本申請是2013年5月16日提交的美國專利申請第13/885,720號的部分繼續(xù)申請(CIP)，該美國專利申請是2011年12月20日提交的PCT國際專利申請第PCT/US2011/066122號的美國國家階段，本PCT國際專利申請要求2010年12月20日提交的美國臨時專利申請第61/424,888號和2011年1月24日提交的美國臨時專利申請第61/435,558號的權(quán)益，每個美國臨時專利申請的全部內(nèi)容在此通過引用并入本申請中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工作平臺，更具體地涉及包括障礙物感測系統(tǒng)以降低與障礙物或結(jié)構(gòu)碰撞的可能性的工作平臺。

背景技術(shù)：

包括高空工作平臺的升降車輛(諸如具有工作平臺附件的惡劣地形伸縮叉車的伸縮臂叉車)以及車載高空升降機(jī)是已知的，且通常包括可延伸的可變結(jié)構(gòu)吊桿和在吊桿的端部處的工作平臺，該可延伸的可變結(jié)構(gòu)吊桿可以相對于地面位于不同角度。在平臺上或在平臺附近，通常設(shè)置包括各種控制元件的控制臺，操作員可以操縱該各種控制元件，以控制諸如吊桿角度、吊桿延伸、吊桿和/或平臺在豎直軸上的旋轉(zhuǎn)、引擎或其它類型的電源的功能，且其中，升降車輛是自推進(jìn)式的，還設(shè)置了轉(zhuǎn)向器、驅(qū)動速度和方向以及制動控制。

除了其他位置，當(dāng)操作員位于平臺與可位于操作員的頭頂或后方的結(jié)構(gòu)之間時，可能在包括工作平臺的升降車輛中產(chǎn)生安全隱患。對于平臺周圍的物體(例如玻璃表面、飛行器結(jié)構(gòu)和其它更脆弱或易損壞的結(jié)構(gòu))，也希望避免碰撞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

相機(jī)傳感器等可以被安裝至空中工作平臺以觀察該平臺、平臺周圍的區(qū)域和操作員。系統(tǒng)處理來自傳感器的數(shù)據(jù)，以確定操作員是否存在且操作員是否處于合適的操作位置，且還確定在所述平臺的上方、后方、側(cè)面和下方的物體的接近度?；趤碜运鰝鞲衅鞯臄?shù)據(jù)，控制模塊允許改變或防止對所述平臺進(jìn)行操作和/或操縱。

在示例性實施方式中，工作平臺與用于檢測障礙物的系統(tǒng)組合。工作平臺包括控制面板，控制面板具有控制所述平臺的位置的操作部件。組合的工作平臺和系統(tǒng)包括：傳感器，該傳感器安裝在平臺附近，且監(jiān)測操作員區(qū)域、平臺和平臺周圍的區(qū)域中的至少一者；以及處理器，該處理器從傳感器接收信號，且處理所述信號，以確定操作員在平臺上的位置和在平臺周圍的區(qū)域中的物體的接近度中的至少一者。與處理器和操作部件通信的控制模塊基于與處理器的通信改變來自控制面板的控制信號。

處理器可以確定操作員不在或未處于合適的操作位置，且控制模塊可以被編程為防止對平臺進(jìn)行會使平臺移動的操作。超馳開關(guān)可以與控制模塊連接，其中，控制模塊可以被編程為基于超馳開關(guān)的激活而允許以非常慢的速度或爬行速度操作所述平臺。處理器可以確定操作員正依靠于控制面板上，且控制模塊可以被編程為停止激活功能且防止對平臺進(jìn)行會使平臺移動的進(jìn)一步的操作。處理器可以確定操作員正依靠于控制面板上持續(xù)預(yù)定時間，且控制模塊可以被編程為使平臺的最后操作功能反轉(zhuǎn)。處理器可以確定操作員存在且位于合適的操作位置且在平臺周圍的區(qū)域中沒有物體，且控制模塊被編程為允許對平臺進(jìn)行正常操作。

