專(zhuān)利名稱(chēng)：自主機(jī)器控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及機(jī)器系統(tǒng)，并尤其涉及用于移動(dòng)式機(jī)器的自主控制系統(tǒng)
背景技術(shù)：
諸如挖掘機(jī)，裝載機(jī)，推土機(jī)，機(jī)動(dòng)平地機(jī)，運(yùn)輸卡車(chē)和其他類(lèi)型的重型設(shè)備的工程機(jī)器被用來(lái)執(zhí)行各種任務(wù)。在執(zhí)行這些任務(wù)期間，機(jī)器能夠在對(duì)操作員有害的狀況下，在對(duì)于操作員不舒服的極端環(huán)境條件下，或在遠(yuǎn)離文明地區(qū)的工作地點(diǎn)進(jìn)行操作。此外，一些任務(wù)需要非常精確和準(zhǔn)確地控制機(jī)器的操作，對(duì)于人類(lèi)操作員來(lái)說(shuō)提供這些是很困難的。一些任務(wù)對(duì)于操作員來(lái)說(shuō)還是非常重復(fù)性的和疲勞的。由于這些因素，由操作員控制的機(jī)器來(lái)完成這些任務(wù)可能代價(jià)高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)時(shí)且低效。因此，常常在惡劣條件下或在關(guān)鍵和重復(fù)性的應(yīng)用中使用自主機(jī)器。自主機(jī)器能夠在很少或沒(méi)有人工輸入的情況下，依靠從各種機(jī)器系統(tǒng)接收到的信息來(lái)操作。例如，基于制動(dòng)系統(tǒng)輸入、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸入、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)輸入、障礙物檢測(cè)系統(tǒng)輸入、工具系統(tǒng)輸入等等，可以控制自主機(jī)器來(lái)自動(dòng)地完成程序化的任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)期間，通過(guò)接收來(lái)自 每個(gè)不同機(jī)器系統(tǒng)的反饋，可以執(zhí)行對(duì)機(jī)器操作的持續(xù)調(diào)整，以確保完成任務(wù)的精確性和安全性。然而，為了做到這一點(diǎn)，由不同機(jī)器系統(tǒng)提供的信息應(yīng)該準(zhǔn)確和可靠，同時(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)該能夠處理系統(tǒng)組件的異常或故障情況。在1995年11月21日授予Hawkins等人的第5469356號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(’356號(hào)專(zhuān)利)描述了機(jī)器控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在檢測(cè)到的故障條件期間提供自主操縱。具體地，’ 356號(hào)專(zhuān)利描述了車(chē)輛信息管理系統(tǒng)(V頂S)，所述系統(tǒng)提供各種車(chē)輛系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)視。VMS從車(chē)輛的板載專(zhuān)用傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)管理器收集信息。在VIMS檢測(cè)到與一個(gè)或多個(gè)車(chē)輛系統(tǒng)相關(guān)的故障條件的情況下，VIMS確定指示車(chē)輛上存在的最高故障級(jí)別的警告級(jí)別。該警告級(jí)別包括:級(jí)別I警告，指示傳感器的讀數(shù)超出了正常的操作范圍，級(jí)別II警告，指示如果未被糾正可能導(dǎo)致車(chē)輛損壞的狀況，以及級(jí)別III警告，指示對(duì)車(chē)輛的直接危險(xiǎn)。VIMS將這個(gè)信息提供給機(jī)器導(dǎo)航模塊，該機(jī)器導(dǎo)航模塊基于警告級(jí)別控制車(chē)輛繼續(xù)操作、緩慢操作、或停止操作。雖然’356號(hào)專(zhuān)利的自主控制系統(tǒng)可以再故障條件期間操作，但是集中式系統(tǒng)可能是麻煩和受有限的。這是由于VIMS是負(fù)責(zé)直接采集所有的信息，并且基于每個(gè)機(jī)器的故障條件來(lái)確定所有的推薦動(dòng)作，系統(tǒng)輸入的數(shù)量可能受到VIMS的計(jì)算能力的限制。此外，隨著機(jī)器系統(tǒng)輸入的數(shù)量的增加，系統(tǒng)的控制復(fù)雜性也增加，因此使得VIMS相當(dāng)麻煩。本發(fā)明公開(kāi)的自主控制系統(tǒng)是為了克服上述提出的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其他問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種用于移動(dòng)式機(jī)器的自主控制系統(tǒng)。所述自主控制系統(tǒng)可以包括多個(gè)系統(tǒng)模塊，每個(gè)系統(tǒng)模塊被配置用于監(jiān)視至少一個(gè)機(jī)器部件的狀態(tài)，并基于所述狀態(tài)生成相應(yīng)的推薦機(jī)器動(dòng)作，以及控制模塊，被配置用來(lái)控制所述移動(dòng)式機(jī)器的操作。該自主控制系統(tǒng)還可以包括與多個(gè)系統(tǒng)模塊和控制模塊通訊的健康度監(jiān)管模塊。該健康度監(jiān)管模塊可以被配置用于仲裁來(lái)自多個(gè)系統(tǒng)模塊的每個(gè)推薦機(jī)器動(dòng)作，以確定總體機(jī)器響應(yīng)，并命令控制模塊執(zhí)行該總體機(jī)器響應(yīng)。在另一方面中，本發(fā)明涉及另一種用于移動(dòng)式機(jī)器的自主控制系統(tǒng)。