專利名稱：用于布置采礦車定位的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及采礦車定位。
背景技術：
在礦山中，使用各種采礦車，諸如鑿巖裝置、裝載機器和傳送機器。采礦車可以是有人的或無人的。例如可以從控制室遙控無人采礦車，并且它們可以被提供有適合于定位的測量裝置。如果可以確定設備的位置，則可以沿著期望的路線來在礦山中引導無人采礦車。例如，可以通過激光掃描器來確定設備的位置。WO 2007/012198公開了一種用于采礦車的自動導航的方法。操作員通過手動驅 動(drive)或通過遠程操作來向采礦車教導路線，采礦車沿著該路線可以在沒有操作員的干預的情況下移動。在采礦車的操作區域中的隧道上需要被用作用于路線確定的基礎的預先教導的參考模型。該參考模型可以被稱為環境模型。通常，通過驅動采礦車通過在操作區域中的所需隧道來教導環境模型。在操作區域的環境模型已經被教導、被綁定到操作區域的坐標系并且被存儲在數據系統中時，采礦車被驅動來沿著特定路線來教導用于驅動任務所需的所述路線。導航系統確定采礦車的位置，并且可以與環境模型相關地確定在行駛路線上的路線點的位置。
發明內容
現在提供了一種與用于采礦車定位的布置相關的改進的解決方案。該解決方案特征在于在獨立權利要求中限定的內容。在從屬權利要求中公開了本發明的一些優選實施例。根據本發明的一個方面，提供了一種方法，其中，水平信息與環境模型數據相關聯，確定所述采礦車的位置水平，并且基于所確定的位置水平來選擇要使用的環境模型數據。根據本發明的第二方面，提供了一種設備，所述設備用于實現該方法，并且被布置來確定所述采礦車的位置水平，并且基于所確定的位置水平來選擇要使用的所述環境模型數據。根據本發明的一個實施例，基于位置信息和預存的路線點數據來導航所述采礦車，其中，至少一個水平數據項與所述路線點數據的至少一些相關聯。基于被接收來執行驅動任務的所述路線點數據來在所述采礦車中確定所述位置水平。本發明提供了在詳細說明中將更好地披露的若干優點。本發明使得能夠在自動化采礦車控制中使用在垂直方向上的至少部分重疊的區域。可以布置所述采礦車以自動地檢測位置水平的改變，并且當需要時，改變位置水平和與位置水平相關聯的環境模型數據。
在下面，將參考附圖結合一些優選實施例更詳細地描述本發明的一些實施例，在附圖中圖I是移動采礦設備的示意側視圖，圖2是根據一個實施例的用于對采礦車進行定位和導航的布置的俯視圖，圖3圖示用于確定采礦車的驅動路線的實施例的設備，以及圖4至6圖示根據一些實施例的方法。
具體實施例方式本發明的解決方案特別可應用于與在采礦工業中所需的移動采礦設備相關的安全系統，移動采礦設備諸如各種移動鑿巖、裝載和傳送機器。下面，這種移動采礦設備被稱為采礦車。本發明的應用領域不限于在下面說明的采礦車的定位系統，而是，本發明的特征也可以被應用到其他類型的采礦車的定位系統。也應當注意，通常，采礦車也可以指代用于 在表面或地下操作區域中的礦石挖掘的各種機器，即，可以將采礦自動化系統至少部分地也定位在除了在實際地下礦中之外的某處。圖I示出采礦車1，在該情況下為裝載機器，其前部包括用于傳送和裝載挖掘的材料的鏟斗15。替代地，采礦車I可以例如是提供有箱子的鑿巖裝置或傳送設備。采礦車I包括可移動載體2，其具有多個輪子3，至少一個輪子是被馬達4通過功率傳送驅動的驅動輪。馬達4可以是電機、內燃機、液壓馬達或用于提供旋轉扭矩的任何其他裝置。功率傳輸通常包括齒輪系統5和必要的傳動軸6、差速齒輪和其他功率傳輸元件，用于從馬達4向驅動輪傳送旋轉扭矩。不像圖I的示例中那樣，采礦車可以替代地被軌道驅動。另外，采礦車I提供有控制系統，該控制系統至少包括第一控制系統7，第一控制系統7被布置來控制采礦設備I的致動器，以駕駛和操作采礦車。