用于生成带有教学提示的地图的系统的制作方法

1.本公开总体上涉及一种用于生成带有教学提示的地图的系统，并且更具体地，涉及一种用于评价可定量测量机器任务并生成显示任务的地图的系统和方法。


背景技术：

2.机器(例如轮式装载机、拖运卡车、履带式拖拉机、机动平地机、推土机和其他移动机器)用于执行与行业(例如采矿、农业、建筑、运输或任何其他行业)相关联的各种操作。在将操作员定性为专家甚至中级操作员之前可能需要大量培训。
3.机器操作员通常在基于计算机的模拟器中接受培训，并在执行实际工作相关操作之前进行机上培训练习。尽管这些方法可以提供基本级别的操作暴露，但它们可能无法提供使操作员完全准备好与作业现场相关联的实际“真实世界”工作经验的环境。因此，许多缺乏经验的机器操作员可能需要在与机器操作相关联的某些领域进行额外的在职培训。此外，许多有经验的机器操作员可能需要对与一个或多个机器相关联的某些操作技能和/或新技术进行补充培训。因此，可能需要一种用于准确评价机器操作员的表现并提供关于绘图系统的反馈的系统。
4.美国专利第8,682,575号公开了在越野模式下操作导航系统的方法。一个航路点被设置和显示，并且当载具朝着下一个航路点行驶时，多个“面包屑”被丢落或设置。面包屑也显示在载具内的显示器上。结果，载具路径的地图或视觉记录被存储和显示。
5.前面的背景讨论仅仅是为了帮助读者。并非旨在限制本文所述的创新，也不旨在限制或扩展所讨论的现有技术。因此，前面的讨论不应当被认为指示现有系统的任何特定元件不适合与本文所述的创新一起使用，也不旨在指示任何元件对于实现本文所述的创新是必不可少的。本文所述的创新的实现和应用由附带的权利要求限定。


技术实现要素：

6.在一方面，提供了一种用于基于由机器执行的多个操作生成地图的系统，每个操作包括至少一个可定量测量任务。所述系统包括地面接合驱动机构、操作传感器、位置传感器、视觉图像显示装置和控制器。所述地面接合驱动机构可操作地连接到所述机器以围绕路径推进所述机器，所述操作传感器与所述机器可操作地相关联并且配置成确定所述机器的第一操作特性，并且所述位置传感器与所述机器可操作地相关联并且配置成确定所述机器的位置。所述控制器配置成存储第一可定量测量任务的第一操作范围，存储第二可定量测量任务的第二操作范围，基于所述位置传感器确定所述机器的当前机器位置，当所述机器围绕路径推进以执行操作时基于所述操作传感器确定所述机器的第一操作特性，将所述第一操作特性与所述第一操作范围进行比较，以及在所述机器的第一操作特性在所述第一操作范围之外时将第一失败任务的标识与所述当前机器位置一起存储。所述控制器还配置成当所述机器围绕路径推进以执行操作时确定所述机器的第二操作特性，将所述第二操作特性与所述第二操作范围进行比较，在所述机器的第二操作特性在所述第二操作范围之外
时将第二失败任务的标识与所述当前机器位置一起存储，以及在所述视觉图像显示装置上生成并显示所述机器的路径的地图，所述地图包括每个失败任务和在执行失败任务时的其相关联机器位置。
7.在另一方面，提供了一种基于由机器执行的多个操作生成地图的方法，每个操作包括至少一个可定量测量任务。所述方法包括存储第一可定量测量任务的第一操作范围，存储第二可定量测量任务的第二操作范围，基于与所述机器可操作地相关联的位置传感器确定所述机器的当前机器位置，当所述机器由可操作地连接到所述机器的地面接合驱动机构围绕路径推进以执行操作时基于与所述机器可操作地相关联的操作传感器确定所述机器的第一操作特性，将所述第一操作特性与所述第一操作范围进行比较，以及在所述机器的第一操作特性在所述第一操作范围之外时将第一失败任务的标识与所述当前机器位置一起存储。所述方法还包括当所述机器围绕路径推进以执行操作时确定所述机器的第二操作特性，将所述第二操作特性与所述第二操作范围进行比较，在所述机器的第二操作特性在所述第二操作范围之外时将第二失败任务的标识与所述当前机器位置一起存储，以及在视觉图像显示装置上生成并显示所述机器的路径的地图，所述地图包括每个失败任务和在执行失败任务时的其相关联机器位置。
8.在又一方面，一种机器包括地面接合驱动机构、操作传感器、位置传感器、视觉图像显示装置和控制器。所述地面接合驱动机构可操作地连接到所述机器以围绕路径推进所述机器，所述操作传感器与所述机器可操作地相关联并且配置成确定所述机器的第一操作特性，并且所述位置传感器与所述机器可操作地相关联并且配置成确定所述机器的位置。所述控制器配置成存储第一可定量测量任务的第一操作范围，存储第二可定量测量任务的第二操作范围，基于所述位置传感器确定所述机器的当前机器位置，当所述机器围绕路径推进以执行操作时基于所述操作传感器确定所述机器的第一操作特性，将所述第一操作特性与所述第一操作范围进行比较，以及在所述机器的第一操作特性在所述第一操作范围之外时将第一失败任务的标识与所述当前机器位置一起存储。所述控制器还配置成当所述机器围绕路径推进以执行操作时确定所述机器的第二操作特性，将所述第二操作特性与所述第二操作范围进行比较，在所述机器的第二操作特性在所述第二操作范围之外时将第二失败任务的标识与所述当前机器位置一起存储，以及在所述视觉图像显示装置上生成并显示所述机器的路径的地图，所述地图包括每个失败任务和在执行失败任务时的其相关联机器位置。
