CN112004695A - 用于自动卡车及牵引拖车的自动操作和处理的系统和方法 - Google Patents

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CN112004695A CN201980027004.XA CN201980027004A CN112004695A CN 112004695 A CN112004695 A CN 112004695A CN 201980027004 A CN201980027004 A CN 201980027004A CN 112004695 A CN112004695 A CN 112004695A
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马丁·E.·索托拉
维卡·巴哈
马克·H.·罗森布鲁姆
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戴尔·罗利
马修·S.·约翰内斯
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Abstract

提供了一种用于在堆场环境中操作自动驾驶车辆(AV)堆场卡车的系统和方法。处理器促进了AV堆场卡车的自动运动和堆场内拖车的连接和断开。多个传感器与处理器互连，所述传感器感测堆场中的地形和物体并帮助自动连接到拖车或从拖车上断开。服务器与处理器无线互连，并跟踪AV堆场卡车围绕堆场的运动，并确定连接和断开拖车的位置。当车门站靠近拖车时，车门站解锁/打开拖车门，并通过夹具等将拖车门固定在打开位置。该系统还计算拖车的高度，和/或拖车的起落架是否位于地面，并与牵引座交互操作以改变高度，还确认是否安全停靠以允许用户手动控制，以及确定最佳充电时间。还提供倒车传感器/安全自动的止动器和联运集装箱组织。

Description

用于自动卡车及牵引拖车的自动操作和处理的系统和方法
技术领域
本发明涉及自动驾驶车辆，更具体地，涉及例如用于在运输设施、生产设施或其它堆场内搬运货物，或用于在运输设施、生产设施或其它堆场之间运输货物的自动驾驶卡车及其拖车。
背景技术
卡车是现代商业中的重要组成部分。卡车利用其较大的内部空间跨大陆运输材料和商品。这些商品在生厂厂家、港口、分销商、零售商和最终用户等的各种设施中进行装卸。大型陆运(Large over-the road，OTR)卡车通常由牵引车(tractor)或驾驶室单元(cabunit)以及单独的可拆卸拖车组成，拖车由挂接系统可拆卸地连接在驾驶室，其中，所述挂接系统由所谓的牵引座(fifth wheel)和主销(kingpin)组成。更具体地，沿拖车底部前端形成有主销，而驾驶室包括牵引座，牵引座包括垫和用于主销的接收槽。由于在公路上需要经过弯道，因此在连接时，主销以允许拖车相对于驾驶室轴向旋转的方式跨入牵引座的槽中。驾驶室提供动力(例如通过发电动机、气动压力源等)来驱动其自身和连接的拖车。因此，在驾驶室和拖车之间形成有多个可移除的连接用来输送电力和气动压力。气压通常与驾驶室本身(单独)的制动系统结合来用于操作紧急制动器和行车制动器。电力为内部照明、外部信号灯和行车灯、升降门电动机，起落架电动机(如有)等提供功率。
