CN110949371B - 用于自主施工车辆的自主现场规划 - Google Patents

Abstract

一种用于控制自主施工车辆的方法，可以包括限定施工现场的边界以及自主创建用于在边界内导航自主施工车辆的现场规划。现场规划包括在边界内的工作区域、位于工作区域和边界之间的操纵区域、自主施工车辆的起点和自主施工车辆的路径。然后，控制器可以提供现场规划以供查看，并激活自主模式以根据现场规划而自主控制自主施工车辆。

Description

用于自主施工车辆的自主现场规划

技术领域

本发明总体涉及施工领域。更具体地，本发明涉及用于自主施工车辆的自主施工现场规划的系统和方法。

背景技术

自主工地可以采用多个自主机器来执行各种任务，这些任务可以由车载和非车载计算机、处理器以及其他电子控制器的组合来控制，而不是人工操作员来控制。因此，自主操作可以提高机器的生产率，并且减少控制工地操作所需的人力资源。自主施工车辆的施工现场规划涉及确定施工车辆将采取的路径。施工现场规划的各种常规尝试可能不是自动的，可能效率较低，可能限制施工车辆的功能，可能易受用户错误的影响等。

发明内容

为了总结本发明的至少一部分，在此提供示例的非限制性列表：

在一个方面，本发明涉及一种用于控制自主施工车辆的方法。该方法包括记录施工现场的边界。该方法还包括限定用于自主施工车辆的路径定向。该方法还包括基于自主施工车辆的边界和规范限定用于自主施工车辆的操纵区域。该方法还包括限定自主施工车辆的路径以导航施工现场，其中该路径根据路径定向而定向。该方法还包括自主创建指示边界、路径、起点和操纵区域的现场规划。该方法还包括基于现场规划控制自主施工车辆的操作。

在另一方面，本发明涉及一种用于控制自主施工车辆的方法。该方法包括记录施工现场的边界。该方法还包括自主创建用于在边界内导航自主施工车辆的现场规划，该现场规划包括边界内的工作区域、位于工作区域和边界之间的操纵区域、自主施工车辆的起点、以及自主施工车辆的路径。该方法还包括提供现场规划以供查看。该方法还包括激活自主模式以根据现场规划自主控制自主施工车辆。

在另一方面，本发明涉及一种包括具有控制器的自主施工车辆的系统。该控制器被配置成记录施工现场的边界，限定自主施工车辆的路径定向，限定自主施工车辆的起点，基于边界和自主施工车辆的规范限定自主施工车辆的操纵区域，限定用于自主施工车辆的路径以导航施工现场(该路径根据路径定向而定向)，自主创建指示边界、路径、起点和操纵区域的现场规划，并且基于现场规划而自主控制自主施工车辆的操作。

本设备、系统和方法的这些和其它示例和特征将在以下具体实施方式中部分地阐述。该概述旨在提供本专利申请主题的概述，并不旨在提供本发明的排他性或穷尽性去除。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的标号可在不同视图中描述类似的部件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似部件的不同实例。附图大致通过示例而非限制的方式示出了本文档中讨论的各种实施例。

图1是根据至少一个示例用于自主施工车辆的施工现场规划的平面图。

图2是根据至少一个示例用于自主施工车辆的施工现场规划的平面图。

图3描绘了根据本发明的至少一个示例的自主施工车辆。

图4是根据至少一个示例用于控制自主施工车辆的方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了用于自主施工车辆的自主施工现场规划和基于现场规划的对自主施工车辆的自主控制的系统和方法。

出于本发明的目的，“自主”是指“自主”和“半自主”，使得自主施工车辆可以包括完全自主施工车辆或半自主施工车辆，其由指定施工车辆将在工地边界内采取的路径的预定施工现场规划控制。在一些示例中，“自主”可以包括车辆，其中操作员在车辆中以实现载人操作。在至少一个实例中，“约”和“大约”可意指在所述值的10％内。在至少一个示例中，“约”和“大约”可意指在所述值的1％内。为了本发明的目的，位置术语例如“前”、“后”、“侧”、“右”、“左”等是为了便于描述并且相对于彼此或其他元件。

图1是根据至少一个示例用于自主施工车辆的施工现场规划100的平面图。现场规划100包括由前边界边缘104、右侧边界边缘105、后边界边缘106和左侧边界边缘107限定的边界102。边界102指示允许自主施工车辆行进的区域。

现场规划100还包括工作区域110、前操纵区域112、右侧操纵区域113、后操纵区域114和左侧操纵区域115。操纵区域112-115位于工作区域110和边界102之间。工作区域110由前工作区域边缘118、右侧工作区域边缘119、后工作区域边缘120和左侧工作区域边缘121限定。操纵区域112-115表示距边界102的偏距124、125、126、127以容纳误差、自主施工车辆的过渡运动、自主施工车辆的规范等。在一些示例中，操纵区域112-114的偏距124-127可以基于要完成的特定作业和正在使用的自主施工车辆的最小距离。在所示出的示例中，前操纵区域112和后操纵区域114各自包括偏距124、126，该偏距足够大以容纳自主施工车辆改变位置(取决于所使用的自主施工车辆，前偏距124和后偏距126可以相同或不同)。在至少一个示例中，这样的偏距最小值将从大约10米到大约20米的范围中选择。在至少一个示例中，这种最小偏距约为15米。在所示示例中，侧操纵区域113、115各自包括偏距125、127以容纳误差范围，例如GPS(全球定位系统)误差。这样的最小偏距可以从大约0.5米到大约2米的范围中选择。在至少一个示例中，这种最小偏距约为1米。

