BRPI1106300A2

BRPI1106300A2 - Metodo e sistema para manter comunicacao de linha de visao entre uma pluralidade de maquinas, e, produto de programa de computador

Info

Publication number: BRPI1106300A2
Application number: BRPI1106300-9A2A
Authority: BR
Inventors: Noel Wayne Anderson
Original assignee: Deere & Co
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2014-01-28
Also published as: US20150177736A1; US9026315B2; AU2011235939A1; RU2011141468A; US20120095651A1; US9274524B2

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA MANTER COMUNICAÇÃO DE LINIIA DE VISÃO ENTRE UMA PLURALIDADE DE MÁQUINAS, E, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR. São descritos um método e sistema que facilitam a operação de equipamento autônomo, provendo um planejador de missão para manter contato de linha de visão entre uma pluralidade de máquinas coordenadas, incluindo um método para manter comunicação de linha de visão (LoS) entre uma pluralidade de máquinas que cria um plano de missão para um local de trabalho que inclui um plano de caminho para cada da pluralidade de máquinas que mantém a comunicação de linha de visão entre a pluralidade de máquinas, levando-se em conta a topografia do local de trabalho; e carrega o plano de caminho para cada respectiva da pluralidade de máquinas em cada respectiva da pluralidade de máquinas, em que o plano de caminho especifica um caminho de deslocamento da máquina para cada respectiva da pluralidade de máquinas.

Description

"MÉTODO E SISTEMA PARA MANTER COMUNICAÇÃO DE LINHA DE VISÃO ENTRE UMA PLURALIDADE DE MÁQUINAS, E, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR"

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

Este pedido está relacionado com o pedido de patente U.S. copendente de mesmo autor número de série 12/208.691 intitulado "High Integrity Perception for Machine Localization and Safeguarding", que está por meio deste incorporado pela referência.

CAMPO DA INVENÇÃO A modalidade preferida diz respeito no geral à coordenação de uma pluralidade de operações de veículo que é operável para realizar uma tarefa e, em particular, pode estar voltada para a manutenção de uma comunicação de linha de visão entre tal pluralidade de veículos para fornecer um mecanismo de recuperação seguro por causa de falha ou outro problema operacional/ambiental.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Uma crescente tendência no sentido de desenvolvimento de equipamento automático ou semiautomático pode estar presente no ambiente de trabalho atual. Em algumas situações que a tendência, este equipamento pode ser completamente diferente do equipamento controlado por operador que pode ser substituído e que não permite nenhuma situação na qual um operador pode estar presente ou assumir a operação do veículo.

Por causa da complexidade, custo e desempenho de sistemas completamente autônomos atuais, equipamento semiautomático pode ser mais normalmente usado. Este tipo de equipamento pode ser similar ao equipamento anterior controlado por operador, mas incorpora uma ou mais operações que são automáticas, em vez de controladas pelo operador. Este equipamento semiautomático permite supervisão humana e permite que o operador assuma o controle, quando necessário. Entretanto, em ambientes como estes, a margem de erro em operação - seja por uma parte defeituosa, problemas ambientais, ou pelo terreno do ambiente de trabalho - pode ser extremamente pequena, e assim as máquinas operam automaticamente sem controle do operador. O que pode ser necessário inclui um sistema e procedimento operacional para atenuar erros operacionais em um ambiente como este. Portanto, seria vantajoso ter um método e aparelho para fornecer recursos adicionais para navegação de veículos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

São fornecidos um método e sistema que facilitam a operação de equipamento autônomo, fornecendo um planejador de missão para manter contato de linha de visão entre uma pluralidade de máquinas coordenadas. O planejador de missão pode ser usado quando a coordenação precisa que máquinas permaneçam a uma distância especificada uma da outra para proporcionar a precisão de "posicionamento" adequada, ou, senão, fornecer salvaguarda adequada. Ele pode também ser necessário quando sinais de comunicação ou detecção podem ser bloqueados pela terra, edifícios, vegetação e outros recursos em um local de trabalho. A provisão de tal contato de linha de visão entre uma pluralidade de máquinas coordenadas permite vantajosamente a possibilidade de usar uma pluralidade de diferentes mecanismos (por exemplo, GPS, imageamento, LIDAR) que permite recuperação de uma pluralidade de diferentes tipos de erros que podem ser encontrados.

Assim, é fornecido um método para manter comunicação de linha de visão (LoS) entre uma pluralidade de máquinas, compreendendo as etapas de: criar um plano de missão para um local de trabalho que inclui um plano do caminho para cada uma da pluralidade de máquinas que mantém a comunicação de linha de visão entre a pluralidade de máquinas levando-se em conta a topografia do local de trabalho; e carregar o plano de caminho para cada respectiva da pluralidade de máquinas em cada respectiva da pluralidade de máquinas, em que o plano de caminho especifica um caminho de deslocamento da máquina para cada respectiva da pluralidade de máquinas.

Os recursos, funções e vantagens podem ser conseguidos independentemente em várias modalidades, ou podem ser combinados também em outras modalidades nas quais detalhes adicionais podem ser vistos com referência à descrição e desenhos seguintes.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Os recursos inéditos considerados característicos das modalidades ilustrativas são apresentados nas reivindicações anexas. Entretanto, as modalidades ilustrativas, bem como um modo preferido de uso, seus objetivos e vantagens adicionais, ficarão bem entendidos pela referência à descrição detalhada seguinte de uma modalidade ilustrativa quando lidos em conjunto com os desenhos anexos, em que:

A figura 1 inclui um diagrama de blocos de múltiplos veículos operando em um ambiente de rede de acordo com uma modalidade ilustrativa;

As figuras 2A e 2B são diagramas de blocos ilustrando percepção de veículo usada para ajustar a navegação de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 3 inclui um diagrama de blocos de componentes usados para controlar um veículo de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 4 inclui um diagrama de blocos de um sistema de processamento de dados de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 5 inclui um diagrama de blocos de um sistema sensor de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 6 inclui um diagrama de blocos de componentes de software funcional que podem ser implementados em um controlador de máquina de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 7 inclui um diagrama de blocos de uma base de conhecimento de acordo com uma modalidade ilustrativa; A figura 8 inclui um diagrama de blocos de uma tabela de seleção de sensor em uma base de conhecimento usada para selecionar sensores para uso no planejamento de caminhos e desvio de obstáculos de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 9 inclui um local de trabalho representativo dividido em uma grade de 5 χ 5 de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 10 inclui um local de trabalho representativo dividido em uma grade de 5 χ 5 que inclui contagens da grade de comunicação de linha de visão (LoS) de acordo com uma modalidade ilustrativa;

As figuras lla-1 Ic incluem zonas de comunicação LoS representativas para um local de trabalho representativo de acordo com uma modalidade ilustrativa;

A figura 12 inclui um subplano de missão representativo para uma dada zona de comunicação LoS de acordo com uma modalidade ilustrativa; e

A figura 13 inclui um diagrama de blocos de um método para gerar um plano de missão para coordenar atividades de uma pluralidade de veículos de acordo com uma modalidade ilustrativa.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE PREFERIDA

Modalidades fornecem sistemas e métodos para navegação de veículo e, mais particularmente, sistemas e métodos para uma base de conhecimento distribuída dentro de um veículo para controlar operação de um veículo. Como um exemplo, modalidades fornecem um método e sistema para utilizar um módulo de controle robótico versátil para localização e navegação de um veículo.

Veículos robóticos ou veículos autônomos, algumas vezes referidos como plataformas robóticas móveis, geralmente têm um sistema de controle robótico que controla os sistemas operacionais do veículo. Em um veículo que pode ser limitado a uma função de transporte, os sistemas operacionais podem incluir sistemas de direção, frenagem, transmissão e marcha lenta. Tais veículos autônomos geralmente têm um sistema de controle robótico centralizado para controle dos sistemas operacionais do veículo. Alguns veículos militares têm sido adaptados para operação autônoma. Nos Estados Unidos, alguns tanques, transportadores de pessoal, veículos Stryker e outros veículos têm sido adaptados para capacidade autônoma. Em geral, esses devem ser usados igualmente em um modo tripulado.

As diferentes modalidades ilustrativas reconhecem que as entradas de sensor do sistema de controle robótico podem incluir dados associados com o destino do veículo, informação de caminho pré-programado e informação de obstáculo detectado. Com base em tais dados associados com a informação anterior, os movimentos do veículo são controlados. Sistemas de detecção de obstáculo dentro de um veículo normalmente usam lasers de varredura para varrer um feixe sobre um campo de visão, ou câmeras para capturar imagens sobre um campo de visão. O laser de varredura pode ciclar em toda uma faixa de orientações do feixe, ou fornecer acesso aleatório a qualquer orientação particular do feixe de varredura. A câmera ou câmeras podem capturar imagens no amplo campo de visão, ou de um espectro particular dentro do campo de visão. Para aplicações de detecção de obstáculo de um veículo, o tempo de resposta para coleta de dados de imagem dever ser curto em um amplo campo de visão para facilitar o reconhecimento mais cedo e desvio de obstáculo.

A coordenação de máquina fora de estrada precisa de uma pluralidade de máquinas para manter "contato" confiável umas com as outras. "Contato" inclui comunicação, geralmente usando freqüências da linha de visão que podem ser bloqueadas pela terra, edifícios, vegetação e outros recursos ambientais. Esta comunicação pode ser usada para compartilhar informação crítica para a coordenação, tais como posição, estado e objetivo do veículo.

"Contato" também inclui sinais de detecção, tais como radar, lidar e visão, que são a linha de visão (LoS). Esses sensores em uma máquina podem localizar uma outra máquina em relação à posição e orientação da primeira máquina. "Posição" e "posicionamento", na forma aqui usada, compreendem localização, orientação, direção, velocidade, etc. Quando informação de localização da máquina relativa e posição global são transmitidas da primeira máquina para a segunda máquina, a segunda máquina pode se localizar em um sistema de coordenadas global. Informação de veículos adicionais podem ser usadas para melhorar a precisão ou disponibilidade de tal informação de posição.

O segundo uso de "contato" pode ser especialmente crítico em duas situações de "posicionamento". A primeira situação pode ser quando um veículo pode estar operando em um local onde seu próprio sistema de posicionamento não funciona e ele precisa basear-se em informação de outros veículos para determinar sua própria posição. Um exemplo comum pode ser um receptor de Sistema de Posicionamento Global (GPS) que não fornece posição precisa em virtude de os sinais de satélite serem bloqueados ou atenuados por edifícios, árvores, montanhas e similares. A segunda situação pode ser quando um veículo pode não estar equipado com sensores de posição, ou pode ter estes sensores com defeito. Neste caso, ele tem que basear-se completamente em outros veículos para sua própria informação de posição.

O segundo uso de "contato" pode também ser crítico quando os sensores tais como radar, lidar e visão são usados para localizar obstáculos e outros recursos no ambiente. Situações similares ocorrem como no caso de "posicionamento". Primeiro, condições ambientais tais como sujeira, precipitação e cerração podem limitar o alcance ou qualidade desses sensores de linha de visão em uma dada máquina. Dados de outros veículos podem ajudar preencher essas folgas. Segundo, um veículo pode não estar absolutamente equipado com sensores de salvaguarda, ou um ou mais sensores de salvaguarda podem não estar funcionando. Um planejador de missão pode assim ser provido para essas situações para manter contato de linha de visão entre uma pluralidade de máquinas coordenadas. Ele pode ser usado quando a coordenação precisa de máquinas para permanecer dentro de uma distância especificada uma da outra para fornecer precisão de "posicionamento" adequada, ou, senão, fornecer salvaguarda adequada. Ele pode também ser necessário quando sinais de comunicação ou detecção podem ser bloqueados pela terra, edifícios, vegetação e outros recursos em um local de trabalho.

