专利名称：集成的物体检测和报警系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及ー种物体检测系统，并且更特别是涉及一种用于接近物体的报警的系统和方法。
背景技术：
例如轮式装载机、非公路拖运卡车、挖掘机、机动平地机的大型机器和其他类型的运土机器用来执行通常涉及在エ地的某些位置之间间断运动和在某些位置处停止的多种任务。另外，例如轻型车辆的物体或障碍物通常在机器附近运动和停止，而完全不被操作者注意到。在一直没有注意到物体时，机器会朝着障碍物运动并与其碰撞，这最終影响エ地的生产率和效率。已知的系统包括物体或障碍物避让和报警系统。例如，授予Sarangapani的美国 专利6，055，042 (此后称为“ ’ 042” )提供检测机动机器的路径上的障碍物的方法和设备。但是，’ 042和其他已知系统没有公开集成的物体检测和报警系统，其根据机器和被检测物体之间的停止距离提供接近物体的视觉报警。本发明的系统针对克服以上提出的ー个或多个问题。
发明内容
在ー个方面，本发明针对ー种用于机器的物体报警系统，其包括物体检测系统、具有视觉显示器的操作者界面和与物体检测系统和操作者界面通信的控制器，控制器能够控制显示器以根据机器状态和物体相对于机器的距离表示报警水平。
图I是根据本发明的示例性实施方式的机器的示意图。图2是根据本发明的示例性实施方式与图I的机器一起使用的示例性控制系统的示意图。图3是根据本发明的示例性实施方式的操作者界面的示意图。图4是表示根据本发明的示例性实施方式的物体报警系统的ー种实施方式的流程图。
具体实施例方式图I表示示例性机器100和位于エ地104的机器100的行驶路径上的障碍物或物体102。虽然机器100被描述成非公路拖运卡车，设想到机器100可体现为另外类型的大型机器，例如轮式装载机、挖掘机或机动平地机。物体102被描述成维护车辆。但是，设想到物体102可以体现为另外类型的障碍物，例如皮卡或轿车。物体可以是任何障碍物，例如岩石和大石头，其至少具有一定尺寸，特别是如果未被检测到，会造成急迫的危险，并且会与机器100形成碰撞。エ地104可以例如是采矿エ地、垃圾填埋场、采石场、建筑エ地或本领域已知的另外类型的エ地。机器100可具有驾驶室或操作者站106，其可以定位成使得盲点的影响最小，盲点是机器100的具有小可视性的关键区域；但是，由于ー些机器100的尺寸，这些盲点还是相当可观的，使得物体102会完全位于可以或不能被居于操作者站106的操作者看到的盲点内。为了避免与物体102碰撞，机器100可装备物体报警系统108。物体报警系统108可包括处理有关物体102的信息的控制器110。控制器110可以布置在操作者站106内，或者在机器100的任何其他组件内。如本领域已知那样，物体报警系统108还可包括物体检测系统，例如具有操作地连接到控制器110井能够检测预定距离范围内的物体102的至少ー个雷达的雷达系统。在所示实施方式中，物体报警系统108包括安装在机器100的所有侧的多个物体检测系统112、114、116、118。多个物体检测系统112、114、116、118可包括能够检测预定距离以内(即近程)、大 包括其他典型的障碍物检测传感器(未示出)，而不偏离本发明，例如声纳系统、激光系统、光学系统和红外系统。另外或替代，控制器110可以操作地连接到包括至少ー个摄像机的视觉系统以捕获摄像机视野内的多个区域以及机器100的关键区域(例如盲点)内的图像。在所示实施方式中，物体报警系统108包括安装在机器的所有侧(例如机器的侧部、前部和后部)的多个摄像机120、122、124和126，以便将从机器100周围捕获的图像提供给控制器110，并帮助操作者了解机器100的周围情況。在一些实施方式中，视觉系统能够使用例如雷达系统之外独立和辅助操作的单独专用的控制模块操作或控制。控制器110还操作地连接到界面模块128，以便确定机器100的状态。界面模块128可包括例如在机器100上分布井能够从机器100的多个部件和子系统收集数据的多个传感器。传感器可以与功率源、传动装置、牵引装置、转向装置和/或机器100的其他部件和子系统相关和/或监视功率源、传动装置、牵引装置、转向装置和/或机器100的其他部件和子系统。传感器可根据收集的数据(例如地面速度、行驶距离、传动装置的档位选择、转向角度或环境光水平)来測量和/或检测机器100的状态。界面模块128能够产生对应于机器100的状态的信号并将该信号通信到控制器110。控制器110可经由操作者界面130与操作者通信。