自动辅助和导引的机动车的制作方法

本发明目标涉及既定区域(如限制区)内交通管理和空间优化领域，特别是港口或海运码头内集装箱的交通管理。

更具体地说，本发明涉及一种用于自动援助的智能系统和/或既定区域内机动车从起点到终点的自动制导。

本发明的目的特别有利于用于港口或海运码头等的有限空间。

可以预计在仓库、机库、机场或所有其他无人驾驶机动车可运行的有限空间中具有其他有利的应用。

背景技术：

海上贸易，更具体地说是集装箱运输，在过去几十年中一直不断增长。这主要是由于全球化和新兴国家发展的原因。

这种增长对港口和海运码头发展有直接影响。

不幸的是，大部分中小型港口和海运码头无法跟上海上贸易增长的节奏。

港口和海运码头面临的主要发展问题是其有限空间的内部交通管理和空间优化。

在鹿特丹、杜塞尔多夫和汉堡等一些主要港口，已安装了第一种方法中的一种，通过使用自动导向机动车(也称为agv)实现货物和集装箱装卸的自动化。

avg可作为导引静态线路的道路列车系统方式而执行。

该方法解决了部分内部交通问题：当港口及其地面基础设施适于使用agv时，agv相当有效。

但是，经过多年使用，这种方法显示了一些局限性，尤其是在agv技术转移至其他中小型港口使用时。事实上，海上贸易的不断增长，导致港口和海运码头的内部交通日益饱和。

此外，港口和海运码头agv的融合，实际并不是非常灵活，因为港口的整个基础设施都需要适应agv的使用。

还必须投资关于基于传感器的导引路线和地面覆盖等的基础设施。

一旦基础设施安装完成，很难对其进行更改。

当港口和海运码头需要更大操作区时，这类基础设施是不适用的，因为难以满足空间方面的所有要求。

此外，投资新港口基础设施或延展地形会导致港口管理局的成本大幅增加。

此外，agv通常是具有内燃机的重型机动车。

因此，根据运输密度，在规定路线操作中很难获得较高空气质量。

这会导致限制区内的污染等级。

此外，这种方法没有考虑该运输系统的故障管理。

实施上，因为agv单引擎和单向移动性，很难避免因故障或停运机动车导致本系统障碍的情况。

例如，当机动车处于故障状态时，会阻挡所有后续机动车的路线。在港口和海运码头环境中，这种情况成本很高，而且完全不合适。

此外，也可能会对机动车造成损害，在更严重的情况下，可能会导致维护成本偏高，时间延误。

另一种方法是使用可以自动操作的机动车。

根据该方法，机动车上安装的全球定位系统(gps)、里程表、测距仪和执行器检测系统的数据传输至驾驶舱，也称为控制室。

随后，将数据引入机动车的行为模型中，通机动车的cad模型在屏幕上将这些数据显示为实时动画动作(详见文档us8,190,295，us8,301,318和us2009/276105)。

