用于轮式装载机训练模拟器的深度相关的帮助功能的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于轮式装载机训练模拟器的深度相关的帮助功能。提供用于训练操作者的方法和系统。一个系统包括计算设备，所述计算设备包括处理单元和计算机可读介质。所述计算机可读介质存储训练模拟器应用程序，所述训练模拟器应用程序被配置成接收来自所述操作者的操作命令，生成模拟工作环境和具有模拟铲斗的模拟轮式装载机，并生成将关于所述模拟轮式装载机的至少部分的相对于模拟工作环境内的基准点的位置的深度相关的信息提供给操作者的指示器。所述训练模拟器应用程序还被配置成输出所述模拟工作环境和所述指示器以便显示给所述操作者，并且基于所述模拟轮式装载机相对于所述基准点的位置自动修改所述指示器。
【专利说明】用于轮式装载机训练模拟器的深度相关的帮助功能
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年5月15日提交的美国临时专利申请第61/823629号的优先权并是要求2012年8月2日提交的美国临时专利申请第61/724096号的优先权的2012年9月24日提交的美国专利申请第13/625454号的部分延续继续申请。上述申请中的每个的全部内容通过弓I用结合在本文中。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于训练如在模拟环境中的挖掘机和轮式装载机的工业机器的操作者的方法和系统。
【背景技术】
[0004]工业机器如电动绳索或动力挖掘机、拉铲挖掘机、轮式装载机等用于执行挖掘操作以从例如矿堆去除材料。例如，操作者在挖掘操作过程中控制挖掘机或轮式装载机以使铲斗装载材料。操作者将铲斗中的材料倾倒到拖运卡车中。卸载材料之后，挖掘循环继续并且操作者将铲斗摆动回矿堆以执行额外的挖掘。
[0005]考虑到工业机器的高成本且机器的效率和成本有效的操作的价值，正确训练操作者是重要的。然而，基于这些相同的参数，为操作者提供现实世界或现场训练是困难的。因此，基于计算机的训练模拟器能够用于训练操作者。基于计算机的模拟器生成模拟训练环境，所述模拟训练环境提供模拟机器如模拟挖掘机和/或模拟轮式装载机和模拟工作环境。训练环境被显示在至少一个监视器或屏幕上。但是，监视器或屏幕是二维的。因此，难以提供训练环境内的适当的深度透视图。即使是在(利用基于计算机的技术)以三维生成并显示训练的环境时，监视器或屏幕的二维性质限制正确显示深度的能力。
[0006]在真实世界环境中深度是工业机器的操作的重要方面。例如，在操作挖掘机时，操作者必须正确相对于矿堆正确定位铲斗以防止挖掘矿堆的水平等级平面下方。此外，操作者必须将铲斗正确定位在拖运卡车的平板(bed)上方以保证铲斗中的材料被倾倒到卡车中。类似地，在操作轮式装载机时，操作者必须正确地相对于拖运卡车定位轮式装载机的铲斗并必须在挖掘时保持水平。此外，当操作轮式装载机时，操作者控制铲斗的各种操作(如高度、位置、角度等)，这必须被正确执行以确保轮式装载机的正确操作。不具有对于这些任务的正确的深度透视图，训练模拟器可能无法正确训练操作者利用挖掘机或轮式装载机执行这些和其他任务。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的实施例提供用于训练挖掘机的操作者的方法。一种方法包括:利用处理器生成包括具有模拟铲斗的模拟挖掘机的模拟训练环境，并显示模拟训练环境内的标记低等级平面的至少部分的指示器。所述方法还包括:基于模拟训练环境内的铲斗的位置确定所述模拟铲斗的至少部分是否低于低等级平面，并且当所述模拟铲斗的至少部分低于低等级平面时，将至少一个警告提供给模拟挖掘机的操作者。
[0008]另一种方法包括利用处理器生成包括模拟拖运卡车和具有模拟铲斗的模拟挖掘机的模拟训练环境，并显示模拟训练环境内的模拟铲斗的摆动路径的至少部分的指示器。所述方法还包括:确定所述模拟铲斗是否被定位在距离模拟拖运卡车的预定距离内，并且在所述模拟铲斗被定位在距离模拟拖运卡车的预定距离内时警告操作者。
[0009]本发明的另一个实施例提供用于训练操作者的系统。所述系统包括计算设备，所述计算设备包括处理单元和计算机可读介质。所述计算机可读介质存储训练模拟器应用程序。所述训练模拟器应用程序被配置成在由所述处理单元执行时(i)接收来自操作者的操作命令，(? )生成模拟工作环境和具有模拟铲斗的模拟挖掘机，所述模拟挖掘机和所述模拟铲斗基于所述操作命令被定位在所述模拟工作环境内，(iii)生成指示器，所述指示器将关于所述模拟铲斗相对于模拟工作环境内的基准点的位置的、深度相关的信息提供给操作者，以及(iv )将所述模拟工作环境和所述指示器输出到至少一个输出设备以便显示给所述操作者。
