自主车辆监测的制作方法

1.本发明涉及自主车辆的监测，特别是涉及监测铰接式车辆，诸如铰接式采矿车辆。


背景技术：

2.地下工地(比如硬岩或软岩矿井)通常包括各种操作区，这些操作区旨在由不同类型的移动式作业机器(这里称为采矿车辆)进出。地下采矿车辆可以是无人驾驶的(例如从控制室遥控的)采矿车辆，或者是有人驾驶的采矿车辆(即由坐在采矿车辆的驾驶室中的操作员操作的)。在地下工地操作的采矿车辆可以是自主操作的采矿车辆，即自动或半自动采矿车辆，该采矿车辆在其正常操作模式下独立操作，而无需外部控制，但是在某些操作区域或操作条件下(例如在紧急状态期间)，该采矿车辆可以在外部控制下进行。
3.控制系统基于传感器输入数据监测自主采矿车辆的路径，并发出转向命令，以遵循所需路线。在铰接式自主采矿车辆中，基于多个传感器测量车轮速度、相对于环境的位置以及铰接角度(即采矿车辆纵向轴线上的接头旋转的角度)。感测增加了设备成本和系统复杂性，并且机械传感器的改装可能是困难的。


技术实现要素：

4.本发明由独立权利要求的特征限定。从属权利要求中限定了一些具体实施例。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种设备，其包括被配置用以执行以下操作的装置：接收第一测量数据，所述第一测量数据是基于与铰接式车辆的第一部分联接的第一扫描仪获得的；接收第二测量数据，所述第二测量数据是基于与铰接式车辆的第二部分联接的第二扫描仪获得的，第二部分被以铰接的方式联接到第一部分；基于第一测量数据限定第一部分的定向，并且基于第二测量数据限定第二部分的定向；以及基于第一部分的定向和第二部分的定向来限定第一部分和第二部分之间的角度值。根据实施例，该装置包括至少一个处理器；以及包括计算机程序代码的至少一个存储器，该至少一个存储器和计算机程序代码被配置用以利用该至少一个处理器执行该设备。
6.根据本发明的第二方面，提供了一种用于监测铰接式车辆的方法，其包括：接收第一测量数据，所述第一测量数据是基于与铰接式车辆的第一部分联接的第一扫描仪获得的；接收第二测量数据，所述第二测量数据是基于与铰接式车辆的第二部分联接的第二扫描仪获得的，第二部分被以铰接的方式联接到第一部分；基于第一测量数据限定第一部分的定向，并且基于第二测量数据限定第二部分的定向；以及基于第一部分的定向和第二部分的定向来限定第一部分和第二部分之间的角度值。
7.根据第三方面，提供了一种设备，该设备包括至少一个处理核心、包括计算机程序代码的至少一个存储器，该至少一个存储器和计算机程序代码被配置用以利用该至少一个处理核心使得该设备至少：接收第一测量数据，所述第一测量数据是基于与铰接式车辆的第一部分联接的第一扫描仪获得的；接收第二测量数据，所述第二测量数据是基于与铰接式车辆的第二部分联接的第二扫描仪获得的，第二部分被以铰接的方式联接到第一部分；
基于第一测量数据限定第一部分的定向，并且基于第二测量数据限定第二部分的定向；以及基于第一部分的定向和第二部分的定向来限定第一部分和第二部分之间的角度值。
8.根据第四方面，提供了一种计算机程序、计算机程序产品或(非有形)计算机可读介质，其包括计算机程序代码，所述计算机程序代码用于当在数据处理设备中执行时使该设备实行所述方法或其实施例。
9.根据任一方面的实施例，所述角度值或所述角度值在进一步处理之后被用作铰接式车辆的转向角度值。
10.根据任一方面的实施例，所述角度值或所述角度值在进一步处理之后被作为输入提供给处于自主驾驶模式的车辆的至少一个控制器，该至少一个控制器被配置用以执行如下中的至少一个：估计车辆的行进，在驾驶期间限定或更新车辆的路径，和生成用于改变第一部分的定向和第二部分的定向之间的关系的控制信号。
