CN119486588A 用于控制收割机的悬臂的方法和控制系统 （蓬塞有限公司）

2024.12.30PCT/FI2023/0503902023.06.27WO2024/003451EN2024.01.04一种用于通过梢部控制来控制收割机(1)的定用于收割机(1)的收割机头部(17)的至少一个第一目标位置(23)和至少一个第二目标位置部(17)的第一作业阶段和第二作业阶段的至少一个控制命令使得收割机头部(17)的第一作业阶段在至少一个第一目标位置(23)中执行并且收割机头部(17)的第二作业阶段在至少一个第改变悬臂(11)的至少一个悬臂部件的位置以用于在至少一个第一目标位置(23)与至少一个第二目标位置(24)之间交替地改变收割机头部2确定用于所述收割机的收割机头部的至少一个第一目标位置和至少一个第二目标位产生至少一个控制命令，所述至少一个控制命令用于交替地执行彼此部的至少一个第一目标位置与至少一个第二目标位置之间交替地改变所述收割机头部的所述收割机头部的所述第一作业阶段包括将砍伐的树干通过所述收割机头部进行给所述收割机头部的所述至少一个第一目标位置包括用于被除枝的树枝和/或从所述树目标位置中完成之前，开始将所述收割机头部的位置改变至所述至少一个第二目标位置，并且/或者在所述第二作业阶段在所述至少一个第二目标位置中完成之前，开始将所述收4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，作业阶段和所述第二作业阶段的基本上连续实现来改变所述至少一个第一目标位置和所6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，至少一个控制系统，所述至少一个控制系统用于通过梢部传感器，所述传感器用于确定所述悬臂的悬臂部件的姿态以及所述致动器，所述致动器用于改变所述悬臂的所述悬臂部件的姿至少一个控制器件，所述至少一个控制器件用于产生至少一个控制命令，3个控制命令用于交替地执行彼此跟随的所述收割机头部的第一作业阶段和第二作业阶段，使得所述收割机头部的所述第一作业阶段在所述收割机头部的至少一个第一目标位置中响应于由所述至少一个控制器件产生的至少述收割机头部的至少一个第一目标位置与至少一个第二目标位置之间交替地改变所述收所述收割机头部的所述第一作业阶段包括将砍伐的树干通过所用于对树木进行除枝并且/或者用于对所述树干进行剥皮，并且所述收割机头部的所述第所述收割机头部的所述至少一个第一目标位置包括用于被除枝的树枝和/或从所述树第一作业阶段已经在所述至少一个第一目标位置中完成之前开始将所述收割机头部的位置改变至所述至少一个第二目标位置，并且/或者所述至少一个控制单元配置成在所述第二作业阶段已经在所述至少一个第二目标位置中完成之前控制成开始将所述收割机头部9.根据权利要求7或8所述的控制系统，其特征在于应于所述第一作业阶段和/或所述第二作业阶段在对应的目标位置中的不完全执行，暂停彼此跟随的所述第一作业阶段和所述第二作元配置成基于彼此跟随的所述第一作业阶段和所述第二作业阶段的基本上连续实现来改变所述至少一个第一目标位置和所述至少一个第二目标位置相对4[0002]本发明涉及用于通过利用所谓的梢部控制来控制收割机的悬臂的方法和控制系木的除枝和/或剥皮阶段和切割阶段之间的这种往复转移也给驾驶员带来压力，尽管没有像在树木处理之后移除已经堆积在原木堆中的树枝和树皮碎片给驾驶员带来的压力那样段和第二作业阶段的至少一个控制命令使得收割机头部的第一作业阶段在至少一个第一动地或半自动地改变悬臂的至少一个悬臂部件的姿态以用于在至少一个第一目标位置与至少一个第二目标位置之间交替地改变收割机随地交替的类似例行的作业阶段可以从收割机的操作者的控制转换成自动地或半自动地5[0016]图1是收割机1的示意图，收割机1构成可以应用上述解决方案的移动式林业作业部分3和第二框架部分4经由连杆5彼此连接，使得第一框架部分3和第二框架部分4可以经布置在转向架上的轮、轨道系统或同样已知的用于提供收割机1的移动并可以改变收割机相对于其作业表面或作业环境的移动方向的一些于产生所需的动力以提供收割机1的移动并且用于操作布置1中非常示意性地示出，并且所述控制器件18可以包括一个或更多个可手动控制的控制器和布置在收割机1中的装置的驱动。