本申請(qǐng)要求在2014年9月15日遞交的序列號(hào)為14/486,463、名稱(chēng)為“GUIDANCE SYSTEM FOR EARTHMOVING MACHINERY”的專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本文中所公開(kāi)的技術(shù)總體涉及運(yùn)土設(shè)備，尤其針對(duì)于以下這類(lèi)的導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)幫助機(jī)器操作者精確地控制在哪挖掘或筑平以及挖掘或筑平到什么高度。具體公開(kāi)的實(shí)施方式為電子裝置(或“感測(cè)設(shè)備”)，該電子裝置包括至少一個(gè)方向傳感器和電子距離測(cè)量傳感器，以及在一些實(shí)施方式中，該裝置還包括位置傳感器和用于距離傳感器的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。該感測(cè)設(shè)備被安裝到運(yùn)土機(jī)器且將信號(hào)提供給可被機(jī)器操作者觀看的顯示器，用以向該操作者顯示挖掘進(jìn)展以及挖掘或筑平的正確高度。

在本文中所公開(kāi)的大多數(shù)實(shí)施方式中，相比于傳統(tǒng)的導(dǎo)向系統(tǒng)，可以較省力地將該技術(shù)的“基本系統(tǒng)”安裝到運(yùn)土機(jī)器，然后該“基本系統(tǒng)”立刻被該機(jī)器使用，而無(wú)需任何校準(zhǔn)到機(jī)器本身。相反，在工廠將感測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)，從而該感測(cè)設(shè)備的傳感器本質(zhì)上“照原樣”準(zhǔn)備好；該感測(cè)設(shè)備對(duì)于用于這些實(shí)施方式的運(yùn)土機(jī)器的維度不進(jìn)行任何區(qū)別。這對(duì)于設(shè)備操作者來(lái)說(shuō)是巨大優(yōu)勢(shì)，因?yàn)椴僮髡呖梢院苋菀椎匕惭b系統(tǒng)并開(kāi)始作業(yè)，而不等待待執(zhí)行的任何機(jī)器校準(zhǔn)測(cè)量和過(guò)程。

該技術(shù)的“基本系統(tǒng)”使用兩個(gè)主要部件：(1)感測(cè)設(shè)備(裝置)，該感測(cè)設(shè)備通常安裝在用于挖掘的良好“查看”的機(jī)器構(gòu)件之一上，以及(2)顯示監(jiān)控器，該顯示監(jiān)控器能夠被駕駛室中的機(jī)器操作者觀看。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)的通常五個(gè)或更多個(gè)部件，這兩個(gè)部件需要較少的安裝工作。感測(cè)設(shè)備通常包括具有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的激光測(cè)距儀(Laser Distance Meter，LDM)，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使LDM的激光感測(cè)輸出光束移動(dòng)且測(cè)量其方向；還具有電子方向傳感器(Electronic Orientation Sensor，EOS)和位置感測(cè)單元(Position Sensing unit，PS)，該EOS測(cè)量感測(cè)設(shè)備(通常為對(duì)重力靈敏的角度傳感器)的方向，該P(yáng)S測(cè)量感測(cè)設(shè)備相對(duì)于工地(施工現(xiàn)場(chǎng))上的已知位置的位置。利用這些傳感器輸入，感測(cè)設(shè)備可以將施工現(xiàn)場(chǎng)表面相對(duì)于用于進(jìn)行挖掘的預(yù)期高度或輪廓的當(dāng)前位置傳送到顯示監(jiān)控器，且在一些環(huán)境下，能夠基本上實(shí)時(shí)顯示它們的相對(duì)位置。

“基本系統(tǒng)”可以為工廠校準(zhǔn)的，如上所述；換言之，在感測(cè)設(shè)備離開(kāi)工廠之前，安裝且精確地校準(zhǔn)設(shè)置有感測(cè)設(shè)備的所有各種傳感器。然后這類(lèi)“集成式感測(cè)設(shè)備”可以被安裝到運(yùn)土機(jī)器的構(gòu)件而無(wú)需任何“現(xiàn)場(chǎng)”校準(zhǔn)到該機(jī)器，以及出于前一段中所描述的目的而立刻被使用。

在替選實(shí)施方式中，可轉(zhuǎn)向的LDM潛在地可以掃描作業(yè)工具且識(shí)別其挖掘邊緣，諸如挖掘機(jī)的鏟斗的齒。從該信息，感測(cè)系統(tǒng)可以確定挖掘邊緣的相對(duì)位置以及用于進(jìn)行挖掘的預(yù)期高度，以及在操作者的監(jiān)控器上顯示那些位置。

關(guān)于聯(lián)邦政府贊助的研究或開(kāi)發(fā)的聲明

無(wú)

背景技術(shù)：

運(yùn)土機(jī)器為熟知類(lèi)型的施工設(shè)備，且通常根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃而被用于挖掘，筑平，或以其它方式放置泥土、巖石或在建設(shè)工程的建筑物中涉及的其它材料。常規(guī)類(lèi)型的運(yùn)土機(jī)器為挖掘機(jī)、推土機(jī)、平土機(jī)、前端裝載機(jī)、鏟斗機(jī)、挖溝機(jī)、壓土機(jī)、整平板、鋪路機(jī)等。

當(dāng)挖掘溝渠或壕溝時(shí)，這類(lèi)運(yùn)土機(jī)器需要相對(duì)于使用其作業(yè)工具來(lái)導(dǎo)向以為壕溝或溝渠創(chuàng)建預(yù)期的挖掘高度或預(yù)期的輪廓?，F(xiàn)今的電子設(shè)備通常被用于輔助這類(lèi)運(yùn)土機(jī)器的操作者。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，通常在“安裝”步驟期間將各種不同類(lèi)型的感測(cè)部件分別地安裝在機(jī)器本身的不同位置處。然后在“機(jī)器校準(zhǔn)”步驟期間必須將那些感測(cè)部件中的每一者校準(zhǔn)到其已安裝到的特定機(jī)器構(gòu)件，以及必須測(cè)量?jī)x表化構(gòu)件的幾何尺寸并將其輸入到系統(tǒng)存儲(chǔ)器中。最后，在操作者可執(zhí)行任何有用任務(wù)之前，在“基準(zhǔn)定位”步驟期間，操作者必須將一個(gè)或多個(gè)機(jī)載的位置傳感器與施工現(xiàn)場(chǎng)坐標(biāo)對(duì)齊。

在多于一個(gè)階段中建造建設(shè)工程。在可以滿(mǎn)意地執(zhí)行任何挖掘之前，必須調(diào)查和標(biāo)記(或“打樁”)施工現(xiàn)場(chǎng)。為調(diào)查的施工現(xiàn)場(chǎng)劃線以創(chuàng)建物理基準(zhǔn)可以被視為該工程的“階段一”時(shí)期。在階段一完成之后，挖掘可以開(kāi)始；這可以被視為該工程的“階段二”。對(duì)于建筑物和公用事業(yè)管線已存在的“舊”施工現(xiàn)場(chǎng)，階段一包括在階段二挖掘開(kāi)始之前“找到”特定重要物體，尤其如果該重要物體在地平面之下。

在美國(guó)專(zhuān)利No.8,363,210(由Montgomery提出)中，利用安裝在鏟斗柄上的激光測(cè)距儀、利用安裝在駕駛室下方的重力傳感器、以及利用安裝在吊桿和鏟斗柄的接合處以及鏟斗柄和鏟斗的接合處的角度編碼器，使挖掘機(jī)儀表化。在將這些傳感器安裝在機(jī)器上之后，在可確定合適的與機(jī)器有關(guān)的偏移以及可使用系統(tǒng)之前，必須將所有傳感器校準(zhǔn)到該機(jī)器本身。Montgomery專(zhuān)利公開(kāi)了一種輔助執(zhí)行用于上述階段一的一些任務(wù)的電子系統(tǒng)。該電子系統(tǒng)被告知“特征”應(yīng)當(dāng)位于的施工現(xiàn)場(chǎng)地面坐標(biāo)，然后挖掘機(jī)在物理上接近該特征且將激光測(cè)距儀瞄準(zhǔn)該特征的精確期望位置。一些特征在地下，因此激光測(cè)距儀還用于確定該特征應(yīng)該在地平面下方多遠(yuǎn)。所有這一切的目的是，挖掘機(jī)操作者可以很容易找到且然后正確識(shí)別該特征。一旦已經(jīng)找到且識(shí)別該具體特征，則電子系統(tǒng)可以確定該“所找到特征”的三維坐標(biāo)，且可以以電子方式標(biāo)記這組坐標(biāo)，因此該數(shù)據(jù)可以被工程師加載到“竣工圖”中。實(shí)質(zhì)上，Montgomery公開(kāi)了一種用于完成的或幾乎完成的施工現(xiàn)場(chǎng)的新型調(diào)查系統(tǒng)。Montgomery系統(tǒng)中的所有傳感器必須被校準(zhǔn)到機(jī)器本身。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)如下方式向運(yùn)土機(jī)器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的相對(duì)高度：在涉及工地處的已知坐標(biāo)(“基準(zhǔn)點(diǎn)”)的特征的基準(zhǔn)定位過(guò)程之后，使用電子距離測(cè)量傳感器掃描工地表面的區(qū)域以及使用方向傳感器確定掃描數(shù)據(jù)相對(duì)于重力且可選地本地磁場(chǎng)(磁北)的方向，以在顯示監(jiān)控器上示出“設(shè)計(jì)輪廓”以及“最新輪廓”，該“設(shè)計(jì)輪廓”將預(yù)期的最終挖掘輪廓顯示給操作者，該“最新輪廓”顯示工地表面的當(dāng)前實(shí)際位置，所有這些均在監(jiān)控器屏幕上的相同Y-Z軸上，因此，機(jī)器操作者可以準(zhǔn)確地看出設(shè)計(jì)輪廓的哪部分仍需要勾畫(huà)輪廓。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“高度”暗含確定豎直位置以及按需確定對(duì)應(yīng)的水平位置。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)如下方式向運(yùn)土機(jī)器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用電子距離測(cè)量傳感器掃描工地表面的區(qū)域、使用位置傳感器確定如相比于該工地上的已知高度參考的當(dāng)前高度、以及使用方向傳感器確定掃描數(shù)據(jù)相對(duì)于重力且可選地磁北的方向，以及在顯示監(jiān)控器上示出“設(shè)計(jì)輪廓”以及“最新輪廓”，該“設(shè)計(jì)輪廓”將預(yù)期的最終挖掘輪廓顯示給操作者，該“最新輪廓”顯示工地表面的當(dāng)前實(shí)際位置，所有這些均在監(jiān)控器屏幕上的相同Y-Z軸上，因此，機(jī)器操作者可以準(zhǔn)確地看出設(shè)計(jì)輪廓的哪部分仍需要勾畫(huà)輪廓。

又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)如下方式向運(yùn)土機(jī)器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用電子距離測(cè)量傳感器掃描工地表面的區(qū)域、使用位置傳感器確定如相比于該工地上的已知高度參考的當(dāng)前高度、以及使用方向傳感器確定掃描數(shù)據(jù)相對(duì)于重力且可選地磁北的方向，以及在顯示監(jiān)控器上示出“設(shè)計(jì)輪廓”以及“最新輪廓”，該“設(shè)計(jì)輪廓”將預(yù)期的最終挖掘輪廓顯示給操作者，該“最新輪廓”顯示工地表面的當(dāng)前實(shí)際位置，所有這些均在監(jiān)控器屏幕上的相同Y-Z軸上；以及該種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)包括在被安裝到運(yùn)土機(jī)器的構(gòu)件之后立即使用的能力，而無(wú)需將感測(cè)系統(tǒng)與機(jī)器“配對(duì)”的校準(zhǔn)過(guò)程。

再一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)如下方式向運(yùn)土機(jī)器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用可轉(zhuǎn)向的電子距離測(cè)量傳感器掃描工地表面的區(qū)域以及使用方向傳感器確定掃描數(shù)據(jù)相對(duì)于重力且可選地磁北的方向，以及在顯示監(jiān)控器上示出“設(shè)計(jì)輪廓”以及“最新輪廓”，該“設(shè)計(jì)輪廓”將預(yù)期的最終挖掘輪廓顯示給操作者，該“最新輪廓”顯示工地表面的當(dāng)前實(shí)際位置，所有這些均在監(jiān)控器屏幕上的相同Y-Z軸上；以及這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)包括在被安裝到運(yùn)土機(jī)器的構(gòu)件之后立即使用的能力，而無(wú)需將感測(cè)系統(tǒng)與機(jī)器“配對(duì)”的校準(zhǔn)過(guò)程。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)如下方式向運(yùn)土機(jī)器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用電子距離測(cè)量傳感器掃描工地表面的區(qū)域，使用位置傳感器確定如相比于該工地上的已知高度參考、吊桿樞軸參考的當(dāng)前高度，以及使用方向傳感器確定掃描數(shù)據(jù)和運(yùn)土機(jī)器的特定構(gòu)件相對(duì)于重力且可選地磁北的方向，以及在顯示監(jiān)控器上示出“設(shè)計(jì)輪廓”以及“最新輪廓”，該“設(shè)計(jì)輪廓”將預(yù)期的最終挖掘輪廓顯示給操作者，該“最新輪廓”顯示工地表面的當(dāng)前實(shí)際位置，所有這些均在監(jiān)控器屏幕上的相同Y-Z軸上；以及這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)包括有時(shí)在位置傳感器的輸出信號(hào)無(wú)效時(shí)被使用的能力。

再一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)如下方式向運(yùn)土機(jī)器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用電子距離測(cè)量傳感器掃描作業(yè)工具從而識(shí)別作業(yè)工具邊緣且掃描工地表面的區(qū)域，使用位置傳感器確定如相比于該工地上的已知高度參考的當(dāng)前高度，以及使用方向傳感器確定掃描數(shù)據(jù)的方向，以及利用那些傳感器輸入，能夠識(shí)別先前掃描的作業(yè)工具輪廓的一部分且確定作業(yè)工具邊緣位置和方向，然后在顯示監(jiān)控器上示出“設(shè)計(jì)輪廓”、“最新輪廓”、和作業(yè)工具圖像，以及示出作業(yè)工具邊緣的位置和方向，所有這些均在相同Y-Z軸上。

又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供這種類(lèi)型的集成式導(dǎo)向和感測(cè)系統(tǒng)，其通過(guò)如下方式向運(yùn)土機(jī)器的操作者示出挖掘(或筑平)工地表面上的材料所需的高度：使用電子距離測(cè)量傳感器掃描工地表面的區(qū)域、使用位置傳感器確定如相比于該工地上的已知高度參考的當(dāng)前高度、使用安裝到運(yùn)土機(jī)器的鏟斗柄和鏟斗的一對(duì)測(cè)斜計(jì)(其可用于檢測(cè)鏟斗齒位置和方向)，以及使用方向傳感器確定掃描數(shù)據(jù)方向和運(yùn)土機(jī)器的特定構(gòu)件相對(duì)于重力且可選地磁北的角度，以及在顯示監(jiān)控器上示出“設(shè)計(jì)輪廓”以及“最新輪廓”以及作業(yè)工具的圖像，該“設(shè)計(jì)輪廓”將預(yù)期的最終挖掘輪廓顯示給操作者，該“最新輪廓”顯示工地表面的當(dāng)前實(shí)際位置，該作業(yè)工具的圖像示出在其當(dāng)前位置和方向上的作業(yè)邊緣，所有這些均在監(jiān)控器屏幕上的相同Y-Z軸上。

附加優(yōu)勢(shì)和其它新穎特征將在如下描述中部分地被提出，且基于對(duì)下文的查看而部分地對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見(jiàn)，或可以從本文中所公開(kāi)的技術(shù)的實(shí)踐得知。

為了實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢(shì)和其它優(yōu)勢(shì)，根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種與運(yùn)土機(jī)器一起使用的集成式感測(cè)設(shè)備，所述運(yùn)土機(jī)器包括作業(yè)工具邊緣裝置，所述集成式感測(cè)設(shè)備包括：(a)電子距離傳感器，所述電子距離傳感器具有被導(dǎo)向在工地表面處的感測(cè)輸出，所述電子距離傳感器確定所述感測(cè)輸出的基點(diǎn)與所述工地表面之間的距離而不與所述工地表面進(jìn)行物理接觸；(b)電子方向傳感器，所述電子方向傳感器用于檢測(cè)所述感測(cè)輸出的角方向；以及(c)處理電路和存儲(chǔ)電路；(d)其中，所述處理電路被配置成：(i)從所述電子距離傳感器和所述電子方向傳感器接收輸出信號(hào)；以及(ii)將信號(hào)發(fā)送到可視監(jiān)控器屏幕，從而顯示表示所述工地表面的實(shí)際形狀的“最新輪廓”。

根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種用于與運(yùn)土機(jī)器一起使用集成式感測(cè)設(shè)備的方法，所述運(yùn)土機(jī)器包括作業(yè)工具邊緣，所述方法包括如下步驟：(a)提供集成式感測(cè)設(shè)備，所述集成式感測(cè)設(shè)備具有：(i)電子距離傳感器；(ii)電子方向傳感器；(iii)處理電路；和(iv)存儲(chǔ)電路；(b)將所述電子距離傳感器的感測(cè)輸出導(dǎo)向到工地表面，并確定所述感測(cè)輸出的基點(diǎn)和所述工地表面之間的距離，而不與所述工地表面進(jìn)行物理接觸；(c)使用所述電子方向傳感器檢測(cè)所述感測(cè)輸出的角方向；(d)從所述電子距離傳感器和所述電子方向傳感器接收輸出信號(hào)，并確定表示所述工地表面的實(shí)際形狀的“最新輪廓”；以及(e)將信號(hào)發(fā)送到可視監(jiān)控器屏幕，并顯示所述最新輪廓。

