控制林业机械的方法及控制布置结构

发明背景

本发明涉及林业机械，并且具体地涉及对林业机械的控制。

一般来说，林业机械必须以可靠的、有效的且通用的方式工作。林业机械及其操作也不应对例如余留的树木、收获的树木、机械本身或机械附近的其他物体造成风险或损害。

发明内容

因此，本发明的目的是开发一种用于控制林业机械的新型解决方案。根据本发明的布置结构的特征在于独立权利要求中所公开的内容。在从属权利要求中公开了本发明的一些实施方式。

在本布置结构中，林业机械被控制，该林业机械包括本体、与本体连接的悬臂以及位于悬臂的端部处的工具。传感器布置结构预先确定从悬臂的端部开始的可用自由空间的大小。该确定包括确定自由空间的方向和长度。允许工具在预先确定的可用自由空间的方向和长度上操作。这种布置结构有助于避免使用工具所造成的影响，例如，可以避免损坏外部物体、比如直立的树木。同样，不会对附近的人员或车辆造成危险。此外，避免了对林业机械、林业机械的工具以及所搬运的树木的损坏。提前确保工具操作的安全空间。对工具的控制进一步以平稳、简单和可靠的方式实现。借助于该布置结构，可以使林业机械的工具的操作增强为更快、更安全且更可靠。现在，不是先向工具发出向某个方向操作的命令，然后再检查此方向是否有自由空间，而是预先确定自由空间的方向和长度，当发出在自由空间的方向和长度上操作的命令时，该命令就可以在没有因检查安全操作而造成延误但仍然是以安全的方式的情况下实现。

林业机械可以是例如收割机、转运机、驱动机械或者转运机和收割机的组合等。

工具可以是例如收割机头部或抓握部。工具的操作可以包括切割和砍伐树木、修剪树木、将树木在工具中沿其纵向方向进给以及/或者通过使悬臂端部移动来使工具移动。关于修剪，树干通常在收割机头部中沿纵向方向进给。也可以在不修剪树干的情况下进给树干，例如，当树木已经被修剪过，或者树是例如仅在其顶部有树枝的松树时。当移动工具时，该工具可以包括例如被该工具抓握的树干。

传感器布置结构可以包括以下各者中的一者或更多者：激光雷达、相机、雷达、热成像照相机、超声波传感器。此外，传感器布置结构可以包括利用定位布置结构和地图系统。然后，例如可以通过精确定位来定位悬臂端部，并且通过地图系统确定可用自由空间。此外，传感器布置结构可以包括信标，并且可观察物体可以包括例如通过使用蓝牙与信标通信的装置。然后，通过装置信号定位装置的位置，从而定位可观察物体的位置。

除了自由空间的方向和长度之外，如果需要的话，还可以确定其宽度，特别是在横向方向上在通过抓取器提升树干时。

根据实施方式，为工具的操作确定距悬臂的端部的自由空间的最小要求。如果可用自由空间的尺寸至少等于最小要求，则允许工具按照最小要求操作。然后，该工具至少可以按最小要求操作，也就是说，可以启动该任务。

在砍伐时，最小要求是例如通过传感器布置结构、树干评估算法或一些其他方式确定的树木的长度。在修剪时，如果仅存在一点自由空间，则可以仅将树干进给一小段距离。因此，修剪的最小要求可以是树干长度的一部分、例如小于树干长度的50％。

根据实施方式，除了距悬臂的端部的自由空间的最小要求外，还确定工具操作的最大要求。如果可用自由空间的大小小于最大要求，则至多允许工具在可用自由空间的方向和长度上操作。在这种情况下，即使不存在符合最大要求的可用自由空间，在某种程度上仍有可能执行任务。在此之后，可用自由空间的大小可以例如通过使悬臂端部移动来增大。然后，可以允许工具在增大的可用自由空间的方向和长度上操作。以这种方式，整个操作可以快速地、安全地、灵活地执行。

例如在修剪时，尽管没有整个树干所需大小的自由空间，也可以将树干进给至自由空间的范围内。在此之后，例如可以使悬臂端部移动并获得更多的自由空间。一旦获得更多的自由空间，收割机头部就可以自动继续进给。在实施方式中，树干的粗端然后可以保持就位。

根据实施方式，更新可用自由空间的大小，使得当悬臂端部与阻止操作的物体之间的距离减小时，可用自由空间的大小减小；并且当悬臂端部与阻止操作的物体之间的距离增大时，可用自由空间的大小增大。这就是如何以灵活的方式操作，并且在给定的时刻尽可能有效地利用可用自由空间。