附图说明
9.图1描绘了可以使用包含本文公开的原理的多个机器的工作现场的一部分的示意图；
10.图2描绘了可以使用本文公开的原理的机器的示意图；
11.图3描绘了图2的机器的驾驶室的透视图；
12.图4描绘了图2的机器可以围绕其操作的闭环路径的示意图；
13.图5描绘了正确执行的第一可定量测量任务的简化图；
14.图6描绘了图4的第一可定量测量任务的简化图，但任务执行不佳；
15.图7描绘了正确执行的第二可定量测量任务的简化图；
16.图8描绘了正确执行的第三可定量测量任务的简化图；
17.图9描绘了图8的第三可定量测量任务的简化图，但任务执行不佳；
18.图10描绘了正确执行的第四可定量测量任务的简化图；
19.图11描绘了图9的第四可定量测量任务的简化图，但任务执行不佳；
20.图12描绘了执行不佳的第五可定量测量任务的简化图；
21.图13描绘了执行不佳的第五可定量测量任务的进一步简化图；
22.图14描绘了显示在机器的显示屏上的评价图像的示例；
23.图15描绘了与图14相似的视图，但在显示屏显示教学图像；
24.图16描绘了可以使用本文公开的原理的机器的第二实施例的示意图；以及
25.图17描绘了示出机器操作指导系统的流程图。
具体实施方式
26.图1示出了示例性工作现场100的一部分，多个移动机器10可以在所述工作现场操作以执行材料移动操作。工作现场100可以包括例如矿场、垃圾填埋场、采石场、建筑工地、道路工作现场或任何其他类型的工作现场。机器10可以在工作现场100执行多种所需操作中的任何一种，并且这样的操作可能需要机器大体上横穿工作现场100。如图所示，工作现场100包括轮式装载机11，其用于将材料101装载到在卡车装载位置102处的拖运卡车，例如铰接式卡车60。轮式装载机11可以围绕工作现场100从一个或多个装载位置(未示出)移动到卡车装载位置102。在每辆拖运卡车填充至所需水平之后，拖运卡车可以行驶到倾卸位置(未示出)，之后返回以再次填充。
27.参照图2，示出了轮式装载机11的示意图。轮式装载机11可以包括主体，所述主体具有基部12和通过铰接接头14枢转地安装在基部上的机具支撑部13。基部12容纳原动机15(例如发动机)和操作员可以位于其中的操作员站或驾驶室16。原动机15可操作地连接到并驱动诸如前轮17和后轮18的地面接合驱动机构以作为推进系统操作。基部12包括后轮18，而机具支撑部13包括前轮17。铰接接头14允许机具支撑部13相对于基部12枢转或移动，以便使轮式装载机11转向。
28.机具支撑部13包括联动装置20，所述联动装置具有在第一枢转接头23处枢转地连接到机具支撑部13的一个或多个提升臂21。诸如铲斗24的工作机具在第二枢转接头26处可枢转地安装在提升臂21的远端25处。卷曲杆27可以枢转地安装在机具支撑部13的卷曲杆支撑构件22上，其第一端(未示出)连接到与铲斗24枢转连接的卷曲连杆构件28。使用该配置，卷曲杆27的旋转使得铲斗24围绕第二枢转接头26卷曲或倾斜。
29.轮式装载机11可以包括大体上以30表示的诸如电动液压系统的系统，用于操作机器的各种系统和部件。一对转向气缸31(图2中仅一个可见)在基部12和机具支撑部13之间延伸并且操作以控制机具支撑部围绕铰接接头14相对于基部的运动以控制轮式装载机11的转向。大体上以32表示的一对提升气缸可以在机具支撑部13和提升臂21之间可操作地延伸以便于提升臂围绕第一枢转接头23的升高和降低。卷曲气缸33可以在机具支撑部13和卷曲杆27之间可操作地延伸以便于铲斗24围绕第二枢转接头26的旋转或倾斜。转向气缸31、提升气缸32和卷曲气缸33可以是电动液压气缸或任何其他类型的期望气缸或致动器。
30.参照图3，驾驶室16可以包括操作员座椅35，一个或多个输入装置36，例如方向盘、
控制杆、旋钮、按钮、操纵杆、踏板等，操作员可以通过所述输入装置发出命令以控制轮式装载机11的操作，例如推进和转向，以及操作与机器相关联的各种机具。一个或多个仪器阵列37可以定位在驾驶室16内以向操作员提供信息并且可以进一步包括附加输入装置，例如旋钮和按钮。驾驶室16还可以包括视觉图像显示装置，例如显示屏38。
31.轮式装载机11可以包括控制系统40，如指示与机器的关联的图2中的箭头大体所示。控制系统40可以利用一个或多个传感器来提供代表轮式装载机11的各种操作参数和机器操作的工作现场100的环境的数据和输入信号。控制系统40可以包括电子控制模块或控制器41以及与轮式装载机11相关联的多个传感器。
32.控制器41可以是以逻辑方式操作以执行操作、执行控制算法、存储和检索数据以及其他所需操作的电子控制器。控制器41可以包括或访问存储器、辅助存储设备、处理器和用于运行应用程序的任何其他部件。存储器和辅助存储设备可以是控制器可访问的只读存储器(rom)或随机存取存储器(ram)或集成电路的形式。各种其他电路可以与控制器41相关联，例如电源电路、信号调节电路、驱动器电路和其他类型的电路。