更具体地说，文件us2009/276105中图2显示了具有远程操作单元的机动车的定位控制系统。

已知文件us2011/010022中公开了具有机动车通信链路操作的机动车控制装置。

因此，现有技术仅提出了一种机动车，也称智能自主机动车(iav)，其中该机动车包括一个可适应周围环境的自动机动车。

这种机动车可根据全球定位和相对定位自动操作。这种方式适用于中小型港口和海运码头的有限空间和其他私人流通区域的货运和客运。

这种方法在正常情况下非常精准，例如当操作的动态系统不受某些意外情况或故障影响时。实际上，无论本系统是否正常或有故障，都可以操作无人驾驶机动车。

但是，这种方法通常不适于交通量大的港口和海运码头等有限空间：所有这些机动车都可视为iav的障碍。

技术实现要素：

本发明旨在通过解决上述部分缺点而进行改善。

本发明的目的之一是通过开发干净、安全和智能的交通系统，改善有限空间内的交通管理和空间优化。

为此，本发明的第一方面提供了沿既定区域内从起点到终点的既定路线自动地辅助且导引机动车的自主系统。

根据本发明，本系统包括一个机动车和一个远程驾驶舱。

有利的是，根据本发明的机动车包含：

-多个机动定向轮，和，

-一个车轮控制模块，包含一个与内存存储指令相关的处理器，其中所述指令用于控制车轮牵引和方向，以便机动车能沿所述既定路线行驶。

有利的是，远程驾驶舱可能包括远程导引所述机动车的电子装置。

在一个示例性实施例中，所述机动车和所述驾驶舱还分别包括适于相互信息交换的第一无线通讯模块和第二无线通讯模块。

有利的是，所述机动车还包括一个适于实时接收第一gps信号的第一定位传感器(例如gps传感器)。

优选地，所述第一gps信号含有区域内所述机动车位置的坐标。

可配置第一定位传感器用于为所述车轮控制模块提供坐标。

有利的是，可配置所有车轮控制模块的处理器用于对比接收坐标与所述既定路线。

在一个示例性实施例中，如所述坐标不符合既定路线，可配置所述车轮控制模块的处理器，通过通信模块将所述坐标传送到驾驶舱，以使用驾驶舱的电子装置远程导引所述机动车。

本发明中的这种特征安排有利于设计iav的新概念，也称为：自动辅助和导引机动车(a2gv)。

根据本发明，这种智能系统允许在正常情况下，在确定区域内自动地将机动车从起点导引至终点，如既定路线相关gps坐标出现问题或数据丢失，可切换到操作人员手动模式，其中操作人员可以使用驾驶舱电子装置远程导引机动车。

因此，在采用无人驾驶机动车的有限空间中，交通量更高效，导航更优化。

因此，这种智能无人驾驶机动车的设计重点是确保所有必要操作的校正性能，并保证其可靠、可用和安全。

这种智能无人驾驶机动车是新型自动导向机动车，可在不需要使用外部设备的情况下预测自己的位置，并沿电子地图上的路线自动导引，还可以更灵活更快速地适应布局变化。

此外，在示例性实施例中，如果所述第一gps信号(s1_gps)的丢失时间等于或大于既定阈值时间(例如5秒)，所述车轮控制模块处理器配置为通过通讯模块向所述驾驶舱生成并传输警报信号，以使用驾驶舱的电子装置远程导引所述机动车。

在另一个示例性实施例中，所述机动车还包括一个加速计。在本实施例中，如果所述第一gps信号(s1_gps)的丢失时间小于既定阈值时间，所述车轮控制模块的处理器根据已接收坐标、加速计提供的机动车速度、和既定路线计算坐标预估所述机动车在区域内的位置。

有利的是，所述驾驶舱还包括一个模拟环境模块，其中，模拟环境模块适于在一个数字屏上显示所述区域的虚拟表示，并处理所述坐标，以便在所述虚拟区域正确位置处显示所述机动车。

