專利名稱：障礙檢測方法和系統(tǒng)的制作方法
障礙檢測方法和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明整體涉及檢測方法，更具體地涉及一種用于檢測機(jī)器附近的障礙的方法。
背景技術(shù)：
例如輪式裝載機(jī)、非公路托運卡車、挖掘機(jī)、自動平地機(jī)等大型機(jī)器以及其他 類型的土方機(jī)器被用來執(zhí)行多種任務(wù)。其中一些任務(wù)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，由于提供給機(jī)器操作者的可視性很差，這些任務(wù)可能難以安 全有效地完成。因此，可以為機(jī)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(qū)域內(nèi)有效地操作(即提供準(zhǔn)確的檢測)。在這些區(qū)域之外， 障礙傳感器可能提供不準(zhǔn)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么，這僅僅因為每個障礙傳感器安 裝到機(jī)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?！?42專利描述了一種用于檢測移動機(jī)器路徑中 障礙的方法。該方法包括利用多個障礙傳感系統(tǒng)的每一個進(jìn)行掃描。該方法還包括基于 例如環(huán)境光線、障礙尺寸的外部參數(shù)或者從障礙接收的反射能量的量對每個障礙傳感系 統(tǒng)掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。根據(jù)加權(quán)的數(shù)據(jù)確定障礙的至少一個特征。
盡管‘042專利的方法可以改善對移動機(jī)器路徑中障礙的檢測，但對于某些應(yīng) 用來說是極其昂貴的。特別地，對障礙傳感系統(tǒng)掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)可能不是必須的。 因為這種加權(quán)需要關(guān)于外部參數(shù)的信息，所以，需要另外的硬件。而且，這些另外的硬 件會增加實施該方法的成本。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)旨在克服上述的一個或多個問題。 發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種用于檢測機(jī)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(qū)域中的每一個進(jìn)行一對一的配對。另外， 該方法包括利用多個障礙傳感器進(jìn)行掃描。該方法還包括從多個障礙傳感器接收關(guān)于所 述掃描的原始數(shù)據(jù)。另外，該方法還包括將原始數(shù)據(jù)組合成映射。該方法還包括根據(jù)映 射確定至少一個障礙的至少一個特征。
另一方面，本發(fā)明涉及用于檢測機(jī)器附近的障礙的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括定位在機(jī) 器上的多個障礙傳感器。該系統(tǒng)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?qū)⒍鄠€障礙傳感器的每一個與多個非重疊的置信區(qū)域的每一個進(jìn)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(jìn)行掃描。所述控制器還能 夠從多個障礙傳感器接收關(guān)于所述掃描的原始數(shù)據(jù)并將原始數(shù)據(jù)組合成映射。根據(jù)該映 射，控制器能夠確定至少一個障礙的至少一個特征。


圖1是一種示例性公開的機(jī)器的圖示說明；
圖2是用于圖1的機(jī)器的一種示例性公開的障礙檢測系統(tǒng)的示意圖3是用于圖2的障礙檢測系統(tǒng)的一種示例性公開的坐標(biāo)系統(tǒng)的圖示說明；
圖4是用于圖2的障礙檢測系統(tǒng)的一種示例性公開的檢測區(qū)域的俯視圖5是圖4的檢測區(qū)域內(nèi)的一種示例性公開的置信區(qū)域的前視圖6是描述一種操作圖2的障礙檢測系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
具體實施方式
圖1示出了都位于工地14的示例性機(jī)器10和機(jī)器10的障礙12。盡管機(jī)器10 被描繪為非高速路托運卡車，但可以想到，機(jī)器10可以體現(xiàn)為例如輪式裝載機(jī)、挖掘機(jī) 或自動平地機(jī)的其他類型的大型機(jī)器。障礙12被描繪為服務(wù)車輛。但是，可以想到障 礙12可體現(xiàn)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、采石場、施工現(xiàn)場或者本領(lǐng)域已知 的其他類型的工地。
機(jī)器10可具有操作者站M，使其處于使盲區(qū)的影響最小化的位置(即，使機(jī)器 10的操作者可視的無阻區(qū)域最大化)。但是，由于一些機(jī)器的尺寸，這些盲區(qū)可能仍然 很大。例如，危險的障礙12可能完全位于機(jī)器10的盲區(qū)觀內(nèi)。為了避免與障礙12碰 撞，可以為機(jī)器10配備障礙檢測系統(tǒng)30 (參照圖2)，以收集關(guān)于盲區(qū)觀內(nèi)的障礙12的fn息ο