而且，采礦車I可以包括數據傳送單元8，第一控制系統7通過數據傳送單元8可以通過利用由基站9提供的無線連接來與在采礦車I外部的第二控制系統10建立數據傳送連接。弟_■控制系統10可以位于控制室11中，控制室11可以被布直在礦山外部。控制系統7和10可以是安裝有適當軟件的計算機。圖I被簡化，并且，采礦車I的控制系統通常包括用于實現各種控制功能的多個單元。采礦車I的控制系統可以是分布式的控制系統，例如整體由連接到CAN(控制器區域網絡)總線的模塊組成并且涉及機器的測量和控制。控制室11的數據系統也可以包括一個或多個服務器、數據庫、操作員工作站和到其它網絡和系統的連接。采礦車I的控制系統包括定位系統或單元。根據一個實施例，該定位系統包括至少一個陀螺儀12,通過該陀螺儀,有可能精確地確定采礦車的方向以定位。定位系統進一步包括用于確定采礦車I行駛的距離的裝置。例如，一個或多個傳感器13可以測量輪子的旋轉。基于該測量數據，定位系統確定輪子的旋轉運動，然后計算采礦車I行駛的距離。而且，定位系統可以包括一個或多個掃描器14，諸如激光掃描器等，通過該掃描器，有可能確定在采礦車I周圍的空間和其形狀。圖2圖示根據一個實施例的基于掃描和在定位中使用的路線確定的原理和其用途。米礦車I的一側或兩側可以包括激光掃描器14,通過激光掃描器14,可以確定礦山通道20的輪廓和表面輪廓。掃描器14可以是激光掃描器或超聲波掃描器等，通過它，可以觀察在采礦車周圍的空間。
可以通過教導來創建用于采礦車I的驅動路線21。在該情況下，沿著期望的路徑并且基于通過掃描數據處理而獲得的位置數據來在人為控制中驅動采礦車1，以預定間隔確定用于路線21的路線點22a、22b、22c，并且將其存儲在存儲器中。在期望的路線21已經被教導并且被存儲在控制系統的存儲器中時，采礦車I可以被控制來自主地導航路線21。在自動控制期間，可以通過使用例如激光掃描器14來確定采礦車I的位置。基于掃描數據和由預存的環境模型確定的墻壁位置數據，有可能確定采礦車I的當前位置，并且在隧道墻壁上不需要獨立的標識器，諸如反射器或射頻標識器。可以例如通過以下來實現位置數據的確定執行航位推算并且基于掃描數據和環境模型數據來校正航位推算的結果，以便確定(最終的)位置信息。控制系統基于確定的位置和驅動路線的路線點來控制采礦車的行駛，使得采礦車I沿著路線21。圖2圖示從采礦車I上看的采礦車I的操作區域，其中，在坐標軸X和y上二維地確定驅動路線的路線點22a至22c。通常，在采礦環境中，不可獲得對于高度坐標的任何一般目的的、可靠的測量，并且因此在環境模型數據和驅動路線數據兩者中，在二維中確定坐標。然而，在許多情況下，生產區域由幾個部分或完全重疊的區域組成，在該情況下，二維位置信息不是明確的。·現在提供一種解決方案，其使得能夠確定和使用垂直重疊的驅動路線。至少在環境模型數據的一些中，存在關聯水平信息，該信息通過將整個環境模型或一個或多個環境模型點或部分與給定的水平相關聯，典型地與和特定高度位置(Z)相關的水平相關聯。當采礦車I在行駛在預定義的路線時，確定采礦車I的當前位置水平，即，當前驅動情況的水平。基于對于采礦車確定的位置水平來選擇要使用的環境模型數據，即，選擇環境模型或特定的環境模型部分，與其相關聯的水平對應于(以足夠的精度)采礦車I的當前位置水平。采礦車I被布置來確定在驅動期間的位置水平，例如，在驅動路線上的給定點處的位置水平，并且當需要時，自動地改變要使用的環境數據。在該情況下，例如，當隧道劃分為兩個重疊的隧道時，采礦車I可以在進行到上或下隧道時自動地改變以使用正確的環境模型點。環境模型通常是指表示采礦車的操作區域的模型，可以例如通過在操作區域內驅動采礦車并且掃描墻壁輪廓來確定該模型。在此要在廣義上理解掃描以涵蓋關于采礦車的當前周圍環境的任何類型的數據定義。