CN104884712A - 工程机械的感知装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在工程机械中感知(探知)后方及侧方的装置及方法。本发明在工程机械(或车辆)中，把一定距离设定为安全距离区域(作业图案区域)；使设定的该安全距离区域内的固定事物图案化；在工程机械感知的固定事物(即，图案化的固定事物)之外感知其它事物时，鸣响警报警告和/或把捕获(或探知)的图像显示于显示装置。

Description

工程机械的感知装置及方法
技术领域
本发明涉及工程机械的感知装置及方法，特别是涉及一种在工程机械中感知(探知)后方及侧方的装置及方法。
背景技术
工程机械(工程车辆)在土木工程或建筑工程中使用，其种类有挖掘机、推土机、起重机、运输机械等。一般而言，通过操作手柄、踏板、档把或操纵杆等而使工程机械运转。另外，最近生产的工程机械具备显示装置，通过工程机械的显示装置，向使用者(即，作业者)显示装备的状态及重要数据。因此，工程机械的使用者可以利用显示装置中显示的装备状态及信息，使工程机械高效运转。
另一方面，诸如挖掘机的工程机械分为上部体和下部体，有旋转功能。这种工程机械在行驶时或在作业时，上部体和/或下部体进行旋转，进行动作，另外，作业者(使用者)在驾驶室(车辆内部)中难以观察工程机械的后方或侧方，因而需要注意安全事故。因此，要求一种在工程机械行驶时或作业时能够观察后方和/或侧方的系统。
图1是图示以往工程机械的驾驶室背部的图。
工程机械的驾驶室是具备作业者(或使用者)使工程机械运转所需的操作装置的空间。如图1所示，就工程机械的驾驶室而言，作为操作装置，显示了手柄(11)、一对操纵杆(12及13)和显示装置(或仪表板)(14)。
图2a及图2b是应用于以往车辆的超声波后方感知装置的框图。
如图2a所示，车辆的超声波后方感知装置(100)安装于车辆的后面，一般而言，在后保险杠上安装4个超声波传感器(110)，当在一定距离内有探知的事物时，如图2b所示，在安装于车辆主体(130)的监视器(安装于车辆内)(120)上显示出警告标识，并发出警告音。即，在驾驶员挂上倒档而使车辆后退时，埋设于车辆后方的超声波传感器(110)在一定距离内感知事物，在监视器(120)上显示距离并发出警告音。
可是，这种以往车辆的超声波后方感知装置不能应用于无法感知侧面的工程机械。这是因为，工程机械并非如车辆一样只进行前进后退，上部体及下部体分别进行旋转，因而在旋转时，应感知侧面的事物及人员的接近。另外，如果把以往车辆的超声波后方感知装置应用于工程机械，则超声波传感器感知位于与工程车辆一定距离的固定事物，持续发出警告音或显示警告，因而还会妨碍工程机械的驾驶员(作业者)进行作业。
发明内容
技术课题
本发明要解决的技术课题是提供一种考虑工程机械的特性，并能够感知工程机械的后方及侧方的感知装置及其方法。
另外，本发明通过作为工程机械的后方及侧方，设定旋转安全距离，对该旋转安全距离内的固定事物进行图案化，防止不必要的警报及警告。
另外，本发明当在所述设定的旋转安全距离内感知移动物体时，将其以警告音或在仪表板上进行图案化并显示给驾驶员，防止安全事故，并给驾驶员提供便利性。
解决课题方法为解决如上所述的发明的技术课题，本发明的工程机械的事物感知方法包括：(A)步骤，设定安全距离区域，求出固定事物的位置值并形成作业区域图案；(B)步骤，随着工程机械的旋转及移动，探知作业区域图案内的事物并更新位置值；(C)步骤，判断所述更新的事物是否为所述作业区域图案内的固定事物；及(D)步骤，当判断为所述更新的事物并非固定事物时，通知在所述作业区域图案内存在被探知的事物。
优选地，其特征在于，在所述(A)步骤中，所述固定事物的位置值包括所述固定事物各自的距离和角度，所述位置值是在工程机械的侧面安装的感知传感器中以工程机械的中心求出的各固定事物的距离及角度。