可选的是，所述驾驶舱还包括一个驱动模块，其中驱动模块包括一个方向盘和一个适于与电子装置配合使用的踏板平台，驱动模块使操作人员能够控制所述机动车的移动和速度。

有利的是，模拟环境模块还包括一个存储所述机动车动态模型的处理装置，以便复制虚拟区域内所述机动车的动态特性。

优选的是，驱动模块还包括触觉接口，所述触觉接口适于按照机动车的动态模型通过所述方向盘和所述踏板平台提供反馈力。

这可增强操作人员在驾驶机动车时的经验。

在示例性实施例中，传感模块还包括至少一个激光器，其中所述激光器适用于检测和跟踪机动车附近动态或静态障碍物。

在这种探测的情况下，所述至少一个激光器适用于生成探测信号，并将探测信号发送至车轮控制模块。

所述车轮控制模块的处理器也可配置为根据探测信号计算新路线的新导引指令，以避开检测到的障碍物并到达终点。

有利的是，本系统还包括一个无人驾驶机动车(uav)，如无人机。

该uav包括：

-摄像机，其与图像数据处理装置相关，用于检测所述机动车，

-回转仪，适于确定相对于机动车的所述uav的角位置。

-高度计，其用于确定相对于区域地面的uav的高度，以及，

-诸如gps的第二定位传感器，适于实时接收包括所述uav的相对于区域地面的位置坐标的第二个gps信号。

根据本发明，所述uav包括一个计算器，其配置为基于所述角位置、所述高度和所述第二gps信号预估机动车的位置坐标，并生成含有所述预估坐标的uav信号。

优选的是，uav还包括无线电通讯装置，其设置为将所述uav信号连续发送到a2gv机动车的第一无线通信模块。

优选的是，可配置车轮控制模块的处理器，以连续比较所述uav信号中包含的预估坐标与第一gps信号中提供的坐标。

在示例性实施例中，如果所述坐标与预估坐标不同，车轮控制模块的处理器可配置为通过通信模块向驾驶舱发送指令，以使用驾驶舱的电子装置远程导引所述机动车。

在另一个实施例中，如果所述第一gps信号(s1_gps)的丢失时间等于或大于既定阈值时间，可配置车轮控制模块的处理器，以考虑uav提供的预估坐标，实现机动车的辅助或导引。

本发明第二方面涉及上述系统的使用，所述系统用于在沿港口或海运码头的有限空间内的从起点到终点的既定路线(pa)上的导引机动车。

本发明适于港口环境。

根据本发明，不需要地域投资来开发系统。

机动车上配置有所有智能装置。

术语“智能装置”与多个自主任务相关，机动车使用嵌入式传感器可实现多个自主任务。

附图说明

说明书附图用于进一步理解本发明，组成本说明书的一部分，其示出了本发明的示例性实施例，与说明书一起解释本发明的原理：

-图1示出了一个根据本发明第一示例性实施例的用于自动且安全地导引机动车10的智能系统。

-图2示出了一个根据本发明第二示例性实施例的用于自动且安全地导引包含一个uav的机动车10。

-图3a和3b说明了本系统在确定区域内沿着从起点到终点的既定路线导引和协助机动车的两个实施例。

具体实施方式

通过参考本发明示例性实施例的附图，更详细地描述本发明。

但是，本发明可以采用很多不同形式实施，不限于本文所阐述的实施例。

相反，通过提供这些示例性实施例，彻底公开本发明且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。

如上所述，本发明旨在提供技术创新的综合概念，帮助港口能够改善物流业务，同时考虑环境和安全的注意事项。

在本文所示示例中，技术挑战包括提出一个安全、清洁和高效运输系统100，该系统能轻松适应现有港口的基础设施，其采用不同驾驶模式：

-自主模式，其中，机动车是自动的，能遵循从起点dep到终点arr的路线pa。

-远程控制模式，其中，操作人员在驾驶舱20手动和远程驾驶机动车10。

更具体地说，在本文所示示例中，本发明涉及可自主或远程操作的自动机动车10。

与其尺寸无关(在本实施例中，机动车长13.5m、宽3、高1.5m)，自动机动车10可准确和安全地拥有人类导引能力。

在本文所示示例中，所述机动车10包括一个能够支持重10吨，尺寸为20、40或45英尺的集装箱的平台15。

在本文所示的示例中，如图1或图2所示，机动车10具有多个机动定向轮11和一个车轮控制模块12。

它包含八个全电力分散执行器：其中四个执行器用于牵引，另外四种用于转向。每个受控车轮均为全向，可在牵引中控制，沿垂直轴360°旋转。通过这种配置，可实现机动车的全方位移动。

