CN107527475B - 用于物体引导和碰撞避免的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供用于物体引导和碰撞避免的系统(100)和方法。一个系统(100)包括设置在可移动起重机(108)上的位置传感器(114)。系统(100)还包括设置在设施(200)内的多个物体(204)上的多个传感器。系统(100)进一步包括控制器(220)，控制器(220)具有用于监控从设置在可移动起重机(108)上的位置传感器(114)以及设置在设施(200)内的多个物体(204)上的多个传感器传输的信号的接收机(216)。控制器(220)被配置为基于一个或更多个交叉区域产生可移动起重机(108)移动与可移动起重机(108)耦接的物体(202)的行进路径，并且当多个物体(204)中的至少一个物体(202)在由起重机(108)移动的至少物体(202)的预定接近度内时产生输出信号到报警装置，以提供警示。

Description

用于物体引导和碰撞避免的系统和方法
技术领域
本公开总体涉及用于物体引导和碰撞避免的系统和方法，特别涉及在工厂或大型建筑环境中的起重机引导。
背景技术
建筑物诸如工厂内的起重机、叉车、自动化设备、机器人以及其他障碍可直接影响建筑物内的个体的健康和安全。具有高密度大型零件、工具和装配设备的环境由于较大物体的相关动量而造成特别困难的安全挑战，这可导致建筑物中的个体或其他物体发生潜在的险兆，并且在一些情况下，可导致与个体或其他物体的撞击。
例如，在诸如制造飞机的工厂中，由于设备和人员在地板上的动态位置，所以桥式起重机的移动被规划为逐个进行。当起重机移动到拾取物品的位置时，起重机可与许多能够产生潜在碰撞的物品接触。在这些场合中，需要大量的人力来辨认某些位置并引导起重机往返于这些位置，从而关闭可不需要关闭的区域或关闭区域超过需要的时间。
此外，人类的反应时间受到人类处理警报的速度以及已知事物和能够看到和听到的事物的复杂性限制。该过程在例如工厂环境中由于降噪装置(例如，耳塞、音乐耳机等)而具有挑战性，并且还受到视线威胁的限制。
因此，在工业设备附近的制造设施、工业场地、仓库和户外存储设施工作的个体面临日常安全问题的挑战。可期望在移动物体时提供有效的引导，并且标识和警告个体可导致个体与移动物体撞击的潜在状况。
发明内容
在各种实施例中，提供了一种用于物体引导和碰撞避免的系统。该系统包括设置在可移动起重机上的位置传感器，其中位置传感器被配置为传输包括可移动起重机的一部分的位置的信号。该系统还包括设置在设施内的多个物体上的多个传感器，其中多个传感器被配置为传输包括传感器设置在其上的至少物体的一部分的位置的信号。该系统进一步包括控制器，控制器具有用于监控从设置在可移动起重机上的位置传感器以及设置在设施内的多个物体上的多个传感器传输的信号的接收机。控制器被配置为基于来自信号的随时间推移的位置传感器数据来确定可移动起重机的行进方向，并且确定起重机的行进方向相对于多个物体中的至少一个物体的一个或更多个交叉区域。控制器进一步被配置为基于一个或更多个交叉区域产生可移动起重机移动与所述可移动起重机耦接的物体的行进路径，并且在多个物体中的至少一个物体在由起重机移动的至少所述物体的预定接近度内时产生输出信号到报警装置以提供警示。
在各种实施例中，提供了一种用于物体引导和碰撞避免的方法。该方法包括从设置在可移动起重机上的位置传感器传输包括移动物体的可移动起重机的一部分的位置的信号，以及经由在起重机正在移动的设施中的多个物体上的多个传感器传输包括每个传感器设置在其上的物体的位置的信号。该方法进一步包括经由控制器监控来自位置传感器和多个传感器的信号，以及经由控制器确定可移动起重机的行进方向和起重机的行进方向相对于多个物体中的至少一个物体的交叉区域。该方法另外包括基于一个或更多个交叉区域产生可移动起重机移动与所述可移动起重机耦接的物体的行进路径，并且在多个物体中的至少一个物体在由可移动起重机移动的物体的预定接近度内时产生输出信号到报警装置以提供警示，从而警示起重机的操作者以实现与至少一个物体的碰撞避免。
在各种实施例中，提供了一种智能桥式起重机。智能桥式起重机包括用于支撑要在设施内移动的物体的钩和耦接到所述钩的安全范围传感器。智能桥式起重机进一步包括控制器，控制器具有用于监控从安全范围传感器和设置在设施内的多个物体上的多个位置传感器传输的信号的接收机，多个位置传感器被配置为向接收机传输位置信息。控制器被配置为基于位置信息产生用于钩移动物体的行进路径，并且在多个物体中的至少一个物体在如由安全范围传感器确定的钩的安全范围内时产生输出信号到报警装置，以提供警示。
附图说明
图1是物体引导和碰撞避免系统的示意图。
图2是物体引导和碰撞避免系统的另一示意图。
图3是物体引导和碰撞避免系统的显示器的示意图。
图4是起重机引导优化和安全监控系统的框图。
图5是物体引导和碰撞避免方法的框图。
图6是飞机生产和维修方法的框图。
图7是飞机的示意性透视图。
具体实施方式
当结合附图阅读时，将更好地理解某些实施例的以下详细描述。在附图示出各种实施例的功能块的示意图的范围内，功能块不一定表示硬件电路之间、软件元件之间或在硬件和软件实现之间的划分。因此，例如，一个或更多个功能块可以在单个硬件或多个硬件中实现。类似地，软件程序可以是独立程序，可以作为子例程并入操作系统中等。应当理解，各种实施例不限于附图中示出的布置和手段。
各种实施例提供了用于物体引导和/或碰撞避免的系统和方法，特别是用于动态路线规划和预期碰撞避免的系统和方法。更具体地，本文描述的系统和方法包括用于动态引导规划和抑制或防止设施中的物体之间发生碰撞的多个传感器。因此，系统和方法可以被配置为用于可包括例如“智能”起重机的工厂环境的实时安全监控和引导系统。
一个或更多个系统能够包括能够设置在(例如，耦接到)工厂中的运动物体(例如，起重机、叉车等)上的一个或更多个装置，诸如通过为工厂中的运动物体(和非运动物体)提供螺栓连接或其他耦接能力。然后，操作所述装置以提供包括预期碰撞避免的路线规划、动态引导和安全监控，诸如以改善工厂内人员的安全与健康。在一些实施例中，系统基于潜在的检测到的碰撞提供动态警示的能力。