33.控制器41可以是单个控制器或可以包括一个以上的控制器，所述控制器设置成控制轮式装载机11的各种功能和/或特征。术语“控制器”旨在以其最广泛的意义使用以包括一个或多个控制器和/或微处理器，其可以与轮式装载机11相关联并且可以协作控制机器的各种功能和操作。控制器41的功能可以在不考虑功能的情况下以硬件和/或软件来实现。控制器41可以依赖于可以存储在控制器的存储器中的与轮式装载机11和工作现场100的操作条件和操作环境相关的一个或多个数据地图。这些数据地图中的每一个可以包括表格、图表和/或方程形式的数据集合。
34.控制系统40和控制器41可以位于轮式装载机11上或者可以分布有也远离机器，例如在命令中心(未示出)处定位的部件。控制系统40的功能可以是分布式的，使得某些功能在轮式装载机11处执行而其他功能远程执行。在这样的情况下，控制系统40可以包括诸如无线网络系统(未示出)的通信系统，用于在轮式装载机11和远离机器(例如在命令中心处)定位的系统之间传输信号。
35.轮式装载机11可以配备有多个机器传感器，其提供(直接或间接)指示机器的各种操作参数和/或机器操作的操作环境的数据。术语“传感器”旨在以其最广泛的意义使用以包括一个或多个传感器和相关部件，其可以与轮式装载机11相关联并且可以协作以感测机器的各种功能、操作和操作特性和/或机器操作的环境的各方面。
36.如指示与轮式装载机11的关联的图2中的箭头大体所示，位置感测系统42可以包括位置传感器43以指示与机器的关联，其可操作以感测机器相对于工作现场100的位置。位置传感器43可以包括多个单独的传感器，其协作以生成指示轮式装载机11的位置的位置信号并将其提供给控制器41。在一个示例中，位置传感器43可以包括一个或多个传感器，其与定位系统(例如全球导航卫星系统或全球定位系统)交互以用作位置传感器。控制器41可以使用来自位置传感器43的位置信号来确定工作现场100内的机器位置。在其他示例中，位置传感器43可以包括里程计或其他轮旋转感测传感器、基于感知的系统，或者可以使用其他系统，例如激光、声纳、雷达或基于地面无线电的三角测量或接近系统，以确定轮式装载机11的位置的所有或一些方面。
37.如图2中的箭头大体所示，铰接接头位置传感器45可以被提供并且可操作以在机
具支撑部围绕铰接接头14旋转时感测机具支撑部13相对于基部12的角位置。在一个实施例中，铰接接头位置传感器45可以配置为与每个转向气缸31相关联的位移传感器46。位移传感器46可以生成指示每个转向气缸31的位移的位移信号并将其提供给控制器41。控制器41可以分析来自每个转向气缸31的位移信号以确定每个转向气缸的位移，然后基于转向气缸的相对位置确定机具支撑部13相对于基部12的角取向。
38.如图2中的箭头大体所示，提升位置传感器47可以被提供并且可操作以在提升臂围绕第一枢转接头23旋转时感测提升臂21相对于机具支撑部13的角位置。在一个实施例中，提升位置传感器47可以配置为与一个或多个提升气缸32相关联的位移传感器46。位移传感器46可以生成指示提升气缸32的位移的位移信号并将其提供给控制器41。控制器41可以分析来自位移传感器46的位移信号以基于提升气缸的位置以及提升臂和提升气缸32的尺寸来确定提升臂21的位置。换言之，基于提升气缸32延伸的程度，控制器41可以确定提升臂21相对于机具支撑部13的角。
39.如图2中的箭头大体所示，卷曲位置传感器48可以被提供并且可操作以在铲斗围绕第二枢转接头26旋转时感测铲斗24相对于提升臂21的角位置。在一个实施例中，卷曲位置传感器48可以配置为与卷曲气缸33相关联的位移传感器46。位移传感器46可以生成指示卷曲气缸33的位移的位移信号并将其提供给控制器41。控制器41可以分析来自位移传感器46的位移信号以基于卷曲气缸33的位置以及卷曲杆支撑构件22、卷曲杆27、卷曲连杆构件28和卷曲气缸33的尺寸来确定铲斗24的位置。基于卷曲气缸33延伸的程度，控制器41可以确定铲斗24相对于提升臂21的角。
40.可以使用其他类型的传感器，例如旋转电位计而不是气缸位移传感器来确定可枢转部件(即，机具支撑部13相对于基部12，提升臂21相对于机具支撑部13和铲斗24相对于提升臂21)之间的相对角。如果需要，可以提供附加的传感器以在可枢转部件围绕它们的枢转接头旋转时生成指示可枢转部件之间的相对角速度和角加速度的信号。在替代实施例中，控制器41可以配置成基于来自不同位置传感器的信号来确定相对角速度和角加速度。例如，控制器41可以监测或确定部件的相对位置的变化率以确定角速度。
41.轮式装载机11可以用于执行许多不同的操作。在许多情况下，机器操作员可能会在很长一段时间内沿着一致或重复的路径执行重复操作。换言之，轮式装载机11可以在沿着闭环路径105(图4)行进的同时重复执行各种操作。
42.作为示例，轮式装载机11可用于重复地用铲斗24挖掘一堆松散材料101，例如砂砾或泥土，提升铲斗材料载荷，随后将铲斗材料载荷移动到期望位置，例如拖运卡车内。挖掘材料堆和装载铲斗24的每个操作可以被分割成多个顺序任务，并且每个任务的效率可以基于诸如轮式装载机11及其各种部件(例如，提升臂21和铲斗24)的相对或绝对位置和/或移动速度的操作特性来测量。可以将操作特性与一个或多个期望阈值进行比较以针对每个任务以及在一些情况下针对整个操作评价或评定操作员的表现。由于可能需要超过或保持在阈值以下，取决于操作，短语“操作范围”在本文中可以用于指代达到阈值的任何值的范围，从阈值到任何值，或在两个阈值之间。