根据荷载重量，所述机动车10可达到最大速度为25km/h的4小时自动控制。重型机动车可用于在限速和有限空间中传输10吨载重的货运。

在本文所示示例中，车轮控制模块12包含一个与存储导引指令的内存器12b相关的处理器12a，所述指令用于自动控制用于车轮11牵引和方向的执行器。

配置所述导引指令使机动车10能遵循起点dep到终点arr的路线pa(参见图3a)。

在考虑过执行器和传感器状态的在线评估之后，导引指令允许机动车10在复杂环境中安全地导航。

机动车10还包括一个传感器模块14。

在本文所示示例中，所述传感器模块14特别包括一个用于评估(当前位置，流量，固定障碍等)环境变化的gps14a和摄像机。

通过导引指令、gps14a提供的结合slam(同步定位和映射)算法耦合的gps信号_gps，处理器12a管理机动车10沿路线pa的自动导航。

传感器模块14还包括位于机动车10底盘四侧的激光器14b。

在本文所示示例中，激光器14b用于以厘米级追踪目标，检测机动车10周围的静态或动态障碍obs。

如一个或多个激光器14b检测到如图3b所示的障碍，传感器模块14生成探测信号，并将探测信号传输至车轮控制模块12。

随后在这种情况下，所述车轮控制模块12的处理器12a计算新路线pa'的新导引指令，以避免检测到的障碍obs并到达终点arr。

此外，传感器模块14包括一个加速计14c，其用于在重心处测量机动车10的纵向和横向加速度，包括偏航、滚动和俯仰速度。

机动车10的保险杠还包括用于检测与机动车10的任何物理接触。

传感器模块14还包括由里程计使用的设置在各车轮11上的位置编码器，用于预估机动车质心的平均速度。

因此，所述传感器模块14包含：

-宏观传感器，例如与环境中自动机动车10的定位直接相关的gps14a或14b；

-微传感器，例如编码器，测量电流和电压以便根据自动机动车10的行为模型使用生成的残差实施监测各个执行器的健康状态。

机动车10还配置第一无线通信模块13，用作与远程驾驶舱20的第二无线通信模块23交换信息的装置。

在所述示例性实施例中，当一个或多个执行机构或传感器处于故障状态时，处理器12a设置为自动重新配置导引指令，从而保持机动车10的自动驾驶，以避免任何阻塞情况。

在任何时候，操作人员可使用驾驶舱的电子装置21远程控制机动车10。

电子装置21与驱动模块24相连，所述驱动模块24包括适于与所述电子装置21协作的方向盘24a和踏板平台24b，以控制所述机动车10的移动和速度。

该驱动装置24允许以传统机动车的方式导航自动机动车10，但在远程驾驶舱20内导航。

所述驾驶舱含有一个模拟环境模块22。

因此，操作人员可通过显示在虚拟环境中的机动车10的屏幕22a，了解机动车10的操作和健康状态。

模拟环境模块22使用机动车10提供的所有信息：实时操作程序使用gps14a、激光器14b和传感器模块14提供的所有其他微观测量。

例如，通过机动车10提供的gps信号，可在模拟环境中准确定位和定向机动车。

所有这些数据均记载在芯片22b中，该芯片包含机动车动态模型，以在虚拟区域内再现和显示所述机动车10的动态行为。

驱动模块24还包括一个提供符合机动车10动态模型反馈力的触觉接口24c。

例如，在手动操作下，如果定向电机出现故障，就接受到不同的反馈力同时转动方向盘24a。

此外，如果微观传感器的牵引和定向电机动态模型检测到异常，可将故障信息载入动态模型22b中，以模拟故障对整个机动车的影响。

与仅采用gps坐标的动画显示相比，这提供了更准确的自动机动车的动态显示。

事实上，仅在极端情况下，才能在gps坐标中看到故障的影响。

这有助于操作人员能够真正了解机动车如何应对故障，并允许操作人员在确保机动车在自主模式运行或转为手动操作或停止机动车之间做出决定。

此外，在屏幕22a中也呈现指示自动机动车故障的警报。

因此，驾驶舱20包括一个用于重构港口三维映射的实时模拟平台。

这个平台是非常有用的。它允许在虚拟环境中机动车10动态特性的实时可视化。当实施该模拟时，将指令传输到机动车。

在该阶段，实时模拟平台可远距离监督所有操作。

如果出现任何事件，操作人员可远程控制a2gv的任何移动。