所述控制单元19可以是例如计算机或包括微处理器或对于本领域技术人员而言明显的一些其他微控制器的一些其他装6[0022]图1的收割机1还包括悬臂9。悬臂9可以支承在例如底盘2或单独的倾斜基部或机器框架的一些其他部分上。驾驶室8和/或悬臂9可以相对于底盘2可折叠和/或可旋转地布[0023]在图1的收割机1中，悬臂9构造成使得具有转盘或反向连杆11的基部10附接至收割机1。转盘或反向连杆11还包括下部环和上部环，上部环设置有齿部并且其通过马达旋最外端部包括上述收割机1的收割机头部17。变幅悬臂15还可以包括能够通过其自身的致动器移动的伸缩延伸部，由此收割机1的所述收割机头部17布置至所述伸缩延伸部的外端[0026]悬臂9还可以被描述为具有作为其连续的悬臂部件的以下部件：待刚性连接至收段的第一悬臂、枢转至第一悬臂的第二悬臂以及可能的位于第二悬臂中的伸缩布置结构。于本领域技术人员而言明显的是，传感器布置结构包括用于确定悬臂9的悬臂部件的姿态和/或运动状态以及用于确定收割机头部17的姿态和/或运动状态的一个或更多个传感器，和/或角速度。悬臂部件和/或收割机头部的姿态和/或运动状态可以独立地确定或与悬臂外端部和外端部中的收割机头部17的期望安置以及可能的期望姿态，以用于执行作业阶7控制单元19被转换成至少一个致动器的影响悬臂9的姿态的至少一个控制措施以及/或者至少一个致动器的影响收割机头部17的姿态的至少一个控制措施。对于悬臂9或收割机头自由度内的、由传感器测量的悬臂部件的姿态和/或收割机头部的姿态和运动状态而使悬找到指导：KinematicControlofRedundantKnuckleBooms,Licentiatethesis,DepartmentofMachineDesign,RoyalInstituteofTechnology,论文，2004年)；Lifgren:KinematicControlofRedundantKnuckleBoomswithAutomaticPath_FollowingFunctions,Doctoralthesis,DepartmentofMachineDesign,RoyalInstituteofTechnology,Stockholm,2009(具有自动路径跟踪功能的冗余转向悬臂的运动学控制，斯德哥尔摩皇家理工学院机械设计系博士论文，2009年)；MikkelM.Pedersen,MichaelR.Hansen,MortenBallebye:DevelopingaToolPointControlSchemeforaHydraulicCraneUsingInteractiveReal_timeDynamicSimulation:Modelling,IdentificationandControl,Vol.31,No.4,2010,pp.133_143,[0029]图2是作业环境21中的收割机1的示意性俯视图。作业环境21包括待由收割机1作木的树枝和/或对树干进行剥皮以及为了将树干切割成原木，在作业环境21中进一步确定收割机1的收割机头部17的第一目标位置23和第二目标位置24。所述第一目标位置23和所述第二目标位置24也在图2中以虚线勾勒的方式示[0030]收割机1的收割机头部17的第一目标位置23是指其目的是对砍伐的树木进行除枝木被除枝的树枝和/或被剥皮的树皮意在保留在所述第一目标位置23的区域中，而基本上8用于将被除枝和/或剥皮的树干的所讨论的部分切割到处于所讨论的第二目标位置24中的示出了用于控制收割机1的悬臂9的收割机1的控制系统。