[0010]本发明的又一个实施例提供用于训练轮式装载机的操作者的方法。所述方法包括:利用处理器生成包括模拟拖运卡车和具有模拟铲斗的模拟轮式装载机的模拟训练环境，并显示所述模拟训练环境内的标记所述模拟轮式装载机的待与所述模拟铲斗相互作用的推荐机动操纵的指示器。所述方法还包括:确定所述模拟轮式装载机是否遵循所述推荐机动操纵，并且当所述模拟轮式装载机不遵循所述推荐机动操纵时，将至少一个警告提供给所述模拟轮式装载机的操作者。
[0011]本发明的实施例还提供一种用于训练轮式装载机的操作者的方法，所述方法包括:利用处理器生成包括模拟拖运卡车和具有模拟铲斗的模拟轮式装载机的模拟训练环境，并且当操作者操作所述模拟轮式装载机将材料装载到所述模拟铲斗中时，显示所述模拟训练环境内的标记所述模拟铲斗的推荐角度的指示器。所述方法还包括确定所述模拟铲斗是否被定位在所述推荐角度，并且当所述模拟铲斗不处于所述推荐角度时警告操作者。
[0012]此外，本发明的实施例提供一种用于训练操作者的系统。所述系统包括计算设备，所述计算设备包括处理单元和计算机可读介质。所述计算机可读介质存储训练模拟器应用程序，所述训练模拟器应用程序被配置成在由所述处理单元执行时:接收来自所述操作者的操作命令；生成模拟工作环境和具有模拟铲斗的模拟轮式装载机，其中，所述模拟轮式装载机和所述模拟铲斗基于所述操作命令被定位在所述模拟工作环境内；生成指示器，所述指示器将关于所述模拟轮式装载机的至少部分的相对于模拟工作环境内的基准点的位置的、深度相关的信息提供给操作者。所述训练模拟器应用程序进一步被配置成:将所述模拟工作环境和所述指示器输出到至少一个输出设备以便显示给所述操作者；并且基于所述模拟轮式装载机相对于所述基准点的位置，自动修改选自包括指示器的颜色、大小、形状、图案和动画的组中的至少一个。
[0013]通过考虑详细说明和附图，本发明的其他方面将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]本专利或申请文件包含以彩色完成的至少一幅附图。本专利或专利申请公开的具有彩色一个或多个附图的副本将由专利局根据要求和必要费用的支付来提供。
[0015]图1示出根据本发明的实施例的用于训练操作者的系统。
[0016]图2-4是示出由图1的系统生成的模拟训练环境的屏幕截图。
[0017]图5a_c和图6a_b是示出由图1的系统生成的水平等级检测功能的屏幕截图。
[0018]图7a_b、图8a_c和图9a_d是示出由图1的系统生成的挖掘机到卡车的对准功能的屏幕截图。
[0019]图10a-d是示出由图1的系统生成的铲斗高度帮助功能的屏幕截图。
[0020]图lla-c是示出由图1的系统生成的装载机转动帮助功能的屏幕截图。
[0021]图12a_b是示出由图1的系统生成的装载机到卡车对准功能的屏幕截图。
[0022]图13a_b是示出由图1的系统生成的水平等级帮助功能的屏幕截图。
[0023]图14a_b是由图1的系统生成的铲斗角度帮助功能的屏幕截图。
【具体实施方式】
[0024]在对本发明的任何实施例进行详细说明之前，应当理解，本发明并不将其应用局限于在以下描述中阐述或在下面附图中示出的构造和部件布置的细节。本发明能够具有其他实施例并被以各种方式实践和实施。此外，本文描述的方法、操作和序列能够以各种顺序进行。因此，除非本文另有所指外，没有暗示任何所需的顺序是以其中元件、步骤或限制在本申请的详细说明或权利要求中出现的顺序。此外除非本文另有说明，本文所描述的方法和过程步骤能够合并为更少的步骤或分离成额外的步骤。
[0025]此外，应当理解，本文所使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。本文使用“包括”、“包含”或“具有”及其变化形式是指包括其后列出的项目及其等效物以及其他项目。术语“安装”、“连接”和“联接”被广义地使用并且包括直接和间接的安装、连接和联接。此外，“连接”和“联接”不局限于物理或机器连接或联接，而是能够包括无论是直接的还是间接的电连接或联接。此外，电子通信和通知可以使用任何已知的手段包括直接连接、无线连接等进行。
