用于评估车间操作人员的轨迹的方法与系统与流程

本发明涉及工业领域，尤其涉及生产车间的管理领域。在工业制造工厂内，操作人员必须四处走动，特别是为了完成一定数量的任务而与大型机器交互，其中一些机器是自动化的。在要完成的任务中，可以特别提到包括对机器的正常操作、对偶然因素的反应、纠正或维护措施以及向机器供应原材料。

背景技术：

所有这些任务对生产操作的连续性起着关键作用，能够评估操作人员执行这些不同任务所做的移动对生产管理人员来说将是有用的。

具体来说，操作人员移动背后的操作和习惯以及他们与机器的交互是优化工厂内部组织和流程的潜力的核心，因为工厂中生产工具的可用率在很大程度上取决于实施生产和机器维护的过程。

为了满足这一需要，已经提出了各种解决办法。最常见的是，由专门负责过程优化的操作人员团队定期实施操作人员观察行动。观察结果是由观察者做出的，观察者以面条图(diagrammesspaghetti)的形式手工重新记录观察结果。

然而，显然这些过程观察的行为是昂贵的，而且在评价中会引起明显的偏差，因为当他或她知道他或她正在被观察时，一个人的行为是不同的。此外，数据只是近似的，粒度很小，并且很难随着时间的推移而重现和比较。因此，收集到的数据不允许进行可靠的和客观的行为分析。

此外，由于缺乏对工厂内操作人员行为和移动的详细分析，因此无法评估操作人员所承受的疲劳和精神负荷。特别是，在他们以非线性的方式受到很大的压力的日子，例如在与机器负载或故障有关的活动高峰期，或由于长行走距离。

本发明旨在通过提供满足上述所有需求的评估生产车间里的操作人员的方法来弥补这些缺点。

技术实现要素：

因此，本发明涉及一种用于评估工业制造车间中配备有磁惯性设备的操作人员的轨迹的方法，所述方法包括以下步骤：

-记录步骤，其由安装在磁惯性设备中的至少一个惯性和/或磁性传感器获得的测量结果，

-传输步骤，其将测量结果传输到远程服务器，

-计算步骤，其根据测量结果在远程服务器上计算操作人员的轨迹，以及

-调整步骤，其调整计算的轨迹。

有利地，基于至少一个磁性传感器和至少一个惯性传感器所获得的测量结果来计算轨迹，其允许直接或间接地确定以下参数：系统的横摆角、俯仰角和航向(首向)；移动速度；相对移动。

然而，已经观察到，仅根据磁惯性记录确定的轨迹相对于实际轨迹随时间漂移。这种漂移可以用误差来解释，尤其是在首向上，但在距离上也是如此。因此，本发明提出调整计算的轨迹的步骤，以纠正这些确定误差。

优选地，磁惯性设备包括至少一个磁性传感器和至少一个惯性传感器。下面将更详细地描述这种设备。

在一个示例性实施例中，根据本发明的方法包括在传输数据的步骤之前压缩所述数据的步骤。这允许减小要传输的数据的大小，因此减轻了实现这种方法所需的系统架构。

在第一示例性实施例中，调整步骤是经由射频终端调整轨迹的步骤，其包括以下步骤：

-在测量结果的记录步骤期间，所连接的设备记录来自车间内安装的射频设备的识别信息，

-识别信息与测量结果数据同时传输，

-根据所识别的射频终端的位置修改计算的轨迹。

有利地，射频调整的这一步骤包括查询将射频终端识别信息与这些终端的位置相关联的数据库的步骤。因此，从射频终端的识别中可以确定它们的位置，这表明操作人员已经在这个位置附近经过，并且允许轨迹随后变形以使其通过这些点。

例如，射频终端是使用蓝牙技术或蓝牙低能耗技术的rfid芯片或设备。这些终端优选地安装在旨在实施根据本发明的方法的车间周围的不同位置。位置的选择取决于操作人员通行的特征点，这些点对于车间管理人员是已知的，它们的位置存储在数据库中。

射频终端这类技术的选择尤其以对设备的小体积需求为导向，同时也考虑电源和使用寿命。优选地，终端具有允许在各个位置容易定位的粘合背衬。

将有利地选择射频终端的位置，以确保操作人员定期通过。因此，例如，可以选择在工业机器的控制台上安装终端，因为操作人员必须定期接近这些控制台以正确地控制机器。

此外，优选地选择射频终端以满足以下条件中的一个或多个标准，特别是考虑到本发明所用的车间的类型：

-终端调整的无线电范围包括在50厘米到1米之间，

-精度约10厘米，最多50厘米，

-调节终端的电源寿命包括在一周到一个月之间。

在第二示例性实施例中，该方法使得调整步骤包括制图调整步骤。在现有技术中已知允许执行制图调整的各种方法。

调整的类型和使用的技术取决于允许移动的空间以及定位解决方案的性质(绝对或航位推算)。因此，在配备有gps接收器的车辆移动的情况下，可使用用于确定车辆绝对位置的装置，这降低了在轨迹确定中的误差风险。