在图2中示意性示出的收割机1的制器件18产生的控制命令CC将悬臂9的梢部控制到所述第一目标位置23中来确定，由此所18可以产生控制命令CC，该控制命令CC将与第一目标位置23相对应的悬臂9的悬臂部件的姿态以及可能的收割机头部17的姿态设定到控制单元19的存储器中，由此将悬臂9的悬臂9的悬臂部件的姿态以及可能的收割机头部17的姿态指示收割机头部17在作业环境21中相9的梢部控制至作业环境21中的目标位置23、24的预期位置并且通过在所讨论的位置中执9[0036]可以在控制单元19中基于从悬臂11的致动器和/或传感器接收到的测量信息Ml来确定悬臂11的悬臂部件的姿态和收割机头部17的姿态。与控制措施结合使用的标号CA_9/17是指这样的事实：所述控制措施可以根据情况仅对影响悬臂9的悬臂部件的姿态的致动交替地执行彼此跟随的收割机头部17的第一作业阶段和第二作业阶段，使得收割机头部1割机头部17的至少一个第一目标位置23与至少一个第二目标位置24之间交替地改变收割机头部17的位置。在框32中产生的控制命令CC在框33中借助于控制单元19被转换成悬臂9的至少一个致动器的至少一个控制措施CA_9/17，以用于在收割机头部17的至少一个第一目标位置23与至少一个第二目标位置24之间交替地改变悬臂9的梢部的位置，直到已经以[0039]在图3和图4所示的解决方案中，用于在收割机1的工作环境21中在两个目标位置之间交替地控制收割机1的悬臂9的梢部的控制命令CC被转换成相对于收割机1自动或半自动地发生的一个或更多个控制措施，使得收割机1的操作者在没有特殊原因的情况下无需干预已经被砍伐的树木的处理，所述一个或更多个控制措施影响悬臂9的悬臂部件的姿态该布置结构还通过减少由于收割机1的操作者可能的控制错误而导致的树枝或树皮碎片堆[0040]当在至少一个第一目标位置23与至少一个第二目标位置24之间自动地改变收割机头部17的位置时，收割机1的操作者在控制收割机头部17抓取下一个要被砍伐的树木之位置23与至少一个第二位置24之间半自动地改变收割机头部17的位置时，收割机1的操作24改变至至少一个第一目标位置23，而操作者仍然不用干预对悬臂9或收割机头部17的控[0041]因此，所提出的解决方案可以减少或完全防止树枝和/或树皮碎片堆积在原木堆[0042]通过利用例如计算机视觉或激光扫描来识别树干中的树枝的数目和/或位置，可不包括树枝并且没有对树干进行剥皮的意图时，可以避免将收割机头部17转移离开原木被剥皮的树皮堆积在与所讨论的第一目标位置23相对应悬臂9的力，特别是在通过收割机头部17发生的树木给送的加速阶段和减速阶段利用由收[0046]通过在正确的时间使用指向悬臂的力，悬臂9的端部沿树木被给送的方向的转移[0048]根据实施方式，响应于第一作业阶段和/或第二作业阶段在对应的目标位置中的于在第一目标位置23和第二目标位置24中被砍伐的树木的树干已经被完全处理之后进行。暂时使用收割机1的暂停不被认为是可以检测到的暂停、例如在缺乏第一作业阶段或第二作业阶段的常规控制措施时被检测到的暂停或由设定收割机1空转运行而检测到的暂停。可以基于观察器件20基于例如计算机视觉和图像识别来检测已经堆积在原木堆中的树枝可以用于检测树枝或树皮碎片相对于其目标位位置基于彼此跟随的第一作业阶段和第二作业阶段的基本上连续实现而相对于彼此改变。在该实施方式中，确定由收割机1在至少一个第一目标位置23中执行的第一作业阶段和在机1不暂停地执行所讨论的作业阶段的时间或持续时间。所述基本上连续实现可以例如在已经堆积在原木堆中的树枝或树皮碎片或者用于将一开始没有堆积在原木堆中的原木转移至原木堆的控制命令CC确定第一作