在整个现代陆运时代中，连接电气和气动线路、升降起落架、操作拖车后平开门(swing door)，以及检查车辆都是由驾驶员手动完成。例如，当需要连接驾驶室和拖车时，在倒车至拖车以将卡车牵引座连接到拖车主销之后，需要驾驶员离开驾驶室来完成所有这些操作。更具体地，驾驶员必须摇起起落架以使主销落入牵引座与其完全接合，并爬至驾驶室底盘后部，从驾驶室后部用手抓住一组可伸缩的软管和电缆组(输送空气和电力)，并将它们固定至拖车车身前部的相应连接组件上。当断开拖车与驾驶室时，该过程正好相反。也就是说，操作员必须爬上并断开软管/电缆，将它们放置在适当的位置，然后摇下起落架以使主销升起从而脱离与牵引座的接合。假设要卸载拖车(例如，在倒车进入装货站台后)，驾驶员需要走到拖车的后部以解锁拖车的平开门，将其向后旋转270度，然后(通常)将每个门固定到拖车的侧面。对于不同类型的拖车，后门可能是被卷起(而不是平开)的，和/或使用其他方法来实现拿取货物。其他设施，例如装货站台报警系统、防止拖车意外滚动的止动器，以及将拖车锁定在站台的锁定机构，都需要人为操作和监控以确保正常功能和安全。当卡车和拖车倒车时，因它们较大的长、宽、高会形成极大盲点，存在很多类似的安全隐患。
卡车运输所具有的进一步挑战在于联运业务，即使用堆场卡车在各种运输方式之间运送集装箱。更具体地，在轨道堆场中，必须以特定的顺序和方向(当门在后面时，朝向为从前到后)在轨道车和拖车之间移动集装箱。同样，在从船上卸下集装箱的码头堆场中作业时，顺序和方向也很重要。
多年来，已经提出了许多解决方案来实现上述一个或多个过程的自动化，从而减少驾驶员的劳动。然而，无论这些解决方案在理论上多么有效，卡车运输业仍然依赖于上述手动方法来连接和断开拖车和牵引车/驾驶室。
随着自动驾驶车辆的出现，人们希望对于传统上或出于便利而手动操作的多种功能进一步实现自动化。
发明内容
本发明通过提供用于将拖车与卡车驾驶室(牵引车)连接或从其断开的系统和方法克服了现有技术的缺点，该系统和方法增强了过程的整体自动化并减少了人工干预的需要。该系统和方法尤其适合在自动驾驶运输环境中使用，例如运输场、港口、制造中心、配送中心和/或综合仓库，在上述环境中，运输车辆的操作范围和路线受到限制并且运输车辆高密度地进出和环绕设施。通常使用陆运驾驶室或卡车(可通过柴油、汽油、压缩气体、其他内燃燃料和/或插电式充电的电力和/或燃料/电力混合动力布置来驱动)来将此类拖车从相应地点牵引出并分派至其他相应地点。设施内的驾驶室或卡车(被称为“堆场卡车”)可以由电力或其他理想的(例如内燃)燃料源提供动力，在各种实施方式中的非限制性示例有清洁燃烧燃料。
通过实现各种系统的自动化来促进堆场卡车(在本文中被称为“自动驾驶车辆(autonomous vehicle)”或“AV”堆场卡车)以及其他AV卡车和牵引车的实质上的自动操作。本文的系统和方法实现了这种自动化。作为非限制性示例，挂接操作，包括通过卡车实现的制动/电力服务与拖车的连接都是自动的。另外，拖车门(例如，平开门)的打开和关闭是自动的。堆场中的拖车识别和与此类拖车相关的导航是自动的，并且，拖车停靠和离开时的安全机制和操作也是自动的。可以控制用户进入卡车，并且可以通过自动方式执行安全测试-包括但不限于确保安全挂接的牵引测试。同样，牵引座的升高和验证拖车起落架是否脱离地面也是自动的。