通常，環境模型包括至少在操作區域的邊緣上的位置數據，諸如定義隧道墻壁的點，但是它也可以包括其他數據。驅動路線通常是指數據，基于該數據，采礦車I可以被控制來行駛期望的路線。圖3以簡化的形式圖示用于控制采礦車的實施例的設備，例如圖I的采礦車I的控制系統7。該設備包括定位單兀30、控制單兀31和存儲器32。定位單元30涉及基于從掃描器15接收的測量數據和在存儲器32中預存儲的環境模型數據來確定采礦車的當前位置。基于由定位單元30提供的位置數據和在存儲器32中預存儲和/或在驅動期間接收的驅動路線數據，控制單元31控制采礦車來沿著預定的路線行駛。定位單元30可以被特定布置來確定位置水平，并且當需要時，基于位置水平來改變用于定位的環境模型數據。例如，可以通過其中執行一個或多個計算機程序的一個或多個通用數據處理處理器來實現單元30、31。計算機程序包括用于實現與位置水平的確定和/或利用相關聯并且結合圖4至6圖示的特征的至少一些的代碼。可以在諸如存儲器32或獨立的存儲介質的計算機可讀存儲介質上存儲計算機程序，從其可以獲取計算機程序以在處理器中執行。除了計算機程序實現方式外，或替代其，可以作為硬件實現方式，例如通過使用ASIC (專用集成電路)，來執行當前功能的至少一部分。所述設備也可以包括到其他系統或單元的一個或多個其他接口。所述設備通常連接到數據傳送單元8，通過該數據傳送單元8，有可能向采礦車I發送驅動路線數據或其他控制數據。應當注意，圖3的設備僅是可能的實現方式的一個示例，并且，在下面更詳細地公開的當前功能也可以被實現在另一種類型的設備中。例如，一個單元可以涉及定位單元30和控制單元31兩者的功能，或者，該設備可以包括當前功能被分布到的多個單元。也應當注意，該設備可以包括若干獨立的存儲器，例如，用于單元30和31的不同存儲器。圖4示出根據一個實施例的方法，可以例如在圖3中所示的定位單元30中實現該方法。
在步驟400中，初始化位置水平。有可能例如在驅動任務的開始時進入步驟400，并且，采礦車位于驅動任務的開始位置，并且在步驟400中確定初始位置水平。可以與開始位置(絕對或相對位置)的初始化同時地初始化位置水平。可以基于從用戶接收的輸入數據或基于諸如定義驅動任務的驅動路線數據的控制數據來執行位置水平的初始化。如果用戶初始化錯誤的水平，則位置的可靠性不可能充分，因為在定位中包括的掃描器測量不對應于所選擇的水平的環境模型。在步驟410中，選擇和獲取與初始化的位置水平相關聯的環境模型點數據，以在采礦車I的驅動期間使用。因此，在該情況下，有可能選擇要在驅動任務的至少一部分中使用的環境模型。定位單元30可以從存儲器32獲取例如與確定的位置水平相關聯的特定的環境模型文件。自然地，采礦車I的當前位置可以影響要在步驟410中獲取的環境模型數據。基于從掃描器接收的測量數據和在步驟420 (410 )中獲取的環境模型數據，在驅動期間在連續的基礎上確定采礦車I的相對或絕對位置。在步驟420中，確定采礦車I的當前位置。替代地，如果在圖4中所示的算法與確定位置數據的功能分離地被實現，則在步驟420中，有可能接收對于采礦車I確定的位置數據。在步驟430中，確定與采礦車I的當前驅動情況相關聯的位置水平。可以基于采礦車I的當前位置和/或在當前驅動情況中進行的另一個檢查來確定該位置水平。有可能例如以給定的間隔或基于諸如當驅動分段在改變時的某個其他標準來進行到步驟430。在步驟440中，基于確定的位置水平來檢查是否需要改變位置水平(在步驟400中初始化)。在該情況下，有可能將確定的位置水平與和在使用中的環境模型相關聯的一個或多個水平進行比較。如果不必改變位置水平，則基于在步驟440中進行的檢查，有可能返回到步驟420。如果位置水平改變使得現在使用的環境模型不與新的位置水平相關聯，則基于該位置水平來選擇新的環境模型數據。