优选地，其特征在于，在所述(A)步骤中，所述安全距离区域的设定是考虑工程机械的运转旋转半径，区分旋转安全距离区域和传感器识别区域进行设定。
优选地，其特征在于，在所述(C)步骤中，如果在所述(A)步骤中形成的作业区域图案的固定事物的位置值与在所述(B)步骤中更新的事物的位置值相同，则判断为所述更新的事物是固定事物。
优选地，其特征在于，所述(D)步骤包括以警告音通知有在所述作业区域图案内探知的事物的步骤。
优选地，其特征在于，所述(D)步骤包括：摄像头捕获在所述作业区域图案内探知的事物的步骤；及把所述捕获的事物的影像与所述作业区域图案一同显示的步骤。
优选地，其特征在于，在所述(C)步骤中还包括：当判断为所述更新的事物是所述作业区域图案内的固定事物时，判断所述更新的事物是否在所述作业区域图案的旋转安全距离区域的步骤；当判断为所述更新的事物在所述作业区域图案的旋转安全距离区域时，显示所述更新的事物的捕获的图像的步骤。
另外，为了解决如上所述的发明的技术课题，本发明的工程机械的事物感知装置的特征在于，包括：显示器，其安装于工程机械的车辆内，显示作业区域图案及捕获的事物的影像；摄像头，其至少一个以上，安装于侧方及后方，捕获事物的图像；传感器，其至少一个以上，安装于工程机械的侧方及后方，感知固定事物及移动事物的位置；控制部，其考虑所述传感器而设定安全距离区域，利用关于所述感知的固定事物的传感信息，执行作业区域的图案化作业，当在所述设定的安全距离区域内感知移动事物时，以把该捕获的图像显示于所述显示器、鸣响警告音的方式进行控制。
优选地，其特征在于，所述控制部在工程机械静止状态下，求出借助于所述传感器测量的固定事物的位置值，在工程机械旋转移动的状态下，更新借助于所述传感器测量的事物的位置值后，将所述求出的位置值与所述更新的位置值进行比较，如果所述两个位置值相同，则判断为所述更新的事物是所述作业区域图案内的固定事物。
优选地，其特征在于，所述控制部在工程机械静止状态下，求出借助于所述传感器测量的固定事物的位置值，在工程机械旋转移动的状态下，求出借助于所述传感器测量的所述固定事物的位置值后，利用所述求出的两个位置值，执行所述作业区域图案。
发明效果
本发明通过利用传感器，求出固定事物的各位置值，利用求出的该位置值，把工程机械的作业区域图案化成图像，从而能够防止因固定事物的感知(探知)而不必要地发生警告音。
另外，本发明通过定义作业区域图案，把在作业区域图案内(特别是作为工程机械盲区的侧方及后方)被探知(感知)的事物的接近，与捕获的事物的影像一起显示作业区域图案，从而能够唤起驾驶员的注意并预防安全事故。
附图说明
图1是图示以往的工程机械的驾驶室背部的图。
图2a及图2b是应用于以往车辆的超声波后方感知装置的框图。
图3作为本发明的一个实施例，是本发明的工程机械的感知装置的框图。
图4作为本发明的一个实施例，是根据本发明的感知方法而使安全距离图案化的图。
图5作为本发明的一个实施例，作为本发明的图案化过程，是求出固定事物的位置值的示例。
图6作为本发明的一个实施例，作为本发明的图案化过程，是在工程机械旋转移动后求出固定事物的位置值的示例。
图7作为本发明的一个实施例，是利用本发明的工程机械的感知装置而感知事物的一个示例。
图8作为本发明的一个实施例，是图示在显示装置中对安全距离及作业区域进行图案化并感知事物的方法的示例。
图9作为本发明的一个实施例，是图示本发明的工程机械为了感知事物而对作业区域进行图案化的方法的流程图。
图10作为本发明的一个实施例，是图示本发明的工程机械的事物感知装置感知事物的方法的流程图。
具体实施方式
本发明应用于工程机械的超声波感知装置及方法。但是，本发明并非限定于此，也可以应用于本发明的技术思想能够应用的所有技术领域。