根據(jù)又一個(gè)方面，提供了一種用于與運(yùn)土機(jī)器一起使用集成式感測(cè)設(shè)備的方法，所述運(yùn)土機(jī)器包括作業(yè)工具邊緣，所述方法包括如下步驟：(a)提供集成式感測(cè)設(shè)備，所述集成式感測(cè)設(shè)備具有：(i)電子距離傳感器；(ii)電子方向傳感器；(iii)處理電路；(iv)存儲(chǔ)電路；和(v)外殼；(b)將所述電子距離傳感器和所述電子方向傳感器校準(zhǔn)到所述基點(diǎn)和重力方向，而無(wú)需知道運(yùn)土機(jī)器的幾何結(jié)構(gòu)；(c)隨后將所述集成式感測(cè)設(shè)備安裝到運(yùn)土機(jī)器；(d)此后，在無(wú)需任何校準(zhǔn)到所述運(yùn)土機(jī)器的情況下，確定表示所述工地表面的實(shí)際形狀的“最新輪廓”；以及(e)將信號(hào)發(fā)送到可視監(jiān)控器屏幕，并顯示所述最新輪廓。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，其它優(yōu)勢(shì)從如下描述和附圖將變得明顯，其中以設(shè)想用于執(zhí)行本技術(shù)的最佳模式之一描述且示出優(yōu)選實(shí)施方式。將如所實(shí)現(xiàn)，本文中所公開(kāi)的技術(shù)能夠具有其它不同的實(shí)施方式，且該技術(shù)的多個(gè)細(xì)節(jié)能夠在所有各個(gè)明顯方面中修改，而不脫離該技術(shù)的原理。因此，附圖和說(shuō)明書(shū)將在本質(zhì)上被視為說(shuō)明性的而非限制性的。

附圖說(shuō)明

并入說(shuō)明書(shū)中且形成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖示出了本文中所公開(kāi)的技術(shù)的多個(gè)方面，以及連同說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求一起用于闡述該技術(shù)的原理。在附圖中：

圖1為根據(jù)本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理所構(gòu)造的第一實(shí)施方式的集成式感測(cè)設(shè)備的示意圖，該集成式感測(cè)設(shè)備具有用在運(yùn)土機(jī)器上的位置傳感器(PS)、方向傳感器(EOS)、電子距離測(cè)量傳感器(LDM)、以及導(dǎo)向LDM的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)。

圖2為根據(jù)本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理所構(gòu)造的第二實(shí)施方式的集成式感測(cè)設(shè)備的圖解視圖，該集成式感測(cè)設(shè)備具有用在運(yùn)土機(jī)器上的方向傳感器(EOS)、電子距離測(cè)量傳感器(LDM)、以及導(dǎo)向LDM的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)。

圖3為根據(jù)本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理所構(gòu)造的第三實(shí)施方式的集成式感測(cè)設(shè)備的圖解視圖，該集成式感測(cè)設(shè)備具有用在運(yùn)土機(jī)器上的位置傳感器(PS)、方向傳感器(EOS)、以及電子距離測(cè)量傳感器(LDM)。

圖4為根據(jù)本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理所構(gòu)造的第四實(shí)施方式的集成式感測(cè)設(shè)備的圖解視圖，該集成式感測(cè)設(shè)備具有用在運(yùn)土機(jī)器上的可樞轉(zhuǎn)的位置傳感器(PS)、方向傳感器(EOS)、電子距離測(cè)量傳感器(LDM)、導(dǎo)向LDM的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)、以及用于PS的樞轉(zhuǎn)底座。

圖5為圖1的集成式感測(cè)設(shè)備的電子電路部分的透視圖，示出了一些重要的內(nèi)部電子部件。

圖6為圖1的集成式感測(cè)設(shè)備的分解圖，還示出了用在運(yùn)土機(jī)器的駕駛室中的顯示監(jiān)控器。

圖7為挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖，該挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器具有安裝到其吊桿的圖1的集成式感測(cè)設(shè)備，本圖示出了被LDM掃描的“挖掘現(xiàn)場(chǎng)”。

圖8為在顯示監(jiān)控器上呈現(xiàn)的示例性顯示的圖解的“抓屏”視圖，該顯示監(jiān)控器被用作圖7的集成式感測(cè)設(shè)備的一部分，本圖示出了以BM為中心的視圖。

圖9為在顯示監(jiān)控器上呈現(xiàn)的示例性顯示的圖解的“抓屏”視圖，該顯示監(jiān)控器被用作圖7的集成式感測(cè)設(shè)備的一部分，本圖示出了以L為中心的視圖。

圖10為挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的示意圖，該挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器具有安裝到其吊桿的圖1的集成式感測(cè)設(shè)備，本圖示出了在基準(zhǔn)定位過(guò)程期間被LDM掃描的“挖掘現(xiàn)場(chǎng)”。

圖11為挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖，該挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器具有安裝到其吊桿的圖2的集成式感測(cè)設(shè)備，本圖示出了被LDM掃描的、或在基準(zhǔn)定位過(guò)程期間的“挖掘現(xiàn)場(chǎng)”。

圖12為挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖，該挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器具有安裝到其鏟斗柄的圖3的集成式感測(cè)設(shè)備，本圖示出了被LDM瞄準(zhǔn)的“挖掘現(xiàn)場(chǎng)”、或示出了在基準(zhǔn)定位過(guò)程期間照射的基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖13為推土機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成正面高度視圖的圖解視圖，該推土機(jī)運(yùn)土機(jī)器具有安裝到柱體的圖1或圖2的集成式感測(cè)設(shè)備，該柱體附接到該推土機(jī)的鏟。

圖14為圖13的推土機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖。

圖15為挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖，該挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器具有安裝到其吊桿的本技術(shù)的第五實(shí)施方式的集成式感測(cè)設(shè)備，本圖示出了在校準(zhǔn)過(guò)程期間的多個(gè)基準(zhǔn)定位位置以供吊桿樞軸參考。

圖16為挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖，該挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器具有安裝到其吊桿的本技術(shù)的第六實(shí)施方式的集成式感測(cè)設(shè)備，其中附加的測(cè)斜計(jì)傳感器安裝到鏟斗柄和鏟斗。

圖17為圖16的挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖，示出了在鏟斗齒校準(zhǔn)過(guò)程期間的多個(gè)鏟斗位置的示例。

圖18為圖17的挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成俯視圖的圖解視圖，示出了鏟斗齒校準(zhǔn)過(guò)程的更多細(xì)節(jié)。

圖19為圖17的挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的被描繪成側(cè)面高度視圖的圖解視圖，示出了在鏟斗齒校準(zhǔn)過(guò)程期間的多個(gè)鏟斗位置的示例。

圖20為在顯示監(jiān)控器上呈現(xiàn)的示例性顯示的圖解的“抓屏”視圖，該顯示監(jiān)控器被用作圖16的集成式感測(cè)設(shè)備的一部分，本圖示出了鏟斗的最新輪廓和當(dāng)前位置，二者均在相同的Y-Z軸上。

圖21為由用戶(hù)和用在本技術(shù)中的系統(tǒng)控制器執(zhí)行的一些重要步驟的流程圖，其中集成式感測(cè)設(shè)備不具有位置傳感器。

圖22為由用戶(hù)和用在本技術(shù)中的系統(tǒng)控制器執(zhí)行的一些重要步驟的流程圖，其中集成式感測(cè)設(shè)備具有作為其位置傳感器的激光接收器。

圖23為由用戶(hù)和用在本技術(shù)中的系統(tǒng)控制器執(zhí)行的一些重要步驟的流程圖，其中集成式感測(cè)設(shè)備具有作為其位置傳感器的GNSS接收器或TTS目標(biāo)。

圖24為圖1至圖6的集成式感測(cè)設(shè)備的主要部件以及安裝到圖1、圖7、圖10至圖19的運(yùn)土機(jī)器的導(dǎo)向系統(tǒng)的其它部件的框圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)地參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，附圖中示出了該優(yōu)選實(shí)施方式的示例，其中，貫穿視圖，相同標(biāo)記指示相同元件。

應(yīng)當(dāng)理解，本文中所公開(kāi)的技術(shù)在其應(yīng)用上不限于在如下描述中提出的或在附圖中示出的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)以及部件的布置。本文中所公開(kāi)的技術(shù)能夠具有其它實(shí)施方式以及能夠以各種方式來(lái)實(shí)踐或執(zhí)行。而且，應(yīng)當(dāng)理解，本文中所使用的措辭和術(shù)語(yǔ)出于描述目的且不應(yīng)當(dāng)被視為限制。本文中的“包括”、“包含”、或“具有”及其變型的使用意指包含后文所列的項(xiàng)目及其等效物以及附加項(xiàng)目。除非另有限制，否則本文中的術(shù)語(yǔ)“連接”、“聯(lián)接”和“安裝”及其變型被廣泛使用且包含直接的連接、聯(lián)接和安裝以及間接的連接、聯(lián)接和安裝。另外，術(shù)語(yǔ)“連接”和“聯(lián)接”及其變型不限于物理的或機(jī)械的連接或聯(lián)接。

元件名之前的術(shù)語(yǔ)“第一”和“第二”(例如第一入口、第二入口等)用于標(biāo)識(shí)目的以在類(lèi)似的或相關(guān)的元件、結(jié)果或概念之間進(jìn)行區(qū)分，且不意圖必須暗含次序，術(shù)語(yǔ)“第一”和“第二”均不意圖排除包括另外的類(lèi)似的或相關(guān)的元件、結(jié)果或概念，除非另有指示。

另外，應(yīng)當(dāng)理解，本文中所公開(kāi)的實(shí)施方式包括硬件和電子部件或模塊二者，出于討論目的，可以說(shuō)明和描述電子部件或模塊，正如大多數(shù)部件以硬件單獨(dú)地來(lái)實(shí)現(xiàn)。

然而，基于對(duì)該詳細(xì)描述的閱讀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在至少一個(gè)實(shí)施方式中，本文中所公開(kāi)的技術(shù)的基于電子的方面可以用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)當(dāng)注意，可以利用多個(gè)基于硬件和軟件的設(shè)備以及多個(gè)不同結(jié)構(gòu)的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)本文中所公開(kāi)的技術(shù)。此外，如果利用軟件，則執(zhí)行這類(lèi)軟件的處理電路可以為通用計(jì)算機(jī)，同時(shí)實(shí)踐所有的功能，這些功能另外可以被可被設(shè)計(jì)用于專(zhuān)門(mén)實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行。

將理解，如本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“電路”可以表示實(shí)際的電子電路，諸如集成式電路芯片(或其一部分)，或該術(shù)語(yǔ)“電路”可以表示由處理設(shè)備執(zhí)行的功能，該處理設(shè)備諸如微處理器或ASIC，該ASIC包括邏輯狀態(tài)機(jī)或另一形式的處理元件(包括順序處理設(shè)備)。特定類(lèi)型的電路可以為某種類(lèi)型的模擬電路或數(shù)字電路，盡管這類(lèi)電路可能可以通過(guò)邏輯狀態(tài)機(jī)或順序處理器而用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。換言之，如果使用處理電路來(lái)執(zhí)行在本文中所公開(kāi)的技術(shù)中使用的預(yù)期功能(諸如解調(diào)功能)，則可以不存在可被稱(chēng)為“解調(diào)電路”的具體“電路”；然而，將存在由軟件執(zhí)行的解調(diào)“功能”。所有的這些可能性被發(fā)明人設(shè)想且在討論“電路”時(shí)處于本技術(shù)的原理內(nèi)。

在本文中所公開(kāi)的技術(shù)中，提供了電控制的裝置或感測(cè)設(shè)備(通常由圖5和圖6上的附圖標(biāo)記100來(lái)指代)，其通常包括：激光測(cè)距儀(“LDM”)16，該LDM 16測(cè)量從感測(cè)設(shè)備到興趣點(diǎn)；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(“S”)18，該S 18使LDM感測(cè)輸出光束移動(dòng)且測(cè)量其方向；電子方向傳感器(“EOS”)14，該EOS 14測(cè)量感測(cè)設(shè)備100的方向；以及位置感測(cè)傳感器(“PS”)12，該P(yáng)S 12測(cè)量感測(cè)設(shè)備相對(duì)于工地基點(diǎn)(也被稱(chēng)為“基準(zhǔn)點(diǎn)”(“BM”))的位置。在運(yùn)土機(jī)器的作業(yè)工具(諸如挖掘機(jī)或推土機(jī))周?chē)惭b感測(cè)設(shè)備100。應(yīng)當(dāng)注意，作為選項(xiàng)，上述裝備中的一些不被用在所有實(shí)施方式中；例如，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)不被用在每個(gè)實(shí)施方式中，位置傳感器(PS)也是如此。

感測(cè)設(shè)備100測(cè)量興趣點(diǎn)相對(duì)于工地基點(diǎn)的位置并借助顯示監(jiān)控器將該位置傳送到用戶(hù)?？梢允乖摳袦y(cè)設(shè)備的LDM圍繞被作業(yè)的區(qū)域轉(zhuǎn)向以提供許多興趣點(diǎn)的位置。可以在顯示監(jiān)控器上用數(shù)字表示或繪制這些點(diǎn)，形成被引用到機(jī)器的作業(yè)工具周?chē)某跏嫉摹⒆钚碌?、或預(yù)期的地形的工地基點(diǎn)的輪廓。

在推土機(jī)的情況下，“作業(yè)工具”通常為其鏟的切割(底部)邊緣；在挖掘機(jī)的情況下，作業(yè)工具通常為鏟斗的底部邊緣，齒位于該底部邊緣。其它類(lèi)型的機(jī)器可以具有其它類(lèi)型的作業(yè)工具，諸如滾筒。

本文中所公開(kāi)的技術(shù)的“基本系統(tǒng)”需要將兩個(gè)部件安裝在機(jī)器上，這比在現(xiàn)有技術(shù)中已知的傳統(tǒng)系統(tǒng)中必須安裝的典型五個(gè)部件有利。第一部件為主感測(cè)設(shè)備自身(即感測(cè)設(shè)備100)，且第二部件為顯示監(jiān)控器，該顯示監(jiān)控器被安裝在機(jī)器的駕駛室處，在此，機(jī)器的操作者可以很容易查看該顯示監(jiān)控器。該基本系統(tǒng)將充當(dāng)被運(yùn)土機(jī)械的操作者使用的可視導(dǎo)向系統(tǒng)。

“基本系統(tǒng)”不要求其傳感器被校準(zhǔn)到機(jī)器構(gòu)件，而在傳統(tǒng)(現(xiàn)有技術(shù)的)系統(tǒng)中通常是，傳感器必須被校準(zhǔn)到機(jī)器構(gòu)件?！盎鞠到y(tǒng)”也不要求測(cè)量機(jī)器構(gòu)件的幾何結(jié)構(gòu)并將其輸入系統(tǒng)中，而再次在傳統(tǒng)(現(xiàn)有技術(shù)的)系統(tǒng)中通常是，對(duì)該機(jī)器構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)做出解釋。換言之，當(dāng)使用具有運(yùn)土機(jī)器的“基本系統(tǒng)”時(shí)不需要“機(jī)器校準(zhǔn)”。

當(dāng)與挖掘機(jī)一起使用時(shí)，“基本系統(tǒng)”還不將任何部件放在鏟斗上或鏟斗附近，這是非常破壞性的環(huán)境且這通常在傳統(tǒng)(現(xiàn)有技術(shù))系統(tǒng)中。相比于傳統(tǒng)(現(xiàn)有技術(shù))系統(tǒng)，所有的上述內(nèi)容使該“基本系統(tǒng)”更快速且更容易：(a)安裝，(b)開(kāi)始使用，以及(c)移動(dòng)到不同機(jī)器?！盎鞠到y(tǒng)”此外還可以進(jìn)行非接觸式測(cè)量，從而避免對(duì)興趣點(diǎn)的干擾或損壞，該興趣點(diǎn)諸如鋪設(shè)的管道、測(cè)量員的樁子、或其它存在材料。(注意，如本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“基本系統(tǒng)”包括下文所討論的前四個(gè)實(shí)施方式。)

現(xiàn)在參照附圖，圖1至圖4示出了感測(cè)設(shè)備100的一些可能配置的硬件框圖。在這前四個(gè)視圖中，感測(cè)設(shè)備由四個(gè)不同的附圖標(biāo)記10、30、50和70標(biāo)出以指示四個(gè)不同的傳感器配置。在所有的四種情況下，具有某種類(lèi)型的電子測(cè)距設(shè)備16(通常被稱(chēng)為“LDM”)，且具有某種類(lèi)型的電子方向傳感器14(通常被稱(chēng)為“EOS”)。多于一種類(lèi)型的電子設(shè)備可以用作這些傳感器，但是如本文中所討論，電子測(cè)距設(shè)備16將通常被稱(chēng)為“激光測(cè)距儀”且電子方向傳感器14將通常被視為重力感測(cè)設(shè)備。但是將理解，這些術(shù)語(yǔ)僅僅是典型的，尤其對(duì)于EOS 14，例如，該EOS 14可能能夠測(cè)量其它線性加速度或角加速度、或可能能夠測(cè)量磁場(chǎng)。

在圖1至圖4中，感測(cè)裝置或感測(cè)設(shè)備100可以包含如下項(xiàng)：(1)至少一個(gè)激光測(cè)距儀16(LDM)，其生成表示從裝置100上的已知點(diǎn)“L”到地形表面或到被LDM感測(cè)輸出激光束照射的其它興趣點(diǎn)的距離的輸出信號(hào)；(2)可選的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18(S)，其允許LDM感測(cè)輸出光束20在表面22上移動(dòng)或移動(dòng)到興趣點(diǎn)；(3)電子方向傳感器14(EOS)，其輸出感測(cè)設(shè)備10關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的方向；(4)位置感測(cè)系統(tǒng)的可選的位置傳感器12(PS)，其輸出傳感器的基點(diǎn)“P”相對(duì)于位置系統(tǒng)的基點(diǎn)的位置；以及(5)通信和處理電路，其將LDM、EOS、S、PS傳感器的輸出組合且控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)S的輸入以掃描、計(jì)算和顯示一個(gè)或多個(gè)興趣點(diǎn)相對(duì)于工地基點(diǎn)的位置。

如在圖1至圖4中可很容易看出，在感測(cè)設(shè)備的第三實(shí)施方式50中不包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18(參看圖3)，但是在其它三個(gè)實(shí)施方式10、30和70中包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18。在感測(cè)設(shè)備的第二實(shí)施方式30中不包括位置傳感器12(參看圖2)，但是在其它三個(gè)實(shí)施方式10、50和70中包括位置傳感器12。第四實(shí)施方式70包括GNSS(衛(wèi)星)天線對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件72，在其它三個(gè)實(shí)施方式10、30和50中未發(fā)現(xiàn)該GNSS(衛(wèi)星)天線對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件72，參看下文的討論。從性能和成本效益立場(chǎng)看，第一實(shí)施方式10可能為所有這些系統(tǒng)中最有用的，且將在下文更詳細(xì)地討論其使用。