现场规划100还包括具有基于路径定向132的路径的路径130(现场规划100出于描述目的示出了路径定向132，但是在其他示例中，路径定向132可以直接在路径130中指示或以其他方式指示)。路径130可以包括多个路径部分134-139，这些路径部分指示自主施工车辆用于横穿工作区域110的路径。在一些示例中，路径130还可以包括操纵路径，诸如代表性操纵路径142、144。在所示示例中，每个路径部分134-139指示自主施工车辆的移动方向。在该示例中，路径130指示自主施工车辆将沿着路径部分134朝向前工作区域边缘118移动，然后沿着路径部分135朝向后工作区域边缘120移动，然后沿着路径136朝向前区域工作边缘118移动，等等。在所示的示例中，自主施工车辆将向前和反向操作，使得如果其在横穿路径部分134的同时处于向前，则其将处于反向横穿路径135中，并且横穿路径136时再次处于向前。因此，自主施工车辆需要前操纵部分112从路径部分134移动到路径部分135，并且需要后操纵部分141从路径部分135移动到路径部分136。在所示示例中，这些移动由操纵路径142、144指示。虽然仅在部分134、135和136之间示出了操纵路径142、144，但是在所有路径之间需要这种移动。

在所示示例中，操纵路径142、144示出了自主施工车辆在相应路径部分134、135的方向上继续超出相应工作区域边缘118、120，然后改变方向并转向后续路径部分135、136。例如，如果自主施工车辆反向横穿路径部分135，其将继续反向超过前工作区域边缘118，然后切换到向前并转向路径部分135、横穿路径135向前，并继续向前超过后工作区域边缘120，然后切换到反向并转向路径136。

图示的现场规划100指示两个可能的起点146、148，然而其他示例可以指示适于施工现场的任何数量的可能的起点。在至少一个示例中，提供了单个起点146，但是当被提示时可以呈现其他可选起点148。起点146、148可以基于路径130、路径定向132、自主施工车辆的位置、自主施工车辆的行进方向、工地的一个或多个障碍物等得以确定。起点146指示在工作区域110中自主施工车辆将开始横穿路径130以在工作区域110中执行工作的位置。在至少一个示例中，自主施工车辆将自主地横穿现场规划100的路径130，直到其到达一个或多个停止点150、152。停止点150、152可以是自主预定义的，可以是手动预定义的，或者可以是实时手动或自主限定的。例如，如果在完成工作区域之后要停止自主控制，则可以基于起点146自主预定义停止点150，因为自主施工车辆将已经通过路径130横穿进入工作区域110到停止点150。在其他示例中，障碍物或其他情况154可以使得停止点152被预定义或实时限定。例如，如果用户想要进行调整、避开障碍物、休息，手动地横穿部分区域等，则用户可以提供手动输入以在停止点152处停止自主模式。

当用户准备恢复自主模式时，可以提供恢复手动输入，并且现场规划100可以指示一个或多个潜在重启点156、158。在至少一个示例中，重启点156、158可以手动调整或设置。在所示示例中，重启点156、158考虑已经被横穿过的路径部分134、135、136。在至少一个示例中，现场规划在停止点152处提供重启点选项，使得自主施工车辆可以在其停止的地方恢复。在另一示例中，重启点156可以基于障碍物或其他情况154自主地或手动地指定。例如，如果在工作区域中存在障碍物154，则可以预定义或实时指示停止点152和重启点156，并且自主施工车辆可以围绕障碍物154操纵而不干扰其他路径部分138、139(例如，对于压实机，辊筒将被关闭，使得其在操纵期间不进行压实)，并且在重启点156处恢复工作。在一个示例中，用户可以提供指示停止点152的用户输入，使得用户可以在路径部分137的选择154上手动操作自主施工车辆，然后用户可以提供指示起点156的用户输入，使得在路径部分137上执行的工作中没有间隙。在一些示例中，现场规划100可以指示下一路径部分138的开始处的起点158。