As modalidades ilustrativas também reconhecem que, a fim de fornecer um sistema e método onde um veículo tripulado/autônomo em combinação navega e controla precisamente um local de trabalho, acomodações mecânicas específicas para dispositivos de processamento e dispositivos de detecção de localização podem ser necessárias.

Com referência às figuras e, em particular, com referência à figura 1, modalidades podem ser usadas em uma variedade de veículos, tais como automóveis, caminhões, colheitadeiras, combinadas, equipamento agrícola, tratores, segadores, veículos blindados e veículos de utilidade. Modalidades podem também ser usadas em um sistema de computação simples ou um sistema de computação distribuído. As modalidades ilustrativas não devem ser absolutamente limitações. A figura 1 representa um diagrama de blocos de múltiplos veículos operando em um ambiente de rede de acordo com uma modalidade ilustrativa. A figura 1 representa um ambiente ilustrativo incluindo rede 100 em uma modalidade. Neste exemplo, o escritório de apoio 102 pode ser um único computador ou uma nuvem de computação distribuída. O escritório de apoio 102 suporta as bases de dados e/ou conexões físicas nas bases de dados externas que baseiam-se nas bases de conhecimento usadas nas diferentes modalidades ilustrativas. O escritório de apoio 102 pode suprir bases de conhecimento a diferentes veículos, bem como fornece acesso em linha a informação a partir das bases de conhecimento. Neste exemplo, combinada/colheitadeira 104, 106 e 108 podem ser qualquer tipo de veículo de colheita, debulha, limpeza de lavoura ou outro veículo agrícola. Nesta modalidade ilustrativa, as combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108 operam no campo 110, que pode ser qualquer tipo de terra usada para cultivar lavouras com propósitos agrícolas.

Em um exemplo ilustrativo, a combinada/colheitadeira 104 pode mover-se ao longo do campo 110 seguindo um líder usando inúmeros diferentes modos de operação para ajudar o operador na realização das tarefas agrícolas no campo 110. Os modos incluem, por exemplo, um modo de seguimento lateral, um modo de ensinar e reproduzir, um modo de teleoperação, um modo de mapeamento de caminho, um modo reto, e outros modos adequados de operação. Um operador pode ser uma pessoa que é seguida como o líder quando o veículo puder estar operando em um modo de seguimento lateral, uma pessoa dirigindo o veículo, ou uma pessoa controlando os movimentos do veículo no modo de teleoperação. Um líder pode ser um operador humano ou um outro veículo no mesmo local de trabalho.

Em um exemplo, no modo de seguimento lateral, a combinada/colheitadeira 106 pode ser um líder e combinada/colheitadeiras 104 e 108 são os seguidores. Em um outro exemplo, no modo de seguimento lateral, um operador pode ser o líder e combinada/colheitadeira 104 pode ser o seguidor. O modo de seguimento lateral pode incluir manobras pré- programadas nas quais um operador pode mudar o movimento da combinada/colheitadeira 104 de um caminho de deslocamento de outra forma reto para a combinada/colheitadeira 104. Por exemplo, se um obstáculo puder ser detectado no campo 110, o operador pode iniciar uma manobra de desviar do obstáculo que faz com que a combinada/colheitadeira 104 esterce para fora e em tomo de um obstáculo em um caminho pré-estabelecido. Com este modo, identificação e desvio do obstáculo automático podem ainda ser usados. Com o modo de ensinamento e reprodução, por exemplo, um operador pode dirigir a combinada/colheitadeira 104 ao longo de um caminho no campo 110 sem parar, gerando um caminho mapeado. Depois de dirigir no caminho, o operador pode mover a combinada/colheitadeira 104 de volta para o início do caminho mapeado em um momento posterior. No segundo passe 5 no campo 110, o operador pode fazer com que a combinada/colheitadeira 104 seja dirigida no caminho mapeado do ponto de partida até o ponto final sem parada, ou pode fazer com que a combinada/colheitadeira 104 seja conduzida no caminho mapeado com paradas ao longo do caminho mapeado. Desta maneira, a combinada/colheitadeira 104 é dirigida do início ao fim ao longo 10 do caminho mapeado.

Na modalidade alternativa relacionada, a combinada/colheitadeira 104 da figura 1 pode ser dois veículos sazonais diferentes. Por exemplo, na combinada/colheitadeira de primavera 104, ela pode ser um trator/plantadeira usado para plantar uma lavoura de primavera e 15 realiza operações de mapeamento do campo como anteriormente descrito. Então, no verão, a combinada/colheitadeira 104 pode ser uma combinada/colheitadeira que opera em conjunto com combinada/colheitadeiras 106 e 108, como aqui descrito, usando os dados de mapeamento adquiridos na primavera pelo trator/plantadeira.

A combinada/colheitadeira 104 ainda pode incluir um certo nível

de detecção de obstáculo para impedir que a combinada/colheitadeira 104 passe por cima ou colida em um obstáculo, tal como um trabalhador do campo ou um outro veículo agrícola, tal como a combinada/colheitadeira 106 e 108.

Em um modo de teleoperação, por exemplo, um operador pode operar e/ou acionar de forma sem fio a combinada/colheitadeira 104 através do campo 110 de uma maneira similar a outros veículos de controle remoto. Com este tipo de modo de operação, o operador pode controlar a combinada/colheitadeira 104 através de um controlador sem fio.

Em um modo de mapeamento do caminho, os diferentes caminhos podem ser mapeados por um operador antes de chegar ao campo 110. Em um exemplo de aspersão de lavoura, rotas podem ser idênticas para cada viagem e o operador pode basear-se no fato de que a combinada/colheitadeira 104 moverá ao longo do mesmo caminho cada vez. A intervenção ou desvio do caminho mapeado pode ocorrer somente quando o obstáculo puder estar presente. Novamente, com o modo de mapeamento de caminho, pontos de caminho podem ser estabelecidos para permitir que a combinada/colheitadeira 104 pare ou vire em certos pontos ao longo do campo 110.

Em um modo direto, a combinada/colheitadeira 106 pode ser colocada no meio ou deslocada na mesma distância de um limite, borda do campo, ou outro veículo no campo 110. Em um exemplo de colheita de grãos, a combinada/colheitadeira 106 pode mover abaixo no campo 110 ao longo de uma linha reta, permitindo que um ou mais outros veículos, tais como a combinada/colheitadeiras 104 e 108, desloquem em um caminho paralelo em qualquer lado da combinada/colheitadeira 106 para colher fileiras de grãos. Neste tipo de modo de operação, o caminho da combinada/colheitadeira 106 pode sempre ser reto, a menos que um obstáculo possa ser encontrado. Neste tipo de modo de operação, um operador pode iniciar e parar a combinada/colheitadeira 106 de acordo com a necessidade. Este tipo de modo pode minimizar a intervenção necessária por um motorista.

Em diferentes modalidades ilustrativas, os diferentes tipos de modos de operação podem ser usados em combinação para atingir as metas desejadas. Nesses exemplos, pelo menos um desses modos de operação pode ser usado para minimizar a condução, maximizando ainda a segurança e eficiência em um processo de colheita. Nesses exemplos, cada um dos diferentes tipos de veículos representados pode utilizar cada um dos diferentes tipos de modos de operação para atingir as metas desejadas. Na forma aqui usada, a frase "pelo menos um de", quando usada com uma lista de itens, significa que diferentes combinações de um ou mais dos itens podem ser usadas, e somente um de cada item na lista pode ser necessário. Por exemplo, "pelo menos um do item A, item B e item C pode incluir, por exemplo, sem limitação, o item A ou o item Aeo item B. Este exemplo também pode incluir o item A, item B e item C, ou item B e item C. Como um outro 5 exemplo, pelo menos um do item A, item B e item C pode incluir o item A, dois do item B e 4 do item C, ou alguma outra combinação de tipos de itens e/ou número de itens.

Em diferentes modalidades ilustrativas, condições dinâmicas impactam o movimento de um veículo. Uma condição dinâmica pode ser uma 10 mudança no ambiente em tomo do veículo. Por exemplo, uma condição dinâmica pode incluir, sem limitação, movimento de um outro veículo no ambiente para um novo local, detecção de um obstáculo, detecção de um novo objeto ou objetos no ambiente, recepção de entrada do usuário para mudar o movimento do veículo, recepção de instruções de um escritório de apoio, tal 15 como o escritório de apoio 102, e similares. Em resposta a uma condição dinâmica, o movimento de um veículo pode ser alterado de várias maneiras, incluindo, sem limitações, parada do veículo, propulsão de aceleração do veículo, propulsão de desaceleração do veículo e alteração da direção do veículo, por exemplo.

Adicionalmente, rotas autônomas podem incluir diversos

segmentos de linha. Em outros exemplos, um caminho pode desviar de blocos em um padrão quadrado ou retangular, ou seguir contorno ou limites do campo. Certamente, outros tipos de padrões podem também ser usados dependendo da implementação particular. Rotas e padrões podem ser 25 realizados com a ajuda de uma base de conhecimento de acordo com uma modalidade ilustrativa. Nesses exemplos, um operador pode dirigir a combinada/colheitadeira 104 em um campo ou para uma posição inicial de um caminho. O operador pode também monitorar a combinada/colheitadeira 104 para operação segura e finalmente fornecer controle de sobredireção para o comportamento da combinada/colheitadeira 104. Nesses exemplos, um caminho pode ser um caminho pré- estabelecido, um caminho que pode ser continuamente planejado com mudanças feitas pela combinada/colheitadeira 104 para seguir um líder em um modo de seguimento lateral, um caminho que pode ser direcionado por um operador usando um controle remoto em um modo de teleoperação, ou algum outro caminho. O caminho pode ser de qualquer comprimento, dependendo da implementação. Caminhos podem ser armazenados e acessados com a ajuda de uma base de conhecimento de acordo com uma modalidade ilustrativa.

Nesses exemplos, conjuntos heterogêneos de sensores redundantes são localizados em múltiplos veículos em um local de trabalho para fornecer alta percepção de integridade com tolerância de falha. Sensores redundantes nesses exemplos são sensores que podem ser usados para compensar a perda e/ou incapacidade de outros sensores obterem informação necessária para controlar um veículo. Um uso redundante dos conjuntos de sensores é governado pelo uso pretendido de cada um dos sensores e sua degradação em certas condições dinâmicas. Os conjuntos de sensores fornecem robustamente dados para localização e/ou salvaguarda sob a luz de falha de um componente ou uma condição ambiental temporária. Por exemplo, condições dinâmicas podem ser condições terrestres ou do tempo que afetam os sensores e sua capacidade de contribuir para localização e salvaguarda. Tais condições podem incluir, sem limitação, sol, nuvens, iluminação artificial, luz da luz cheia, escuridão da lua nova, grau de brilho do sol baseado na posição do sol por causa da estação, sombras, cerração, fumaça, areia, sujeira, chuva, neve e similares.

Assim, as diferentes modalidades ilustrativas fornecem inúmeros diferentes modos para operar inúmeros diferentes veículos, tais como as combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108. Embora a figura 1 ilustre um veículo para trabalho agrícola, esta ilustração não visa limitar a maneira na qual diferentes modos podem ser aplicados. Por exemplo, as diferentes modalidades ilustrativas podem ser aplicadas a outros tipos de veículos e outros tipos de usos. Como um exemplo específico, as diferentes modalidades ilustrativas podem ser aplicadas a um veículo militar no qual um soldado usa um modo de seguimento lateral para fornecer uma blindagem através de uma clareira.