[0026]还应当注意的是，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可以用于实施本发明。此外，应当理解，本发明的实施例可以包括为讨论的目的可以示出和描述为如大部分部件仅仅以硬件实施的硬件、软件和电子部件或模块。然而，本领域的普通技术人员根据阅读详细说明将认识到在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以在可由一个或多个处理器执行的(如存储在非瞬态计算机可读介质中的)软件中实现。因此，应当指出，多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件可以被用于实施本发明。例如，在本说明书中描述的“控制器”能够包括标准处理部件，如一个或多个处理器、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口以及连接部件的各种连接(如系统总线)。
[0027]图1示出根据本发明的实施例的用于训练操作者的系统。所述系统包括:计算设备10，计算设备10包括硬件和软件组合，其中所述硬件和软件组合除其他之外还能被操作生成模拟训练环境，所述模拟训练环境提供模拟挖掘机和模拟工作环境。如图1所示，计算设备10除其他之外还包括处理单元12 (例如，微处理器、微控制器或其他合适的可编程设备)、非瞬态计算机可读介质14和输入/输出接口 16。处理单元12、介质14以及输入/输出接口 16由一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线18)连接。控制和/或数据总线在图1中为说明的目的一般地示出。
[0028]应当理解，在其他构造中，计算设备10包括附加的、更少的或不同的部件。还应当理解，计算设备10能够包括执行存储在介质14中的应用程序或各种模块的通用计算机。在其他实施例中，计算设备10包括:执行各种模块或应用程序的服务器；和(例如，通过至少一个网络)连接到服务器以提供到服务器的输入并访问从服务器的输出的其他设备。在另外的其他实施例中，计算设备10是提供模拟训练的专用设备并作为部分被包括在控制台中，所述控制台包括安装在平台上以模拟实际挖掘机的模拟挖掘机的内部。
[0029]计算机可读介质14存储程序指令和数据，具体存储训练模拟器应用程序19。处理单元12被配置成从介质14中检索应用程序19并执行应用程序19以生成模拟训练环境，所述模拟训练环境包括模拟机器如挖掘机和/或轮式装载机以及如下文所述的模拟工作环境。输入/输出接口 16将来自计算设备10的数据发送到外部系统、网络和/或设备并从外部系统、网络和/或设备接收数据。输入/输出接口 16还能够将从外部源接收的数据存储到介质14和/或将数据提供到处理单元12。
[0030]如图1所示，输入/输出接口 16与至少一个输入设备20通信。输入设备20能够包括由操作者控制以发出用于模拟机器(如推进挖掘机、摇摆铲斗、升降铲斗、装填铲斗、从铲斗倾倒材料等)的操作命令和/或选择用于模拟工作环境的操作参数(如摄像机视图、铲型、矿型、天气、时间等)的设备。例如，输入设备20能够包括键盘、操纵杆、鼠标、触摸屏、轨迹球、触摸按钮、踏板等，在一些实施例中，输入设备20包括与包括在实际机器中的设备类似的控制设备。输入设备20能够经由一个或多个有线连接(例如，通用串行总线(“USB”)缆线)和/或无线连接连接到计算设备10。在一些实施例中，当计算设备10用作作为训练模拟器的主机的服务器时，输入设备20包括通过至少一个网络(如局域网(“LAN”)或互联网)访问服务器的计算设备。
[0031]输入/输出接口 16还与至少一个输出设备22通信。输出设备22能够包括至少一个监视器或屏幕(如液晶显示器(“LCD”)监视器)，至少一个监视器或屏幕将生成的模拟训练环境显示给操作者。在一些实施例中，输出设备22包括为操作者提供训练环境的宽视野的多个屏幕。输出设备22还能够包括将生成的训练环境投影到至少一个表面上的投影仪。输出设备22还能够包括将听觉或触觉反馈提供给操作者的设备。例如，输出设备22能够包括将声音警告或现实工地声音提供给操作者的一个或多个扬声器。输出设备22还能够包括将触觉反馈(如指示碰撞或冲击)提供给操作者的振动设备。在一些实施例中，输出设备22还包括(如使用液压机构)移动的可移动的椅子以为操作者提供现实训练经验。如上文针对输入设备所述的，输出设备22能够经由一个或多个有线连接和/或无线连接连接到计算设备10。