在一個實施方式中，傳感器可以被編程為將平臺周圍的區(qū)域區(qū)分為警告區(qū)和危險區(qū)，其中，危險區(qū)比警告區(qū)更靠近平臺。處理器可以確定在警告區(qū)中存在物體，且控制模塊可以被編程為基于確定在警告區(qū)中存在物體而允許以爬行速度操作所述平臺。處理器可以確定在危險區(qū)中存在物體，且控制模塊可以被編程為基于確定在危險區(qū)中存在物體而防止對平臺進(jìn)行操作。傳感器可以被編程為基于平臺的操作特性而調(diào)節(jié)警告區(qū)和危險區(qū)中的至少一者的深度。示例性操作特性可以包括平臺上的操作員的數(shù)量、平臺正行進(jìn)的方向和平臺的速度?？刂颇K可以檢測平臺的速度，其中，處理器被編程為處理來自傳感器的、與朝向平臺的區(qū)域中的物體中的一者的平臺速度相關(guān)的信號。在該上下文中，控制模塊可以被編程為以相對于平臺靠近該平臺的所述區(qū)域中的物體之一的速度的速率而減慢激活功能?？刂颇K可以被編程為基于與平臺的所述區(qū)域中的物體之一的接近度而減小所命令的操作速度。

傳感器可以包括固定在平臺附近的多個感測元件。在一個布置中，平臺可以包括平臺欄桿，其中，傳感器安裝在平臺欄桿上。傳感器可以是光學(xué)傳感器、雷達(dá)傳感器和聲傳感器中的一者。傳感器可以被附接至操縱裝置，諸如搖攝機(jī)構(gòu)和/或傾斜機(jī)構(gòu)或使傳感器視野移位或旋轉(zhuǎn)的反射鏡。

在另一示例性實施方式中，一種空中工作平臺，包括：控制面板，該控制面板包括用于操縱平臺的操作員控制器；控制模塊，該控制模塊與操作員控制器通信且基于來自控制面板的信號控制對平臺的操縱；以及障礙物感測系統(tǒng)。該障礙物感測系統(tǒng)包括：傳感器，該傳感器安裝在平臺附近，傳感器監(jiān)測操作員區(qū)域、平臺和平臺周圍的區(qū)域；以及處理器，該處理器從傳感器接收信號，處理器處理所述信號，以確定操作員在平臺上的位置和在平臺周圍的區(qū)域中的物體的接近度。控制模塊與處理器通信且被編程為基于與處理器的通信改變來自操作員控制器的控制信號。

在又一示例性實施方式中，一種控制空中工作平臺的方法，包括：步驟a：利用安裝在平臺附近的傳感器監(jiān)測操作員區(qū)域、平臺和平臺周圍的區(qū)域；步驟b：利用從傳感器接收信號的處理器檢測操作員在平臺上的位置和在平臺周圍的區(qū)域中的物體的接近度；以及步驟c：控制模塊基于與處理器的通信以及基于在步驟b中的檢測而改變來自操作員控制面板的控制信號。當(dāng)操作員不在或未處于合適的操作位置時，通過防止對平臺進(jìn)行操作來實施步驟c。實施步驟b以確定操作員是否正依靠于所述控制面板上持續(xù)預(yù)定時間段，且在所述預(yù)定時間段期間或在所述預(yù)定時間段之后，通過防止對平臺進(jìn)行操作來實施步驟c，以使平臺的最后操作功能反轉(zhuǎn)。當(dāng)在警告區(qū)中檢測到物體時通過允許以爬行速度操作所述平臺來實施步驟c，且當(dāng)在危險區(qū)中檢測到物體時通過防止對所述平臺進(jìn)行操作來實施步驟c。

附圖說明

下面將參照附圖詳細(xì)描述這些及其它的方面和優(yōu)點，在附圖中，

圖1示出包括工作平臺的示例性高空升降車輛；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的工作平臺和障礙物感測系統(tǒng)的立體圖；