另外，控制器110可使用操作者界面130以便将エ地104的视觉表示通信到操作者，例如使用映射来指示检测的物体102的位置。控制器110还可使用操作者界面130来为操作者提供报警和/或收到操作者对此报警的确认。控制器110可存储有关物体102检测的信息。控制器110能够对信息进行监视、记录、存储、索引、处理和/或通信。控制器110可包括例如存储器、ー个或多个数据存储装置、中央处理单元和/或可以用来运行公开的应用程序的另外部件。另外，虽然本发明的各个方面可以总体描述为存储在存储器内，本领域普通技术人员将理解到这些方面可以存储在不同类型的计算机程序产品或计算机可读取介质(例如计算机芯片)和ニ级存储装置(包括硬盘、闪存盘、光学介质、CD-ROM或其他形式的RAM或ROM)上，或者从中读取。每个摄像机120、122、124、126可产生对应于捕获图像的信号并将该信号通信到控制器110。设想到控制器110可与操作者界面130通信，以便为操作者显示这些捕获的图像。操作者界面130可布置在操作者站106内，并且可以通过操作者看到和操作。例如，操作者界面130可以安装到操作者触及范围内的机器100的仪表板上。如图2和3所示，操作者界面130可包括具有至少ー个输入装置(未示出)的控制面板200，以便接收来自操作者的选择或输入。此选择可用来收到操作者对所提供的接近物体102的报警的确认。输入装置可例如体现为摇臂开关、顶帽开关、操纵杆、按钮和/或能够接收来自操作者的选择并产生相应信号的另外装置。替代或另外，操作者界面130可包括音频装置202，例如扬声器，以便为操作者提供能够听到的接近或附近物体102报警。音频装置202可例如体现为报警器或喇叭。还可以设想到其他装置(未示出)可以用来为操作者报警或警告操作者接近或附近物体102，例如添味剂或刺激组织物质的分配器，或者可以操作以便为操作者提供报警的任何其他已知的装置。、
操作者界面130还可包括显示图像的显示器300，如图3所示。所示的实施方式包括例如交互触摸屏显示器，其中显示器300和输入装置一起体现为单个集成部件。显示器300还可体现为例如监视器、IXD屏、等离子屏、手持装置屏或能够将视觉信息通信给操作者的另外装置。显示器300可显示映射的视觉表示。控制器110可使用映射的视觉表示为操作者提供视觉报警，例如显示物体102相对于映射上的ー个位置的位置。设想到控制器110可以对应于变化的机器100的操作的一个或多个模式来操作显示器300。例如，混合模式可以在正常操作过程中使用以便为操作者提供一定的操作和环境信息。当在某个盲点内检测到物体102时，摄像机模式可以用来为操作者提供有关所述盲点的聚焦信息。操作者可响应于提供的接近物体102的报警来启动摄像机模式，并由此收到接近物体102报警。控制器110还可根据与机器100的预定操作模式相关或相对应的系统模式或系统状况来操作显示器300。例如，物体报警系统108可适用于在机器100在倒退方向运动时(即控制器110可接收指示倒退信号或指令的档位选择信号)或在机器100不运动时(即机器100在怠速或者确定地面速度为零时)在“接通”状态下操作。物体报警系统108可适用于在机器100在前进方向上例如以预定地面速度(即地面速度大于零)运动时或在从机器100怠速时的位置运动预定距离之后以“待机”状态操作。物体报警系统108可在机器100停止(即地面速度为零)时和/或在机器100在前进方向行驶的同时且使得机器100改变方向以便在相反方向上运动(即控制器110可接收倒退信号或指令)时从待机状态返回到接通状态。物体报警系统108还可适用于在机器100例如正在改变操作模式和/或物体报警系统108正在改变状态时以“过渡”状态操作。物体报警系统108可在机器从倒退方向改变到前进方向时以过渡状态操作。在一些实施方式中，控制器可操作显示器300，使得在过渡状态的过程中只能得到摄像机图像。在其它实施方式中，在物体报警系统108处于待机状态时，显示器300可以变暗，并且不能得到与雷达系统相关的信息和/或图像。另外，在物体报警系统108处于待机状态时，不能得到与视觉系统相关的图像，即不能得到摄像机图像。还设想到控制器110可使用多个显示屏来操作显示器300，从而可以访问与机器100或物体报警系统108相关的变化信息。显示器300还可使用多个显示屏，使得操作者与操作者界面130交互，并由此与物体报警系统108交互井/或控制物体报警系统108。显示器300可以操作，使得操作者从ー个屏浏览到另ー屏，例如通过使用触摸屏界面。