Em outras modalidades, o veículo pode ser um veículo utilitário compacto e ter um aspersor químico e seguir um operador à medida que o operador aplica produtos químicos nas lavouras ou outra folhagem. Esses tipos de modos também podem fornecer capacidades de desvio de obstáculo e controle remoto. Também como um outro exemplo, as diferentes modalidades ilustrativas podem ser aplicadas para veículos de entrega, tais como aqueles para correios ou outros veículos de entrega comerciais. As modalidades ilustrativas reconhecem uma necessidade de um sistema e método onde um veículo tripulado/autônomo combinado pode navegar e ser controlado precisamente em um local de trabalho. Portanto, as modalidades ilustrativas fornecem um método implementado por computador, um produto programa de computador para controlar um veículo. Uma condição dinâmica pode ser identificada usando uma pluralidade de sensores do veículo e o veículo pode ser controlado usando uma base de conhecimento.

Com referência agora às figuras 2A e 2B, um diagrama de blocos ilustrando percepção do veículo usada para ajustar navegação pode ser representado de acordo com uma modalidade ilustrativa. Veículos 200 e 206 são exemplos de uma ou mais de combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108 na figura I. O veículo 200 desloca através do terreno 202 usando sensores localizados no veículo 200 para perceber atributos do terreno. Em condições operacionais normais, a máxima faixa de detecção 204 dos sensores no veículo 200 oferece boa visibilidade de terreno à frente no caminho do veículo 200. O veículo 206 desloca através do terreno 208, que limita a máxima faixa de detecção 210 e fomece baixa faixa de detecção 212. O terreno 208 pode ser, por exemplo, uma estrutura ou vegetação que obscurece a visibilidade, topografia da terra que limita a faixa de detecção dos sensores e similares. O veículo 206 pode ajustar a velocidade e a distância a seguir com base faixa de detecção disponível. Por exemplo, durante aproximação do terreno 208 com faixa de detecção diminuída 212, o veículo 206 pode diminuir sua velocidade a fim de fornecer tempo de resposta adequado para ações, tais como detecção de obstáculo, desvio de obstáculo e parada de emergência. Em uma modalidade ilustrativa, o veículo 200 e o veículo 206 podem estar trabalhando em diferentes áreas do mesmo local de trabalho. Quando o veículo 206 passa pela faixa de detecção diminuída 212, o veículo 206 pode solicitar informação de dados do sensor do veículo 200. Os dados do sensor podem ser quaisquer dados gerados por um sensor. Por exemplo, a faixa de detecção diminuída 212 pode ser por causa da degradação das capacidades do sistema de posicionamento global com base na copa da árvore do terreno 208. O veículo 200, entretanto, pode estar operando em um caminho paralelo ou próximo no mesmo local de trabalho, mas fora da copa da árvore do terreno 208, com o terreno 202 provendo o receptor do sistema de posicionamento global localizado no veículo 200 uma capacidade desimpedida de receber sinais. O sistema sensor do veículo 200 pode determinar a estimativa de posição para o veículo 200, e uma estimativa de posição relativa do veículo 206 com base em outros sensores detectando a distância, velocidade, e localização do veículo 206. O veículo 200 pode então transmitir informação de localização ao veículo 206, e o veículo 206 pode usar a informação do sistema sensor do veículo 200 para determinar a estimativa de posição para o veículo 206 e dessa forma manter a velocidade e progresso do veículo ao longo do caminho planejado.

Com referência agora à figura 3, um diagrama de blocos dos componentes usados para controlar um veículo pode ser representado de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo, o veículo 300 pode ser um exemplo de um veículo, tal como as combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108 da figura I. O veículo 300 pode também ser um exemplo de veículo 200 e veículo 206 nas figuras 2A e 2B. Neste exemplo, o veículo 300 inclui controlador da máquina 302, sistema de direção 304, sistema de freio 306, sistema de propulsão 308, sistema sensor 310 e unidade de comunicação 312.

O controlador da máquina 302 pode ser, por exemplo, um sistema de processamento de dados ou algum outro dispositivo que pode executar processos para controlar o movimento de um veículo. O controlador da máquina 302 pode ser, por exemplo, um computador, um circuito integrado específico da aplicação, ou algum outro dispositivo adequado. O controlador da máquina 302 pode executar processos para controlar o sistema de direção 304, sistema de freio 306 e sistema de propulsão 308 para controlar o movimento do veículo. O controlador da máquina 302 pode enviar vários comandos a esses componentes para operar o veículo em diferentes modos de operação. Esses comandos podem ter várias formas dependendo da implementação. Por exemplo, os comandos podem ser sinais elétricos analógicos nos quais uma mudança de tensão e/ou corrente pode ser usada para controlar esses sistemas. Em outras implementações, os comandos podem ter a forma de dados enviados aos sistemas para iniciar as ações desejadas. O sistema de direção 304 pode controlar a direção da extersão do veículo em resposta a comandos recebidos do controlador da máquina 302. O sistema de direção 304 pode ser, por exemplo, um sistema de direção hidráulico controlado eletricamente, um sistema de direção de cremalheira e pinhão acionado eletricamente, um sistema de direção Ackerman, ou algum outro sistema de direção adequado. O sistema de freio 306 pode desacelerar e/ou parar o veículo em resposta a comandos do controlador da máquina 302. O sistema de freio 306 pode ser um sistema de freio controlado eletricamente. Este sistema de freio pode ser, por exemplo, um sistema de freio hidráulico, um sistema de freio por atrito, um sistema de freio regenerativo, ou algum outro sistema de freio adequado que pode ser controlado eletricamente.

Nesses exemplos, o sistema de propulsão 308 pode impulsionar ou mover o veículo em resposta a comandos do controlador da máquina 302. O sistema de propulsão 308 pode manter ou aumentar a velocidade na qual o veículo move-se em resposta a instruções recebidas do controlador da máquina 302. O sistema de propulsão 308 pode ser um sistema de propulsão controlado eletricamente. O sistema de propulsão 308 pode ser, por exemplo, um motor de combustão interna, um sistema híbrido de motor de combustão interna/elétrico, um motor elétrico, ou algum outro sistema de propulsão adequado.

O sistema sensor 310 pode ser um conjunto de sensores usado para coletar informação a respeito do ambiente em tomo do veículo 300. Esta informação coletada pelo sistema sensor 310 pode ser usada para localização na identificação de um local do veículo 300, ou um local de um outro veículo no ambiente. Nesses exemplos, a informação pode ser enviada ao controlador da máquina 302 para fornecer dados na identificação de como o veículo moveria em diferentes modos de operação. Por exemplo, o sistema de freio 306 pode desacelerar o veículo 300 em resposta a uma faixa de detecção limitada do sistema sensor 310 no veículo 300, tal como faixa de detecção diminuída 212 na figura 2B. Nesses exemplos, um conjunto refere-se a um ou mais itens. Um conjunto de sensores pode ser um ou mais sensores nesses exemplos.

A unidade de comunicação 312 pode fornecer enlaces de comunicação ao controlador da máquina 302 para receber informação. Esta informação inclui, por exemplo, dados, comandos e/ou instruções. A unidade de comunicação 312 pode ter várias formas. Por exemplo, a unidade de comunicação 312 pode incluir um sistema de comunicação sem fio, tal como um sistema de telefone celular, um sistema sem fio Wi-Fi, um sistema sem fio bluetooth, ou algum outro sistema de comunicação sem fio adequado. Adicionalmente, a unidade de comunicação 312 também pode incluir uma porta de comunicação, tal como, por exemplo, uma porta de barramento seria universal, uma interface serial, uma interface de porta paralela, uma interface de rede e/ou alguma outra porta adequada para fornecer um enlace de comunicação física. A unidade de comunicação 312 pode ser usada para comunicar com um local ou um operador remoto. A unidade de comunicação 312 pode incluir uma bateria reserva em uma pluralidade de módulos eletrônicos que operam cada qual a uma frequência diferente a fim de minimizar a probabilidade de falha do modo comum.

Com referência agora à figura 4, um diagrama de blocos de um sistema de processamento de dados pode ser representado de acordo com uma modalidade ilustrativa. O sistema de processamento de dados 400 pode ser um exemplo de uma maneira na qual o controlador da máquina 302 na figura 3 pode ser implementado. Neste exemplo ilustrativo, o sistema de processamento de dados 400 inclui estrutura de comunicação 402, que fornece comunicação entre a unidade de processamento 404, memória 406, armazenamento persistente 408, unidade de comunicação 410, unidade de entrada/saída (I/O) 412 e monitor 414. A unidade de processamento 404 serve para executar instruções para software que podem ser carregadas na memória 406. A unidade de processamento 404 pode ser um conjunto de um ou mais processadores, ou pode ser um núcleo de multiprocessador, dependendo da implementação particular. Adicionalmente, a unidade de processamento 404 pode ser implementada usando um ou mais sistemas de processamento heterogêneos nos quais um processador principal pode estar presente com processadores secundários em um único chip. Como um outro exemplo ilustrativo, a unidade de processamento 404 pode ser um sistema multiprocessador simétrico contendo múltiplos processadores do mesmo tipo. A memória 406 e o armazenamento persistente 408 são exemplos de dispositivos de armazenamento. Um dispositivo de armazenamento pode ser qualquer peça de hardware que pode ser capaz de armazenar informação tanto em uma base temporária e/ou uma base permanente. A memória 406, nesses exemplos, pode ser, por exemplo, uma memória de acesso aleatório, ou qualquer outro dispositivo de armazenamento volátil ou não volátil adequado.

5 O armazenamento persistente 408 pode ter várias formas dependendo da implementação particular. Por exemplo, o armazenamento persistente 408 pode ser uma unidade rígida, uma memória relâmpago, um disco ótico regravável, uma fita magnética regravável ou alguma combinação destes.

A mídia usada pelo armazenamento persistente 408 também 10 pode ser removível. Por exemplo, uma unidade rígida removível pode ser usada para armazenamento persistente 408. A unidade de comunicação 410, nesses exemplos, permite comunicação com outros sistemas ou dispositivos de processamento de dados. Nesses exemplos, a unidade de comunicação 410 pode ser uma placa de interface de rede. A unidade de comunicação 410 pode 15 fornecer comunicação pelo uso tanto de um quanto de ambos de enlaces de comunicação física e sem fio.

