障礙檢測方法和系統的製作方法

2023-07-15 09:10:31

專利名稱：障礙檢測方法和系統的製作方法
障礙檢測方法和系統技術領域
本發明整體涉及檢測方法，更具體地涉及一種用於檢測機器附近的障礙的方法。
背景技術：
例如輪式裝載機、非公路託運卡車、挖掘機、自動平地機等大型機器以及其他 類型的土方機器被用來執行多種任務。其中一些任務涉及在工地的某些位置之間間歇地 移動和停止在這些位置處，由於提供給機器操作者的可視性很差，這些任務可能難以安 全有效地完成。因此，可以為機器的操作者另外提供障礙傳感器的檢測。但是，各個障 礙傳感器僅僅在特定的空間區域內有效地操作(即提供準確的檢測)。在這些區域之外， 障礙傳感器可能提供不準確的檢測。例如，一個障礙傳感器可以在特定位置處檢測出障 礙，而另一障礙傳感器卻不能在相同位置處檢測出什麼，這僅僅因為每個障礙傳感器安 裝到機器的方式和目的不同。
2000年4月25日授予Sarangapani的美國專利No.6055042 ( 『042專利)中描述了一種使這些矛盾的檢測最小化的方法。『042專利描述了一種用於檢測移動機器路徑中 障礙的方法。該方法包括利用多個障礙傳感系統的每一個進行掃描。該方法還包括基於 例如環境光線、障礙尺寸的外部參數或者從障礙接收的反射能量的量對每個障礙傳感系 統掃描的數據進行加權。根據加權的數據確定障礙的至少一個特徵。
儘管『042專利的方法可以改善對移動機器路徑中障礙的檢測，但對於某些應 用來說是極其昂貴的。特別地，對障礙傳感系統掃描的數據進行加權可能不是必須的。 因為這種加權需要關於外部參數的信息，所以，需要另外的硬體。而且，這些另外的硬 件會增加實施該方法的成本。
本發明的方法和系統旨在克服上述的一個或多個問題。 發明內容
一方面，本發明涉及一種用於檢測機器附近的障礙的方法。該方法包括將多個 障礙傳感器中的每一個與多個非重疊的置信區域中的每一個進行一對一的配對。另外， 該方法包括利用多個障礙傳感器進行掃描。該方法還包括從多個障礙傳感器接收關於所 述掃描的原始數據。另外，該方法還包括將原始數據組合成映射。該方法還包括根據映 射確定至少一個障礙的至少一個特徵。
另一方面，本發明涉及用於檢測機器附近的障礙的系統。該系統包括定位在機 器上的多個障礙傳感器。該系統還包括與多個障礙傳感器的每一個通信的控制器。所述 控制器能夠將多個障礙傳感器的每一個與多個非重疊的置信區域的每一個進行一對一的 配對。另外，所述控制器還能夠利用所述多個障礙傳感器進行掃描。所述控制器還能 夠從多個障礙傳感器接收關於所述掃描的原始數據並將原始數據組合成映射。根據該映 射，控制器能夠確定至少一個障礙的至少一個特徵。


圖1是一種示例性公開的機器的圖示說明；
圖2是用於圖1的機器的一種示例性公開的障礙檢測系統的示意圖3是用於圖2的障礙檢測系統的一種示例性公開的坐標系統的圖示說明；
圖4是用於圖2的障礙檢測系統的一種示例性公開的檢測區域的俯視圖5是圖4的檢測區域內的一種示例性公開的置信區域的前視圖6是描述一種操作圖2的障礙檢測系統的示例性方法的流程圖。
具體實施方式
圖1示出了都位於工地14的示例性機器10和機器10的障礙12。儘管機器10 被描繪為非高速路託運卡車，但可以想到，機器10可以體現為例如輪式裝載機、挖掘機 或自動平地機的其他類型的大型機器。障礙12被描繪為服務車輛。但是，可以想到障 礙12可體現為其他類型的障礙，例如輕型貨車或者客車。如果障礙12為至少具有一定 尺寸，則障礙12可被列為危險的。例如，所述一定尺寸可以是長度22。如果障礙12的 高度16比長度22長，寬度18比長度22長，或者深度20比長度22長，則障礙12可被 列為危險的。工地14可以是例如礦場、垃圾填埋場、採石場、施工現場或者本領域已知 的其他類型的工地。