43.控制器41可以包括机器操作指导系统50，其可操作以分析操作员的表现并向操作员提供反馈以及提供指令或建议以提高操作员的表现。为此，一个或多个操作可以被分割或分解为多个可定量测量任务，并且针对期望的操作范围测量每个任务。换言之，每个操作
可以被划分为多个任务，所述任务可以基于轮式装载机11及其各种部件的期望位置和速度进行评价。
44.当其围绕闭环路径105行进时操作员的每个任务的表现以及在一些情况下总体操作可以被测量和存储以便向操作员以及管理人员提供反馈。在实施例中，机器操作指导系统50可以仅存储任务不满足期望阈值或不在期望操作范围内的实例。此外，每个任务的执行的日志或列表可以与轮式装载机11的物理位置一起存储以促进对轮式装载机操作员的改善反馈。例如，机器操作指导系统50可以将任务不满足期望阈值或不在期望操作范围内的实例与轮式装载机在执行这样的任务时的位置一起存储。在实施例中，位置可以存储为与轮式装载机11的位置对应的gps坐标。在另一个实施例中，位置可以存储在工作现场100的地图上。在另一个实施例中，机器操作指导系统50可以将执行形成每个操作的任务的所有实例与轮式装载机11的物理位置一起存储。
45.图5
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15描绘了可以定量测量的与将材料101装载到铲斗24中相关联的一系列顺序任务。首先参照图5
‑
6，通常希望轮式装载机11进入一堆材料101，其中基部12和机具支撑部13如图5中所示对准。更具体地，基部12的轴线110和机具支撑部13的轴线111是共线的，并且因此铰接角112在图5中为零，但在图6中明显大于零。如果基部12如图6中所示相对于机具支撑部13旋转，则铲斗24将不会有效地进入该堆材料101，并且轮更可能打滑。另外，铰接接头14和与基部12和机具支撑部13之间的相对运动相关联的部件(例如转向气缸31)可能由于基部和机具支撑部之间的未对准而受到额外的磨损。
46.如上所述，控制器41可以基于来自铰接接头位置传感器45的数据来确定基部12和机具支撑部13对准的程度(即，铰接角112)。最大期望未对准或铰接角112形式的一个或多个阈值可以存储在控制器41内。控制器41可以配置成将基部12和机具支撑部13之间的实际未对准(即，铰接角112)与阈值中的一个进行比较以便评价或测量操作员的表现。
47.控制器41可以配置成当铲斗24接合该堆材料101时评价或监测铰接角112。为了确定铲斗24何时最初接合该堆材料101，控制器41可以利用图2中大体示出的机具载荷传感器系统51。在一个实施例中，机具载荷传感器系统51可以体现为用于测量动力系系统中的变化(例如来自原动机15的输出和来自变矩器(未示出)的输出之间的差值的变化)的传感器。在接近该堆材料101时，发动机输出速度和变矩器输出速度可以相对恒定。然而，在与该堆材料101接合时，铲斗24上的载荷将增加，从而使轮式装载机11减速并使得原动机15和变矩器之间的相对速度变化。因此，通过监测原动机速度和变矩器速度之间的差异，可以确定指示铲斗与该堆材料101的接合的铲斗24上载荷的增加。
48.可以预期确定铲斗24何时初始接合该堆材料101的其他方式。例如，在机器推进和驱动系机构是静液压或电动的替代实施例中，机具载荷传感器系统51可以体现为检测来自原动机的输出与推进和驱动系机构的其他方面之间的差异的其他传感器。在另一替代实施例中，机具载荷传感器系统51可以利用与一个或多个液压气缸相关联的一个或多个压力传感器(未示出)来确定铲斗24上的载荷何时相对快速地初始增加，指示铲斗和该堆材料101之间的初始接合。
49.参照图7，描绘了与装载铲斗24相关联的另一可定量测量任务。当铲斗24与该堆材料101接合时，铲斗上的载荷将显著增加，使得轮式装载机11快速减速，这可能导致前轮17打滑并降低机器将铲斗24推入该堆材料中的能力。因此，当铲斗进入该堆材料101时，操作
员通常希望稍微提升提升臂21(以及因此铲斗24)，如113处所示，从而增加铲斗中的载荷，这将增加前轮17的牵引力。稍微提升提升臂21的动作有时被称为“设置轮胎”并且是合乎需要的，因为它减少了轮打滑，从而提高了效率并减少了轮胎磨损。增加的牵引力还允许铲斗24更远地进入该堆材料101中并且因此可以增加轮式装载机11能够有效装载到铲斗中的有效载荷。
50.如上所述，控制器41可以基于来自提升位置传感器47的数据，在提升臂围绕第一枢转接头23枢转或旋转时，通过监测提升臂21相对于机具支撑部13的角确定操作员是否已“设置轮胎”。一个或多个期望阈值可以存储在控制器41内。期望阈值可以包括提升臂应当升高的程度(例如，表示为围绕第一枢转接头23的角或距离)以及操作相对于该堆材料101由铲斗24接合应当开始的定时。控制器41可以配置成将提升臂21相对于机具支撑部13的实际移动程度及其定时与期望阈值进行比较以评价或测量操作员的表现。
51.如上所述，控制器41可以在确定铲斗24与该堆材料101接合时开始评价操作员的表现。
