专利名称：障碍检测方法和系统的制作方法
障碍检测方法和系统技术领域
本发明整体涉及检测方法，更具体地涉及一种用于检测机器附近的障碍的方法。
背景技术：
例如轮式装载机、非公路托运卡车、挖掘机、自动平地机等大型机器以及其他 类型的土方机器被用来执行多种任务。其中一些任务涉及在工地的某些位置之间间歇地 移动和停止在这些位置处，由于提供给机器操作者的可视性很差，这些任务可能难以安 全有效地完成。因此，可以为机器的操作者另外提供障碍传感器的检测。但是，各个障 碍传感器仅仅在特定的空间区域内有效地操作(即提供准确的检测)。在这些区域之外， 障碍传感器可能提供不准确的检测。例如，一个障碍传感器可以在特定位置处检测出障 碍，而另一障碍传感器却不能在相同位置处检测出什么，这仅仅因为每个障碍传感器安 装到机器的方式和目的不同。
2000年4月25日授予Sarangapani的美国专利No.6055042 ( ‘042专利)中描述了一种使这些矛盾的检测最小化的方法。‘042专利描述了一种用于检测移动机器路径中 障碍的方法。该方法包括利用多个障碍传感系统的每一个进行扫描。该方法还包括基于 例如环境光线、障碍尺寸的外部参数或者从障碍接收的反射能量的量对每个障碍传感系 统扫描的数据进行加权。根据加权的数据确定障碍的至少一个特征。
尽管‘042专利的方法可以改善对移动机器路径中障碍的检测，但对于某些应 用来说是极其昂贵的。特别地，对障碍传感系统扫描的数据进行加权可能不是必须的。 因为这种加权需要关于外部参数的信息，所以，需要另外的硬件。而且，这些另外的硬 件会增加实施该方法的成本。
本发明的方法和系统旨在克服上述的一个或多个问题。 发明内容
一方面，本发明涉及一种用于检测机器附近的障碍的方法。该方法包括将多个 障碍传感器中的每一个与多个非重叠的置信区域中的每一个进行一对一的配对。另外， 该方法包括利用多个障碍传感器进行扫描。该方法还包括从多个障碍传感器接收关于所 述扫描的原始数据。另外，该方法还包括将原始数据组合成映射。该方法还包括根据映 射确定至少一个障碍的至少一个特征。
另一方面，本发明涉及用于检测机器附近的障碍的系统。该系统包括定位在机 器上的多个障碍传感器。该系统还包括与多个障碍传感器的每一个通信的控制器。所述 控制器能够将多个障碍传感器的每一个与多个非重叠的置信区域的每一个进行一对一的 配对。另外，所述控制器还能够利用所述多个障碍传感器进行扫描。所述控制器还能 够从多个障碍传感器接收关于所述扫描的原始数据并将原始数据组合成映射。根据该映 射，控制器能够确定至少一个障碍的至少一个特征。


图1是一种示例性公开的机器的图示说明；
图2是用于图1的机器的一种示例性公开的障碍检测系统的示意图3是用于图2的障碍检测系统的一种示例性公开的坐标系统的图示说明；
图4是用于图2的障碍检测系统的一种示例性公开的检测区域的俯视图5是图4的检测区域内的一种示例性公开的置信区域的前视图6是描述一种操作图2的障碍检测系统的示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了都位于工地14的示例性机器10和机器10的障碍12。尽管机器10 被描绘为非高速路托运卡车，但可以想到，机器10可以体现为例如轮式装载机、挖掘机 或自动平地机的其他类型的大型机器。障碍12被描绘为服务车辆。但是，可以想到障 碍12可体现为其他类型的障碍，例如轻型货车或者客车。如果障碍12为至少具有一定 尺寸，则障碍12可被列为危险的。例如，所述一定尺寸可以是长度22。如果障碍12的 高度16比长度22长，宽度18比长度22长，或者深度20比长度22长，则障碍12可被 列为危险的。工地14可以是例如矿场、垃圾填埋场、采石场、施工现场或者本领域已知 的其他类型的工地。