[0032]应当理解，在一些实施例中，设备能够连接到作为输入设备20和输出设备22两者操作的输入/输出接口 16。例如，能够使用触摸屏，触摸屏将模拟训练环境显示给操作者并接收来自操作者的命令或选择。此外，当计算设备10操作作为训练模拟器应用程序19的主机的服务器时，访问服务器的设备作为输入设备20和输出设备22两者操作。
[0033]如上文所述，计算设备10执行训练模拟器应用程序19以生成模拟训练环境。图2-4是示出根据本发明的实施例由应用程序19生成的模拟训练环境的屏幕截图。如图2-4所不，训练环境能够包括模拟挖掘机50,模拟挖掘机50包括模拟伊斗55。模拟挖掘机50在模拟工作环境(如模拟表面矿)内被显示，所述模拟工作环境能够包括其他车辆和对象，例如模拟托运卡车60。如图2-4所示，应用程序19能够从多个摄像头视角或透视图显示模拟训练环境。
[0034]为在模拟训练环境内提供深度透视图，应用程序19包括用于提供不同的深度相关的帮助功能的指令和数据。帮助功能在模拟训练环境内提供各种(如视觉、听觉、触觉等)指示器以帮助操作者判断深度并相应地操作挖掘机50。由应用程序19提供的一个帮助功能包括水平等级检测功能。水平等级检测功能检测何时操作者在模拟训练环境内利用水平等级平面65 (如挖掘机50所安置的地面)下方的模拟铲斗55进行挖掘。在现实世界的情况下，如果操作者在水平等级平面以下挖掘，在支撑挖掘机的地面中形成沟，挖掘机会沉入沟中，这对操作人员和挖掘机产生不安全情况。
[0035]如图5a_c所示，由应用程序19提供的水平等级检测功能显示在模拟环境内标记水平等级平面65的至少部分的指示器80。在一些实施例中，应用程序19显示邻近操作者应当挖掘的侧壁或矿堆90的指示器80。指示器80帮助操作者在试图将铲斗55的齿放置在矿堆90的相应区域中时获得透视图。如图5a-c所示，指示器80能够包括覆盖或替换挖掘机50挖掘的地面或表面的部分的彩色高亮区域(如以与地面或表面的颜色不同的颜色)。在其他实施例中，指示器80能够包括代替高亮区域或除高亮区域以外的标记或符号、轮廓线或线条或动画(例如闪烁的颜色、线条或形状)。
[0036]当操作者在模拟环境内(如利用一个或多个输入设备20)移动铲斗55时，应用程序19检测铲斗55的部分(如铲斗55的齿)是否位于水平等级平面65以下或下方。如果操作者在水平等级平面65下方移动模拟铲斗55的部分，则应用程序19为操作者提供警告。在一些实施例中，应用程序19改变指示器80(如颜色、大小、形状、图案或动画)以为操作者提供警告。例如，如果铲斗55不位于水平等级平面65下方，则应用程序19以第一颜色(如绿色)显示指示器80 (参见图5a-c)。如果铲斗55的至少部分被定位在水平等级平面65下方，则应用程序19以第二颜色(如红色)显示指示器80(参见图6a-b)。此外，在一些实施例中，应用程序19取决于铲斗55相对于水平等级平面65的位置使指示器80从一种颜色逐渐淡化成另一种颜色。例如，应用程序19能够使指示器80从第一颜色逐渐淡化成第二颜色，使得操作者在水平等级平面65下方将铲斗55定位得越低指示器80的颜色越接近第二颜色。应用程序19还能够利用多种颜色来通知操作者铲斗55位于水平等级平面上方或下方多远或处于水平等级平面处。因此，操作者的目标之一能够是通过将铲斗的齿放置在水平地面平面65和矿堆90的缝处保持指示器80尽可能接近特定颜色。
[0037]作为选择或此外，应用程序19能够被配置成当铲斗55被定位得比平面65低时使用除颜色以外的指示器80的特征来警告操作者。例如，应用程序19能够被配置成在铲斗55被定位得比平面65低时改变指示器80的大小、图案、形状或动画(如闪烁或脉动指示器)。除或替代使用指示器80来为操作者提供警告，应用程序19能够被配置成显示模拟环境内的视觉警告(如铲斗55、挖掘机50和/或环境的基于文本的警告、附加的颜色高亮)和/或生成听觉或触觉警告来警告操作者铲斗55位于等级以下。
[0038]应当理解，在一些实施例中，当操作者的位置的将模拟铲斗55定位在水平等级平面65的下方时，应用程序19仅提供指示器80 (或以其他方式为操作者提供警告或其他反馈)。例如，如果铲斗55未定位于等级下方，则应用程序19可以不显示指示器80。