阻止操作的物体可以是以下各者中的一者或更多者：直立的树木、石头、车辆、建筑物、人、电力线、林业机械本身、另一林业机械、工作机械或动物。

当物体比如人或车辆移动并且物体相对于悬臂端部移动时，悬臂端部与阻止操作的物体之间的距离可以减小或增大。

当悬臂端部相对于就位或移动的物体移动时，悬臂端部与阻止操作的物体之间的距离可以减小或增大。

附图说明

现在结合一些实施方式并参照附图对本发明进行更详细的描述，在附

图中：

图1示出了林业机械；

图2示出了另一林业机械；

图3示出了砍伐之前的林业机械的俯视图；

图4示出了砍伐之后的图3的布置结构；

图5示出了修剪过程中的图4的布置结构；

图6示出了在将树木移动之后的图5的布置结构；

图7示出了在修剪结束时的图6的布置结构；

图8示出了林业机械的控制方法的框图；以及

图9示出了林业机械的另一控制方法的框图。

具体实施方式

参照图1和图2，图1和图2示出了林业机械。林业机械1可以是例如林业工作单元比如如图1中的转运机、如图2中的收割机，或者一些其他的林业机械、比如另一类型的适于承载载荷的驱动机械，或者转运机和收割机的组合。

工作机械1的本体2可以包括一个或更多个本体部分和布置至至少一个本体部分的悬臂3。在本说明书中，术语悬臂3也用于指包括多于一个悬臂的悬臂结构。

林业机械1还包括布置至悬臂3的工具4。该工具可以包括例如提升构件比如装载斗或抓具和/或木材处理工具比如收割机头部。林业机械1可以是本体转向的，并且林业机械1可以包括至少两个本体部分。

根据实施方式，林业机械1还可以包括其它结构元件。例如，林业机械1可以包括布置至至少一个本体部分的控制舱5。林业机械1还可以包括移动装置13，移动装置6可以包括以下各者中的至少一者：布置在轴上的车轮、布置在摆动轴上的车轮、布置在串联轴上的车轮、轨道系统或一些其他已知的用来控制林业机械相对于其工作表面移动的装置。对于本领域技术人员来说将明显的是，根据林业机械1的类型，林业机械1通常还可以包括许多附加结构和功能结构部分和实体，比如装载空间7、动力源8等。

林业机械1可以包括传感器9，该传感器9以用于确定从悬臂3的端部开始的可用自由空间的大小的传感器布置结构来操作。传感器9可以是以下各者中的一者或更多者，例如：激光雷达、相机、雷达、热成像相机、超声波传感器。传感器9可以如图1中所示布置至悬臂3。传感器9可以例如位于悬臂3的端部处。此外，如图2中所示，传感器9可以布置在例如工具4中。在林业机械1中，也可以将传感器9布置在一些其他合适的地方。

传感器9既可以位于悬臂3的端部，又可以确定可用自由空间。此外，林业机械1的其他传感器和控制系统可以定位悬臂3的位置，并且传感器9确定可用自由空间。然后，控制系统组合来自不同传感器或检测器的数据，并且确定从悬臂3的端部开始的可用自由空间的大小。

用于确定从悬臂3的端部开始的可用自由空间的大小的传感器布置结构也可以在没有传感器9的情况下实现。在这种情况下，传感器布置结构可以包括利用定位布置结构和地图系统。然后，例如，可以通过精确定位来定位悬臂3的端部，并且通过地图系统来确定可用自由空间。

传感器9和地图系统两者可以观察和定位阻止操作的物体12中的固定的物体比如树木、石头、建筑物和电力线。传感器9还可以观察和定位阻止操作的物体12中的移动的物体比如车辆、人、作业机械或动物。

图3示出了林业机械1的收割机头部在开始砍伐之前抓住了树木10的树干10a的粗端的情况。传感器布置结构确定在方向A上存在可用自由空间11a，并且在方向B上存在可用自由空间11b。

树木10的长度例如通过传感器布置结构、树干评估算法或一些其他方式来确定。树木10的长度决定了可用自由空间的长度的最小要求。方向B上的可用自由空间11b的长度小于最小要求，由此防止将树木10砍伐到方向B上，或者至少通知林业机械的操作者在方向B上没有足够的可用自由空间。相反，方向A上的可用自由空间11a的长度至少等于最小要求。因此，林业机械1被允许将树木10砍伐在方向A上，这是图4所示出的情况。

如果在任何方向上都没有足够的可用自由空间，则可以阻止林业机械1砍伐树木，并且将情况通知给林业机械1的操作者。然后，可以允许林业机械1的操作者发出解除对操作的阻止的命令并继续砍伐树木。林业机械1的操作者至少得到可用自由空间的大小不足的通知，即使不阻止工具4的操作。