該自主控制系統(tǒng)可以包括多個(gè)系統(tǒng)模塊，每個(gè)系統(tǒng)模塊被配置用于監(jiān)視至少一個(gè)機(jī)器部件的狀態(tài)，并基于所述狀態(tài)生成相應(yīng)的推薦機(jī)器動(dòng)作。所述自主控制系統(tǒng)還可以包括健康度監(jiān)管模塊，該健康度監(jiān)管模塊與多個(gè)系統(tǒng)模塊通訊且被配置用于仲裁來(lái)自多個(gè)系統(tǒng)模塊的每個(gè)推薦機(jī)器動(dòng)作，以確定總體機(jī)器響應(yīng)。所述自主控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括與健康度監(jiān)管模塊通訊的板外操作員接口站，其被配置用來(lái)在所述總體機(jī)器響應(yīng)改變時(shí)，為所述移動(dòng)式機(jī)器提供新的路徑規(guī)劃。


圖1是示例性公開(kāi)的用于移動(dòng)式機(jī)器的自主控制系統(tǒng)的形象化圖示；以及圖2是示例性公開(kāi)的可與圖1中的自主控制系統(tǒng)一起使用的圖形用戶(hù)接口的形象化圖示；以及圖3是描述了示例性公開(kāi)的由圖1中的自主控制系統(tǒng)執(zhí)行的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了工地10和在工地10執(zhí)行任務(wù)的示例性機(jī)器12。工地10可以包括，例如，礦場(chǎng)，垃圾填埋場(chǎng)，采石場(chǎng)，建筑工地，或具有機(jī)器12可通過(guò)的表面的任何其他類(lèi)型工地。機(jī)器12執(zhí)行的任務(wù)可以與在工地10改變地形相關(guān)，并可以包括，例如，運(yùn)輸操作，分級(jí)操作，平整操作，犁耕操作，大批材料清除操作，或任何其他類(lèi)型的操作。因此，機(jī)器12可以具體實(shí)施為移動(dòng)式機(jī)器，例如拖運(yùn)卡車(chē)(圖1中示出)，平地機(jī)，裝載機(jī)，或雪犁。除了別的以外，機(jī)器12可以包括動(dòng) 力系統(tǒng)14，一個(gè)或多個(gè)牽引裝置16，作業(yè)工具18，和自主控制系統(tǒng)20。動(dòng)力系統(tǒng)14可以產(chǎn)生動(dòng)力并為移動(dòng)牽引裝置16和作業(yè)工具18提供動(dòng)力，而自主控制系統(tǒng)20可以響應(yīng)于各種輸入來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)力系統(tǒng)14，牽引裝置16和/或工具18的操作。動(dòng)力系統(tǒng)14可以是完整系統(tǒng)，其被配置用來(lái)產(chǎn)生和傳輸動(dòng)力到牽引裝置16，以推進(jìn)機(jī)器12。特別的是，動(dòng)力系統(tǒng)14可以包括動(dòng)力源，例如，柴油，汽油，或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，其操作用來(lái)產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力輸出，以及傳動(dòng)裝置(未示出)，且被連接以接收機(jī)械動(dòng)力輸出并通過(guò)末級(jí)傳動(dòng)裝置(未示出)以有用的方式將機(jī)械動(dòng)力傳送給牽引裝置16和/或作業(yè)工具18。在一些應(yīng)用中，轉(zhuǎn)矩變換器(未示出)可以位于動(dòng)力源與傳動(dòng)裝置或作業(yè)工具18之間，以選擇性地耦合和解耦合他們之間的動(dòng)力傳輸?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，如果需要的話(huà)，可以在動(dòng)力系統(tǒng)14中包括附加的部件。牽引裝置16可以是輪子(圖1中示出)，皮帶，軌道或本領(lǐng)域中已知的任何其他從動(dòng)牽引裝置。牽引裝置16可以通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)14來(lái)驅(qū)動(dòng)，以根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)14的輸出旋轉(zhuǎn)來(lái)旋轉(zhuǎn)并推進(jìn)機(jī)器12。轉(zhuǎn)向裝置(未示出)，例如液壓缸，液壓馬達(dá)，電動(dòng)機(jī)，和/或齒條與小齒輪配置可能會(huì)與一個(gè)或多個(gè)牽引裝置16關(guān)聯(lián)以影響其轉(zhuǎn)向。此外，制動(dòng)裝置(未示出)，例如壓縮盤(pán)形制動(dòng)器，內(nèi)部流體制動(dòng)器，發(fā)動(dòng)機(jī)減速器，排氣制動(dòng)器和/或傳動(dòng)制動(dòng)器，可以與一個(gè)或多個(gè)牽引裝置16和/或動(dòng)力系統(tǒng)14，以影響機(jī)器12的制動(dòng)。許多不同的作業(yè)工具18可以安裝到單臺(tái)機(jī)器12上，并可被控制用來(lái)執(zhí)行特定的任務(wù)。例如，作業(yè)工具18具體實(shí)施為牽引床(圖1中示出)，粗齒鋸，吊桶，刀片，鐵鏟，或本領(lǐng)域所熟知的另外的任務(wù)執(zhí)行裝置。作業(yè)工具18可以通過(guò)直接樞接，通過(guò)連桿系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)液壓缸，通過(guò)電機(jī)，或以任何其他任何適當(dāng)?shù)姆绞竭B接到機(jī)器12。作業(yè)工具18可以在樞轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)，滑動(dòng)，擺動(dòng)，升降或以本領(lǐng)域中熟知的任何方式相對(duì)于機(jī)器12移動(dòng)。動(dòng)力系統(tǒng)14，牽引裝置16和作業(yè)工具18可以包括輔助控制機(jī)器12的部件22。