52.当铲斗24进入该堆材料101时，附加的可定量测量任务可以与铲斗的物理载荷相关联。例如，通常希望铲斗24以相对于地面或该堆材料的期望角进入该堆材料101，并且通常希望铲斗卷曲并且提升臂21以期望方式升高以最大化铲斗装载过程的效率。更具体地，如图8中所示，通常希望铲斗24以铲斗的下表面29大体平行于工作表面103的方式进入该堆材料101。如果铲斗24围绕第二枢转接头26向上卷曲，如图9中以稍微夸张的方式所示，铲斗将不太可能有效地穿透该堆材料101并且可能沿堆向上滑动而不是挖入堆中，这可能使得铲斗填充不足。
53.基于来自位置传感器43和卷曲位置传感器48的数据，控制器41可以确定当铲斗进入该堆材料101时铲斗24相对于工作表面103的角114(图9)。控制器41可以配置成将铲斗24的实际角114与期望阈值进行比较以便对操作员的表现进行评级。尽管在理想操作中铲斗24的下表面29将大体平行于工作表面103，如图8中所示，但是阈值可以存储为大于零的角。
54.如上所述，控制器41可以在确定铲斗24与该堆材料101接合时开始评价操作员的表现。
55.附加的可定量测量任务也可以与装载铲斗24的特定方式相关联。当装载铲斗24时，通常希望机器向前移动，铲斗开始穿透该堆材料101，然后通过致动卷曲气缸33将铲斗稍微卷曲或围绕第二枢转接头26向上旋转，如图10中的箭头115所示。通过交替地将轮式装载机11稍微向前更远地移动到该堆材料中，然后将铲斗略微卷曲额外的量，使得将额外的材料收集到铲斗中来重复该过程。该过程可以继续直到铲斗被完全填充。
56.在一个示例中，如果当铲斗接合该堆材料101时铲斗围绕第二枢转点26卷曲得太快，则将发生铲斗24的不良或低效填充。当将铲斗24卷曲得太快时，铲斗的角将略微指向上，使得在轮式装载机11移动到该堆材料101中时，铲斗不能有效地挖入该堆材料101，如图11中所示，导致铲斗仅被部分填充。
57.当轮式装载机11向前移动到该堆材料101中时控制器41可以基于可以用于确定铲斗的实际位置或铲斗旋转的速率的来自卷曲位置传感器48的数据，以及基于来自位置传感器43的数据确定操作员是否过快地卷曲铲斗24。
58.如上所述，控制器41可以在确定铲斗24与该堆材料101接合时开始评价操作员的
表现。在一个实施例中，控制器41内设置或存储的期望阈值可以包括基于轮式装载机11一旦进入该堆材料101后移动的距离的铲斗24的期望旋转量。在另一实施例中，控制器41可以将铲斗24旋转的速率与期望阈值进行比较。
59.在另一示例中，如果当铲斗移动到该堆材料101中时铲斗被卷曲和展开或被“泵送”，则将发生铲斗24的不良或低效填充，如图12
‑
13中所示。当操作员使铲斗以适当的角(图12)进入该堆材料101，卷曲铲斗以部分装载铲斗，然后展开铲斗(图13)以改变铲斗的角使得其更容易进入该堆材料101，则可能发生铲斗24的泵送。作为示例，铲斗24的下表面29在图13中向下倾斜。当轮式装载机11向前移动到该堆材料101中以完全装载铲斗24时，操作员可以重复该动作。泵送铲斗24通常是不可取的，原因是它增加了填充铲斗所需的时间，它减少了前轮17上的载荷并因此可能导致轮胎打滑，它增加了在轮式装载机11的接头上的应力，并且它可能对操作员造成危害或危险。
60.当轮式装载机11向前移动到该堆材料101中时，控制器41可以基于来自卷曲位置传感器48的数据以及基于来自位置传感器43的数据来确定操作员是否正在泵送铲斗24。控制器41可以在铲斗24与该堆材料101接合时开始评价操作员的表现。控制器41可以监测铲斗24相对于提升臂21的角并且将铲斗围绕第二枢转接头26展开的大小或角(如果有的话)与阈值角进行比较。在一个实施例中，铲斗24展开超过阈值角的单个动作可能是不可接受的。在另一实施例中，当轮式装载机11向前移动到该堆材料101中时铲斗24展开超过阈值角的多个事件可能是不可接受的。
61.在又一示例中，如果操作员使用提升臂21作为铲斗填充过程的重要部分而不是利用卷曲气缸33和轮式装载机11的向前运动，则将发生铲斗24的不良或低效填充。当不正确地使用提升臂21时，操作员可能显著升高提升臂，同时仅最小限度地卷曲铲斗24。在铲斗装载过程期间过度使用提升臂21通常是不可取的，原因是这将增加填充铲斗24所需的时间，可能导致轮胎打滑，并且可能导致轮式装载机11爬上该堆材料101，这可能损坏轮胎并使机器处于不稳定位置。
62.当轮式装载机11向前移动到该堆材料101中时控制器41可以基于来自提升位置传感器47的数据以及基于来自位置传感器43的数据来确定操作员是否正在使用提升臂21装载铲斗24。控制器41可以在铲斗24与该堆材料101接合时开始评价操作员的表现并且一旦轮式装载机11开始反向移动远离该堆材料就终止分析。控制器41可以监测提升臂21相对于机具支撑部13的角并且将提升臂围绕第一枢转接头23的运动与阈值角或移动量进行比较。在一个实施例中，控制器41可以配置成使得提升臂21仅在设置轮胎时使用，如上所述。在另一实施例中，将提升臂21升高超过阈值角或距离可能是不可接受的。
63.在另一示例中，如果轮式装载机11在铲斗填充过程期间处于二档，则可能发生铲斗24的不良或低效填充。换句话说，当铲斗24接合该堆材料101并且铲斗被填充时通常希望轮式装载机11处于一档。如果轮式装载机11处于二档而不是一档，则铲斗24可能不太可能穿透该堆材料101，并且因此铲斗可能无法如期望的那样被填充。