下面参照附图，详细说明本发明的优选实施例。下面，在说明及附图中，实质上相同的构成要素分别以相同的符号表示，因而省略重复说明。另外，在说明本发明时，当判断认为对相关公知功能或构成的具体说明可能会不必要地混淆本发明要旨时，省略对此的详细说明。
另一方面，本发明中说明的术语“和/或”包括多个相关记载项目的组合或多个相关记载项目中的某个项目。
本发明中使用的技术术语“显示装置”是统称提供模拟或数字显示装置的装置的全面性意义，可以简称为“显示器”、“监视器”或“仪表板”。另外，本发明的“显示装置”可以是由一个以上的监视器或仪表板构成的装置。另外，本发明的“显示装置”可以是与使“显示器”运转的控制部(或处理器)统合或独立构成的装置。
本发明中使用的技术术语“工程机械”并非只限定于字面意义上的用作工程用途的机械，而是统称应用本发明的显示装置的所有车辆的全面性意义。
本发明中使用的技术术语“安全距离区域”及“作业区域”是本发明的事物感知装置为了感知事物而设定工程机械周边区域的术语。所述“作业区域”及“安全距离区域”并非限定于其文字意义而定义区域，而是统称本发明的工程机械的事物感知装置可以进行图像图案化的区域的全面性意义。另外，出于本发明说明的便利，所述“安全距离区域”及“作业区域”混合使用。
本发明的基本概念是在工程机械(或车辆)中，把一定距离设定为安全距离区域(作业图案区域)，使设定的该安全距离区域内的固定事物图案化，除了工程机械感知的固定事物(即，图案化的固定事物)之外，当感知移动物体时，鸣响警报警告和/或将捕获(或探知)的图像显示于显示装置。
图3作为本发明的一个实施例，是本发明的工程机械的感知装置的框图。
如图3所示，本发明的工程机械的事物感知装置(300)包括：显示器(310)，其安装于工程机械的车辆内，显示作业区域图案及捕获的事物的影像；摄像头(320)，其至少一个以上，安装于侧方及后方，捕获事物及人员的图像；超声波传感器(330)，其至少一个以上，感知固定事物及移动事物的位置，安装于工程机械的侧方及后方；和控制部(340)，其考虑超声波传感器(330)来设定安全距离区域，利用关于所述感知的固定事物的传感信息，执行作业区域的图案化作业，当在所述设定的安全距离区域内感知移动事物时，以把捕获的该图像显示于显示器(310)、鸣响警告音的方式进行控制。另一方面，作为又一实施例，所述超声波传感器(330)也可以是利用激光的传感器，其传感的介质也可以通过多种方法实施。
图4作为本发明的一个实施例，是根据本发明的感知方法而使安全距离图案化的图。
如图4所示，是在工程机械(例如，挖掘机)(40)的两侧面和后面分别安装有探知(监视)用摄像头(320)、在工程机械的侧面与后面安装有6个超声波传感器(330)的示例。
如果参照图4，可以在工程机械(例如，挖掘机)的盲区设定“旋转安全距离及警告(warning)区域(41)”，还可以设定“传感器识别区域(42)”。
即，所述控制部(340)考虑超声波传感器(330)的性能与工程机械的作业区域而对安全距离进行图案化。此时，控制部(340)把如图4所示的图显示于显示器(310)，使得驾驶员可以直接设定旋转安全距离区域及传感器识别区域。另外，控制部(340)利用超声波传感器(330)对固定事物(43,44)进行图案化作业。即，控制部(340)在工程机械(例如，挖掘机)静止状态(出于便利，位置1)下，求出借助于超声波传感器(330)而测量的固定事物(43,44)的位置值(距离及角度)，接着，在工程机械旋转移动的状态(出于便利，位置2)下，求出借助于超声波传感器(330)而测量的固定事物(43,44)的位置值(距离及角度)后，从两个值把固定事物的位置图案化(即，作业区域图案)并显示于显示器(310)。
图5及图6作为把安全距离图案化的过程的一个过程，是图示本发明的求出固定事物的位置值的方法的图及数学式。