11.任一方面的进一步实施例在从属权利要求中公开并在下面说明。应当理解，所述实施例可以在任一方面的情况下并且以各种组合的形式应用。
附图说明
12.图1示出了工地的示例；
13.图2示出了根据一些实施例的自主车辆的示例；
14.图3示出了根据至少一些实施例的方法；
15.图4示出了铰接式车辆的示例俯视图；和
16.图5示出了能够支持本发明的至少一些实施例的示例设备。
具体实施方式
17.这里的术语“采矿车辆”通常指的是适合在不同种类的采矿和/或建筑挖掘工地的操作中使用的移动式作业机器，例如是运料车、翻斗车、货车、移动式钻岩机或碾磨机、移动式加固机器、铲斗装载机或可用于不同种类的地面和/或地下挖掘工地的其它种类的移动式作业机器。因此，术语“采矿车辆”不以任何方式限于仅用于矿石矿井的车辆，而是采矿车辆可以是在挖掘现场使用的移动式作业机器。术语“自主操作(或自主)采矿车辆”在此指的是自动或半自动采矿车辆，该采矿车辆在其自主操作或驾驶模式下可以独立操作/驾驶，而不需要连续的用户控制，但是例如在紧急状态期间，该采矿车辆可以在外部控制下进行。
18.图1示出了矿井1的简化示例，在本示例中，矿井1是包括地下隧道网络2的地下矿井。多个移动式物体(例如人或行人3和/或采矿车辆4、5、6、7)可以存在于工地1的不同区域或操作区中并在不同区域或操作区之间移动。车辆4-7中的至少一些车辆可以是铰接式车辆，其包括通过至少一个接头连接的至少两个区段或部分。
19.工地1包括通信系统，例如包括无线局域网(wlan)的无线接入系统，该无线局域网包括多个无线接入节点8。接入节点8可以与由采矿车辆所包括的或由行人携带的无线通信单元通信并且与其它通信设备(未示出)(例如被配置为便于与控制系统9通信的网络设备)通信，控制系统9可以是现场的(地下的或地上的)和/或经由中间网络远程的。例如，系统9的服务器可以被配置用以管理工地上的至少一些操作，例如为操作员提供用户界面(ui)以远程监测并且在需要时控制采矿车辆的自动操作，并且/或者为车辆的车队分配工作任务，
以及更新和/或监测任务性能和状态。
20.系统9可以连接到另外的网络和系统，例如工地管理系统、云服务、中间通信网络(例如互联网)等。该系统可以包括或被连接到另外的设备或控制单元，例如手持用户单元、车辆单元、工地管理设备/系统、远程控制和/或监测设备/系统、数据分析设备/系统、传感器系统/设备等。
21.工地1还可包括各种其它类型的矿井操作设备10，其可例如通过接入节点8连接到控制系统9，这些在图1中未详细示出。这种另外的矿井操作设备10的示例包括用于供电、通风、空气状态分析、安全、通信和其它自动化设备的各种设备。例如，工地可以包括通道控制系统，该通道控制系统包括将操作区分隔开来的通道控制单元(pcu)11，其中一些操作区可以被设置用于自主操作采矿车辆。通道控制系统和相关的pcu可以被配置用以允许或防止一个或多个采矿车辆和/或一个或多个行人在各区之间移动。
22.图2示出了采矿车辆20，在该示例中是包括铲斗26的装载机或铲运(lhd)车辆。采矿车辆20可以是铰接式车辆，(至少)包括由接头28连接的两个区段或部分22、24。这些部分22、24可以是铰接式车辆20的车身部分或车身。两个车身部分都可以包括两个或更多个轮胎。车辆可以包括自动转向系统，该自动转向系统基于改变各部分之间的铰接角度和/或控制轮胎定向来控制车辆的转向。然而，应当理解，当前公开的特征可以应用于各种其它类型的铰接式采矿车辆。
23.采矿车辆20包括至少一个控制单元30，该控制单元30被配置用以控制采矿车辆的至少一些功能和/或致动器。控制单元30可以包括一个或多个计算单元/处理器，其执行存储在存储器中的计算机程序代码。在一些实施例中，控制单元可以通过控制器区域网(can)总线连接到采矿车辆的控制系统的一个或多个其它控制单元。控制单元可以包括或被连接到具有显示设备的用户界面以及用于接收操作员命令和传送给控制单元的信息的操作员输入界面。