图2是根据至少一个示例用于自主施工车辆的施工现场规划200的平面图。施工现场规划200的许多元件与参照图1的施工现场规划100描述的元件一致，并且同样具有相同的附图标记。现场规划200限定边界202(由边界边缘204、205、106、207限定)和不同于现场规划100的前操纵区域212。这是因为现场规划200包括路径230(具有路径部分234-239)，在该路径中自主施工车辆对每个路径部分234-239进行两次通过。即，在示出的示例中，自主施工车辆向前朝着前工作区域边缘118向上行进路径部分239，然后在经由操纵路径242前进到下一路径部分238之前朝着后工作区域边缘120向下反向行进同一路径部分239，在经由操纵路径244前进到下一路径部分237之前，它也将在路径部分238上进行两次通过。可替代地，自主施工车辆可以朝前工作区域边缘188使路径部分239反向向上，然后在前进到下一路径部分238之前向前朝后工作区域边缘120向下行进同一路径部分239。由于这种配置，前操纵区域212不需要容纳操纵路径(例如，图1的操纵路径142)，因为自主施工车辆仅改变后操纵区域114中的路径部分234-239。因为前操纵区域212不需要大到足以容纳从一个路径部分移动到另一个路径部分的自主施工车辆，所以其可以具有较小的最小偏距224。在一些示例中，这种情况下的最小偏距224选自约5米到约15米的范围。在至少一个示例中，最小偏距224约为10米。

由于现场规划200包括两次通过每个路径部分134-139，所以现场规划还包括多个潜在的起点和停止点246、247、248、250。例如，自主施工车辆可以在起点250处开始，进行路径部分239的两次通过，继续进行路径部分238的两次通过，并且向前直到自主施工车辆完成其第二次通过路径部分234并且在停止点246处完成路径230。类似地，如果自主施工车辆在起点246处开始，则其将在停止点250处结束；如果其在起点248开始，则其将在停止点247结束；并且如果其在起点247开始，则其将在停止点248结束。

如参照现场规划100所讨论的，现场规划200可以包括在完成现场规划200之前在工作区域110内的停止点152。如果障碍物或其他情况154在路径部分237的第二次通过上，则恢复选项类似于参考现场规划100所讨论的，并且自主模式可以在障碍物或其他情况154之后在重启点156处继续或在后续路径部分236的起始处在重启点258处继续。如果障碍物或其他情况254仅发生在路径部分237的第一次通过上，则自主模式可在障碍物254之后在重启点256处(朝向前工作区域边缘118行进)恢复或在部分237的第二次通过的开始处重启点260处恢复。在一些示例中，障碍物或其他情况154可以影响两次通过，使得在障碍物或其他情况154的每侧上是停止/重启点152、156。在这种情况下，自主模式将在第一次通过的停止/重启点156处停止、在停止/重启点152处恢复，并且在第二次通过的停止/重启点152处停止、在停止/重启点156处恢复(假设路径230的起点250和停止点246)。

图3描绘了根据本发明的至少一个示例用于控制自主施工车辆300的系统。自主施工车辆可包括在可受益于自主控制的施工现场使用的任何车辆。自主施工车辆可以包括，例如冷刨床、铺路机、平地机、压实机、拖拉机等。为了修复道路以继续车辆使用，在准备使用冷刨床(有时也称为路面粉碎机或松土机)进行表面重修时，去除废沥青，以破碎和去除沥青道路的层。冷刨床通常包括装配有切削工具的铣削辊筒，该铣削辊筒被旋转以使路面破碎。

铺路机通常用于在工作表面上相对均匀地施加和铺开沥青材料垫层。这些机器通常用于道路和停车场的施工。铺路机通常包括用于接收沥青材料的料斗、用于将沥青从料斗中输送到路基上的输送系统、以及用于将铺路材料均匀地散布在整平板前面的成组螺旋输送器。整平板使沥青材料光滑，理想地留下深度、密度、质地和光滑度均匀的垫层。

压实机经常用于压实新铺设的沥青、泥土、砾石和与路面相关的其它可压实的工作材料。例如，在道路、公路、停车场等的施工期间，由铺路机沉积的松散沥青由在表面上行进的一个或多个压实机压实，由此压实机的重量将沥青压缩成固化物质。

在所示示例中，自主施工车辆300是压实机，其可以在表面301上行进，压实工作材料302(例如沥青垫层)。设想其它类型的压实机来实施所公开的方法和设备，包括，例如土壤压实机、沥青压实机和振动压实机。压实机300包括主体或框架304，该主体或框架304可相互操作地连接使得压实机300能够起作用的各种物理和结构特征。这些特征可包括安装在框架304顶部的操作员驾驶室306，操作员可从驾驶室控制和引导压实机300的操作。另外，转向装置308和类似的控制器可以位于操作员驾驶室306内。为了在表面301上推进压实机300，诸如内燃机的发动机314也可以安装到框架304上，并且可以产生动力以物理地移动压实机300。

为了使压实机300能够相对于表面301运动，所示的压实机300包括与表面301滚动接触的第一辊筒310(或压实元件310)和第二辊筒312(或压实元件312)。第一辊筒310和第二辊筒312均可旋转地联接到框架304，使得当压实机300在表面301上行进时，第一辊筒310和第二辊筒312在表面301上滚动。为了将动力从动力系统传递到表面301，动力系统可以通过适当的传动系(未示出)可操作地接合和旋转第一辊筒310、第二辊筒312或其组合。