除了別的以外，這些部件22可以包括電子控制傳感器，致動(dòng)器，通訊裝置，和導(dǎo)航裝置。例如，機(jī)器12可以配備動(dòng)力系統(tǒng)傳感器，例如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器，壓力傳感器，流量計(jì)，換擋傳感器，傳動(dòng)速度傳感器，泵和馬達(dá)的排量傳感器，轉(zhuǎn)向角傳感器，等等。機(jī)器12還可以配備閥門(mén)致動(dòng)器，泵和馬達(dá)的排量致動(dòng)器，制動(dòng)致動(dòng)器，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給致動(dòng)器，換檔致動(dòng)器，轉(zhuǎn)向致動(dòng)器，和本領(lǐng)域熟知的其他致動(dòng)器。最終，機(jī)器12可以配備GPS接收器，本地激光和/或無(wú)線(xiàn)定位裝置，攝像機(jī)，有線(xiàn)和/或無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，和其他通訊和導(dǎo)航設(shè)備。每個(gè)這些部件22均可以被配置為生成在手動(dòng)和自主控制機(jī)器12時(shí)使用的信肩、O部件22可以被分為多個(gè)不同的子系統(tǒng)24，并且被分類(lèi)為基礎(chǔ)機(jī)器子系統(tǒng)或自主子系統(tǒng)?；A(chǔ)機(jī)器子系統(tǒng)24可以是包括部件22的子系統(tǒng)24，所述部件22是運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器12所需要的部件，而不管機(jī)器12是手動(dòng)控制還是自主控制。這些基礎(chǔ)機(jī)器子系統(tǒng)24中的一些可以包括，例如，主制動(dòng)子系統(tǒng)，輔助制動(dòng)子系統(tǒng)，制動(dòng)充電子系統(tǒng)，后軸子系統(tǒng)，工具子系統(tǒng)，牽引裝置監(jiān)視子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向充電子系統(tǒng)，主轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)，輔助轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)，主動(dòng)力系統(tǒng)子系統(tǒng)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)子系統(tǒng)，潤(rùn)滑子系統(tǒng)，有效載荷子系統(tǒng)，機(jī)器控制子系統(tǒng)，和電氣/充電子系統(tǒng)。自主子系統(tǒng)可以包括由附加部件22組成的子系統(tǒng)24，所述附加部件22可以添加到基礎(chǔ)機(jī)器中以允許對(duì)機(jī)器的自主控制。這些自主子系統(tǒng)24中的一些可以包括，例如，目標(biāo)檢測(cè)子系統(tǒng)，定位子系統(tǒng)，板外通訊子系統(tǒng)，規(guī)劃子系統(tǒng)，和板載通訊子系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，如果需要的話(huà)， 可以在機(jī)器12中包括附加和/或不同的子系統(tǒng)24。每個(gè)子系統(tǒng)24可以構(gòu)成自主控制系統(tǒng)20的一部分，并設(shè)置有電子控制模塊(ECM) 26，其被配置用于監(jiān)視不同子系統(tǒng)24和他們各自部件22的狀態(tài)。S卩，在機(jī)器12的操作期間，可以監(jiān)視來(lái)自每個(gè)部件22的反饋，并且依靠部件22的反饋和危急程度，通過(guò)各自的ECM 26將每個(gè)相應(yīng)的子系統(tǒng)24的狀態(tài)分類(lèi)為多種不同類(lèi)別中的一個(gè)。在一個(gè)例子中，類(lèi)別可以包括:全功能，故障但有功能和故障且無(wú)功能?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，如果需要的話(huà)，可以利用其它或附加的類(lèi)別。當(dāng)來(lái)自相關(guān)分組部件22的反饋指示在可接受的范圍內(nèi)操作時(shí)，通過(guò)相關(guān)ECM 26將子系統(tǒng)24的狀態(tài)分類(lèi)為全功能。當(dāng)來(lái)自部件22的反饋指示在超出可接受的范圍的操作時(shí)，將狀態(tài)分類(lèi)為故障但有功能。當(dāng)沒(méi)有接收到來(lái)自相關(guān)部件22的反饋或該反饋指示根本沒(méi)有操作時(shí)，將狀態(tài)分類(lèi)為故障且無(wú)功能。每個(gè)ECM 26可以接收來(lái)自它的相關(guān)部件22的反饋，并確定每個(gè)相關(guān)子系統(tǒng)24相應(yīng)的狀態(tài)。每個(gè)ECM 26可以配置為基于相關(guān)子系統(tǒng)24的狀態(tài)，生成推薦機(jī)器動(dòng)作。推薦機(jī)器動(dòng)作可以逐步增加嚴(yán)重性，并除了別的以外，可以包括推薦允許正常操作，推薦限制機(jī)器操作(例如，限制行駛速度或作業(yè)工具運(yùn)動(dòng))，推薦停止機(jī)器12的所有運(yùn)動(dòng)，以及推薦停止所有機(jī)器運(yùn)動(dòng)并關(guān)閉機(jī)器12。與每個(gè)子系統(tǒng)24相關(guān)的不同的推薦動(dòng)作可以由各自的ECM26發(fā)送給集中式機(jī)器控制模塊(MCM) 28，而每個(gè)部件22的狀態(tài)可以發(fā)送給重要信息管理系統(tǒng)(VMS)30。在一些實(shí)施例中，推薦動(dòng)作僅僅發(fā)送到MCM 28，而部件22的狀態(tài)僅僅發(fā)送到VIMS 30。