一种选择是增大可用自由空间的大小。增大可用自由空间的大小可以例如通过移动阻止操作的物体12或者通过物体12移动自身而发生。另一方面，可用自由空间的大小也可以通过移动悬臂3的端部来增大。与砍伐树木有关，这可能意味着砍伐另一棵树木。这颗树木可以是阻止砍伐前一棵树木的物体12，由此可以恢复对前一棵树木的砍伐。

在砍伐树木10之后，从树干10a上修剪树枝10b。在修剪中，对于可用自由空间的长度的最小要求通常不是树木10的长度，而是可以修剪树干10a的某一较短的距离。因此，可以执行修剪使得收割机头部将树干10a沿方向B进给到可用自由空间11b中。

在一些情况下，修剪的最大要求可以几乎是树干10a的长度。然而，可用自由空间的大小不必等于这个最大要求。如果可用自由空间小于最大要求，则至多允许在可用自由空间的长度和方向上操作工具。这在最终出现图5所示的情况之前已经完成了。

在图5的情况下，可以例如通过使悬臂3的端部移动来增大可用自由空间的大小，从而结束于图6中所示出的情况。

在此之后，允许收割机头部继续其操作，使得通过将树干10a沿增大的可用自由空间11b的方向进给来修剪树木10。可以在可用自由空间的长度上持续进给。如果长度足以满足最大要求，则树干10a在此步骤中可以被切割成如图7中所图示的期望的长度。

如果可用自由空间11a在方向A上的长度很长，则即使在图4所示出的情况下也可能通过使悬臂3沿方向A移动来增大可用自由空间11b在方向B上的长度。仍优选的是，首先通过利用方向B上的自由空间11b来进行一些修剪，因为然后位于悬臂3的端部处的树木10以图5中所图示的方式更加平衡地设置在收割机头部中。

代替或者除了通过使悬臂3的端部移动来增大可用自由空间的长度之外，还可以通过移动或移除阻止操作的一个或多个物体12来增加长度。如果固定的物体12足够轻或能够以其他方式容易操作，则可以将其移除或移动。移动的物体12可以被导引(车辆)或被驱逐(动物)或以其他方式转移。

可用自由空间的大小可以通过下述情况更新：当悬臂3的端部与阻止操作的物体12之间的距离减小时，可用自由空间的大小减小；并且随着悬臂3的端部与阻止操作的物体12之间的距离增大，可用自由空间的大小增大。这就是如何以灵活的方式操作，并且在给定的时刻尽可能有效地利用可用的自由空间。因此，可以通过悬臂3的端部的移动和/或阻止操作的物体12的移动、转移或移除引起更新的需要。

传感器9或其他传感器布置结构的数据可以在林业机械1的控制单元13中组合。控制单元13可以设置成控制林业机械1来实现上述操作。

控制单元13可以设置成从林业机械1的控制系统接收控制请求。控制单元13可以接收例如对工具4进行操作的控制请求。控制单元13可以验证工具4是否有操作的空间，即在工具4的控制请求所表达的方向和长度上是否存在可用自由空间。如果工具4在期望的方向和期望的长度上存在自由空间，则控制单元13可以设置成允许工具4在预先确定的可用自由空间的方向和长度上操作；如果不存在自由空间，则控制单元13可以设置成向林业机械的操作者发出通知或警告。然后，林业机械的操作者可以经由控制系统向控制单元13输入命令以解除对操作的阻止，在此之后，控制单元13可以设置成允许工具的操作。

在实施方式中，控制单元13可以设置成为工具4的操作确定距悬臂3的端部所需的自由空间的最小要求。作为对可用自由空间的尺寸至少等于最小要求的响应，控制单元13可以设置成允许工具4按最小要求操作。

在实施方式中，控制单元13也可以设置成为工具4的操作确定距悬臂3的端部所需的自由空间的最大要求。如果可用自由空间的大小小于最大要求，则控制单元仍然可以设置成允许工具4的操作，但是然后最多可以在该可用自由空间的方向和长度上操作。控制单元13可以然后或同时进一步设置成例如通过控制悬臂3的端部的移动来增大可用自由空间的大小。

在实施方式中，控制单元13可以设置成更新可用自由空间的大小，使得当悬臂3的端部与阻止操作的物体12之间的距离减小时，控制单元13设置成使可用自由空间的大小减小；并且当悬臂3的端部与阻止操作的物体12之间的距离增大时，控制单元13设置成使可用自由空间的大小增大。

控制单元13设置成允许工具4的操作的事实意味着控制单元13向工具4发送用以根据控制请求进行操作的控制命令；控制单元13不允许工具4的操作意味着控制单元13不发送为了使工具4操作的控制命令。相反，控制单元可以设置成向给林业机械1的操作者发出关于可用自由空间的大小不足以执行期望的操作的通知。控制单元13可以设置成同时询问操作者，操作者是否希望尽管可用自由空间的大小不足以执行期望的操作但仍执行操作，也就是说，操作的阻止被忽略。

