计算机增强安全系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于协助作业机械(诸如移动式碎石机和筛分机)的安全使用的设备和方法，特别是涉及在作业机械上或周围的安全移动的设备和方法。


背景技术：

2.破碎机是一种设计用以将大岩石破碎成较小的岩石、砾石或岩屑的机械。破碎机可用于减小废料大小或改变废料形式，以便废料更容易处理或回收，或者破碎机可用以减小原材料(如矿体)的固体混合物的大小，以便能够区分开区分不同组成的碎片。
3.采矿作业、采石拆除作业和回收作业使用破碎机，这些破碎机通常根据它们破碎起始材料的程度进行分类，初级和二级破碎机处理较粗材料，三级和四级破碎机将矿石颗粒降低到更细的等级(gradations)。每台破碎机被设计用于处理一定最大尺寸的原材料，并且通常将其输出输送到筛分机，该筛分机对产品进行分选并引导产品用于进一步加工。
4.图1a是破碎机的第一侧视图，图1b是破碎机的第二侧视图，图1c是破碎机的平面图。在这些图中，所示的破碎机1包括用于接收未加工岩石的料斗3、用于岩石破碎的破碎机箱5、侧输送机7、液压控制箱9、主输送机11、动力单元13、电气控制箱15、料斗门17和履带19。非驱动侧21和驱动侧23在图1c中示出。一种变体可以包括在进料输送机和破碎机之间的筛网。此外，这些机械可以使用柴油/液压系统或柴油/电气系统提供动力。
5.图2是类似破碎机的透视图，在该破碎机中显示了以下特征。底盘带有履带、液压油箱、进料输送机、支腿、控制柜、主输出输送机、驱动护罩和皮带张紧系统、圆锥破碎机和进料箱、维护走道、圆锥润滑罐、动力单元和料斗。
6.诸如图1a-1c和图2中所示的破碎机之类的机械复杂、昂贵，并且采用由高规格材料制成的高质量部件制造，以使部件能够在极端温度条件和极端天气条件下承受恶劣环境，并且其中在本地环境中存在大量的灰尘和岩石颗粒。
7.如从图1a到图1c和图2明显看出的是，这种类型的工作机械等等代表着潜在危险环境，并且它们被设计和制造成符合涵盖了健康和安全性的欧盟和国际标准。
8.风险包括：
9.1.呼吸或吸入粉尘颗粒；
10.2.触电；
11.3.粉碎；
12.4.绞缠；
13.5.落料；
14.6.噪音等。
15.通常，危险由带有黑色轮廓的黄色三角形内的黑色符号表示。禁令由红色圆圈内的黑色符号表示，其中红色对角块穿过黑色符号延伸。强制动作由蓝色圆圈内的白色符号表示。此类符号是众所周知的，并且具体示例可以在机械健康和安全手册中找到。
16.此外，还包括操作员安全特征，例如：
17.1.急停按钮；
18.2.各种安全警示标志，诸如；
19.a.在没有安全防护的情况下不要使用设备的标志；
20.b.扶手标志；
21.c.使用扶手和踏板进行维护接近的一般性警告；
22.d.限制接近标志；以及
23.e.禁止进入标志。


技术实现要素：

24.根据本发明的第一方面，提供了一种用于协助机械的安全使用的设备，该设备包括：
25.用户界面，其用于显示增强现实场景；
26.相机，其用于实时捕捉感兴趣区域的视频，用于包含在增强现实场景中；
27.定位模块，其用于确定设备相对于机械的位置；
28.形状识别模块，其用于识别在视频中靠近机械的实际地点(location)；
29.机械周围的虚拟安全区域的数据库，所述虚拟安全区域能够显示在增强现实场景中；
30.匹配模块，其用于将虚拟安全区域与对应的实际部件进行匹配，以在增强现实场景中向用户标识机械周围的安全的区域和对应的不安全的区域。
31.在本发明的至少一个实施例中，传感器确定该机械的活动状态，根据分区是否在该机械不活动或活动所处的区域中或附近来确定该分区的安全性。