這個(gè)建議安排可以有助于簡(jiǎn)化MCM 28和VMS 30。MCM 28可以配置為基于手動(dòng)輸入或自主輸入以及基于來(lái)自部件22的反饋，來(lái)調(diào)整不同模塊22的操作。S卩，MCM 28可以與動(dòng)力系統(tǒng)14，牽引裝置16和/或作業(yè)工具18的部件22經(jīng)由通過(guò)基礎(chǔ)機(jī)器和自主子系統(tǒng)ECM 26所引導(dǎo)的指令進(jìn)行通訊，以基于操作命令和/或響應(yīng)于期望行進(jìn)路徑或開(kāi)挖周期來(lái)使機(jī)器12加速，減速，停止，轉(zhuǎn)彎，向前行駛，向后行駛，掛空擋，傾卸，在井架中排立鉆桿(rack-back)，換檔，等。MCM 28可以在控制機(jī)器12期間依靠來(lái)自不同部件22的反饋來(lái)確定調(diào)節(jié)機(jī)器12的操作以完成特定任務(wù)。MCM 28可以配置為接收來(lái)自車(chē)輛健康度監(jiān)管器(VHS) 32和板載接口(OBI) 34的關(guān)于操作機(jī)器12的控制指令。MCM 28可以配置為將每個(gè)子系統(tǒng)ECM 26不同的推薦動(dòng)作傳遞到VHS 32和OBI34。還可以預(yù)見(jiàn)的是，如果需要的話(huà)，與每個(gè)子系統(tǒng)24相關(guān)的不同的推薦動(dòng)作可以從ECM26直接發(fā)送到VHS 32和OBI 34而無(wú)需首先通過(guò)MCM 28傳遞。需要注意的是，僅僅可以將推薦動(dòng)作發(fā)送到VHS 32 (也就是，每個(gè)部件22和子系統(tǒng)24的狀態(tài)不會(huì)傳遞到VHS 32)，因此允許減少在VHS 32中的計(jì)算復(fù)雜度。VMS 30可以提供狀態(tài)記錄和診斷功能。S卩，VMS 30可以從每個(gè)部件22和子系統(tǒng)24接收狀態(tài)信息，并配置為對(duì)提供的信息編制時(shí)間索引和記錄該信息。在隨后的診斷過(guò)程期間，VIMS 30能夠按照指示調(diào)用特定部分的信息。VIMS 30可以傳遞記錄的和/或調(diào)用的信息給VHS 32和/或OBI 34。VHS 32可以被配置用來(lái)仲裁從MCM 28接收的不同的推薦機(jī)器動(dòng)作，并確定直接反饋給MCM 28以便執(zhí)行的總體機(jī)器響應(yīng)。出于了公開(kāi)的目的，術(shù)語(yǔ)仲裁可以被理解為基于對(duì)每個(gè)推薦動(dòng)作的評(píng)估來(lái)確定總體機(jī)器響應(yīng)，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)效率、耐久性、生產(chǎn)力和維護(hù)其中的一個(gè)或多個(gè)機(jī)器目標(biāo)。在一種 情況下，VHS 32可以參考每個(gè)推薦動(dòng)作和造成推薦動(dòng)作的相應(yīng)的子系統(tǒng)24，將查找圖促使保存在存儲(chǔ)器的查找圖中，以確定特定的總體機(jī)器響應(yīng)。在另外一種情況下，可以簡(jiǎn)單地使用最嚴(yán)重的推薦動(dòng)作作為總體機(jī)器響應(yīng)。在其他的情況下，一些較低嚴(yán)重級(jí)別的推薦動(dòng)作的組合可以用來(lái)確定在較高嚴(yán)重級(jí)別時(shí)的總體機(jī)器響應(yīng)(例如，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算)。例如，如果主轉(zhuǎn)向和主制動(dòng)子系統(tǒng)24同時(shí)推薦機(jī)器12減速，VHS 32可以確定動(dòng)作時(shí)增加嚴(yán)重性增加，并總體機(jī)器響應(yīng)應(yīng)該是停止機(jī)器12。在類(lèi)似的例子中，如果主轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)24建議將機(jī)器的行進(jìn)速度降低到lOmph，同時(shí)主制動(dòng)子系統(tǒng)24建議將機(jī)器的行進(jìn)速度降低到5mph，VHS 32可以確定總體響應(yīng)應(yīng)該將機(jī)器的行進(jìn)速度甚至進(jìn)一步降低到3mph。在確定總體機(jī)器響應(yīng)之后，VHS 32可以將響應(yīng)引導(dǎo)回到MCM 28以便執(zhí)行，在此期間MCM 28可以向子系統(tǒng)24的適當(dāng)?shù)牟考?2下達(dá)特定動(dòng)作的指令?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，如果需要的話(huà)，VHS 32可以直接與MCM 28或間接地通過(guò)規(guī)劃子系統(tǒng)模塊來(lái)就總體機(jī)器響應(yīng)進(jìn)行通訊。VHS 32還可以指導(dǎo)將總體機(jī)器響應(yīng)和造成該響應(yīng)的子系統(tǒng)24的識(shí)別標(biāo)識(shí)，促使該響應(yīng)經(jīng)由通過(guò)OBI 34引導(dǎo)到板外操作員接口站(00IS)36。OBI 34可以具體實(shí)施為通訊模塊，其促進(jìn)機(jī)器12和OOIS 36之間的通訊。通信傳送至OOIS 36的總體機(jī)器響應(yīng)可以傳到OOIS 36，在一些情況下，可能需要從為人類(lèi)操作員需要的輸入的機(jī)會(huì)或提供輸入的這樣的機(jī)會(huì)。例如，如果建議推薦響應(yīng)是減慢，停止和/或關(guān)閉機(jī)器12，則可以和總體機(jī)器響應(yīng)一起向OOIS 36提供警報(bào)，要求來(lái)自操作員的確認(rèn)。警報(bào)可以持續(xù)發(fā)送到OOIS 36，直到接收到確認(rèn)。在另外的例子中，在已經(jīng)執(zhí)行了停止和關(guān)閉機(jī)器12的總體響應(yīng)之后，在機(jī)器12可以重啟之前需要來(lái)自O(shè)OIS 36的手動(dòng)操縱。