A unidade de entrada/saída 412 permite entrada e saída de dados com outros dispositivos que podem ser conectados no sistema de processamento de dados 400. Por exemplo, a unidade de entrada/saída 412 20 pode fornecer uma conexão para entrada de usuário através de um teclado e mouse. Adicionalmente, a unidade de entrada/saída 412 pode enviar saída a uma impressora. O monitor 414 fornece um mecanismo para exibir informação a um usuário. As instruções para o sistema operacional e aplicações ou programas são localizadas no armazenamento persistente 408. 25 Essas instruções podem ser carregadas na memória 406 para execução pela unidade de processamento 404. Os processos das diferentes modalidades podem ser realizados pela unidade de processamento 404 usando instruções implementadas por computador, que podem ser localizadas em uma memória, tal como a memória 406. Essas instruções são referidas como código de programa, código de programa utilizável por computador, ou código de programa legível por computador que podem ser lidos e executados por um processador na unidade de processamento 404. O código de programa nas diferentes modalidades podem ser concebidos em diferentes mídias legíveis 5 por computador físicas ou tangíveis, tais como a memória 406 ou o armazenamento persistente 408. O código de programa 416 pode ser localizado em uma forma funcional na mídia legível por computador 418 que pode ser removível seletivamente e pode ser carregada no sistema de processamento de dados 400, ou transferida para ele, para execução pela 10 unidade de processamento 404. O código de programa 416 e a mídia legível por computador 418 formam o produto programa de computador 420 nesses exemplos. Em um exemplo, a mídia legível por computador 418 pode ser em uma forma tangível, tal como, por exemplo, um disco ótico ou magnético que pode ser inserido ou colocado em uma unidade ou outro dispositivo que pode 15 ser parte do armazenamento persistente 408 para transferência para um dispositivo de armazenamento, tal como uma unidade rígida que pode ser parte do armazenamento persistente 408. Em uma forma tangível, a mídia legível por computador 418 pode também ter a forma de um armazenamento persistente, tal como uma unidade rígida, uma miniunidade, ou uma memória 20 relâmpago que pode ser conectada no sistema de processamento de dados 400. A forma tangível da mídia legível por computador 418 pode também ser referida como uma mídia de armazenamento gravável por computador. Em alguns casos, a mídia legível por computador 418 pode não ser removível. Alternativamente, o código de programa 416 pode ser transferido para o 25 sistema de processamento de dados 400 a partir da mídia legível por computador 418 através de um enlace de comunicação para a unidade de comunicação 410 e/ou através de uma conexão na unidade de entrada/saída 412. O enlace de comunicação e/ou a conexão pode ser física ou sem fio nos exemplos ilustrativos. A mídia legível por computador também pode ter a forma de mídia não tangível, tais como os enlaces de comunicação ou transmissões sem fio contendo o código de programa.

Os diferentes componentes ilustrados para o sistema de processamento de dados 400 não visam fornecer limitações arquitetônicas para a maneira na qual diferentes modalidades podem ser implementadas. As diferentes modalidades ilustrativas podem ser implementadas em um sistema de processamento de dados incluindo componentes em adição ou em substituição àqueles ilustrados para o sistema de processamento de dados 400. Outros componentes mostrados na figura 4 podem ser variados para os exemplos ilustrativos mostrados. Como um exemplo, um dispositivo de armazenamento no sistema de processamento de dados 400 pode ser qualquer aparelho de hardware que pode armazenar dados. A memória 406, armazenamento persistente 408 e mídia legível por computador 418 são exemplos de dispositivos de armazenamento em uma forma tangível.

Em um outro exemplo, um sistema de barramento pode ser usado para implementar estrutura de comunicação 402 e pode ser compreendido de um ou mais barramentos, tal como um barramento do sistema ou um barramento de entrada/saída. Certamente, o sistema de barramento pode ser implementado usando qualquer tipo adequado de arquitetura que permita uma transferência de dados entre diferentes componentes ou dispositivos anexados no sistema de barramento. Adicionalmente, uma unidade de comunicação pode incluir um ou mais dispositivos usados para transmitir e receber dados, tal como um modem ou um adaptador de rede. Adicionalmente, uma memória pode ser, por exemplo, a memória 406 ou um cache, tal como encontrado em uma interface e cubo controlador de memória que pode estar presente na estrutura de comunicação 402.

Com referência agora à figura 5, um diagrama de blocos de um sistema sensor pode ser representado de acordo com uma modalidade ilustrativa. O sistema sensor 500 pode ser um exemplo de uma implementação do sistema sensor 310 na figura 3. O sistema sensor 500 inclui sensores redundantes. Um sensor redundante nesses exemplos pode ser um sensor que pode ser usado para compensar a perda e/ou incapacidade de um outro sensor obter informação necessária para controlar um veículo. Um sensor redundante pode ser um outro sensor do mesmo tipo (homogêneo) e/ou um tipo diferente de sensor (heterogêneo) que pode ser capaz de fornecer informação para o mesmo propósito do outro sensor.

Como ilustrado, o sistema sensor 500 inclui, por exemplo, sistema de posicionamento global 502, sensor de luz estruturado 504, lidar bidimensional / tridimensional 506, navegação estimada 508, câmara infravermelha 510, câmara de luz visível 512, radar 514, sonar ultrassônico 516, leitor de identificação de frequência de rádio 518, sensor de chuva 520 e sensor de luz ambiente 522. Esses diferentes sensores podem ser usados para identificar o ambiente em tomo de um veículo. Por exemplo, esses sensores podem ser usados para detectar terreno no caminho de um veículo, tal como o terreno 202 e 208 nas figuras 2A e 2B. Em um outro exemplo, esses sensores podem ser usados para detectar uma condição dinâmica no ambiente. Os sensores no sistema sensor 500 podem ser selecionados de maneira tal que um dos sensores possa sempre ser capaz de detectar informação necessária para operar o veículo em diferentes ambientes operacionais.

O sistema de posicionamento global 502 pode identificar a localização do veículo com relação a outros objetos no ambiente. O sistema de posicionamento global 502 pode ser qualquer tipo de esquema de triangulação de frequência de rádio baseado em intensidade de sinal e/ou tempo de vôo. Exemplos incluem, sem limitação, o Sistema de Posicionamento Global, Glonass, Galileo e intensidade de sinal relativo à torre de telefone celular. A posição pode tipicamente ser reportada como latitude e longitude com um erro que depende de fatores, tais como, condições ionosféricas, constelação de satélite e atenuação de sinal pela vegetação. O sensor de luz estruturado 504 emite luz em um padrão, tal como uma ou mais linhas, lê de volta as reflexões da luz através de uma câmera, e interpreta as reflexões para detectar e medir objetos no ambiente. Lidar bidimensional / tridimensional 506 pode ser uma tecnologia de detecção 5 remota ótica que mede propriedades da luz dispersa para encontrar o alcance e/ou outra informação de um alvo distante. Lidar bidimensional / tridimensional 506 emite pulsos laser como um feixe, então varre o feixe para gerar matrizes de alcance bidimensional ou tridimensional. As matrizes de alcance são usadas para determinar a distância até um objeto ou superfície, medindo o atraso de tempo 10 entre a transmissão de um pulso e a detecção do sinal refletido.

Navegação estimada 508 começa com uma posição conhecida, que pode então ser avançada, matematicamente ou diretamente, com base na velocidade conhecida, tempo decorrido e curso. O avanço baseado na velocidade pode usar o odômetro do veículo, ou radar de velocidade do 15 terreno, para determinar a distância percorrida a partir da posição conhecida. Câmera infravermelha 510 detecta calor indicativo de uma coisa viva versus um objeto inanimado. Uma câmera infravermelha pode também formar uma imagem usando radiação infravermelha.

Câmera de luz visível 512 pode ser uma câmera de imagem 20 congelada padrão, que pode ser usada sozinha para informação de cor ou com uma segunda câmera para gerara imagens estereoscópicas ou tridimensionais. Quando a câmera de luz visível 512 puder ser usada junto com uma segunda câmera para gerar imagens estereoscópicas, as duas ou mais câmeras podem ser ajustadas com diferentes tempos de exposição para fornecer maior 25 desempenho em uma faixa de condições de iluminação. A câmera de luz visível 512 pode também ser uma câmera de vídeo que captura e registra imagens em movimento.

O radar 514 usa ondas eletromagnéticas para identificar o alcance, altitude, direção ou velocidade de objetos tanto móveis quanto fixos. O radar 514 é bem conhecido na tecnologia, e pode ser usado no modo tempo de vôo para calcular a distância até um objeto, bem como no modo Doppler para calcular a velocidade de um objeto. O sonar ultrassônico 516 usa propagação do som em uma frequência ultrassônica para medir a distância até 5 um objeto, medindo o tempo da transmissão de um pulso até a recepção e convertendo a medição em um alcance usado a velocidade do som conhecida. O sonar ultrassônico 516 é bem conhecido na tecnologia e pode também ser usado em um modo em tempo de vôo ou modo Doppler, similar ao radar 514. Leitor de identificação dé frequência de rádio 518 baseia-se em dados 10 armazenados e recupera remotamente os dados usando dispositivos denominados etiquetas de identificação de frequência de rádio (RFID) ou transponders. Sensor de chuva 520 detecta precipitação em uma superfície exterior do veículo. O sensor de luz ambiente 522 mede a quantidade de luz ambiente no ambiente.

O sistema sensor 500 pode recuperar dados ambientais de um

ou mais dos sensores para obter diferentes perspectivas do ambiente. Por exemplo, o sistema sensor 500 pode obter dados visuais da câmera de luz visível 512, dados a respeito da distância do veículo em relação a objetos no ambiente a partir de lidar bidimensional / tridimensional 506 e dados de 20 localização do veículo em relação a um mapa do sistema de posicionamento global 502.

O sistema sensor 500 pode ser capaz de detectar objetos, mesmo em diferentes ambientes operacionais. Por exemplo, o sistema de posicionamento global 502 pode ser usado para identificar uma posição do 25 veículo. Se um campo puder ser envolto pelas árvores com copas espessas durante a primavera, o sistema de posicionamento global 502 pode ser incapaz de fornecer informação de localização em algumas áreas do campo. Nesta situação, a câmera de luz visível 512 e/ou o lidar bidimensional / tridimensional 506 pode ser usado para identificar uma localização do veículo em relação a objetos não móveis, tais como postes de telefone, árvores, estradas e outros pontos de referência adequados.

Além de receber diferentes perspectivas do ambiente, o sistema sensor 500 fornecer redundância no evento de uma falha de sensor, que facilita 5 operação de alta integridade do veículo. Por exemplo, em uma modalidade ilustrativa, se a câmera de luz visível 512 puder ser o sensor primário usado para identificar a localização do operador no modo de seguimento lateral, e a câmera de luz visível 512 falhar, o leitor de identificação de frequência de rádio 518 ainda detectará a localização do operador através de uma etiqueta de identificação de 10 frequência de rádio usada pelo operador, fornecendo assim redundância para operação segura do veículo.

Com referência agora à figura 6, um diagrama de blocos de componentes de software funcional que pode ser implementado em um controlador da máquina pode ser representado de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo, diferentes componentes de software funcionais que podem ser usados para controlar um veículo estão ilustrados. O veículo pode ser um veículo tais como combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108 na figura 1. O controlador da máquina 600 pode ser implementado em um veículo, tais como o veículo 200 e o veículo 206 nas figuras 2A e 2B, ou o veículo 300 na figura 3, usando um sistema de processamento de dados, tal como um sistema de processamento de dados 400 na figura 4. Neste exemplo, o processo de controle de máquina 602, algoritmos de processamento de sensor 604, interface do usuário 606, base de conhecimento 608, biblioteca de comportamentos 610, processo de base de conhecimento 612 e regras de anomalias de objeto 616 estão presentes no controlador da máquina 600.

O processo de controle de máquina 602 transmite sinais aos sistemas de direção, freio e propulsão, tal como o sistema de direção 304, sistema de freio 306 e sistema de propulsão 308 na figura 3. O processo de controle de máquina 620 pode também transmitir sinais aos componentes de um sistema sensor, tal como o sistema sensor 500 na figura 5. Por exemplo, em uma modalidade ilustrativa, o processo de controle de máquina 602 transmite um sinal a um componente de câmera do sistema sensor 500 a fim de ter efeito de panoramização, inclinação ou grande aproximação de uma lente da câmera para adquirir diferentes imagens e perspectivas de um ambiente em tomo do veículo. O processo de controle de máquina 602 pode também transmitir sinais aos sensores no sistema sensor 500 a fim de ativar, desativar ou manipular o próprio sensor. Algoritmos de processamento de sensor 604 recebem dados do sensor provenientes do sistema sensor 500 e classificam os dados do sensor em recursos temáticos. Esta classificação pode incluir identificar objetos que foram detectados no ambiente. Por exemplo, algoritmos de processamento de sensor 604 podem classificar um objeto como uma pessoa, poste de telefone, árvore, estrada, poste de luz, pista de rolamento, cerca, veículo ou algum outro tipo de objeto. A classificação pode ser feita para fornecer informação a respeito de objetos no ambiente. Esta informação pode ser usada para gerar um mapa temático, que pode conter um padrão espacial de atributos. Os atributos podem incluir objetos classificados. Os objetos classificados podem incluir informação dimensional, tal como, por exemplo, localização, altura, largura, cor e outra informação adequada. Este mapa pode ser usado para planejar ações para o veículo. A ação pode ser, por exemplo, planejar caminhos para um operador seguir em um modo de seguimento lateral ou realizar desvio de objeto.