同样，当车辆行驶通过已被映射的区域时，很容易调整轨迹使其与现有道路相对应。在这种情况下，可以接受较大的测量误差，因为确定车辆的轨迹只是确定车辆位于哪条已经存在的路线的问题。即使在交叉口出现误差，也很容易在短时间后调整轨迹。

相比之下，在车间的情况下，空间要开阔得多，行人轨迹不一定被标记。因此，建议在可用的情况下使用与建筑相关的约束来减少不确定性区域。

因此，在根据本发明的方法中，将使用操作人员移动的车间平面图来进行制图调整，并且调整步骤包括确定既考虑车间平面图又考虑所进行测量的不确定度范围的轨迹。

为此，在一个示例性实施例中，使用颗粒过滤器，这包括在一组颗粒之间分配轨迹中的不确定性，这组颗粒独立地变化并且每个颗粒包含系统的一个可能状态。沿着不可能轨迹的每个颗粒都会被消除。当颗粒数太低时，将基于剩余颗粒执行重采样。然后，新的轨迹估计值包含“幸存”颗粒位置的平均值。除特殊情况外，该平均值沿着有效轨迹，并遵守开始时设定的不确定度范围。

多个相当不同的轨迹有时可由不同的颗粒群使用。为了区分它们，每隔一定时间执行分类步骤。当孤立的云的大小被检测到小于预定义的阈值时，所有相应的颗粒都会被消除。多个孤立的颗粒云有时可能会遵循不同的轨迹，所有这些轨迹都是有效的。为了快速消除太不可能的轨迹，决定消除小尺寸的孤立点云。孤立云被标识为一组颗粒，它们与所有其他颗粒的最小距离超过了预定义的阈值。此步骤不会在每次迭代中执行，因为它涉及大量操作(与颗粒数的平方成比例)。

为新轨迹估计保留进行两种平均值的可能性：

-第一种是基于因果关系的方式的，基于任何给定时间的颗粒云的当前状态。该方法可用于实时位置估计，以备后续使用。

-第二种考虑颗粒云在整个轨迹上的变化，并且只考虑直到最后仍然有效的颗粒(或者在重采样期间从中获得颗粒的颗粒)。

在另一个示例性实施例中，实现的颗粒过滤还必须允许在合并了各种级别的平面图中校正轨迹，就像在某些车间中的情况。为此，有必要了解车间平面图，包括了解接近各种换层装置的位置和方向，以及目的地(人行天桥、通往送料点的楼梯等)。

在这种情况下，由所连接的设备进行的测量包括对佩戴者的高度的测量也是有用的。这种高度测量允许在实施颗粒过滤器时消除位于错误级别上的颗粒。因此，将提供高度调节步骤，包括对能够确定地检测佩戴者所在楼层的次数进行检测，并相应地消除颗粒。

因此，显然使用颗粒过滤器是特别有利的，因为它允许使用在遵循的轨迹上建立工厂所施加的限制条件来限制漂移。此外，它不需要太多的前期工作，因为所需要的只是车间的平面图，不必像其他制图调整技术那样，生成车间的完整网格。

可以使用不同的地图级别：

-仅在只有工厂占地面积可用时的外墙，

-具有分区、机器使用空间的完整平面图，

-各个楼层上的平面图，具有从一层通过到另一层的方式的识别。

-此外，还可以使用通过识别不太可能靠近的区域来丰富的地图，这些区域可以通过分配低但非零的通过概率来建模，就像对墙一样。

因此，实现轨迹校正的制图调整技术具有以下优点：

-非常通用的过渡定义，包括通道、门、墙、楼梯、通向一个或多个级别的人行道，以及所有类型的障碍物。因此，该算法被简化，并且允许在没有任何高度信息的情况下，即仅基于轨迹的水平分量来估计多个级别上的轨迹。

-根据过渡所属楼层对过渡进行分类，这使得处理时间大大减少，因为需要根据平面图中的所有障碍评估每条轨迹的可能性。该方法对于要素定位(门相对于相应墙的位置，或楼层相对于相邻楼层的位置)的不确定性方面具有鲁棒性。颗粒轨迹上两次之间的平均距离(由用户根据情况参数化)决定平面图所需的精度。更准确地说，这个平均距离必须位于对应于平面图中不准确的距离和平面图的障碍物的特征距离之间。

-这种方法使得当过渡要素位于两个楼层的交点处(例如区域的墙)时，可以将其分配给这两个楼层中的任何一个。

-该方法确保颗粒在两次之间在多个楼层上遇到多个过渡的轨迹的有效性。

在一个特别有利的示例性实施例中，调整步骤将包括经由射频终端进行调整的第一步骤和制图调整的第二步骤。因此，调整步骤有利地包括两个子步骤：

-对操作人员的轨迹进行预处理的步骤，在该步骤中，根据射频终端的检测情况修改计算得到的轨迹。在这个预处理中，轨迹被变形，使得被识别为靠近射频终端的点实际上被发现在其附近。两个不同终端之间的段的变形可以考虑轨迹计算估计的不确定性。