64.控制器41可以基于与机器的变速器(未示出)相关联的输入装置的状态来确定机器是处于一档还是已转变到将允许其从二档自动换档到一档的状态。在一个实施例中，控制器41可以在铲斗24与该堆材料101接合时开始评价变速器的状态。在另一实施例中，操作员可能希望在铲斗24接合该堆材料101之前预定时间或距离将变速器换入一档或自动换档
模式。在这种情况下，控制器41可以监测变速器的状态并将换挡时间与铲斗24接合该堆材料的时间进行比较以确定是在所需阈值之内还是之外进行换档。
65.机器操作指导系统50可以分析构成操作的可定量测量任务，以便确定每个任务的执行质量。在一些实施例中，操作可以包括单个任务。在其他实施例中，操作可以包括多个任务。如果所执行的任务在期望阈值之外或不在期望操作范围内，则“失败”任务的标识可以例如由控制器41与在执行失败任务时的机器10的相关联机器位置一起存储。机器位置可以存储为gps坐标或工作现场100的地图上的位置。在一些情况下，任务的一些或所有情况，无论是通过还是失败，都可以与执行任务时的相关联机器位置一起存储。例如，如图4中所示，闭环路径105上的多个点106由对应于失败任务的编号标识。
66.控制系统40也可以生成附加信息，所述附加信息可以存储并显示在闭环路径105的地图上。例如，当机器10围绕工作现场100移动时，控制器41可以监测机器操作的其他方面。在这样做的同时，控制器41也可以记录或存储当机器10围绕工作现场100移动时发生的机器事件。在一个示例中，控制器41可以记录机器操作在机器操作或性能的预期范围之外的实例，例如rpm、轮打滑、液压等。在这样的机器事件发生时，在这样的事件期间机器事件的细节可以与机器10的位置一起被记录或存储。位置可以存储为gps坐标或工作现场100的地图上的位置并且在需要时可以显示在闭环路径105的地图上。附加地或替代地，可以监测机器事件和失败任务之间的相关性。
67.此外，控制器41也可以记录或存储机器诊断事件发生的实例以及机器10在此类诊断事件期间的位置。位置可以存储为gps坐标或工作现场100的地图上的位置。机器诊断事件的示例包括生成指示与机器操作相关联的故障或错误代码的机器诊断代码。
68.另外，控制器41也可以在机器10围绕闭环路径105移动时，例如在机器行进距离超过行进距离阈值时，周期性地记录机器的位置，而不另外存储当前机器位置或gps坐标(例如由于失败的机器任务、机器事件的发生或机器诊断事件的发生)。换句话说，为了沿着闭环路径105绘制足够数量的点，在已超出行进距离阈值并且未另外存储机器的位置的情况下控制器41可以周期性地存储与机器10的位置对应的点107(图4)。
69.控制器41也可以配置成在驾驶室16内的显示屏38上以闭环路径105的地图以及沿路径的任何失败任务的标识和位置的形式显示反馈。在实施例中，闭环路径105可以显示为与它们的位置或gps坐标相对应的一系列点106以及以任何期望方式识别的失败任务。在一个实施例中，标识可以包括与失败任务相关联的数字和在地图上与其对应位置或gps坐标相邻显示的数字。
70.如果需要，在显示屏38上的替代视图中，操作员可以查看最近发生的与失败任务相对应的一些或所有任务120(图14)以及评价标识符121，例如指明在期望阈值内的任务的检验记号和指明失败任务的“x”(即，在期望阈值之外或不在期望操作范围内)。控制器41可以配置成针对预定数量的先前操作显示每个任务的评价标识符121。
71.此外，控制器41还可以存储教学材料，例如教学视频、动画和关于操作员可以如何改进他们关于每个任务的表现的书面建议。例如，在执行一系列操作之后或在任何其他时间，操作员可能想要查看教学材料。在将机器10定位在安全位置、停止机器并应用制动之后，操作员可以使用输入装置查看教学材料以提醒操作员执行构成操作的每个任务的期望或最佳方式。在图15中描绘了动画123和书面建议124的示例。
72.尽管上面关于轮式装载机11进行了描述，但机器操作指导系统50也可以与其他类型的机器一起使用。例如，当卡车围绕闭环路径105(图4)行进时，机器10(例如图16中所示的铰接式卡车60)可以用于执行多个重复操作。铰接式卡车60包括在限定铰接轴线64的铰接接头63处联接的前框架部分61和后框架部分62。前框架部分61可以由多个地面接合驱动机构(例如前轮65)支撑，并且可以支撑操作员站或驾驶室66和一般以67表示的驱动系统。驱动系统67可以包括原动机，例如一般以70表示的内燃机，其配置成将动力传输到一般以71表示的变速器，所述变速器包括多个档位。变速器71又可以配置成使用任何已知装置通过轴72将动力传递到地面接合驱动机构(例如，前轮65)。
73.后框架部分62可以由多个地面接合驱动机构(例如后轮73)支撑，并且支撑床或倾卸车体74形式的工作机具。倾卸车体74可以响应于起重命令(例如由位于驾驶室66中的操作员生成的命令)由一个或多个起重气缸75在装载位置(所示出)和倾卸或卸载位置(以虚线示出)之间选择性地枢转。
74.与轮式装载机11一样，铰接式卡车60可以包括与轮式装载机11的控制系统和控制器相似或相同的控制系统76和控制器77，并且因此不重复其描述。控制系统76还可以包括与轮式装载机11的机器操作指导系统相似或相同的一般以78表示的机器操作指导系统。