機器10可具有操作者站M，使其處於使盲區的影響最小化的位置(即，使機器 10的操作者可視的無阻區域最大化)。但是，由於一些機器的尺寸，這些盲區可能仍然 很大。例如，危險的障礙12可能完全位於機器10的盲區觀內。為了避免與障礙12碰 撞，可以為機器10配備障礙檢測系統30 (參照圖2)，以收集關於盲區觀內的障礙12的fn息ο
障礙檢測系統30可包括一個或多個障礙傳感器32，用以檢測盲區觀內的表面上 的點E。例如，障礙檢測系統30可包括第一障礙傳感器3 和第二障礙傳感器32b。障 礙傳感器3 可以檢測面對它的表面上的點E1 (即，位於障礙傳感器3 視線內的點E)。 障礙傳感器3 可以檢測面對它的表面上的點E2(即，位於障礙傳感器3 視線內的點 E)。點E1和E2的檢測可能是原始的(即，不能直接對比的)。因此，如圖2所示，障 礙檢測系統30還可包括控制器34，其分別從障礙傳感器3 和32b接收包括點E1和E2 的檢測的訊息，然後轉換、過濾和/或集合(unionize)這些檢測。
控制器34可以與操作者站24(參照圖1)或機器10的其他受保護組件相關聯。 控制器34可包括用於監測、記錄、存儲、索引、處理和/或傳輸信息的部件。這些部件 可包括例如內存、一個或多個數據存儲裝置、中央處理單元和/或其他可以轉換、過濾 和/或集合點E1和E2的檢測的其他組件。特別是，控制器34可包括或被構造成產生映 射36來存儲轉換後的點E1和E2的位置。此外，儘管本發明的方面通常被描述為存儲在 內存中，但本領域技術人員可以認識到這些方面可以存儲在不同類型的電腦程式產品 或者諸如計算機晶片和輔助存儲裝置的包括硬碟、軟盤、光學介質、CD-ROM或其他形 式的RAM或ROM的計算機可讀介質上或者從其上讀取。
電子形式的映射36可存儲在控制器34的內存中並且可實時更新以反映轉換的點E1和E2的位置。如圖3所示，這些位置可以相對於坐標系T定義。坐標系T可以點Ot 為原點，點Ot相對於機器10固定地定位。坐標系T可以是具有軸矢量&、&的右 手三維笛卡兒坐標系。可以想到，當機器10位於豎立位置時，軸矢量街從點Ot朝著地 面37沿重力方向向下延伸。因此，軸矢量形成的平面基本平行於預測地面38。 坐標系T中的點可通過其Xt= ^ ^t3]形式的空間坐標來表示，其中，自點Ot起，、是 沿著軸矢量&的距離，^是沿著軸矢量距離，^是沿著軸矢量&的距離。相對於 坐標系T的方向可以通過其At = h、t6]形式的角坐標來表示，其中，繞著點Ot旋轉， U為俯仰角(即，圍繞軸矢量yT旋轉)，^是偏航角(即，圍繞軸矢量&旋轉)，t6是滾 動角(即，圍繞軸矢量&旋轉)。
如前面討論的，分別通過障礙傳感器3 和32b對點E1和E2的檢測可以是原始 的。特別是，由於傳感器3 和32b可能或可能不固定地定位在相對於坐標系T的共同 位置，因而這些檢測是原始的。例如，可以想到，障礙傳感器3 和32b都連接到機器 10的後頂蓋側板39，但障礙傳感器3 可能定位在點0Sa，而障礙傳感器3 可能定位在 點0Sb。因此，可以相對於以點Oi5a為原點的坐標系Sa檢測點E1的位置，相對於以點Osb 為原點的坐標系鄰檢測點E2的位置。
坐標系Sa可以是具有軸矢量 cSa、力3和、的右手三維笛卡兒坐標系。坐標系 Sa中的點可通過其笛卡兒形式JCsa= [Sa1 sa2 sa3]的空間坐標來表示，其中，自點Oi5a起， Sa1是沿著軸矢量？^的距離，3 是沿著軸矢量Ra的距離，W3是沿著軸矢量Aa的距離。 點Oi5a相對於坐標系T的地理位置以及坐標系Sa相對於坐標系T的方向可以是固定和已 知的。特別地，Xt (Osa)可等於[_bSal -bSa2 -bSa3]，且At (Sa)可等於[psa ysa rsa]。坐標系 Sa中的點可替代地通過其極坐標形式Isap= [ρα θα押的空間坐標來表示，其中，Pa 是距點Oi5a的距離，θ a是從軸矢量^^的極角，押是從軸矢量^a的頂角。