在介紹各個(gè)實(shí)施方式之前，將略詳細(xì)地討論傳感器。關(guān)于LDM 16，LDM測(cè)量通常直接地或間接地基于激光能量飛行時(shí)間，而非基于圖像識(shí)別。如果期望達(dá)到某些特殊功能，則可利用圖像識(shí)別，但是通常不要求這類(lèi)特殊功能，從而有效地利用該導(dǎo)向系統(tǒng)。將理解，電子距離傳感器將通常為不與工地表面進(jìn)行物理接觸的設(shè)備。如上所述，用于該技術(shù)的電子距離傳感器通常將被選擇為激光測(cè)距儀，而且當(dāng)然，激光光束(光子本身)將與工地表面進(jìn)行接觸；然而，該類(lèi)型的光子“接觸”不在如本文中所使用的“物理接觸”的定義內(nèi)。

關(guān)于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18(“S”)，可以使用機(jī)動(dòng)化鏡系統(tǒng)，該機(jī)動(dòng)化鏡系統(tǒng)使LDM感測(cè)輸出光束圍繞一個(gè)或多個(gè)軸轉(zhuǎn)向。例如，可使用單軸或雙軸檢流計(jì)。在圖5中示出了用于圍繞一個(gè)軸(例如X軸)掃描的機(jī)構(gòu)S。轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)可以為來(lái)回運(yùn)動(dòng)或連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。代替使用鏡子(作為反射設(shè)備)，機(jī)構(gòu)S可以替選地使用棱鏡或透鏡(折射設(shè)備)來(lái)使LDM感測(cè)輸出光束轉(zhuǎn)向。在一個(gè)實(shí)施方式中，相對(duì)于設(shè)備零參考(null reference)(“n”)，通過(guò)編碼器測(cè)量沿著每個(gè)軸的LDM感測(cè)輸出光束運(yùn)動(dòng)。在“S”的替選實(shí)施方式中，如果不使用PS傳感器或從LDM到PS基點(diǎn)的距離(圖1上的距離“D2”)很小且該很小距離的無(wú)補(bǔ)償傾斜導(dǎo)致不顯著誤差，則可以消除編碼器。在這些替選實(shí)施方式中，EOS也用于提供LDM感測(cè)輸出光束的方向。在一個(gè)這類(lèi)替選實(shí)施方式中，EOS(及其鏡子)被安裝到電機(jī)軸。在另一個(gè)這類(lèi)替選實(shí)施方式中，LDM和EOS被安裝到電機(jī)軸(且不存在鏡子)。

將理解，術(shù)語(yǔ)“基點(diǎn)”指的是工地上具有三維(3-D)空間坐標(biāo)的空間點(diǎn)，該工地本身可以被定義在三維空間中。當(dāng)術(shù)語(yǔ)“基點(diǎn)”連同傳感器一起使用時(shí)，諸如在措辭“傳感器輸出基點(diǎn)”中，則其指的是關(guān)于這類(lèi)傳感器的重要屬性的特定空間點(diǎn)。例如，GPS(或GNSS)接收器將具有天線，且該天線的基點(diǎn)(圖1、圖3、圖4中的點(diǎn)“P”)為天線上的空間點(diǎn)，在該空間點(diǎn)(在全局坐標(biāo)系中)相對(duì)于GNSS信號(hào)確定天線的當(dāng)前位置。而且例如，激光測(cè)距儀(LDM)將生成激光輸出信號(hào)，且將接收回該激光輸出信號(hào)的一部分；用于該LDM的基點(diǎn)(圖1至圖4中的點(diǎn)“L”)為L(zhǎng)DM包本身上的點(diǎn)，在該點(diǎn)，通過(guò)該LDM設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的距離測(cè)量，以及在系統(tǒng)已被對(duì)齊之后，該基點(diǎn)也將具有相對(duì)于工地的3-D坐標(biāo)系的3-D空間坐標(biāo)。

關(guān)于電子方向傳感器14(“EOS”)，它為輸出表示感測(cè)設(shè)備的方向的信號(hào)的傳感器。在圖5中，圖示的實(shí)施方式包括提供關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的方向信息的電子電路。EOS在一個(gè)或多個(gè)軸上包含加速計(jì)，且可以可選地在一個(gè)或多個(gè)軸上包含陀螺儀。此外，EOS可以可選地在一個(gè)或多個(gè)軸上包括矢量磁強(qiáng)計(jì)(電子羅盤(pán))。注意，在如今的技術(shù)中，微型機(jī)器集成電路芯片通常被用作微型加速計(jì)、陀螺儀和微型磁強(qiáng)計(jì)。許多可用產(chǎn)品包括單一封裝的加速計(jì)、陀螺儀和磁強(qiáng)計(jì)。例如，X軸、Y軸和Z軸的加速計(jì)和陀螺儀(根據(jù)圖5)可以配置成相對(duì)于針對(duì)各軸的重力確定感測(cè)設(shè)備從其零參考(n)的傾斜。一個(gè)或多個(gè)陀螺儀可以用于改善加速計(jì)尋找重力參考的動(dòng)態(tài)性能且還幫助將感測(cè)到的加速度分解為角分量和線性分量。例如，磁強(qiáng)計(jì)和陀螺儀可以配置成相對(duì)于磁北確定圍繞Z軸的感測(cè)設(shè)備旋轉(zhuǎn)(前進(jìn)方向)。一個(gè)或多個(gè)陀螺儀還可以用于改善磁強(qiáng)計(jì)的動(dòng)態(tài)性能。

關(guān)于位置傳感器12“PS”，存在可執(zhí)行該功能的多種可能類(lèi)型的傳感器。位置傳感器及其相關(guān)系統(tǒng)的示例為：(a)激光平面系統(tǒng)的激光接收器(“LR”)，該LR輸出激光撞擊在光電池陣列上的相對(duì)于該接收器上的基點(diǎn)“P”的位置；(b)可選地具有差分校正和實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)能力的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(“GNSS”)的天線(和接收器)，該天線輸出位于基點(diǎn)“P”的天線質(zhì)心的位置，在本文中稱(chēng)為GNSS接收器；(c)機(jī)器人或跟蹤全站儀系統(tǒng)(“TTS”，其為本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員所熟知的建筑工業(yè)感測(cè)設(shè)備)的目標(biāo)陣列，該目標(biāo)陣列與全站儀通信且輸出位于基點(diǎn)“P”的目標(biāo)陣列質(zhì)心的位置，在本文中稱(chēng)為T(mén)TS目標(biāo)；以及(d)GNSS接收器和系統(tǒng)，其用LR接收器和系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)大。(GNSS接收器在X軸和Y軸上(在平行于地平線的平面上)提供二維位置，而LR在Z軸(豎直的)上提供第三維位置。

圖5部分地示出了用于感測(cè)設(shè)備100和電子電路板110的封裝的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，該感測(cè)設(shè)備100包括PS 12(未示出)、EOS 14、LDM 16、和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18(S)，該電子電路板110充當(dāng)感測(cè)設(shè)備的系統(tǒng)控制器。感測(cè)設(shè)備100具有將電子器件保持在適當(dāng)位置的中間殼體102、以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)包括旋轉(zhuǎn)鏡104、和在殼體側(cè)面的窗口106、使軸(該軸使鏡子旋轉(zhuǎn))自旋的電動(dòng)機(jī)112、以及跟蹤鏡子/電動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)的位置的編碼器114。

圖6為用于設(shè)備100的更完整封裝的圖，且整個(gè)封裝總體由附圖標(biāo)記120來(lái)指代。位置傳感器為被整個(gè)外殼覆蓋的激光接收器122，該外殼具有處于130的對(duì)激光能量透射的窗口，同時(shí)頂部處于124、底部處于126、以及兩個(gè)中間殼體處于102和128。在該實(shí)施方式中，位置傳感器可以包括一些本地顯示狀態(tài)指示器。這組成上文所描述的第一部件，而第二部件為遠(yuǎn)程顯示監(jiān)控器140。優(yōu)選的遠(yuǎn)程顯示監(jiān)控器包括平板顯示器，其具有處于142的可視顯示區(qū)域。

通信和處理電路110(參看圖5)將LDM 16、EOS 14、S 18和PS 12的輸出組合，并向轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18提供輸入以掃描、計(jì)算和顯示一個(gè)或多個(gè)興趣點(diǎn)相對(duì)于工地基點(diǎn)的位置。第一部件120和第二部件140之間的通信電路可以為有線的或無(wú)線的。處理電路可以在單個(gè)部件微控制器或微處理器中，或該處理電路可以由分布式處理系統(tǒng)(若需要)組成。還將存在至少一個(gè)存儲(chǔ)電路118，用于存儲(chǔ)和處理感測(cè)設(shè)備設(shè)置參數(shù)、工作輸入數(shù)據(jù)(在其被傳感器所收集時(shí))，以及存儲(chǔ)預(yù)期的顯示參數(shù)。

可以在精確的且受控的工廠環(huán)境中由訓(xùn)練有素的技術(shù)人員組裝和校準(zhǔn)感測(cè)設(shè)備100，克服傳統(tǒng)系統(tǒng)的許多現(xiàn)場(chǎng)安裝和機(jī)器校準(zhǔn)問(wèn)題。在圖1至圖4中所示的“基本系統(tǒng)”中，例如：(a)LDM感測(cè)輸出光束會(huì)被指向成與感測(cè)設(shè)備零位軸(null axis)“n”對(duì)齊，且在LDM基點(diǎn)(“L”)處會(huì)使LDM的距離讀數(shù)為零。在該情形下，術(shù)語(yǔ)“L基點(diǎn)”具體指的是空間點(diǎn)，如在圖上所指示(例如參看圖1)；(b)EOS的測(cè)斜計(jì)會(huì)被對(duì)齊以輸出感測(cè)設(shè)備零位軸“n”與重力“g”之間的角度；(c)如果使LDM轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)離設(shè)備零位軸“n”，則轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的每個(gè)轉(zhuǎn)向軸上的編碼器會(huì)被對(duì)齊以輸出LDM感測(cè)輸出光束與感測(cè)設(shè)備零位軸“n”之間的角度；以及(d)P基點(diǎn)與L基點(diǎn)之間的距離(這按圖示創(chuàng)建線“D2”)會(huì)被測(cè)量并在工廠中被存儲(chǔ)在感測(cè)設(shè)備存儲(chǔ)器中。在該情形下，術(shù)語(yǔ)“P基點(diǎn)”具體指的是空間點(diǎn)，如在圖上所指示(例如參看圖4)。應(yīng)當(dāng)注意，感測(cè)設(shè)備的校準(zhǔn)參數(shù)不取決于運(yùn)土機(jī)器的幾何結(jié)構(gòu)。

還應(yīng)當(dāng)注意，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的編碼器輸出信號(hào)被對(duì)齊到設(shè)備零位軸(n)，且不參考感測(cè)設(shè)備將被安裝到的運(yùn)土機(jī)器的任何部件。EOS包括重力傳感器，該重力傳感器可測(cè)量(且因此有效地找出)相對(duì)于地球重力的真垂線。利用該感測(cè)能力，使設(shè)備零位軸(n)參考真垂線。因此，EOS不參考感測(cè)設(shè)備將被安裝到的運(yùn)土機(jī)器的任何部件。總之，感測(cè)設(shè)備100的傳感器的輸出不相關(guān)于、也不取決于相對(duì)于感測(cè)設(shè)備100將被安裝到的運(yùn)土機(jī)器的任何特定物理位置或?qū)?zhǔn)。

第一實(shí)施方式

現(xiàn)在參照?qǐng)D7，感測(cè)設(shè)備配置為圖1上的附圖標(biāo)記10的配置，其中，PS(位置傳感器)12為激光接收器(或“LR”)。在該基本系統(tǒng)實(shí)施方式中，LR 12被安裝到挖掘機(jī)200的吊桿206。挖掘機(jī)200包括“平臺(tái)”204、吊桿206、鏟斗柄(或僅“柄”)208、和鏟斗210，該鏟斗210為該系統(tǒng)的作業(yè)工具。鏟斗210在鏟斗的遠(yuǎn)端具有挖掘邊緣212，且在大多數(shù)挖掘機(jī)中，該挖掘(或切割)邊緣具有齒(例如參看圖18)。該平臺(tái)安置在一組鏈接式軌道202(類(lèi)似于坦克履帶)上，這允許整個(gè)機(jī)器200在工地四處移動(dòng)。在挖掘機(jī)的駕駛室中具有顯示監(jiān)控器140，該顯示監(jiān)控器140安裝在機(jī)器操作者在操作機(jī)器200時(shí)可很容易看見(jiàn)它的位置上。

在圖7中，存在激光發(fā)射器152，該激光發(fā)射器152發(fā)射在150處的激光平面。激光發(fā)射器152可以發(fā)射旋轉(zhuǎn)的激光束或靜態(tài)的扇形光束，這取決于所使用的激光接收器技術(shù)。激光發(fā)射器被安裝在三腳架154上，在本示例中，該三腳架154安置在地表面220上。在圖7中，表面220為基本平坦且水平的，但是這對(duì)于該基本系統(tǒng)的使用來(lái)說(shuō)不是必要條件。挖掘機(jī)200被用于挖掘溝渠或壕溝，該溝渠或壕溝具有在230處的設(shè)計(jì)輪廓且為操作者試圖完成的“目標(biāo)”。在224處指示初始輪廓(且在本示例中，該初始輪廓與地表面220基本上共線)，以及在最近期的挖掘機(jī)動(dòng)已由挖掘機(jī)執(zhí)行之后，處于232的“最新輪廓”為當(dāng)前表面形狀。

感測(cè)設(shè)備10包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18，因此可以按多種角度導(dǎo)向LDM 16，如由圖7上的多條LDM“光束線”20所指示。這允許感測(cè)設(shè)備在挖掘操作之前、期間和之后檢測(cè)挖掘現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)輪廓。因此，顯示監(jiān)控器140可以在顯示表面144上向機(jī)器操作者提供真實(shí)的“最新輪廓”232，例如參看圖8。假設(shè)挖掘現(xiàn)場(chǎng)具有基準(zhǔn)點(diǎn)(在222處的“BM”)，且機(jī)器操作者在開(kāi)始挖掘之前已“發(fā)現(xiàn)”該基準(zhǔn)點(diǎn)(且已將該信息輸入感測(cè)設(shè)備存儲(chǔ)器中)，然后顯示表面144將指示該BM位置，該BM位置與將在挖掘期間顯示的輪廓有關(guān)。在圖8的示例中，距離標(biāo)尺(即，Y軸和Z軸)可以參考地面上的該BM位置。將理解，為了清楚起見(jiàn)，該示例僅為二維示例；如果需要，則該系統(tǒng)也可以在三維中工作。許多挖掘輪廓將需要3-D處理。

現(xiàn)在提供一些重要操作步驟的總結(jié)；注意，圖21至圖23的流程圖也公開(kāi)了所涉及的一些邏輯。一個(gè)重要步驟為研究挖掘設(shè)計(jì)需求且選擇最滿(mǎn)足那些需求的感測(cè)設(shè)備配置；例如，PS將為激光接收器、或GPS接收器、或某種其它類(lèi)型的位置傳感器？“設(shè)計(jì)輪廓”為挖掘的預(yù)期最終輪廓。該“設(shè)計(jì)輪廓”可以被輸入感測(cè)設(shè)備存儲(chǔ)器中且在識(shí)別BM時(shí)被顯示(如圖8所示)。該“設(shè)計(jì)輪廓”可以通過(guò)如下方式來(lái)生成：

(a)借助顯示監(jiān)控器140的用戶(hù)界面手動(dòng)地輸入多個(gè)點(diǎn)。這可以如從工地BM豎直偏移的水平面一樣簡(jiǎn)單；

(b)使用電子工地設(shè)計(jì)3D外形文件。在該模式下，系統(tǒng)從工地設(shè)計(jì)外形特征和掃描平面的交叉確定設(shè)計(jì)輪廓。掃描平面對(duì)于工地水平面(前進(jìn)方向)的方向由EOS 14的電子羅盤(pán)給出；或

(c)掃描現(xiàn)有的地形輪廓并使設(shè)計(jì)與該信息適配。

考慮預(yù)期的LDM掃描圖案的LR激光平面接收和定位，來(lái)安裝感測(cè)設(shè)備10。感測(cè)設(shè)備安裝可以為磁性的，諸如由天寶導(dǎo)航有限公司出售的“MM2Mag.Mount”。還考慮用戶(hù)查看和訪問(wèn)，在駕駛室中安裝顯示器。注意：在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“用戶(hù)”與機(jī)器200的“操作者”為同一個(gè)人。

激光發(fā)射器被設(shè)置成產(chǎn)生激光能量的平面，該平面按預(yù)期被導(dǎo)向到工地。例如，在激光發(fā)射器處通過(guò)使激光光束圍繞縱軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生激光平面。

現(xiàn)在下文描述將系統(tǒng)基準(zhǔn)定位(benching)到工地基準(zhǔn)點(diǎn)的兩種方法。(注意，對(duì)于該第一實(shí)施方式以及其它實(shí)施方式，術(shù)語(yǔ)“基準(zhǔn)定位”為將位置傳感器系統(tǒng)和感測(cè)設(shè)備輸出坐標(biāo)與工地坐標(biāo)系對(duì)齊)。

(a)選項(xiàng)1：利用LDM感測(cè)輸出光束識(shí)別BM。

LDM感測(cè)輸出光束20被轉(zhuǎn)向以照射工地基準(zhǔn)點(diǎn)222(BM)。當(dāng)照射BM時(shí)，用戶(hù)在顯示界面上發(fā)起基準(zhǔn)定位功能，其中用戶(hù)控制定位設(shè)備(pointing device)。小量的高效且漫射型的反射材料可以被添加到BM以幫助用戶(hù)在視覺(jué)上驗(yàn)證BM何時(shí)被LDM感測(cè)輸出光束照射，例如玻璃珠反光帶的圓盤(pán)。獨(dú)特幾何體和/或反射特性的目標(biāo)可以被添加到BM以允許系統(tǒng)借助LDM掃描例程快速地且準(zhǔn)確地(自動(dòng)地)找到BM，而使操作者毫不費(fèi)力。