一个或更多个实施例的技术效果是确定需要移动的或干扰由桥式起重机执行的移动的工具和设备位置的能力，同时通过使用也与桥式起重机结合的设施内的传感器、读取器和/或硬件系统来维护安全的工作环境。一个或更多个实施例的另一技术效果是对起重机的当前调度的优化，以及向起重机操作者(或地板上的其他人员)提供反馈以减少或最小化在将物体从一个位置移动到另一个位置时发生的潜在碰撞。例如，在一些实施例中，本文所述的系统被配置为在发生碰撞或潜在碰撞的情况下关闭起重机的操作或改变行进路线或路径。
在操作中，各种实施例利用定位技术(例如，射频识别(RFID)或GPS技术)、传感器技术、路线规划系统/软件、碰撞避免系统/软件和可包括光、声音和振动的反馈技术中的一个或更多个或组合。各种实施例被配置为向潜在受影响的个体或被标识的个体提供预期潜在的危险情境并且增强情境认知的动态引导、安全监控和警报。
因此，如以下更详细描述的，各种实施例提供了诸如用于起重机操作的实时路线规划和引导系统，该系统还包括用于预期碰撞避免的安全监控。例如，一个或更多个实施例能够提供动态的起重机路线引导，该引导降低与被移动的物体发生可能碰撞的可能性，以及与警报系统结合提供安全监控，警报系统具有警示个体(例如，雇员)不在个体视线中的潜在的状况或场景的能力。因此，与通知潜在的危险状况(例如，即将发生的碰撞)的能力一起提供预先规划路线、动态地改变路线以及感测和预期潜在碰撞的能力。
通过实践一个或更多个实施例，提供了实时或“智能”引导和警报，所述引导和警报通过提供优选或优化的路线并预期和避免在工厂/商店环境、工业场地和仓库等其他环境和场所中的碰撞来帮助动态路线规划和个体的安全。例如，各种实施例减少了可不在视线中的两个物体碰撞的可能性和/或预期其碰撞，在各种实施例中，这包括基于一个或更多个因素改变路线引导或规划以及预期潜在的碰撞，包括预期方位信息、物理力信息和移动信息。
应当注意，虽然可以结合特定环境描述一个或更多个实施例，但是(一个或更多个)实施例可以在不同的环境中实现或使用。例如，本文所述的一种或更多种系统和方法可用于不同的制造环境(例如，航空航天、汽车、工业厂房)，工业仓库(包括叉车、机架和可见性差)、工业场地(具有重型设备、卡车和叉车)和户外存储区域(例如，机场、运输码头和汽车设施)等。例如，本文描述的系统和方法可用于在高密度工厂环境或其他复杂的工厂环境中的引导规划和碰撞避免。
如图1所示，物体引导和碰撞避免系统100被配置为动态或“智能”路线引导和碰撞避免系统。在所示实施例中，物体引导和碰撞避免系统100操作以提供动态路线引导和限制物体移动，或者在一个或更多个区域102和104内提供在运动物体106(被示为通过桥式起重机108移动的发动机)与移动/操作设备的一个或更多个的个体110之间的潜在碰撞的警报。例如，物体或个体110可在区域102和104内工作，包括在区域102和104内行走或者操作设备诸如在区域102和104中的一个内或者可朝向区域102和104中的一个前进的叉车112。物体引导和碰撞避免系统100提供引导信息和规划(其可包括对桥式起重机108的操作者的反馈)，以有助于移动物体106并且避免或预期不同区域内的可能的碰撞，这可包括提供关于大型运动物体(具有可花费努力和时间慢下来的大惯性)的警报，该大型物体也可不在个体110的视线内。例如，通过被配置为操作以移动物体106的“智能”起重机的桥式起重机108提供主动或动态引导，同时避免其他物体(诸如，叉车112或大型集装箱120)和个体110。在某些情况下，即使在个体110看到物体106，但是在没有通过物体引导和碰撞避免系统100的碰撞避免和引导的情况下，可能不能避免与物体106的撞击时，物体引导和碰撞避免系统100可包括提供警报。因此，物体引导和碰撞避免系统100针对正在关注其周围环境的个体110和没有关注其周围环境的个体110提供动态路线引导和预期的碰撞避免。
区域102和104由物体引导和碰撞避免系统100确定为潜在的关注区域或具有潜在碰撞的区域。区域102和104可被确定为具有不同程度的潜在碰撞的相对可能性，使得在区域102中，潜在的碰撞大于在区域104中。由此，可以基于潜在的碰撞可能性来提供不同的警报(例如，视觉警报、触觉警报或可听警报)。例如，在具有较高的潜在碰撞可能性的区域102中，可以提供高度警示或警报，而在具有比区域102更低的潜在碰撞可能性的区域104中，可以提供较低的警示或提示。
在所示实施例中，物体引导和碰撞避免系统100被配置为有助于用于移动物体106的引导(例如，防止可移动桥式起重机108与设施中的多个物体之间的碰撞)，并且包括设置在可移动起重机108上的一个或更多个位置传感器114。应当注意，尽管所示的两个位置传感器114设置在起重机108上(其中一个位置传感器114a位于起重机108的顶部，以及一个位置传感器114b位于起重机108的末端部分)，并且一个位置传感器114设置在图1中的物体和个体110上，但是可以根据期望或需要结合起重机108并且在不同方位处提供附加的或更少的位置传感器114。位置传感器114可以是能够传输位置传感器114的位置的任何类型的装置(例如，如本文所述的RFID装置或范围传感器)。例如，位置传感器114可以被单独标识，并且传输指示位置传感器114设置或耦接到其上的物体或个体的位置的信号。
因此，物体引导和碰撞避免系统100包括一个或更多个位置传感器114，一个或更多个位置传感器114设置在设施内的多个物体上，例如与设施内的被移动的物体106、叉车112和/或个体110耦接。位置传感器114被配置为传输包括物体或个体的位置的信号，包括例如位置传感器114设置在其上的物体的升高部分的位置。
在操作中，并且在一个实施例中，物体引导和碰撞避免系统100被配置为通过使用位置传感器114的组合来主动地确定桥式起重机108的桥116和钩118的x、y、z位置，诸如使用安全范围检测技术和/或有源RFID技术。例如，一个或更多个位置传感器114可体现为或包括一个或更多个有源RFID标签，有源RFID标签可以被检测并且其位置使用RFID读取器技术确定。使用来自位置传感器114的位置信息的组合，物体引导和碰撞避免系统100被配置为引起桥式起重机系统108的整个起重机系统上的任何物理力或运动。物体引导和碰撞避免系统100也可以被配置为考虑引起设施内的能够与钩118通信的各种工具和/或零件的高度和/或位置的参数。因此，物体引导和碰撞避免系统100被配置为不仅确定到起重机108而且到起重机108的钩118的潜在碰撞点的位置之间的差异，从而允许起重机108的操作者安全有效地导航通过设施。在各种实施例中，在地板上的潜在碰撞位置或潜在碰撞点周围设置一个或更多个场地(例如，一个或更多个区域102和104)，当起重机108的钩118进入所述一个或更多个场地时，将在碰撞之前立即关闭起重机108。