障礙檢測系統(tǒng)30可包括一個或多個障礙傳感器32，用以檢測盲區(qū)觀內(nèi)的表面上 的點E。例如，障礙檢測系統(tǒng)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，位于障礙傳感器3 視線內(nèi)的點E)。 障礙傳感器3 可以檢測面對它的表面上的點E2(即，位于障礙傳感器3 視線內(nèi)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(tǒng)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，然后轉(zhuǎn)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(jī)器10的其他受保護(hù)組件相關(guān)聯(lián)。 控制器34可包括用于監(jiān)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(nèi)存、一個或多個數(shù)據(jù)存儲裝置、中央處理單元和/或其他可以轉(zhuǎn)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(gòu)造成產(chǎn)生映 射36來存儲轉(zhuǎn)換后的點E1和E2的位置。此外，盡管本發(fā)明的方面通常被描述為存儲在 內(nèi)存中，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到這些方面可以存儲在不同類型的計算機(jī)程序產(chǎn)品 或者諸如計算機(jī)芯片和輔助存儲裝置的包括硬盤、軟盤、光學(xué)介質(zhì)、CD-ROM或其他形 式的RAM或ROM的計算機(jī)可讀介質(zhì)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(nèi)存中并且可實時更新以反映轉(zhuǎn)換的點E1和E2的位置。如圖3所示，這些位置可以相對于坐標(biāo)系T定義。坐標(biāo)系T可以點Ot 為原點，點Ot相對于機(jī)器10固定地定位。坐標(biāo)系T可以是具有軸矢量&、&的右 手三維笛卡兒坐標(biāo)系。可以想到，當(dāng)機(jī)器10位于豎立位置時，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于預(yù)測地面38。 坐標(biāo)系T中的點可通過其Xt= ^ ^t3]形式的空間坐標(biāo)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。相對于 坐標(biāo)系T的方向可以通過其At = h、t6]形式的角坐標(biāo)來表示，其中，繞著點Ot旋轉(zhuǎn)， U為俯仰角(即，圍繞軸矢量yT旋轉(zhuǎn))，^是偏航角(即，圍繞軸矢量&旋轉(zhuǎn))，t6是滾 動角(即，圍繞軸矢量&旋轉(zhuǎn))。
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，由于傳感器3 和32b可能或可能不固定地定位在相對于坐標(biāo)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(jī)器 10的后頂蓋側(cè)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，可以相對于以點Oi5a為原點的坐標(biāo)系Sa檢測點E1的位置，相對于以點Osb 為原點的坐標(biāo)系鄰檢測點E2的位置。
坐標(biāo)系Sa可以是具有軸矢量 cSa、力3和、的右手三維笛卡兒坐標(biāo)系。坐標(biāo)系 Sa中的點可通過其笛卡兒形式JCsa= [Sa1 sa2 sa3]的空間坐標(biāo)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相對于坐標(biāo)系T的地理位置以及坐標(biāo)系Sa相對于坐標(biāo)系T的方向可以是固定和已 知的。特別地，Xt (Osa)可等于[_bSal -bSa2 -bSa3]，且At (Sa)可等于[psa ysa rsa]。坐標(biāo)系 Sa中的點可替代地通過其極坐標(biāo)形式Isap= [ρα θα押的空間坐標(biāo)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(biāo)系Sb可以是具有軸矢量xSb、ySb和zSb的右手三維笛卡兒坐標(biāo)系。坐標(biāo)系 Sb中的點可通過其笛卡兒形式Xsb = [Sb1 sb2 sb3]的空間坐標(biāo)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相對于坐標(biāo)系T的地理位置以及坐標(biāo)系Sb相對于坐標(biāo)系T的方向可以是固定和已 知的。特別地，XT(0Sb)可等于[-bSM-bSb2-bSb3]，且 A^Sb)可等于[psbysbrsb]。坐標(biāo) 系Sb中的點可替代地通過其極坐標(biāo)形式Iap= [ρ Gb碑]的空間坐標(biāo)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(xiàn)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(dǎo)航及測距)裝置、基于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(biāo)P a,到點E1的方向可以表示為空間坐標(biāo)θ a和辦的合成。并 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(biāo)Pb，到點瑪?shù)?方向可以表示為空間坐標(biāo)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(biāo)的限 制，從而分別形成檢測區(qū)域40a和40b。例如，檢測區(qū)域40a可受θ3= θ ai和0a= θ au Μψα = Ψα ^Ψα =隊J艮制。并且，檢測區(qū)域40b可受θ, = θ w和θ, = θ Μ和灼= 和 灼限制。可以想到，檢測區(qū)域40a和40b可在過檢測區(qū)域42(通過圖5中的雙向影線和陰影顯示)處重疊。
由于反射或其他未知干涉，過檢測區(qū)域42中的一些檢測可能是不準(zhǔn)確的。例 如，過檢測區(qū)域42a(通過圖5中的雙向影線顯示)內(nèi)的點E1的檢測及過檢測區(qū)域42b (通 過圖5中的陰影顯示)內(nèi)的點E2的檢測可能不準(zhǔn)確。然而，反之不亦然。即，過檢測 區(qū)域42a內(nèi)的點E2的檢測及過檢測區(qū)域42b內(nèi)的點E1的檢測可能是準(zhǔn)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(zhuǎn)換、過濾和集合點E1和E2的檢測以去 除不準(zhǔn)確的檢測。