24.在一些实施例中，控制单元30被配置用以控制至少自主驾驶相关的操作，并且在采矿车辆中可以有一个或多个其它控制单元来控制其它操作。应当理解，控制单元30可以被配置用以执行下面示出的特征中的至少一些特征，或者可以应用多个控制单元或控制器来执行这些特征。还可以有由控制单元执行的另外的操作模块或功能，例如自动驾驶模式功能、至少一个定位单元/模块/功能和/或障碍物检测功能。
25.采矿车辆20可以是无人驾驶的。因此，用户界面可以远离车辆，并且车辆可以由隧道中的操作员远程控制，或者由在矿井区域的控制室中的操作员远程控制，或者甚至通过通信网络由远离矿井更长的距离的操作员远程控制。采矿车辆20外部的控制单元(例如控制系统9中的控制单元)可以被配置用以执行下面示出的特征中的一些特征。
26.采矿车辆20包括两个或更多个扫描单元或扫描仪40a、40b，扫描单元或扫描仪40a、40b被配置用以执行对采矿车辆的环境的扫描。至少一个(第一)扫描仪40a可以布置在第一部分22处/用于第一部分22，并且至少一个扫描仪40b可以用于第二部分24。扫描仪可以被配置用以根据它们各自的部分来监测周围环境。例如，扫描仪40a可以被定位用以提供相对于车辆的纵向方向和/或侧向方向的扫描数据。
27.在实施例中，扫描仪可以是2d扫描仪，其被配置用以例如监测期望高度处的隧道壁。控制单元30可以将可操作的扫描到的隧道轮廓数据与存储在环境模型中的参考轮廓数
据进行比较，并且基于在环境模型中找到匹配来定位采矿车辆，以便通过航位推算来定位采矿车辆和/或更正定位。
28.在一些实施例中，应用3d扫描仪，在这种情况下，产生3d扫描数据或点云数据，其可用于定位采矿车辆。基于扫描生成的点云数据可用于生成和更新环境模型，例如地下隧道模型，其可用于在工地定位采矿车辆。在一些实施例中，扫描结果被应用于检测采矿车辆及其一个或多个其它元件(例如扫描仪40a、40b或铲斗26)的位置和定向。
29.在一些实施例中，扫描仪40a、40b是激光扫描仪。在实施例中，扫描仪被配置用以基于在测量的表面或物体上发射的激光脉冲的往返飞行时间的测量来限定3d扫描数据。这种遥感技术也被称为lidar(光探测和测距)。
30.采矿车辆20或其控制单元30可以执行点云匹配功能，该点云匹配功能被配置用以将操作(扫描到的)点云数据(正被扫描仪扫描)与环境模型点云数据(即参考点云数据)相匹配。扫描设备和/或车辆的另一个兴趣点(例如铲斗26(的前缘))的位置和方向可以在矿井坐标系中基于所述操作点云数据和参考云数据之间的检测到的匹配来确定。例如，可以应用wo2015106799中示出的至少一些特征，该文献公开了一种用于扫描采矿车辆周围环境以产生数据来确定采矿车辆的位置和定向的系统。
31.驾驶规划或路线规划可以限定由采矿车辆20驾驶的路线，并且可以用作采矿车辆自动控制的输入。该规划可以离线且非当场生成，例如在办公室或者在采矿车辆上生成，例如通过教学驾驶生成。该规划可以为自动驾驶限定起点、终点和一组路线点。这种规划可以通过有线或无线连接发送到或以其它方式加载到采矿车辆、采矿车辆的存储器以供控制单元30访问。在另一个实施例中，路线点不是预先限定的，而是采矿车辆限定路径和转向控制，以在朝向目的地点的自主驾驶期间避开障碍物。
32.现在提供特别是用于自主驾驶的铰接式车辆操作的进一步改进，这将在下面进一步说明。图3示出了根据一些实施例的用于监测铰接式车辆的方法。该方法可以由铰接式车辆及其控制设备(例如采矿车辆4-7、20以及其控制单元30)来执行。
