。如方框515所指示的，可使用有效载荷质量和/或位置来计算机器100的惯性。当然，也可
如方框516的以其它方式确定惯性。
[0061]
操作500继续到方框520，其中检测或确定机器100的位置和/或运动。如方框522所指示的，可由联动传感器(例如，陀螺仪、罗盘、imu、电位计等)感测机器100的位置和/或运动。如方框524所指示的，可经由图像分析(例如，来自倒车相机140或安装在机器100附近的一些其它相机的视频)确定机器100的摆动位置和/或运动。当然，也可如方框526所指示的以其它方式确定机器100的摆动位置和/或运动。
[0062]
操作500继续到方框530，其中制动计算逻辑224计算停止机器100的摆动运动所需的角和/或时间位移。停止所需的角和/或时间位移通常与下列中的一个或更多个有关：当前摆动速度、当前机器惯性以及制动系统可施加的转矩。例如，使用运动学算法，可计算减小速度所需的角和/或时间位移。例如，计算停止摆动运动所需的角度的一个算法是1/2*惯性*(摆动速度)^2/(最大摆动电机转矩)。
[0063]
操作500继续到方框540，其中确定机器是否在定义的停止位置的阈值角度内。例如，阈值角度是机器100停止所需的角位移或制动位移。如果是，则操作500继续到方框550。如果否，则操作500再次继续到方框510。
[0064]
在方框540，激活或启动制动操作。即，机器开始施加制动或以其它方式减速。例如，如果摆动速度低，则简单地减小节流就可允许摩擦使机器摆动停止。然而，如果摆动速度高，则可能需要机械、液压或其它类型的制动。
[0065]
在方框560，确定机器是否已停止或正远离预定义的停止或极限位置移动。如果是，则操作500继续到方框570，其中恢复正常操作。如果否，则继续方框550的制动操作。
[0066]
图10是示出带摆动节流的示例摆动操作600的流程图。如所示，操作600开始于方框610，其中摆动操作开始(例如，机器100在一个方向上开始摆动)。
[0067]
操作600继续到方框620，其中由摆动位置确定逻辑216确定机器100的摆动位置。可如方框622-626所指示的以若干不同的方式确定机器100的摆动位置。如方框622所指示的，机器传感器可生成传感器输出，摆动位置确定逻辑216将其转换为摆动位置。如方框624所指示的，图像传感器(位于机器100上或附近)可捕获图像，摆动位置确定逻辑216使用该图像来计算摆动位置。当然，如方框626所指示的，也可以其它方式确定摆动位置。
[0068]
操作600继续到方框630，其中确定摆动位置是否处于节流区中。例如，将方框620中确定的当前位置与节流区位置进行比较。
[0069]
操作600继续到方框640，其中摆动速度被减速为预定速度。在一些示例中，在无限制速度区与摆动减速为节流速度的节流区之间可存在阈值区。在这种情况下，可利用图9的操作500以确保机器100在进入节流区之前减速至节流速度。
[0070]
操作600继续到方框650，其中确定摆动操作是否完成。如果是，则操作600结束。如果否，则操作600前进到方框620。
[0071]
图11是示出具有返回位置特征的示例摆动操作700的流程图。在一些情况下，操作者正在挖沟或完成需要他们不断地将机器100从第一位置摆动到其它位置的不同类型的工作。操作700开始于方框710，其中摆动操作开始(例如，机器100开始在方向上摆动)。
[0072]
操作700继续到方框720，其中设定返回位置。如方框722所指示的，可由操作者手动地设定返回位置。例如，操作者可将机器100摆动到期望的返回位置并致动按钮或其它接口装置，以设定返回位置。如方框724所指示的，可自动地设定返回位置。例如，自动摆动控
制逻辑232随时间监测机器100的摆动位置并确定操作者反复地将机器100停在哪里。
[0073]
操作700继续到方框730，其中摆动操作继续。例如，操作者通过将载荷从第一位置摆动到另一位置来继续他们正在进行的工作。自动地将机器100摆动到返回位置可包括图9的操作500中的一些步骤。例如，可计算惯性和制动，以使得机器100停在正确的位置。
[0074]
然后，操作700继续到方框740，其中激活自动摆动到返回位置。如方框742所指示的，这可由操作者手动地激活。如方框744所指示的，也可按其它方式激活摆动。
[0075]
操作700继续到方框750，其中机器100自动地摆动到返回位置。可利用图4的操作500以确保机器100适当地减速以免过冲返回位置。
[0076]
操作700继续到方框760，其中确定摆动操作是否完成。如果是，则操作700结束。如果否，则操作700前进到方框710。
[0077]
还应该注意的是，本文所描述的不同实施例可按不同的方式组合。即，一个或更多个实施例的部分可与一个或更多个其它实施例的部分组合。本文中想到了所有这些。流程图以给定次序示出，可以想到步骤可按与所示不同的次序进行。
[0078]
示例1是一种挖掘机，包括：
[0079]
可旋转壳体；
[0080]
铲斗，在操作上联接到可旋转壳体；
[0081]
一个或更多个摆动传感器，在操作上联接到挖掘机并且被配置为提供指示可旋转壳体的旋转的至少一个旋转传感器信号；以及
[0082]
一个或更多个控制器，联接到传感器，所述一个或更多个控制器被配置为实现：
[0083]
确定挖掘机的一部分的惯性的惯性确定逻辑；以及
[0084]
基于挖掘机的所述部分的惯性来生成控制挖掘机的控制信号的控制信号生成器逻辑。
[0085]
示例2是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，所述一个或更多个控制器被配置为实现：
[0086]