在其他的例子中，如果需要的話(huà)，當(dāng)總體機(jī)器響應(yīng)被傳遞到OOIS 36時(shí)，操作員可以有機(jī)會(huì)在執(zhí)行之前操控該響應(yīng)，并且提出更小或更大嚴(yán)重性的響應(yīng)。因此，在一些情況下，OOIS 36可以經(jīng)由OBI 34將與VHS 32提出和/或執(zhí)行的總體響應(yīng)相關(guān)的指示提供回到機(jī)器12?？傮w機(jī)器響應(yīng)可以用來(lái)控制機(jī)器12的操作，直到VHS 32生成且MCM 28接收到不同的響應(yīng)，或直到總體響應(yīng)已經(jīng)經(jīng)由通過(guò)OBI 34從OOIS 36傳遞的通訊而被手動(dòng)操縱。即，如果來(lái)自相同或類(lèi)似的子系統(tǒng)ECM 26組合的相同或類(lèi)似的推薦動(dòng)作組合被發(fā)送到VHS32，那么VHS 32可以維持發(fā)送給MCM 28的相同總體機(jī)器響應(yīng)。一旦來(lái)自造成總體機(jī)器響應(yīng)的子系統(tǒng)24的推薦動(dòng)作在數(shù)量或嚴(yán)重性方便發(fā)生改變，VHS 32可以重新評(píng)估該推薦并確定新的總體響應(yīng)。例如，如果制動(dòng)傳感器停止生成信號(hào)，主制動(dòng)子系統(tǒng)24可以產(chǎn)生故障且無(wú)功能的狀態(tài)，該狀態(tài)通過(guò)MCM 28發(fā)送給VHS 32。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器可以產(chǎn)生異常信號(hào)，并且主發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)24可以產(chǎn)生故障但有功能的狀態(tài)?；谶@些不同的狀態(tài)級(jí)別，相應(yīng)的ECM 26可以產(chǎn)生推薦動(dòng)作以分別停止和減慢機(jī)器12。根據(jù)該信息，VHS 32可以確定最嚴(yán)重的推薦動(dòng)作應(yīng)該作為總體機(jī)器響應(yīng)，同時(shí)相應(yīng)地命令MCM 28使機(jī)器12停止。然而在一段時(shí)間之后，制動(dòng)傳感器可能開(kāi)始生成正常信號(hào)，并致使?fàn)顟B(tài)改變?yōu)槿δ埽蚨鴮?dǎo)致來(lái)自主制動(dòng)子系統(tǒng)24的推薦動(dòng)作允許正常操作。在這些條件下，VHS 32可以將總體機(jī)器響應(yīng)基于下一個(gè)最嚴(yán)重的推薦動(dòng)作(也就是，主發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)24提供的推薦)，并命令MCM28使得機(jī)器12減慢。另外，VHS 32可以在任何時(shí)間通過(guò)OOIS 36來(lái)手動(dòng)操控，以改變總體機(jī)器響應(yīng)(也就是，增加響應(yīng)的嚴(yán)重性)。在一些情況下，在相應(yīng)的總體機(jī)器響應(yīng)完成之間或期間，ECM 26推薦的動(dòng)作可以發(fā)生改變。例如，造成機(jī)器12停止和關(guān)閉的總體機(jī)器響應(yīng)的特定部件的狀態(tài)，可以在機(jī)器12達(dá)到完全停止和被關(guān)閉之前而發(fā)生改變。在這些情況下，VHS 32可以配置為在改變總體機(jī)器響應(yīng)之前確定總體機(jī)器響應(yīng)的完成，無(wú)論推薦動(dòng)作的變化。此外，VHS 32還需要通過(guò)OOIS 36獲得操作員許可，以在特定的總體機(jī)器響應(yīng)之間切換。在這種方式下，可以增強(qiáng)機(jī)器12的穩(wěn)定性?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，如果需要的話(huà)，推薦動(dòng)作還可以來(lái)自板外機(jī)器12。具體來(lái)說(shuō)，自主控制系統(tǒng)20可以配備一個(gè)或多個(gè)板外控制模塊，例如環(huán)境控制模塊38。環(huán)境控制模塊38可以配置為獲取有關(guān)機(jī)器12所操作的環(huán)境有關(guān)的信息，并基于這個(gè)信息生成推薦動(dòng)作。例如，環(huán)境控制模塊38可以采集關(guān)于道路質(zhì)量，能見(jiàn)度，交通狀況，降水量等信息，并基于這個(gè)信息，推薦機(jī)器12允許正常的操作，減速，停止，或停止并關(guān)閉。這些建議可以通過(guò)OOIS36和OBI 34發(fā)送給VHS 32，以便在確定總體機(jī)器響應(yīng)時(shí)考慮。OBI 34可以促進(jìn)在OOIS 36與VHS 32, VIMS 30和MCM 28之間的通訊。根據(jù)需要，OBI 34可以包括能夠通過(guò)直接數(shù)據(jù)鏈路和/或無(wú)線(xiàn)通訊鏈路發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信息的硬件和/或軟件。直接數(shù)據(jù)鏈路可以包括以太網(wǎng)連接，連接區(qū)域網(wǎng)路(CAN)，或本領(lǐng)域熟知的其他數(shù)據(jù)鏈路。無(wú)線(xiàn)通訊可以包括衛(wèi)星，蜂窩，紅外線(xiàn)，和能夠使OBI 34與板載和板外控制模塊交換信息的 任何其他類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)通訊。OOIS 36可以與在工地10中的多個(gè)不同的機(jī)器12的車(chē)輛健康度監(jiān)管器32進(jìn)行通訊。具體的說(shuō)，OOIS 36可以允許單個(gè)操作員或一組操作員向多個(gè)自主控制機(jī)器12提供定制指令，并由此當(dāng)在特定的子系統(tǒng)24中遭遇故障狀況時(shí)，選擇性地影響每個(gè)機(jī)器12執(zhí)行的總體響應(yīng)。