[0039]此外或代替水平等级检测功能，应用程序19能够提供挖掘机对准深度相关的功能。此功能帮助操作者在模拟工作环境中使铲斗55与其他对象对准或避免在模拟工作环境中的其他对象如铲斗55摆动。例如，操作者能够使用挖掘机对准功能来使铲斗55与模拟托运卡车60对准以确保来自铲斗55的材料适当地堆积到卡车60。如图7a-b所示，为提供该功能，应用程序19显示指示器100。指示器100标记铲斗55的摆动路径的至少部分(如铲斗55的中心的路径)。如果指示器100与模拟工作环境内的对象相交或重叠，如果铲斗55摆动到该位置(如不另外移动铲50)操作者知道对象将与铲斗55在至少一个维度(如深度)重叠。如图7a-b所示，指示器100能够是圆形的轮廓线。在其他实施例中，代替圆形轮廓线或除圆形轮廓线外指示器100能够包括标记或符号、形状或区域或者动画(例如闪烁的颜色、线条或形状)。
[0040]当在模拟工作环境中铲斗55与其他对象对准时应用程序19能够警告操作者。例如，应用程序19能够取决于在模拟工作环境中铲斗55相对于其他对象的位置改变指示器100 (如颜色、大小、形状、图案或动画)。在一个实施例中，当操作者将铲斗55定位在距离模拟托运卡车60的卡车平板的中心的预定距离内时，应用程序19以第一种颜色(如绿色)显示指示器100 (参见图8a-c)。如果铲斗55不被定位在距离卡车平板的中心的预定距离内，则应用程序19以第二颜色(如红色)显示指示器100 (参见图9a-d)。
[0041]在一些实施例中,应用程序19利用多个阈值和多种颜色通过指示器100将深度信息传达给操作者。例如，如果铲斗55不在距离卡车平板的中心的预定距离(如约50英尺)内，则应用程序19以第一颜色(如红色)显示指示器100。当铲斗55被定位在距离卡车的中心的第二预定距离(如约25英尺)内而不是距离卡车平板的中心的更短的第三预定距离(如约2英尺)内时，应用程序19以第二颜色(例如黄色)显示指示器100。最后，当铲斗55被定位在距离卡车平板的中心的第三预定距离内时，应用程序19以第三颜色(如绿色)显示指示器100。类似地，应用程序19可以利用指示器100的颜色来将铲斗55是否需要被向前或向后移动以正确地与卡车平板的中心对准传达给操作者。应用程序19还可以除指示器100以外显示一个或多个指示器(如箭头或基于文本的消息)以通知操作者铲斗55是否需要向前或向后移动以正确地与卡车平板的中心对准。
[0042]在一些实施例中，应用程序19还改变铲斗55或挖掘机50的其他部分以进一步强调铲斗55和卡车60之间的当前关系。例如，如图8a-c和图9a_d所示，应用程序19能够改变铲斗55的颜色以匹配指示器100的当前颜色。可选地或此外，应用程序19能够被配置成当铲斗55正确和/或不正确地定位以装载卡车60使用除指示器100的颜色以外的特征(如利用闪烁或其他动画、基于文本的消息、听觉反馈、触觉反馈等)来通知操作者。另夕卜，如图9a所示，在一些实施例中，应用程序19显示卡车60上的中心线120，操作者能够使中心线120与指示器100对准以将铲斗55定位在卡车60的中心上。应用程序19还能够基于铲斗55是否被定位在距离中心线120的预定距离内改变中心线120的颜色或其他特征。
[0043]在一些实施例中，计算设备10 (如应用程序19)能够被配置成提供针对轮式装载机的训练。具体来说，应用程序19能够生成包括具有模拟铲斗202的模拟轮式装载机200的模拟训练环境。作为这种训练的部分，应用程序19能够被配置以提供一个或更多的帮助功能(如深度相关的帮助功能)。帮助功能在模拟训练环境内提供各种指示器(如视觉、听觉、触觉等)以在判断深度和相应地操作轮式装载机200中帮助操作者。例如，应用程序19能够提供铲斗高度帮助功能。如图10a-d所示，应用程序19能够显示高度线203。在一些实施例中，高度线203被叠加在模拟拖运卡车60的侧部的顶部(如最接近轮式装载机200的侧部)(如参见图10A)或支撑铲斗202的升降臂204的下侧(如参见图10b_d)。应用程序19能够基于铲斗202 (如平行升降臂204)是否处于或高于模拟拖运卡车60的高度来改变高度线203的颜色或其他特征(如动画、亮度、大小、形状等)。例如，当升降臂204不在该高度以上时，应用程序19以第一颜色(如红色，参见图1Od)显示高度线203，并且当升降臂204处于或高于该高度时将线203改变成第二颜色(如绿色，参见图10a-b)。此外，在一些实施例中，当升降臂204接近适当的高度时，线203改变到第三颜色(如橙色，参见图1Oc)。确保升降臂204至少处于卡车60的高度，有助于确保包括在铲斗202中的材料适当地堆积到卡车60中。
