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自推进式建筑机械以及用于控制自推进式建筑机械的方法

阅读：896发布：2020-05-26

专利汇可以提供自推进式建筑机械以及用于控制自推进式建筑机械的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种自推进式建筑机械、用于控制自推进式建筑机械的方法、以及建筑机械系统。自推进式建筑机械具有机器框架、驱动装置、作业装置、和确定建筑机械上参考点在独立于建筑机械的坐标系中位置的位置确定装置。位置确定装置具有接收全球导航卫星系统(GNSS)的卫星信号的导航卫星系统接收器和处理器。在正常操作中，使用全球导航卫星系统控制建筑机械，使得建筑机械上的参考点沿着设定的目标行进路径运动。此外，提供全站仪控制模式，在该模式下在没有GNSS的情况下仅使用全站仪基于先前由全站仪确定的在独立于建筑机械的坐标系中的全站仪的立足点的位置和取向来控制建筑机械，并且建筑机械的位置确定在基于全站仪的坐标系中进行。，下面是自推进式建筑机械以及用于控制自推进式建筑机械的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种自推进式建筑机械，其包括：
机器框架(2)；
作业装置，其布置在机器框架(2)上；
驱动装置(8)，其用于驱动建筑机械(1)使得建筑机械在地形中运动；
位置确定装置(9)，其用于确定建筑机械(1)上参考点(R)在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置；
位置确定装置(9)具有导航卫星系统接收器(10)以及处理器(11)，所述导航卫星系统接收器(10)用于接收来自全球导航卫星系统的卫星信号，所述处理器(11)配置成使得描述建筑机械上的参考点(R)位置的导航卫星系统位置数据基于卫星信号在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中确定；以及
控制装置(7)，其用于致动驱动装置(8)，所述控制装置(7)配置成使得建筑机械(1)上的参考点(R)沿设定的目标行进路径(W)运动，
其特征在于：
位置确定装置(9)具有用于借助全站仪(T)进行光学测量的反射器(14)、用于从全站仪(T)接收全站仪数据的全站仪数据接收器(15)、和用于存储导航卫星系统位置数据和全站仪数据的存储器(16)；并且
位置确定装置(9)的处理器(11)被配置成，对于全站仪控制模式，不基于来自全球导航卫星系统的卫星信号来控制建筑机械，基于在建筑机械的不同位置处确定的导航卫星系统位置数据、描述反射器(14)在建筑机械的不同位置处的方向和/或距离并由全站仪数据接收器(15)接收的全站仪数据而在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向(O)，从而在全站仪控制模式下，基于全站仪(T)的立足点(S)位置和方向(O)以及在全站仪控制模式下由全站仪(T)测量的反射器(14)的方向和距离，能够确定建筑机械上的参考点(R)在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置(xn，yn，zn)；
基于在全站仪控制模式下确定的建筑机械上的参考点(R)的位置(xn，yn，zn)，控制装置(7)在全站仪控制模式下致动驱动装置(8)，使得建筑机械(1)上的参考点(R)沿设定的目标行程(W)运动。
2.根据权利要求1所述的自推进式建筑机械，其特征在于，所述位置确定装置(9)的处理器(11)被配置成，在全站仪控制模式下，建筑机械上的参考点(R)在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置(xn，yn，zn)从全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向(O)以及在全站仪控制模式下由全站仪测得的反射器(14)的方向和距离来确定。
3.根据权利要求1或2所述的自推进式建筑机械，其特征在于，位置确定装置(9)的处理器(11)被配置成，将用于确定全站仪(T)在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的立足点(S)的位置和取向(O)的全站仪数据输入到存储器单元(16)中，在建筑机械(1)的运动期间，在不同时间点(t1，t2，……，tn)下的连续测量中，以持续的方式计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向(O)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的自推进式建筑机械，其特征在于，所述位置确定装置(9)的处理器(11)配置成，基于描述建筑机械上的参考点(R)在建筑机械采用的第一位置(x1，y1，z1)处的并在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置的导航卫星系统位置数据、基于描述建筑机械上的参考点(R)在建筑机械采用的第二位置(x2，y2，z2)处的并在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置的导航卫星系统位置数据、以及基于描述反射器(14)在第一位置(x1，y1，z1)和第二位置(x2，y2，z2)处的方向和距离的全站仪数据来计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自推进式建筑机械，其特征在于，所述位置确定装置(9)的处理器(11)被配置成基于以下各项来计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向：
由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz1)和全站仪(T)的立足点(S)与建筑机械采用的第一位置(x1，y1，z1)下的反射器(14)之间的距离(a1)；以及
由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz2)和全站仪(T)的立足点(S)与建筑机械采用的第二位置(x2，y2，z2)下的反射器(14)之间的距离(a2)；以及
在第一位置(x1，y1，z1)和第二位置(x2，y2，z2)处的卫星导航系统位置数据。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的自推进式建筑机械，其特征在于，所述位置确定装置(9)的处理器(11)被配置成基于下述来计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向：