圖3至圖16示出由傳感器監(jiān)測的平臺和非自適應(yīng)區(qū)域及自適應(yīng)區(qū)域；以及

圖17至圖21示出用于傳感器單元的示例性搖攝/傾斜機(jī)構(gòu)和功能。

具體實施方式

圖1示出了包括支撐在車輪4上的車輛底盤2的示例性典型高空升降車輛。雖然所示出的車輛包括伸縮吊桿，但是本發(fā)明同樣可應(yīng)用于包括例如鉸鏈?zhǔn)降鯒U(沒有伸縮吊桿或可延伸吊桿)的其他車輛。轉(zhuǎn)盤和配重6被固定以用于在底盤2上旋轉(zhuǎn)，且可延伸(可變形布置)吊桿組件的一端被可樞轉(zhuǎn)地附接至轉(zhuǎn)盤6?？罩泄ぷ髌脚_10附接在可延伸吊桿8的另一端。所示出的升降車輛是自推進(jìn)式的，因此還包括驅(qū)動/控制系統(tǒng)(在圖1中用附圖標(biāo)記12示意性示出)和在平臺10上的控制臺14，所述控制臺14具有各種控制元件，操作員可操縱這些控制元件，以控制諸如吊桿角度、吊桿延伸、吊桿和/或平臺在豎直軸上的旋轉(zhuǎn)、以及引擎、轉(zhuǎn)向、行駛速度和方向及制動控制等的功能。

圖2示出了用于檢測障礙物的組合式工作平臺10和系統(tǒng)20，該障礙物諸如在平臺周圍的障礙物，包括頭頂障礙物。傳感器22安裝在平臺附近且監(jiān)測操作員區(qū)域、平臺和平臺周圍區(qū)域中的至少一者。傳感器22可以是立體攝像機(jī)傳感器，該立體攝像機(jī)傳感器將由像素數(shù)據(jù)(RGB值和范圍)組成的數(shù)據(jù)流提供給安裝在平臺10上的計算機(jī)或處理器24。示例性立體攝像機(jī)傳感器是可從Carnegie Robotics公司購買的MultiSense S21。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可替選傳感器也是適合的，且本發(fā)明不意味著受限于特定傳感器類型。

障礙物感測系統(tǒng)20可以包括多個傳感器22，該多個傳感器22能夠一起合作且安裝在平臺10附近的各個區(qū)域中。在示例性結(jié)構(gòu)中，平臺10包括平臺欄桿和安裝在平臺欄桿上的傳感器22。安裝在平臺上使得可通過吊桿鉸接的全范圍而提供平臺的靜態(tài)視圖。傳感器可以可替選地或附加地安裝至吊桿結(jié)構(gòu)以允許得到關(guān)于平臺的更大的視野，和/或安裝至除欄桿之外的平臺支撐結(jié)構(gòu)。例如，如圖所示，傳感器22可以安裝至固定到平臺上的專用支架23，或者傳感器22可以與控制面板14相鄰固定。

計算機(jī)或處理器24處理像素范圍數(shù)據(jù)，以確定操作員在平臺10上的位置和在平臺10周圍區(qū)域中的物體的接近度中的至少一者。在控制面板14中的控制模塊26形成驅(qū)動/控制系統(tǒng)12的一部分，且與處理器24通信以基于來自處理器24的信號控制平臺的操作。在一些布置中，控制模塊26與驅(qū)動/控制系統(tǒng)12通信，該驅(qū)動/控制系統(tǒng)12控制機(jī)器的整體操作。在該布置中，控制模塊26可以收集來自控制裝置(例如操縱桿、開關(guān)等)的輸入且將操作員命令傳送到驅(qū)動/控制系統(tǒng)12。

在一些實施方式中，處理器24確定是操作員是不在還是操作員未處于合適的操作位置，且如果操作員不在或未處于合適的操作位置，則控制模塊26被編程為防止對平臺10進(jìn)行操作。也就是說，如果沒有檢測到操作員，則計算機(jī)24將防止動作或操作的數(shù)據(jù)消息發(fā)送到控制模塊26，或停止工作平臺10的所有激活功能。系統(tǒng)還可以包括超馳按鈕28，其中如果超馳按鈕28被激活，則可以以爬行速度操作該平臺10。

處理器24可以確定操作員正依靠于控制面板14上，在該情況下，控制模塊26被編程為防止對平臺10進(jìn)行操作。如果處理器24確定操作員正依靠于控制面板上持續(xù)預(yù)定時間，則控制模塊26被編程為使平臺的最后操作功能反轉(zhuǎn)。在該情況下，系統(tǒng)還可以發(fā)出警報并打開警告信標(biāo)。