75.铰接式卡车60还可以包括与轮式装载机11的系统和传感器相似或相同的各种系统和传感器。例如，铰接式卡车60可以包括位置传感器80、铰接接头位置传感器81和倾卸车体位置传感器82，每个都与轮式装载机11的那些传感器基本相似。
76.和与轮式装载机11的一些操作相关联的多个任务相反，铰接式卡车60的重复操作可以仅包括单个可定量测量任务。铰接式卡车60的重复操作的第一示例是在提升或升高倾卸车体74时前框架部分61和后框架部分62之间的角。通常希望在提升或升高倾卸车体74以倾卸材料载荷时最小化或限制铰接式卡车60的前框架部分61和后框架部分62之间的角。当前框架部分61和后框架部分62之间的角超过预定限制或阈值时升高倾卸车体74可能导致铰接式卡车60上的悬挂块过早磨损或损坏。
77.铰接式卡车60的机器操作指导系统78可以基于来自铰接接头位置传感器81的数据确定前框架部分61和后框架部分62对准的程度。最大期望未对准或铰接角形式的一个或多个阈值可以存储在控制器77内。控制器77可以配置成比较前框架部分61和后框架部分62之间的实际未对准(即铰接角)和铰接角阈值以评价或测量操作员的表现。控制器77可以配置成在每次升高倾卸车体74时评价或监测铰接角。在一个示例中，评价可以在生成升高倾卸车体74的命令时发生。在另一示例中，评价可以在倾卸车体74的物理运动时，例如在一个或多个起重气缸75延伸超过由倾卸车体位置传感器82测量的期望阈值时发生。在另一实施例中，倾卸车体位置传感器可以配置为惯性测量单元，其用于测量倾卸车体74的角位置。
78.在铰接式卡车60的重复操作的另一示例中，通常希望在升高倾卸车体74之前将铰接式卡车60的变速器71换到空档。在卡车保持静止时保持变速器71挂档可能会导致两种类型的低效率。首先，在变速器71挂档时阻止铰接式卡车60的运动可能导致变速器内产生额外的热量，这可能导致额外的磨损。其次，挂档时怠速运转也可能导致燃料消耗增加。
79.每次倾卸车体74升高时，铰接式卡车60的机器操作指导系统78可以监测变速器71。如上所述，确定倾卸车体74何时升高的各种方式是可能的，例如通过确定何时生成升高倾卸车体的命令或者起重气缸75何时延伸超过阈值。通过监测变速器71的状态以及倾卸车
体74是否已升高，控制器77可以在升高倾卸车体时确定变速器是否处于空档。
80.在重复操作的另一示例中，可以监测铰接式卡车60保持怠速运转的时间量。更具体地，可以监测怠速时间的量以确定是否可以提高铰接式卡车60的操作效率。例如，铰接式卡车60可以包括优化动力系控制的“经济”操作模式以实现更节省燃料的操作，但会导致卡车的性能降低。如果铰接式卡车60在特定材料移动循环期间怠速运转超过阈值时间百分比(例如，从倾卸操作到倾卸操作测量)，则可能需要以经济模式操作机器以提高燃料效率。机器操作指导系统78可以监测在每个材料移动循环期间花费的怠速时间量并且将怠速时间与怠速时间阈值进行比较。怠速时间可以是绝对时间量或整个材料移动循环长度的百分比。
81.尽管上面描述了每个任务定义可识别的单独动作，但在一些情况下，可能需要将一个操作分割成多个任务，所述多个任务在动作上看起来是相同的，但可以通过位置来区分。例如，在由机动平地机(未示出)执行的平地操作中，可以在相对长的距离上或沿着相对长的距离执行一致或恒定的平地操作。在这种情况下，可能需要确定操作员是否保持一致的操作或保持得多好。因此，即使操作可能是可定量测量的，也可能希望将操作划分为多个可定量测量任务，所述任务仅基于它们的开始位置和结束位置而彼此不同。
82.更进一步地，本文中描述的系统可以适用于在工作现场接合材料的其他类型的机器，例如旋转采矿钻机和压实机。例如，旋转采矿钻机可以执行作为钻井过程的一部分的多个操作，每个操作可分为多个可定量测量任务。这样的操作可以包括将机器定位在所需位置、调平机器以正确地将钻机定位在所需取向和所需位置、以所需旋转和进给速度操作钻头。
83.更进一步地，尽管上面关于执行材料移动操作或以其他方式接合材料的机器进行了描述，但本文描述的系统也可以适用于其他类型的机器。例如，具有升降机的多用途卡车的操作可以包括可以分为多个可定量测量任务的多个操作。这些操作可以包括在没有正确调平和/或固定卡车的情况下升高升降机，在没有正确固定升降机的情况下移动卡车以及使载人升降机超载。在另一示例中，公共汽车可以执行可以分为可定量测量任务的操作，例如在车门完全关闭之前移动，在仍然移动时打开车门，在指明的高人流量区域倒车以及以超过阈值的速率转弯。
84.其他可重复定量测量的操作也被考虑。
85.图17示出了用于评价或评定多个操作的表现并生成显示未达到期望表现水平的操作的地图的机器操作指导系统50的操作流程图。在阶段130，待由诸如轮式装载机11或铰接式卡车60的机器10执行的每个操作可以被分割或分解为多个可定量测量任务和存储在控制器41、77内的任务。每个任务的阈值或操作范围可以在阶段131存储在控制器41、77内。另外，对应于机器事件的阈值或操作范围也可以在阶段131存储。
86.在阶段132，操作员可以通过围绕工作现场100移动并执行各种操作来操作机器10。在阶段133，控制器41、77可以从位置传感器43、80接收位置数据。在阶段134，控制器41、77可以基于位置数据确定机器10在工作现场100的位置。