[0044]应用程序19还能够提供装载机转动帮助功能。在轮式装载机利用铲斗铲起材料之后，轮式装载机倒退并转向以面对拖运卡车。存在用于执行该倒退和转向机动动作的最优路径(如以确保轮式装载机(如铲斗)不撞击地面、矿堆、卡车等)。因此，在一些实施例中，装载机转动帮助功能帮助操作者学习在挖掘之后倒退多远和/或何时转向以面对拖运卡车。在一些实施例中，为提供装载机转动帮助功能，应用程序19生成一个或多个显现和/或改变(如颜色、动画、亮度、大小、形状等)的方向标记210以通知模拟轮式装载机202的操作者何时在特定方向上移动装载机200 (如通知操作者倒退装载机200直到装载机200位于卡车60的长度至少一半处)。例如，如图1la和c所示，应用程序19能够生成第一方向标记210a和第二标记210b。每个标记210a和210b能够在操作者不应该在由标记210指示的方向上移动装载机200时是第一颜色(如红色)、在操作者应该在由标记210指示的方向上移动装载机200时是第二颜色(如绿色)。另外，在一些实施例中，如图1lb所示，方向标记210能够改变为第三颜色(如黄色或橙色)以指示何时轮式装载机200接近最佳位置(即，通知操作者他或她应该放慢轮式装载机200的移动以准备停止轮式装载机200)。当位置接近期望或允许的位置时利用第三颜色通知操作者能够允许操作者调整轮式装载机200的操作速度以确保得到所期望的位置。
[0045]在一些实施例中，应用程序19还提供接近帮助功能。例如，当轮式装载机接近拖运卡车时，可能期望的是焊接在铲斗202上的溢出防护焊接部的高度不超过拖运卡车侧轨的高度(参见图10，标记203叠加在拖运卡车侧轨的至少部分上)。例如，在接近拖运卡车的同时将容纳在铲斗202中的负载悬置得太高会导致轮式装载机200翻倒。因此，作为该帮助功能的部分，应用程序19能够提供显现和/或改变(如颜色、动画、亮度、大小、形状等)的标记以在焊接部在拖运卡车侧轨的高度以上时通知模拟轮式装载机200的操作者。例如，在一些实施例中，标记叠加在焊接部和/或侧轨上并基于焊接部相对于侧轨的高度改变颜色。
[0046]应用程序19也能够被配置成提供装载机到卡车对准帮助功能。为提供该帮助功能，应用程序19生成位置标记230。位置标记230帮助操作者使轮式装载机200与卡车60对准以确保操作人员将铲斗202的内容物倾倒到卡车60内的正确位置。在一些实施例中，应用程序19改变标记230 (如颜色、动画、亮度、大小、形状等)以通知操作者轮式装载机200是否是与卡车60正确或不正确对准以便执行倾倒。例如，在一些实施例中，操作者应该在拖运卡车的特定位置倾倒铲斗的内容物以确保拖运卡车的有效使用和包含在拖运卡车中的内容物的稳定性。定位轮式装载机使轮式装载机的中心与拖运卡车的后轮胎的前半部对准能够被认为是用于将内容物倾倒进拖运卡车的最佳位置。因此，在一些实施例中，如图12a-b所示，位置标记230高亮拖运卡车60的后轮胎的前半部。当轮式装载机被最佳定位以便倾倒时应用程序19能够使位置标记230从第一颜色(如红色，参见图12b)变成第二颜色(如绿色，参见图12a)。在一些实施例中，应用程序19还生成标记轮式装载机200的中心的图形线。因此，操作者能够将图形线与位置标记230对准以了解如何正确地对准轮式装载机与卡车以便倾倒。
[0047]类似于上述水平等级检测功能，应用程序19还能够提供用于模拟轮式装载机200的水平等级帮助功能，所述水平等级帮助功能检测何时操作者在模拟训练环境内利用模拟铲斗202在水平等级平面240下方挖掘(如轮式装载机200安置的地面)。在真实世界的情况下，如果操作者挖掘得比水平等级平面低，则在支撑轮式装载机的地面中形成沟，轮式装载机能够沉入沟。如图13a所示，应用程序19能够在模拟环境内显示标记水平等级平面240的至少部分的指示器242。在一些实施例中，应用程序19显示邻近操作者应当挖掘的侧壁或矿堆的指示器242。指示器242帮助操作者在试图将铲斗202的齿放置在矿堆的适当区域时获取透视图。如图13a-b所示，指示器242能够包括覆盖或替换轮式装载机200正在挖掘的地面或表面的彩色高亮区域(如以与地面或表面的颜色不同的颜色)。指示器242能够基于操作者是否正在挖掘或定位铲斗202以便挖掘水平等级平面240下方而变色。在其他实施例中，指示器242能够包括代替高亮区域或除高亮区域以外的标记或符号、轮廓线或线条或者动画(如闪烁的颜色、线条或形状)。