可以理解，第一辊筒310可以具有与第二辊筒312相同或不同的结构。还应当理解，机器300可以包括单个辊筒和轮胎(未示出)以接触表面301。第一辊筒310和第二辊筒312都可以具有振动机构320。虽然图3示出了第一和第二辊筒310、312都具有振动机构320，但是在其他实施例中，可以有位于第一或第二辊筒310、312上的单个振动机构320。

压实机300包括前部316和后部318。前部316相对于后部318的位置指示压实机300的前进方向。在一些示例中，压实机的前部316用于前进方向，而在其他示例中，压实机300的后部318用于前进方向，这取决于压实机300的操作和前进方向的使用方式。在任一情况下，在前部316和后部318之间延伸的压实机300的轴线的定向指示压实机300的前进方向。

压实机300可装备有多个机器传感器，其提供(直接或间接)指示机器的各种操作参数和/或机器正在操作的操作环境的数据。术语“传感器”旨在以其最广泛的意义使用，包括一个或多个传感器和相关部件，这些传感器和相关部件可以与机器300相关联并且可以协作来感测机器的各种功能、操作和操作特性和/或机器正在操作所处的环境的多个方面。

施工车辆300在工地内的总体操作可以由施工车辆300上的车辆控制器350或至少部分地与施工车辆300通信的外部控制器330来管理。此外，每个施工车辆300可以包括能够向基站发信号、跟踪、监测或以其他方式传送相关机器信息的各种反馈设备中的任何一个或多个。例如，每个机器300可以包括定位设备332，该定位设备332被配置成经由各种技术通信机构中的任一种与外部控制器330通信，以传送关于机器300相对于施工现场的位置和/或定向的各种信息。

车辆控制器350可以从驾驶室306内(例如经由用户界面、显示器、控制器等)接收来自操作施工车辆300的操作员的输入信号(手动输入)，或者从车外通过无线通信系统，例如外部控制器330接收输入信号。车辆控制器350或外部控制器330可以控制施工车辆300的各个方面的操作，包括，例如传动系统和液压系统。在至少一个示例中，仅车辆控制器350被配置成控制压实机300的自主操作。

车辆控制器350可以是执行操作、执行控制算法、存储和检索数据和其它期望操作的电子控制器。车辆控制器350可以包括或访问存储器、辅助存储设备、处理器和用于运行应用程序的任何其他部件。存储器和辅助存储设备可以是只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)或可由控制器访问的集成电路的形式。各种其他电路可以与车辆控制器350相关联，例如电源电路、信号调节电路、驱动器电路和其他类型的电路。

车辆控制器350可以是单个控制器或者可以包括设置成控制施工车辆300的各种功能和/或特征的多于一个控制器。术语“控制器”旨在以其最广泛的意义使用，包括一个或多个控制器和/或微处理器，这些控制器和/或微处理器可以协作来控制施工车辆300的各种功能和操作。术语“控制器”不包括人。控制器350的功能可以用硬件和/或软件来实现，而不考虑功能性。控制器350可以依赖于与机器300的操作条件和操作环境以及可以存储在存储器中的施工现场相关的一个或多个数据映射。这些数据映射中的每一个可以包括表格、图形、数字图像和/或等式形式的数据集合。

外部控制器330可以包括或访问存储器、辅助存储设备、处理器和用于运行应用程序的任何其他部件。施工车辆300的控制可以以任何数量的不同布置来实现。例如，控制可以至少部分地在相对于施工现场位于本地和/或远程的外部控制器330处利用用于经由各种无线通信系统中的任一种(例如经由卫星等)与施工车辆300通信的足够装置来实现。使用任何上述布置，外部控制器330通常可配置成监测压实机300相对于施工现场的位置和预定的目标压实操作，并提供用于以有效的方式控制压实机300以压实表面301的指令。在至少一个示例中，外部控制器330可以将施工现场规划无线地传送到车辆控制器350。

施工车辆300可以被配置成自主地、半自主地或手动地操作。当半自主地或手动地操作时，施工车辆300可以通过远程控制和/或通过物理地位于驾驶室306内的操作员来操作。

施工车辆300可装备有多个机器传感器，其提供(直接或间接)指示机器的各种操作参数和/或机器正在操作的操作环境的数据。术语“传感器”旨在以其最广泛的意义来使用，包括一个或多个传感器和相关部件，这些传感器和相关部件可以与施工车辆300相关联并且可以协作来感测机器的各种功能、操作和操作特性和/或机器正在操作的环境的各个方面。

车辆控制器350可以包括感测系统370，感测系统370被配置为感测机器相对于施工现场的位置和定向(即，朝向、俯仰、滚动或倾斜、以及偏航)。感测系统370可包括多个单独的传感器，其协作以产生位置信号并将其提供给车辆控制器350，所述位置信号指示施工车辆300的位置和定向。在一个示例中，位置传感器370可包括一个或多个传感器，其与定位系统(例如，全球导航卫星系统或全球定位系统)相互作用以操作为位置传感器。在另一示例中，位置传感器370还可包括用于测量施工车辆300相对于基准(例如地面或地表基准)的坡度或倾斜度的坡度或倾斜度传感器，例如俯仰角传感器。