32.在至少一个实施例中，机械使用近场通信系统与设备配对，该近场通信系统检测该设备处在机械附近，并且然后指令用户在继续进行之前查看该机械或扫描参考标记。
33.应当理解的是，术语增强现实(ar)可以用术语混合现实(mr)代替。这两个术语都传达的是提供将现实世界和虚拟世界融合的用户界面的技术的使用。
34.在至少一个实施例中，该设备是手持设备。
35.在至少一个实施例中，该手持设备是平板电脑或智能手机。
36.在至少一个实施例中，该设备是增强现实头显。
37.术语头显(headset)包括、但不限于头戴式装备、眼镜式装备和其它类似可佩戴技术。
38.在至少一个实施例中，用户界面是音频输出。
39.在至少一个实施例中，用户界面结合了图形用户界面和音频输出。
40.在至少一个实施例中，通过与手持设备的物理交互来控制图形用户界面。
41.在至少一个实施例中，通过与增强现实环境中的对象交互的手势来控制图形用户界面。
42.在至少一个实施例中，图形用户界面包括与指令窗口相结合的增强现实视频和动画。
43.在至少一个实施例中，定位模块包括gps定位设备。
44.在至少一个实施例中，定位模块包括本地网络设备，该本地网络设备确定该设备
相对于本地网络中的节点的位置。
45.在至少一个实施例中，定位模块包括gps和本地网络的组合。
46.本地网络可以包括(wi-fi
tm
、bluetooth
tm
、网格状网络或其它)，或替代性地是，本地网络通过互联网连接(gsm、3g、4g、5g)连接到机械的远程信息处理api。
47.在至少一个实施例中，定位模块检测并且绘制设备相对于机械的位置。
48.在至少一个实施例中，定位模块使用离开机械一设定距离定位的游戏对象的格状网络/网格状网络。
49.在至少一个实施例中，定位模块限定相对于机械的区域，并且检测该设备何时移动进入/移动出对应于虚拟安全区域的区域。
50.在至少一个实施例中，该定位模块提供更新的设备位置信息，以允许增强现实场景反映设备相对于机械的地点的变化。
51.在至少一个实施例中，匹配模块通过用户界面上的警报指示匹配。
52.在至少一个实施例中，警报是闪烁的虚拟区域。
53.在至少一个实施例中，警报是虚拟区域的颜色的变化。
54.在至少一个实施例中，警报是声音。
55.在至少一个实施例中，机械是碎石机。
56.在至少一个实施例中，机械是筛分器。
57.在至少一个实施例中，在机械上的预定地点处提供参考标记，以相对于机械定向设备。
58.在至少一个实施例中，参考标记是条形码。
59.在至少一个实施例中，参考标记是qr码。
60.在至少一个实施例中，参考标记被扫描，并且在用户界面上相对于该参考点映射出增强现实场景。
61.在本发明的至少一个实施例中，机械充当其自己的独立服务器，以用来存储需要显示在头戴式装备上的增强现实内容。
62.在本发明的至少一个实施例中，手持设备充当其自己的独立服务器，以用来存储需要显示在头戴式装备上的增强现实内容。
63.在至少一个实施例中，设备可以停止该机械。
64.在至少一个实施例中，多个设备可以结合单台机械使用。
65.在另一个实施例中，从单个设备可以控制多台机械。
66.在至少一个实施例中，所述多个设备中的至少一个设备被提供关于其它设备的地点信息。
67.根据本发明的第二方面，提供了一种用于辅助机器维护的计算机实施的方法，该方法包括以下步骤：
68.实时捕获感兴趣区域的视频，用于在设备的用户界面上包含在增强现实场景中；
69.确定设备相对于机械的位置；
70.识别在视频中靠近机械的实际区域；
71.访问虚拟安全区域的数据库，所述虚拟安全区域能够显示在增强现实场景中；
72.将虚拟安全区域与对应的实际区域进行匹配，以在增强现实场景中向用户展示机
械周围的安全的区域和对应的不安全的区域。