指示燈29可以被固定至平臺欄桿和控制面板周圍，以將系統(tǒng)狀態(tài)傳送至操作員。在圖2中示出用于指示燈29的示例性位置。當(dāng)控制模塊26正以任何方式影響機(jī)器控制時(例如，當(dāng)傳感器22指出機(jī)器太靠近障礙物時)，控制模塊26可以使指示燈29點亮。

圖3至圖8示出用于檢測在平臺10的上方、后方、下方和側(cè)面的物體的接近度的示例性感測區(qū)域。傳感器22被編程為將平臺周圍的區(qū)域區(qū)分為警告區(qū)(A區(qū))30和危險區(qū)(B區(qū)和C區(qū))32，其中，如圖所示，危險區(qū)32比警告區(qū)30更靠近平臺10。如果處理器24確定在警告區(qū)中存在物體，則控制模塊26被編程為允許以爬行速度操作該平臺10。如果處理器24確定在危險區(qū)32中存在物體，則控制模塊26被編程為防止對平臺10進(jìn)行操作(即，停止所有激活功能和/或防止開始或繼續(xù)任何操作)。在控制模塊26防止對平臺10進(jìn)行操作(該操作會引起平臺10的移動)的任何時間，對超馳開關(guān)28的激活將允許以爬行速度操作該平臺10。如果處理器24確定操作員存在且位于合適的操作位置并且在平臺10周圍的區(qū)域中(即，由規(guī)定區(qū)所限定的接近度)沒有物體，則控制模塊26允許對平臺10進(jìn)行正常的不受限制的操作。如果不存在操作員，則防止對平臺進(jìn)行操作(該操作將引起平臺的移動)，除非利用超馳開關(guān)28進(jìn)行超馳。

由于處理器24實時解析障礙物的形狀和與該障礙物的距離，因此處理器24能夠被編程為估計平臺相對于所識別的障礙物的移動方向和速度。處理器24可以被編程為即使在那些障礙物處于警告區(qū)30外部時也采取行動。例如，處理器24可以被編程為：當(dāng)處理器24識別到操作員正沿潛在障礙物的方向全速驅(qū)動機(jī)器時，用信號通知驅(qū)動/控制系統(tǒng)12減慢機(jī)器功能(諸如驅(qū)動)。作為另一示例，如果處理器確定機(jī)器正朝向碰撞點快速移動，則可以更迅速地減慢吊桿功能(或驅(qū)動功能)。

參照圖5至圖8，警告區(qū)30和危險區(qū)32可以被配置為自適應(yīng)區(qū)，其中，基于周圍環(huán)境的圖片，控制模塊26可以調(diào)節(jié)各個區(qū)30、32的尺寸和形狀。控制模塊基于傳感器系統(tǒng)/控制器用于識別例如(除了別的之外)平臺中的人數(shù)、或在平臺中的人和材料(工具、設(shè)備)的組合的能力而計算自適應(yīng)區(qū)。圖7和圖8示出控制器模塊計算的結(jié)果。在圖5和圖6中，根據(jù)特定操作員而調(diào)整區(qū)30、32。在圖7中，根據(jù)存在兩名操作員而調(diào)整區(qū)30、32，而在圖8中，根據(jù)平臺上的操作員和設(shè)備而調(diào)整所述區(qū)。

可以使用各種方法用于基于所檢測到的物體距離而降低平臺速度。在“速度限制”方法中，基于距所檢測到的物體的距離設(shè)置關(guān)于最大可指令速度的極限值(例如，參見圖5至圖13)。在“速度降低”方法中，基于距所檢測到的障礙物的距離按比例減小操作員輸入(例如，參見圖14至圖16)。這兩種方法可導(dǎo)致不同的機(jī)器行為。

可以使所述區(qū)適應(yīng)機(jī)器移動的速度和方向。如果確定機(jī)器以大于閾值速度的速度移動，則可以將區(qū)調(diào)節(jié)成變得更深，或者當(dāng)激活擺動或其它方向功能時，所述區(qū)在主行駛方向上可以“更深”。控制模塊可以調(diào)節(jié)傳感器以更深地進(jìn)入平臺側(cè)面方向。圖9至圖13示出基于平臺速度和方向改變警告區(qū)和/或危險區(qū)的深度。更具體地，圖9示出了向右行進(jìn)的平臺，其中右側(cè)警告區(qū)和危險區(qū)均具有增加的深度。圖10示出平臺正在下降，其中警告區(qū)和/或危險區(qū)沿平臺移動方向具有增加的深度。系統(tǒng)可以被編程為基于平臺的速度調(diào)節(jié)所述區(qū)的深度。圖11至圖13示出隨著平臺速度增加而成比例增加的深度。