由全站仪(T)测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、在建筑机械采用的第一位置(x1，y1，z1)下的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz1)；以及由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、在建筑机械采用的第二位置(x2，y2，z2)下的、朝向建筑机械(1)上的反射器(14)的方向(Hz2)；以及由全站仪(T)测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、在建筑机械采用的第三位置(x3，y3，z3)下的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz3)；以及在第一位置(x1，y1，z1)、第二位置(x2，y2，z2)和第三位置(x3，y3，z3)处的卫星导航系统位置数据。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的自推进式建筑机械，其特征在于，所述控制装置(7)被配置成，采用使得由目标行进路径(W)描述的目标位置(Psoll)与参考点(R)的实际位置(Pist)之间的距离(d)最小的方式来控制所述驱动装置(8)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的自推进式建筑机械，其特征在于，所述建筑机械(1)是路面铣刨机或再生机或路拌机或表面采矿机，其作业装置具有装配有铣刨或切割工具的铣刨/切割辊(6A)，或者建筑机械(1)是滑模式摊铺机，其作业装置具有用于模制可流动材料的装置(6)，或者建筑机械(1)是路面修整机，其作业装置具有用于材料成形的整平板。
9.一种建筑机械系统，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任一项所述的自推进式建筑机械(1)和全站仪(T)。
10.一种用于控制自推进式建筑机械的方法，该自推进式建筑机械具有机器框架(2)、布置在机器框架上的作业装置和用于驱动建筑机械使得建筑机械在地形中运动的驱动装置(8)，该方法包括以下方法步骤：
接收来自导航卫星系统的卫星信号；
基于来自导航卫星的卫星信号确定导航卫星系统位置数据，该导航卫星系统位置数据描述建筑机械上的参考点(R)在独立于建筑机械系统的坐标系(X，Y，Z)中的位置；
致动建筑机械上的驱动装置(8)，使得建筑机械上的参考点(R)沿设定的目标行进路径(W)运动；
其特征在于：
全站仪(T)位于建筑机械附近的立足点(S)处，并且全站仪数据由全站仪(T)接收；
在全站仪控制模式下，不基于来自全球导航卫星系统的卫星信号来控制建筑机械，当建筑机械运动时，基于在建筑机械的不同位置处确定的导航卫星系统位置数据以及用于描述反射器(14)在建筑机械的不同位置处的方向和/或距离并由全站仪数据接收器(15)接收的全站仪数据而计算得出全站仪(T)在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的立足点(S)的位置和取向(O)，并且在全站仪控制模式下，基于全站仪(T)的立足点(S)位置和取向(O)以及在全站仪控制模式下由全站仪(T)测量的反射器(14)的方向和距离来确定建筑机械上的参考点(R)在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置(xn，yn，zn)；
在全站仪控制模式下，驱动装置(8)基于在全站仪控制模式下确定的参考点(R)的位置(xn，yn，zn)而被致动，使得建筑机械(1)上的参考点(R)沿着设定的目标行程(W)运动。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，用于确定全站仪(T)在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的立足点(S)的位置和取向(O)的全站仪数据被存储，在建筑机械(1)运动期间，在不同时间点(t1，t2，……，tn)的连续测量中，以持续方式计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向(O)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，基于用于描述建筑机械上的参考点(R)在建筑机械采用的第一位置(x1，y1，z1)处的并在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置的导航卫星系统位置数据、以及用于描述建筑机械上的参考点(R)在建筑机械采用的第二位置(x2，y2，z2)处的并在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置的导航卫星系统位置数据、以及在第一位置(x1，y1，z1)和第二位置(x2，y2，z2)处的全站仪数据来计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向(O)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，基于以下各项来计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向(O)：
由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz1)和全站仪(T)的立足点(S)与建筑机械采用的第一位置(x1，y1，z1)下的反射器(14)之间的距离(a1)；以及
由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz2)和全站仪(T)的立足点(S)与建筑机械采用的第二位置(x2，y2，z2)下的反射器(14)之间的距离(a2)；以及
在第一位置(x1，y1，z1)和第二位置(x2，y2，z2)处的卫星导航系统位置数据。
14.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，基于以下各项来计算全站仪(T)的立足点(S)的位置和取向(O)：
由全站仪(T)测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、在由建筑机械采用的第一位置(x1，y1，z1)下的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz1)；以及由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、在由建筑机械采用的第二位置(x2，y2，z2)下的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz2)；以及由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系(X，Y，Z)中的、在由建筑机械采用的第三位置(x3，y3，z3)下的、朝向建筑机械(1)上反射器(14)的方向(Hz3)；以及在第一位置(x1，y1，z1)、第二位置(x2，y2，z2)和第三位置(x3，y3，z3)处的卫星导航系统位置数据。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，驱动装置(8)以使得由目标行进路径(W)描述的目标位置(Psoll)与参考点(R)的实际位置(Pist)之间的距离(d)是最小的的方式致动。