73.在本发明的至少一个实施例中，使用传感器检测机械的活动状态，并且根据分区是否在机械不活动或活动所处的区域中或附近，来确定该分区的安全性。
74.在至少一个实施例中，用户界面是图形用户界面，通过与增强现实环境中的对象交互的手势来控制所述图形用户界面。
75.在至少一个实施例中，确定设备相对于机械的位置的步骤使用gps。
76.在至少一个实施例中，确定设备相对于机械的位置的步骤确定设备相对于本地网络中的节点的位置。
77.在至少一个实施例中，确定设备相对于机械的位置的步骤将gps和本地网络相结合。
78.本地网络可以包括(wi-fi
tm
、bluetooth
tm
、网格状网络等)，或可替代地是，本地网络通过互联网连接(gsm、3g、4g、5g)连接到机械远程信息处理api。
79.在至少一个实施例中，确定设备相对于机械的位置的步骤使用定位成离开机械一设定距离的不可见的游戏对象构成的格状网络/网格状网络。
80.在至少一个实施例中，确定设备相对于机械的位置的步骤限定相对于机械的区域，并且检测设备何时移动进入/移动出该区域。
81.在至少一个实施例中，如果设备移动出该区域，则向该设备提供警报。
82.在至少一个实施例中，确定设备相对于机械的位置的步骤检测并绘制设备相对于机械的位置。
83.在至少一个实施例中，在确定设备相对于机械的位置的步骤中，更新设备的位置信息，以允许增强现实场景反映设备相对于机械的地点的变化。
84.在至少一个实施例中，在确定设备相对于机械的位置的步骤中，更新设备的位置信息，以允许虚拟部件相对于机械的位置的变化，如感兴趣区域的视频图像所示。
85.在至少一个实施例中，虚拟部件与从相机接收的实际部件图像叠加。
86.在至少一个实施例中，匹配由用户界面上的警报指示。
87.在至少一个实施例中，警报是闪烁的虚拟区域。
88.在至少一个实施例中，警报是虚拟区域的颜色的变化。
89.在至少一个实施例中，警报是声音。
90.在至少一个实施例中，在机械上的预定地点处提供参考标记，以相对于机械定向ar体验。
91.在至少一个实施例中，参考标记是条形码。
92.在至少一个实施例中，参考标记是qr码。
93.在至少一个实施例中，参考标记被扫描，并且在设备中相对于该参考点映射出增强现实场景。
94.在至少一个实施例中，设备连接到机械，以允许该设备控制机械。
95.在至少一个实施例中，设备可以停止该机械。
96.在至少一个实施例中，多个设备可以结合单台机械使用。
97.在至少一个实施例中，多个设备被提供关于其它设备的地点信息。
98.在另一个实施例中，从单个设备可以控制多台机械。
附图说明
99.参考附图，从以下仅以举例给出的本发明实施例的描述中将更清楚地理解本发明，在附图中：
100.图1a是破碎机的第一侧视图，图1b是破碎机的第二侧视图，图1c是破碎机的平面图；
101.图2是另一种破碎机的透视图；
102.图3是根据本发明的设备的一个实施例的示意图；
103.图4是与机械相连的ar头显的示意图；
104.图5是显示根据本发明的计算机实施的方法的第一示例的流程图；
105.图6a至图6c以示意图形式显示了本发明的设备的使用示例；以及
106.图7是来自ar界面的屏幕截图，显示了根据本发明的设备的使用示例。
具体实施方式
107.本发明提供了一种具有增强现实界面的设备，该设备帮助用户识别工作机械周围的安全区域。本发明的设备可以实现为ar头显或手持设备(诸如结实的平板电脑)。
108.用户的设备可以通过无线网络连接(例如wi-fi
tm
、bluetooth
tm
、网格状网络)直接连接到该机械或远程服务平板电脑，或者替代性地是，用户的设备通过互联网连接(gsm、3g、4g、5g等)连接到机械远程信息处理api。