圖6示出了操作本發(fā)明的系統(tǒng)的示例性方法。以下部分中將對圖6進(jìn)行討論以 進(jìn)一步說明本發(fā)明的系統(tǒng)及其操作。
工業(yè)實用性
本發(fā)明的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于在工地內(nèi)的一些位置之間間歇移動和停止在這些位置 的機(jī)器。該系統(tǒng)可確定其中一個機(jī)器附近的障礙的特征。特別是，該系統(tǒng)可以檢測并分 析表面點來確定障礙的尺寸和位置?，F(xiàn)在描述該系統(tǒng)的操作。
如圖6所示，本發(fā)明的系統(tǒng)，更具體地是控制器34可將每個障礙傳感器32與置 信區(qū)域44配對(步驟100)。每個障礙傳感器32可對其相關(guān)的檢測區(qū)域42進(jìn)行掃描(即 檢測檢測區(qū)域內(nèi)的點E)(步驟110)，并將關(guān)于這些掃描(即，點E的原始位置)的數(shù)據(jù) 傳輸至控制器34(步驟120)?；诓襟E100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)。然后，控制器34根據(jù)映射36確定至少一個障礙的特征(步驟 140)。
步驟100的配對可基于障礙傳感器3 和32b的位置和定向。由于配對是一對 一的，控制器34可利用它來解決來自傳感器3 和32b的沖突障礙檢測。例如，障礙 傳感器3 可以與包括除了也受過檢測區(qū)域42a(參照圖5)限制的體積以外的由檢測區(qū)域 40a(參照圖5)限制的體積的置信區(qū)域44a配對。障礙傳感器32b可以與包括除了也受 過檢測區(qū)域42b(參照圖5)限制的體積以外的由檢測區(qū)域40b(參照圖5)限制的體積的置 信區(qū)域44b配對。可以想到，機(jī)器10的操作者可以定義由檢測區(qū)域40和過檢測區(qū)域42 限制的體積。替代地，可以設(shè)想機(jī)器10的操作者可以直接定義由置信區(qū)域44限制的體 積。
在步驟100之前或之后，每個障礙傳感器32可對其相關(guān)的檢測區(qū)域42進(jìn)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(即并行地)發(fā)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_。
然后，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(biāo)系Sa中極坐標(biāo)形式的位置
權(quán)利要求
1.一種用于檢測機(jī)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(qū)域(44)中的每一個進(jìn)行一 對一的配對；利用所述多個障礙傳感器進(jìn)行掃描；從所述多個障礙傳感器接收關(guān)于所述掃描的原始數(shù)據(jù)；將所述原始數(shù)據(jù)組合成映射(36)；和根據(jù)所述映射確定至少一個障礙的至少一個特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可使用數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)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(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成可使用數(shù)據(jù)包括針對來自所述多個障礙傳感器的每一個的原始數(shù)據(jù)施加置信區(qū) 域過濾。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，將所述原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述映射包括表面點組。
6.根據(jù)權(quán)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征包括確定至 少一個障礙的尺寸。
7.根據(jù)權(quán)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.—種用于檢測機(jī)器(10)附近的障礙(12)的系統(tǒng)(30)，包括 定位在所述機(jī)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(qū)域(44)的每一個進(jìn)行一對一 的配對；利用所述多個障礙傳感器進(jìn)行掃描；從所述多個障礙傳感器接收關(guān)于所述掃描的原始數(shù)據(jù)；將所述原始數(shù)據(jù)組合成映射(36)；和根據(jù)所述映射確定至少一個障礙的至少一個特征。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述映射包括表面點組。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述置信區(qū)域是體積區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于檢測機(jī)器(10)附近的障礙(12)的系統(tǒng)(30)。該系統(tǒng)包括定位在機(jī)器上的多個障礙傳感器(32)。該系統(tǒng)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?qū)⒍鄠€障礙傳感器中的每一個與多個非重疊的置信區(qū)域(44)中的每一個進(jìn)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(jìn)行掃描。所述控制器還能夠從多個障礙傳感器接收關(guān)于所述掃描的原始數(shù)據(jù)并將該原始數(shù)據(jù)組合成映射(36)。根據(jù)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征。
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(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者B·科特約施耶爾, D·愛德華茲 申請人:卡特彼勒公司