在公開(kāi)的實(shí)施例中，OOIS 36被示出為與運(yùn)輸卡車(chē)(機(jī)器12)，推土機(jī)40和挖掘機(jī)42進(jìn)行通訊。然而可以預(yù)見(jiàn)的是，根據(jù)需要，OOIS 36可以與任意數(shù)量和類(lèi)型的機(jī)器12進(jìn)行通訊。基于總體機(jī)器響應(yīng)，OOIS 36可以配置為向機(jī)器12提供新的工作任務(wù)或目標(biāo)。工作任務(wù)可以包括行進(jìn)路徑的改變，不同的目的地，或甚至不同的任務(wù)。例如，如果已經(jīng)給予機(jī)器12減速的總體響應(yīng)，OOIS 36可以將機(jī)器12引導(dǎo)到遠(yuǎn)離其他機(jī)器12的備選路徑上，使得現(xiàn)在較慢的機(jī)器12不會(huì)引起交通擁堵。在這種方式下，OOIS 36可以有助于確保在工地10中的所有機(jī)器12的生產(chǎn)力和安全性。機(jī)器12的每個(gè)控制器/控制模塊26-38可以被配置為如果與發(fā)生其他模塊的通訊故障時(shí)，遵從緊急程序。每個(gè)控制模塊26-38的特定程序可能不同，并根據(jù)機(jī)器類(lèi)型，機(jī)器尺寸，操作員喜好，模塊關(guān)鍵性，或其他方式來(lái)定制。在一個(gè)例子中，VHS 32可以配置為當(dāng)沒(méi)有從被分類(lèi)為關(guān)鍵子系統(tǒng)的特定子系統(tǒng)24的ECM 26接收到推薦動(dòng)作時(shí)，命令MCM 28使機(jī)器12停止和關(guān)閉。每個(gè)ECM 26，MCM 28, VIMS 30，VHS 32，OOIS 36和環(huán)境控制模塊38，可以具體實(shí)施為單獨(dú)處理器或多個(gè)微處理器，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGAs)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSPs)，等等，其包括用于控制機(jī)器12的操作的裝置。許多商業(yè)上可用的微處理器可以配置為執(zhí)行這些部件的功能。應(yīng)該可以理解的是，每個(gè)這些部件可以容易地具體實(shí)施為與控制器其他機(jī)器相關(guān)功能的微處理器分開(kāi)的微處理器，或他們可以與機(jī)器微處理器集成，并可以控制多個(gè)機(jī)器功能和操作模式。如果與通用機(jī)器微處理器分開(kāi)，每個(gè)這些部件可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路或其他方式與通用機(jī)器微處理器進(jìn)行通訊。各種其他已知的電路可以與這些部件相關(guān)聯(lián)，包括電源電路，信號(hào)調(diào)理電路，致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電路(也就是，電路通電螺線(xiàn)管，電動(dòng)機(jī)，或壓電致動(dòng)器)，和通訊電路。圖2示出了 旨在在OOIS 36處使用的圖形化用戶(hù)界面(⑶I) 200。⑶I 200可以包括配置用來(lái)向用戶(hù)提供關(guān)于操作機(jī)器12的信息的字段。一些或所有這些相同的字段還可以配置為接收信息，例如來(lái)自操作員的指令。例如，操作員可以使用鼠標(biāo)，光棒，標(biāo)簽按鈕，或其他指針裝置，進(jìn)行點(diǎn)擊，以進(jìn)入特定的字段，并使用下拉菜單和/或鍵盤(pán)輸入指令。指令可以通過(guò)OOIS 36和OBI 34發(fā)送到VHS 32。在示例性公開(kāi)的⑶I 200中，可以包括總體機(jī)器響應(yīng)字段210，負(fù)責(zé)子系統(tǒng)字段220，調(diào)節(jié)速度字段230，期望速度字段240，推薦動(dòng)作圖例250，子系統(tǒng)狀態(tài)列表260，以及虛擬控制字段270。然而可以預(yù)期的是，根據(jù)需要可以在⑶1200中包括附加或不同的字段。總體機(jī)器響應(yīng)字段210可以被配置為顯示當(dāng)前在機(jī)器12上執(zhí)行的仲裁的機(jī)器動(dòng)作(也就是顯示由VHS 32確定且由MCM 28執(zhí)行的總體機(jī)器相應(yīng))。負(fù)責(zé)子系統(tǒng)字段220可以被配置為顯示子系統(tǒng)24中哪個(gè)造成總體機(jī)器響應(yīng)的列表。調(diào)節(jié)速度字段230可以被配置為顯示與總體機(jī)器響應(yīng)相關(guān)的速度限制。期望速度字段240可以被配置為顯示當(dāng)前機(jī)器速度命令。推薦動(dòng)作圖例250可以顯示不同可能機(jī)器響應(yīng)的解釋。子系統(tǒng)狀態(tài)列表260可以被配置為顯示子系統(tǒng)24推薦的不同的機(jī)器動(dòng)作，總體機(jī)器響應(yīng)正是從這些機(jī)器動(dòng)作中確定的。虛擬控制270可以配置為允許用戶(hù)調(diào)整之前VMS 30記錄的機(jī)器操作的回放。