多个显示屏的每个可适用于具有一致性的布局或者与所提供的信息类型相符的预定布局。多个显示屏的每个可以适用于执行预定功能或提供预定类型的信息。例如，显示器300可包括用作主屏或缺省屏的第一屏，使得操作者能够监视物体报警系统108的操作，并与物体报警系统108交互以有助于物体102的检测。显示器300还可包括用作配置屏的第二屏，使得操作者能够调节物体报警系统108的參数，例如调节语言和/或改变或定制显示属性、顔色、取向、预定系统状态和其它已知參数，和/或访问系统设置信息和/或软件程序信息。显示器300还可包括用作故障汇总屏的第三屏，其将与系统故障和事件相关的信息提供给操作者或维护人员。例如，系统信息可包括存在于物体报警系统108的一个或多个部件上的故障。在一些实施方式中，多个显示屏的每个可以适用于以观察模式或编辑模式操作。在一些实施方式中，观察模式还可操作，使得操作者能够与显示器300以已知方式交互，例如在检测物体102上缩放，并且控制器110可以响应于所述交互以相应地改变显示器300。 在一些实施方式中，显示器300还可操作，使得操作者能够在各屏之间浏览或者只在机器100处于预定操作模式时(例如只在机器100怠速时或在采用泊车制动时)与操作者界面130的显示器300交互。控制器110可操作显示器300以便在机器100运动时自动从配置屏或故障汇总屏改变成显示屏。如图3所示，例如主屏上的控制器110可将显示器300的第一部分302专用于摄像机视图302，从而提供任何摄像机120、122、124、126捕获的图像。在所示实施方式中，摄像机视图302使得操作者能够看到例如来自后摄像机126的视图。在一些实施方式中，摄像机视图302占据显示器300的主屏的大约90%。另外，控制器110可将第二部分304专用于视觉报警指示器304。并且，控制器110可将显示器300的第三部分306专用于系统状态指示器，从而提供物体报警系统108的状态和故障信息。控制器110可操作以根据物体检测系统112、114、116、118和被检测物体102相对于机器100的位置或大致位置控制视觉报警指示器304。控制器110可控制视觉报警指示器304，以便为操作者提供物体102相对于机器100的位置的视觉指示。视觉报警指示器304可定位在显示器300的侧部。在所示实施方式中，视觉报警指示器304位于显示器300的左側。设想到视觉报警指示器304可以位于显示器300的任一侧或者位于显示器300的顶部或底部或显示器300上的任何地方，而不偏离本发明的范围。还设想到视觉报警指示器304可以设置在独立的显示器上，或者例如设置在操作者界面130本身上，或者以任何已知方式设置。视觉报警指示器304可以体现为多个连续块。在所示实施方式中，视觉报警指示器304包括五个连续块。设想到视觉报警指示器304可体现为例如圆形的任何形状或任何数量，并且可以以任何邻近程度配置，而不偏离本发明的范围。视觉报警指示器304可以基于状态信息(例如由界面模块128通信)和/或基于控制器110处理的信息的多个颜色方案来操作。例如，控制器110可改变每个块的外观或颜色以便指示物体102相对于机器100的不同接近或邻近，如下面更加详细描述。在所示实施方式中，五个块表示对应于从机器100到检测物体102的停止距离的五个报警水平。控制器110可根据IS03450并使用机器100的地面速度来确定停止距离。例如，在所示实施方式中，如果在雷达112、114、116、118的范围内没有检测到物体102，块Y3将显示实心绿色。如果在预定或预设第一警告水平区域内检测到物体102，块Y3将显示实心黄色。如果在预定或预设第二警告水平区域内检测到物体102，两个块Y2和Y3将显示实心黄色。如果在预定或预设第三警告水平区域内检测到物体102，三个块Y1、Y2和Y3将显示实心黄色。如果在预定或预设关键区域内检测到物体102，块R和三个块Y1、Y2和Υ3将显示红色。在关键区域内检测到物体102的情况下，控制器110会使得块R、YU Υ2、Υ3间歇闪烁或以例如IHz的频率闪亮。最后，如果在预定或预设停止区域内检测到物体102，停止块和块R与三个块Yl、Υ2和Υ3将一起显示实心红色。如果在物体报警系统108处于接通状态的同时(不管倒退运动还是不运动)检测到物体102，可采用视觉报警指示器304。如果物体102在关键区域或停止区域内，控制器110可操作音频装置202来提供声音报警。在一些实施方式中，如果在停止区域内检测到物 体102，控制器110可操作音频装置202以给出连续声音，例如连续的蜂鸣声。