A classificação pode ser feita autonomamente ou com a ajuda de entrada do usuário por meio da interface do usuário 606. Por exemplo, em uma modalidade ilustrativa, algoritmos de processamento de sensor 604 recebem dados de um buscador de alcance laser, tal como o lidar bidimensional / tridimensional 506 na figura 5, identificando pontos no ambiente. Entrada do usuário pode ser recebida para associar um classificador de dados com os pontos no ambiente, tal como, por exemplo, um classificador de dados da "árvore" associada com um ponto, e "cerca" com um outro ponto. Arvore e cerca são exemplos de recursos temáticos em um ambiente. Algoritmos de processamento de sensor 604 então interagem com a base de conhecimento 608 para localizar os recursos temáticos classificados em um mapa temático armazenado na base de conhecimento 608, e calculam a posição do veículo com base nos dados do sensor em conjunto com a localização do ponto de referência. O processo de controle de máquina 602 recebe os dados ambientais dos algoritmos de processamento de sensor 604, e interagem com a base de conhecimento 608 e biblioteca de comportamento 610 a fim de determinar quais comandos enviar aos componentes de direção, frenagem e propulsão do veículo.

Os algoritmos de processamento de sensor 604 analisam dados do sensor com relação à precisão e funde dados do sensor selecionado para fornecer um único valor que pode ser compartilhado com outras máquinas. A análise dos dados do sensor com relação à precisão envolve determinar um nível de precisão para os dados do sensor com base nos dados do sensor relativos a outros dados de sensor e o nível de confiança no sensor. Por exemplo, com dados de posicionamento global de um receptor de sistema de posicionamento global, a mudança reportada na posição na latitude e longitude pode ser comparada com odometria a base de radar e roda. Se a distância do sistema de posicionamento global puder ser uma certa diferença porcentual de dois valores próximos de outras fontes, ela pode ser considerada um valor atípico. A distância pode também ser comparada com uma distância máxima teórica que um veículo poderia mover em uma dada unidade de tempo. Alternativamente, a diluição geométrica de satélite atual de precisão poderia ser usada para validar a latitude e longitude para uso em computações adicionais. O nível de precisão afetará quais dados do sensor podem ser fundidos e quais dados do sensor podem ser considerados um valor atípico. Valores atípicos são determinados usando métodos estatísticos normalmente conhecidos no campo de estatística. Dados do sensor podem ser fundidos por processamento matemático dos dados do sensor para obter um único valor usado para determinar a posição relativa. Exemplos deste processamento matemático incluem, mas sem limitações, média simples, média ponderada e filtração mediana. Falhas de componentes de um sistema sensor em um veículo podem então ser detectadas comparando-se a informação de posição e ambiente fornecida por cada sensor ou conjunto fundido de sensores. Por exemplo, se um sensor puder ficar fora de uma margem de erro para distância, ângulo, posição e similares, pode ser provável que o sensor pode ter falhado ou pode estar comprometido, e deve ser removido do cálculo atual. Erros excessivos repetidos são lapidados para declarar que o sensor falhou até que a causa da raiz possa ser eliminada, ou até que o sensor possa ser reparado ou substituído.

Em uma modalidade ilustrativa, um sistema de posicionamento global, tal como o sistema de posicionamento global 502 do sistema sensor 500 na figura 5, em um veículo, tal como a combinada/colheitadeira 106 na figura 1, determina sua própria posição. Além disso, ele detecta a posição de um outro veículo, tal como a combinada/colheitadeira 104, como cinqüenta pés (15,24 metros) à frente e trinta graus para a sua esquerda. Uma câmera de luz visível, tal como a câmera de luz visível 512 na figura 5, na combinada/colheitadeira 106 detecta a combinada/colheitadeira 104 como quarenta e oito pés (14,6 metros) à frente e vinte de oito graus à esquerda, enquanto uma outra câmera de luz visível na combinada/colheitadeira 106 detecta a combinada/colheitadeira 104 a quarenta e nove pés (14,9 metros) à frente e vinte de nove graus à esquerda. Um lidar, tal como o lidar bidimensional / tridimensional 506 na figura 5, na combinada/colheitadeira 106 detecta a combinada/colheitadeira 104 como cinqüenta e um pés (15,5 metros) à frente e trinta e um graus à esquerda. Algoritmos de processamento de sensor 604 recebem os dados do sensor do sistema de posicionamento global, câmeras de luz visível e lidar, e fundem-os usando uma média simples das distâncias e ângulos para determinar a posição relativa da combinada/colheitadeira 104 como 49,5 pés (15,1 metros) à frente e 29,5 graus à esquerda.

Esses exemplos ilustrativos não significam de maneira

nenhuma limitações. Múltiplos tipos de sensores e dados de sensor podem ser usados para realizar múltiplos tipos de localização. Por exemplo, os dados do sensor podem ser fundidos para determinar a localização de um objeto no ambiente, ou para detecção de obstáculo. Análise e fusão de dados de sensor 10 podem também ser realizadas por processo de controle de máquina 602 no controlador da máquina 600.

A base de conhecimento 608 contém informação a respeito do ambiente operacional, tal como, por exemplo, um mapa fixo mostrando ruas, estruturas, localizações de árvores e outras localizações de objetos estáticos. 15 A base de conhecimento 608 pode também conter informação, tais como, sem limitações, fauna e flora local, do ambiente operacional, tempo atual para o ambiente operacional, histórico de tempo para o ambiente operacional, recursos ambientais específicos da área de trabalho que afetam o veículo, e similares. A informação na base de conhecimento 608 pode ser usada para 20 realizar ações de classificação e planejamento. A base de conhecimento 608 pode ser localizada completamente no controlador da máquina 600, ou partes ou toda a base de conhecimento 608 podem ser localizadas em um local remoto que pode ser acessado pelo controlador da máquina 600. A biblioteca de comportamento 610 contém vários processos comportamentais específicos 25 da coordenação da máquina que podem ser chamados e executados pelo processo de controle de máquina 602. Em uma modalidade ilustrativa, pode haver múltiplas cópias da biblioteca de comportamentos 610 no controlador da máquina 600 a fim de fornecer redundância. A biblioteca pode ser acessa pelo processo de controle de máquina 602. O processo da base de conhecimento 612 interage com algoritmos de processamento de sensor 604 para receber dados de sensor processados a respeito do ambiente, e, por sua vez, interage com a base de conhecimento 608 para classificar objetos detectados nos dados de sensor processados. O processo da base de conhecimento 612 também informa o processo de controle de máquina 602 dos objetos classificados no ambiente a fim de favorecer que instruções precisas para o processo de controle de máquina 602 sejam enviadas aos sistemas de direção, freio e propulsão. Por exemplo, em uma modalidade ilustrativa, algoritmos de processamento de sensor 604 detectam objetos altos, estreitos, cilíndricos ao longo do lado do caminho planejado. O processo da base de conhecimento 612 recebe os dados processados dos algoritmos de processamento de sensor 604 e interage com a base de conhecimento 608 para classificar os objetos altos, estreitos, cilíndricos como troncos de árvores. O processo da base de conhecimento 612 pode então informar ao processo de controle de máquina 602 da localização dos troncos de árvore em relação ao veículo, bem como qualquer regra adicional que pode aplicar aos troncos de árvores em associação com o caminho planejado.

As regras de anomalia de objeto 616 fornecem instruções do processo de controle da máquina 602 a respeito de como operar o veículo quando ocorre uma anomalia, tais como quando os dados do sensor recebidos pelos algoritmos de processamento de sensor 604 estão incongruentes como os dados ambientais armazenados na base de conhecimento 608. Por exemplo, regrais de anomalia de objetos 616 podem incluir, sem limitação, instruções para alertar o operador por meio da interface do usuário 606 ou instruções para ativar um sensor diferente no sistema sensor 500 na figura 5 a fim de obter uma perspectiva diferente do ambiente.

Com referência agora à figura 7, um diagrama de blocos de uma base de conhecimento pode ser representada de acordo com uma modalidade ilustrativa. A base de conhecimento 700 pode ser um exemplo de um componente da base de conhecimento de um controlador da máquina, tal como a base de conhecimento 608 do controlador da máquina 600 da figura 6. Por exemplo, a base de conhecimento 700 pode ser, sem limitação, um componente de um sistema de navegação, um controlador da máquina autônomo, um controlador da máquina semiautônomo, ou pode ser usado para tomar decisões de controle com relação a atividades do local de trabalho. A base de conhecimento 700 inclui uma base de conhecimento a priori 702, base de conhecimento em linha 704 e base de conhecimento adquirido 706.

A base de conhecimento a priori 702 contém informação estática a respeito do ambiente operacional de um veículo. Tipos de informação a respeito do ambiente operacional de um veículo podem incluir, sem limitação, um mapa fixo mostrando ruas, estruturas, árvores e outros objetos estáticos no ambiente; informação geográfica armazenada a respeito do ambiente operacional; e padrões de tempo para tempos específicos do ano associados com o ambiente operacional. Uma base de conhecimento a priori 702 pode também conter informação fixa a respeito de objetos que podem ser identificados em um ambiente operacional, que podem ser usados para classificar objetos identificados no ambiente. Esta informação fixa pode incluir atributos de objetos classificados, por exemplo, um objeto identificado com atributos de alto, estreito, vertical e cilíndrico pode estar associado com a classificação de "poste de telefone". Uma base de conhecimento a priori 702 pode conter adicionalmente informação do local de trabalho fixo. Uma base de conhecimento a priori 702 pode ser atualizada com base em informação da base de conhecimento em linha 704 e base de conhecimento adquirido 706.

A base de conhecimento em linha 704 pode ser acessada com uma unidade de comunicação, tal como a unidade de comunicação 312 na figura 3, para acessar a Internet sem fio. A base de conhecimento em linha 704 fornece dinamicamente informação a um processo de controle de máquina que permite ajuste do processamento de dados do sensor, cálculos da precisão do sensor específico do local e/ou exclusão de informação do sensor. Por exemplo, a base de conhecimento em linha 704 pode incluir condições do tempo atual do ambiente operacional de uma fonte em linha. Em alguns exemplos, a base de conhecimento em linha 704 pode ser uma base de conhecimento acessada remotamente. Esta informação do tempo pode ser usada pelo processo de controle de máquina 602 na figura 6 para determinar quais sensores ativar a fim de adquirir dados ambientais precisos para o ambiente operacional. Tempo, tal como chuva, neve, cerração e geada, pode limitar a faixa de certos sensores, e podem precisar de um ajuste nos atributos de outros sensores a fim de adquirir dados ambientais precisos do ambiente operacional. Outros tipos de informação que podem ser obtidos incluem, sem limitação, informação de vegetação, tais como desdobramento de folhagem, estado de queda de folhas e tensão de umidade do gramado, e atividade de construção, que podem fazer com que pontos de referência em certas regiões sejam ignorados.