(b)選項(xiàng)2：相對(duì)于顯示的掃描輪廓識(shí)別BM。

用戶(hù)發(fā)起工作區(qū)域的掃描且從在顯示監(jiān)控器140上呈現(xiàn)的掃描輪廓識(shí)別BM222。如果BM為小特征，則用戶(hù)或掃描例程可以使LDM光束轉(zhuǎn)向在BM的總體區(qū)域的各處高頻脈動(dòng)，直到BM幾何體在顯示的最新輪廓上是明顯的。用戶(hù)使水平的和豎直的BM十字準(zhǔn)線相對(duì)于在所顯示輪廓上明顯可辨認(rèn)的特征對(duì)齊。如果BM坐標(biāo)不為(0,0,0)，則用戶(hù)可以將正確的BM坐標(biāo)值輸入到系統(tǒng)中。該基準(zhǔn)定位方法的優(yōu)勢(shì)在于，用戶(hù)不必須在視覺(jué)上驗(yàn)證LDM光束在照射BM。在視覺(jué)上驗(yàn)證LDM光束對(duì)BM的照射可隨著距離、視角、BM材料和光照條件而變得困難。

在BM已被識(shí)別且被輸入到感測(cè)設(shè)備存儲(chǔ)器中之后，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，從而向用戶(hù)顯示所掃描的興趣點(diǎn)的位置。注意：為了實(shí)現(xiàn)該狀態(tài)，無(wú)需將感測(cè)設(shè)備傳感器校準(zhǔn)到機(jī)器或測(cè)量機(jī)器幾何結(jié)構(gòu)。

如上所述，操作者駕駛室包括顯示監(jiān)控器140(參看圖6)，該顯示監(jiān)控器140提供許多特征，包括如下：(a)監(jiān)控器可以顯示掃描點(diǎn)(輪廓)或所選點(diǎn)的標(biāo)繪圖(例如參看圖8)；(b)監(jiān)控器可以顯示多個(gè)點(diǎn)相對(duì)于BM或其它定義的參考點(diǎn)的坐標(biāo)；(c)在監(jiān)控器上，不同類(lèi)型的輪廓(先前的、最新的、最深的、設(shè)計(jì)的等)用線條顏色、線條粗細(xì)、類(lèi)型等來(lái)區(qū)分；(d)輪廓可以自動(dòng)縮放且自動(dòng)集中在顯示監(jiān)控器上；(e)用戶(hù)可以拖拽BM十字準(zhǔn)線以識(shí)別監(jiān)控器屏幕上的BM。機(jī)器操作者會(huì)使用某種類(lèi)型的電子定位設(shè)備來(lái)移動(dòng)光標(biāo)(諸如操縱桿)，或者如果使用觸摸屏顯示器，則可以通過(guò)手指直接接觸在顯示面板上而直接移動(dòng)指針；(f)監(jiān)控器還用作用戶(hù)界面；(g)監(jiān)控器可以平移和縮放所顯示的輪廓。換言之，機(jī)器操作者在查看輪廓時(shí)可以放大圖像的某一部分，或操作者可以使顯示沿著Y軸或Z軸平移(若需要)；(h)系統(tǒng)可用的參照物(傳感器等)可以確定顯示模式，如下所述。

顯示模式的類(lèi)型

感測(cè)設(shè)備能夠被用在替選模式下，尤其就向機(jī)器操作者正顯示的信息的類(lèi)型而言。通常，總是提供“最佳”顯示模式。所提供的具體顯示模式取決于位置傳感器的存在以及它是否正產(chǎn)生輸出。位置傳感器何時(shí)停止提供可用的輸出信號(hào)的示例為何時(shí)將激光接收器從激光平面移出、或GNSS接收器何時(shí)使其衛(wèi)星信號(hào)被阻擋。顯示模式的類(lèi)型也取決于位置傳感器的類(lèi)型、是否已經(jīng)將位置傳感器基準(zhǔn)定位到工地坐標(biāo)、以及感測(cè)設(shè)備在基準(zhǔn)定位之后的移動(dòng)。下文討論各種顯示模式及其操作條件。

(A)“以BM為中心”顯示。(在工地BM可用時(shí)使用；例如參看圖8。)

(1)相對(duì)于工地BM顯示輪廓和興趣點(diǎn)。

(2)BM位置利用十字準(zhǔn)線來(lái)強(qiáng)調(diào)，并且刻度在BM處為零。

(3)顯示與BM有關(guān)的設(shè)計(jì)特征或輪廓。

(B)“以L為中心”顯示。(感測(cè)設(shè)備在掃描期間為靜態(tài)的，但是BM不可用；例如參看圖9。)

(1)相對(duì)于LDM基點(diǎn)L顯示輪廓和興趣點(diǎn)。

(2)不顯示BM、BM十字準(zhǔn)線或BM相關(guān)的設(shè)計(jì)特征。在該操作模式下，將不存在用戶(hù)可用的虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)。(在圖9上，顯示屏146未示出基準(zhǔn)點(diǎn)。)

(3)圖形刻度在L處為零。

(C)“豎直以BM為中心和水平以L為中心”顯示。(被用于作為PS的激光接收器和名義上水平的激光平面。)

(1)LR可以?xún)H豎直地參考任何BM。

(2)豎直的顯示特征是以BM為中心。

(3)水平的顯示特征是以L為中心。

注意：在“豎直以BM為中心和水平以L為中心”顯示模式下，僅知道高度。然而，如果在該位置發(fā)生機(jī)器的初始確定基準(zhǔn)點(diǎn)之后該機(jī)器已移動(dòng)，則該模式仍可以為有用的。一旦激光平面已再次被激光接收器LR(作為位置傳感器12)“發(fā)現(xiàn)”，則該模式可以允許機(jī)器繼續(xù)以有限能力工作，而無(wú)需重新確定基準(zhǔn)點(diǎn)。

(D)“非中心”顯示。(感測(cè)設(shè)備在掃描期間移動(dòng)，且無(wú)PS參照可用。)

(1)在監(jiān)控器上，可以使用V3i和H3i繪制輪廓，但是不顯示刻度。(參看這些變量V3i和H3i的下文描述。)

(2)通過(guò)EOS 14確定移動(dòng)。

掃描選項(xiàng)

在詳細(xì)描述的這個(gè)部分中，術(shù)語(yǔ)“掃描”指的是使用LDM 16及其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18來(lái)積累LDM與一個(gè)或多個(gè)感興趣目標(biāo)之間的距離的樣本。那些距離樣本將被存儲(chǔ)在感測(cè)設(shè)備存儲(chǔ)器118中，以供用戶(hù)/操作者按照該用戶(hù)所預(yù)期的顯示模式和“挖掘模式”使用?？梢栽诟信d趣的目標(biāo)區(qū)域上執(zhí)行單次掃描，或可以在該目標(biāo)區(qū)域上執(zhí)行多次掃描，然后過(guò)濾結(jié)果。

(A)如由用戶(hù)選擇，可以手動(dòng)地或自動(dòng)地發(fā)起掃描。

(1)自動(dòng)掃描可以被多個(gè)條件觸發(fā)，該多個(gè)條件諸如：

(a)每當(dāng)LR穿過(guò)激光平面時(shí)。

(b)當(dāng)PS和/或EOS輸出在所選范圍內(nèi)時(shí)。

(c)當(dāng)EOS輸出的功能在所選范圍(例如速度、加速度)內(nèi)時(shí)。

(d)當(dāng)EOS的磁羅盤(pán)在所選范圍內(nèi)時(shí)(例如為了確保在掃描前使感測(cè)設(shè)備與溝渠對(duì)齊)。

(e)當(dāng)鏟斗在LDM下方通過(guò)而LDM距離中斷時(shí)。然后感測(cè)設(shè)備可以在挖掘周期期間，跟蹤在該中斷的后面、本質(zhì)上跟蹤在鏟斗的后面，以將最當(dāng)前的挖掘地形輪廓提供給操作者。

(2)可以使用上述項(xiàng)的任何組合，指示作業(yè)工具在工地的預(yù)期掃描區(qū)域中和/或在挖掘周期的預(yù)期位置中。

(B)可以按需調(diào)整掃描圖案參數(shù)，諸如讀取點(diǎn)之間的范圍和間隔。

(C)可以按需調(diào)整影響點(diǎn)讀數(shù)的準(zhǔn)確度的掃描參數(shù)，該點(diǎn)讀數(shù)諸如讀取各點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間。

(D)掃描可以受限于單個(gè)興趣點(diǎn)以及上報(bào)的該點(diǎn)的位置。

(E)可以手動(dòng)地將LDM感測(cè)輸出光束轉(zhuǎn)向到興趣點(diǎn)。機(jī)器操作者可以將電子定位設(shè)備用于該功能，例如操縱桿或觸摸板。

(F)可以保存和顯示各種掃描(參看圖8)，諸如作業(yè)區(qū)域的初始掃描或作業(yè)區(qū)域的最新掃描?？梢詷?gòu)造和顯示所保存的掃描的復(fù)合，諸如對(duì)于給定作業(yè)區(qū)域的多次掃描的最低高度。當(dāng)在后文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“最新輪廓”可以為最近掃描的數(shù)據(jù)，或其可以為最新掃描的數(shù)據(jù)和用戶(hù)感興趣的任何先前掃描的數(shù)據(jù)的組合，諸如初始掃描或先前掃描的高度的最深部分。此外，將理解，按用戶(hù)需求，由“最新輪廓”表示的實(shí)際數(shù)據(jù)可以為二維或三維數(shù)據(jù)。

將理解，確定“最新輪廓”所需的處理可以發(fā)生在集成式感測(cè)設(shè)備100的處理單元110中，或該處理有可能發(fā)生在與遠(yuǎn)程監(jiān)控器140(其安裝在運(yùn)土機(jī)器的駕駛室中)相關(guān)聯(lián)的處理設(shè)備中。無(wú)論選擇哪個(gè)處理器來(lái)執(zhí)行這些計(jì)算，都需要向該處理器供應(yīng)表示由LDM傳感器16和EOS 14輸出的信號(hào)的數(shù)據(jù)。

掃描的興趣點(diǎn)或輪廓還可以連同其在電子工地計(jì)劃(虛擬計(jì)劃)上的位置和方向一起被系統(tǒng)記錄。這后續(xù)可以被編輯在電子工地設(shè)計(jì)上以示出挖掘進(jìn)度。

現(xiàn)在參照?qǐng)D10，示出了使用第一實(shí)施方式感測(cè)設(shè)備10的挖掘機(jī)機(jī)器的更詳細(xì)的圖，其中，PS 12為激光接收器(LR)，且在基準(zhǔn)定位期間，LDM感測(cè)輸出光束20的測(cè)量距離等于D3。234處的興趣點(diǎn)被LDM感測(cè)輸出光束20掃描且光束的測(cè)量距離等于D3i。當(dāng)使系統(tǒng)基準(zhǔn)定位時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)齊工地的坐標(biāo)系和感測(cè)設(shè)備10的位置傳感器。

為了簡(jiǎn)化本發(fā)明中的圖和等式，將感測(cè)設(shè)備的LDM掃描平面被示出為豎直平面(即讀物的頁(yè)面的平面)，以及工地和位置感測(cè)系統(tǒng)的坐標(biāo)被示出成與LDM掃描平面對(duì)齊。因此，激光平面系統(tǒng)將被示出為1D(一維)系統(tǒng)(能夠在豎直方向上導(dǎo)向)，以及GNSS和TTS 3D系統(tǒng)將被示出為2D，其中兩個(gè)水平軸的特征被投影到LDM掃描平面上。實(shí)際上，EOS的一個(gè)或多個(gè)測(cè)斜計(jì)和一個(gè)或多個(gè)磁羅盤(pán)將指示掃描平面對(duì)于3D設(shè)計(jì)特征的方向，允許那些特征投影(或交叉)到掃描平面上且創(chuàng)建設(shè)計(jì)輪廓。

可以使用3-D工地設(shè)計(jì)軟件程序來(lái)創(chuàng)建設(shè)計(jì)輪廓，且然后可以將該設(shè)計(jì)輪廓引入感測(cè)設(shè)備100的存儲(chǔ)電路118中?？商孢x地，可以直接將3-D虛擬工地計(jì)劃引入存儲(chǔ)電路118中，然后借助專(zhuān)用計(jì)算機(jī)程序，處理電路110可用于針對(duì)被該虛擬工地計(jì)劃覆蓋的工地表面的特定部分生成設(shè)計(jì)輪廓。這兩種方法論均被包括在“確定”用于預(yù)定挖掘操作的設(shè)計(jì)輪廓的術(shù)語(yǔ)中。

示例：利用LDM感測(cè)輸出光束基準(zhǔn)定位-識(shí)別BM。

當(dāng)將LDM 16轉(zhuǎn)向以照射BM 222時(shí)，PS 12正接收其信號(hào)，以及用戶(hù)發(fā)起基準(zhǔn)定位功能?，F(xiàn)在系統(tǒng)確定工地BM 222與激光發(fā)射器152處的位置感測(cè)系統(tǒng)基點(diǎn)之間的距離(V1和H1)。(參看圖10。)如下等式適用于圖10的系統(tǒng)圖：

等式1：

V1＝V0+V3+V2+V4＝D3*cos(A3)+(D2+D4)*cos(AT)

等式2：

H1＝H0-H3-H2-H4＝D3*sin(A3)+(D2+D4)*sin(AT)

(注意，對(duì)于PS＝LR，未確定H1。)

其中：

等式3：A3＝AS+AT

等式4：A3i＝ASi+AT

AT＝從EOS X軸測(cè)斜計(jì)輸出的角度(即，設(shè)備零位軸“n”相對(duì)于重力的角度)。

AS＝X軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)編碼器在LDM照射BM時(shí)的角輸出(即，LDM傳感器輸出光束和設(shè)備零位軸“n”之間的角度)。

ASi＝X軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)編碼器在LDM照射興趣點(diǎn)時(shí)的角輸出。

D3＝從L到BM的LDM輸出距離。

D3i＝從L到興趣點(diǎn)的LDM輸出距離。

D2＝從L基點(diǎn)到P基點(diǎn)的距離。

D4＝從P基點(diǎn)到光檢測(cè)器陣列上的激光撞擊的距離。對(duì)于PS＝GNSS或TTS，D4＝0。

H0＝從位置系統(tǒng)基點(diǎn)到位置傳感器基點(diǎn)的水平距離。

V0＝從位置系統(tǒng)基點(diǎn)到位置傳感器基點(diǎn)的豎直距離。對(duì)于LR，V0＝0；在圖10的LR示例中以及在初始方程推導(dǎo)之后未示出V0。

在已將系統(tǒng)基準(zhǔn)定位之后且當(dāng)PS 12正接收其信號(hào)時(shí)，任何興趣點(diǎn)的豎直距離和水平距離(VR3i和HR3i)可以被顯示成以BM為中心，即使當(dāng)感測(cè)設(shè)備正移動(dòng)時(shí)，如由如下等式確定：

等式5：

VR3i＝V0+V1-V4-V2-V3i＝V1-(D4+D2)*cos(AT)-D3i*cos(A3i)

等式6：

HR3i＝H0-H1-H2-H4-H3i＝H0-H1-(D2+D4)*sin(AT)-D3i*sin(A3i)

對(duì)于PS＝LR。由于激光平面系統(tǒng)僅豎直地參考BM，因此如果在基準(zhǔn)定位之后或在掃描期間使感測(cè)設(shè)備移動(dòng)(由EOS確定)，則隨后掃描的輪廓將豎直地以BM為中心，但水平地以L為中心，如由如下等式確定：

等式7：H3i＝D3i*sin(A3i)

有時(shí)，當(dāng)PS不具有可用的信號(hào)輸出時(shí)，系統(tǒng)將(暫時(shí)地)以下文針對(duì)第二實(shí)施方式所描述的方式來(lái)操作?？商孢x地，感測(cè)設(shè)備10可以按需被安裝到平臺(tái)、鏟斗柄、鏟斗油缸、或機(jī)器的其它合適構(gòu)件。

可替選地，感測(cè)設(shè)備還可以執(zhí)行如下例程：當(dāng)作業(yè)工具的切割邊緣停留在平坦表面或其它預(yù)定表面上時(shí)，掃描該作業(yè)工具的輪廓。然后該例程將從一個(gè)或多個(gè)掃描輪廓構(gòu)造該工具的圖像(橫截面)，其中切割邊緣通過(guò)平坦表面來(lái)確定。在后續(xù)操作中，系統(tǒng)會(huì)識(shí)別工具輪廓的一部分并將該工具的圖像(具有切割邊緣)以該位置和方向放在顯示器上。不僅可以以其當(dāng)前方向顯示工具圖像，而且監(jiān)控器還可以示出作業(yè)工具邊緣與預(yù)期高度之間的距離(在工地表面上的該水平位置上的設(shè)計(jì)輪廓)。

可替選地，PS 12可以為GNSS接收器的天線、TTS的目標(biāo)、或用LR擴(kuò)大的GNSS接收器。再次可替選地，如果PS 12技術(shù)為GNSS，則圖4中示出的感測(cè)設(shè)備配置可以用于保持GNSS天線與衛(wèi)星星座最佳對(duì)齊，且避免多路效應(yīng)。72處的天線將通常向上瞄準(zhǔn)衛(wèi)星星座，且樞軸點(diǎn)可以與位置傳感器基點(diǎn)P一致。這類(lèi)配置的示例將為由抑制下垂布置所支持的GNSS天線。

第二實(shí)施方式

現(xiàn)在參照?qǐng)D11，在該第二基本系統(tǒng)實(shí)施方式中，挖掘機(jī)200被示出具有感測(cè)設(shè)備30，該感測(cè)設(shè)備30具有圖2的配置、安裝到吊桿206。當(dāng)工地BM 222在掃描LDM 16、掃描LDM 18的視野中時(shí)，第二實(shí)施方式為有用的。由于不具有PS傳感器，因此該實(shí)施方式節(jié)省了設(shè)置PS系統(tǒng)(例如，包括提供旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器，該旋轉(zhuǎn)激光發(fā)射器將在預(yù)定高度處產(chǎn)生激光平面)的工作量。

基準(zhǔn)定位：從輪廓識(shí)別BM—示例：

在保持感測(cè)設(shè)備靜止，沒(méi)有識(shí)別BM用于參考時(shí)，用戶(hù)可以發(fā)起工地的掃描。掃描輪廓的以L為中心的豎直的點(diǎn)坐標(biāo)和水平的點(diǎn)坐標(biāo)(V3i和H3i)將通過(guò)如下等式來(lái)確定(圖10)：