说明书全文

自推进式建筑机械以及用于控制自推进式建筑机械的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种自推进式建筑机械以及一种用于控制自推进式建筑机械的方法。本发明还涉及一种建筑机械系统，其包括自推进式建筑机械和全站仪。

背景技术

[0002] 自推进式建筑机械的特征在于它们具有布置在机器框架上的作业装置，用于在地形上建造结构或用于改变地形。已知的自推进式建筑机械例如包括路面铣刨机、再生机、滑模式摊铺机或路面整修机。

[0003] 在路面铣刨机或再生机的情况下，作业装置包括装配有铣刨或切割工具的铣刨/切割辊，借助于该铣刨/切割辊，可以在设定的作业宽度上从土地移除材料。

[0004] 滑模式摊铺机的作业装置是用于模制可流动材料(特别是混凝土)的装置，其在下文中称为混凝土槽。混凝土槽允许生产各种设计的结构，例如引导壁或交通岛。

[0005] 已知的路面整修机具有用于铺设路面物料的整平板。

[0006] 自推进式建筑机械还具有用于在地形上实施建筑机械的平移运动和/或旋转运动的驱动装置，以及用于控制驱动装置的控制装置。

[0007] 为了在地形上建造结构或改变地形，对于自推进式建筑机械，预期在很大程度上实行建筑机械的自动控制，而没有来自车辆驾驶员的任何明显干预。为了自动控制建筑机械，对建筑机械的驱动装置进行控制，使得位于建筑机械上的参考点沿着设定的目标行进路径运动，即在行进路径上或在距行进路径的设定距离处运动，以进行建造结构或改变地形。在这样做时，目标行进路径可以由各个路段描述，这些路段可以是直线或曲线。

[0008] 用于控制自推进式建筑机械的已知方法需要使用导丝(guidewire)，通过该导丝设定目标行进路径或距目标行进路径的偏移。

[0009] 自推进式建筑机械也可以使用进行位置确定的全站仪或全球导航卫星系统(GNSS)进行控制。为了建筑机械的自动控制，确定用于描述地形中目标行进路径的数据。所述数据可以是独立于建筑机械的二维或三维坐标系中的坐标。所述数据可以使用远离施工现场的办公室中的计算机来确定。在建筑机械的运行期间，在建筑机械或其作业装置的实际位置(该位置由GNS系统确定)和期望的位置之间会有持续的协调，使得建筑机械或其作业装置沿着目标行进路径运动。

[0010] 例如，在路面铣刨机的情况下，铣刨辊用于沿目标行进路径运动，以便在设定的作业宽度和铣刨深度处从地形表面移除物料。在这种情况下，不仅必须考虑铣刨辊在平面中的运动，而且还要考虑铣刨辊相对于地形表面的高度设定。

[0011] 使用GNS系统控制建筑机械已被证明是有效的。然而，对建筑机械的这种控制必不可少的需要接收来自GNS系统的卫星信号。而实际上，卫星信号的接收可能会中断。例如，在桥梁或隧道下驱动建筑机械可能会中断GNSS信号的接收，这意味着无法再使用全球导航卫星系统来在独立于建筑机械的卫星坐标系中确定建筑机械的位置。因此不可能再使用GNSS来控制建筑机械。

发明内容

[0012] 由本发明所解决的问题是：制造一种自推进式建筑机械，即使从GNS系统的卫星信号接收被中断，该自推进式建筑机械也可以高精度地沿目标行进路径运动。由本发明所解决的另一个问题是：指定一种方法，通过该方法，即使从GNS系统的卫星信号接收被中断，自推进式建筑机械也可以高精度地沿目标行进路径运动。由本发明所解决的问题特别是，即使在从GNS系统的卫星信号接收被中断的情况下，也能确保对建筑机械的控制，使得建筑机械不必停止。

[0013] 根据本发明，通过下述特征解决了这些问题。

[0014] 根据本发明的自推进式建筑机械包括机器框架、用于驱动建筑机械的驱动装置、以及布置在机器框架上的作业装置，该作业装置用于改变地形(例如铣刨或切割辊)或者用于在地形上建造结构(例如混凝土槽)。

[0015] 在下文中，驱动装置应理解为，用于在地形中使建筑机械运动的建筑机械中的所有部件或组件(集合体)。所述部件或集合体不仅包括建筑机械立于其上的行走机构(例如履带或轮)和用于驱动行走机构的装置(例如液压马达或内燃机)，而且还包括用于调节机器框架或作业装置相对于地形表面的高度的装置(例如升降柱)，行走机构紧固到该装置。建筑机械的驱动装置的所述部件或集合体允许建筑机械上的参考点沿着行进路径运动，即在行进路径上或在距行进路径的设定距离(偏移)处运动。所述行进路径可以是空间或平面中的轨迹。如果轨迹是三维路径曲线，也可以考虑高度调节，例如设定作业装置相对于地形表面的高度。