Em um outro ambiente ilustrativo, a base de conhecimento em linha 704 pode ser usada para notar quando certas atividades estão em processo que afetam a operação dos algoritmos de processamento de sensor no controlador da máquina 600 na figura 6. Por exemplo, se a poda de árvores estiver em progresso, não deve ser usado um algoritmo de correspondência dos ramos, mas um algoritmo de correspondência do tronco da árvore pode ainda ser usado, desde que as árvores não estejam sendo cortadas completamente. Quando o controlador da máquina recebe entrada do usuário sinalizando que o processo de poda pode ter terminado, o sistema sensor coleta dados ambientais para analisar e atualizar uma base de conhecimento a priori 702.

A base de conhecimento adquirido 706 pode ser um componente separado da base de conhecimento 700, ou, alternativamente, pode ser integrada com a base de conhecimento a priori 702 em uma modalidade ilustrativa. A base de conhecimento adquirido 706 contém conhecimento adquirido à medida que o veículo gasta mais tempo em uma área de trabalho específica, e pode mudar temporariamente ou a longo prazo, dependendo de interações com a base de conhecimento em linha 704 e entrada do usuário. Por exemplo, a base de conhecimento adquirido 706 pode detectar a ausência de uma árvore que estava presente da última vez que ela recebeu dados ambientais da área de trabalho. A base de conhecimento adquirido 706 pode mudar temporariamente os dados ambientais associados com a área de trabalho para refletir a nova ausência de uma árvore, que pode posteriormente ser mudada permanentemente mediante entrada do usuário confirmando que a árvore foi de fato cortada. A base de conhecimento adquirido 706 pode aprender através de aprendizado supervisionado ou não supervisionado.

Com referência agora à figura 8, um diagrama de blocos de um formato de uma base de conhecimento usada para selecionar sensores para uso no planejamento de caminhos e desvio de obstáculos pode ser representado de acordo com uma modalidade ilustrativa. Este formato pode ser usado pelo processo da base de conhecimento 612 e processo de controle de máquina 602 na figura 6. O formato pode ser representado na tabela de sensor 800 ilustrando redundância do sensor heterogênea para focagem de um veículo em uma rua. Esta modalidade ilustrativa não significa uma limitação de nenhuma maneira. Outras modalidades ilustrativas podem usar este formato para localização de um veículo em um campo, campo de golfe, terreno fora de estrada e outras áreas geográficas.

Sistemas de posicionamento global 802 provavelmente não têm precisão cinemática em tempo real em um ambiente de rua típico por causa de estruturas e vegetação. Condições operacionais normais 804 forneceriam recepção de sinal de qualidade boa a ruim 806 em virtude de a qualidade de recepção de sinal do sistema de posicionamento global depender da espessura da copa da árvore sobre a rua. No início do verão 808, quando algumas folhas ainda estão nas árvores e outras estão enchendo a sarjeta ou vala ao longo da estrada, a espessura da copa pode oferecer recepção de sinal de qualidade boa a ruim 810. Entretanto, no inverno 812, quando as árvores sem ser sempre-viva tendem ter poucas a nenhuma folha, a recepção de sinal pode ser de boa a muito boa 814. Imagens de câmera visíveis de uma borda de meio-fio ou rua 816 podem oferecer imagens de excelente qualidade 818 em condições operacionais normais 804. Entretanto, no início do verão 808 e inverno 812, quando folhas ou neve obscurecem a visibilidade do meio-fio ou borda da rua, imagens de câmera visíveis ofereceriam imagens de qualidade inutilizável 820 e 822.

Imagens de câmera visíveis 824 da área em tomo do veículo, com uma altura de imagem de oito pés (2,4 metros) acima do terreno, ofereceria imagens de excelente qualidade 826, 828 e 830 na maioria das estações, embora as condições de tempo tais como chuva ou cerração possam tomar as imagens inutilizáveis. Pontos de referência identificados a oito pés (2,4 metros) acima do terreno incluem objetos tais como, sem limitação, casas, postes de luz e troncos de árvore. Esta altura pode tipicamente ser abaixo das copas das árvores e acima de objetos transientes, tais como carros, pessoas, bicicletas e similares, e fornece uma zona de qualidade para pontos de referência estáticos. Imagens de câmera visíveis da coroa da rua 832 podem oferecer imagens de boa qualidade 834 em condições operacionais normais 804. A coroa da rua pode tipicamente ser o centro do pavimento da rua e imagens do pavimento podem ser usadas em um programa de correspondência de padrão de pavimento para localização de veículo.

No início do verão 808, quando as folhas começam cair e obscurecer parcialmente o pavimento, imagens de câmera visíveis da coroa da rua 832 podem ser imagens de qualidade boa a ruim 836, dependendo da quantidade de folhas no terreno. No inverno 812, as imagens de câmera visíveis da coroa da rua 832 podem ser imagens de qualidade inutilizável 838 por causa da neve fresca que obscurece o pavimento. Imagens lidar um meio- fio ou obstáculo no terreno em condições operacionais normais 804 porém podem ser inutilizáveis 844 quando a visibilidade do meio-fio puder ser obscurecida pelas folhas no início do verão 808 ou neve no inverno 812. Detecção lidar da área oito pés (2,4 metros) acima do terreno 846 em tomo do veículo pode ser excelente 848 em condições operacionais normais 804, início do verão 808 e inverno 812, em virtude de os pontos de referência, tais como casas e troncos de árvores, não serem obscurecidos pelas folhas que caem ou neve fresca. Imagens lidar do céu 850 captura padrões de galhos acima da rua para uso na correspondência de padrão de galhos para localização de veículo. Imagens lidar do céu 850 seriam inutilizáveis em virtude da copa 852 em condições operacionais normais 804, e inutilizáveis a ruim 854 no início do verão 808 quando a maior parte das folhas continua nos galhos. Entretanto, imagens lidar do céu 850 podem ser excelentes 856 no inverno 812 quando os galhos estão pelados.

Em um outro exemplo ilustrativo, um grupo de três combinadas coordenadas pode estar com a tarefa de colher uma lavoura, tais como as combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108 no campo 110 na figura 1. Neste exemplo, múltiplos veículos estão trabalhando juntos, potencialmente operando em proximidade imediata no campo 110. O local de trabalho, o campo 110, pode ter alguns pontos de referência visuais fixos, tais como postes de telefone, para localização relativa da tarefa. Neste exemplo, a comunicação entre as combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108 pode ser importante para a localização relativa do veículo. As metas para as combinada/colheitadeiras 104, 106 e 108 podem ser as seguintes: não prejudicar pessoas, propriedade ou a si próprias; não saltar nenhuma lavoura da colheita; trabalhar eficientemente com mínima sobreposição entre passes; e trabalhar eficientemente com coordenação ideal entre veículos. A fim de atender essas metas em vista do ambiente do local de trabalho, uma combinação de sensores, tais como o sistema de posicionamento global 502, câmera de luz visível 512 e lidar bidimensional / tridimensional 506 na figura podem ser usados para estimar a posição do veículo em relação a outros veículos no local de trabalho e manter uma distância segura entre cada veículo.

Uma modalidade preferida fornece um método e sistema que facilita a operação de equipamento autônomo provendo um planejador de missão para manter contato de linha de visão entre umà pluralidade de máquinas coordenadas. O planejador de missão pode ser usado quando a coordenação precisa que as máquinas permaneçam dentro de uma distância especificada umas das outras para fornecer precisão de "posicionamento" adequada, ou senão fornecer salvaguarda adequada. Pode também ser necessário quando sinais de comunicação ou detecção podem ser bloqueados pela terra, edifícios, vegetação e outros recursos em um local de trabalho. A provisão de tal contato de linha de visão entre uma pluralidade de máquinas coordenadas vantajosamente permite a possibilidade de usar uma pluralidade de diferentes mecanismos que permitem recuperação de uma pluralidade de diferentes tipos de erros que podem ser encontrados.

Existem três cenários primários principais para o ambiente operacional que têm que ser considerados.

Primeiro, as condições do local de trabalho podem ser demasiadamente benignas a ponto de que, se um de uma pluralidade de veículos puder ter um problema de posicionamento ou salvaguarda, o problema pode ser solucionado mantendo o veículo em proximidade imediata com os outros e então deixando os outros fornecerem a informação perdida ao veículo deficiente em sensor. Isto é o que foi descrito no pedido referenciado cruzado relacionado. O segundo cenário pode ser a situação onde pode ser sabido a priori que existem recursos topológicos ou ambientais no local de trabalho que inibirão comunicação, posicionamento ou salvaguarda. Esses recursos podem ser um modo de falha comum a todos os veículos, se eles estiverem em proximidade uns com os outros e, consequentemente, a solução de formação compacta do primeiro cenário supradescrita pode ser inadequada. Os veículos precisam espalhar apropriadamente para manter a funcionalidade da frota no local de trabalho.

O terceiro cenário pode ser a situação onde ocorre quebra de equipamento no campo, e ocorre condição ambiental imprevista excepcional, etc. O planejamento dinâmico precisa ser feito no campo. A solução recomendada atual pode ser tomar a presente situação do local de trabalho como uma entrada para o planejador a priori para o cenário 2 supradescrito e usar a saída desse método que vai adiante.

Assim, uma tarefa do local de trabalho, particularmente envolvendo cobertura de área, pode ser completada eficientemente por uma pluralidade de máquinas coordenadas em condições onde contato de linha de visão entre as máquinas pode não ser possível através de todo o local de trabalho, ou, onde máquinas precisam ser dispersas para abordar uma degradação ou falha de posicionamento ou salvaguarda do modo comum. Aplicações de cobertura de área incluem, mas sem limitações, ensilagem, plantio, aplicação química, colheita, preparação do local de construção, ceifagem, ajardinamento, drenagem de campo, irrigação de campo, limpeza, esvaziamento, remoção de neve, etc.

Etapa 1 - Dividir o local de trabalho em uma grade O local de trabalho de exemplo mostrado na figura 9 pode ser quadrado e pode ser dividido em uma grade de 5 x 5. Locais de trabalho reais variarão de tamanho, forma e tamanhos dos elementos da grade. Este método pode também ser usado com representações vetoriais do local de trabalho e subáreas dentro do local de trabalho, mas as grades são usadas aqui por questão de simplificação. O particionamento com vetores ou quartis pode resultar em elementos de tamanhos variados.

Em outros exemplos ilustrativos, o perímetro pode ser formas sem ser retângulos, tais como, sem limitação, um polígono sem ser com quatro lados, curvas ou qualquer outra forma. O local de trabalho pode conter inúmeras áreas de exclusão onde as máquinas não devem deslocar ou não devem realizar a operação. Finalmente, os elementos da grade podem ser de qualquer forma, incluindo, mas sem limitação, polígonos, curvas fechadas, etc. Assim, um local de trabalho pode ter qualquer forma e conter inúmeros elementos de grade com formas e tamanhos variados.

Etapa 2 - Para cada elemento da grade, calcular o número de elemento da grade que ela inclui comunicação de linha de visão aceitáveis. Manter uma lista de elementos da grade com os quais cada elemento da grade pode comunicar

Uma grande porção dos locais de trabalho têm um número de barreiras de comunicação zero ou pequeno e esses são demasiadamente estáticos. Pode também ser o caso em que comunicação interveículo pode ser essencial para o nível previsto de coordenação. Assim, este particionamento pode ser feito primeiro para identificar onde máquinas poderão comunicar entre si.

A figura 10 mostra uma seção transversal topológica de exemplo para o local de trabalho da figura 9. A topografia varia somente de leste a oeste para simplificação de discussão.