圖3示出作為指令存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)300中的示例性方法，其可以通過(guò)自主控制系統(tǒng)20來(lái)執(zhí)行以控制機(jī)器12。圖3將在接下來(lái)的部分進(jìn)行更詳細(xì)地討論，以進(jìn)一步說(shuō)明所公開(kāi)的理念。工業(yè)實(shí)用件所公開(kāi)的機(jī)器控制系統(tǒng)可以應(yīng)用到任何需要自主性的移動(dòng)式機(jī)器。所公開(kāi)的系統(tǒng)可以通過(guò)獨(dú)特的分布式架構(gòu)來(lái)提供可靠的自主機(jī)器控制，該控制簡(jiǎn)化了計(jì)算，提供了靈活性，并有助于確保在故障條件下安全和可靠的操作。將參考圖3中的方法描述自主控制系統(tǒng)20的操作。從圖3中可以看出，自主機(jī)器控制的示例性方法可以開(kāi)始于對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)24中的部件22的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和每個(gè)相應(yīng)的ECM 26的機(jī)器動(dòng)作推薦(步驟310)。S卩，每個(gè)ECM 26可以監(jiān)視該特定ECM 26負(fù)責(zé)的每個(gè)部件22的操作?；诿總€(gè)部件22的監(jiān)視狀態(tài)，每個(gè)ECM26可以生成若干機(jī)器動(dòng)作推薦中的一個(gè),包括允許機(jī)器12正常操作,減慢機(jī)器12,停止機(jī)器12，停止且關(guān)閉機(jī)器12。VHS 32可以接收每個(gè)推薦機(jī)器動(dòng)作并確定總體機(jī)器響應(yīng)(步驟320)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)使用存儲(chǔ)在VHS 32內(nèi)部存儲(chǔ)器的關(guān)系圖，公式和/或算法來(lái)確定響應(yīng)。在另外的實(shí)施例中，VHS 32可以根據(jù)嚴(yán)重性來(lái)對(duì)不同的推薦機(jī)器動(dòng)作進(jìn)行排序，并利用最嚴(yán)重的推薦機(jī)器動(dòng)作作為總體機(jī)器響應(yīng)。在又一實(shí)施例中，可以通過(guò)OOIS 36和OBI 34從板外用戶(hù)接收總體機(jī)器響應(yīng)。VHS 32可以命令MCM 28執(zhí)行總體機(jī)器響應(yīng)，并還可以通過(guò)OBI34將響應(yīng)的警報(bào)發(fā)送給OOIS 36 (步驟330)。VHS 32可以持續(xù)監(jiān)視來(lái)自每個(gè)ECM 26的推薦機(jī)器動(dòng)作，以確定造成總體機(jī)器響應(yīng)的子系統(tǒng)24是否已經(jīng)改變特定部件22的狀態(tài)(例如，確定造成總體機(jī)器響應(yīng)的故障狀況是否已經(jīng)清除)(步驟340)。如果造成總體機(jī)器響應(yīng)的子系統(tǒng)(多個(gè))24已經(jīng)改變狀態(tài)，VHS 32可以重新評(píng)估總體機(jī)器響應(yīng)并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。
·
如果總體機(jī)器響應(yīng)包括停止和關(guān)閉機(jī)器12，VHS 32可以以不同方式執(zhí)行。例如，如果先前造成總體機(jī)器響應(yīng)的故障條件已經(jīng)清除，并且VHS 32確定總體機(jī)器響應(yīng)不包括停止和關(guān)閉機(jī)器12 (步驟350)，VHS 32可以將總體響應(yīng)例如降低為具有較低嚴(yán)重性的下一級(jí)別的推薦動(dòng)作。如果，然而，在步驟350，VHS 32確定總體機(jī)器響應(yīng)包括停止和關(guān)閉機(jī)器
12,VHS 32可以在降低總體響應(yīng)之前首先確定總體機(jī)器響應(yīng)已經(jīng)完全執(zhí)行(步驟360)。在一些實(shí)施例中，VHS 32還可能需要在機(jī)器12的停止和關(guān)閉之后，在降低總體響應(yīng)之前，首先獲得手動(dòng)操縱(步驟370)。所公開(kāi)的自主控制系統(tǒng)可以與若干益處相關(guān)聯(lián)。例如，所公開(kāi)的自主控制系統(tǒng)可以是簡(jiǎn)單的，并且增加了計(jì)算能力和應(yīng)用。即，由于每個(gè)ECM 26可以?xún)H僅將推薦動(dòng)作傳遞到VHS 32 (與每個(gè)部件22的狀態(tài)相對(duì))，且VHS 32的計(jì)算命令形式和復(fù)雜性可以相對(duì)較低。此外，部件輸入的數(shù)量可以受到VHS 32的能力的較小限制。另外，由于VHS 32可以不要求VMS 30的自主控制機(jī)器12( S卩，由于可以利用VMS 30僅僅記錄機(jī)器操作以便隨后回放)，對(duì)于不包括VMS 30的機(jī)器12，所公開(kāi)的自主控制系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單地改造。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，可以對(duì)本發(fā)明公開(kāi)的自主控制系統(tǒng)進(jìn)行各種修改和改變。通過(guò)考慮這里公開(kāi)的系統(tǒng)的說(shuō)明和實(shí)踐，該系統(tǒng)的其他實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。旨在僅僅將說(shuō)明和例子認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明真正的保護(hù)范圍將由下面的權(quán)利要 求書(shū)和他們的等價(jià)范圍來(lái)指示。
權(quán)利要求