33.该方法可以包括接收310基于第一扫描仪获得的第一测量数据(集)，该第一扫描仪联接到铰接式采矿车辆的第一部分，例如采矿车辆20的(车身)部分22。接收320基于第二扫描仪获得的第二测量数据(集)，该第二扫描仪联接到铰接式采矿车辆的第二部分，例如(车身)部分24。第二部分例如通过用于采矿车辆20的接头被以铰接的方式联接到第一部分。
34.基于第一测量数据限定330第一部分的定向，并且基于第二测量数据限定330第二部分的定向。在一些实施例中，第一和第二(扫描到的)测量数据(集)被独立地映射到环境模型，并且基于相对于环境(例如地下矿井的隧道壁)的映射来计算所述车身部分的位置和定向。在实施例中，根据所述车身的绝对位置和定向(其是相对于环境确定的)，计算出它们的相对位置。
35.基于第一部分的定向和第二部分的定向来限定340第一部分和第二部分之间的角度值。
36.角度值或角度值在进一步处理之后可以用作铰接式采矿车辆的转向角度值或载架角度。参考图4，角度值可以指示第一部分22的定向和第二部分24的定向之间的角度α。在示例性实施例中，角度偏移值(指示第二部分在水平面上相对于第一部分的偏移)是基于所
限定的定向来确定的。转向角度值可以基于角度偏移值来计算。控制器可以被配置用以执行校准模块，该校准模块通过对一组接连的测量结果执行偏置消除平均函数来校准角度值(或转向角)。
37.角度值或角度值在进一步处理之后作为采矿车辆的至少一个控制器的输入，用于控制自动或半自动驾驶。例如，至少当车辆处于自主驾驶模式时，控制器20可以提供或生成代表所述角度值的输入。控制器可以被配置用以执行以下一项或多项：
[0038]-估计采矿车辆的行进。例如，控制器可以估计车辆将如何以当前转向角行进并基于该估计执行进一步的处理，例如用于避免碰撞。
[0039]-限定或更新采矿车辆在驾驶期间的路径。例如，路径规划模块可以被配置用以基于车辆的更新后的行进来更新车辆的路径，例如以避免过于急的转弯。
[0040]-产生控制信号，用于改变第一部分的定向和第二部分的定向之间的关系。例如，当检测到当前转向角偏离用于车辆停留在预先存储或动态生成的目标路径上所需的当前确定的目标转向角时，控制器可以向车辆转向致动器生成控制信号，用于校正定向，以匹配目标转向角。
[0041]
目前公开的特征能够避免用于铰接角度检测的特定传感器布置。这有利于简化整个自动驾驶系统，并且避免了这种感测对于车身结构的机械设计的影响。将自动驾驶系统改装到采矿车辆也更容易。
[0042]
在一些实施例中，扫描仪40a、40b被配置用以生成3d点云数据。第一部分的定向和/或第二部分的定向可以基于3d点云数据和环境的3d环境模型(例如隧道模型)来限定330。因此，扫描仪的扫描到的3d点云数据集可以与环境模型映射，并且可以基于相应的映射的扫描数据集为这些部分限定定向(和位置)。
[0043]
可以基于来自至少一个扫描仪的扫描数据来生成或更新3d环境模型。根据实施例，设置有扫描仪的采矿车辆20用作移动式勘测设备。当执行车辆的专用正常操作时，车辆可以连续执行环境勘测。例如，当车辆停在卸载点时，可以扫描周围环境。还可以规定，每次当车辆不移动时，执行至少一次扫描。由于这一程序，可以在正常操作过程的同时重复勘测矿井，而不需要任何额外资源。工地的3d模型因此可以是精确的并且不断更新。
[0044]
在一些实施例中，在基于处理第一测量数据和/或第二测量数据(例如扫描到的3d点云数据)识别处于第一部分和/或第二部分中的参考物体的基础上，限定330第一部分和/或第二部分的点的位置和/或定向。这种参考物体可以是车辆(的相关部分)的任何合适的点或子部分，其可以基于预先存储起来的参考物体特征数据(例如点云模型数据)在测量数据中检测到。在检测到参考物体时，限定参考物体的定向和/或位置。相关部分的位置和/或定向是基于参考物体的限定的定向和/或位置来限定的。例如，铲斗或其子部分可以被检测为参考物体。