在一实施例中，至少紧急制动气动线路的连接是通过相互接合的连接结构来实现，该结构由引导结构和基座连接器组成，其中，引导结构安装在驾驶室，并且是圆锥形或倾斜的，位于机械手或延伸部的远端，基座连接器位于拖车主体的前面/前壁，其具有相应的接收形状，并且用于使使驾驶室引导结构居中并对准，从而在完全接合时，完成驾驶室与拖车之间的空气连接，并且(至少)可以通过驾驶室提供的压力来驱动紧急制动器。在另一实施例中，安装在驾驶室上的引导结构可包括用于关闭驾驶室和拖车之间的电源电路的一个或多个电连接器。该连接布置还可以适于在驾驶室和拖车之间互连行车制动线路。可以使用安装板来提供拖车上的连接，当安装板进入设施时，安装板使用(例如)与拖车底部的狭槽接合的夹具来可拆卸(或永久)地连接到拖车的前面。可替代地，可以采用相互接合的织物(例如，钩环、3M Dual-LockTM)、紧固件、磁片或纽扣等来可拆卸地固定安装板。该板包括基座连接器和具有接头(例如气动接头)的软管，所述接头适于接合至拖车上的标准软管接头。
在另一实施例中，气动或液压可扩展(伸缩)臂固定在堆场卡车驾驶室后面的可横向移动的线性致动器上。此外，较小的第二气动/液压活塞被固定在较大臂的基座和底部，以使臂可以升降。臂的末端是一个垂直的枢轴或腕(用于垂直对齐)，枢轴或腕具有可以夹持(并恢复)耦合设备的电夹持设备或手，耦合设备被部署到拖车上相应形状的接收器上。耦合设备还具有一个(或多个)侧面安装的空气软管，用于从堆场卡车传递气压以连接到拖车。集成的电源(和通信线路)与空气软管配对，从而驱动标准软管接头上的套环(锁)将耦合设备与接收器配对。此外，通过耦合设备输送的电功率也可以向拖车系统提供功率(如上所述)。为了帮助手臂进行自动测距和对齐，相机和激光测距设备也被安装在夹持机构或夹持手上。当夹持手将耦合设备(带有相关的空气软管和电气连接)输送到接收器，并且检测到充分的空气连接时，就开始释放夹持状态，并且耦合设备保持在接收器中，并且，考虑到拖车间隙(clearance)而使臂退回至驾驶室。可以通过使用相互接合的织物带或片材(例如工业级钩环材料和/或Dual-LockTM可重新闭合紧固件，或例如磁片等的类似材料)作为现场(或永久固定)可拆卸连接装置将拖车上的接收器安装在拖车前面的首选位置。接收器还标记有识别边界图案，相关的测距/定位软件可由此来对臂进行定向并使其与耦合设备对齐。
在另一实施例中，代替可伸长臂和第二活塞，两个额外的线性致动器以交叉形式安装在沿卡车框架的长度方向运动的基础线性致动器上。这使得三个线性致动器能够在正交的X、Y和Z轴上协调移动。如上所述，交叉安装在垂直线性致动器上的线性致动器仍保持电动致动的夹持设备或手。
提供了一种用于在堆场环境中操作自动驾驶车辆(AV)堆场卡车的系统和方法。处理器促进了AV堆场卡车的自动运动，实质上不需要对于卡车车载控制器的控制输入，以及人为的堆场内拖车的连接和断开。多个传感器与处理器互连，所述传感器感测堆场中的地形和物体并有助于自动连接到拖车或从拖车上断开。服务器(和/或堆场管理系统(yardmanagement system，YMS))与处理器无线互连，并跟踪AV堆场卡车围绕堆场的运动。它确定与拖车连接和断开的位置。说明性地，当将AV堆场卡车和拖车挂接(连接)时，连接机构在其中一个拖车和AV堆场卡车之间连接服务线路，并且当将AV堆场卡车和拖车分离(断开)时，连接机构断开服务线路。服务线路可以包括电气线路、紧急制动气动线路和行车制动气动线路中的至少一个。连接机构可以包括将AV堆场卡车上的连接器连接到拖车上的接收连接器的机械手。而且，接收连接器可包括通过夹持组件可移除地附接到拖车的接收器，或者通过相互接合的织物紧固件(或其他类型的紧固机构)可移除地附接到拖车的接收器。说明性地，处理器可以与牵引测试过程进行通信，该牵引测试过程在将卡车挂接至拖车上时自动确定拖车是否被挂接，特别是通过向卡车施加动力并由此确定卡车上的负载来确定拖车是否被挂接。