图5作为本发明的一个实施例，作为本发明的图案化过程，是求出固定事物的位置值的示例。
图6作为本发明的一个实施例，作为本发明的图案化过程，是在工程机械旋转移动后求出固定事物的位置值的示例。
下面参照图5及图6进行说明。
在图5及图6中，固定事物(43)的位置值(距离及角度)可以利用三角公式求出。在图5及图6中，固定事物(43)的位置值可以以从工程机械(40)的中心至固定事物(43)的距离(即，“K”值)和角度(即，“ω”)表示。在图6中，距离“K”和角度“ω”可以利用三角公式求出。其结果如数学式1及数学式2所示。
数学式1
K = ( X + e ) 2 + ( Y + f ) 2
在数学式1中，“X”是从工程机械(40)的中心沿横向(X轴)至传感器(传感器b)的距离。“e”是从传感器(传感器b)至固定事物(43)的横向(X轴)距离。“Y”是从工程机械(40)的中心沿纵向(Y轴)至传感器(传感器b)的距离。“f”是从传感器(传感器b)至固定事物(43)的纵向(Y轴)距离。
数学式2
ω = tan - 1 Y + f X + e
控制部(340)把数学式1及数学式2的结果作为固定事物(43)的位置值存储于存储器(未图示)等。
控制部(340)为了判读固定事物的位置，如图6所示那样在工程机械(40)的上部体旋转移动角度“ρ”后，以如图5所示的方法利用传感器(传感器a及传感器b)演算固定事物(43)的位置值。其结果如数学式3及数学式4所示。
数学式3
K = ( X + e ) 2 + ( f - Y ) 2
数学式4
σ = tan - 1 f - Y X + e
另一方面，从数学式4的结果，通过数学式5，可以求出固定事物(43)的位置值中的角度“ω”。
数学式5
ω＝90+σ-ρ
即，在图6中，对于固定事物(43)而言，由控制部(340)利用工程机械(40)的上部体移动的角度“ρ”，演算固定事物(43)的位置值(即，距离K和角度ω)。
因此，针对固定事物(43)，如果图5中的位置值与图6中的位置值彼此相同，则控制部(340)把固定事物(43)判读为固定物体。
利用如上所述的方法，控制部(340)可以求出除此之外的固定事物的位置值，把求出的该位置值显示于显示器(310)。
另一方面，在控制部(340)求出固定事物(43,44)的位置值时，利用至少一个以上的传感器(例如，如图5及图6所示，传感器a及传感器b)。
图5及图6的固定事物的位置值演算结果，当“K”<“max X”或“K”<“max Y”时，控制部(340)判断为固定事物在工程机械(40)的作业半径内，鸣响警告音或把警告标识显示于显示装置，从而防止安全事故。其中，“max X”是从挖掘机中心至传感器设置的横向距离，“max Y”是从挖掘机中心至传感器设置的纵向距离。
图7作为本发明的一个实施例，是利用本发明的工程机械的感知装置而感知事物的一个示例。
图8作为本发明的一个实施例，是图示在显示装置中对安全距离及作业区域进行图案化并感知事物的方法的示例。
如图7及图8所示，在驾驶员(使用者)利用工程机械进行作业时或旋转时，如果在固定事物之外感知其它事物，则在显示器(310)中显示安全距离(或作业区域)图案和/或摄像头(320)捕获的图像。控制部(340)可以在把安全距离(作业区域)图案显示于显示器(310)的同时，将摄像头(320)所捕获的影像如图8的(a)所示一同显示于显示器(310)。另一方面，在未安装摄像头(320)或未能捕获的情况下，如图8的(b)所示，只图示安全距离(或作业区域)图案，可以通过警告音等向驾驶员通知已感知事物，预防安全事故。另外，控制部(340)在向驾驶员(使用者或作业者)通知感知事物时，也可以通过2步骤通知。即，如图7所示，如果在“传感器识别区域”感知事物，则控制部(340)首先通知警告，接着，如果在“旋转安全距离区域”感知事物，则可以鸣响警告音，预防安全事故。