[0045]
在实施例中，基于第一测量数据和/或第二测量数据限定第一扫描仪40a和/或第二扫描仪40b的定向。然后，可以基于第一扫描仪和/或第二扫描仪的限定的定向以及它们与相应的车辆部分22、24的关系来限定330第一部分和/或第二部分的定向。可以为第一部分和第二部分以及为处理相关联的第一和第二测量数据执行单独的(和特定的)算法。
[0046]
基于测量数据和各部分的得到的位置和/或定向，可以执行各种进一步的功能，其中一些功能将在下面进一步说明。
[0047]
第一部分的预先存储起来的几何数据(其也可称为模型数据)可与第一部分的限定的位置和定向映射，并且/或者第二部分的几何数据可与第二部分的位置和定向映射。在一些实施例中，几何数据包括吊臂物体的点云数据。因此，这些部分可以以其当前的姿态建模，并且可以基于环境模型进一步执行各种进一步的处理。
[0048]
在一些实施例中，车辆的车身部分的点云文件被映射到该部分的当前姿态(位置和定向)。这可以通过将点云与(相应部分的)适当的变换矩阵相匹配并且基于该变换矩阵将该部分的点云定位在正确的开始姿态下来实现。因此，考虑到检测到的墙壁和其它障碍物，车身所需的空间可以直接被定位在正确的位置和定向。
[0049]
可以基于建模的第一和/或第二部分(即与第一和/或第二部分的限定的位置和定向映射的第一和/或第二部分的几何数据)来执行碰撞避免控制。扫描仪40a、40b可以提供障碍物的扫描数据，该扫描数据可以与第一和/或第二物体的建模的姿态(或物体的位置)进行比较。如果检测到车辆20的(一部分)太靠近(或将太靠近)障碍物，例如安全距离阈值，则可以限定校正的路径和/或转向控制动作。然后，与该校正动作相关联的控制信号可以被发送到转向控制致动器，从而引起转向角度以及第一部分和第二部分之间的角度的变化。
[0050]
可以基于第一测量数据来限定第一部分的位置和/或定向的第一预测。类似地是，可以基于第二测量数据来限定第二部分的位置和/或定向的第二预测。这些预测可以应用于各种目的，例如上面说明的碰撞避免控制。在实施例中，预测被应用于补偿用于第一部分的计算和用于第二部分的计算之间的计算定时差。
[0051]
应当理解，各种进一步的特征可以补充或区别于至少一些上述实施例。例如，可以有进一步的用户交互和/或自动化功能，从而进一步方便操作员监测和/或控制采矿车辆的状态及其自主驾驶动作。例如，车辆的状态(包括第一部分和第二部分的限定的定向)可以显示在车辆和/或远程单元的用户界面(ui)中。
[0052]
尽管以上结合采矿车辆说明了实施例，但是应当理解，当前公开的特征也可以结合其它类型的铰接式车辆(例如包括各种类型的铰接式装载机、运输机、压实机、挖掘机和拆除机)来应用。
[0053]
包括电子电路的电子设备可以是用于实现本发明的至少一些实施例(例如结合图3所示的操作)的设备。该设备可以被包括在至少一个计算设备中，该至少一个计算设备被连接到或被集成到诸如车辆20的采矿车辆的控制系统中。这种控制系统可以是控制车辆的各种子系统的操作的智能车载控制系统，所述子系统诸如是液压系统、马达、传动系统等。这种控制系统通常是分布式的，并且包括许多独立的模块，这些独立的模块例如通过控制器区域网(can)节点的总线系统相连接。在一些实施例中，该设备是采矿车辆的附加仪器。
[0054]
图5示出了能够支持本发明的至少一些实施例的示例设备。示出了设备50，该设备50可以包括或实现上面说明的控制单元20。该设备可以被配置用以执行与限定车辆部分之间的定向关系相关的至少一些所述实施例。
[0055]