根据一实施例，提供一种用于将卡车上的至少一条服务线路自动连接到拖车的系统。拖车上的接收器永久或临时固定在所述拖车上。所述接收器与气动线路和电气线路中的至少一个互连。当所述拖车接近或被挂接在所述卡车上时，耦合器由机械手的末端执行器操纵以寻找并接合所述接收器。处理器响应于所述接收器的位置而移动所述机械手，由此使所述耦合器与所述接收器对准并接合，从而完成所述卡车和所述拖车之间的电路。所述末端执行器可以被安装在以下中的至少一个上：(a)沿至少两个正交轴移动并且具有向后延伸的臂的框架；(b)多自由度机械臂；以及(c)具有旋转关节的线性致动器驱动臂，以使所述末端执行器同时实现向后伸展和高度调节。所述线性致动器驱动臂可以被安装在所述卡车底盘上的横向移动基座上。附接到所述末端执行器的旋转关节包括用于在所述耦合器中保持预定角度的旋转致动器。所述耦合器可以包括适于选择性地且密封地固定至所述接收器中的连接器的被致动的快速断开式接头。所述被致动的，快速断开式接头包括电磁螺线管组件，所述电磁螺线管组件选择性地且可滑动地打开并响应于向其施加的电流而允许所述快速断开式接头闭合。张紧的电缆可以被附接到所述耦合器，以及气动线路可以被附接到所述卡车制动系统。所述制动系统可以包括行车制动器和紧急制动器中的至少一个。电气连接可以被提供至附接在所述卡车的电气系统的所述耦合器上。示例性地，所述接收器通过相互接合的织物材料、紧固件、夹具和磁体中的至少一个可移除地附接到所述拖车的前面。
根据一实施例，提供一种用于拖车的改装套件，其包括用于拖车气动线路和拖车电气线路中的至少一个的Y形连接器，所述Y形连接器组件既连接到常规的服务连接器又连接到所述接收器。所述Y形连接器组件可操作地连接至通风机构，所述通风机构选择性地允许所述耦合器和所述常规服务连接器中的一个进行通风。所述常规服务连接器包括气动接头。
根据一实施例，提供一种相对于拖车操作自动驾驶卡车的系统和方法。基于车辆的处理器与牵引测试过程通信，当将所述卡车挂接至所述拖车上时，所述牵引测试过程通过向所述卡车施加动力并确定所述卡车上的负载来自动确定所述拖车是否被挂接。
根据一实施例，提供一种使用卡车搬运拖车的系统和方法，在所述卡车的气动制动系统和所述拖车的制动系统之间没有服务连接。压缩空气罐可拆卸地固定在所述拖车上，并连接到所述拖车的所述制动系统。所述布置还包括与罐配合的阀，所述阀根据来自所述卡车的信号来致动以释放所述制动系统。示例性地，所述卡车是自动驾驶卡车，并且从所述卡车的控制器无线发送所述信号。更具体地，所述卡车可以是自动驾驶车辆堆场卡车，并且所述罐可以适于在将所述拖车运送到堆场时通过OTR卡车附接到拖车上。
根据一实施例，提供一种用于定位拖车前面的气动接头连接器的系统和方法，包括粗略感测系统，其获取所述前面的2D图像和3D图像中的至少一个，并搜索与气动接头相关的图像特征。在所述图像中识别所述拖车前面的边缘之后，所述粗略感测系统定位相比周围图像特征具有不同纹理或颜色的特征。所述粗略感测系统可以包括位于自动驾驶堆场卡车的驾驶室或底盘上的传感器。一种精细感测系统，其位于精细机械手的末端执行器上，所述精细感测系统通过粗略运动操作被移动到与包含候选气动接头特征的所述前面的位置相邻的位置。所述精细感测系统可以包括多个2D成像传感器和/或3D成像传感器。所述精细机械手可以包括安装在多轴粗略运动机构上的多轴机械臂。所述粗略运动机构可以包括安装在所述自动驾驶堆场卡车上的多个线性致动器，所述线性致动器将所述精细机械手从中立位置移动到与所述气动接头候选特征相邻的位置。示例性地，所述粗略运动机构包括安装在所述自动驾驶堆场卡车上的活塞驱动的铰接的平台，所述平台将所述精细机械手从中立位置移动到与所述气动接头候选特征相邻的位置。