车辆控制器350可以使用来自位置传感器370的位置信号来确定施工车辆300在施工现场内的位置。在其他示例中，位置传感器370可以包括基于感知的系统，或者可以使用诸如激光器、声纳或雷达的其他系统来确定施工车辆300的位置和定向的全部或一些方面。位置感测系统370还可用于确定施工车辆300的地面速度。可替代地，可以使用其他传感器或专用地面速度传感器来确定施工车辆300的地面速度。还可以提供传感器来监测机器发动机和传动系统的操作条件，例如发动机速度传感器。可以提供操作施工车辆300所必需或期望的其他传感器。

虽然施工车辆300被示出为压实机，但是本领域的普通技术人员将理解，本申请的系统和方法延伸到其他施工车辆。

图4是用于控制诸如图3的压实机300的自主施工车辆的方法400的流程图。为了便于描述，参考图1-3中的元件来描述方法400。然而，不应将其视为代表性元件的详尽列表，使得图1-3可包括出于简单而不是由于缺乏相关性而省略的额外可用元件。

在框402，控制器350限定边界102、202。在至少一个示例中，用户能够在记录外边界之前通过经由手动输入来进行边界记录。启用录音后；操作员可以手动驱动外边界102、202并且控制器350监测自主施工车辆300的3D坐标/位置并且将自主施工车辆300的外边缘记录为边界102、202。在至少一个示例中，自主施工车辆300的用户界面在机器和所记录的边界102、202的相对位置的记录过程期间给予操作员视觉反馈。操作员通常具有暂停、取消和恢复记录过程的能力。在至少一个示例中，操作员还可以记录一个或多个边界周围的边界或需要特殊处理154、254的其它环境。在边界102、202已经被驱动和记录之后；操作员可以通过自主施工车辆300的用户界面停止记录。在一些示例中，对于边界102、202存在最小长度要求。例如，至少一个边界边缘104、105、106、107、204、205、207必须长于最小距离要求。如果工作区域110太小或者不满足最小边界边缘长度，则操作员停止边界记录；控制器350可以显示错误消息并要求操作员记录额外的边界长度。在至少一个示例中，基于自主控制车辆300的尺寸或其他规范来选择最小边界边缘长度。在至少一个示例中，最小边界边缘长度选自约30米和约50米之间的范围。在至少一个示例中，最小边界边缘长度约为40米。在至少一个示例中，控制器350提供所得边界102、202以供操作员查看，例如经由操作员驾驶室306中的用户界面。在至少一个示例中，从外部源(例如，另一机器、外部控制器、数据库等)下载或以其它方式接收或检索边界信息以限定边界。

在框404，控制器350限定车辆前进方向。车辆前进方向可以基于自主施工车辆300的当前定向自主地确定，或者基于操作员的用户输入手动地确定。在一些示例中，控制器350可以使用自主施工车辆300的前部316来确定前进方向。在其他示例中，在自主施工车辆可以同等地反向使用的情况下，后部318可以被考虑用于前进方向。通常，前进方向包括自主施工车辆300的定向，包括前部316如何相对于后部318定位。在至少一个示例中，当自主控制车辆300的前部316面向边界102、202时使用向前或驱动车辆前进方向，并且当自主控制车辆300的后部318面向边界102、202时使用向后或反向车辆前进方向。

在框406，控制器350限定路径定向132，其可以基于边界102、202的形状自主确定，基于车辆行进方向自主确定或基于手动输入确定。在至少一个示例中，路径定向132被确定为使得使用边界102、202的最大长度。这可以帮助最小化所需的操纵区域的量，最大化工作区域110，并且允许更有效的工作。在一些示例中，控制器350可以自主地将路径定向132与车辆前进方向对准，使得自主施工车辆300可以沿着路径定向在其当前定向上继续。在一些示例中，用户可以手动提供路径定向132。在至少一个示例中，路径定向132可被提供给操作员用于确认或编辑。

在框408，控制器350限定起点146、148、246、247、248、250。在矩形边界102、202的示例中，通常有四个可能的起点(四个角)。控制器350可以自主地选择起点146、148、246、247、248、250，或者可以为操作员提供可选的起点以手动地进行选择。在至少一个示例中，控制器350基于自主控制车辆300的当前位置选择起点。在至少一个示例中，控制器350使用边界102、202的两个最长边缘105、107、205、207中最接近的车道，并且选择起点为最接近自主控制车辆300的当前位置的边缘的末端。

在框410，控制器350加载工作规范。在压实机的实例中，工作规范可包括方法规范压实，其是指由规范确定的压实过程。例如，工程公司或政府机构可以进行工程研究，然后写下承包商必须遵循以满足工地的要求的详细规范。另一种可能性是向承包商给出非方法规范(例如密度要求)，然后让承包商限定自己实现该规范的适当方法(例如，通过压实)。在这种情况下，承包商可以限定用于整个作业的内部方法规范。然后可以将压实规范给予操作员，并且操作员必须遵循包括在规范中的顺序。例如，在压实作业的情况下，规范可包括机器尺寸、要压实的区域、通过次数、振动幅度、最大压实推进速度、振动频率、这些的组合等。