在該情況下，在步驟450中，有可能獲取/確定與新的位置水平相關聯的環境模型點數據以用在位置定義中(420)。例如，如果存在用于不同水平的不同文件，則在步驟450中，有可能獲取要在與對于采礦車確定的位置水平相關聯的位置確定中使用的環境模型文件。因此可以在操作區域的至少一部分中根據水平來劃分在環境模型中的點。根據一個實施例，屬于在環境模型中的不同水平的點位于例如結合點處，其中，隧道劃分為至少部分地在彼此之上或至少彼此接近的不同高度位置的分支。換句話說，相同的X和I坐標或至少接近的那些可以確定與不同水平相關聯的若干環境模型點。在該情況下，有可能與水平改變相關地改善定位的操作可靠性，并且使得在水平改變之前或其緊后由多個掃描器14執行的測量能夠落在在使用的水平的區域內。根據一個實施例，除了表示墻壁的位置的點的X和y坐標之外，環境模型確定以適當的精度確定和可用作水平數據的z坐標。可以至少在其中存在至少部分地重疊的操作區域(例如，采礦隧道)的部分中的環境模型中確定Z坐標。可以對于每一個點獨立地或對于一組點確定Z坐標。然而，應當注意，可以以多種方式在環境模型(并且也可以在驅動路線數據)中確定位置水平，例如，可以通過使用用于操作區域的每個至少部分重疊的區域的任何標識符來確定位置水平。根據一個實施例，至少一個水平數據項與在采礦車I的控制中使用的驅動路線數據的至少一些相關聯。在步驟400和/或步驟430中，有可能基于被接收來用于執行驅動 任務的驅動路線點數據來確定在采礦車I中的位置水平。可以以多種方式，例如，通過將位置水平數據與和所述水平相關的一組驅動路線點或甚至獨立地與每一個驅動路線點相關聯來在驅動路線數據中確定位置水平。根據一個實施例，將驅動路線確定為互連的路線部分，S卩，每一個具有專用標識符代碼的分段。繼而，對于每一個分段，有可能如果期望則根據分段特性來定義驅動速度和其他功能的極限值。特定于分段的數據可以被預先存儲在采礦車I的控制設備的存儲器中，據此，通過向采礦車I僅發送關于在任務中涉及的路線分段的標識符代碼的列表來發生最簡單的驅動任務的確定。在作為參考被包含在此的公布W02004/085965中更詳細地描述了基于分段的路線確定。在特定于分段的數據中，現在可以作為新的信息確定水平信息。在步驟430中，采礦車I可以通過檢查與采礦車的當前位置相關的分段的水平數據來定義位置水平。在已知每一個分段所屬的水平并且另一方面已知其中驅動在每一個特定時刻發生的分段的情況下，有可能基于該信息來確定在那時的采礦車I的位置水平。在該情況下，定位單元30可以基于從控制單元31接收的數據來確定位置水平。可以每次分段在改變時，確定位置水平。根據一個實施例，基于從在采礦車I的操作區域中布置的獨立的識別單元或在采礦車I中布置的檢測器接收的標識信息來在步驟430中確定位置水平。在操作區域中，例如，與交叉點相關地，可以安裝識別單元，其具有采礦車被布置來通過使用短距離無線電連接讀取的標識符。根據另一個實施例，可以至少指示位置水平的起點和/或終點的位置數據與位置水平相關聯。水平信息因此可以鏈接到特定位置，并且可以在步驟430中確定位置水平，并且，可以僅基于在步驟420中確定的采礦車的位置來檢測位置水平的改變。在步驟430、440中，因此有可能基于與各種位置水平相關聯的位置數據和采礦車的(最新)的位置信息的比較來確定位置水平。當采礦車的當前位置以足夠的精度對應于與新的位置水平相關聯的位置時，在步驟450中，定位單元30可以改變位置水平，并且獲取與新的位置水平相關聯的環境模型。這個實施例使得在其中采礦車控制不使用包括水平數據的驅動路線數據的情況下也能夠適當地作用的水平改變。例如，在遙控驅動中，未向采礦車I給予任何路線分段，但是采礦車獨自知道它本身的坐標。上面說明了包括用于定位采礦車I的特定于水平的數據的環境模型的使用。