图8示出了控制林业机械的方法。首先，在框100中确定可用自由空间的大小。框110确定所需的自由空间的最小要求。框120检查可用自由空间的大小是否至少等于确定的所需自由空间的最小要求。如果可用自由空间的大小大于确定的所需自由空间的最小要求，则基于框130允许工具4至少按最小要求操作。

如果可用自由空间的大小小于确定的所需自由空间的最小要求，则框140检查可用自由空间的大小是否可以增大。如果可用自由空间的大小可以增大，则其基于框150来增大。然后，我们返回到框100，并且如果基于框110和框120的检查，可用自由空间的大小现在大于确定的所需自由空间的最小要求，则基于框130允许工具4至少按最小要求操作。

如果在框140中发现可用自由空间的大小不能增大，则基于框160不允许工具4操作并且/或者向林业机械的操作者发送通知。在此之后，框170检查是否希望解除对操作的阻止。如果希望解除对操作的阻止，则允许工具4基于框130至少按最小要求操作。

在图9中所示出的实施方式中，框100至框170中的操作与图8中所示出的操作对应。另外，框180为工具4的操作确定距悬臂3的端部所需的自由空间的最大要求。框190检查可用自由空间的大小是否至少等于最大要求，并且如果可用自由空间的大小至少等于最大要求，则基于框200允许工具4按最大要求操作。然而，应当注意的是，即使可用自由空间的大小低于最大要求，如果满足框130中设定的操作条件，则基于框130仍然允许工具4至少按最小要求操作。

如果可用自由空间的大小低于最大要求，则框210检查可用自由空间的大小是否可以增大。如果可用自由空间的大小可以增大，则其将基于框220来增大。然后，在框230中更新可用自由空间的大小。如果基于框180和框190的检查，可用自由空间的大小至少等于最大要求，则基于框200允许工具4按最大要求操作。

如果在框210中发现可用自由空间的大小不能增大，则基于框240不允许工具4操作并且/或者向林业机械的操作者发送通知。在此之后，框250检查是否希望解除对操作的阻止。如果希望解除对操作的阻止，则基于框200允许工具4按最大要求操作。应当重申的是，尽管不允许工具4按最大要求操作，但是在满足所讨论的操作条件的情况下，也可以允许工具4至少按最小要求操作。

控制单元13中的计算机程序产品包括计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码被设置成在由处理器执行该程序代码时实现所公开的林业机械的操作或实现这些功能的方法的步骤。控制单元13包括处理装置或处理器。控制单元13可以包括已经收集和存储信息以及正在收集和存储信息的存储器。处理装置可以设置成执行本说明中所公开的处理步骤和/或操作的至少部分处理步骤和/或操作。在实施方式中，处理装置可以适于接收和发送信息和命令。例如，处理装置可以包括可编程逻辑和/或可编程微处理器。处理装置可以形成控制单元13或其一部分。

实施方式包括计算机程序，该计算机程序包括程序代码，当在计算机上执行时，该程序代码执行根据上述实施方式中的任一实施方式的操作。计算机程序可以包括在计算机可读存储介质中，例如包括在非易失性存储器中。

实施方式包括计算机程序产品，该计算机程序产品包括根据实施方式的用于执行上述实施方式中的任一实施方式的功能的计算机程序。

在实施方式中，该设备包括配置成执行在实施方式中描述的功能的处理装置。处理装置可以用作用于执行程序代码的计算机。处理装置可以包括能够执行程序代码的至少一个处理器、存储器和程序平台。

实施方式可以实现为由计算机程序限定的计算机进程。计算机程序可以是源代码格式、目标代码格式或中间格式，并且该计算机程序可以存储在存储介质上，该存储介质可以是能够存储该计算机程序的任何件或设备。例如，计算机程序可以存储在可以由计算机或处理器读取的计算机程序分发介质上。例如，计算机程序分发介质可以包括存储介质、计算机存储器、只读存储器(ROM)、电载波、电信信号以及软件分发包。

在实施方式中，计算机程序产品可以存储在计算机可读介质上并且能够由处理器执行，并且该计算机程序产品可以包括计算机可读程序代码。这种类型的计算机程序产品可以设置成在程序代码由处理器运行时执行上述方法中的步骤中的至少一些步骤。

在实施方式中，林业机械1包括在本说明书和/或图中所公开的控制布置结构中的任一控制布置结构。

本领域的技术人员将发现明显的是，随着技术进步，本发明的基本构思可以以许多不同的方式实现。因此，本发明及其实施方式并不局限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。