机器10可具有操作者站M，使其处于使盲区的影响最小化的位置(即，使机器 10的操作者可视的无阻区域最大化)。但是，由于一些机器的尺寸，这些盲区可能仍然 很大。例如，危险的障碍12可能完全位于机器10的盲区观内。为了避免与障碍12碰 撞，可以为机器10配备障碍检测系统30 (参照图2)，以收集关于盲区观内的障碍12的fn息ο
障碍检测系统30可包括一个或多个障碍传感器32，用以检测盲区观内的表面上 的点E。例如，障碍检测系统30可包括第一障碍传感器3 和第二障碍传感器32b。障 碍传感器3 可以检测面对它的表面上的点E1 (即，位于障碍传感器3 视线内的点E)。 障碍传感器3 可以检测面对它的表面上的点E2(即，位于障碍传感器3 视线内的点 E)。点E1和E2的检测可能是原始的(即，不能直接对比的)。因此，如图2所示，障 碍检测系统30还可包括控制器34，其分别从障碍传感器3 和32b接收包括点E1和E2 的检测的讯息，然后转换、过滤和/或集合(unionize)这些检测。
控制器34可以与操作者站24(参照图1)或机器10的其他受保护组件相关联。 控制器34可包括用于监测、记录、存储、索引、处理和/或传输信息的部件。这些部件 可包括例如内存、一个或多个数据存储装置、中央处理单元和/或其他可以转换、过滤 和/或集合点E1和E2的检测的其他组件。特别是，控制器34可包括或被构造成产生映 射36来存储转换后的点E1和E2的位置。此外，尽管本发明的方面通常被描述为存储在 内存中，但本领域技术人员可以认识到这些方面可以存储在不同类型的计算机程序产品 或者诸如计算机芯片和辅助存储装置的包括硬盘、软盘、光学介质、CD-ROM或其他形 式的RAM或ROM的计算机可读介质上或者从其上读取。
电子形式的映射36可存储在控制器34的内存中并且可实时更新以反映转换的点E1和E2的位置。如图3所示，这些位置可以相对于坐标系T定义。坐标系T可以点Ot 为原点，点Ot相对于机器10固定地定位。坐标系T可以是具有轴矢量&、&的右 手三维笛卡儿坐标系。可以想到，当机器10位于竖立位置时，轴矢量街从点Ot朝着地 面37沿重力方向向下延伸。因此，轴矢量形成的平面基本平行于预测地面38。 坐标系T中的点可通过其Xt= ^ ^t3]形式的空间坐标来表示，其中，自点Ot起，、是 沿着轴矢量&的距离，^是沿着轴矢量距离，^是沿着轴矢量&的距离。相对于 坐标系T的方向可以通过其At = h、t6]形式的角坐标来表示，其中，绕着点Ot旋转， U为俯仰角(即，围绕轴矢量yT旋转)，^是偏航角(即，围绕轴矢量&旋转)，t6是滚 动角(即，围绕轴矢量&旋转)。
如前面讨论的，分别通过障碍传感器3 和32b对点E1和E2的检测可以是原始 的。特别是，由于传感器3 和32b可能或可能不固定地定位在相对于坐标系T的共同 位置，因而这些检测是原始的。例如，可以想到，障碍传感器3 和32b都连接到机器 10的后顶盖侧板39，但障碍传感器3 可能定位在点0Sa，而障碍传感器3 可能定位在 点0Sb。因此，可以相对于以点Oi5a为原点的坐标系Sa检测点E1的位置，相对于以点Osb 为原点的坐标系邻检测点E2的位置。
坐标系Sa可以是具有轴矢量 cSa、力3和、的右手三维笛卡儿坐标系。坐标系 Sa中的点可通过其笛卡儿形式JCsa= [Sa1 sa2 sa3]的空间坐标来表示，其中，自点Oi5a起， Sa1是沿着轴矢量？^的距离，3 是沿着轴矢量Ra的距离，W3是沿着轴矢量Aa的距离。 点Oi5a相对于坐标系T的地理位置以及坐标系Sa相对于坐标系T的方向可以是固定和已 知的。特别地，Xt (Osa)可等于[_bSal -bSa2 -bSa3]，且At (Sa)可等于[psa ysa rsa]。坐标系 Sa中的点可替代地通过其极坐标形式Isap= [ρα θα押的空间坐标来表示，其中，Pa 是距点Oi5a的距离，θ a是从轴矢量^^的极角，押是从轴矢量^a的顶角。