等式8：V3i＝D3i*cos(A3i)

等式7(再次)：H3i＝D3i*sin(A3i)

然后用戶(hù)可以通過(guò)輸入允許將BM十字準(zhǔn)線拖曳或放置在預(yù)期位置上的模式來(lái)識(shí)別相關(guān)于所顯示輪廓(諸如目前表面)的工地基準(zhǔn)點(diǎn)特征。將使輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)與BM對(duì)齊，因此與工地坐標(biāo)對(duì)齊，以及最新輪廓和任何設(shè)計(jì)輪廓將被顯示成以BM為中心(圖8)。

示例：基準(zhǔn)定位：利用LDM感測(cè)輸出光束識(shí)別BM(基準(zhǔn)定位模式)。

用戶(hù)使LDM感測(cè)輸出光束20轉(zhuǎn)向以照射BM 222且發(fā)起基準(zhǔn)定位功能。然后系統(tǒng)將顯示以BM為中心的特征(例如，如圖8所示)。對(duì)于在不移動(dòng)感測(cè)設(shè)備下進(jìn)行的掃描，系統(tǒng)顯示如通過(guò)如下來(lái)確定的以BM為中心的輪廓：

不具有PS；V0、V2、V4、H0、H2和H4等于0。

代入E1和E2給出：

等式9：V1＝V3

等式10：H1＝-H3

并且將這些代入E5和E6給出：

等式11：VR3i＝V3-V3i＝D3*cos(AS+AT)-D3i*cos(ASi+AT)

等式12：HR3i＝H3-H3i＝D3*sin(AS+AT)-D3i*sin(ASi+AT)

如果在識(shí)別基準(zhǔn)定位之后或在掃描期間移動(dòng)感測(cè)設(shè)備，則后續(xù)輪廓將被顯示成非中心的。注意，當(dāng)使用第二實(shí)施方式的系統(tǒng)時(shí)，上文針對(duì)第一實(shí)施方式所描述的相同功能、操作模式、等式和顯示仍為可用的，額外限制是不具有PS信號(hào)。上文描述了該額外限制的“處罰”。注意，作為替選，感測(cè)設(shè)備可以按需被安裝在挖掘機(jī)的鏟斗柄208、挖掘機(jī)的鏟斗油缸214或挖掘機(jī)的平臺(tái)204或其它合適構(gòu)件上。

(注意，對(duì)于該第二實(shí)施方式，術(shù)語(yǔ)“基準(zhǔn)定位”為將集成式感測(cè)設(shè)備系統(tǒng)的傳感器和感測(cè)設(shè)備輸出坐標(biāo)對(duì)齊到工地坐標(biāo)系。不包括位置傳感器，僅具有可轉(zhuǎn)向的LDM和EOS(角度參考)傳感器。)

第三實(shí)施方式

現(xiàn)在參照?qǐng)D12，在該第三基本系統(tǒng)實(shí)施方式中，具有圖3的配置(其中PS＝LR)的感測(cè)設(shè)備50被安裝到挖掘機(jī)200的鏟斗柄208。圖3的感測(cè)設(shè)備配置不具有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，且依賴(lài)于機(jī)器的使其轉(zhuǎn)向到興趣點(diǎn)的構(gòu)件。該感測(cè)設(shè)備配置50節(jié)省了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18和編碼器114的成本，但是當(dāng)然，該系統(tǒng)配置需要機(jī)器構(gòu)件的更多移動(dòng)以執(zhí)行目標(biāo)區(qū)域的掃描。

當(dāng)PS 12正在作業(yè)時(shí)，該第三實(shí)施方式的系統(tǒng)顯示以BM為中心的輪廓，以及使感測(cè)設(shè)備50移動(dòng)，這些與第一實(shí)施方式感測(cè)設(shè)備10的情況相同。如果PS 12未作業(yè)，則多個(gè)點(diǎn)或輪廓被顯示成非中心的?？商孢x地，對(duì)于吊桿在掃描期間不移動(dòng)的掃描，設(shè)備50可以被安裝到鏟斗柄，使得基點(diǎn)L或基點(diǎn)P與鏟斗樞軸F對(duì)齊，然后當(dāng)PS信號(hào)暫時(shí)丟失時(shí)，輪廓可以被顯示成以BM為中心。再次可替選地，第三實(shí)施方式感測(cè)設(shè)備50可以被安裝到鏟斗油缸214。再次可替選地，當(dāng)在第三實(shí)施方式中使用感測(cè)設(shè)備50時(shí)，PS 12可以為GNSS接收器、TTS目標(biāo)、或用LR擴(kuò)大的GNSS接收器。

第四實(shí)施方式

圖13和圖14示出了具有按照?qǐng)D1的配置的感測(cè)設(shè)備10，該感測(cè)設(shè)備10被安裝到柱體308，該柱體308被添加到土地作業(yè)機(jī)器(諸如推土機(jī)300)的鏟310。注意，圖1的感測(cè)設(shè)備10和圖2的感測(cè)設(shè)備30均將在該系統(tǒng)中成功操作。

可以將感測(cè)設(shè)備10定向成“邊對(duì)邊”掃描在切割邊緣的長(zhǎng)度前方或后方的材料，如圖13所示。導(dǎo)向系統(tǒng)可以測(cè)量、顯示、和記錄實(shí)際期望的切割輪廓以及被工具留下的料堆或未完全填充的區(qū)域。如果PS 12＝GNSS接收器或TTS目標(biāo)，則這些區(qū)域的位置可以被“繪制”。具有設(shè)備10或設(shè)備30的導(dǎo)向系統(tǒng)還可以用于使工具匹配圍繞作業(yè)工具310的切割邊緣312的一端或兩端(314和316)的現(xiàn)存材料的高度；即，導(dǎo)向系統(tǒng)可以產(chǎn)生用于控制切割邊緣的高度匹配推土機(jī)的鏟310的一側(cè)或兩側(cè)(314和/或316)上的現(xiàn)存材料的高度的信號(hào)。對(duì)于該功能不需要PS 12。這在功能上類(lèi)似于由天寶公司出售的TRACER產(chǎn)品(型號(hào)ST400)。該系統(tǒng)還可以測(cè)量已完成的材料表面的鏟坡度。

可以將感測(cè)設(shè)備10或感測(cè)設(shè)備30定向成掃描在作業(yè)工具前方和/或后方的材料，如圖14所示。LDM激光掃描線24示出了在作業(yè)工具前方的地形，而LDM激光掃描線26示出了在作業(yè)工具后方的地形。使用該功能，系統(tǒng)可以測(cè)量和顯示被鏟310切割和/或承載的材料的量，以幫助操作者避免失速狀況。而且，對(duì)于在切割和/或壓實(shí)之后出現(xiàn)的材料，具有設(shè)備10的系統(tǒng)可以測(cè)量切割邊緣312或壓實(shí)輥(例如)后方的實(shí)際高度。如在一些其它實(shí)施方式中，感測(cè)設(shè)備10或感測(cè)設(shè)備30可以被安裝到機(jī)器平臺(tái)304或機(jī)器300的某種其它構(gòu)件，且被定向成測(cè)量被作業(yè)的材料的橫向坡度。

可替選地，系統(tǒng)還可以執(zhí)行如下例程：當(dāng)作業(yè)工具的切割邊緣停留在平坦表面或其它預(yù)定表面上時(shí)，掃描該作業(yè)工具的輪廓。然后該例程將從一個(gè)或多個(gè)掃描輪廓構(gòu)造作業(yè)工具310的圖像(橫截面)，其中切割邊緣312通過(guò)該平坦表面來(lái)確定。在后續(xù)操作中，系統(tǒng)會(huì)識(shí)別工具輪廓的一部分并將該工具的圖像(具有其切割邊緣)以該位置和方向放在顯示監(jiān)控器140上。不僅可以以其當(dāng)前方向顯示工具圖像，而且監(jiān)控器還可以示出作業(yè)工具邊緣與預(yù)期高度(在工地表面上的該水平位置上的設(shè)計(jì)輪廓)之間的距離。

第五實(shí)施方式(添加吊桿樞軸參照物)

提供第五實(shí)施方式，其將吊桿樞軸(“BP”)參照物添加到第一實(shí)施方式或第二實(shí)施方式。很經(jīng)常，當(dāng)在工地上到處運(yùn)土?xí)r，常規(guī)的(或“有效的”)PS(位置傳感器)信號(hào)由于阻擋PS系統(tǒng)信號(hào)且阻止其工作的建筑物、隧道和樹(shù)木而丟失。而且對(duì)于像挖掘機(jī)這樣的機(jī)器，當(dāng)挖掘機(jī)的臂部多次反復(fù)地挖掘隧道時(shí)，機(jī)器的平臺(tái)經(jīng)常為靜止的。對(duì)于該情況，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)有利的是確定在PS信號(hào)暫時(shí)或永久丟失時(shí)可使用的機(jī)器平臺(tái)參照物。機(jī)器平臺(tái)上將被用作該參照物的點(diǎn)為吊桿樞軸(BP)，首次在圖10中示出。為了確定BP參照物，需要再兩個(gè)變量(如圖10可見(jiàn))：

D5＝從L到BP的距離；“L”為用于LDM測(cè)量的輸出基點(diǎn)。

A5os＝設(shè)備零參考(“n”)與向量D5之間的角度。

當(dāng)對(duì)系統(tǒng)基準(zhǔn)定位且不存在PS信號(hào)時(shí)，該系統(tǒng)將通過(guò)下式確定相對(duì)于BM的BP位置：

等式13：VBP＝V3-V5＝D3*cos(A3)-D5*cos(A5)

等式14：HBP＝H3+H5＝D3*sin(A3)+D5*sin(A5)

其中：

等式15：A5＝A5os-AT

如果PS信號(hào)存在，則系統(tǒng)將還確定V1和H1(按照等式1和等式2)。

當(dāng)系統(tǒng)接收PS信號(hào)時(shí)，該系統(tǒng)將按照下式更新VBP和HBP并將最新結(jié)果保留在存儲(chǔ)器中：

等式16：VBP＝V0+V1-V2-V4-V5

等式17：HBP＝H0-H1-H4-H2+H5(對(duì)于PS＝LR未確定)

當(dāng)PS信號(hào)不存在、但自基準(zhǔn)定位或最后的PS信號(hào)起未使BP移動(dòng)時(shí)，掃描輪廓可以通過(guò)下式來(lái)確定且被顯示成以BM為中心：

等式18：VR3i＝VBP+V5-V3i

等式19：HR3i＝HBP-H5-H3i(當(dāng)在基準(zhǔn)定位之后使BP移動(dòng)時(shí)，對(duì)于PS＝LR未確定)

對(duì)于不具有PS信號(hào)(用于更新BP位置)的系統(tǒng)，如果在基準(zhǔn)定位之后使BP移動(dòng)，則顯示的輪廓恢復(fù)成以L為中心。

BP參考校準(zhǔn)過(guò)程

第五實(shí)施方式將機(jī)器校準(zhǔn)過(guò)程添加到“基本系統(tǒng)”的吊桿安裝感測(cè)設(shè)備以及提供某些附加特征?，F(xiàn)在描述確定BP參考參數(shù)D5和A5os的過(guò)程，利用在感測(cè)設(shè)備10、感測(cè)設(shè)備30或感測(cè)設(shè)備70中的掃描LDM以最小化用戶(hù)工作量。無(wú)需PS傳感器。當(dāng)將系統(tǒng)基準(zhǔn)定位時(shí)，用戶(hù)將在兩個(gè)或更多個(gè)顯著不同的吊桿位置處重復(fù)基準(zhǔn)定位功能。兩個(gè)或更多個(gè)額外的基準(zhǔn)定位還可以用于通過(guò)過(guò)濾多重解而提高基準(zhǔn)定位參數(shù)VBP和HBP的準(zhǔn)確度。(術(shù)語(yǔ)“過(guò)濾”寬松地指采用相同點(diǎn)的多個(gè)讀數(shù)來(lái)創(chuàng)建被平均化的總和；它還包括拒絕一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(這些數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)于其它數(shù)據(jù)點(diǎn)為異常值)的可能性，以及可以以其它方式扭曲平均化讀數(shù)。)

過(guò)程：

(1)在三個(gè)或更多個(gè)顯著不同的吊桿位置處將系統(tǒng)基準(zhǔn)定位，如圖15所示。

(a)利用LDM 16照射BM 222以及發(fā)起基準(zhǔn)定位功能。識(shí)別放在BM上的目標(biāo)的掃描例程可以用于降低用戶(hù)工作量且提高準(zhǔn)確度。這類(lèi)目標(biāo)可以具有獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)或反射率，諸如反射性帶點(diǎn)或條狀物。

(b)系統(tǒng)存儲(chǔ)來(lái)自各個(gè)吊桿位置的數(shù)據(jù)(D3、A3、AS)。

(2)感測(cè)設(shè)備處理器將用于各個(gè)吊桿位置的以L為中心的極坐標(biāo)(D3，A3)轉(zhuǎn)換為以BM為中心的笛卡爾坐標(biāo)。

(3)感測(cè)設(shè)備處理器使用“三點(diǎn)圓擬合”方法來(lái)確定由LDM基點(diǎn)在各個(gè)吊桿位置處所形成的圓弧226的半徑和中心坐標(biāo)。圓半徑＝D5。相對(duì)于BM＝(HBP,VBP)，圓中心坐標(biāo)＝BP坐標(biāo)。

(4)感測(cè)設(shè)備處理器利用勾股定理確定從BM到BP的距離(距離D6)。

等式20：D6＝SQRT(HBP^2+VBP^2)

(5)針對(duì)各個(gè)吊桿位置，感測(cè)設(shè)備處理器利用余弦定律確定角度A6。

等式21：A6＝arcos{[(D3)^2+D5^2-D6^2]/[2*(D3)*D5]}

(6)感測(cè)設(shè)備處理器通過(guò)下式來(lái)確定用于各個(gè)吊桿位置的A5os：

等式22：A5os＝(A6)-(AS)

(7)感測(cè)設(shè)備處理器過(guò)濾用于各個(gè)吊桿位置的A5os解以改善結(jié)果。

(8)針對(duì)“多于3個(gè)”吊桿位置中的每一者，重復(fù)步驟(2)至步驟(7)。過(guò)濾D5和A5os的解以改善結(jié)果。

應(yīng)當(dāng)注意，作為替選方法，用于BP參考校準(zhǔn)的目標(biāo)不必須為工地BM。合適的目標(biāo)可以為以下這樣的任何特征：(a)在過(guò)程期間不移動(dòng)、(b)可以被LDM準(zhǔn)確定位、(c)被添加或存在于周?chē)匦位驒C(jī)器上、以及(d)具有獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和/或反射特性，這允許其通過(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)向或自動(dòng)掃描例程來(lái)快速且準(zhǔn)確地定位。此外，作為另一替選方法，在該過(guò)程期間可以存儲(chǔ)不同的參數(shù)，且可以使用不同的算法來(lái)求解D5和A5os。再一替選方法將為，如果PS在位于三個(gè)或更多個(gè)吊桿位置時(shí)可以提供感測(cè)設(shè)備的坐標(biāo)，則可以使用那些坐標(biāo)代替目標(biāo)坐標(biāo)來(lái)求解D5和A5os。(GNSS系統(tǒng)接收器和TTS系統(tǒng)目標(biāo)可以提供這點(diǎn)，但是LR系統(tǒng)無(wú)法提供。)

將理解，當(dāng)感測(cè)設(shè)備100被安裝在圍繞著另一構(gòu)件上的點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件上時(shí)，該過(guò)程可以被用在除了挖掘機(jī)以外的機(jī)器上，該另一構(gòu)件會(huì)在運(yùn)土操作期間進(jìn)行適當(dāng)穩(wěn)定的參考。這類(lèi)其它機(jī)器和構(gòu)件的示例將為前端裝載機(jī)的臂部構(gòu)件。也將理解，該過(guò)程可以與縱搖測(cè)斜計(jì)和橫搖測(cè)斜計(jì)一起使用，該縱搖測(cè)斜計(jì)和橫搖測(cè)斜計(jì)被添加到機(jī)器平臺(tái)204且被校準(zhǔn)到機(jī)器幾何結(jié)構(gòu)，以允許在使機(jī)器平臺(tái)圍繞其底架202樞轉(zhuǎn)時(shí)的更準(zhǔn)確的操作導(dǎo)向。

第六實(shí)施方式(添加鏟斗齒位置和方向)

對(duì)于第五實(shí)施方式的系統(tǒng)的用戶(hù)(該用戶(hù)想要連同地形和設(shè)計(jì)輪廓一起顯示的鏟斗齒位置和方向)，可以將傳感器添加到挖掘臂構(gòu)件和新的機(jī)器校準(zhǔn)過(guò)程以完成該結(jié)果。圖16示出了具有安裝到吊桿206的感測(cè)設(shè)備10、感測(cè)設(shè)備30或感測(cè)設(shè)備70的機(jī)器(類(lèi)似于第五實(shí)施方式)。測(cè)斜計(jì)250和測(cè)斜計(jì)252(也稱(chēng)為“T7”和“T8”)被安裝在任何適合于鏟斗210和鏟斗柄208構(gòu)件的安全位置上。注意，可以用陀螺儀來(lái)擴(kuò)大測(cè)斜計(jì)。在本實(shí)施方式中，通常使測(cè)斜計(jì)的感測(cè)平面與機(jī)器構(gòu)件的擺動(dòng)平面對(duì)齊。這很容易來(lái)完成，因?yàn)樵跇?gòu)件上具有與擺動(dòng)平面對(duì)齊的安裝表面。將測(cè)斜計(jì)的零點(diǎn)不嚴(yán)密地與每個(gè)構(gòu)件的向量對(duì)齊。

可以通過(guò)下式來(lái)找到鏟斗齒相對(duì)于BM的位置：

等式23：VBT＝VBP+D9*cos(A9)-D8*cos(A8)-D7*cos(A7)

等式24：HBT＝HBP-D9*sin(A9)-D8*sin(A8)+D7*sin(A7)

如圖16所示，向量角A7、向量角A8和向量角A9為測(cè)斜計(jì)的原始輸出、和測(cè)斜計(jì)零值與構(gòu)件向量之間的角偏移的復(fù)合。這留下待找到的構(gòu)件長(zhǎng)度(D7、D8和D9)和測(cè)斜計(jì)偏移(A7os、A8os和A9os)?，F(xiàn)在描述用于此的新的機(jī)器校準(zhǔn)過(guò)程。