处理器51被包括在设备50中，该处理器51可以包括例如单核或多核处理器，其中单核处理器包括一个处理核心，并且多核处理器包括多于一个的处理核心。处理器51可以包括不止一个处理器。处理器可以包括至少一个专用集成电路asic。处理器可以包括至少一个现场可编程门阵列fpga。处理器可以是用于在设备中执行方法步骤的装置。处理器可以配置用以至少部分地由计算机指令执行动作。
[0056]
设备50可以包括存储器52。存储器可以包括随机存取存储器和/或永久存储器。处理器51可以至少部分地访问存储器。存储器可以至少部分被包含在处理器51中。存储器可以至少部分在设备50的外部，但是设备可以访问。存储器52可以是用于存储影响设备操作的信息和参数54(例如控制如上说明的至少一些操作的环境模型和参数)的装置。存储器可以包括计算机程序代码53，该计算机程序代码53包括处理器被配置用以执行的计算机指令。当被配置用以使处理器执行某些动作的计算机指令被存储在存储器中并且设备总体上被配置用以使用来自存储器的计算机指令在处理器的指导下运行时，可认为处理器和/或其至少一个处理核心被配置用以执行所述某些动作。
[0057]
设备50可以包括通信单元55，该通信单元55包括发射器和/或接收器。发射器和接收器可以被配置用以根据至少一个蜂窝或非蜂窝标准分别发送和接收信息。发射器和/或接收器可以被配置用以根据例如全球移动通信系统(gsm)、宽带码分多址(wcdma)、长期演进(lte)、3gpp新无线接入技术(n-rat)、is-95、无线局域网(wlan)和/或以太网标准来操作。设备50可以包括近场通信(nfc)收发器。nfc收发器可以支持至少一种nfc技术，例如nfc、蓝牙、wibree或类似技术。
[0058]
设备50可以包括ui或被连接到ui。ui可以包括显示器56、扬声器、诸如键盘的输入设备57、操纵杆、触摸屏和麦克风中的至少一个。用户可以经由ui来操作设备和车辆，例如用以驾驶车辆和操作车辆的工具、改变显示视图、控制装载/卸载动作等。
[0059]
设备50可以进一步包括和/或被连接到另外的单元、设备和系统，例如一个或多个传感器设备58(例如扫描仪40a、40b)或感测设备50的环境或车辆属性(例如车轮旋转)的其它传感器设备。
[0060]
处理器51、存储器52、通信单元55和ui可以通过设备50内部的电导线以多种不同的方式相互连接起来。例如，前述设备中的每一个设备可以单独连接到设备内部的主总线，以允许设备交换信息。然而，如本领域技术人员将理解的，这仅仅是一个示例，并且取决于实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可以选择相互连接至少两个前述设备的各种方式。
[0061]
应当理解，所公开的本发明的实施例不限于这里公开的特定结构、方法步骤或材料，而是扩展到相关领域的普通技术人员将会认识到的等同例。还应当理解，这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在进行限制。
[0062]
在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合各种描述的特征、结构或特性。虽然前述示例说明了本发明在一个或多个特定应用中的原理，但是对于本领域的普通技术人员来说明显的是，在不使用创造性能力的情况下并且在不脱离本发明的原理和概念的情况下，可以在形式、使用和实现的细节上进行多种修改。因此，意图是，除了所附的权利要求书之外，本发明不受限制。
[0063]
动词“包括”和“包含”在本文献中用作开放式限定，其既不排除也不要求存在还未列举的特征。除非另外明确说明，从属权利要求中所述的特征是可相互自由组合的。此外，应当理解，在整个文献中使用“一个(a)”或“一个(an)”(即单数形式)并不排除复数。