图2是物体引导和碰撞避免系统100的工作示例的示意图。如从图2可以看到的，位置传感器114放置在整个设施200中，包括在运动物体和非运动物体上。例如，在所示实施例中，位置传感器114定位(例如，设置或耦接)在被移动的物体202上、设施200内的多个物体204上(应当注意，物体可以具有不同的高度或堆叠到不同的高度)、拾取物体202的位置206上、物体要被移动或放置的位置208上、起重机108的钩118上和起重机驾驶室/桥210内(其为起重机操作者212和起重机控制系统214所处的位置)。在该实施例中，位置传感器114为RFID发射机或标签。然而，可以使用那些使用不同技术的不同类型的位置传感器114。例如，在所示实施例中，与钩118耦接的位置传感器114为安全范围传感器诸如光电传感器222(可以提供一个或更多个)，光电传感器222限定起重机钩的安全操作区域224，安全操作区域224为围绕钩118的安全操作半径(例如，50英尺)(在各种实施例中考虑物体202的尺寸和重量)。在各种实施例中，(一个或更多个)光电传感器222为能够通过使用光发射机诸如红外发射机和光电接收机确定检测距离内(诸如，起重机钩的安全操作区域224内)的物体的距离、不存在或存在的任何(一个或更多个)装置。应当理解，安全范围传感器可体现为使用不同类型的距离感测技术诸如相机成像或三维(3D)成像或不同类型的测距技术的其他类型的感测装置。
物体引导和碰撞避免系统100进一步包括至少一个接收机216(例如，RFID接收机或其他无线接收机)，至少一个接收机216可以为能够从位置传感器114接收无线信号218(例如，RFID信号)的任何装置。例如，在一个实施例中，接收机216为接收从位置传感器114传输的RFID信号(例如，位置信号)的RFID读取器，位置传感器114被配置为有源RFID装置。在各种实施例中，接收机216还被配置为接收来自光电传感器222的信号，该信号可用于标识可在与物体202发生可能碰撞的位置中的潜在物体。
接收机216可以与物体引导和碰撞避免系统100的控制器220通信地耦接或形成其一部分。控制器220可被体现为或包括处理装置219(例如，CPU)，当处理装置219被编程为执行如本文所讨论的动态引导和/或碰撞避免时，其为专用硬件。在一些实施例中，具有接收机216的控制器220被配置为从位置传感器114和(一个或更多个)光电传感器222接收无线信号218并监控该无线信号218。然而，应当理解，在一些实施例中，可通过起重机控制系统214可选地或另外地传输和接收位置或安全范围信息。
在各种实施例中，控制器220进一步被配置成基于随时间推移的位置数据(例如，从起重机108的钩118上的位置传感器114接收的位置信号)确定可移动起重机108的行进方向，并且确定起重机108的行进方向相对于多个物体204中的至少一个的交叉区域(诸如，潜在的碰撞区域)。例如，在一些实施例中，处理装置218访问数据库226，数据库226包括关于被移动的物体202以及设施200内的其他物体的尺寸的存储信息。例如，在各种实施例中，数据库226包括关于物体中的每个物体的具体信息，诸如物体的尺寸、物体上的位置传感器114的方位、物体的取向等。
在操作中，使用该信息，控制器220能够向起重机控制系统214提供与物体202的移动的优选行进路线有关的信息，在例如检测到意料不到的物体的情况下，该信息也可标识替代路线。例如，控制器220可向控制系统214提供用于显示的引导信息，该引导信息示出设施200内的优选路线和检测到的物体。在一些实施例中，如图3所示提供显示器300(例如，起重机控制系统214的屏幕)，显示器300向操作者212示出可能的行进路线302，用于将物体202从物体202被拾取的位置206移动到要移动或放置物体的位置208。显示器300还示出包括物体或其他障碍物的区域308(诸如，基于来自位置传感器114的位置信息)，如果物体或其他障碍物移动，则区域308可以更新。例如，在设施200内存在移动的动态场所中，作为要避免的区域的区域308可基于更新的位置数据而改变。在这种情况下，控制器220可以计算用于移动物体202的一个或更多个不同的行进路线302，以避免与一个或更多个物体204的可能的碰撞，并且有助于更有效且更快地将物体从物体202被拾取的位置206移动到要移动或放置物体的位置208。
在各种实施例中，控制器220进一步被配置为当多个物体204中的至少一个在可移动起重机108的至少末端部分的预定接近度内时，诸如在如基于来自起重机108和物体上的位置传感器的位置信息所确定的钩的安全操作区域224内时，产生输出信号到报警装置(例如，扬声器或显示标记)以提供可听警示或可见警示。例如，可以在显示器300上显示警报指示器304，以警示操作者212潜在的碰撞状况并且实现与至少一个物体的碰撞避免。应当注意，显示器300还可以显示物体202的当前位置306，以允许操作者212跟踪并查看物体202在设施200内的实时移动。
另外，可以提供不同的视觉或听觉警示。例如，可以提供用于在与至少一个物体的交叉区域处发出闪烁的照明标记的照明装置。在所示实施例中，照明装置可以为至少一个发光装置230，该发光装置230邻近位置传感器114设置在其上(参见图2)的物体204中的一个或更多个物体的升高部分设置，用于响应于输出信号照亮物体204，从而提供警报标记，以警示操作者212从而实现与至少一个物体204的碰撞避免。
因此，在各种实施例中，物体引导和碰撞避免系统100被配置为一种用于使用动态引导和预期的碰撞避免来抑制或减少可移动起重机208与设施200中的物体(包括个体110)之间的碰撞的可能性的系统。物体引导和碰撞避免系统100使用来自包括在起重机108和物体120、202、204或个体110上的位置传感器114的位置信息来确定起重机108和物体120、202、204以及个体110的位置。