鏟斗齒校準(zhǔn)過(guò)程

(A)首先確定鏟斗參數(shù)D7和A7os(參照?qǐng)D17)。

D7＝鏟斗向量長(zhǎng)度＝從鏟斗樞軸(R)到鏟斗齒240的向量。

A7os＝鏟斗測(cè)斜計(jì)(T7)零值與鏟斗向量之間的角偏移。

(a)使機(jī)器保持靜止且將鏟斗保持在所示位置上(圖17)、該位置從感測(cè)設(shè)備10向外且基本上在平滑地面上方。

(b)發(fā)起手動(dòng)或自動(dòng)掃描例程以確定鏟斗切割邊緣位置。

該例程可以開(kāi)始于豎直地對(duì)齊LDM感測(cè)輸出光束且向外橫掃，直到遭遇由從地面到鏟斗齒的光束反射“跳躍”引起的巨大距離變化。掃描例程將在該點(diǎn)上來(lái)回橫掃，直到以足夠的準(zhǔn)確度確定該點(diǎn)。如圖18所示，可以將目標(biāo)246添加到鏟斗齒240以改善如下項(xiàng)：

(1)來(lái)自通常不規(guī)則齒的切割邊緣的清晰度。

(2)LDM感測(cè)輸出光束與切割邊緣的對(duì)齊(因此該LDM感測(cè)輸出光束未落在齒之間)。

(3)例程可靠性、位置準(zhǔn)確度、以及使確定切割邊緣位置所需的用戶(hù)工作量最小化。

(4)目標(biāo)可以具有獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)或反射特性。

保存在存儲(chǔ)器中：

(1)D3＝從LDM基點(diǎn)到鏟斗切割邊緣244的距離。

(2)A3＝從重力參考到切割邊緣244的角度。

(3)A7n＝T7的角輸出(從零到重力)。

(c)僅將鏟斗旋轉(zhuǎn)到兩個(gè)或更多個(gè)基本不同的位置且在每一位置重復(fù)步驟(A)(b)。

(d)感測(cè)設(shè)備處理器將每個(gè)鏟斗齒位置的以LDM為中心的極坐標(biāo)(D3，A3)轉(zhuǎn)換為相對(duì)于重力的笛卡爾坐標(biāo)。

(e)感測(cè)設(shè)備處理器使用“三點(diǎn)圓擬合”方法來(lái)確定由BT(鏟斗齒)位置所形成的圓弧228的半徑和中心。半徑＝D7；中心＝鏟斗樞軸R。

(f)對(duì)于每個(gè)鏟斗位置，處理器從鏟斗齒和鏟斗樞軸的坐標(biāo)確定鏟斗向量D7相對(duì)于重力的角度A7。

(g)感測(cè)設(shè)備處理器從下式確定A7os：

等式25：A7os＝(A7)-(A7n)

(h)可以過(guò)濾來(lái)自各個(gè)鏟斗位置的A7os以改善結(jié)果。

(B)第二，利用類(lèi)似于步驟(A)的過(guò)程確定鏟斗柄參數(shù)D8和A8os。(參照?qǐng)D19。)

D8＝鏟斗柄向量長(zhǎng)度＝從鏟斗樞軸(R)到鏟斗柄樞軸(F)的向量。

A8os＝鏟斗柄測(cè)斜計(jì)(T8)零值與鏟斗柄向量之間的角偏移。

(a)使機(jī)器保持靜止且將鏟斗保持在所示位置上(圖19)、該位置從感測(cè)設(shè)備10向外且基本上在平滑地面上方。

(b)發(fā)起手動(dòng)或自動(dòng)掃描例程，與步驟(A)(b)相同。

保存在存儲(chǔ)器中：

(1)D3＝從LDM基點(diǎn)到鏟斗切割邊緣212的距離。

(2)A3＝從重力參考到切割邊緣212的角度。

(3)A8n＝T8的角輸出(從零值到重力)。

(4)A7＝用于數(shù)據(jù)采集位置的鏟斗角度。

(c)將鏟斗柄旋轉(zhuǎn)到兩個(gè)或更多個(gè)基本不同的(數(shù)據(jù)采集)位置且在每一位置重復(fù)步驟(B)(b)。可以在鏟斗柄位置之間按需旋轉(zhuǎn)鏟斗，這是因?yàn)镈7和A7是已知的。

(d)感測(cè)設(shè)備處理器將每個(gè)鏟斗齒位置的以LDM為中心的極坐標(biāo)(D3，A3)轉(zhuǎn)換為相對(duì)于重力的笛卡爾坐標(biāo)。

(e)感測(cè)設(shè)備處理器從鏟斗齒坐標(biāo)中減去鏟斗向量以給出鏟斗柄點(diǎn)R坐標(biāo)。

(f)感測(cè)設(shè)備處理器使用三點(diǎn)圓擬合方法來(lái)確定由R位置所形成的圓弧229的半徑和中心。半徑＝D8；中心＝鏟斗柄樞軸F。

(g)對(duì)于每個(gè)數(shù)據(jù)采集鏟斗柄位置，處理器從鏟斗柄點(diǎn)R和鏟斗柄樞軸F的坐標(biāo)確定鏟斗柄向量D8相對(duì)于重力的角度A8。

(h)感測(cè)設(shè)備處理器從下式確定A8os：

等式26：A8os＝(A8)-(A8n)

(i)可以過(guò)濾來(lái)自各個(gè)鏟斗位置的A8os以改善結(jié)果。

(C)第三，感測(cè)設(shè)備處理器確定吊桿參數(shù)D9和A9os。(參看圖16。)

D9＝吊桿向量長(zhǎng)度＝從鏟斗柄樞軸(F)到吊桿樞軸(BP)的向量。

A9os＝感測(cè)設(shè)備EOS測(cè)斜計(jì)(AT)零值與吊桿向量之間的角偏移。

(a)使機(jī)器平臺(tái)和吊桿保持靜止，直到完成如下計(jì)算。

(b)鏟斗柄樞軸F的坐標(biāo)現(xiàn)在是已知的，且可以從D5和A5(如上文在BP參考校準(zhǔn)部分中所確定)確定吊桿樞軸(BP)的坐標(biāo)。

(c)可以用三角學(xué)方法從這些已知的點(diǎn)F和BP確定吊桿長(zhǎng)度(D9)和吊桿角度(A9)。

(d)通過(guò)下式來(lái)確定EOS-吊桿向量偏移角：

等式27：A9os＝AT+A9

(D)鏟斗齒位置校準(zhǔn)現(xiàn)在完成。

可替選地，涉及移動(dòng)機(jī)器構(gòu)件的三個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程步驟(確定BP參考參數(shù)、確定鏟斗參數(shù)、以及確定鏟斗柄參數(shù))可以被組合以節(jié)省用戶(hù)工作量。所有的三個(gè)機(jī)器構(gòu)件可以同時(shí)被運(yùn)用在各個(gè)鏟斗齒位置上，以及同時(shí)求解等式。另一替選方案將為，將感測(cè)設(shè)備10安裝在鏟斗柄上，其中測(cè)斜計(jì)被安裝到鏟斗和吊桿。在該配置中可以使用運(yùn)動(dòng)和校準(zhǔn)過(guò)程的類(lèi)似等式。

將理解，本文中所公開(kāi)的技術(shù)的感測(cè)設(shè)備可以被應(yīng)用于具有多于3個(gè)或少于3個(gè)鉸接構(gòu)件的挖掘機(jī)或鏟斗機(jī)，以及被應(yīng)用于除了上文提及的那些以外的運(yùn)土機(jī)器，諸如前端裝載機(jī)、盒式鏟、平土機(jī)、挖溝機(jī)、壓實(shí)輥、整平板、鋪路機(jī)等，而不脫離該技術(shù)領(lǐng)域的原理。

為了在本發(fā)明中簡(jiǎn)化的目的，僅示出了2D(二維)設(shè)計(jì)和掃描輪廓顯示示例。然而，如上所述，也可以以3D(三維)顯示設(shè)計(jì)和掃描輪廓。

圖20示出了顯示監(jiān)控器140，其中，鏟斗齒位置可以由顯示屏147上的點(diǎn)或鏟斗圖像連同任何提及的輪廓來(lái)表示。鏟斗圖像可以通過(guò)VBT和HBT來(lái)定位、通過(guò)D7來(lái)定尺寸、以及通過(guò)A7來(lái)定向。同樣地，鏟斗柄和吊桿的圖像還可以被添加到顯示器。系統(tǒng)還可以顯示測(cè)量值，諸如鏟斗齒與輪廓的豎直距離。

現(xiàn)在參照?qǐng)D21、圖22、和圖23的流程圖，這些流程圖適用于實(shí)施方式1、實(shí)施方式2、和實(shí)施方式5，各個(gè)這些流程圖頁(yè)面的上半部表示操作者將相對(duì)于手邊的挖掘的具體需求而結(jié)合對(duì)可用的位置感測(cè)系統(tǒng)的能力以及將使用感測(cè)設(shè)備的工地上的預(yù)期現(xiàn)場(chǎng)條件的了解所進(jìn)行的決定。這三個(gè)流程圖頁(yè)面的下半部(即，虛線下方的一半)中的步驟表示由感測(cè)設(shè)備本身在其已利用特定的一件運(yùn)土裝備開(kāi)始操作時(shí)自動(dòng)作出的決定。

如將從閱讀如下描述所理解，操作者決定與挖掘需求以及位置感測(cè)系統(tǒng)可用性和限制性更有關(guān)，而不是運(yùn)土裝備的模型或構(gòu)造。

現(xiàn)在參照?qǐng)D21，流程圖開(kāi)始于步驟400，在該步驟400中，研究一個(gè)或多個(gè)挖掘設(shè)計(jì)以選擇具有合適配置和合適類(lèi)型的位置傳感器的感測(cè)設(shè)備，該位置傳感器最佳滿(mǎn)足該運(yùn)土過(guò)程的需求以及工地的類(lèi)型，這本質(zhì)上涉及選擇在圖1至圖4上所描述的四個(gè)實(shí)施方式之一的決定。在步驟402，現(xiàn)在將挖掘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)輸入到系統(tǒng)中。在步驟404，將感測(cè)設(shè)備安裝到運(yùn)土機(jī)器。在步驟406，現(xiàn)在將顯示器安裝到機(jī)器。

邏輯流程現(xiàn)在已到達(dá)決定步驟410，該決定步驟410確定是否正使用位置傳感器。如上文所討論，在本文中所公開(kāi)的技術(shù)中所使用的典型位置傳感器為激光接收器或GNSS接收器、或TTS目標(biāo)。如果未正使用位置傳感器，則在機(jī)器操作期間，邏輯流程被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟420，該決定步驟420詢(xún)問(wèn)基準(zhǔn)點(diǎn)是否為操作者的顯示器的掃描輪廓的可識(shí)別特征？如果答案為“否”，則在步驟424，通過(guò)利用LDM(激光測(cè)距儀)感測(cè)輸出光束識(shí)別基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行基準(zhǔn)定位例程。在步驟426，使用LDM感測(cè)輸出光束來(lái)掃描工地表面，該步驟426可以手動(dòng)或自動(dòng)來(lái)發(fā)起。決定步驟440現(xiàn)在確定在掃描期間是否移動(dòng)感測(cè)設(shè)備。如果是，則步驟442確定操作者的監(jiān)控器上的顯示模式將為“非中心”，且邏輯流程返回到步驟426。

如果在掃描期間未移動(dòng)感測(cè)設(shè)備，則決定步驟440處的結(jié)果將為“否”，以及現(xiàn)在將邏輯導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟450，該決定步驟450確定自從基準(zhǔn)定位過(guò)程以來(lái)，是否移動(dòng)感測(cè)設(shè)備？如果答案為“是”，則步驟452將引起操作者的監(jiān)控器以“以L為中心”模式顯示所掃描輪廓，且邏輯流程返回到步驟426。如果在步驟450處的答案為“否”，則步驟434將引起操作者的監(jiān)控器以“以BM為中心”模式顯示所掃描輪廓(意味著該輪廓為基準(zhǔn)點(diǎn)中心)，且邏輯流程返回到步驟426。

如上文所討論，當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)不可用時(shí)，使用“以L為中心”顯示模式，即使感測(cè)設(shè)備在其掃描期間為靜止的。相對(duì)于LDM基準(zhǔn)點(diǎn)“L”顯示輪廓和感興趣點(diǎn)，但是在監(jiān)控器上未顯示基準(zhǔn)點(diǎn)或基準(zhǔn)十字準(zhǔn)線、或與基準(zhǔn)點(diǎn)有關(guān)的設(shè)計(jì)特征。因此，在該模式下不會(huì)具有用戶(hù)可用的虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)。在另一方面—如可期望的—在“以BM為中心”顯示模式下，這些基準(zhǔn)點(diǎn)特征是可用的且被顯示在操作者的監(jiān)控器上。

返回參照決定步驟420，如果基準(zhǔn)點(diǎn)為掃描輪廓的可識(shí)別特征，則邏輯流程被導(dǎo)向到掃描步驟422，該掃描步驟422可以手動(dòng)地或自動(dòng)地來(lái)發(fā)起，這時(shí)，可轉(zhuǎn)向的激光測(cè)距儀掃描工地表面。決定步驟430現(xiàn)在確定在掃描期間是否移動(dòng)感測(cè)設(shè)備。如果答案為“是”，則邏輯流程被導(dǎo)向到步驟422，以及用于掃描的輪廓的顯示模式為“非中心”，且邏輯流程返回到步驟422。如果感測(cè)設(shè)備在掃描期間未移動(dòng)，則邏輯流程被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟432，該決定步驟432詢(xún)問(wèn)操作者是否期望從掃描輪廓識(shí)別基準(zhǔn)點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上，操作者確定是否應(yīng)當(dāng)從由激光測(cè)距儀在其可轉(zhuǎn)向掃描期間所接收的實(shí)際數(shù)據(jù)確定表示物理基準(zhǔn)點(diǎn)的可識(shí)別形狀。如果答案為“否”，則邏輯流程被導(dǎo)向到步驟452，以及顯示模式為“以L為中心”。邏輯流程返回到步驟422。在另一方面，如果答案為“是”，則邏輯流程被導(dǎo)向到步驟434，以及顯示模式為“以BM為中心”(意指以基準(zhǔn)點(diǎn)為中心)，且邏輯流程返回到步驟422。

BP參考及其對(duì)顯示模式的影響對(duì)于感測(cè)設(shè)備的“無(wú)PS”配置是可用的，但是出于簡(jiǎn)潔目的而從圖21(其不具有PS邏輯)的流程圖中省略。將在圖22和圖23(其包括“PS存在”部分)的流程圖中討論BP參考及其影響。在圖21的流程圖中所討論的在掃描之后從顯示數(shù)據(jù)識(shí)別BM的操作者選項(xiàng)可用于具有PS傳感器的感測(cè)設(shè)備配置，但是同樣地將出于簡(jiǎn)潔目的而從圖22和圖23的流程圖中省略。

返回參照決定步驟410，如果將要使用位置傳感器，則流程圖通過(guò)“A”被導(dǎo)向，該“A”將流程圖導(dǎo)向到圖22。這個(gè)進(jìn)入的邏輯流被提供附圖標(biāo)記500且到達(dá)步驟502，該步驟502設(shè)置位置傳感器系統(tǒng)。邏輯流現(xiàn)在被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟510，該決定步驟510詢(xún)問(wèn)將使用哪種類(lèi)型的位置傳感器。答案通常將為激光接收器、GNSS接收器、或可能“總跟蹤站”(也被稱(chēng)為“TTS”)目標(biāo)。如果答案為激光接收器，則邏輯流被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟520，在步驟520中，用戶(hù)確定是否可以在掃描時(shí)阻擋位置傳感器。如果答案為“否”，則邏輯流被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟522，在步驟522中，利用位置傳感器執(zhí)行基準(zhǔn)點(diǎn)過(guò)程以及利用LDM感測(cè)輸出光束識(shí)別基準(zhǔn)點(diǎn)。短語(yǔ)“利用位置傳感器測(cè)試基準(zhǔn)”指的是，激光接收器在激光平面內(nèi)，該激光平面通常由在工地上產(chǎn)生激光平面的旋轉(zhuǎn)式激光發(fā)射器來(lái)發(fā)射。這允許感測(cè)設(shè)備將其輸出坐標(biāo)與工地上的已知坐標(biāo)對(duì)齊。

下一步驟為，在步驟524，掃描工地表面，該步驟524可以手動(dòng)地或自動(dòng)地來(lái)發(fā)起。決定步驟530現(xiàn)在確定位置傳感器在掃描期間是否工作(例如，激光接收器不在激光平面內(nèi))。如果否，則決定步驟532確定在掃描期間是否移動(dòng)感測(cè)設(shè)備。如果答案為“是”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟534，用于操作者的監(jiān)控器的顯示模式為“非中心的”，且邏輯流程返回到步驟524。非中心的顯示模式意味著，在監(jiān)控器上正顯示的輪廓可以被繪制，但是不顯示刻度。由于激光接收器當(dāng)前不在激光平面內(nèi)，因此通過(guò)EOS傳感器(即電子方向傳感器)確定掃描點(diǎn)相對(duì)于動(dòng)態(tài)基點(diǎn)L的位置。

如果感測(cè)設(shè)備在掃描期間不移動(dòng)，則決定步驟532處的結(jié)果為“否”，以及現(xiàn)在決定步驟540確定感測(cè)設(shè)備自從基準(zhǔn)定位過(guò)程起是否已移動(dòng)。如果答案為“是”，則步驟542引起監(jiān)控器以以L為中心的模式顯示其結(jié)果，且邏輯流程返回到步驟524。如果在步驟540處的答案為“否”，則步驟546以稱(chēng)為“以BM為中心”(參看上文描述)的模式在操作者的監(jiān)控器屏幕上顯示信息。邏輯流程返回到步驟524。返回參照決定步驟530，如果位置傳感器在掃描期間工作，則步驟552以稱(chēng)為“豎直以BM為中心和水平以L為中心”(參看上文描述)的模式在操作者的監(jiān)控器屏幕上顯示信息，且邏輯流返回到步驟524。