[0016] 此外，根据本发明的建筑机械具有位置确定装置，用于在独立于建筑机械的坐标系中确定建筑机械上的参考点的位置。位置确定装置具有导航卫星系统接收器和处理器，所述导航卫星系统接收器用于接收来自全球导航卫星系统(GNSS)的卫星信号，所述处理器配置成基于卫星信号来在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中确定用于描述建筑机械上参考点(R)位置的导航卫星系统位置数据。

[0017] 为了致动建筑机械的驱动装置，提供控制装置，该控制装置配置成使得建筑机械上的参考点(R)沿设定的目标行进路径运动。控制装置致动驱动装置的各个部件或集合体，使得建筑机械沿着设定的行进路径运动，行进路径例如可以通过笛卡尔坐标系中的笛卡尔坐标、或极坐标系中的极坐标、或者方向规定和里程来描述。控制装置可以是建筑机械的中央控制装置的部件，控制程序在该控制装置上运行，以便致动建筑机械的各个部件或组件。例如，控制装置可以包含可编程逻辑控制器(PLC)，其可以包括微控制器。

[0018] 在正常操作中，使用全球导航卫星系统(GNSS)控制建筑机械，使得建筑机械上的参考点(R)沿着设定的目标行进路径以高精度水平运动。使用GNSS控制建筑机械可以包括平面中的控制和高度控制。然而，也可以使用地面系统(全站仪)来控制高度。使用GNSS控制建筑机械还可以包括评估由基站接收的校正信号。这种控制属于现有技术。

[0019] 根据本发明的建筑机械提供一种控制模式，其中不基于来自全球导航卫星系统的卫星信号来控制建筑机械。该控制模式在下文中被称为全站仪控制模式。

[0020] 只要导航卫星系统接收器接收到具有足够质量的卫星信号，就可以仅使用GNSS来控制建筑机械。否则，也可以在没有GNSS的情况下控制建筑机械，可以进行该控制直到卫星信号再次以足够的质量被接收。但是，无论卫星信号的质量如何，都可以采用全站仪控制模式控制建筑机械。可以随时切换到或退出此控制模式。

[0021] 根据本发明的建筑机械的位置确定装置的特征在于反射器和全站仪接收器，所述反射器用于通过全站仪进行光学测量，其反射由全站仪发射的光束，所述全站仪接收器用于接收由全站仪的发射器发出的全站仪数据。全站仪的立足点位于建筑机械附近，使得全站仪数据接收器可以在建筑机械前进时接收全站仪数据。全站仪数据可以是在基于全站仪的坐标系中或在独立于全站仪的坐标系中描述反射器的位置的数据。反射器的位置可以由测量方向和距离的全站仪确定，方向测量可以包括测量水平角度和垂直角度。因此，全站仪数据可以是描述反射器的方向和距离的数据。然而，全站仪数据也可以是仅描述方向或仅描述位置的数据。可以由全站仪数据接收器接收和评估所有数据。

[0022] 另外，位置确定装置还具有存储器单元。结果是，存储导航卫星系统位置数据和全站仪数据以便进一步评估，所述导航卫星系统位置数据是在从全球导航卫星系统接收卫星信号时，当建筑机械在建筑机械的特定位置或在特定时间点前进时确定的。

[0023] 位置确定装置的处理器被配置如下：为了准备全站仪控制模式(在该模式中，不基于来自全球导航卫星系统的卫星信号来控制建筑机械的位置)，根据建筑机械处于不同位置下确定的导航卫星系统位置数据和全站仪数据来计算在独立于建筑机械的坐标系中的全站仪的立足点位置和取向，所述全站仪数据用于描述建筑机械在不同位置处时反射器的方向和/或距离，该全站仪数据由接收器接收。因此，当仍然以足够的质量接收卫星信号时，在独立于建筑机械的坐标系中计算全站仪的立足点位置和取向，并且可以使用GNSS来确定建筑机械的位置。由于现在已知全站仪的立足点和取向，因此全站仪被限定在独立于建筑机械的坐标系中，这通常被称为“校准”。在这种情况下，“校准”全站仪意味着将基于全站仪的坐标系(其通常是极坐标系)与独立于建筑机械的坐标系(其通常是笛卡尔坐标系)对准。在数学术语中，确定两个坐标系之间的转换参数。这要求当建筑机械进一步前进时，全站仪的立足点和取向在独立于建筑机械的坐标系中保持不变。

[0024] 如果卫星信号接收器不再接收到具有足够质量的卫星信号，则可以在全站仪控制模式下来控制建筑机械。在全站仪控制模式下，可以从全站仪的立足点位置和取向以及由全站仪测量的反射器相对于全站仪的位置(方向和位置)来确定建筑机械上的参考点在独立于建筑机械的坐标系中的位置。建筑机械上的参考点的位置可以在全站仪的处理器或建筑机械的位置确定装置的处理器中确定，或者在这两个处理器中确定，这需要在建筑机械和全站仪的处理器之间进行单向或双向数据交换。