例如，位置信息可包括物体120、202、204中的一个或更多个的升高部分的位置，以确定起重机208的钩118上的物体202的移动高度是否可与沿当前行进路径的物体120、202、204碰撞或撞击。如本文所述，行进路径可基于起重机208相对于物体120、202、204的位置加以限定或改变。例如，起重机208的行进方向或钩118的高度可基于预先规划的行进路径或基于设施200内的变化状况(例如，在预先规划的行进路径内移动的物体)而改变。
由此，提供实时引导和警报，这有助于设施200内的个体110和物体的安全，并且解决了尝试预期和避免在工厂/商店环境、工业场地和仓库等其他设施200中的碰撞的问题。例如，物体引导和碰撞避免系统100可提供起重机引导优化和安全监控，以防止或减少被移动的物体106、202可与设施200内的物体或个体110(诸如，设施200内的其他起重机、叉车112、自动化设备、机器人和可直接影响健康和安全的其他障碍)碰撞的可能性。
在各种实施例中，物体引导和碰撞避免系统100可体现为起重机引导优化和安全监控系统400，如图4所示。应当注意，在各个附图中，相同的编号表示相同的零件。起重机引导优化和安全监控系统400可使用如本文所述的位置和物体信息，包括移动起重机108、移动物体106和个体110的一个或更多个因素，诸如它们中的每个的行进方向和速度，以基于物体120、202、204的所确定的位置确定和改变物体106、202的行进路线，同时执行安全监控以检测通过起重机108移动的物体106、202何时可接触在规划行进路线之后可已经移动的物体120、202、204中的一个或更多个。因此，通过规划行进路线并根据设施200内的变化或意料不到的状况动态地改变行进路线或停止行进，体现为起重机引导优化和安全监控系统400的物体引导和碰撞避免系统100可以抑制、防止或减少设施200中的多个物体(包括至少一个可移动物体或运动物体)之间的碰撞的可能性。
起重机引导优化和安全监控系统400包括分别设置在设施202内的多个可移动物体或个体以及起重机108上的多个位置传感器114。位置传感器114可以可移除地耦接或固定地耦接到物体、个体110和/或起重机108。如本文所讨论，多个位置传感器114各自被配置为无线地传输包括或指示位置传感器设置在其上的物体、个体110或起重机108的位置的信号。例如，在一些实施例中，位置传感器114包括用于确定位置信息的RFID或光电传感器技术。可以使用不同的技术，诸如成像技术或GPS技术。
起重机引导优化和安全监控系统400包括与接收机216(例如，一个或更多个无线接收机)耦接的控制器220。控制器220可以是或包括在一个或更多个实施例中配置的处理装置218或其他处理器(例如，CPU)，以监控来自位置传感器114的信号和物体(例如，物体106和个体110)的位置，以基于每个可移动物体随时间推移的位置(以及起重机108的行进方向)确定每个可移动物体的行进方向。在操作中，控制器220被配置为确定可能的碰撞点或区域。例如，控制器220被配置为确定至少两个可移动物体(例如，通过起重机移动的物体106、202和物体120、202、204中的一个或更多个)的行进方向的交叉区域(诸如，图1所示的区域102和104)，并且在至少一个可移动物体在交叉区域的预定接近度内(例如，在起重机钩的安全操作区域224内)时，动态地标识起重机108的新行进路径或者经由警报装置402产生输出信号以在至少两个可移动物体的交叉区域处提供可见警示(和/或使用其他警示装置提供可听警示或触觉警示)。因此，可提供警示，例如向起重机108的操作者212或个体110提供警示，以实现其间的碰撞避免。
在各种实施例中，起重机引导优化和安全监控系统400包括存储与物体204或设施200相关的信息诸如物体的尺寸、形状、重量等以及设施200的尺寸或其他特征(例如，已知的地标)的数据库226。在一个实施例中，数据库226的内容与所接收的位置信息结合使用以提供规划或改变的引导和安全监控。应当注意，数据库226内的数据可以在行进或监控会话开始期间通过通信链路下载到存储器404中(其可以形成图4所示的组件中的一个或更多个的一部分)。在另一实施例中，可以在可由控制器220访问的中央计算机系统(未示出)中提供和维护数据库226中的数据的副本。在又一实施例中，数据库226中的数据(或其部分)可以在行进或监控会话期间从中央计算机系统更新。
在操作中，起重机引导优化和安全监控系统400被配置为基于如本文所述的位置信息来提供动态引导信息和警示。可以是不同类型的(一个或更多个)警报的警示降低了设施200内的否则可由于个体110的限制而导致的碰撞的可能性，从而适当评估与物体106、202发生撞击的可能性，通过如本文所述的预先规划的行进路线(或路径)，该可能性可进一步减少。
因此，可以体现为起重机引导优化和安全监控系统400的物体引导和碰撞避免系统100被配置为限定减少可能碰撞的可能性的行进路线，并且还确定可能的碰撞状况，可能的碰撞状况可包括被移动的物体106、202与不在彼此视线内的个体110或其他物体120、202、204之间的碰撞。在一个或更多个实施例中，物体引导和碰撞避免系统100处理接收到的位置信息和不同因素，诸如方位信息、行进方向信息、位置信息和物体具体信息，以确定引导信息和潜在的碰撞位置。例如，在各种实施例中，物体引导和碰撞避免系统100被配置为提供包括实时警报系统的“智能”起重机108，实时警报系统具有警示不在视线内的场景之外的个体的能力、感测和预期潜在碰撞的能力、通知即将来临的危险的能力以及照亮工厂/仓库地板上潜在危险区域的能力。
在一个实施例中，物体引导和碰撞避免系统100被配置为基于位置信息(其可以使用来自方位传感器114的信息连续地或周期性地更新)和物体具体信息(例如，物体的占用面积，包括物体的尺寸)来确定用于移动物体106、202的最快和/或最安全的路线。通过使用物体引导和碰撞避免系统100，物体106、202可以在设施200内以更安全的距离和高度移动。例如，通过与如本文所述的起重机108的位置结合来使用不同物体120、202、204和个体110的位置的时间戳信息，可以提供物体106、202的安全且有效的移动。