返回參照決定步驟520，如果在掃描期間將阻擋位置傳感器，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟526，在步驟526中，操作者決定利用位置傳感器進(jìn)行基準(zhǔn)定位，其中，利用LDM感測(cè)輸出光束識(shí)別基準(zhǔn)點(diǎn)；但是附加地，建立吊桿樞軸參考(在本文中被稱(chēng)為“BP參考”)。換言之，除了感測(cè)設(shè)備外，還將包括吊桿樞軸參考，這需要將裝備一定量地校準(zhǔn)到實(shí)際的挖掘機(jī)器。對(duì)于給定的安裝和機(jī)器，該校準(zhǔn)僅必須被執(zhí)行一次，如上文描述中所討論。

一旦已將吊桿樞軸參考添加到系統(tǒng)信息中，則在步驟528處執(zhí)行掃描過(guò)程，該步驟528可以手動(dòng)地或自動(dòng)地來(lái)發(fā)起。決定步驟550現(xiàn)在確定位置傳感器在掃描期間是否工作。如果答案為“是”，則邏輯流立即下降到步驟552，顯示為豎直以BM為中心和水平以L為中心，且邏輯流返回到步驟528。如果位置傳感器在掃描期間不工作，則邏輯流被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟560，該決定步驟560確定吊桿樞軸自從基準(zhǔn)定位過(guò)程起或自從最后有效的位置傳感器信號(hào)起是否移動(dòng)。如果答案為“否”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟552，以及顯示模式為豎直以BM為中心和水平以L為中心，且邏輯流返回到步驟528。在另一方面，如果答案為“是”，則邏輯流被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟562，該決定步驟562確定感測(cè)設(shè)備在掃描期間是否移動(dòng)。如果答案為“否”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟542，顯示模式為以L為中心，且邏輯流返回到步驟528。如果答案為“是”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟534，顯示模式為非中心，且邏輯流返回到步驟528。以BM為中心的顯示模式可源自具有LR和BP參考配置的感測(cè)設(shè)備的情況是可行的，但出于簡(jiǎn)潔目的而從流程圖中省略。

返回參照決定步驟510，如果位置傳感器的類(lèi)型將為GNSS接收器或總跟蹤站目標(biāo)陣列，則邏輯流程通過(guò)字母“B”被導(dǎo)向且到達(dá)圖23，作為箭頭600處的邏輯流；決定步驟610現(xiàn)在將確定在掃描時(shí)是否期望阻擋位置傳感器。如果答案為“否”，則步驟612將利用正常工作的位置傳感器來(lái)執(zhí)行基準(zhǔn)定位過(guò)程，以及將使用LDM感測(cè)輸出光束識(shí)別物理基準(zhǔn)點(diǎn)?？梢允謩?dòng)地或自動(dòng)地發(fā)起的步驟614現(xiàn)在掃描工地表面。

決定步驟620現(xiàn)在確定位置傳感器在掃描期間是否工作。如果答案為“是”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟642，且操作者的監(jiān)控器將以顯示模式“以BM為中心”來(lái)操作。這是“最佳”類(lèi)型的可用操作模式，以及將按照本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理來(lái)顯示所有信息。然后邏輯流返回到步驟614。

然而，如果在決定步驟620處的答案為“否”，則邏輯流被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟622，該決定步驟622確定感測(cè)設(shè)備在掃描期間是否移動(dòng)。如果答案為“是”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟624，在步驟624中，顯示模式為“非中心”，且然后邏輯流程返回到步驟614。但是如果在步驟622處，感測(cè)設(shè)備未移動(dòng)，則邏輯流被導(dǎo)向到?jīng)Q定步驟630，該決定步驟630確定感測(cè)設(shè)備自從基準(zhǔn)定位過(guò)程起是否已移動(dòng)。如果答案為“否”，則邏輯流程被導(dǎo)向到步驟642，且顯示模式為以BM為中心，以及邏輯流返回到步驟614。在另一方面，如果感測(cè)設(shè)備自從基準(zhǔn)定位過(guò)程起已移動(dòng)，則邏輯流程被導(dǎo)向到步驟632，且顯示模式為“以L為中心”，以及邏輯流返回到步驟614。

返回參照決定步驟610，如果將在掃描時(shí)阻擋位置傳感器，則邏輯流程被導(dǎo)向到步驟616，以及利用主動(dòng)工作的位置傳感器執(zhí)行基準(zhǔn)定位過(guò)程，且利用LDM感測(cè)輸出光束識(shí)別基準(zhǔn)點(diǎn)。建立吊桿樞軸參考，如上文詳細(xì)描述。

一旦已經(jīng)完成基準(zhǔn)定位過(guò)程，則現(xiàn)在在步驟618，在手動(dòng)或自動(dòng)發(fā)起時(shí)，利用LDM感測(cè)輸出光束掃描工地表面。決定步驟640現(xiàn)在確定位置傳感器在掃描期間是否工作。如果答案為“是”，則邏輯流程立即下降到步驟642，顯示模式為以BM為中心，且邏輯流程返回到步驟618。另一方面，如果答案為“否”，則決定步驟650現(xiàn)在確定吊桿樞軸自從基準(zhǔn)定位過(guò)程起或自從接收到最后可靠的位置傳感器信息起是否已移動(dòng)。如果答案為“否”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟642，顯示模式再次為以BM為中心，且邏輯流返回到步驟618。

如果吊桿樞軸自從基準(zhǔn)定位過(guò)程起或自從最后的可靠的位置傳感器信息起已移動(dòng)，則在決定步驟650和在決定步驟652處的結(jié)果將為“是”，該決定步驟652確定感測(cè)設(shè)備在掃描期間是否移動(dòng)。如果步驟652處的答案為“否”，則邏輯流被導(dǎo)向到步驟632，顯示模式為以L為中心，且邏輯流返回到步驟618。另一方面，如果感測(cè)設(shè)備在該掃描期間移動(dòng)，則步驟652處的答案為“是”，以及邏輯流被導(dǎo)向到步驟624，顯示模式為非中心，且邏輯流程返回到步驟618。

如從閱讀這些流程圖的描述可理解，由裝備進(jìn)行的決定在一定程度上必須在系統(tǒng)設(shè)置期間被預(yù)料。換言之，操作者將知道是否將使用如相比于GNSS接收器的激光接收器，從而例如將把初始邏輯流帶入圖22或圖23。關(guān)于是否正使用位置傳感器(在步驟410)的信息將也被操作者提前熟知。

然而，一些其它主要決定為必須提前預(yù)料的類(lèi)型，這是因?yàn)椴灰欢▽⒅滥切l件是否將存在于工地上。然而，關(guān)于系統(tǒng)是否將具有識(shí)別基準(zhǔn)點(diǎn)特征的一些麻煩、或是否將在掃描時(shí)阻擋位置傳感器，可以很好地被最有經(jīng)驗(yàn)的操作者算出。這些為偶然考慮，該偶然考慮或許將看起來(lái)像提前的次要考慮，但是實(shí)際上必須被解釋。本文中所公開(kāi)的技術(shù)的感測(cè)設(shè)備的操作軟件將能夠僅通過(guò)示出各種類(lèi)型的顯示模式中合適的一種顯示模式而處理這類(lèi)情形，可使這些顯示模式對(duì)于機(jī)器操作者是可用的。

將理解，關(guān)于圖21至圖23的流程圖所描述的邏輯操作可以使用循序邏輯(諸如通過(guò)使用微處理器技術(shù))或使用邏輯狀態(tài)機(jī)或可能通過(guò)離散邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)；上述邏輯操作甚至可以使用并行處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式可以使用微處理器或微控制器(例如微處理器110)來(lái)執(zhí)行軟件指令，該軟件指令被存儲(chǔ)在ASIC內(nèi)的存儲(chǔ)單元中。實(shí)際上，在本文中所公開(kāi)的技術(shù)的一種模式下，整個(gè)微處理器110連同RAM和可執(zhí)行ROM可以被包含在單個(gè)ASIC內(nèi)。當(dāng)然，可以使用其它類(lèi)型的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)在附圖中所示出的這些邏輯操作，而不脫離本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理。在任何情況下，通過(guò)使用離散邏輯元件或可能通過(guò)一種還未發(fā)明的計(jì)算設(shè)備來(lái)完成這些任務(wù)，將提供某種類(lèi)型的處理電路，無(wú)論其基于微處理器、邏輯狀態(tài)機(jī)；此外，通過(guò)使用離散邏輯元件或可能通過(guò)一種還未發(fā)明的存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和其它操作信息，將提供某種類(lèi)型的存儲(chǔ)電路，無(wú)論其基于典型RAM芯片、EEROM芯片(包括閃存)。

還將理解，在圖21至圖23的流程圖中示出的且上文討論的精確邏輯操作可以略微被修改以執(zhí)行類(lèi)似的但不確切的功能，而不脫離本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理。在這些流程圖中的一些決定步驟和其它命令的確切性質(zhì)被導(dǎo)向到感測(cè)和控制系統(tǒng)設(shè)備的特定未來(lái)型號(hào)，該感測(cè)和控制系統(tǒng)設(shè)備與運(yùn)土裝備(這些例如包含由天寶導(dǎo)航有限公司出售的激光接收器)一起使用，以及當(dāng)然在許多情況下會(huì)采用類(lèi)似的但略微不同的步驟，用以與其它型號(hào)或品牌的感測(cè)或控制系統(tǒng)一起使用，其中總體發(fā)明結(jié)果是相同的。

圖24為示出用于集成式感測(cè)設(shè)備100的許多主要電子部件的硬件框圖。在感測(cè)設(shè)備100中，可選的激光接收器122包括光探測(cè)器陣列或桿狀傳感器，其用于檢測(cè)激光平面150與感測(cè)設(shè)備100交叉的位置。在圖24上，光傳感器通常用附圖標(biāo)記13來(lái)示出。通常，這類(lèi)光探測(cè)器陣列或桿狀傳感器將具有兩個(gè)輸出，且每個(gè)輸出通過(guò)單獨(dú)的放大器15或個(gè)體放大器17來(lái)導(dǎo)向。這些信號(hào)被導(dǎo)向到110處的某種類(lèi)型的微處理器或微控制器，該微處理器或微控制器將通常包含至少一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(也稱(chēng)為“ADC”)，該ADC將來(lái)自放大器15和放大器17的輸出端的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。處理電路110將具有通常在附圖標(biāo)記118處示出的一些相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)元件，作為存儲(chǔ)電路。如果處理器110為微控制器，則存儲(chǔ)元件118將通常在該處理器芯片的板上；然而，這不是必需的。

圖24上的其它感測(cè)設(shè)備之一為電子方向傳感器14，該電子方向傳感器14為可以將輸出信號(hào)提供給處理器110的角度感測(cè)設(shè)備，該輸出信號(hào)與該集成式感測(cè)設(shè)備相對(duì)于豎直面(其被感測(cè)為重力的方向)的角度有關(guān)且可選地與該設(shè)備相對(duì)于磁北(其被感測(cè)為本地磁場(chǎng)的方向)的角度有關(guān)。另一感測(cè)設(shè)備為激光距離測(cè)量設(shè)備16，該激光距離測(cè)量設(shè)備16充當(dāng)上文所討論的激光測(cè)距儀(LDM)。在圖24上，激光測(cè)距儀16示意性地被示出成具有處于21的發(fā)射光束，該發(fā)射光束被導(dǎo)向到目標(biāo)(通常為處于22的工地地面)，以及該發(fā)射光束21的一部分將被反射回而作為反射光束23。在圖24上，輸出的發(fā)射光束21和反射的入射光束23的組合通常用附圖標(biāo)記20來(lái)指代。

處理器110將輸出信號(hào)發(fā)送到的多個(gè)設(shè)備，包括可選的本地顯示器138，該本地顯示器138可以給出操作者讀出信息，諸如與光探測(cè)器傳感器交叉的激光平面的位置。還具有可選的小型蜂鳴器(未示出)，用于按需得到操作者的注意。而且最后，感測(cè)設(shè)備具有處于148的可選小鍵盤(pán)，該小鍵盤(pán)允許操作者按需設(shè)置感測(cè)設(shè)備且使其進(jìn)入特定操作模式。除了上文的“板上”輸出設(shè)備外，還具有通信電路40，該通信電路40將信號(hào)發(fā)送到遠(yuǎn)程顯示器140，該遠(yuǎn)程顯示器140為放置成鄰近運(yùn)土機(jī)器的操作者的設(shè)備。通信電路40可以為無(wú)線設(shè)備或“有線”設(shè)備。

另一可能的傳感器為可選的鏟斗柄角度傳感器250，該傳感器250通常會(huì)被安裝在挖掘機(jī)200的鏟斗柄208上，且通常還會(huì)為重力感測(cè)設(shè)備(即測(cè)斜計(jì))。而且再者，另一可能的傳感器為可選的鏟斗角度傳感器252，該鏟斗角度傳感器252通常會(huì)被安裝在挖掘機(jī)200的鏟斗210上，且通常會(huì)為重力感測(cè)設(shè)備(即測(cè)斜計(jì))。

如上所述，一種可能的位置傳感器12為GNSS接收器，其在圖24上的32處示出。GNSS接收器32可以向處理電路110提供一維、二維、或三維信息。GNSS接收器32可以為首要特征(代替激光接收器)、或可以為可選特征。作為可選特征，對(duì)于激光接收器提供豎直信息(以比GNSS接收器高的準(zhǔn)確度)且GNSS接收器提供水平信息的情況，GNSS接收器32可以為有用的。或者感測(cè)設(shè)備100的激光接收器部分12突然發(fā)現(xiàn)其自身在激光平面150之外。在該情況下，高度尺寸可以暫時(shí)通過(guò)GNSS接收器32來(lái)確定。

如上所述，另一可能的位置傳感器12為跟蹤全站儀(TTS)目標(biāo)，其在圖24上的42處示出。TTS目標(biāo)42和支承系統(tǒng)可以向處理電路110提供一維、二維、或三維信息?？蛇x的LDM轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18從處理器110接收移動(dòng)LDM感測(cè)輸出光束的命令。該LDM轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)18還將關(guān)于LDM感測(cè)輸出光束的方向的反饋信息提供給處理電路110。

如可在本文中所使用，術(shù)語(yǔ)“鄰近”可以具有如下含義：將一個(gè)物理對(duì)象與第二物理對(duì)象緊密定位在一起，使得這兩個(gè)對(duì)象可能彼此相鄰，盡管不一定要求不存在定位在此二者之間的第三對(duì)象。在本文中所公開(kāi)的技術(shù)中，可以存在如下情況：“凸形定位結(jié)構(gòu)”被放置成“鄰近”“凹形定位結(jié)構(gòu)”。通常，這可以意味著，這兩個(gè)凸形結(jié)構(gòu)和凹形結(jié)構(gòu)在物理上鄰接彼此，或者這可以意味著，它們通過(guò)特定尺寸和形狀的方式而彼此“成對(duì)”，該特定尺寸和形狀本質(zhì)上使一個(gè)結(jié)構(gòu)保持定向在預(yù)定方向上且相對(duì)于處于處于Y-Z(例如水平的和豎直的)位置上，無(wú)論這兩個(gè)凸形結(jié)構(gòu)和凹形結(jié)構(gòu)實(shí)際上是否沿著連續(xù)表面彼此接觸?；蛘撸魏纬叽绾托螤?無(wú)論凸形、凹形、或其它形狀)的兩個(gè)結(jié)構(gòu)可以被定位成略微靠近彼此，無(wú)論它們?cè)谖锢砩鲜欠襦徑颖舜?；這類(lèi)關(guān)系可以仍被稱(chēng)為“鄰近”?；蛘?，可以關(guān)于物理對(duì)象的精確屬性指定用于特定點(diǎn)的兩個(gè)或更多個(gè)可能位置，諸如“靠近”或“處于”鏟斗柄的端部；所有的那些可能的靠近/處于位置可以被視為“鄰近”該鏟斗柄的端部。此外，術(shù)語(yǔ)“鄰近”還可以具有嚴(yán)格關(guān)于單個(gè)對(duì)象的含義，其中，單個(gè)對(duì)象可以具有兩端，以及“遠(yuǎn)端”為放置成略微更遠(yuǎn)離主題參考點(diǎn)(或區(qū)域)的端部，且“近端”為將放置成略微更靠近該同一主題參考點(diǎn)(或區(qū)域)的另一端部。

將理解，本文中所描述和/或圖示的各種部件可以以各種方式來(lái)制造，包括在多個(gè)部分中或作為用于各個(gè)這些部件的單一部分，而不脫離本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理。例如，作為下文中的權(quán)利要求的所列元件而包括的部件可以被制作成單一部分；或者該部件可以被制作成組裝在一起的多個(gè)個(gè)體部分的組合結(jié)構(gòu)。但是出于權(quán)利要求解釋的侵權(quán)目的，該“多部分部件”將仍落在所要求保護(hù)的所列元件的范圍內(nèi)，即使出現(xiàn)將所要求保護(hù)的所列元件在本文中僅描述和圖示為單一結(jié)構(gòu)。

在背景中和在細(xì)節(jié)描述中所引用的所有文件在相關(guān)部分中通過(guò)引用并入在本文中；任何文件的引用不被解釋為認(rèn)可該文件為關(guān)于本文中所公開(kāi)的技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)。

出于說(shuō)明和描述的目的，已經(jīng)呈現(xiàn)了對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的以上描述。不意圖詳盡的或?qū)⒈疚闹兴_(kāi)的技術(shù)限制為所公開(kāi)的精確形式，以及可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對(duì)本文中所公開(kāi)的技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步修改。本文中所描述或圖示的任何示例意圖作為非限制性示例，以及根據(jù)上文教導(dǎo)，這些示例或優(yōu)選實(shí)施方式的許多修改或變型是可行的，而不脫離本文中所公開(kāi)的技術(shù)的精神和范圍。選擇并描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式以便說(shuō)明本文中所公開(kāi)的技術(shù)的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠在各種實(shí)施方式中利用本文中所公開(kāi)的技術(shù)以及利用如適合于設(shè)想的特定用途的各種修改。因此本申請(qǐng)意圖使用其普遍原理覆蓋本文中所公開(kāi)的技術(shù)的任何變型、使用或改編。另外，本申請(qǐng)意圖覆蓋從本發(fā)明的這類(lèi)變更，如在本文中所公開(kāi)的該技術(shù)所屬于的領(lǐng)域中的已知或習(xí)慣實(shí)踐的范圍內(nèi)且落在所附權(quán)利要求的限制內(nèi)。

權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)