确定挖掘机的所述部分的姿态并生成姿态信号的姿态确定逻辑；并且
[0087]
其中，惯性确定逻辑基于姿态信号来确定挖掘机的所述部分的惯性。
[0088]
示例3是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，还包括联接到挖掘机并且被配置为提供指示挖掘机的姿态的姿态传感器信号的联动传感器；并且
[0089]
其中，姿态确定逻辑基于姿态传感器信号来确定挖掘机的所述部分的姿态。
[0090]
示例4是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，惯性确定逻辑从数据库检索机器重量和尺寸数据，并且其中，惯性确定逻辑基于所述机器重量和尺寸数据来计算惯性。
[0091]
示例5是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，所述一个或更多个控制器被配置为实现：
[0092]
基于旋转传感器信号来确定挖掘机的摆动位置并生成摆动位置信号的摆动位置逻辑；并且
[0093]
其中，基于摆动位置传感器来控制挖掘机。
[0094]
示例6是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，所述一个或更多个控制器被配置为实现：
[0095]
基于旋转传感器信号来确定挖掘机的摆动速度并生成摆动速度信号的摆动运动逻辑；并且
[0096]
其中，基于摆动速度信号来控制挖掘机。
[0097]
示例7是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，所述一个或更多个控制器被配置为实现：
[0098]
控制挖掘机在到达极限位置之前制动的手动控制锁定逻辑。
[0099]
示例8是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，所述一个或更多个控制器被配置为实现：
[0100]
当挖掘机在两个极限位置之间摆动时控制挖掘机减速至阈值速度以下的手动控制节流逻辑。
[0101]
示例9是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，所述一个或更多个控制器被配置为实现：
[0102]
控制挖掘机摆动到预定义的位置的自动摆动控制逻辑。
[0103]
示例10是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，摆动传感器包括imu。
[0104]
示例11是根据任何或所有先前示例所述的挖掘机，其中，摆动传感器包括倒车相机。
[0105]
示例12是一种控制挖掘机的方法，该方法包括：
[0106]
从在操作上联接到挖掘机的摆动传感器获得传感器信号；
[0107]
获得极限位置；
[0108]
基于传感器信号来确定挖掘机的摆动位置；
[0109]
比较摆动位置与极限位置，并生成指示该比较的比较输出；以及
[0110]
基于该比较来控制挖掘机。
[0111]
示例13是根据任何或所有先前示例所述的方法，还包括：
[0112]
获得制动转矩；
[0113]
基于传感器信号来确定挖掘机的摆动速度；
[0114]
基于制动转矩和摆动速度来计算制动位移；以及
[0115]
至少部分地基于制动位移来控制挖掘机。
[0116]
示例14是根据任何或所有先前示例所述的方法，其中，计算制动位移包括：
[0117]
基于挖掘机的摆动速度来确定挖掘机的惯性；并且
[0118]
其中，至少部分地基于挖掘机的惯性来计算制动位移。
[0119]
示例15是根据任何或所有先前示例所述的方法，其中，控制挖掘机包括：
[0120]
基于制动位移来启动制动操作，使得挖掘机在到达极限位置之前停止。
[0121]
示例16是根据任何或所有先前示例所述的方法，其中，控制挖掘机包括：
[0122]
基于制动位移来启动制动操作，使得挖掘机在到达极限位置之前减小至阈值速度；以及
[0123]
基于摆动位置与极限位置之间的比较来启动节流操作，使得一旦摆动越过极限位置，挖掘机摆动速度就不超过阈值速度。
[0124]
示例17是根据任何或所有先前示例所述的方法，其中，控制挖掘机包括：
[0125]
基于制动位移来启动返回操作，使得挖掘机行进并停在极限位置处。
[0126]
示例18是一种用于挖掘机的控制系统，该控制系统包括：
[0127]
摆动传感器，其感测挖掘机摆动位置的特性并生成指示该特性的摆动传感器信号；
[0128]
摆动位置确定逻辑，其接收摆动传感器信号并确定摆动位置；
[0129]
摆动运动确定逻辑，其接收摆动传感器信号并确定挖掘机的摆动运动并且生成摆动运动信号；
[0130]
姿态传感器，其感测挖掘机的组件的姿态并生成指示挖掘机的组件的姿态的姿态传感器信号；
[0131]
姿态确定逻辑，其接收姿态传感器信号并生成姿态信号；
[0132]
惯性确定逻辑，其接收摆动运动信号和姿态信号并确定挖掘机的摆动惯性；
[0133]
制动计算逻辑，其接收摆动惯性信号并确定挖掘机在制动至阈值速度之前将行进的制动位移；
[0134]
手动控制逻辑，其基于当前摆动位置、制动位移和极限位置的比较来控制机器。
[0135]
示例19是根据任何或所有先前示例所述的方法，其中，手动控制逻辑通过使挖掘机在到达极限位置之前减速至阈值速度来控制挖掘机。
[0136]
示例20是根据任何或所有先前示例所述的方法，其中，阈值速度为零。
[0137]
尽管以结构特征和/或方法动作所特定的语言描述了主题，但将理解，所附权利要求中限定的主题未必限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。