在相關(guān)上下文中，自適應(yīng)區(qū)可以包括成比例減速區(qū)，如在圖14至圖16中所示。在圖14中，根據(jù)潛在障礙物與平臺的接近度來減小指令速度的百分比。減速區(qū)以離散步進(jìn)示出，但可替選地，減速區(qū)也可以是連續(xù)的。在圖15中，成比例的減速區(qū)與適應(yīng)于速度和方向的區(qū)組合。在圖15中，平臺正向右行進(jìn)，且相應(yīng)地改變所述區(qū)的深度。在圖16中，在平臺正向右行進(jìn)時在60％區(qū)中檢測到物體。功能速度被減小至指令速度的60％。

可以通過數(shù)字包(CAN總線)或離散信令(數(shù)字或模擬輸出)進(jìn)行傳感器22和處理器24之間的通信?？梢允褂闷渌问降臄?shù)字通信，以允許傳感器提供評估環(huán)境感知所需的信息。示例包括、但不限于以太網(wǎng)、I2C、RS232/485、數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)等?？刂颇K26解析數(shù)據(jù)以確定機(jī)器是否以及如何對傳感器數(shù)據(jù)做出反應(yīng)。處理器24基于來自傳感器22的信號可以確定是否需要經(jīng)由內(nèi)置測試(Built-In Test，BIT)來清除它們。感測元件22可以基于光學(xué)感測、雷達(dá)感測或聲(超聲)感測。感測元件22可以是單個裝置或具有相同或互補技術(shù)的多個裝置。這提供了對一系列環(huán)境條件、傳感器上的污染和要檢測的對象的冗余和容差。傳感器可以是被動式傳感器(立體相機(jī)、單相機(jī))或主動式傳感器(光探測和測距(LiDAR)、激光探測和測距(LADAR)、3D視覺傳感器)、雷達(dá)或聲(超聲)傳感器。可以使用一個或多個任何合適類型的傳感器，且本發(fā)明不意味著受限于所描述的示例性實施方式。也可以考慮實現(xiàn)相同功能的替選傳感器布置，包括例如對發(fā)射器(借助電磁波或其它信號)、反射帶(在機(jī)器上和/或并入操作員的保護(hù)服飾中)等作出反應(yīng)的傳感器。

參照圖17至圖21，可以通過使用合適的搖攝/傾斜機(jī)構(gòu)34(示例性搖攝/傾斜機(jī)構(gòu)是可從Carnegie Robotics公司購買的Multisense S21)對整個傳感器進(jìn)行機(jī)械旋轉(zhuǎn)(搖攝/傾斜)、或者通過借助多邊形反射器36、單反射器38，一對反射器40(用于照相機(jī)和LiDAR的一個或多個光學(xué)鏡、用于雷達(dá)和聲學(xué)的一個或多個金屬板)使視野機(jī)械移位/旋轉(zhuǎn)等來操縱傳感器22(相機(jī)、LiDAR、RADAR等)。可以通過處理器24、控制模塊26、傳感器22來控制操縱裝置，或者在操縱裝置中是自治的。操縱傳感器或傳感器視野允許每個傳感器覆蓋平臺和/或吊桿結(jié)構(gòu)周圍更多的周圍區(qū)域。

平臺和障礙物感測系統(tǒng)致力于避免正在移動的平臺和平臺周圍的障礙物之間的碰撞。相比在障礙物已經(jīng)觸碰操作員和/或平臺結(jié)構(gòu)后進(jìn)行調(diào)節(jié)的反應(yīng)式系統(tǒng)，根據(jù)優(yōu)選實施方式的主動式系統(tǒng)是有利的。

雖然已經(jīng)結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為是最實用且優(yōu)選的實施方式的實施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所公開的實施方式，相反，本發(fā)明意圖涵蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種變型和等同布置。