坐標系Sb可以是具有軸矢量xSb、ySb和zSb的右手三維笛卡兒坐標系。坐標系 Sb中的點可通過其笛卡兒形式Xsb = [Sb1 sb2 sb3]的空間坐標來表示，其中，自點Osb起， Sb1是沿著軸矢量^csb的距離，辦是沿著軸矢量ySb的距離，Sb3是沿著軸矢量^的距離。 點Osb相對於坐標系T的地理位置以及坐標系Sb相對於坐標系T的方向可以是固定和已 知的。特別地，XT(0Sb)可等於[-bSM-bSb2-bSb3]，且 A^Sb)可等於[psbysbrsb]。坐標 系Sb中的點可替代地通過其極坐標形式Iap= [ρ Gb碑]的空間坐標來表示，其中， Pb是距點Osb的距離，9b是從軸矢量xSb的極角，鋝是從軸矢量zSb的頂角。
每個障礙傳感器32可以體現為LIDAR(光探測及測距)裝置、RADAR(無線電 探測及測距)裝置、SONAR(聲音導航及測距)裝置、基於視覺的傳感裝置或者可以檢測 到點E的距離和方向的其他類型裝置。例如，如通過障礙傳感器3 檢測的，到點氐的 距離可以表示為空間坐標P a,到點E1的方向可以表示為空間坐標θ a和辦的合成。並 且，如通過障礙傳感器32b檢測的，到點E2的距離可以表示為空間坐標Pb，到點瑪的 方向可以表示為空間坐標θb和妙的合成。
如圖4和圖5所示，障礙傳感器3 和3 做出的檢測可能受特定空間坐標的限 制，從而分別形成檢測區域40a和40b。例如，檢測區域40a可受θ3= θ ai和0a= θ au Μψα = Ψα ^Ψα =隊J艮制。並且，檢測區域40b可受θ, = θ w和θ, = θ Μ和灼= 和 灼限制。可以想到，檢測區域40a和40b可在過檢測區域42(通過圖5中的雙向影線和陰影顯示)處重疊。
由於反射或其他未知幹涉，過檢測區域42中的一些檢測可能是不準確的。例 如，過檢測區域42a(通過圖5中的雙向影線顯示)內的點E1的檢測及過檢測區域42b (通 過圖5中的陰影顯示)內的點E2的檢測可能不準確。然而，反之不亦然。即，過檢測 區域42a內的點E2的檢測及過檢測區域42b內的點E1的檢測可能是準確的。因此，如上 文討論和下文描述的，可以想到控制器34可以轉換、過濾和集合點E1和E2的檢測以去 除不準確的檢測。
圖6示出了操作本發明的系統的示例性方法。以下部分中將對圖6進行討論以 進一步說明本發明的系統及其操作。
工業實用性
本發明的系統能夠應用於在工地內的一些位置之間間歇移動和停止在這些位置 的機器。該系統可確定其中一個機器附近的障礙的特徵。特別是，該系統可以檢測並分 析表面點來確定障礙的尺寸和位置。現在描述該系統的操作。
如圖6所示，本發明的系統，更具體地是控制器34可將每個障礙傳感器32與置 信區域44配對(步驟100)。每個障礙傳感器32可對其相關的檢測區域42進行掃描(即 檢測檢測區域內的點E)(步驟110)，並將關於這些掃描(即，點E的原始位置)的數據 傳輸至控制器34(步驟120)。基於步驟100的配對，控制器34可將點E的原始位置組 合成映射36 (步驟130)。然後，控制器34根據映射36確定至少一個障礙的特徵(步驟 140)。
步驟100的配對可基於障礙傳感器3 和32b的位置和定向。由於配對是一對 一的，控制器34可利用它來解決來自傳感器3 和32b的衝突障礙檢測。例如，障礙 傳感器3 可以與包括除了也受過檢測區域42a(參照圖5)限制的體積以外的由檢測區域 40a(參照圖5)限制的體積的置信區域44a配對。障礙傳感器32b可以與包括除了也受 過檢測區域42b(參照圖5)限制的體積以外的由檢測區域40b(參照圖5)限制的體積的置 信區域44b配對。可以想到，機器10的操作者可以定義由檢測區域40和過檢測區域42 限制的體積。替代地，可以設想機器10的操作者可以直接定義由置信區域44限制的體 積。