应当注意，位置传感器114(例如，RFID标签)的数量和定位可以根据期望或需要变化。例如，位置传感器的数量和定位可以基于位置信息的所期望的或所需的精确度改变。在一些实施例中，位置传感器114可用于提供允许对特定确定的位置进行三角测量(triangulate)的信息。在各种实施例中，通过使用RFID标签作为位置传感器114，可以对特定于物体或起重机的不同类型的物体信息(例如，尺寸、重量、最大速度等)进行编码。
物体引导和碰撞避免系统100可以使用背景操作中的一个或更多个位置确定算法和路径规划，以基于物体106、202要被移动的时间和物体与设施信息来确定或改变物体106、202的行进路线/路径，物体与设施信息可包括可使用从位置传感器114接收到的信息(例如，RFID位置信息)快速确定或计算的位置信息。在操作中，物体引导和碰撞避免系统100可使用路径规划算法来限定用于移动设施200中的物体106、202的一个或更多个允许路径，对于不同尺寸的物体106、202，所述路径可不同。例如，在一些实施例中，可以基于所确定的位置信息限定矩阵，以确定物体106、202是否能够继续在当前路线/路径上移动，或者是否需要停止移动或改变方向。在一些实施例中，物体106、202的移动可以基于接收到的实时位置信息而停止(例如，紧急停止)或改变。
在各种实施例中，物体引导和碰撞避免系统100被配置为使用启发式(heuristic)或线性优化来规划或改变物体106、202的行进路线/路径，诸如限定不同的可接受路线/路径。在一些实施例中，可以在物体106、202实际移动之前模拟不同的路线/路径，以改善路线规划和物体避免。
在一些实施例中，提供环境采样以及计算和/或物体识别，该环境采样可包括从连续的传感器读数、连续的GPS读数接收方位信息。物体引导和碰撞避免系统100的控制器220可以用感测物体附近的物理位置(例如，三维位置)的控制算法进行编程，并且使用一个或更多个碰撞阈值算法来确定优化的行进路线/路径和潜在的碰撞。基于所确定的潜在碰撞，可以改变行进路线/路径和/或提供一个或更多个通知，诸如光、声音和/或触觉/振动通知等。
应当注意，物体引导和碰撞避免系统100可以结合不同的硬件和/或软件被配置。另外，数据库226可包括提供快速查找物体具体信息的物体库。在一些实施例中，数据库226包括一个或更多个行进路线或行进路径库，一个或更多个行进路线或行进路径库限定物体能够移动以减少或消除碰撞的可能性的一个或可能的路线或路径，或者所述一个或更多个可能的路线或路径遇到其他物体或个体的可能性较小，以及提供更快速的物体移动。
在一些实施例中，本文所述的系统提供一个或更多个不同的输入和输出用于引导规划和安全监控过程。例如，物体引导和碰撞避免系统100可以接收装置ID、来自位置传感器114的传感器输入(采样)和位置信息中的一个或更多个作为输入。然后，可由如本文所述的物体引导和碰撞避免系统100来处理输入。在一些实施例中，物体引导和碰撞避免系统100计算从与位置传感器114相关联的物体106或个体110到与另一位置传感器或起重机108相关联的另一物体106或个体110的接近度和预期碰撞距离。应当注意，传感器样本的频率可以诸如基于警告状况而改变。
应当进一步注意，在各种实施例中，可以是中央服务器的处理装置219运行维护或算法以提供引导规划和安全监控，从而实时或近实时地提供碰撞避免。在各种实施例中，提供了允许实时或动态引导控制和碰撞避免的传感器反馈布置。例如，在一个或更多个实施例中，物体引导和碰撞避免系统100通过以下各项来执行路线引导、安全监控和/或碰撞避免：标识/确定物体和起重机随时间推移的位置，诸如以确定的接近度确定物体106、个体110和其他感兴趣的物体和起重机108在时间1和时间2处的位置，确定速度信息，(例如，从一个或更多个行进方向投影的交叉点)确定行进方向信息和一个或更多个可移动物体的可能交叉区域、安全操作区域，以及当至少一个可移动物体在距起重机108预定的距离内时产生输出信号以规划或改变行进路线或路径和/或在交叉区域处提供警示。
各种实施例提供了如图5所示的方法500，用于在设施中的多个可移动物体之间的物体引导和碰撞避免。应当注意，方法500可以由本文所述的一个或更多个系统来实现，或者与本文描述的一个或更多个系统结合实现。此外，可以改变执行方法500中的步骤的顺序，并且可以提供附加的或较少的步骤。此外，方法500中的步骤可以同时地、并行地或顺序地执行。
方法500包括在502处传输诸如起重机的位置信息，该位置信息来自例如设置在可移动起重机上的位置传感器，该位置信息包括指示可移动起重机的至少末端部分的位置的信号。方法500还包括经由设施中的物体上的多个传感器在504处传输设施内的物体的位置信息，该位置信息包括指示或包括物体诸如每个传感器设置在其上的物体的升高部分的位置的信号。方法500还包括，在506处，经由控制器监控来自传感器(例如，位置传感器和/或接近传感器)的信号，该监控可以连续地或周期地执行，并且可以基于变化的状况而改变。
方法500进一步包括，在508处经由控制器确定行进方向信息，诸如可移动起重机的行进方向和起重机相对于多个物体中的至少一个的行进方向的交叉区域。方法500另外包括，在510处确定行进路线或路径，并且/或者当多个物体中的至少一个在可移动起重机的至少末端部分的预定接近度内时，产生输出信号到报警装置以提供可听警示或可见警示，从而警示操作者实现与所述至少一个物体的碰撞避免。
因此，各种实施例能够提供基于规划的行进路线或路径移动物体的“智能”起重机，规划的行进路线或路径可以基于从设施内接收到的位置信息而动态地改变。
各种实施例可以结合不同的计算系统来实现。因此，虽然本文可以描述特定的计算或操作环境，但是计算或操作环境旨在说明可以实现、执行和/或应用于各种不同计算或操作环境的操作或过程。
描述本文阐述的(一种或更多种)方法的操作的公开和(一个或更多个)附图不应被解释为必要地确定要执行操作的次序。相反，尽管指示了一个说明性的顺序，但是应当理解，在适当时可以修改操作的次序。因此，某些操作可以以不同的顺序执行或同时执行。另外，在本公开的某些方面中，不需要执行本文所描述的所有操作。