[0048]在一些实施例中，应用程序19还提供铲斗角度帮助功能。铲斗角度帮助功能帮助操作者在挖掘或铲出的同时正确设置铲斗202的角度。例如，如图14a-b所示，应用程序19能够使基于铲斗是否被设置在正确角度而改变颜色的指示器250叠加在铲斗202上。在其他实施例中，应用程序19被配置成生成包括指示铲斗202被定位的当前角度的(如在铲斗202的每侧上的)图形坐标轴的指示器。在其他实施例中，指示器能够包括有角度的线，而操作者能够尝试将铲斗202的角度设置在与有角度的线的角度相同的角度。在另外的其他实施例中，指示器能够包括指令操作者铲斗202的角度朝向什么方向的箭头。应用程序19能够在铲斗202被定位在适当的角度时停止显示箭头。在所有上述实施例中，应用程序19还能够基于铲斗202的角度是否被设置在针对挖掘或铲出的正确或不正确的角度改变指示器的特征(如颜色、动画、亮度、大小、形状等)。
[0049]因此，本发明的实施例提供模拟训练环境内的深度相关的帮助功能用于挖掘机、轮式装载机和其他工业机器。具体来说，本发明的实施例提供用于生成模拟训练环境的系统和方法，所述模拟训练环境包括具有模拟铲斗的模拟挖掘机或具有模拟铲斗的模拟轮式装载机，并在模拟训练中显示将关于所述模拟铲斗或所述模拟铲斗相对于模拟工作环境内的基准点的位置的深度信息提供给操作者的至少一个指示器。如上所述，基准点能够包括特定的水平或垂直平面或卡车平板在模拟拖运卡车上的特定位置。然而，应当理解，基准点能够包括操作者必须使模拟机器对准的模拟环境内的任何位置或对象，如铲斗的挖掘深度、停机或维修高度，挖掘机或轮式装载机的停止位置等。在一些实施例中，基准点还能够由操作者选择或设置。所述系统和方法还能够在操作者正确地或不正确地操作该工业机器时警报或警告操作者。此外，应当理解，在本申请中描述的深度相关的帮助功能能够被用在用于其他类型的工业设备的模拟训练环境中以将对于具体基准点的深度信息提供给操作者。因此，本发明的实施例并不局限于针对挖掘机及轮式装载机的模拟训练环境。
[0050]本发明的各种特征在所附权利要求书中阐述。
【权利要求】
1.一种用于训练操作者的系统，所述系统包括: 计算设备，所述计算设备包括处理单元和计算机可读介质，所述计算机可读介质存储训练模拟器应用程序； 其中，所述训练模拟器应用程序被配置成在由所述处理单元执行时: 接收来自所述操作者的操作命令， 生成模拟工作环境和具有模拟铲斗的模拟轮式装载机，所述模拟轮式装载机和所述模拟铲斗基于所述操作命令被定位在所述模拟工作环境内， 生成指示器，所述指示器将关于所述模拟轮式装载机的至少部分的相对于所述模拟工作环境内的基准点的位置的、深度相关信息提供给操作者， 将所述模拟工作环境和所述指示器输出到至少一个输出设备以便显示给所述操作者，并且 基于所述模拟轮式装载机相对于所述基准点的位置，自动修改选自包括所述指示器的颜色、大小、形状、图案和动画的组中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述基准点包括水平等级平面。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述基准点包括所述模拟训练环境内的模拟拖运卡车的高度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述基准点包括所述模拟训练环境内的模拟拖运卡车的位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述基准点包括所述模拟训练环境内的模拟拖运卡车的轮胎的中心线。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述基准点包括所述模拟训练环境内的模拟拖运卡车的侧轨的高度。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述基准点包括所述模拟铲斗的防护焊接部的高度。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述基准点包括所述模拟铲斗的角度。
9.一种用于训练轮式装载机的操作者的方法，所述方法包括: 利用处理器生成包括模拟拖运卡车和具有模拟铲斗的模拟轮式装载机的模拟训练环境; 显示所述模拟训练环境内的指示器，所述指示器标记所述模拟轮式装载机的待与所述模拟铲斗相互作用的推荐机动操纵； 确定所述模拟轮式装载机是否遵循所述推荐机动操纵；并且 当所述模拟轮式装载机不遵循所述推荐机动操纵时，将至少一个警告提供给所述模拟轮式装载机的操作者。