在一些示例中，控制器350从最近使用的工地加载最近的工作规范。如果不存在先前设置，则控制器350可加载默认的工作规范。在压实机300的情况下，无论是手动输入的、从先前工地访问的、从默认值访问的、还是以其他方式加载的工作规范可以包括：高振幅通过的数目、低振幅通过的数目、静态通过的数目(振动系统关闭)、通过的总数、车辆速度、每距离的冲击、车道重叠、估计完成时间、这些的组合等。

在压实机300的示例中，操作员可以从中选取两组默认值：一组用于“聚合”材料，另一组用于“粒状”材料。在一些示例中，操作员能够从这些默认压实规范中挑选或者选择定制压实规范。操作员还可以具有在初始设置之后、在自主模式之前、在自主模式期间、在自主模式之后、这些的组合等之后修改压实规范的能力。在一些示例中，必须由操作员选择的每个值将具有默认/推荐值。在一些示例中，操作员具有容易且快速地调整默认值的能力。

在框412，控制器350限定操纵区域112-115。由于不允许自主施工车辆300离开边界102、202，因此操纵区域为自主施工车辆300提供了在不干扰工作区域110且不离开边界102、202的情况下从一个车道(或路径部分)操纵和移动到另一个车道(或路径部分)的区域。前和后操纵区域112、114、212的尺寸可以根据所需的通过次数和车道(路径部分)改变位置而改变。在使用压实机300进行压实的情况下，如果规范包括偶数次通过，则可以在后操纵区域114中实现所有车道改变。对于具有奇数次通过的压实规范，在后操纵区域114和前操纵区域112中需要车道改变。最小操纵距离由车辆能力确定。例如，在压实机300的情况下，这些可以包括：转向速度、角度、振动开启时间、振动关闭时间、推进加速和减速率。

在压实机300的示例中，工作区域110中的转向必须限于最小转向命令以维持当前压实车道(路径部分)。在工作区域110中禁止从一个压实车道移动到下一个车道。为了降低筒310、312或轮胎损坏压实材料的风险，必须在操纵区域112、114中完成车道改变。当材料被“密封”时，在压实过程向结束进行时尤其如此。当筒和轮胎310、312都离开工作区域110时，车道改变操纵可以沿着操纵路径142、144、242、244开始。也必须限制工作区域110中的振动变化。可以在操纵区域112、114中进行振动系统开/关和振幅改变。可以在工作区域110中允许振动频率和机器速度调节。振动系统需要一些时间来加速到频率设定点并且当命令关闭时减速，并且振幅变化需要振动系统反转方向，这样减速到零需要时间并且在相反方向上斜升振动速度。在一些示例中，当从工作区域110过渡到操纵区域112、114时，振动系统保持恒定直到筒310、312已经完全进入操纵区域112、114。一旦筒310、312处于操纵区域112、114中，就可以改变幅度，或者可以改变开/关命令。当从操纵区域112、114过渡到工作区域110时，振动系统在筒310、312到达工作区域110之前保持恒定。

在操纵区域112、114中允许振动开启，然而当机器静止时不允许振动开启。在操纵区域112、114和工作区域110中，机器必须在振动系统开启时推进。在至少一个示例中，振动开启的最小车辆速度是0.6Kph。该要求有助于防止由于一个位置上的过多振动而在材料中留下缺口。为此，当需要方向改变时(车道和振动保持恒定)，压实机300的筒310、312必须在压实机300的地面速度达到零之前离开工作区域110。

在一些示例中，在任何区域中都不允许在静止时转向。在至少一个示例中，转向时的最小推进速度(向前或反向)是0.5Kph。这种要求有助于防止使用自主系统留下受损的表面。另外，在一些示例中，推进速度和允许的转向速度之间存在关系。例如，在低推进速度下，转向速率受到限制，而在较高推进速度下，允许全转向速度。在至少一个示例中，允许0.5Kph的推进速度，约30mm/sec(毫米每秒)的最大转向速度；在1Kph的推进速度下，允许约80mm/sec(毫米每秒)的最大转向速度；在2Kph的推进速度下，允许约120mm/sec(毫米每秒)的最大转向速度；对于3+Kph的推进速度，转向速度没有限制。在至少一个示例中，在工作区域110中可以存在转向角限制。

在框414，控制器350限定工作区域110。在至少一个示例中，基于将最小偏距124-127、224应用于边界102、202而限定工作区域110。在至少一个示例中，工作区域110可以根据工作规范或根据手动输入来预定义。

在框416，控制器350限定路径130、230。路径130、230可以包括对应于工作规范的多个路径部分134-139、234-239(或车道)，工作规范包括自主施工车辆300的规范。如上所述，路径部分134-139、234-239与所限定的路径定向132对准，使得路径130、230指示自主施工车辆300将自主地从所限定的起点到终点横穿工作区域110的方式。在至少一个示例中，路径130、230包括操纵路径142、144、242、244，这些操纵路径指示自主施工车辆300将自主地从一个路径部分移动到下一个路径部分(改变车道)的方式。