可以在如图6所示的飞机制造和维护方法600以及如图7所示的飞机700的上下文中描述本公开的示例。在预生产期间，说明性方法600可包括飞机700的规格和设计602以及材料采购604。在生产期间，发生飞机700的组件和子组件制造606以及系统集成608。此后，飞机700可以通过认证和交付610以投入使用612。在由客户使用时，安排飞机700进行日常维修和维护614(这还可包括修改、重新配置、翻新等)。
说明性方法600的过程中的每个可由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，客户)执行或实行。出于本说明书的目的，系统集成商可包括但不限于任何数量的飞机制造商和主要系统分包商；第三方可包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；并且操作者可以为航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图7所示，通过说明性方法600生产的飞机700可包括具有多个高级系统704和内部结构706的机身702。高级系统704的示例包括推进系统708、电气系统710、液压系统712和环境系统714中的一个或更多个。可以包括任何数量的其他系统。虽然示出了航空航天的示例，但是这些原则可应用于其他行业，诸如汽车行业。
可以在制造和维护方法600的任何一个或更多个阶段中使用本文所示或所描述的装置和方法。例如，可以以与飞机700在投入使用时生产的组件或子组件类似的方式构造或者制造对应于组件和子组件制造606的组件或子组件。此外，通过例如显著加速飞机700的装配或降低飞机700的成本，可以在生产状态606和608期间利用装置、方法或其组合的一个或更多个方面。类似地，诸如但不限于，在飞机700投入使用时，例如维修和维护614，可利用装置或方法实现或其组合的一个或更多个方面。
本文公开了包括各种组件、特征和功能的装置和方法的不同示例和方面。应当理解，本文公开的装置和方法的各种示例和方面可包括以任何组合在本文公开的装置和方法的任何其他示例和方面的组件、特征和功能中的任何一个，并且所有此类可能性旨在出于本公开的精神和范围内。
应当注意，各种实施例可以以硬件、软件或其组合来实现。各种实施例和/或组件(例如其中的模块或组件和控制器)也可以被实现为一个或更多个计算机或处理器或现场可编程门阵列(FPGA)的一部分。计算机或处理器或FPGA可包括例如用于访问因特网的计算装置、输入装置、显示单元和接口。计算机或处理器可包括微处理器。微处理器可连接到通信总线。计算机或处理器或FPGA还可包括存储器。存储器可包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。计算机或处理器或FPGA可进一步包括可以为硬盘驱动器或可移除存储驱动器诸如光盘驱动器等的存储装置。存储装置也可以是用于将计算机程序或其他指令加载到计算机或处理器中的其他类似构件。
如本文所使用的，术语“系统”、“子系统”、“电路”、“组件”或“模块”可包括操作以执行一个或更多个功能的硬件和/或软件系统。例如，模块、电路、组件或系统可包括基于存储在有形和非暂时计算机可读存储介质诸如计算机存储器上的指令执行操作的计算机处理器、控制器或其他基于逻辑的装置。可替代地，模块、电路、组件或系统可包括基于装置的硬连线逻辑执行操作的硬连线装置。附图中所示的模块或电路或组件可表示基于软件或硬连线指令操作的硬件、指导硬件执行操作的软件或其组合。
本文的实施例的框图示出了标记为“电路”或“模块”的各种块。应当理解，电路或模块可被实现为具有执行本文所述操作的相关联指令的硬件(例如，存储在有形和非暂时性计算机可读存储介质诸如计算机硬盘驱动器、ROM、RAM等上的软件)。硬件可包括硬连线以执行本文所述的功能的状态机电路。可选地，硬件可包括电子电路，电子电路包括和/或连接到一个或更多个基于逻辑的装置诸如微处理器、处理器、控制器等。可选地，模块可表示处理电路诸如一个或更多个FPGA、专用集成电路(ASIC)或微处理器。在各种实施例中，电路模块可被配置为实行一个或更多个算法来执行本文所描述的功能。一个或更多个算法可包括本文公开的实施例的方面，无论是否在流程图或方法中明确地标识。
如本文所使用的，术语“软件”和“固件”可互换，并且包括存储在存储器中用于由计算机实行的任何计算机程序，存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型仅是示例性的，并且因此不限于可用于存储计算机程序的存储器的类型。
如本文所使用的，以单数列举并且前面有“一(a、an)”修饰的元件或步骤应被理解为不排除所述元件或步骤的复数，除非明确说明此类排除。此外，对“一个实施例”的引用并非旨在被解释为排除还包括所述特征的附加实施例的存在。此外，除非另有明确说明，否则“包括”或“具有”带有特定特性的元件或多个元件的实施例可包括不具有该特性的附加的此类元件。
应当理解，上述描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。此外，可进行许多修改以使特定情形或材料适应各种实施例的教导而不脱离其范围。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在限定各种实施例的参数，但是实施例决不是限制性的而是示例性实施例。在阅读上述描述之后，许多其他实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，各种实施例的范围应当参考所附权利要求以及此类权利要求的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英文等同物。此外，在随附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并非旨在对其物体施加数字要求。进一步地，随附权利要求的限制并非以构件加功能格式写出，并且并非旨在基于35U.S.C.§112第(f)段解释，除非和直到此类权利要求限制明确使用短语“用于…的构件”，之后接没有进一步结构的功能陈述。
进一步地，本公开包括根据以下实施例的实施例：
实施例1.一种用于物体引导和碰撞避免的系统，所述系统包括：