在步驟100之前或之後，每個障礙傳感器32可對其相關的檢測區域42進行掃描 (步驟110)。如前面討論的，每個障礙傳感器32可檢測從其自身到點E的距離和方向。 可以想到這些檢測可同時(即並行地)發生。例如，障礙傳感器3 可檢測從其自身到 點E1的距離和方向(步驟110a)。而且，障礙傳感器32b可檢測從其自身到點E2的距離 和方向(步驟1_。
然後，每個障礙傳感器3 和32b可分別將若干點艮(步驟120a)和若干點氏(步 驟120b)同時傳輸至控制器34。例如，障礙傳感器3 的傳輸可包括η個點:E1在坐標系Sa中極坐標形式的位置
權利要求
1.一種用於檢測機器(10)附近的障礙(12)的方法，包括將多個障礙傳感器(32)中的每一個與多個非重疊的置信區域(44)中的每一個進行一 對一的配對；利用所述多個障礙傳感器進行掃描；從所述多個障礙傳感器接收關於所述掃描的原始數據；將所述原始數據組合成映射(36)；和根據所述映射確定至少一個障礙的至少一個特徵。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，將所述原始數據組合成映射包括將來自所述多 個障礙傳感器的每一個的原始數據轉換成可使用數據。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，將來自所述多個障礙傳感器的每一個的原始數 據轉換成可使用數據包括針對來自所述多個障礙傳感器的每一個的原始數據施加置信區 域過濾。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，將所述原始數據組合成映射包括集合來自所述 多個障礙傳感器的每一個的所述可使用數據。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述映射包括表面點組。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，確定至少一個障礙的至少一個特徵包括確定至 少一個障礙的尺寸。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，確定至少一個障礙的尺寸包括對所述表面點組 施加高度過濾。
8.—種用於檢測機器(10)附近的障礙(12)的系統(30)，包括 定位在所述機器上的多個障礙傳感器(32)；和與所述多個障礙傳感器的每一個通信的控制器(34)，該控制器能夠 將所述多個障礙傳感器的每一個與多個非重疊的置信區域(44)的每一個進行一對一 的配對；利用所述多個障礙傳感器進行掃描；從所述多個障礙傳感器接收關於所述掃描的原始數據；將所述原始數據組合成映射(36)；和根據所述映射確定至少一個障礙的至少一個特徵。
9.根據權利要求8所述的系統，其中，所述映射包括表面點組。
10.根據權利要求8所述的系統，其中，所述置信區域是體積區域。
全文摘要
本發明公開一種用於檢測機器(10)附近的障礙(12)的系統(30)。該系統包括定位在機器上的多個障礙傳感器(32)。該系統還包括與多個障礙傳感器的每一個通信的控制器(34)。所述控制器能夠將多個障礙傳感器中的每一個與多個非重疊的置信區域(44)中的每一個進行一對一的配對。另外，所述控制器能夠利用所述多個障礙傳感器進行掃描。所述控制器還能夠從多個障礙傳感器接收關於所述掃描的原始數據並將該原始數據組合成映射(36)。根據所述映射，所述控制器能夠確定至少一個障礙的至少一個特徵。
文檔編號G01S17/89GK102027389SQ200980117136
公開日2011年4月20日 申請日期2009年4月15日 優先權日2008年4月15日
發明者B·科特約施耶爾, D·愛德華茲 申請人:卡特彼勒公司