图9作为本发明的一个实施例，是图示本发明的工程机械为感知事物而对作业区域进行图案化的方法的流程图。
如果参照图9，驾驶员(使用者)在显示器(仪表板)中触摸用于安全距离区域(作业区域)图案的模式(又称为“安全距离区域图案识别模式”或“图案识别模式”)，或开启(on)开关使其启动(S901)。控制部(340)探索一系列的超声波传感器(330)是否运转，当超声波传感器(330)无故障时，“图案识别模式”启动(S902,S903)。如果超声波传感器(330)发生故障，则控制部(340)通过警告音和/或显示器(310)，把超声波传感器(330)故障通知驾驶员(S904)。
驾驶员可以考虑工程机械的运转半径，设定“安全距离区域(或作业区域)”(S905)。在所述S905步骤中，设定“旋转安全距离区域”及“传感器识别区域”。另外，如果在所述S905步骤中设定的值小于安全所需最小值(即，工程机械的上部侧运转的旋转半径)，或所述设定的值大于传感器(330)能够感知的最大距离值(S906)，则重新设定“安全距离区域”(S907)。否则，正常地设定了“安全距离区域”。控制部(340)探知通过超声波传感器(330)而在“安全距离区域”内感知的固定事物。如果在所述S905步骤中设定的“安全距离区域”内探知固定事物(S907)，则控制部(340)如图5及图6中所示，算出探知的该固定事物的各位置值(即，距离(K)和角度(ω))并存储于存储器(S908)。
图10作为本发明的一个实施例，是图示本发明的工程机械的事物感知装置感知事物的方法的流程图。
随着操作工程机械，工程机械的上部侧或下部侧旋转移动时，控制部(340)更新固定事物的位置值(S1001)。在所述S1001步骤中，固定事物的位置值与参照图5及图6所作的说明相同。
控制部(340)通过比较在作业区域图案化时存储的固定事物的位置值(即，图9的S908中存储的值)与随着工程机械的旋转和/或移动而更新的固定事物的位置值，来判断是固定事物还是移动事物(S1002)。在所述S1002步骤中，当为固定事物时，是设置工程机械(例如，挖掘机)的传感器(330)的距离(即，横向“max X”、纵向“max Y”)大于固定事物的距离(即，K)的情形(S1003)。此时，利用安装于工程机械的侧方和/或后方的摄像头(320)，捕获所述固定事物并显示于显示器(310)(S1006～S1008)。
另一方面，在所述S1001步骤中，当控制部(340)判断在作业区域图案中被探知的事物不是固定事物时(S1002)，工程机械进行旋转运转的同时，在作业区域图案内感知事物(S1004)。当在所述S1004步骤中感知事物时，根据感知事物的距离，控制部(340)使鸣响警告音不同(S1005)。例如，事物在作业区域图案内越靠近中心处感知，警告音的周期越短，当在作业区域图案的外廓处感知时，警告音的周期鸣响相对越长。
而且，利用安装于工程机械的侧方和/或后方的摄像头(320)，捕获所述感知的事物，显示于显示器(310)(S1006～S1008)。更详细地说明所述S1006～S1008步骤。如果摄像头(320)设定为开启状态(S1006)，3台摄像头(320)分别安装于工程机械的两侧面及后面(S1007)，则摄像头(与事物最近的摄像头)(320)捕获感知的事物，把捕获的该影像显示于显示装置(S1008)。
另一方面，当工程机械中未安装摄像头(320)，或事物处于摄像头(320)的盲区而无法捕获该事物时(S1007)，只把作业区域图案的影像显示于显示装置(S1009)。
另一方面，所述本发明的实施例可以制作成能够在计算机中运行的程序，可以在利用计算机可读记录介质，在使所述程序运行的通用数字计算机中体现。所述计算机可读记录介质包括诸如磁性存储介质(例如，只读存储器、软盘、硬盘等)、光判读介质(例如，只读光盘、数字多功能光盘等)的存储介质。