109.该机械或远程服务平板电脑可以作为其自己的独立服务器，以用来存储需要显示在头戴式装备上的增强现实内容。这个独立的服务器消除了对互联网连接的需求，因此用户可使他们自己在离线的远程地理地点体验。根据机械是否正在运行，在该机械上或该机械周围显示数字内容，以通知用户“看不见”的危险。这些通知可以根据用户相对于机械的地点进行调整(tailored)。
110.ar环境包括适用的环境健康与安全(ehs)提示，用以通知/提醒用户该机械的周边及其上方或下方的所有相关危害/危险。众所周知的是，在操作员手册和操作程序文档中列出ehs警告。然而，通过将它们集成到ar系统中，其中该信息在该ar系统中与机械的实时视频相结合，提供了额外水平的上下文和理解。在至少一个实施例中，本发明的设备要求用户确认他们已经看过/读过/听过内容，然后用户才可以继续进行到后续段的内容。此特征还确认用户已接受他们已理解该指令。
111.ar环境在物理机械周围创建分区，这些分区可以用不同颜色突出显示。这些虚拟部件映射到机械的实际部件上，以显示出在机械周围哪些分区是安全的。箭头、警告符号和音频提示也可以用以为机械周围的用户提供安全引导，并且在用户在机械周围移动时通知用户任何危险。手持设备解决方案将箭头、语音命令和其它符号与机械的实时视频结合在一起。ar头显允许用户在查看ar内容时直接看到机械。
112.该设备的位置感知可以由定位成离开机械一设定距离的不可见的游戏对象构成的格状网络/网格状网络提供。如果用户与这些游戏对象之一发生碰撞，则在设备上可显示通知，并且向机械发送信号。机械在收到此信息后会检查机械的状态，以确定它是否在运行，例如是否正在跟踪、粉碎/筛分。基于该状态，机械然后可触发另一事件，诸如停止机械移动(如果正在跟踪)，停止传送带和破碎机/筛网(如果正在破碎/筛分)，或者如果机械未
正在工作，则允许用户继续接近机械。
113.除上述情形之外，如果用户在机械的紧邻附近，用户将也能够在任何点处直接从头戴式装备/手持设备远程地停止机械。这大大减少了用户到达机械上的最近急停点(e-stop)的时间，特别是如果警报发出时用户远离机械，并且用户必须赶到机械以停止机械而将他们自身置于潜在危险中时。
114.多个用户可能共享相同体验。这意味着，如果不止一个用户在机械附近，则可以向其他用户通知他们的行踪/地点。例如，如果第二个用户/设备位于机械的另一侧，而未处在第一个用户的视线范围内。
115.这也可能包括如下情形，即其他用户/设备处在机械中，并且他们正移动到第一个用户所在的区域中。然后，可以通过即时风险的警报或可视化来通知处于危险中的用户，告知用户离开该区域以免受到伤害。
116.图3是显示根据本发明的设备的示例的示意图。设备61包括用户界面63，其可以是平板计算机上的图形用户界面和音频输出，或者可以是增强现实环境，例如如可以用microsoft hololens
tm
或类似设备提供的增强现实环境。该设备还具有相机65，该相机65用以将设备以及特别地是需要维护的机械的周围环境捕获为视频。在本发明的至少一个实施例中，在带宽和地点允许的情况下，视频可被流式传输，并且提供实时远程支持。
117.该设备使用定位模块67，其确定设备相对于机械的位置并且可以使用诸如qr码的参考标记作为参考标记，以用来相对于机械来定向设备。形状识别模块69用以识别在视频中机械的实际部件。安全区域数据库73提供了能够在增强现实场景中显示的图形表示。匹配模块71将安全区域中的地点与工作机械周围或之上的对应的实际区域进行匹配。图4显示了被实施为ar头显75的设备，其可经由wi-fi链路连接77到机械79。