坐标系Sb可以是具有轴矢量xSb、ySb和zSb的右手三维笛卡儿坐标系。坐标系 Sb中的点可通过其笛卡儿形式Xsb = [Sb1 sb2 sb3]的空间坐标来表示，其中，自点Osb起， Sb1是沿着轴矢量^csb的距离，办是沿着轴矢量ySb的距离，Sb3是沿着轴矢量^的距离。 点Osb相对于坐标系T的地理位置以及坐标系Sb相对于坐标系T的方向可以是固定和已 知的。特别地，XT(0Sb)可等于[-bSM-bSb2-bSb3]，且 A^Sb)可等于[psbysbrsb]。坐标 系Sb中的点可替代地通过其极坐标形式Iap= [ρ Gb碑]的空间坐标来表示，其中， Pb是距点Osb的距离，9b是从轴矢量xSb的极角，锊是从轴矢量zSb的顶角。
每个障碍传感器32可以体现为LIDAR(光探测及测距)装置、RADAR(无线电 探测及测距)装置、SONAR(声音导航及测距)装置、基于视觉的传感装置或者可以检测 到点E的距离和方向的其他类型装置。例如，如通过障碍传感器3 检测的，到点氐的 距离可以表示为空间坐标P a,到点E1的方向可以表示为空间坐标θ a和辦的合成。并 且，如通过障碍传感器32b检测的，到点E2的距离可以表示为空间坐标Pb，到点玛的 方向可以表示为空间坐标θb和妙的合成。
如图4和图5所示，障碍传感器3 和3 做出的检测可能受特定空间坐标的限 制，从而分别形成检测区域40a和40b。例如，检测区域40a可受θ3= θ ai和0a= θ au Μψα = Ψα ^Ψα =队J艮制。并且，检测区域40b可受θ, = θ w和θ, = θ Μ和灼= 和 灼限制。可以想到，检测区域40a和40b可在过检测区域42(通过图5中的双向影线和阴影显示)处重叠。
由于反射或其他未知干涉，过检测区域42中的一些检测可能是不准确的。例 如，过检测区域42a(通过图5中的双向影线显示)内的点E1的检测及过检测区域42b (通 过图5中的阴影显示)内的点E2的检测可能不准确。然而，反之不亦然。即，过检测 区域42a内的点E2的检测及过检测区域42b内的点E1的检测可能是准确的。因此，如上 文讨论和下文描述的，可以想到控制器34可以转换、过滤和集合点E1和E2的检测以去 除不准确的检测。
图6示出了操作本发明的系统的示例性方法。以下部分中将对图6进行讨论以 进一步说明本发明的系统及其操作。
工业实用性
本发明的系统能够应用于在工地内的一些位置之间间歇移动和停止在这些位置 的机器。该系统可确定其中一个机器附近的障碍的特征。特别是，该系统可以检测并分 析表面点来确定障碍的尺寸和位置。现在描述该系统的操作。
如图6所示，本发明的系统，更具体地是控制器34可将每个障碍传感器32与置 信区域44配对(步骤100)。每个障碍传感器32可对其相关的检测区域42进行扫描(即 检测检测区域内的点E)(步骤110)，并将关于这些扫描(即，点E的原始位置)的数据 传输至控制器34(步骤120)。基于步骤100的配对，控制器34可将点E的原始位置组 合成映射36 (步骤130)。然后，控制器34根据映射36确定至少一个障碍的特征(步骤 140)。
步骤100的配对可基于障碍传感器3 和32b的位置和定向。由于配对是一对 一的，控制器34可利用它来解决来自传感器3 和32b的冲突障碍检测。例如，障碍 传感器3 可以与包括除了也受过检测区域42a(参照图5)限制的体积以外的由检测区域 40a(参照图5)限制的体积的置信区域44a配对。障碍传感器32b可以与包括除了也受 过检测区域42b(参照图5)限制的体积以外的由检测区域40b(参照图5)限制的体积的置 信区域44b配对。可以想到，机器10的操作者可以定义由检测区域40和过检测区域42 限制的体积。替代地，可以设想机器10的操作者可以直接定义由置信区域44限制的体 积。