如上所述，系统100提供在港口环境中机动车10的自动导航。

当在海事港口码头上运行操作系统100时，无论是否接受gps信号，该系统都能够真正改善机动车的导引和导航。

如上所述，gps14a从卫星sat连续接收第一gps信号1_gps，该信号包括区域z内机动车10位置p1的地理坐标(x1，y1)。

这些坐标(x1，y1)被立即发送到所述车轮控制模块12的处理器12a。

在该示例中，处理器12a设置为连续比较接收到的坐标(x1，y1)与存储在内存器12b中的既定路线pa。

如果所述坐标(x1，y1)不符合既定路线pa，处理器12a经由通信模块13和23将坐标(x1，y1)发送到驾驶舱20。

换句话说，如果既定路线pa不包含坐标(x1，y1)，处理器12a通知操作人员将机动车10从自主模式转换为到远程控制模式。

此外，港口和海运码头的环境经常受到gps信号丢失的干扰。

这主要是由于集装箱或建筑物/树木非常集中从而导致出现无信号区域，这是信号丢失或反射的根源。

当然，机动车的导航并不完全依赖于gps信号的接收，因为还配置了激光器等的其它嵌入式传感器。

如第一gps信号1_gps丢失，处理器可以使用自适应重构算法重新计算轨迹或路线。

但是，如果所述第一gps信号(s1_gps)丢失时间等于或大于既定阈值时间(例如5秒)，配置所述车轮控制模块12的处理器12a，以生成警告信号并通过通讯模块13和23将警告信号传输至所述驾驶舱20，以通过驾驶舱的电子装置21远程导引所述机动车10。

可选的是，如图2所示，本系统还包括一个uav30，例如：无人机。

该无人机可用作接收gps信号并推导机动车位置坐标的智能外部传感器。

更具体地是，在该示例中，uav30包括：

-摄像机31，其与图像数据处理装置32相关，用于检测所述机动车10，

-回转仪33，适于确定相对于机动车10的所述uav30的角位置，

-高度计34，其用于确定相对于区域z地面的uav30的高度，以及，

-适于实时接收包括所述uav30的相对于区域z地面的位置p2坐标(x2,y2)的第二个gps信号s2_gps。

在该示例中，uav30还包括计算器36，其中该计算器处理所有信息，以计算机动车10位置坐标(x1'，y1')的预计情况。

该计算器36还生成含有所述预估坐标(x1'，y1')的uav信号。

在该示例中，配置无线电通讯装置37，以将所述uav信号连续发送到机动车10的第一无线通信模块13。

在该示例中，车轮控制模块12的处理器12a接收所述uav信号，并对比预估坐标(x1'，y1')和gps14a提供的第一gps信号(x1，y1)中的坐标(x1，y1)。

如果所述坐标(x1，y1)与(x1'，y1')不同，表示会发生故障或其他问题。随后，处理器12a向驾驶舱20发送信号，远程导引所述机动车10。

如果所述第一gps信号(s1_gps)的丢失时间等于或大于既定阈值时间(例如5秒)，坐标(x1'，y1')的预估也有用。在这种情况下，处理器12a可考虑uav30引导机动车10时提供的预估坐标(x1'，y1')。

因此，本发明提供了一种集装箱码头在有限空间内导引机动车的强大而安全的解决方案。

因此，本发明提供了一种管理局部空间共享冲突的解决方案，在出现共享冲突时，可以快速调节交通量，不需要规划所涉及所有机动车路线。

虽然已说明和描述了当前确认为本发明优选实施例的内容，但本领域技术人员理解的是，可在不脱离本发明的真实范围内实施各种其它的修改以及替换等同例。此外，可以进行多项更改，确保特定情况适于本发明的教导，不脱离发明的中心构思。

此外，本发明的一个实施例可能不包括上述所有特征。因此，本发明不限于披露的具体实施例，但本发明包括如上文所述的本发明范围内的所有实施例。特别是可以结合上述实施例。

在解释本说明书及其相关权利要求书时，诸如“包含”，“包括”，“合并”，“含有”，“是”和“具有”等的表述应采用非排他性方式解释，即解释为其他没有明确定义的事项或组分。相关单数也应解释为复数，反之亦然。

本领域内的技术人员应理解说明书中披露的各种参数均可更改，公开的各种实施例在不脱离本发明范围的情况内可被组合。权利要求书中的附图标记规定为并不限定权利要求的范围，其仅用于增加权利要求的可读性。