1.一種與運(yùn)土機(jī)器一起使用的集成式感測(cè)設(shè)備(10)，所述運(yùn)土機(jī)器包括作業(yè)工具邊緣，所述集成式感測(cè)設(shè)備包括：

(a)電子距離傳感器(16)；

(b)電子方向傳感器(14)，所述電子方向傳感器用于檢測(cè)所述電子距離傳感器的感測(cè)輸出(20)的角方向；以及

(c)處理電路(110)和存儲(chǔ)電路(118)；

其特征在于：

(d)所述電子距離傳感器的感測(cè)輸出(20)被導(dǎo)向在工地表面(22)處，所述電子距離傳感器確定所述感測(cè)輸出的基點(diǎn)(L)與所述工地表面之間的距離而不與所述工地表面進(jìn)行物理接觸；以及

(e)所述處理電路被配置成：

(i)從所述電子距離傳感器和所述電子方向傳感器接收輸出信號(hào)；

(ii)確定所述基點(diǎn)與所述工地表面上的多個(gè)物理點(diǎn)之間的距離，并生成表示所述工地表面的實(shí)際形狀的“最新輪廓”(232)；以及

(iii)將信號(hào)發(fā)送到可視監(jiān)控器屏幕(140)，以顯示(142)所述“最新輪廓”(232)。

2.如權(quán)利要求1所述的集成式感測(cè)設(shè)備，其中：

(a)所述處理電路還被配置成控制所述可視監(jiān)控器屏幕，從而以如下模式中的至少一者顯示操作信息：

(i)以BM為中心(546，圖8)；

(ii)以L為中心(542，圖9)；

(iii)豎直以BM為中心和水平以L為中心(552)；以及

(iv)非中心(442)；

或

(b)所述電子距離傳感器(16)包括激光測(cè)距儀；

或

(c)所述電子方向傳感器(14)包括如下項(xiàng)中的至少一者：

(i)至少一個(gè)加速計(jì)；

(ii)至少一個(gè)陀螺儀；以及

(iii)至少一個(gè)磁強(qiáng)計(jì)；

且其中，所述方向傳感器充當(dāng)基于重力方向的測(cè)斜計(jì)。

3.如權(quán)利要求1所述的集成式感測(cè)設(shè)備，還包括：

(a)外殼(102)，其中：

(i)在制造所述集成式感測(cè)設(shè)備時(shí)，所述電子距離傳感器、所述電子方向傳感器、所述處理電路、和所述存儲(chǔ)電路全部與所述外殼一起安裝；

(ii)所述電子距離傳感器和所述電子方向傳感器均被校準(zhǔn)到所述基點(diǎn)和重力方向，而無(wú)需知道運(yùn)土機(jī)器的幾何結(jié)構(gòu)；

(iii)所述集成式感測(cè)設(shè)備后續(xù)被安裝到運(yùn)土機(jī)器；以及

(iv)此后立即地，所述集成式感測(cè)設(shè)備準(zhǔn)備使用，而無(wú)需任何校準(zhǔn)到所述運(yùn)土機(jī)器；

或

(b)如下項(xiàng)中的至少一者：(i)用于檢測(cè)高度的電子位置傳感器(12)，和(ii)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)，在所述處理電路的控制下，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)所述電子距離感測(cè)輸出，從而以多個(gè)瞄準(zhǔn)角測(cè)量距所述工地表面的多個(gè)距離；

其中，所述處理電路還被配置成：

(i)在確定所述最新輪廓之后；

(ii)允許所述運(yùn)土機(jī)器的操作者在視覺(jué)上識(shí)別和選擇關(guān)于顯示的所述最新輪廓的已知工地坐標(biāo)的特征，且將所選的所述特征指定為用于所述工地表面的指定基準(zhǔn)點(diǎn)；以及

(iii)改變所述最新輪廓的坐標(biāo)，所以將使所述最新輪廓與所述指定基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)齊且因此與工地坐標(biāo)對(duì)齊，然后：

(A)確定用于預(yù)定挖掘操作的“設(shè)計(jì)輪廓”且將所述設(shè)計(jì)輪廓存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；

(B)將輸出信號(hào)發(fā)送到所述可視監(jiān)控器屏幕，從而顯示所述設(shè)計(jì)輪廓；以及

(C)在操作期間，控制所述可視監(jiān)控器屏幕，從而將所述最新輪廓和所述設(shè)計(jì)輪廓均顯示在單組坐標(biāo)軸上，由此示出所述最新輪廓和用于所述預(yù)定挖掘操作的所述設(shè)計(jì)輪廓二者之間的物理關(guān)系。

4.如權(quán)利要求1所述的集成式感測(cè)設(shè)備，還包括：轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)，在所述處理電路的控制下，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)所述電子距離感測(cè)輸出，從而以多個(gè)瞄準(zhǔn)角(24，26)測(cè)量距所述工地表面的多個(gè)距離；其中：所述集成式感測(cè)設(shè)備確定如下二者之間的差別：(a)重力方向，和(b)所述電子距離傳感器的所述感測(cè)輸出的方向。

5.如權(quán)利要求4所述的集成式感測(cè)設(shè)備，其中，在任何特定時(shí)間，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)在所述處理電路的控制下使所述電子距離傳感器瞄準(zhǔn)如下項(xiàng)中的一者：

(a)在所述運(yùn)土機(jī)器的作業(yè)工具邊緣的移動(dòng)方向的前面(24，圖14)；

(b)在所述運(yùn)土機(jī)器的作業(yè)工具邊緣的移動(dòng)方向的后面(26，圖14)；以及

(c)在所述運(yùn)土機(jī)器的作業(yè)工具邊緣的移動(dòng)方向的側(cè)面。

6.如權(quán)利要求4所述的集成式感測(cè)設(shè)備，還包括：

(a)第一測(cè)斜計(jì)傳感器(250)，所述第一測(cè)斜計(jì)傳感器被安裝到挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的鏟斗柄(208)；以及

(b)第二測(cè)斜計(jì)傳感器(252)，所述第二測(cè)斜計(jì)傳感器被安裝到挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的鏟斗(210)；

(c)其中，所述處理電路還被配置成：

(i)確定用于預(yù)定挖掘操作的“設(shè)計(jì)輪廓”(230)且將所述設(shè)計(jì)輪廓存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；

(ii)從所述第一測(cè)斜計(jì)傳感器和所述第二測(cè)斜計(jì)傳感器接收輸出信號(hào)；

(iii)接收關(guān)于挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的所述鏟斗柄、所述鏟斗和吊桿(206)的幾何結(jié)構(gòu)的第一參考信息，并將接收的所述鏟斗柄的幾何結(jié)構(gòu)的第一參考信息、所述鏟斗的幾何結(jié)構(gòu)的第一參考信息、和所述吊桿的幾何結(jié)構(gòu)的第一參考信息存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；

(iv)通過(guò)利用所述挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器執(zhí)行的校準(zhǔn)功能，接收關(guān)于所述第一測(cè)斜計(jì)傳感器、所述第二測(cè)斜計(jì)傳感器、和所述感測(cè)設(shè)備的電子方向傳感器的第二參考信息，并將所述第一測(cè)斜計(jì)傳感器的第二參考信息、所述第二測(cè)斜計(jì)傳感器的第二參考信息、和所述感測(cè)設(shè)備的電子方向傳感器的第二參考信息存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；

(v)基于所述第一測(cè)斜計(jì)的輸出信號(hào)、所述第二測(cè)斜計(jì)的輸出信號(hào)、所述感測(cè)設(shè)備的電子方向傳感器的輸出信號(hào)、所述第一參考信息、和所述第二參考信息來(lái)確定所述鏟斗的物理位置，包括所述鏟斗的作業(yè)工具邊緣(212)的物理位置；以及

(vi)控制所述可視監(jiān)控器屏幕，從而將所述鏟斗的作業(yè)工具邊緣的所述物理位置以及如下項(xiàng)中的至少一者：

(A)所述最新輪廓，和

(B)所述設(shè)計(jì)輪廓；

顯示在單組坐標(biāo)軸上(圖8)，由此示出如下兩者之間的物理關(guān)系：

(C)所述作業(yè)工具邊緣，和

(D)所述最新輪廓和所述設(shè)計(jì)輪廓中的至少一者。

7.如權(quán)利要求6所述的集成式感測(cè)設(shè)備，其中，在所述校準(zhǔn)功能期間：

(a)當(dāng)挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的所述鏟斗柄(208)、挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的所述鏟斗(210)、和挖掘機(jī)運(yùn)土機(jī)器的所述吊桿(206)被放在幾個(gè)不同位置上時(shí)；以及

(b)當(dāng)所述電子距離傳感器(16)的所述感測(cè)輸出(20)被瞄準(zhǔn)以照射目標(biāo)時(shí)；

(c)所述處理電路還被配置成基于來(lái)自所述第一測(cè)斜計(jì)(250)、所述第二測(cè)斜計(jì)(252)、所述電子距離傳感器(16)、和所述電子方向傳感器(14)的所述輸出信號(hào)來(lái)確定所述第一參考信息和所述第二參考信息。

8.如權(quán)利要求1所述的集成式感測(cè)設(shè)備，其中，所述處理電路還被配置成：

(a)確定用于預(yù)定挖掘操作的“設(shè)計(jì)輪廓”(230)且將所述設(shè)計(jì)輪廓存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；

(b)將信號(hào)發(fā)送到所述可視監(jiān)控器屏幕(140)，從而顯示所述設(shè)計(jì)輪廓；以及

(c)在操作期間，控制所述可視監(jiān)控器屏幕，從而將所述最新輪廓和所述設(shè)計(jì)輪廓均顯示在單組坐標(biāo)軸上(圖8)，由此示出所述最新輪廓和用于所述預(yù)定挖掘操作的所述設(shè)計(jì)輪廓二者之間的物理關(guān)系。

9.如權(quán)利要求8所述的集成式感測(cè)設(shè)備，還包括如下項(xiàng)中的至少一者：(i)用于檢測(cè)高度的電子位置傳感器(12)，和(ii)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)，在所述處理電路的控制下，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)所述電子距離感測(cè)輸出，從而以多個(gè)瞄準(zhǔn)角測(cè)量距所述工地表面的多個(gè)距離；

其中，所述處理電路還被配置成：

(a)確定作業(yè)工具物理輪廓信息，并識(shí)別所述作業(yè)工具物理輪廓的所述作業(yè)工具邊緣(212)；

(b)在操作期間，如果在所述最新輪廓(232)中遇到所述作業(yè)工具物理輪廓信息的一部分，識(shí)別所述作業(yè)工具物理輪廓信息的一部分，則所述處理電路還被配置成：

(i)將輸出信號(hào)發(fā)送到所述可視監(jiān)控器屏幕(140)，從而顯示在其識(shí)別位置上的所述作業(yè)工具邊緣的圖像(圖20)；

(ii)控制所述可視監(jiān)控器屏幕，從而將所述作業(yè)工具邊緣的所述位置以及如下項(xiàng)中的至少一者：

(A)所述最新輪廓(232)，和

(B)所述設(shè)計(jì)輪廓(230)，

顯示在單組坐標(biāo)軸上(圖20)，由此示出所述作業(yè)工具邊緣與所述最新輪廓和所述設(shè)計(jì)輪廓中的至少一者之間的物理關(guān)系。

10.如權(quán)利要求1所述的集成式感測(cè)設(shè)備，還包括如下項(xiàng)中的至少一者：(a)用于檢測(cè)高度的電子位置傳感器(12)；和(b)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(S)，在所述處理電路的控制下，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)瞄準(zhǔn)所述電子距離感測(cè)輸出，從而以多個(gè)瞄準(zhǔn)角測(cè)量距所述工地表面的多個(gè)距離；

其中：

(i)所述處理電路還被配置成：

(A)通過(guò)利用運(yùn)土機(jī)器執(zhí)行的校準(zhǔn)功能(圖15)來(lái)接收吊桿樞軸參考信息；以及

(B)將接收的所述吊桿樞軸參考信息存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；以及

(ii)在操作期間，如果所述位置傳感器輸出信號(hào)從所述電子位置傳感器(12)丟失，且如果所述運(yùn)土機(jī)器的吊桿樞軸自如下事件起未移動(dòng)：(A)接收最后有效的位置傳感器輸出信號(hào)、或(B)執(zhí)行基準(zhǔn)定位過(guò)程、或二者，則所述處理電路還被配置成：

(A)利用吊桿樞軸參考信息確定所述最新輪廓(232)；

(B)確定用于預(yù)定挖掘操作的“設(shè)計(jì)輪廓”(230)且將所述設(shè)計(jì)輪廓存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；

(C)將輸出信號(hào)發(fā)送到所述可視監(jiān)控器屏幕(140)，從而顯示所述設(shè)計(jì)輪廓；以及

(D)控制所述可視監(jiān)控器屏幕，從而將所述最新輪廓和所述設(shè)計(jì)輪廓均顯示在單組坐標(biāo)軸上(圖8，圖20)，由此示出所述最新輪廓和用于所述預(yù)定挖掘操作的所述設(shè)計(jì)輪廓二者之間的物理關(guān)系，而不依賴(lài)于所述位置傳感器輸出信號(hào)。

11.如權(quán)利要求10所述的集成式感測(cè)設(shè)備，其中，在所述校準(zhǔn)功能期間，所述處理電路還被配置成：

在(i)將所述運(yùn)土機(jī)器的構(gòu)件放在多個(gè)位置上以及(ii)所述電子距離傳感器被瞄準(zhǔn)以照射在所述多個(gè)位置的每一位置處的特定合適目標(biāo)時(shí)，(a)從所述電子距離傳感器(16)和所述電子方向傳感器(14)接收輸出信號(hào)；以及

(b)從所述輸出信號(hào)確定所述吊桿樞軸參考信息。

12.如權(quán)利要求1所述的集成式感測(cè)設(shè)備，還包括用于檢測(cè)高度的電子位置傳感器(12)，其中，所述處理電路還被配置成從所述電子位置傳感器接收位置傳感器輸出信號(hào)(圖24)。

13.如權(quán)利要求12所述的集成式感測(cè)設(shè)備，其中：

(a)所述電子位置傳感器(12)包括如下項(xiàng)中的至少一者：

(i)具有至少一個(gè)光傳感器(13)的激光接收器(122)，所述激光接收器檢測(cè)到達(dá)所述至少一個(gè)光傳感器的入射激光的位置；以及

(ii)GNSS接收器(32)，所述GNSS接收器基于來(lái)自衛(wèi)星星座的入射信號(hào)來(lái)檢測(cè)位置；以及

(iii)跟蹤全站儀系統(tǒng)(TTS)的目標(biāo)陣列(42)；

或

(b)所述電子位置傳感器(12)包括GNSS接收器天線(32)，且還包括允許所述GNSS接收器天線被轉(zhuǎn)向的可樞轉(zhuǎn)的安裝件；

或

(c)所述集成式感測(cè)設(shè)備被安裝到運(yùn)土機(jī)器的可移動(dòng)構(gòu)件，以及所述運(yùn)土機(jī)器的操作者控制所述可移動(dòng)構(gòu)件，從而瞄準(zhǔn)所述電子距離傳感器(16)以按多個(gè)瞄準(zhǔn)角(24，26)測(cè)量距所述工地表面的多個(gè)距離。

14.一種用于與運(yùn)土機(jī)器一起使用集成式感測(cè)設(shè)備的方法，所述運(yùn)土機(jī)器包括作業(yè)工具邊緣，所述方法包括：

(a)提供集成式感測(cè)設(shè)備(10)，所述集成式感測(cè)設(shè)備具有：

(i)電子距離傳感器(16)；

(ii)電子方向傳感器(14)；

(iii)處理電路(110)；和

(iv)存儲(chǔ)電路(118)；

其特征在于，所述方法執(zhí)行如下步驟：

(b)將所述電子距離傳感器的感測(cè)輸出(20)導(dǎo)向到工地表面(22)，并確定所述感測(cè)輸出的基點(diǎn)(L)和所述工地表面之間的距離，而不與所述工地表面進(jìn)行物理接觸；

(c)使用所述電子方向傳感器檢測(cè)所述感測(cè)輸出的角方向；

(d)從所述電子距離傳感器和所述電子方向傳感器接收輸出信號(hào)，確定所述基點(diǎn)與所述工地表面上的多個(gè)物理點(diǎn)之間的距離，并生成表示所述工地表面的實(shí)際形狀的“最新輪廓”(232)；以及

(e)將信號(hào)發(fā)送到可視監(jiān)控器屏幕(140)，并顯示(142)所述最新輪廓(232)。

15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括如下步驟：

(a)確定用于預(yù)定挖掘操作的“設(shè)計(jì)輪廓”(230)；

(b)將所述設(shè)計(jì)輪廓存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)電路中；以及

(c)在操作期間，在所述可視監(jiān)控器屏幕(140)上將所述最新輪廓(232)和所述設(shè)計(jì)輪廓均顯示在單組坐標(biāo)軸上(圖8)，由此示出所述最新輪廓和用于所述預(yù)定挖掘操作的所述設(shè)計(jì)輪廓二者之間的物理關(guān)系。

16.一種用于與運(yùn)土機(jī)器一起使用集成式感測(cè)設(shè)備的方法，所述運(yùn)土機(jī)器包括作業(yè)工具邊緣，所述方法包括：

(a)提供集成式感測(cè)設(shè)備(10)，所述集成式感測(cè)設(shè)備具有：

(i)電子距離傳感器(16)；

(ii)電子方向傳感器(14)；

(iii)處理電路(110)；

(iv)存儲(chǔ)電路(118)；和

(v)外殼(102)；

其特征在于，所述方法執(zhí)行如下步驟：

(b)將所述電子距離傳感器和所述電子方向傳感器校準(zhǔn)到所述電子距離傳感器(16)的基點(diǎn)(L)和重力方向(g)，而無(wú)需知道運(yùn)土機(jī)器的幾何結(jié)構(gòu)；

(c)隨后將所述集成式感測(cè)設(shè)備安裝到運(yùn)土機(jī)器(200)；

(d)此后，在無(wú)需任何校準(zhǔn)到所述運(yùn)土機(jī)器的情況下，確定所述基點(diǎn)與所述工地表面上的多個(gè)物理點(diǎn)之間的距離，并生成表示所述工地表面的實(shí)際形狀的“最新輪廓”(232)；以及

(e)將信號(hào)發(fā)送到可視監(jiān)控器屏幕(140)，并顯示(142)所述最新輪廓。