所述精细机械手可以基于从所述精细感测系统接收的相对于由所述精细感测系统成像的所述气动接头的反馈来被伺服。示例性地，所述精细感测系统定位所述气动接头上的被训练的特征，以确定所述气动接头的姿势。所述特征可以是所述气动接头的环形密封件、用于固定所述气动接头的凸缘的轮廓边缘，以及附接到所述气动接头上的标签中的至少一个。所述标签可以包括有助于确定所述姿势的基准矩阵。所述标签可以位于夹具上，所述夹具被附接到所述气动接头上的被抬起的元件上。所述特征可以包括在所述气动接头的垫圈密封件上的多个识别区域。
根据一实施例，提供一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的气动接头的系统和方法，其中，所述末端执行器选择性地接合与释放所述连接器，包括夹紧组件，其选择性地覆盖所述气动接头的环形密封件，并且将所述连接器密封夹紧到所述环形密封件上。所述夹紧组件可以是致动夹具和弹簧加载夹具中的至少一个。示例性地，所述弹簧加载夹具通常是闭合的，并且通过所述末端执行器的夹持动作被打开。所述致动夹具包括以下中的一个：(a)一对旋转的夹紧构件；以及(b)滑动夹紧构件。
根据一实施例，提供一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的气动接头的系统和方法，其中，所述末端执行器选择性地接合和释放所述连接器，包括：探针构件，其包含压力端口，所述压力端口基于所述末端执行器的放置运动而插入并保持在所述气动接头的环形密封件中。所述探针构件可以包括以下中的一个：(a)可释放地压接到所述环形密封件中的截头圆锥形塞；以及(b)选择性地接合在所述气动接头的所述环形密封件下方的空腔，并且发生膨胀以固定在其中的充气塞。所述截头圆锥形塞包括沿圆周的倒钩以帮助保持抵靠所述环形密封件。
根据一实施例，提供一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的拖车气动接头的系统和方法，其中，所述末端执行器选择性地接合和释放所述连接器，包括：另一气动接头，其以实质上常规的方式固定到所述拖车气动接头上。另一气动接头包括从所述末端执行器接收选择性连接器的快速断开(通用)接头。所述末端执行器携带有相应地相反形状的接头，从而选择性地连接与分离通用接头。
根据一实施例，提供一种用于在卡车试图反向移动以挂接至拖车的相对关系中，确定所述拖车相对于所述卡车的相对角度的系统和方法。空间感测设备被定位在所述卡车并面向后方，所述感测设备被定位成感测所述拖车底侧下方的空间。处理器识别和分析由所述感测设备相对于所述拖车的起落架支腿和所述拖车的车轮组中的至少一个产生的数据点，并由此确定所述相对角度。所述感测设备可以包括使用结构化光的投影环来生成点，以及相关的点组(例如3D点云)的高分辨率的激光雷达设备。所述处理器识别点组/点云，并将所述点组与所述起落架支腿的预期形状和位置进行比较。如果所述起落架支腿中的一个被阻挡，所述处理器适于估计被阻挡的所述起落架支腿的位置以确定所述相对角度。所述处理器还适于定位并分析所述车轮组的形状和位置来实现以下各项中的至少一项：(a)确认基于所述起落架支腿确定的所述相对角度，以及(b)当无法分析或无法确定所述起落架支腿的角度时，单独确定所述相对角度。所述处理器可以被布置为确定所述拖车的主销的位置。