可以通過驅動采礦車I來教導該種類型的環境模型。圖5以簡化形式圖示如何確定包括位置水平數據的環境模型。例如可以通過與采礦車的定位系統操作地連接的環境建模單元或工具來實現圖5的步驟。當產生確定環境模型的需要時，首先確定將確定環境模型(或其第一點)的位置水平。在步驟500中，也可能確定環境模型的起點，并且因此確定環境模型的開始坐標。這個起點可以被用作在環境模型的確定中和可選地也在驅動路線的確定中的參考點。從環境模型的開始區域向教導終止區域開始驅動采礦車I。在步驟510，例如，基于從掃描器14接收的數據、行駛距離和方向來確定或接收墻壁位置數據。從采礦車I的掃描器接收的測量數據被過濾和處理，并且，基于距離測量在驅動期間確定墻壁位置數據。 在與在步驟500中設置的位置水平(直接或間接)相關聯的步驟520中存儲墻壁位置數據。應當注意，在環境模型的確定期間，也可能改變位置水平，因此方法可以返回到步驟 500。根據一個實施例，當在教導驅動路線時，一個或多個位置水平數據項與驅動路線數據的至少一些相關聯。例如，可以從在驅動路線的教導期間使用的環境模型的位置水平信息或基于用戶的輸入來獲得該位置水平數據項。圖6以簡化方式圖示確定驅動路線的位置水平數據的主要步驟。例如可以通過路線確定單元來實現圖6的步驟，路線確定單元可操作地與采礦車的定位系統進行通信。在步驟600中，首先初始化驅動路線的起點，即，起點的位置和位置水平。在步驟610中，通過使用適當的環境模型來確定驅動路線的路線點數據。如果通過除了實現圖6的功能的單元之外的某個單元來確定路線點的位置數據，則在步驟610中，有可能接收驅動路線點數據。可以通過沿著期望的路線驅動采礦車I來確定驅動路線的路線點，由此基于掃描數據和環境模型來確定位置數據。在步驟620中與驅動路線的專用當前位置相關聯地存儲對于驅動路線確定的路線點數據。在步驟620中存儲的驅動路線點數據的至少一些與位置水平例如分段特定地(直接或間接)相關聯。可以例如在礦山控制系統的數據庫中的在任何存儲器媒體32上存儲驅動路線數據。應當注意，在驅動路線的確定期間，也可能改變位置水平，因此方法可以返回到步驟600。根據一個實施例，在基于XML (可擴展標記語言)的文件中存儲包括水平信息的環境模型和/或驅動路線數據。然而，應當注意，本實施例的應用不限于任何特定的存儲格式。對于本領域內的技術人員顯而易見的是，隨著技術進步，可以以多種方式來實現本發明的基本思想。因此，本發明和其實施例不限于上述的示例，而是它們可以在權利要求的范圍內改變。因此可以將各種特征省略、修改或替換為等同物，并且，在本申請中闡述的特征可以組合以提供各種組合。
權利要求
1.一種用于對移動的采礦車進行定位的方法，其中，通過在驅動所述采礦車的同時掃描所述采礦車(I)的環境來確定掃描數據，并且 基于所述掃描數據和預存儲的環境模型數據來確定(420)用于所述采礦車的位置信息， 其特征在于水平信息與所述環境模型數據的至少一些相關聯， 確定(430)所述采礦車(I)的位置水平，以及 基于所確定的位置水平來選擇(450)要使用的環境模型數據。
2.根據權利要求I所述的方法，其中，響應于在驅動期間的位置水平的改變，獲取與新的位置水平相關聯的環境模型數據以在所述位置信息的確定中使用。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中，在所述采礦車(I)的驅動事件的起點處初始化(400)所述位置水平，并且 獲取與所初始化的位置水平相關聯的環境模型數據，以在所述采礦車(I)的驅動期間使用。