87.控制器41、77可以在阶段135确定作为期望操作的一部分正在执行的任务。控制器41可以基于先前执行的任务来确定在阶段135正在执行的任务，或者可以基于从各种传感器接收的数据以及各种机器部件的操作顺序来确定正在执行的任务。在确定正在执行的任
务时，控制器41、77可以在阶段136从控制器41、77的存储器确定或访问特定任务的阈值或操作范围。
88.控制器41、77可以在阶段137从机器10的传感器接收数据。在阶段138，控制器41、77可以确定正在执行的任务的一个或多个操作特性。例如，如果机器正在开始如上面关于图5
‑
6所述的铲斗装载过程，控制器41、77可以确定基部12和机具支撑部13之间的铰接角112。在决策阶段139，控制器41、77可以将相关操作特性与适用的阈值或操作范围进行比较以确定任务的表现是否在期望的阈值或操作范围内(即，被正确执行)。如果操作特性不满足阈值或不在期望操作范围内，则在阶段140可以生成故障代码并将其与机器10的位置或gps坐标一起存储在控制器41、77内。如果操作特性在期望阈值或操作范围内，则可以在阶段141生成通过代码。在一些情况下，通过代码与机器10的位置或gps坐标一起可以存储在控制器41、77内。
89.在阶段142，控制器41、77可以确定完成的任务是否是操作的最后任务。如果完成的任务不是操作的最后任务，则操作尚未完成并且操作员可以继续执行任务以完成操作并且重复阶段135
‑
142。
90.在决策阶段143，控制器41、77可以确定机器事件是否已发生。如果机器事件已发生，则机器事件信息可以在阶段144与机器事件发生时机器10的位置或gps坐标一起存储在控制器41、77内。
91.在决策阶段145，控制器41、77可以确定机器诊断事件是否已发生。如果机器诊断事件已发生，则机器事件信息可以在阶段146与机器诊断事件发生时机器10的位置或gps坐标一起存储在控制器41、77内。
92.在决策阶段147，控制器41、77可以确定机器10行进的距离是否超过阈值，而机器的位置或gps坐标尚未在阶段140、144或146中的任何一个存储。如果在未存储位置或gps坐标的情况下已超过距离，则可以在阶段148存储机器的当前位置或gps坐标。
93.可以根据需要重复阶段132
‑
148的过程。操作员可以随时终止机器操作并显示闭环路径105和相应的操作员表现。另外，操作员可以在该时间观察教学信息。
94.工业适用性
95.从前述讨论将容易地理解本文描述的系统的工业适用性。前述讨论适用于在工作现场100处操作以沿着闭环路径105执行各种操作的机器10，所述操作可以被分割成一个或多个可定量测量任务。这样的系统可以用于采矿场、垃圾填埋场、采石场、建筑工地、道路工作现场、森林、农场或需要机器操作的任何其他区域。
96.机器操作员经常在工作现场100执行重复操作，例如将材料从一个位置移动到另一位置。一些操作可以被分割或分解为一个或多个可量化测量任务。例如，一些任务可能涉及以特定方式移动机器或机器的部件(例如，基部12、机具支撑部13、提升臂21和/或铲斗24)，例如部件以期望方式定位或以期望速率移动。可以通过将机器及其部件的位置和运动与理论或期望位置和运动进行比较来评价操作员的表现。可以建立相对于理论或期望位置和运动的阈值或操作范围，并且在期望阈值或操作范围内执行的任务被判断或评价为良好或通过，并且在阈值之外的表现被判断为不良或失败。然后可以使用单独的任务的表现来评价操作的整体表现。
97.每次操作员未能完成任务时，机器10的位置或gps坐标可以被保存或存储在控制
器41、77内。机器的位置或gps坐标也可以在机器事件或机器诊断事件发生时被保存。此外，如果机器10已行进超过阈值的距离而没有另外保存位置或gps坐标，则当前位置或gps坐标可以保存在控制器41、77内以提高机器行进的闭环路径105的精度。
98.可以通过将闭环路径105与失败任务及其相关联的位置或gps坐标一起显示来向操作员提供反馈。另外，可以显示车载教学材料，例如视频、动画和建议，使得操作员可以在处于工作环境中时接收教导。
99.应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可设想，本公开的其它实施方式可在细节上与前述示例不同。对本公开或其示例的所有引用旨在引用当时所讨论的特定示例，而并非旨在更一般地暗示对本公开的范围的任何限制。关于某些特征的所有区别和不利言辞旨在表明这些特征不是优选的，但除非另外指明，否则并不是将这些特征从本发明的范围中完全排除。
100.除非本文另有指示，否则本文对值范围的叙述仅仅旨在用作分别提及落入所述范围内的每个独立值的速记方法，并且每个独立值并入到说明书中，如同在本文中分别叙述一样。本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非本文另外指明或者与上下文明显矛盾。
101.因此，如适用法律所允许的，本公开包括所附权利要求书中叙述的主题的所有修改和等效内容。另外，除非在本文中另有指示或者与上下文明显矛盾，本公开涵盖上述元件以其所有可能变型的任何组合。