118.图5示出了用于协助工作机械的安全使用的方法的示例，该方法包括：实时捕获感兴趣区域的视频，用于包含在设备101的用户界面上的增强现实场景中；确定设备相对于机械102的位置；识别在视频103中机械的实际部件；访问虚拟安全区域的数据库，所述虚拟安全区域能够显示在增强现实场景104中；将虚拟部件与对应的实际部件匹配，以在增强现实场景中向用户展示机械周围的安全的区域和对应的不安全的区域105。
119.图6a到图6c以示意图的形式示出了根据本发明的设备的示例的操作。这些图显示了如参照图1a至图1c描述的工作机械111。在本发明的这个示例中，设备是ar头显，其相对于机械的位置分别由图6a至图6c中的星号113、115和117示出。图6a至图6c还显示了危险分区的位置，如在位置113、115和117中时由用户通过该设备观察到的那样。
120.在图6a中，用户已打开ar头显并且佩戴了ar头显。ar头显的相机拍摄如通过相机看到的包含机械111的场景的视频。ar头显确定其相对于机械的位置，并且访问安全信息的数据库，该数据库将视频中的场景与vr图形对象进行匹配，该vr图形对象示出了叠加在机械的视频上的危险分区121。
121.图6b示出了用户和设备已经移动到位置115，该头显上的相机现在向用户显示机械111的不同视图。ar头显确定其相对于机械的位置，并且访问安全信息的数据库，该数据库将视频中的场景与vr图形对象进行匹配，该vr图形对象示出叠加在机械的视频上的危险分区123、125以及安全分区119。
122.图6b显示用户和该设备已经移动到位置117，头显上的相机现在向用户显示机械
111的不同视图。ar头显确定其相对于机械的位置，并且访问安全信息的数据库，该数据库将视频中的场景与vr图形对象进行匹配，该vr图形对象示出叠加在机械的视频上的危险分区123、125以及安全分区119。
123.图7是来自ar头显的图形用户界面的屏幕截图，其显示了安全分区119、危险分区123和125以及危险标志127。该危险标志将适用于上述环境，并且在此示例中是标准的熟知类型。用户界面还可以包含音频和视觉消息和警报，其在用户误入危险分区时通知用户。129是用于机械周围的安全导航的引导箭头，如图7所示。本发明还可以包括标志、箭头等的库，这些标志、箭头等向用户呈现标准危险、禁止和强制性动作。
124.本发明的描述包括参考附图描述了本发明示例的内容，该描述可以包括计算机设备和/或在计算机设备中执行的进程。然而，本发明还扩展到计算机程序，特别是存储在适于将本发明付诸实践的载体上或载体中的计算机程序。该程序可以是源代码、目标代码或在源代码和目标代码中间的代码的形式，诸如部分编译形式或适合用于实施根据本发明的方法的任何其它形式。载体可以包括存储介质，诸如rom(例如cd rom)或磁记录介质(例如记忆棒或硬盘)。该载体可以是可通过电缆或光缆或通过无线电或其它手段传输的电信号或光信号。
125.本发明的描述包括描述本发明示例的内容，该描述描述了增强现实(ar)系统和设备的使用。
126.ar将虚拟对象叠加到现实世界环境中。像微软hololens和各种企业级“智能眼镜”这样的ar设备都是透明的，让你看到你眼前的一切，就像你正戴着一副薄弱的太阳镜一样。该技术专为完全自由移动而设计，同时将图像投射到您所看到的任何东西上。术语混合现实将虚拟对象覆盖并锚定到现实世界。
127.在本说明书中，术语“包括(comprise)、包括(comprises)、包括(comprised)和包括(comprising)”或其任何变体和术语“包含(include)、包含(includes)、包含(included)和包含(including)”或其任何变体被认为是完全能够互换的，并且它们都应该被给予最广泛的可能解释，并且反之亦然。
128.本发明不限于上述实施例，而是可以在结构和细节上有所变化。