位置传感器，其设置在可移动起重机上，所述位置传感器被配置为传输包括所述可移动起重机的一部分的位置的信号；
多个传感器，其设置在设施内的多个物体上，所述多个传感器被配置为传输包括所述传感器设置在其上的所述物体的至少一部分的所述位置的信号；以及
控制器，其具有用于监控从设置在可移动起重机上的所述位置传感器和设置在所述设施内的所述多个物体上的所述多个传感器传输的信号的接收机，所述控制器被配置为基于来自所述信号的随时间推移的位置传感器数据确定所述可移动起重机的行进方向，并且确定所述起重机的所述行进方向相对于所述多个物体中的至少一个物体的一个或更多个交叉区域，
其中所述控制器被配置为基于所述一个或更多个交叉区域产生用于所述可移动起重机移动与所述可移动起重机耦接的物体的行进路径，并且在所述多个物体中的至少一个物体在由所述起重机移动的至少所述物体的预定接近度内时产生输出信号到报警装置以提供警示。
实施例2.根据实施例1所述的系统，其中所述位置传感器被配置为传输包括所述可移动起重机的末端部分的位置的信号。
实施例3.根据实施例1所述的系统，其中所述多个传感器的所述传感器被配置为传输包括所述传感器设置在其上的所述物体的升高部分的位置的信号。
实施例4.根据实施例1所述的系统，其中所述控制器被配置为产生可听警示、可见警示或触觉警示中的一个，从而警示所述可移动起重机的操作者以实现与所述至少一个物体的碰撞避免。
实施例5.根据实施例1所述的系统，其中设置在所述多个物体上的所述多个传感器包括射频识别标签即RFID标签，并且所述接收机包括RFID读取器。
实施例6.根据实施例1所述的系统，其中设置在所述可移动起重机上的所述位置传感器包括安全范围传感器，所述安全范围传感器监控所述可移动起重机的钩周围的起重机钩的安全操作区域。
实施例7.根据实施例1所述的系统，其进一步包括被配置为显示所述可移动起重机的所述行进路径的显示器，所述行进路径限定所述起重机能够沿其移动的路径，以减少或消除碰撞可能性。
实施例8.根据实施例1所述的系统，其中所述控制器被配置为基于所述一个或更多个交叉区域改变所述可移动起重机的所述行进路径，所述一个或更多个交叉区域基于所述设施内的所述多个物体中的一个或更多个所述物体的变化位置而改变。
实施例9.根据实施例1所述的系统，其中所述控制器被配置为基于所述可移动起重机在所述一个或更多个交叉区域中的位置停止所述可移动起重机的运动。
实施例10.根据实施例1所述的系统，其中所述控制器被配置为确定所述可移动起重机相对于所述多个物体的行进方向信息。
实施例11.根据实施例1所述的系统，其进一步包括限定物体具体信息的数据库，并且其中所述控制器被配置为使用所述物体具体信息来生成所述可移动起重机的所述行进路径。
实施例12.根据实施例1所述的系统，其中所述可移动起重机为飞机制造设施中的桥式起重机，并且由所述可移动起重机移动的所述物体为用于飞机的制造的一个或更多个零件。
实施例13.根据实施例1所述的系统，其进一步包括照明装置，所述照明装置用于在与所述至少一个物体的所述交叉区域处发出闪烁的照明标记，其中所述照明装置包括邻近所述传感器设置在其上的所述物体的升高部分设置的至少一个发光装置，用于响应于所述输出信号照亮所述物体，以提供警报标记，从而警示操作者以实现与所述至少一个物体的碰撞避免。
实施例14.一种用于物体引导和碰撞避免的方法，所述方法包括：
从设置在可移动起重机上的位置传感器传输包括移动物体的所述可移动起重机的一部分的位置的信号；
经由在所述起重机正在移动的设施中的多个物体上的多个传感器传输包括每个传感器设置在其上的所述物体的位置的信号；
经由控制器监控来自所述位置传感器和所述多个传感器的信号；
经由所述控制器确定所述可移动起重机的行进方向和所述起重机的所述行进方向相对于所述多个物体中的至少一个物体的交叉区域；以及
基于所述一个或更多个交叉区域产生用于所述可移动起重机移动与所述可移动起重机耦接的物体的行进路径，并且在所述多个物体中的至少一个物体在由所述可移动起重机移动的所述物体的预定接近度内时产生输出信号到报警装置以提供警示，从而警示所述起重机的操作者实现与所述至少一个物体的碰撞避免。
实施例15.根据实施例14所述的方法，其进一步包括激活用于在与所述至少一个物体的所述交叉区域处发出闪烁照明标记的照明装置，其中所述激活包括激活至少一个发光装置，所述至少一个发光装置邻近所述传感器设置在其上的所述物体的升高部分设置，用于响应于所述输出信号照亮所述物体，以提供警报标记，从而警示操作者以实现与该至少一个物体的碰撞避免。
实施例16.根据实施例14所述的方法，其进一步包括使用射频识别(RFID)传输来自所述多个物体上的所述多个传感器的信号。
实施例17.根据实施例14所述的方法，其进一步包括使用范围传感器作为设置在可移动起重机上的所述位置传感器来确定所述可移动起重机的钩周围的起重机钩的安全操作区域。
实施例18.根据实施例14所述的方法，其进一步包括基于所述一个或更多个交叉区域来改变所述可移动起重机的所述行进路径，所述一个或更多个交叉区域基于所述设施内的所述多个物体中的一个或更多个所述物体的变化位置而改变。
实施例19.根据实施例14所述的方法，其进一步包括基于所述可移动起重机在所述一个或更多个交叉区域中的位置停止所述可移动起重机的运动。
实施例20.一种智能桥式起重机，其包括：
钩，其用于支撑要在设施内移动的物体；
安全范围传感器，其耦接到所述钩；以及
控制器，其具有用于监控从安全范围传感器和设置在所述设施内的多个物体上的多个位置传感器传输的信号的接收机，所述多个位置传感器被配置为向所述接收机传输位置信息，所述控制器被配置为基于所述位置信息产生用于所述钩的移动所述物体的行进路径，并且在所述多个物体中的至少一个物体在如由所述安全范围传感器确定的所述钩的安全范围内时产生输出信号到报警装置，以提供警示。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的各种实施例，并且还使得本领域任何技术人员能够实践各种实施例，包括制造和使用任何装置或系统并执行任何所包括的方法。各种实施例的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些示例具有与权利要求的文字语言相同的结构要素，或者如果示例包括与权利要求的文字语言无实质差异的等同的结构要素，那么此类其他的示例旨在处于权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种用于物体引导和碰撞避免的系统(100)，所述系统(100)包括：