截至现在，以该优选实施例为中心对本发明进行了说明。本发明所属技术领域的技术人员可以理解，在不超出本发明的本质特性的范围内，本发明可以以变形的形态体现。因此，公开的实施例不是从限定的观点，而是应从说明的观点考虑。本发明的范围并非在前述的说明，而是在权利要求书中显示，在与之同等范围内的所有差异应解释为包括于本发明。

Claims (10)

1.一种工程机械的事物感知方法，其特征在于，包括：
(A)步骤，设定安全距离区域，求出固定事物的位置值来形成作业区域图案；
(B)步骤，随着工程机械的旋转及移动，探知作业区域图案内的事物来更新位置值；
(C)步骤，判断所述更新的事物是否为所述作业区域图案内的固定事物；及
(D)步骤，当判断为所述更新的事物并非固定事物时，通知在所述作业区域图案内存在被探知的事物。
2.根据权利要求1所述的工程机械的事物感知方法，其特征在于，
在所述(A)步骤中，所述固定事物的位置值包括所述固定事物各自的距离和角度，
所述位置值是在工程机械的侧面安装的感知传感器中以工程机械的中心求出的各固定事物的距离及角度。
3.根据权利要求1所述的工程机械的事物感知方法，其特征在于，
在所述(A)步骤中，所述安全距离区域的设定是考虑工程机械的运转旋转半径，区分旋转安全距离区域和传感器识别区域进行设定。
4.根据权利要求1所述的工程机械的事物感知方法，其特征在于，
在所述(C)步骤中，如果在所述(A)步骤中形成的作业区域图案的固定事物的位置值与在所述(B)步骤中更新的事物的位置值相同，则判断为所述更新的事物是固定事物。
5.根据权利要求1所述的工程机械的事物感知方法，其特征在于，
所述(D)步骤包括以警告音通知在所述作业区域图案内存在被探知的事物的步骤。
6.根据权利要求1所述的工程机械的事物感知方法，其特征在于，所述(D)步骤包括：
摄像头捕获在所述作业区域图案内探知的事物的步骤；及
把所述捕获的事物的影像与所述作业区域图案一同显示的步骤。
7.根据权利要求1所述的工程机械的事物感知方法，其特征在于，在所述(C)步骤中还包括：
当判断为所述更新的事物是所述作业区域图案内的固定事物时，判断所述更新的事物是否在所述作业区域图案的旋转安全距离区域的步骤；及
当判断为所述更新的事物在所述作业区域图案的旋转安全距离区域时，显示所述更新的事物的捕获的图像的步骤。
8.一种工程机械的事物感知装置，其特征在于，包括：
显示器，其安装于工程机械的车辆内，显示作业区域图案及捕获的事物的影像；
摄像头，其至少一个以上，安装于侧方及后方，捕获事物的图像；
传感器，其至少一个以上，安装于工程机械的侧方及后方，感知固定事物及移动事物的位置；和
控制部，其考虑所述传感器而设定安全距离区域，利用关于所述感知的固定事物的传感信息，执行作业区域的图案化作业，当在所述设定的安全距离区域内感知移动事物时，以把该捕获的图像显示于所述显示器、鸣响警告音的方式进行控制。
9.根据权利要求8所述的工程机械的事物感知装置，其特征在于，
所述控制部在工程机械静止状态下，求出借助于所述传感器测量的固定事物的位置值，在工程机械旋转移动的状态下，更新借助于所述传感器测量的事物的位置值后，
将所述求出的位置值与所述更新的位置值进行比较，如果所述两个位置值相同，则判断为所述更新的事物是所述作业区域图案内的固定事物。
10.根据权利要求8所述的工程机械的事物感知装置，其特征在于，
所述控制部在工程机械静止状态下，求出借助于所述传感器测量的固定事物的位置值，在工程机械旋转移动的状态下，求出借助于所述传感器测量的所述固定事物的位置值后，利用所述求出的两个位置值，执行所述作业区域图案。
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