. A coluna 1 pode ser plana;

. A coluna 2 inclina-se gradualmente para cima de oeste para

leste;

. A coluna 3 pode ser um patamar plano;

. A coluna 4 pode ser plana, mas pode ser separada da coluna 3 por um rochedo íngreme que bloqueia a comunicação e outras comunicações de linha de visão para todas as colunas para oeste/leste;

. A coluna 5 pode ser plana e bem distante do rochedo a ponto de que pode haver contato LoS com a coluna 3, mas não com as colunas 1 e 2 que ficam abaixo do patamar de bloqueio de sinal.

Cada elemento da grade deve completar a comunicação LoS consigo, caso contrário as grades ficam muito grandes e devem ser reduzidas de tamanho. Assim, as contagens da grade - que podem ser uma contagem de com quantas grades uma dada grade inclui comunicação LoS - têm um valor mínimo de 1 (para a situação onde somente uma grade inclui comunicação LoS consigo própria, mas não com outras grades). Neste exemplo com uma grade de 5 x 5 para um total de 25 grades, a contagem de grade máxima seria 25, onde cada elemento da grade pode comunicar com cada outro elemento da grade.

Um elemento da grade pode comunicar com um outro elemento da grade se (a) não houver barreiras, tal como rochedo bloqueando comunicação, e (b) os elementos da grade não estiverem fora de faixa do sistema de comunicação que está sendo usado no local de trabalho. A faixa pode não ser considerada neste exemplo. Um outro fator que seria incluído no alcance - a altura da antena acima do terreno em cada um dos veículos firmemente coordenados.

Em virtude da suave inclinação na coluna 2, todos elementos nas colunas 1 e 2 podem comunicar entre si e todos os elementos da coluna 3. Assim, as colunas 1 e 2 têm contagens de grade de 15.

Os elementos na coluna 3 podem comunicar com todos elementos das colunas 1 e 2 por causa da inclinação suave da coluna 2. Os elementos da coluna 3 não podem comunicar com nenhum elemento na coluna 4 por causa do rochedo íngreme. Os elementos na coluna 3 podem comunicar com os elementos da grade na coluna 5 em virtude de serem suficientemente distantes do rochedo íngreme que bloqueia os sinais. Assim, os elementos da grade da coluna 3 têm uma contagem de grade de 20.

Os elementos na coluna 4 são bloqueados de comunicar com os elementos nas colunas 1, 2 e 3 pelo rochedo íngreme. Entretanto, os elementos na coluna 4 podem comunicar com os elementos na área plana das colunas 4 e 5. Assim, os elementos na coluna 4 têm uma contagem de grade de 10.

Os elementos na coluna 5 são bloqueados pelo rochedo íngreme de comunicar com os elementos nas colunas 1 e 2. Entretanto, os elementos na coluna 5 podem comunicar com os elementos na área plana adjacente da coluna 4 e os elementos no patamar da coluna 3. Assim, os elementos na coluna 5 têm uma contagem de grade de 15.

LoS pode ser definida no terreno ou piso do elemento da grade, mas LoS pode ser preferivelmente definido a uma certa altura acima deste nível base. O nível base pode ser descrito com um número simples ou como uma faixa numérica, tal como a elevação mais alta ou mais baixa dentro do elemento da grade. A altura pode ser, por exemplo, sem limitação, a altura da antena do veículo, uma altura do refletor laser, uma altura do recurso do veículo, uma altura da câmera, etc. A altura LoS pode ser reduzida uma certa quantidade para melhorar o desempenho ou confiabilidade do sistema. Exemplos dessas correções incluem, sem limitação, uma quantidade relacionada com a zona Fresnel do sinal de rádio, erro do mapa topográfico, e campo de visão da câmera.

Comunicação LoS inclui, sem limitação, transmissão de dados digitais ou analógicos usando comunicação de frequência de rádio, alcance ótico, lidar, alcance de radar, comunicação de dados infravermelhos e comunicação de dados laser.

Etapa 3 - Combinar elementos da grade nas zonas de comunicação LoS que podem se sobrepor Uma zona de comunicação LoS inclui um conjunto de elementos da grade do local de trabalho, de maneira tal que qualquer elemento dentro da zona inclua comunicação de linha de visão com qualquer outro elemento na zona. Algoritmos para realizar esta etapa são bem conhecidos na ciência de computação, por exemplo, e sem limitação, algoritmos de anelamento simulado, algoritmo de colorimento gráfico, e algoritmos de construção do conjunto. O tamanho mínimo do conjunto pode ser I. O tamanho máximo do conjunto pode ser o número de elementos da grade no local de trabalho. Zonas podem se sobrepor.

Com a realização do agrupamento referido no presente exemplo, existem três zonas LoS, como mostrado nas figuras 11a, Ilb e 11c. Note que os elementos que constituem a zona LoS podem não ser contíguos, como visto na figura 11b.

Etapa 4 - Gerar sequênciafs) potencial(s) de zonas de comunicação LoS para completar a tarefa do trabalho Tpor exemplo, cobertura da área)

Nesta etapa, uma variedade de algoritmos poderia ser usada, emprestando da teoria de conjuntos, teoria gráfica, máquinas de estado, modelos de Markov, etc. O seguinte inclui um exemplo de abordagem feita para gerar uma única seqüência potencial.

Etapa 4a: Começar com a zona com a restrição de comunicação LoS mais restritiva representada pelas contagens de elementos longitudinais Neste caso, pode ser a zona A na figura 11a, em virtude da presença da contagem de elementos mais baixa: 10.

Etapa 4b: Adicionar zonas na seqüência, dando preferência a zonas que têm a menor contagem de grade (que indica uma dada capacidade de comunicação LoS do elemento da grade com outros elementos da grade) e então que tem a maior proximidade com a última zona na seqüência.

Etapa 4c: Repetir a etapa 4b até que todas as zonas fiquem na seqüência. A seqüência de zonas resultante da aplicação do algoritmo

anterior inclui:

1. Zona A, como mostrado na figura 11a, em virtude da baixa contagem de elementos;

2. Zona B, como mostrado na figura 11b, em virtude da adjacência/sobreposição com a zona A;

3. Zona C, como mostrado na figura 11c, em virtude da adjacência/sobreposição com a zona B.

No caso geral, pode ser desejável ter múltiplas possibilidades de seqüência para facilitar a otimização nas etapas posteriores. Uma vez tendo realizado o resto deste método para todas as seqüências candidatas, aquelas que atendem restrições de comunicação, posicionamento e salvaguarda nas exigências de desempenho podem ser submetidas a uma etapa de otimização 8 (descrita com detalhes a seguir) que seleciona uma seqüência candidata contra alguns critérios de otimização incluindo, mas sem limitação, o custo do trabalho total, tempo de trabalho estimado, consumo de combustível, etc.

Etapa 5 - Para cada zona de comunicação LoS, identificar se (a) existe um problema de qualidade de posicionamento (par o primeiro cenário supradescrito), ou (b) existe um problema de salvaguarda do veículo por causa da topografia, edifícios, vegetação, falha de componentes do veículo, condição ambiental, etc. Se não houver problemas em nenhuma das zonas de comunicação LoS, ir para a etapa 7.

Etapa 6 - Para cada zona de comunicação LoS com um problema de posicionamento ou salvaguarda, gerar um subplano de missão para essa zona que aborda o(s) problema(s) e inclui elementos tais como um plano de caminho e um plano de tarefa (por exemplo, taxa de aplicação de semente ou fertilizante, etc.)

A etapa 3 neste método, que forma as zonas de comunicação LoS, garante que comunicações LoS são possíveis entre quaisquer duas máquinas dentro da zona - que pode ser crítico para coordenação e especialmente crítico para alimentar uma informação de posição e salvaguarda da máquina que pode não ser capaz de gerar por si própria.

Os algoritmos para gerar o subplano de missão são inúmeros e

estreitos a fim de abordar sutilezas do local de trabalho, os sensores nas máquinas, a causa raiz do problema sendo abordador, etc.

Um exemplo mostrado a seguir para um problema específico no atual exemplo: GPS pode ser degradado na coluna 4 pelo bloqueio de sinal 10 de satélite do rochedo entre as colunas 3 e 4. As máquinas são consideradas equipadas com dispositivo de alcance ótico de forma que duas máquinas possam triangular visualmente a posição de uma terceira. Para fazer isto com uma dada precisão a partir da diluição de precisão (DoP) e geometria (d*tan(teta), as três máquinas precisam estar dentro de uma certa distância 15 uma da outra e manter um ângulo de separação mínimo ou maior.

A figura 12 mostra o canto nordeste do local de trabalho da figura 9: as fileiras 1 e 2, e as colunas 4 e 5. Posicionamento por GPS pode não ser adequadamente disponível na fileira de elementos 1, coluna 4 (sombreada).

As máquinas A, B e C começam nos locais indicados pelas

setas espessas em cada elemento da grade do local de trabalho. O caminho de cobertura da área para a frente e para trás ("busgtrofédon") de cada veículo pode ser mostrada para cada veículo pelas setas e traços em cada um dos respectivos elementos da grade. Considerando que as três máquinas movem- 25 se a uma velocidade relativamente constante (coordenada), a posição relativa das três máquinas A, B e C permanecerá bastante fixa em uma constelação que garante precisão adequada na triangulação da posição da máquina A dado:

- Localizações globais conhecidas para as máquinas B e C; - Informação de alcance entre as máquinas B e A e as máquinas CeA;

- O ângulo de separação das máquinas BeC observados a partir da máquina A.

A abordagem de problemas de posicionamento pode ser no

geral mais fácil do que a abordagem de problemas de salvaguarda. Isto pode ser atribuído (a) os únicos objetos a considerar são as máquinas envolvidas no cálculo da triangulação, e (b) os únicos parâmetros medidos localmente necessários são faixas e ângulos entre máquinas.

As necessidades de salvaguarda para identificar objetos muito

menores que máquinas, e a alcance dos sensores para obter esse nível de resolução (em função da máquina como um todo) podem ser reduzidas. Assim, a condução da formação compacta pode ser o meio preferido de abordar uma deficiência de salvaguarda em um dos veículos. Ele 15 essencialmente desloca no campo em consideração das máquinas vizinhas. Entretanto, como demonstrado no exemplo de GPS anterior, agora pode ser sempre possível ter deslocamento de veículos em formação compacta.

Se o local de trabalho puder ser estático - isto é, para um período de tempo específico provavelmente o mapa de obstáculo muda por 20 causa de objetos soprados pelo vento, veículos pequenos, pessoas passeando, pequenos objetos caindo de veículos, etc. - os obstáculos mapeados, digamos, a máquina B pode ser adequada para a máquina A até que a máquina B possa ficar novamente na faixa da fileira da célula 1, coluna 4 para fornecer um mapa de obstáculo atualizado.

Etapa 7 - Para cada zona de comunicação LoS sem um

problema de posicionamento ou salvaguarda, gerar um subplano de missão que inclui elementos tais como um plano de caminho e um plano de tarefa

(por exemplo, taxa de aplicação de semente ou fertilizante, etc.)

Se não houver problemas de posicionamento ou salvaguarda que precisam ser abordados com a detecção coordenada com veículos a uma distância ou alguma outra posição relativa um do outro, o planejamento de caminho e tarefa pode ser flexível. Uma abordagem típica para uma tarefa de cobertura de área seria a condução da formação compacta de uma maneira bustrofédon (para frente e para trás) através da zona.