连续声音可持续，直到操作者采用维护制动器且机器100停止或者操作者改变机器100的行驶方向。替代或另外，控制器110可操作音频装置202，以便给出例如间断的蜂鸣声音，其频率与物体102相对于机器100上的一个点的距离相关或成比例。蜂鸣声音可具有与物体102相对于机器100上的最接近的点的距离成反比的频率。在一些实施方式中，控制器110操作物体报警系统108，以便在检测到多个物体102时根据与机器100最接近的物体102提供报警。如上所述，音频报警将只在机器100停止(即例如地面速度为零)时或者例如档位从倒退方向转换到前进方向时关闭。エ业实用性本发明的物体报警系统和方法可适用于可在エ地内的ー些位置之间间歇运动和在ー些位置处停止的机器。该系统可检测有关物体在机器的视线不良的区域内的信息，并将此信息报告给机器的操作者。特别是，本发明的系统可检测接近物体是否存在于机器的行驶路径内，并告诫操作者这种存在。根据机器和检测物体之间的停止距离具有五个报警水平。操作者界面将使用显示器和音频报警来为操作者指示存在的最高报警水平。现在将描述该系统的操作。图4表示根据物体相对于机器的距离检测接近物体并为操作者提供报警的物体报警系统和方法的示例性实施方式(400)。控制器110适用于确定地面速度(步骤402)。控制器110还适用于确定档位选择(步骤404)。例如，控制器110可接收表示在倒退驱动方向上运动机器100的倒退信号或在前进驱动方向上运动机器100的前进信号中的至少一个的档位选择信号或指令。如果地面速度大于零(步骤406 ;是)，并且档位选择是前进(步骤408 ;否)，物体报警系统108可以过渡状态或待机状态操作，如上面更详细描述。例如，如果机器100行驶大于大约20米，物体报警系统108以待机状态操作。如果地面速度不大于零，换言之如果机器100为怠速(步骤406 ;否)或者如果地面速度大于零(步骤406;是)且档位选择是倒退(步骤408;是)，控制器110适用于确定是否检测到物体102 (步骤410)。如果没有检测到物体102 (步骤410 ;否)，那么显示器300被更新(步骤412)以便如上所述在块Υ3中显示实心緑色。如果检测到物体102(步骤410 ;是)，控制器110适用于接收物体102的摄像机图像(步骤414)，从而根据警告水平区域与更新显示器300 —起使用，并且确定机器100相对于检测物体102的停止距离(步骤416)。如果停止距离大于预定第一阈值(步骤418 ;是)，对于例如机动平地机的ー些机器来说，例如是大约8米，控制器110操作以更新显示器300，从而对应于第一警告水平区域(步骤420)。第一警告水平区域在第一阈值停止距离处开始，并且在物体102不再位于雷达112、114、116、118的覆盖范围内的距离处结束(即返回到步骤410 ;否)。如果停止距离小于第一阈值(步骤418 ;否)但大于预定第二阈值(步骤422 ；是)，例如对于例如机动平地机的ー些机器来说在大约6-8米之间，控制器110操作以更新显示器300，从而对应于第二警告水平区域(步骤420)。如果停止距离小于第二阈值(步骤422 ;否)但大于预定第三阈值(步骤424 ；是)，例如对于例如机动平地机的ー些机器来说在大约4-6米之间，控制器110操作以更新显示器300，从而对应于第三警告水平区域(步骤420)。 如果停止距离小于第三阈值(步骤424;否)但大于预定第四阈值(步骤426;是)，例如对于例如机动平地机的ー些机器来说在大约2-4米之间，控制器110操作以更新显示器300，从而对应于关键区域(步骤420)。如果停止距离小于第四阈值(步骤426 ;否)，例如对于例如机动平地机的一些机器来说小于2米，控制器110操作以更新显示器300，从而对应于停止区域(步骤428)。本领域普通技术人员将明白可以对于本发明的方法和系统进行多种改型和变型。本领域普通技术人员从这里公开的说明书的考量和方法和系统的实践中将明白该方法和系统的其它实施方式。所打算的是该说明书和例子只是示例性的，本发明的真实范围通过所附权利要求及其等同物来指明。
权利要求
1.一种用于机器(100)的物体报警系统(108)，包括 物体检测系统(112、114、116、118)； 包括视觉显示器(300)的操作者界面(130);以及 与所述物体检测系统(112、114、116、118)和所述操作者界面(130)通信的控制器(110)，所述控制器(110)能够控制所述显示器(300)来根据所述机器(100)的状态和物体(102)相对于所述机器(100)的距离表示报警水平。