[0025] 当全站仪在独立于建筑机械的坐标系中的立足点位置和取向已知时，就可以在独立于建筑机械的坐标系中限定可完全自动操作的已知全站仪。可以在建筑机械上的位置确定装置的处理器中计算全站仪的立足点位置和取向。当在建筑机械上计算全站仪的位置和取向时，可以将相应的数据发送到全站仪。数据可以通过建筑机械上提供的发射器发送到全站仪上提供的接收器。当全站仪被“校准”时，全站仪可以将建筑机械上的参考点在独立于建筑机械的坐标系中的位置发送至建筑机械。然后，可以基于反射器的方向和距离(位置)计算建筑机械上参考点的位置，在全站仪控制模式下，由全站仪在独立于建筑机械且不对应于全站仪坐标系的坐标系中测得所述反射器的方向和距离(位置)。

[0026] 反射器在建筑机械上的位置限定建筑机械上的参考点。也可以基于任何其他参考点来控制建筑机械，所述任何其他参考点的坐标可基于建筑机械的已知几何形状而从反射器的坐标计算得出。

[0027] 在全站仪控制模式下，控制装置基于在全站仪控制模式下确定的建筑机械上的参考点的位置来致动驱动装置，使得建筑机械上的参考点沿着设定的目标行进路径运动。

[0028] 可以使用大地测量中已知的方法，通过来自不同连接点处的全站仪的测量值来计算全站仪的立足点位置和全站仪的取向。由于全球导航卫星系统，连接点的坐标是已知的。原则上，为了能够通过连接点的已知坐标来确定立足点的坐标，由全站仪仅在两个不同的连接点处进行测量以确定立足点就已足够。但是，为提高精度也可以采用两个以上的点。如果在两个以上的连接点处存在测量值，则还可以使用超定转换(例如赫尔默特转换，Helmert transformation)来计算全站仪的立足点。如果执行多个不同的测量，也可以得到测量结果的平均值，或者也可以使用大地测量中用于评估测量结果的其他已知方法来确定位置。

[0029] 位置确定装置的一个实施例设置成在建筑机械运动期间对全站仪的立足点位置和取向进行持续的(滚动的)计算，以便能够使用不同的测量值连续地重新计算全站仪的立足点和取向。结果，当全站仪相对于建筑机械的位置改善时，例如建筑机械与全站仪的距离减小时，精度可以提高。在该实施例中，位置确定装置的处理器被配置成使得用于确定全站仪在独立于建筑机械的坐标系中的立足点位置和取向的全站仪数据被输入到存储器单元中，在建筑机械运动期间，在不同时间点的连续测量中，以持续的方式计算全站仪的立足点位置和取向。

[0030] 位置确定装置的一个特定实施例设置成，在地形中在建筑机械的不同位置处进行两次测量，以便确定全站仪的立足点和取向。在该实施例中，处理器配置成基于以下各项来计算全站仪的立足点位置和取向：在独立于建筑机械的坐标系中描述在建筑机械采用的第一位置处的建筑机械上的参考点的导航卫星系统位置数据、在独立于建筑机械的坐标系中描述在建筑机械采用的第二位置处的建筑机械上的参考点的导航卫星系统位置数据、以及描述反射器在第一位置和第二位置处的方向和距离的全站仪数据。

[0031] 可以在极坐标系或笛卡尔坐标系中描述全站仪的立足点位置和取向，或者可以在这些坐标系之间进行变换。可以使用大地测量中已知的自由设站(free stationing)的方法来进行基于两次测量的全站仪的立足点和取向的计算。

[0032] 在该实施例中，位置确定装置的处理器基于两个不同地点处的测量来配置，以使得可基于以下各项来计算全站仪的立足点位置和取向：由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系中的、朝向建筑机械的反射器的方向以及全站仪的立足点与建筑机械采用的第一位置处的反射器之间的距离；由全站仪测量的、在独立于建筑机械的卫星导航坐标系中的、朝向建筑机械的反射器的方向以及全站仪的立足点与建筑机械采用的第二位置处的反射器之间的距离；以及在第一位置和第二位置处的导航卫星系统位置数据。

[0033] 第一位置和第二位置应该彼此相距一段距离，该段距离足以保证测量的准确性。方向测量可以包括水平方向和垂直角度的测量。

[0034] 在另一实施例中不需要距离测量，其在建筑机械的至少三个不同位置处提供测量。在该实施例中，单独测量水平角度和可选地测量垂直角度对于位置确定是足够的。全站仪的位置和取向可以使用大地测量中已知的后方交会(resection)的方法来确定。