Etapa 8 - Para cada uma das seqüências de tarefa no local de trabalho candidato, ordená-la com relação às outras com base em alguns critérios de otimização a fim de selecionar o plano de missão ideal para execução No caso geral, pode ser desejável ter múltiplas possibilidade de seqüência para facilitar a otimização em etapas posteriores. Depois de ter realizado o resto deste método para todas as seqüências candidatas, aquelas que atendem restrições de comunicação, posicionamento e salvaguarda nas exigências de preferência podem ser submetidas a uma etapa 8 que seleciona um candidato contra alguns critérios de otimização incluindo, mas sem limitações, o custo da tarefa total, tempo de trabalho estimado, consumo de combustível, etc.

Etapa 9 - Plano de missão de transferência

O plano de missão de otimização pode então ser transferido para os veículos coordenados que realizam ma tarefa coordenada no local de trabalho, tendo assim um efeito físico no ambiente. A transferência pode ser sem fio, com fio ou por meio de uma mídia física tal como uma placa de memória, bastão de memória, etc.

O método supradescrito para gerar e disseminar um plano de missão otimizado pode também ser representado em 1300 na figura 13. Na etapa 1310, o local de trabalho para o qual uma tarefa de trabalho particular pode ser realizada por uma pluralidade de veículos coordenados pode ser dividido em uma grade compreendendo uma pluralidade de elementos da grade. Para cada elemento da grade, de tal grade, pode ser feita uma determinação na etapa 1320 de quantos dos outros elementos da grade que são um dado elemento da grade podem ser capazes de comunicar usando comunicação de linha de visão. Esses elementos da grade são combinados na etapa 1330 em uma pluralidade de zonas de comunicação de linha de visão (LoS)5 onde cada elemento da grade é uma dada zona de comunicação LoS que inclui comunicação LoS com todos os outros elementos na dada zona de comunicação LoS. Seqüências potenciais de zonas de comunicação LoS necessárias para completar uma tarefa particular no local de trabalho são geradas na etapa 1340. Para cada zona de comunicação LoS gerada, pode ser feita uma determinação na etapa 1350 se pode haver (i) um problema de qualidade de posicionamento, ou (ii) um problema de salvaguarda de veículo. Como previamente descrito, um problema de qualidade de posicionamento diz respeito a um problema com um sensor, ao passo que um problema de salvaguarda do veículo diz respeito a um problema com relação à topologia, edifícios, vegetação, falha de componente do veículo, condição ambiental, etc. Para uma dada zona de comunicação LoS, se puder haver um problema de qualidade de posicionamento ou problema de salvaguarda de veículo como este, determinado na etapa 1360, um subplano de missão pode ser gerado na etapa 1370 para tal dada zona de comunicação LoS que atenua o problema de qualidade de posicionamento/ salvaguarda do veículo. Por exemplo, se um sinal GPS puder ser degradado por causa de bloqueio de sinal de topologia, o alcance ótico pode ser usado de forma que dois veículos possam triangular visualmente a posição de um terceiro veículo, e os caminhos de deslocamento dos veículos podem ser escolhidos para este subplano de missão que garante que os veículos mantenham comunicação LoS um em relação ao outro. Para uma dada zona de comunicação LoS, se não puder haver tal problema de qualidade de posicionamento/salvaguarda do veículo, determinado na etapa 1360, um subplano de missão padrão pode ser gerado na etapa 1380 que inclui um plano de caminho e plano de tarefa (uma tarefa tal como uma aplicação de semente ou fertilizante no local de trabalho). Para cada seqüência potencial das zonas de comunicação LoS, gerada pela etapa 1340, pode ser ordenado com relação às demais seqüências potenciais com base em critérios de otimização particulares tais como custo de trabalho total, tempo de trabalho total e custo de combustível na etapa 1390. Um plano de missão pode então ser transferido para veículos que estão sendo coordenados para realizar a tarefa de trabalho no local de trabalho na etapa 1392.

Assim, podem ser providos um método e sistema que facilitam a operação de equipamento autônomo, provendo um planejador de missão para manter contato de linha de visão entre uma pluralidade de máquinas coordenadas. O planejador de missão pode ser usado quando a coordenação necessita que as máquinas permaneçam a uma distância especificada uma da outra para fornecer precisão de "posicionamento" adequada, ou, senão, fornecer salvaguarda adequada. Ele pode também ser necessário quando sinais de comunicação ou detecção podem estar bloqueados pela terra, edifícios, vegetação e outros recursos em um local de trabalho. A provisão de tal contato de linha de visão entre uma pluralidade de máquinas coordenadas vantajosamente permite a possibilidade de usar uma pluralidade de diferentes mecanismos (por exemplo, GPS, imageamento, lidar) que permite a recuperação de uma pluralidade de diferentes tipos de erros que podem ser encontrados.

A descrição das diferentes modalidades ilustrativas pode ser apresentada com propósitos de ilustração e descrição, e não visa ser exaustiva nem limitada às modalidades na forma revelada. Muitas modificações e variações ficarão aparentes aos versados na técnica. Adicionalmente, diferentes modalidades podem proporcionar diferentes vantagens, comparadas com outras modalidades. A modalidade ou modalidades selecionadas são escolhidas e descritas a fim de explicar melhor os princípios, a aplicação prática e permitir que outros versados na técnica entendam as várias modalidades com várias modificações, adequadas ao uso particular contemplado.

Claims

1. Método para manter comunicação de linha de visão (LoS) entre uma pluralidade de máquinas, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: criar um plano de missão para um local de trabalho que inclui um plano de caminho para cada da pluralidade de máquinas que mantém a comunicação de linha de visão entre a pluralidade de máquinas levando-se em conta a topografia para o local de trabalho; e carregar o plano de caminho para cada respectiva da pluralidade de máquinas em cada respectiva da pluralidade de máquinas, em que o plano de caminho especifica um caminho de deslocamento da máquina para cada respectiva da pluralidade de máquinas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de criar o plano de missão compreende: subdividir o local de trabalho em uma grade compreendendo uma pluralidade de elementos da grade; formar uma pluralidade de contagens de grade, determinando uma contagem de grade, para cada dado elemento de grade da pluralidade de elementos da grade, que indica com quantos outros da pluralidade de elementos da grade o dado elemento da grade pode comunicar por meio da linha de visão; combinar a pluralidade de elementos da grade em uma pluralidade de zonas de comunicação LoS, onde cada elemento da grade em uma dada zona de comunicação LoS da pluralidade de zonas de comunicação LoS tem comunicação LoS com todos outros elementos da grade na dada zona de comunicação LoS; e gerar uma seqüência de zonas particulares da pluralidade de zonas de comunicação LoS para completar uma tarefa de trabalho.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de gerar compreende adicionar uma zona LoS na seqüência, dando preferência a zonas que têm uma menor contagem de grade, e então as zonas que têm uma maior proximidade com uma zona mais recente adicionada à seqüência.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que múltiplas seqüências para completar a tarefa de trabalho são geradas.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma dada seqüência das múltiplas seqüências é selecionada para o plano de caminho, em que a dada seqüência é selecionada das múltiplas seqüências com base em pelo menos um de custo de trabalho total, tempo de término do trabalho estimado e consumo de combustível.

6. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar, para cada da pluralidade de zonas de comunicação LoS, se uma dada da pluralidade de zonas de comunicação LoS tem pelo menos um de um problema de qualidade de posicionamento e de um problema de salvaguarda do veículo; caso tenha, gerar um subplano de missão para a dada da pluralidade de zonas de comunicação LoS para atenuar o pelo menos um problema de qualidade de posicionamento e problema de salvaguarda do veículo; e, se não, gerar um subplano de missão padrão para a dada da pluralidade de zonas de comunicação LoS.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada elemento da grade tem comunicação de linha de visão completa consigo próprio.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um dado elemento da grade tem comunicação de linha de visão com um outro dado elemento da grade se hão houver barreiras bloqueando a comunicação entre o dado elemento da grade e o outro dado elemento da grade.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente operar cada da dita pluralidade de máquinas de acordo com a reivindicação seu respectivo plano de caminho.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que dados do sensor de uma da pluralidade de máquinas são usados para controlar pelo menos em parte uma outra da pluralidade de máquinas.

11. Sistema para manter comunicação de linha de visão (LoS) entre uma pluralidade de máquinas, caracterizado pelo fato de que compreende: um processador de dados e uma memória acoplada no processador de dados, em que a memória compreende código de programação que é executável pelo processador de dados para realizar etapas de: criar um plano de missão para um local de trabalho que inclui um plano de caminho para cada da pluralidade de máquinas que mantém a comunicação de linha de visão entre a pluralidade de máquinas levando-se em conta a topografia do local de trabalho; e carregar o plano de caminho para cada respectiva da pluralidade de máquinas em cada respectiva da pluralidade de máquinas, em que o plano de caminho especifica um caminho de deslocamento da máquina para cada respectiva da pluralidade de máquinas.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de criar o plano de missão compreende: subdividir o local de trabalho em uma grade compreendendo uma pluralidade de elementos da grade; formar uma pluralidade de contagens de grade, determinando uma contagem de grade, para cada dado elemento da grade da pluralidade de elementos da grade, que indica com quantos outros da pluralidade de elementos da grade o dado elemento da grade pode comunicar através da linha de visão; combinar a pluralidade de elementos da grade em uma pluralidade de zonas de comunicação LoS, onde cada elemento da grade em uma dada zona de comunicação LoS da pluralidade de zonas de comunicação LoS tem comunicação LoS com todos outros elementos da grade na dada zona de comunicação LoS; e gerar uma seqüência de zonas particulares da pluralidade de zonas de comunicação LoS para completar uma tarefa de trabalho.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de gerar compreende adicionar uma zona LoS à seqüência, dando preferência a zonas que têm uma menor contagem da grade, e então às zonas que têm uma maior proximidade com uma zona mais recente à seqüência.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que múltiplas seqüências para completar a tarefa de trabalho são geradas.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que uma dada seqüência das múltiplas seqüências é selecionada para o plano de caminho, em que a dada seqüência é selecionada das múltiplas seqüências com base em pelo menos um do custo do trabalho total, tempo de término do trabalho estimado e consumo de combustível.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o código de programação é executável pelo processador de dados para realizar adicionalmente tarefas de: determinar, para cada da pluralidade de zonas de comunicação LoS, se uma dada zona da pluralidade de zonas de comunicação LoS tem pelo menos um de um problema de qualidade de posicionamento e um problema de salvaguarda do veículo; caso tenha, gerar um subplano de missão para a dada zona da pluralidade de zonas de comunicação LoS para atenuar o pelo menos um problema de qualidade de posicionamento e problema de salvaguarda do veículo; e, caso não, gerar um subplano de missão padrão para a dada zona da pluralidade de zonas de comunicação LoS.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada elemento da grade tem comunicação de linha de visão completa consigo próprio.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que um dado elemento da grade tem comunicação de linha de visão com um outro dado elemento da grade se não houver barreiras bloqueando a comunicação entre o dado elemento da grade e o outro dado elemento da grade.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os dados do sensor de uma da pluralidade de máquinas é usado para controlar pelo menos em parte uma outra da pluralidade de máquinas.

20. Produto de programa de computador com código de programa armazenado em uma mídia de armazenamento legível por computador, caracterizado pelo fato de que o código de programa é operável por um sistema de processamento de dados para otimizar o comportamento de um dispositivo robótico móvel autônomo realizando as etapas de: criar um plano de missão para um local de trabalho que inclui um plano de caminho para cada da pluralidade de máquinas que mantém comunicação de linha de visão entre a pluralidade de máquinas, levando-se em conta a topografia do local de trabalho; e carregar o plano de caminho para cada respectiva da pluralidade de máquinas em cada respectiva da pluralidade de máquinas, em que o plano de caminho especifica um caminho de deslocamento da máquina para cada respectiva da pluralidade de máquinas.