在框418，控制器350提供现场规划100、200以供，例如用户，查看。出于本发明的目的，用户可以在自主施工车辆300中或相对于自主施工车辆300远离。在一些示例中，用户可与操作员互换使用。

在框420，控制器350可选地接收来自用户的手动输入。例如，用户可以指示对现场规划100、200的一个或多个改变，其可以使控制器350返回到框404-416中的任一个以更新现场规划100、200。

如果操作员对场地规划100、200不做任何改变，则在框422处，控制器350激活自主模式并且基于场地规划100、200开始控制自主施工车辆300的移动。在至少一个示例中，在自主模式将激活之前，操作员必须首先在边界102、202内移动自主施工车辆300。在至少一个示例中，控制器350可为操作员提供指令。

在框424，控制器350接收指示自主模式将停止的停止指令。停止指令可以由手动输入。在一些示例中，停止指令可以是来自具有预定义停止点148、150、152、156、246、247、248、250的现场规划100、200的自主指令。操作员可由于障碍物或其它情况154、254而停止或开始自主模式，例如：操作员工作中断、燃料填充、小块地130、230中的物体、材料返工、材料测试、手动控制、不正确的基底材料、工作区域110中的水坑、这些的组合等。在至少一个示例中，当自主模式停止时，控制器350保存自主控制车辆300的状态，使得路径130、230可以在自主模式恢复时而恢复。在至少一个示例中，控制器350可以保存边界信息、工作区域信息、路径信息、车辆前进方向信息、操纵区域信息、完成的通过次数、完成的最后点、要完成的下一点。如果操作员在110中手动地压实，则控制器350可跟踪手动压实过程并相应地更新现场规划100、200。可替代地，操作员可以修改和重新规划工地以生成新的现场规划。

在框426，控制器350接收指示自主模式将恢复的恢复指令。在一些示例中，这些可以是手动指令。在其他示例中，可以设置一个或多个参数，例如定时器或指示要恢复自主模式的位置。例如，可以预定义一个或多个重启点152、156、158、256、258、260，使得当自主施工车辆300被手动驱动到重启点152、156、158、256、258、260时，自主模式自主地恢复。在一些示例中，重启点152、156、158、256、258、260是控制器350将命令机器工作和恢复工作的点。在一些示例中，下一个压实点是默认重启点，但是操作员可以选择不同的重启点。操作员可以选择默认的下一个压实点、在部分完成的车道中的不同压实点、或者在压实过程的下一个车道中的第一点。在这种情况下，在压实机300的示例中，可以接受在工作区域110内开始振动。

可选地，在框428，在已经完成现场规划100、200，使得自主施工车辆300已经到达路径130、230的停止点之后，控制器350可以可选地提供随后的现场规划。例如，在道路工地的情况下，施工车辆可以移动到随后的区域恢复工作。在至少一个示例中，控制器350可以使用前边界102、202的边缘和自主施工车辆300的当前位置来自主限定工地的新部分的新的外边界以及新的工作区域。这可以帮助减少操作员所需的边界限定时间量，并且可以允许更有效的工作。

在限定外边界102、202之后，在一些示例中，控制器350可自主执行若干动作。例如，以下中的一个或多个可以在边界102、202限定之后自主执行：在框414处限定工作区域110，在框406处限定路径定向132，在框404处限定车辆前进方向，在框408处限定起点146、148、246、247、248、250以及在框410处加载工作规范。在至少一个示例中，所有这些可以在不需要用户输入的情况下同时执行。在一些示例中，方法400的一个或多个步骤可以应用于载人操作。

方法400的一个或多个步骤可以在自主施工车辆300上(例如，车辆控制器350，经由手动输入等)或在施工车辆300外(例如，在外部控制器330，在多个外部地点等)执行，然后由自主施工车辆300下载或以其他方式接收。

现场规划100、200不是按比例的，而是示出了便于描述而相对比例不准确的元件。此外，虽然图示的现场规划100、200示出了六个路径部分，但是现场规划可以包括更多或更少的路径部分。此外，虽然在现场规划200中减少边界202以说明最小所需偏距224，但是在外部边界被另外限定为与边界102相同的情况下，偏距224可以保持等于偏距124，使得现场规划200的偏距将简单地大于最小所需的。可替代地，如果有利的话，边界202可以等于边界102，并且工作区域110可以在对前操纵区域212的偏距224的要求减小的情况下增大。另外，尽管现场规划100、200的路径定向132平行于最长边界边缘105、205，但是在其他示例中，路径定向132可以以各种方式中的任一种来确定并且可以采取任何定向。在至少一个示例中，基于工作区域的最有效横越来确定路径定向132。尽管为了便于说明和描述，现场规划100、200都示出矩形边界102、202和矩形工作区域110，但是本领域普通技术人员将认识到如何将本发明应用于各种形状中的任何形状的外边界和工作区域。在至少一些示例中，工地的工作区域和边界可以对应于工地的道路或其他长延伸，其可以包括曲线或弯曲。