[0035] 根据本发明的建筑机械的控制装置可以采用各种方式设计。在一个实施例中，控制装置被配置成使得驱动装置以这样的方式致动：使得由目标行进路径描述的目标位置与建筑机械上的参考点的实际位置之间的距离最小。该控制还可以基于方向差，所述方向差由目标方向和建筑机械的实际方向之间的目标行进路径来描述。

[0036] 自推进式建筑机械可以是路面铣刨机、再生机、路拌机、或表面采矿机(其作业装置具有配备有铣刨或切割工具的铣刨/切割辊)，或可以是滑模式摊铺机(其作业装置具有用于模制可流动材料的装置)，或可以是路面整修机(其作业装置具有用于使材料成形的整平板)。附图说明

[0037] 在附图中：

[0038] 图1是路面铣刨机的实施例的侧视图；

[0039] 图2是滑模式摊铺机的实施例的侧视图；

[0040] 图3是对于本发明必不可少的必建筑机械的部件和全站仪的示意图；以及

[0041] 图4是建筑机械、卫星导航系统和全站仪的简化示意图。

具体实施方式

[0042] 图1是作为自推进式建筑机械1的示例的路面铣刨机的侧视图。由于路面铣刨机本身属于现有技术，因此在此将只描述对于本发明而言必不可少的建筑机械的部件。

[0043] 路面铣刨机具有机器框架2，机器框架2由底盘3支撑。底盘3具有两个前部可转向行走机构4A和两个后部可转向行走机构4B，两个前部可转向行走机构4A紧固到前部升降柱5A上，两个后部可转向行走机构4B紧固到后部升降柱5B上。路面铣刨机的作业方向(行进方向)由箭头A表示。行走机构4A，4B和升降柱5A，5B是用于执行平移和/或旋转运动的路面铣刨机的驱动装置的一部分。驱动装置还优选地包括用于行走机构4A，4B的液压驱动器(未示出)和内燃机(未示出)。路面铣刨机可以利用行走机构4A，4B向前和向后运动。通过升高和降低升降柱5A，5B，机器框架2可以相对于地面在高度和倾斜度方面运动。因此，路面铣刨机具有三个平移自由度和三个旋转自由度。路面铣刨机具有用于改变地形的作业装置。在这种情况下所述装置是铣刨装置6，其包括装配有铣刨工具的铣刨辊6A。

[0044] 图2是没有输送装置的滑模式摊铺机的侧视图，其作为自推进式建筑机械1的另一个示例，该摊铺机在EP 1 103 659B1中有详细描述。滑模式摊铺机1还具有机器框架2，机器框架2由底盘3支撑。底盘3还具有前部可转向行走机构4A和后部可转向行走机构4B，前部可转向行走机构4A紧固到前部升降柱5A上，后部可转向行走机构4B紧固到后部升降柱5B上。滑模式摊铺机具有用于模制混凝土的装置6，其在下文中被称为混凝土槽。混凝土槽6是用于在地形上构建预定形状的结构的作业装置，并且可以与机器框架2一起升高或降低。

[0045] 图3是对本发明必不可少的建筑机械的部件的高度简化示意图。类似的部件具有相同的附图标记。

[0046] 建筑机械1通过使用卫星导航系统(GNSS)进行自动控制。这种控制是现有技术的一部分。用于致动建筑机械1的驱动装置8(仅示意性地示出)的控制装置7致动驱动装置，使得建筑机械上的参考点R沿着特定的行进路径W运动，即在行进路径上或在距行进路径的一定距离(偏移)处运动。参考点R可以是建筑机械上的任何期望的点。

[0047] 控制装置7被配置成使得驱动装置8以下述方式致动：使得由目标行进路径描述的目标位置Psoll与建筑机械1上的参考点R的实际位置Pist之间的距离d最小。为此目的，控制装置7相应地致动建筑机械的可转向的行走机构4A，4B和提升缸5A，5B。图3在图的右半部分的放大视图中示出实际位置Pist与目标位置Psoll的偏差d。在图的左半部分上的建筑机械1上的参考点R位于目标行进路径W上。

[0048] 建筑机械1上的参考点R的目标位置Pist通过位置确定装置9使用GNS系统来确定，该位置确定装置9具有至少一个导航卫星系统接收器10和处理器11，所述至少一个导航卫星系统接收器10布置在建筑机械上，用于接收来自GNSS的卫星信号，所述处理器11用于评估卫星信号，以便确定用来描述建筑机械上参考点位置的导航卫星系统位置数据。导航卫星系统接收器10接收基于全局坐标系的卫星信号，以便能够在独立于建筑机械的所述坐标系中确定建筑机械上的参考点R。

[0049] 提供接口12以便输入数据，借助于该输入数据来描述目标行进路径W。接口12例如可以是USB接口、根据蓝牙标准的接口、红外接口或LAN或WLAN。还可以借助于数据驱动提供接口12，以便使得接口12可以使用任何期望的数据载体输入数据。提供存储器13以便存储经由接口输入并且通过其描述目标行进路径W的数据。存储器13例如可以是计算机的主存储器，RAM(随机存取存储器)或闪存，或其他已知类型的存储器。