4.根據前述權利要求的任何一項所述的方法，其中，基于所述位置數據和預存儲的驅動路線點數據來駕駛所述采礦車(I )， 至少一個水平數據項與所述驅動路線點數據的至少一些相關聯，并且 基于被接收來執行驅動任務的所述驅動路線點數據來在所述采礦車(I)中確定所述位置水平。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述驅動路線被確定為一組分段，每一個分段與水平信息相關聯，并且 基于與所述采礦車(I)的當前位置相關的分段的水平數據來確定所述位置水平。
6.根據前述權利要求I至3的任何一項所述的方法，其中，基于在所述采礦車(I)的操作區域中接收到的標識信息、基于從在所述采礦車(I)上布置的檢測器獲得的信息或基于與所述水平信息相關聯的位置數據和所述采礦車的位置數據的比較來確定所述位置水平。
7.根據前述權利要求的任何一項所述的方法，其中，根據基于所述采礦車的驅動確定(510)的墻壁位置數據和設置的位置水平來確定(520)所述環境模型數據。
8.一種設備，至少包括用于對移動的采礦車(I)進行定位的數據處理裝置，其中，所述設備被布置為基于通過掃描所述采礦車(I)的環境而獲得的掃描數據和預存儲的環境模型數據來確定(420)所述采礦車的位置信息，其特征在于水平信息與所述環境模型數據的至少一些相關聯，并且所述設備還被布置為 確定(430 )所述采礦車(I)的位置水平，并且 基于所述位置水平來選擇(450)要使用的環境模型數據。
9.根據權利要求8所述的設備，其中，所述設備被布置為響應于在驅動期間的位置水平的改變而獲取與新的位置水平相關聯的環境模型點數據以在所述位置信息的確定中使用。
10.根據權利要求8或9所述的設備，其中，所述設備被布置為來在所述采礦車(I)的驅動事件的起點處初始化(400)所述位置水平，并且 所述設備被布置為獲取與所初始化的位置水平相關聯的環境模型點數據以在所述采礦車(I)的驅動期間使用。
11.根據權利要求8至10的任何一項所述的設備，其中，所述采礦車(I)被布置為基于所述位置數據和預存儲的驅動路線點數據被駕駛， 至少一個水平數據項與所述驅動路線點數據的至少一些相關聯，并且所述設備被布置為基于被接收來執行驅動任務的所述驅動路線點數據來在所述采礦車(I)中確定所述位置水平。
12.根據權利要求11所述的設備，其中，所述驅動路線被確定為一組分段，水平信息與每一個分段相關聯，并且 所述設備被布置為基于與所述采礦車(I)的當前位置相關的分段的水平信息來確定所述位置水平。
13.根據前述權利要求8至10的任何一項所述的設備，其中，所述設備被布置為基于在所述采礦車(I)的操作區域中接收到的標識信息、或基于從在所述采礦車(I)上布置的檢測器獲得的信息或基于與所述水平數據相關聯的位置數據和所述采礦車的位置信息的比較來確定所述位置水平。
14.根據權利要求8至13的任何一項所述的設備，其中，所述設備被布置為根據基于所述采礦車的驅動確定(510)的墻壁位置數據和設置的位置水平來確定(520)所述環境模型數據。
15.一種采礦機器(I )，其特征在于，所述采礦機器包括權利要求8至14的任何一項的設備。
16.一種計算機程序，其特征在于，其包括計算機程序編碼裝置，所述計算機程序編碼裝置被布置為當在計算機上執行所述程序時執行在權利要求I至7的任何一項中限定的所方法的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用于定位移動采礦車的方法，方法通過在驅動采礦車的同時掃描采礦車的環境來確定掃描數據。基于掃描數據和預存儲的環境模型數據來確定位置信息。水平信息與環境模型數據的至少一些相關聯，確定采礦車(1)的位置水平，并且基于確定的位置水平來選擇要使用的環境模型數據。
文檔編號E21F13/02GK102893232SQ201180023598
公開日2013年1月23日 申請日期2011年4月21日 優先權日2010年5月10日
發明者漢努·馬凱拉 申請人:山特維克礦山工程機械有限公司