-对修改的轨迹应用颗粒过滤器的步骤。

由于预处理，轨迹基本上可以在建筑平面图进行定位和定向。首向漂移限于两个终端之间的轨迹。因此，对于偶尔经过不同终端旁边的长距离行走，可以避免累积较大的首向误差。

颗粒过滤器的扩展允许减少颗粒云，这反映了靠近终端的确定性。

本发明还涉及允许实施根据本发明的方法的系统，该系统包括以下一个或多个元件：

-所连接的设备，例如连接的手环，其示例将在下面描述。该设备有利地包括以下一个或多个元件：

o磁性和惯性传感器，

o机载计算软件包，

o无线电模块，其用于检测从射频终端输出的信号，

o电源，以及

o最好是气压计/高度计，

-射频终端，其安装在车间中的特定位置。例如，决定将这些终端安装在用户经常出现在其前面的机器的控制台上，

-远程计算服务器，包括用于根据原始数据和调整元件(射频终端；站点的矢量图，有禁止区域的文档记录)计算轨迹的软件装置。

在一个有利实施例中，该系统还包括远程应用服务器，所述远程应用服务器配备有用于显示所计算的数据以便能够被车间的管理人员利用的装置。

附图说明

本发明的其他目的和优点将从以下对图1和图2中所示的优选但非限制性实施例的描述中变得明显，图1示出根据本发明的系统，图2示出连接的手环的示例。

具体实施方式

在一个优选实施例中，根据本发明的系统在包含用于装配轮胎的多台机器的车间或工厂中实施。

参照图1，现在将描述允许实现根据本发明的方法的系统的逻辑架构的示例。

确定车间操作人员的位置8需要三个输入要素：

-车间或工厂的模型地图1，包括

o限制条件(墙壁、机器、禁止通行的通道等)

o换层方式(每级位置，近似相对高度)

-用户提供的起点2。该点包括级别、2d位置和第一米的前进方向。它也可能在途中被传送到系统，以期在必要时对后者进行调整。所有的调整点都将被存储起来；它们可能被用来将轨迹分成几部分，以便在延迟的时间内应用矫直机。

-由一个或多个在其中一台机器上工作的操作人员从连接的设备3上获得的测量结果，即一方面是垂直速度或位置，另一方面是水平速度或位置。姿势也可以上传，如果它是相关的，例如，如果车间位于多个级别。

初始化步骤4(在启动时执行，但也可能在任何时候重置过滤器)将把水平位置、级别和前进方向作为输入，这些输入由用户提供。

对于每个颗粒，用于检测楼层变化的过滤器5将通过改变距离其位置最近的楼层的方式来工作。一旦检测到楼层变化的开始(在一大组颗粒中同时发生先验变化)，限制条件就被集成到颗粒的加权6中。

两个要素将被合并来修改颗粒在传播后的加权：楼层和墙壁的变化：

-如果颗粒不在改变楼层(楼梯、人行道等)的装置旁边或上方时开始改变楼层，那就意味着它几乎不可能实际位于所指示的位置。

-用于加权的第二要素是是否经过了墙壁或机器，这表明颗粒再次不在正确的位置。

可选地，重采样7还将用于将所使用的颗粒数与可用的计算能力和分配给处理的时间的进行匹配。

图2示出在本发明中有利地实现的用于便携式设备的手环的示例。更准确地说，图2示出手环的两个元件10和20，每个元件从两个不同的视角示出。

该便携设备有用于显示输入的警报的触摸感应显示屏(图中未显示)，以及允许戴在操作人员的手腕的手环。

该手链有安全扣，可以保证设备在正常使用时保持在适当的位置，但是如果手环被勾住，则可以释放手腕。具体地说，这种设备旨在用于危险的工业机械附近。因此，例如当手环被工业机器的元件勾住时，为了避免对戴着手环的操作人员造成伤害，为扣子打开做好准备是很有用的。

为此，扣子包括两个部件，每个部件都要连接到手环的一条带子上。因此，每个部件包括用于将其连接到相应的手环带的机械紧固装置和磁性连接装置。用于连接第一和第二部件的磁性装置旨在相互作用。

在图2所示的示例中，第一部件旨在插入第一手环带的孔中。第一带子包含多个孔12，允许改变手环的尺寸。因此，该第一部件包括轴，在第一端具有球13，该球13旨在插入手环的孔中。选择球的直径使得可以自愿地将第一部件插入手环的孔中，但这样它就不可能被无意地取下。轴的另一端是圆形金属板14，其中心包括螺柱15。

第二部件还包括圆形磁性板24，其中心形成用于容纳第一部件的螺柱的圆形凹槽25。这两块板的磁性和金属特性使两个部件在接触时得以固定。螺柱15和凹槽25可以避免一个部件相对于另一个部件的侧向滑动。

磁性板安装在支架22上，该支架22包括旨在插入具有预制孔的端部的轴。有利地选择支架的形状，以使其在闭合后不会从手环的侧面突出，或者仅稍微突出。

选择第一部件和第二部件的板的特性，以便在对手环施加很大的力时允许释放。优选地，将选择磁性元件，以便在施加15n和40n之间的侧向力时释放磁性元件。所谓侧向力，是指施加在基本平行于手环长度方向上的力，而不是垂直于手环方向施加的力。