[0050] 此外，位置确定装置9具有用于反射由全站仪T发射的光束的至少一个反射器14(棱镜)以及用于接收全站仪数据的全站仪数据接收器15。反射器14可以在与建筑机械上的参考点R不同的任何期望的参考点处布置在机器框架2上。在本实施例中，为了简单起见，假设反射器的参考点对应于参考点R。测量值由全站仪T完全自动确定，全站仪数据由全站仪发射并由位置确定装置9的全站仪数据接收器15接收，该全站仪数据可包含反射器相对于全站仪的方向和/或距离。方向测量可以包括测量水平角度和垂直角度。

[0051] 在坐标系X，Y，Z中描述参考点R位置的导航卫星系统位置数据和全站仪数据存储在位置确定装置9的存储器16中。接口12和位置确定装置9还可以具有公共存储器。

[0052] 位置确定装置9的处理器11可以是CPU(未示出)的部件或建筑机械的控制装置。处理器11例如可以具有通用处理器、用于连续处理数字信号的数字信号处理器(DSP)、微处理器、专用集成电路(ASIC)、由逻辑元件(FPGA)或其他集成电路(IC)或硬件部件构成以便执行下面描述的位置确定的处理操作的集成电路。为了执行方法步骤，数据处理程序(软件)可以在硬件部件上运行，以便执行各个方法步骤。

[0053] 图4示出建筑机械1在独立于建筑机械的坐标系中的运动，并且示出了GNSS和全站仪T。建筑机械沿目标行进路径W运动，目标行进路径W也被称为轨迹。轨迹可以是三维空间曲线或平面中的路径曲线。空间曲线或路径曲线在远离施工现场的办公室中确定，并经由接口12输入到控制装置7中。在本实施例中，假设附图平面中所示的目标行进路径W(轨迹)是由坐标系(X，Y，Z)中的一系列目标位置(x，y，z)描述的路径曲线。

[0054] 在建筑机械1运动期间，位置确定装置9以持续的方式确定建筑机械上的合适参考点的实际位置(x，y，z)。在本实施例中，为了简单起见，仅建立建筑机械上的单个参考点R。建筑机械的实际位置Pist以持续的方式与目标位置Psoll进行比较。控制装置7致动驱动装置
8，使得实际位置和目标位置之间的偏差d最小。该控制需要从GNSS接收GNSS信号(图1)。

[0055] 位置确定装置9的反射器14也在合适的参考点处位于建筑机械1上。在本实施例中，为了简单起见，建立用于全站仪T的建筑机械1上的公共参考点R，该公共参考点R适于导航卫星系统接收器10和反射器14。然而，也可以建立不同的参考点。如果建立不同的参考点，则可以从另一参考点的坐标确定一个参考点的坐标，因为机器框架2上的参考点的位置是已知的。

[0056] 导航卫星系统位置数据(在下文中被称为GNSS数据)在第一时间点t1和第二时间点t2输入到位置确定装置9的存储器16中，建筑机械的参考点R在该第一时间点t1位于第一位置(x1，y1，z1)，建筑机械的参考点在第二时间点t2位于第二位置(x2，y2，z2)，以便稍后计算全站仪T在坐标系(X，Y，Z)中的立足点S的位置(xN，yN，zN)和取向(O)。此外，在第一位置(x1，y1，z1)或在第一时间点t1由全站仪T测得朝向反射器14的方向和距反射器的距离a1，在第二位置(x2，y2，z2)处或在时间点t2由全站仪T测得朝向反射器14的方向和距反射器的距离a2。在三维空间曲线的情况下，方向测量包括水平角度Hz和垂直角度V。就仅在平面中的视图而言，水平角度Hz的测量是足够的。所述测量值构成全站仪数据，其由全站仪数据接收器15接收。第一位置和第二位置在下文中也被称为第一连接点A1和第二连接点A2。适于第一连接点A1和第二连接点A2的全站仪数据存储在存储器16中。基于GNSS测量已经确定第一连接点A1和第二连接点A2在独立于建筑机械的坐标系X，Y，Z中的坐标。

[0057] 为了计算全站仪T的立足点坐标和取向，处理器11从存储器16中读出存储的卫星导航系统位置数据和全站仪数据。处理器11从两个连接点A1和A2的已知坐标和全站仪数据(即，在连接点A1处测得的水平角HZ1、垂直角V1和距离a1、在连接点A2处测得的水平角HZ2、垂直角V2和距离a2、第一连接点A1的已知坐标(x1，y1，z1)和第二连接点A2的已知坐标(x2，y2，z2))计算出全站仪T的立足点S在独立于建筑机械的GNS系统的坐标系(X，Y，Z)中的坐标(xN，yN，zN)和取向方向。