1.一種用于移動(dòng)式機(jī)器(12)的自主控制系統(tǒng)(20)，包括: 多個(gè)系統(tǒng)模塊(26)，每個(gè)系統(tǒng)模塊被配置用于監(jiān)視至少一個(gè)機(jī)器部件(22)的狀態(tài)，并基于所述狀態(tài)生成相應(yīng)的推薦機(jī)器(12)動(dòng)作； 控制模塊(28)，被配置用來(lái)控制所述移動(dòng)式機(jī)器(12)的操作；以及 健康度監(jiān)管模塊(32)，與所述多個(gè)系統(tǒng)模塊和所述控制模塊通訊，所述健康度監(jiān)管模塊(32)被配置用于: 仲裁來(lái)自所述多個(gè)系統(tǒng)模塊的所述推薦機(jī)器(12)動(dòng)作中的每個(gè)動(dòng)作，以確定總體機(jī)器(12)響應(yīng)；以及 命令所述控制模塊去執(zhí)行所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主控制系統(tǒng)(20)，進(jìn)一步包括板外操作員接口站(36)，其中所述健康度監(jiān)管(32)模塊進(jìn)一步被配置為與所述板外操作員接口站(36)就所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)和所述多個(gè)子系統(tǒng)(24)中哪個(gè)造成所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)進(jìn)行通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自主控制系統(tǒng)(20)，其中所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)基于具有最高嚴(yán)重性級(jí)別的推薦動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自主控制系統(tǒng)(20)，其中，當(dāng)所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)包括關(guān)閉所述移動(dòng)式機(jī)器(12)時(shí)，所述健康度監(jiān)管(32)模塊被配置為確認(rèn)在改變所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)之前所述移動(dòng)式機(jī)器(12)已經(jīng)被關(guān)閉，即使所述推薦動(dòng)作在所述移動(dòng)式機(jī)器(12)已經(jīng)關(guān)閉之前發(fā)生改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自主控制系統(tǒng)(20)，其中所述板外操作員接口站(36)被配置為當(dāng)所述總體機(jī)器(1 2)響應(yīng)改變時(shí)，為所述移動(dòng)式機(jī)器(12)提供新的路徑規(guī)劃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主控制系統(tǒng)(20)，進(jìn)一步包括信息管理系統(tǒng)(30)，與所述多個(gè)系統(tǒng)模塊中的每一個(gè)以及與所述健康度監(jiān)管(32)模塊進(jìn)行通訊，所述信息管理系統(tǒng)(30)被配置為記錄所述多個(gè)系統(tǒng)模塊中每個(gè)系統(tǒng)模塊的所述至少一個(gè)部件的所述狀態(tài)、相應(yīng)的所述推薦機(jī)器(12)動(dòng)作、和所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)中的至少一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自主控制系統(tǒng)(20)，進(jìn)一步包括板載接口模塊(34)，被配置為中繼所述板外操作員接口站(36)與所述健康度監(jiān)管(32)模塊、信息管理系統(tǒng)(30)和機(jī)器(12)控制模塊之間的通訊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主控制系統(tǒng)(20)，其中所述健康度監(jiān)管(32)模塊被配置為如果與所述多個(gè)系統(tǒng)模塊通訊故障，則遵從緊急程序。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主控制系統(tǒng)(20)，進(jìn)一步包括板外環(huán)境模塊(38)，被配置為基于影響機(jī)器(12)操作的環(huán)境條件，向所述健康度監(jiān)管(32)模塊提供附加的推薦機(jī)器(12)動(dòng)作，其中所述健康度監(jiān)管(32)模塊被進(jìn)一步配置為在確定所述總體機(jī)器(12)響應(yīng)時(shí)，考慮來(lái)自所述環(huán)境模塊(38)的所述附加推薦機(jī)器(12)動(dòng)作。
10.一種自主機(jī)器(12),包括: 動(dòng)力系統(tǒng)(14)； 牽引裝置(16)，由所述動(dòng)力系統(tǒng)(14)驅(qū)動(dòng)；以及 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一個(gè)所述的自主控制系統(tǒng)(20)，被配置為控制所述動(dòng)力系統(tǒng)(14)和所述牽引裝置(16)中至少一個(gè)的操作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于移動(dòng)式機(jī)器(12)的自主控制系統(tǒng)(20)。該自主控制系統(tǒng)(20)可以包括多個(gè)系統(tǒng)模塊(26)，每個(gè)被配置為監(jiān)視至少一個(gè)機(jī)器(12)部件(22)的狀態(tài)，并基于該狀態(tài)生成相應(yīng)的推薦機(jī)器(12)動(dòng)作，以及控制模塊(28)，其被配置用來(lái)控制該移動(dòng)式機(jī)器(12)的操作。該自主控制系統(tǒng)(20)還可以包括與所述多個(gè)系統(tǒng)模塊和所述控制模塊通訊的健康度監(jiān)管模塊(32)。該健康度監(jiān)管模塊可以被配置用于仲裁來(lái)自所述多個(gè)系統(tǒng)模塊的每個(gè)推薦機(jī)器(12)動(dòng)作，以確定總體機(jī)器(12)響應(yīng)，并命令所述控制模塊執(zhí)行該總體機(jī)器(12)響應(yīng)。
文檔編號(hào)G05B19/02GK103249895SQ201180049315
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者B·哈爾德, A·維塔勒 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司