根据上下文，如在此使用的表述“配置成”可以替换为“适合于”、“具有……的能力”、“被设计成”、“适于”、“使得”或“能够”。术语“配置成”不一定意味着在硬件级中“专门设计为”。而是，装置“配置成”的表述可以意味着该装置“能够”与特定上下文中的其他设备、硬件、固件、软件或零件一起工作。例如，“配置成执行操作的控制器”可意指用于执行操作的专用控制器，或能够通过执行存储在存储器设备中的一个或多个软件程序来执行操作的通用控制器(例如，CPU或应用程序处理器)。

在前述具体实施方式中，出于简化本发明的目的，各种特征被组合在单个示例中。本发明的方法不应被解释为反映所要求保护的示例需要比每个权利要求中明确列举的特征更多的特征的意图。而是，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开示例的所有特征。因此，以下权利要求书在此并入具体实施方式中，其中每一权利要求独立地作为单独示例。

注意，并非以上在一般描述中描述的所有活动或元件都是必需的，特定活动或设备的一部分可能不是必需的，并且除了所描述的那些之外，还可以执行一个或多个另外的活动或包括一个或多个另外的元件。此外，列出的活动顺序不一定是执行活动的顺序。此外，已经参考特定示例描述了概念。然而，所属领域的技术人员应了解，可在不脱离如以下权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下做出各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在被包括在本发明的范围内。

上文已经参照具体示例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案，以及可产生任何益处、优点或解决方案或使任何益处、优点或解决方案变得更显著的任何特征不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征。此外，以上所公开的特定示例仅是说明性的，因为所公开的主题可以以对受益于本文教导的所属领域的技术人员而言明显的不同但等效的方式进行修改和实践。除了在以下权利要求中所描述的之外，不旨在限制这里所示出的结构或设计的细节。因此，显然可以改变或修改以上公开的特定示例，并且所有这些变化都被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文所寻求的保护如以下权利要求所述。

工业实用性

所公开的用于施工现场规划和控制自主施工车辆的系统和方法涉及基于工地的外部边界、自主施工车辆的规范、待完成的工作规范、自主施工车辆的位置、自主施工车辆的定向、这些的组合等自主创建现场规划。这种自主现场规划的自主控制避免了用户错误的风险，允许现场规划的设计和执行的效率，并且减少工地所需的用户介入量。此外，一些示例允许手动重写或输入以根据具体情况的需要来调整自主现场规划，使得所公开的系统和方法既高效又通用。

Claims (10)

1.一种用于控制自主施工车辆的方法，包括：

记录施工现场的边界；

识别所述边界的最长边；

自主创建用于在所述边界内导航所述自主施工车辆的现场规划，所述现场规划包括在所述边界内的工作区域、位于所述工作区域和所述边界之间的操纵区域、所述自主施工车辆的起点、所述自主施工车辆的路径以及与所述边界的所述最长边平行的所述自主施工车辆的路径定向；

提供所述现场规划以供查看；以及

根据所述现场规划激活自主模式以自主控制所述自主施工车辆。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

响应于提供所述现场规划以供查看而接收手动输入；以及

根据用户输入自主更新所述现场规划。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，还包括：

接收停止指令；以及

自主地禁用自主模式。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

接收恢复指令；

响应于所述恢复指令而更新所述现场规划；以及

激活自主模式。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括：

完成所述现场规划；以及

根据所述现场规划自主创建后续规划。

6.如权利要求5所述的方法，其中：

所述后续规划包括新边界、新工作区域、新操纵区域、新路径和新起点；以及

其中，所述新起点基于所述自主施工车辆在完成所述现场规划之后的停止点。

7.一种系统，包括：

自主施工车辆；以及

控制器，所述控制器被配置成：

记录施工现场的边界；

限定用于所述自主施工车辆的路径定向使得工作区域内的每个路径部分与所述边界的最长边平行；

限定所述自主施工车辆的起点；

基于所述自主施工车辆的边界和规范限定所述自主施工车辆的操纵区域；

限定所述自主施工车辆的路径以导航所述施工现场，其中，所述路径根据所述路径定向而定向；

自主创建指示所述边界、路径、起点和操纵区域的现场规划；以及

基于所述现场规划自主控制所述自主施工车辆的操作。

8.如权利要求7所述的系统，其中：

所述自主施工车辆包括前部和后部；

所述自主施工车辆的前进方向由所述前部的位置相对于所述后部的位置而限定；以及

所述控制器被配置成基于所述自主施工车辆的前进方向而限定所述路径定向。

9.如权利要求7或8所述的系统，其中所述控制器被配置成基于所述自主施工车辆的位置而限定所述起点。

10.如权利要求7-9中任一项所述的系统，其中所述控制器被配置成限定所述操纵区域以包括从所述边界的一侧的偏移，所述偏移大到足以容纳从所述路径的第一部分移动到所述路径的第二部分的所述自主施工车辆。