位置传感器(114)，其被配置为设置在可移动起重机(108)上，并且传输指示所述可移动起重机(108)的一部分的位置的第一位置数据；
多个传感器，其被配置为设置在设施(200)内的多个物体(204)上，其中所述多个传感器的每个传感器被配置为传输指示所述传感器设置在其上的物体的位置的相应第二位置数据；以及
控制器，其包括接收机，所述接收机被配置为在所述可移动起重机正在移动时接收来自所述位置传感器(114)的所述第一位置数据和来自所述多个传感器的第二位置数据，所述控制器(220)被配置为基于所述第一位置数据和所述第二位置数据确定所述可移动起重机(108)的第一行进路径，以及所述可移动起重机(108)的所述第一行进路径相对于所述多个物体(204)中的至少一个物体的位置的一个或更多个交叉区域，
其中所述控制器(220)还被配置为产生用于耦接到所述可移动起重机(108)的物品的第二行进路径，其中所述第二行进路径基于与所述物品关联的速度标准和与所述第二行进路径关联的安全标准从多个可能的行进路径选择，其中所述第二行进路径进一步基于针对耦合到所述可移动起重机的所述物品特定的第三数据动态更新，其中所述第三数据指示所述物品的尺寸；并且
响应于所述多个物体(204)中的至少一个物体在所述物品的预定接近度内，产生输出信号到报警装置。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其中与沿所述第二行进路径的运动关联的所述物品的平均速度大于与沿所述多个可能的行进路径的其他行进路径的运动关联的平均速度，所述多个可能的行进路径与满足所述安全标准的安全值关联。
3.根据权利要求1或2所述的系统(100)，其中所述控制器还被配置为产生包括动态更新的第一位置数据的矩阵以及基于动态更新的第一位置数据动态更新所述第二行进路径。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的系统(100)，其中所述控制器(220)还被配置为产生可听警示、可见警示或触觉警示中的一个。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的系统(100)，其中所述多个传感器包括射频识别标签即RFID标签，并且其中所述接收机(216)包括RFID读取器。
6.根据权利要求1所述的系统(100)，还包括安全范围传感器，所述安全范围传感器设置在所述可移动起重机(108)的钩(118)上以及划定所述钩的安全操作半径。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的系统(100)，其进一步包括被配置为显示所述可移动起重机(108)的所述第一行进路径(302)的显示器(300)。
8.根据权利要求1所述的系统(100)，其中所述控制器(220)被配置为基于所述一个或更多个交叉区域改变所述可移动起重机(108)的所述第一行进路径，所述一个或更多个交叉区域基于所述设施内所述多个物体的一个或更多物体的改变的位置而改变。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的系统(100)，其中所述控制器(220)被配置为基于在所述可移动起重机(108)在所述一个或更多个交叉区域中的位置停止所述可移动起重机的运动。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的系统(100)，其中所述控制器(220)被配置为确定所述可移动起重机的行进数据相对于所述多个物体的方向。
11.根据权利要求1所述的系统(100)，其进一步包括数据库，所述数据库限定物体具体信息，其中所述控制器被配置为利用所述物体具体信息产生所述可移动起重机的所述第一行进路径。
12.根据权利要求1所述的系统(100)，其中所述可移动起重机包括飞机制造设施中的桥式起重机，并且其中所述物品为用于飞机的制造的一个或更多个零件。
13.一种用于物体引导和碰撞避免的方法，所述方法包括：
经由控制器(220)监控第一位置数据和第二位置数据，所述第一位置数据指示移动物品的可移动起重机的一部分的位置，所述第二位置数据指示在所述可移动起重机正在移动时多个物体中的至少一个物体的位置；
经由所述控制器(220)，基于所述第一位置数据并且基于所述第二位置数据确定所述可移动起重机(108)的第一行进路径和所述可移动起重机(108)的所述第一行进路径相对于位于所述可移动起重机正在其中移动的设施内的多个物体(204)中的至少一个物体的位置的交叉区域；
产生用于所述物品的第二行进路径，其中所述第二行进路径基于与所述物品关联的速度标准和与所述第二行进路径关联的安全标准从多个可能的行进路径选择；
经由所述控制器产生包括动态更新的第一位置数据的矩阵；
基于动态更新的第一位置数据来动态更新所述第二行进路径；以及
响应于所述多个物体(204)中的至少一个物体在所述物品的预定接近度内时产生输出信号到报警装置。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：
在所述控制器从位于所述可移动起重机上的位置传感器接收所述第一位置数据；以及
在所述控制器从位于所述多个物体上的多个传感器接收所述第二位置数据，其中所述多个传感器包括射频识别标签即RFID标签。
15.根据权利要求13或14中的任一项所述的方法，其进一步包括基于所述交叉区域改变所述可移动起重机(108)的所述第一行进路径，所述交叉区域基于所述多个物体(204)的一个或更多物体的改变的位置而改变。
16.根据权利要求13或14中的任一项所述的方法，其进一步包括基于所述可移动起重机(108)在所述交叉区域中的位置停止所述可移动起重机(108)的运动。
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