2.根据权利要求I所述的报警系统，其中，所述机器(100)的状态包括机器(100)的地面速度或所述机器(100)的传动装置的档位选择中的至少ー种。
3.根据权利要求2所述的报警系统，其中，所述控制器(110)能够在所述地面速度大致为 零时控制所述显示器(300);以及 所述控制器(110)能够在所述档位选择反向井且所述地面速度大于零时控制所述显示器(300)。
4.根据权利要求2所述的报警系统，其中，所述距离是部分基于所述地面速度和所述物体(102)的位置的停止距离，与所述停止距离相对应的视觉表示限定所述报警水平；以及 所述控制器(110)还能够控制显示器(300)的第一部分(304)以便通信所述报警水平。
5.根据权利要求4所述的报警系统，其中，所述报警水平包括与所述物体(102)的第一停止距离或未检测到物体(102)状态中的至少ー个相关的第一水平， 与所述物体(102)的第二停止距离相关的第二水平； 与所述物体(102)的第三停止距离相关的第三水平； 与所述物体(102)的第四停止距离相关的第四水平；以及 与所述物体(102)的第五停止距离相关的第五水平。
6.根据权利要求5所述的报警系统，其中，如果所述报警水平与所述物体(102)的第一停止距离相关，所述报警水平包括与所述第一水平相关的第一顔色，如果所述报警水平与未检测到物体(102)状态相关，所述报警水平包括第二顔色，如果所述报警水平与物体(102)的第二停止距离或第三停止距离中的至少ー个相关，所述报警水平包括与所述第二水平和第三水平相关的第一顔色； 如果所述报警水平与所述物体(102)的第四停止距离相关，所述报警水平还包括与所述第四水平相关的第三顔色，其中所述第三顔色以ー频率闪烁； 如果所述报警水平与第五停止距离相关，所述报警水平包括与所述第五水平相关的第三顔色，且该第三顔色是不变的。
7.根据权利要求6所述的报警系统，其中，所述控制器(110)还能够在所述报警水平表示所述第四水平或第五水平中的至少ー个时提供声音，并且所述声音根据所述物体(102)相对于所述机器(100)的距离变化。
8.一种用于与机器(100)的物体报警系统(108) —起使用的计算机可读取介质，所述计算机可读取介质具有用于执行控制显示器(300)的方法的计算机可执行指令，该方法包括 监视所述机器的状态和物体(102)相对于所述机器(100)的距离；以及控制所述显示器(300)的第一部分(304)以便根据所述机器(100)的状态和所述物体(102)相对于所述机器(100)的距离来表示报警水平，并且控制所述显示器(300)的第二部分(302)以便提供摄像机(120、122、124、126)视图或雷达(112、114、116、110)视图中的至少ー种。
9.根据权利要求8所述的计算机可读取介质，其中，控制所述显示器(300)的第一部分(304)以便表示报警水平包括提供对应于部分基于所述机器(100)的地面速度和所述物体(102)相对于所述机器(100)的位置的停止距离的视觉表示，其中所述视觉表示包括多个连续块，每个所述块具有与所述停止距离相关的颜色，所述颜色指示所述物体(102)相对于所述机器(100)的变化近程。
10.根据权利要求9所述的计算机可读取介质，其中，提供所述视觉表示包括如果所述报警水平对应于第一停止距离，在第一连续块内显示与第一水平相关的第一顔色，如果所述报警水平对应于未检测到物体(102)状态，在第一连续块内显示第二顔色，如果所述报警水平对应于第二停止距离，在第二连续块内显示与第二水平相关的第一顔色，如果所述报警水平对应于第三停止距离，在第三连续块内显示与第三水平相关的第一顔色，如果所述报警水平对应于第四停止距离，在第四连续块内显示与第四水平相关第三顔色，其中所述第三顔色以ー频率闪烁，并且如果所述报警水平对应于第五停止距离，在第五连续块内显示与第五水平相关的第三顔色，其中该第三顔色在第五连续块内是恒定的。
全文摘要
在一个方面，公开一种用于机器的物体报警系统。物体报警系统包括物体检测系统和具有视觉显示器的操作者界面以及与物体检测系统和操作者界面通信的控制器。控制器被构造成控制显示器来根据机器状态和物体相对于机器的距离表示报警水平。
文档编号B60R1/08GK102858611SQ201180019830
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者F·加尔萨利, C·D·赖茨 申请人:卡特彼勒公司