[0058] 处理器11被配置成利用已知为自由设站的三角法来计算全站仪T的立足点S的坐标(xN，yN，zN)。具体地，位置确定可以使用已知为后方交会的方法进行。全站仪的立足点的坐标和取向也存储在存储器16中。

[0059] 在建筑机械沿目标行进路径W运动期间，可以在更多连续位置(x3，y3，z3；……；xn，yn，zn)或者在另外的不同的时间点(t3，……，tn)下计算全站仪的立足点S和取向，以便重新计算每种情况下的立足点和取向。然后可以用重新计算的值替换先前计算的立足点位置和取向。

[0060] 如果为位置确定实施合适的算法，则全站仪T只需要进行角度测量而不是距离测量。例如，通过后方交会，可以通过在使用已知坐标在三个连接点处测量从立足点观察的水平角度来确定立足点的坐标。为了确定全站仪T的立足点位置和取向，在三个不同的时间点t1，t2，t3下的三个不同位置(x1，y1，z1；x2，y2，z2；x3，y3，z3)(即连接点A1，A2，A3)处的至少三次测量中，由全站仪测量建筑机械上的参考点R的至少水平角度，并且将在三个连接点处确定的全站仪数据存储在存储器16中。使用GNSS确定参考点R的位置(x1，y1，z1；x2，y2，z2；x3，y3，z3)。然后根据(平面)后方交会的方法确定全站仪T的立足点S的位置和取向O。

[0061] 位置确定装置9可以基于给定的卫星星座连续地检查位置计算的统计质量。如果卫星信号的统计质量不足，则可以基于下文描述的另一种控制模式进行控制。

[0062] 假设在时间点t4下，建筑机械位于卫星信号的统计质量不再足够的区域中。该区域在图4中用排线表示。现在不再使用GNSS确定建筑机械1在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的当前位置，而是基于先前确定的全站仪T的立足点S的位置和取向O以及相对于全站仪T的已知立足点S和已知的取向O的建筑机械的当前位置。全站仪T测量全站仪T的立足点S与建筑机械上的反射器14(参考点R)之间的距离a4以及水平角度HZ和可选的垂直角度V，从而以已知的方式进行位置确定。获知先前确定的全站仪T的立足点S位置和取向O使得可以将数据从基于全站仪T的坐标系(X'，Y'，Z')转换到独立于建筑机械的GNSS坐标系(X，Y，Z)。

[0063] 建筑机械的位置确定所需的处理操作可以在建筑机械的处理器11或全站仪的处理器中或在两个处理器中执行。

[0064] 在一个实施例中，假设处理操作在建筑机械的处理器11中执行。在这种情况下，包含建筑机械在基于全站仪T的坐标系(X'，Y'，Z')中的位置的全站仪数据由全站仪T发送到建筑机械1并由全站仪数据接收机15接收。基于所述全站仪数据和先前确定的全站仪T的立足点S在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置(xn，yn，zn)和取向O，处理器11然后在不使用GNSS的情况下计算建筑机械上的参考点R在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置。

[0065] 在建筑机械运动期间，不断以连续的方式或以特定的时间间隔确定建筑机械1的实际位置Pist，该时间间隔预期足够短以进行精确控制。然后，控制装置7致动驱动装置8，使得实际位置Pist和由目标行进路径W的数据指定的目标位置Psoll之间的偏差d最小。一旦再次给出具有足够质量的卫星信号，就可以从全站仪控制模式切换到正常操作的控制模式，其中在正常操作的控制模式中使用GNSS确定建筑机械的实际位置Pist。该切换可以根据预定的质量标准自动进行。

[0066] 在下文中，描述了替代实施例，其要求全站仪具有其自己的合适处理器，该处理器允许全站仪的“校准”。图3是这种全站仪T的示意图。全站仪T具有处理器17和发射器18以及接收器18'。在替代实施例中，建筑机械不仅具有全站仪数据接收器15，而且还具有发射器15'。建筑机械的发射器15'在图3中以虚线表示。结果，在建筑机械和全站仪之间可以进行双向数据传输。由建筑机械的处理器11计算的全站仪T的立足点S的位置(xN，yN，zN)和取向O通过建筑机械的发射器15'发送到全站仪T的接收器18'。全站仪T的处理器17被配置如下：
基于包含全站仪T的立足点S的位置(xN，yN，zN)和取向O的位置(xN，yN，zN)的发送数据，并且基于反射器14的方向和距离的测量，全站仪计算描述反射器在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中的位置的全站仪数据。当在全站仪控制模式下建筑机械的位置由“校准的”全站仪T确定时，发射器18将全站仪数据发送到全站仪T，该数据不在基于全站仪T的坐标系(X'，Y'，Z')中描述建筑机械上的参考点R，而是在独立于建筑机械的坐标系(X，Y，Z)中描述建筑机械上的参考点R。所述数据由建筑机械的全站仪数据接收器15接收。然后，控制装置7致动驱动装置8，使得参考点R沿目标行进路径W运动。

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