在步骤100之前或之后，每个障碍传感器32可对其相关的检测区域42进行扫描 (步骤110)。如前面讨论的，每个障碍传感器32可检测从其自身到点E的距离和方向。 可以想到这些检测可同时(即并行地)发生。例如，障碍传感器3 可检测从其自身到 点E1的距离和方向(步骤110a)。而且，障碍传感器32b可检测从其自身到点E2的距离 和方向(步骤1_。
然后，每个障碍传感器3 和32b可分别将若干点艮(步骤120a)和若干点氏(步 骤120b)同时传输至控制器34。例如，障碍传感器3 的传输可包括η个点:E1在坐标系Sa中极坐标形式的位置
权利要求
1.一种用于检测机器(10)附近的障碍(12)的方法，包括将多个障碍传感器(32)中的每一个与多个非重叠的置信区域(44)中的每一个进行一 对一的配对；利用所述多个障碍传感器进行扫描；从所述多个障碍传感器接收关于所述扫描的原始数据；将所述原始数据组合成映射(36)；和根据所述映射确定至少一个障碍的至少一个特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述原始数据组合成映射包括将来自所述多 个障碍传感器的每一个的原始数据转换成可使用数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将来自所述多个障碍传感器的每一个的原始数 据转换成可使用数据包括针对来自所述多个障碍传感器的每一个的原始数据施加置信区 域过滤。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述原始数据组合成映射包括集合来自所述 多个障碍传感器的每一个的所述可使用数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述映射包括表面点组。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定至少一个障碍的至少一个特征包括确定至 少一个障碍的尺寸。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定至少一个障碍的尺寸包括对所述表面点组 施加高度过滤。
8.—种用于检测机器(10)附近的障碍(12)的系统(30)，包括 定位在所述机器上的多个障碍传感器(32)；和与所述多个障碍传感器的每一个通信的控制器(34)，该控制器能够 将所述多个障碍传感器的每一个与多个非重叠的置信区域(44)的每一个进行一对一 的配对；利用所述多个障碍传感器进行扫描；从所述多个障碍传感器接收关于所述扫描的原始数据；将所述原始数据组合成映射(36)；和根据所述映射确定至少一个障碍的至少一个特征。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述映射包括表面点组。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述置信区域是体积区域。
全文摘要
本发明公开一种用于检测机器(10)附近的障碍(12)的系统(30)。该系统包括定位在机器上的多个障碍传感器(32)。该系统还包括与多个障碍传感器的每一个通信的控制器(34)。所述控制器能够将多个障碍传感器中的每一个与多个非重叠的置信区域(44)中的每一个进行一对一的配对。另外，所述控制器能够利用所述多个障碍传感器进行扫描。所述控制器还能够从多个障碍传感器接收关于所述扫描的原始数据并将该原始数据组合成映射(36)。根据所述映射，所述控制器能够确定至少一个障碍的至少一个特征。
文档编号G01S17/89GK102027389SQ200980117136
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者B·科特约施耶尔, D·爱德华兹 申请人:卡特彼勒公司