10.根据权利要求9所述的方法，其中显示所述指示器包括显示所述模拟训练环境内的标记所述模拟拖运卡车的高度的指示器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中显示所述指示器包括在选自包括所述模拟拖运卡车的顶侧和支撑所述模拟铲斗的模拟升降臂的下侧的组的至少一个上显示所述指示器。
12.根据权利要求9所述的方法，其中显示所述指示器包括显示所述模拟训练环境内的标记所述模拟轮式装载机用于达到所述模拟拖运卡车的行驶方向的指示器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中显示所述指示器包括显示所述模拟训练环境内的标记所述模拟轮式装载机用于达到所述模拟拖运卡车的第二行驶方向的第二指示器，其中，第一行驶方向表示直到所述模拟轮式装载机被定位在所述模拟拖运卡车的长度的约一半的向后行驶方向，所述第二行驶方向表示直至所述模拟轮式装载机面对所述模拟拖运卡车以便将所述模拟铲斗中的材料堆积到所述模拟拖运卡车内的转向行驶方向。
14.根据权利要求9所述的方法，其中显示所述指示器包括显示所述模拟训练环境内的标记相对于所述模拟铲斗的防护焊接部的高度的所述模拟拖运卡车的侧轨的高度的指示器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中显示所述指示器包括在选自包括所述侧轨和所述防护焊接部的组中的至少一个上显示所述指示器。
16.根据权利要求9所述的方法，其中显示所述指示器包括:显示所述模拟训练环境内的标记所述模拟拖运卡车内的、所述模拟轮式装载机应当堆积在所述模拟铲斗中的材料的位置的指示器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中显示所述指示器包括显示用于标记所述模拟拖运卡车的后轮胎的前半部的指示器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述模拟轮式装载机是否遵循所述推荐机动操纵包括:确定所述模拟轮式装载机的中心是否与所述模拟拖运卡车的后轮胎的前半部对准。
19.根据权利要求9所述的方法，其中将至少一个警告提供给所述操作者包括:将所述指示器的颜色从第一颜色改变成第二颜色。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括当所述模拟轮式装载机遵循所述推荐机动操纵时将所述指示器的颜色从所述第二颜色改变成所述第一颜色。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括当所述模拟轮式装载机不遵循所述推荐机动操纵但在遵循所述推荐机动操纵的预定距离之内时，将所述指示器的颜色从所述第二颜色改变成第三颜色。
22.根据权利要求9所述的方法，其中将至少一个警告提供给所述操作者包括:改变选自包括所述指示器的颜色、大小、形状、图案和动画的组中的至少一个。
23.根据权利要求9所述的方法，其中将至少一个警告提供给所述操作者包括:提供选自包括基于文本的警告、听觉警告和触觉警告的组中的至少一个。
24.一种用于训练轮式装载机的操作者的方法，所述方法包括: 利用处理器生成包括模拟拖运卡车和具有模拟铲斗的模拟轮式装载机的模拟训练环境； 当操作者操作所述模拟轮式装载机以将材料装载到所述模拟铲斗中时，显示所述模拟训练环境内的标记所述模拟铲斗的推荐角度的指示器； 确定所述模拟铲斗是否被定位在所述推荐角度处；并且 当所述模拟铲斗不定位于所述推荐角度时警告所述操作者。
25.根据权利要求24所述的方法，其中显示所述指示器包括显示叠加在所述模拟铲斗上的指示器。
26.根据权利要求24所述的方法，其中显示所述指示器包括显示所述模拟训练环境内的有角度的线。
27.根据权利要求24所述的方法，其中显示所述指示器包括显示指示所述模拟铲斗用于达到所述推荐角度的移动方向的至少一个箭头。
28.根据权利要求24所述的方法，其中将至少一个警告提供给所述操作者包括:改变选自包括所述指示器的颜色、大小、形状、图案和动画的组中的至少一个。
29.根据权利要求24所述的方法，其中将至少一个警告提供给所述操作者包括:提供选自包括基于文本的警告、听觉警告和触觉警告的组中的至少一个。
【文档编号】G06F3/0487GK104166582SQ201410205712
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2012年8月2日
【发明者】格雷戈里·斯维德斯基, 詹姆斯·贝内迪克特二世 申请人:哈尼施费格尔技术公司