根据一实施例，提供一种用于在卡车试图反向移动以挂接至拖车的相对关系中，确定所述拖车的主销相对于所述卡车的相对位置的系统和方法。空间感测设备被定位在所述卡车并面向后方，所述感测设备被定位成感测所述拖车底侧下方的空间。处理器识别和分析由所述感测设备相对于所述主销、所述拖车的起落架支腿和所述拖车的轮组中至少一个而产生的数据点(例如3D点云)，从而确定所述主销的相对位置。示例性地，所述感测设备是使用结构化光的投影环来生成点/点云的高分辨率的激光雷达设备。所述处理器识别点组/点云，并将所述点组/点云与所述主销和所述起落架支腿的预期形状和位置进行比较。所述处理器可以被布置为利用所述激光雷达设备迭代成像，并且定位代表期待位置的点组，并且响应于高于预定阈值的置信度值来提供所述主销的相对位置。
根据一实施例，提供一种用于互连自动驾驶卡车与拖车之间的空气线路的系统，可以包括：适配器，其相对于所述拖车侧空气线路安装并引导穿过其中的压缩空气，所述适配器具有至少一个气动接头连接；以及机械手，其携带连接工具并移动所述连接工具与适配器接合或脱离，所述连接工具与所述卡车侧空气线路互连以在接合时将压缩空气输送至所述适配器，并且所述机械手被布置成当所述工具被接合至所述适配器时选择性地从所述工具中脱离。示例性地，所述适配器可以包括：气动接头连接，其与附接至所述拖车侧空气线路的气动接头接合；快速断开接头，其与所述工具上的可致动快速断开件接合。所述快速断开件可以通过拉动运动和动力致动器组件中的至少一个来致动。所述适配器可以包括所述卡车侧气动接头连接和往复阀，所述往复阀从所述卡车侧气动接头连接或所述快速断开接头选择性地引导所述压缩空气。所述工具可以包括引导结构，从而在与适配器接合期间与所述适配器对准。所述引导结构可以包括引导销、叶片、狭槽和键槽中的至少一个。所述工具可以包括：螺钉驱动的夹具，其选择性地接合所述卡车侧的气动接头连接；以及引导销，其被布置成在围绕所述卡车侧气动接头连接的轴线的不同旋转方向上接合多个键槽中的一个。所述适配器可以包括基准，所述基准可以基于可操作地连接的视觉系统识别并帮助所述机械手的定向。
附图说明
参照以下附图对本发明进行说明，其中：
图1是示例性运输设施的俯瞰图，其中，所述运输设施具有存放、装载和卸载拖车的位置，所述拖车与根据系统和方法提供的在堆场内操作的AV堆场卡车配置结合使用；
图2是与本文所述的系统和方法结合使用的燃料驱动的AV堆场卡车的立体图；
图3是与本文所述的系统和方法结合使用的电动AV堆场卡车的后视图，其示出了服务连接(例如气动制动和电气连接)；
图4是另一电动AV堆场卡车的后视图，其示出了卡车底盘的升起的牵引座；
图5是根据一实施例的挂接式AV堆场卡车和拖车的局部侧视图，其示出了由安装在卡车的探针和安装在拖车的接收器组成的气动连接；
图6是图5所示的挂接式AV堆场卡车和拖车的局部俯视图，其示出了拖车相对于卡车转动一个角度，使得接收器和探针彼此远离的状态；
图7是图5的探针和接收器配置的更详细的立体图，其示出了连接过程中被引导至接收器中的探针；
图8是图5的探针和接收器配置的暴露的侧视图，其示例性地示出了AV堆场卡车和拖车之间紧急制动电路的典型气动连接；
图8A是与图5的配置类似的示例性探针和接收器配置的暴露的侧视图，其包括当连接气动服务时，用于互连AV堆场卡车和接收器之间电气服务的多个电触点；
图8B是根据另一实施例的具有致动套环的空气连接机构的分解立体图，该致动套环将母连接器(卡车/耦合器侧)锁定到公连接器(拖车/接收器侧)；
图8C-8E是图8B的机构的侧截面图，示出了分别在断开、连接和锁定状态下将母连接器连接和锁定到公连接器的连接过程；
图9是根据一实施例的具有用于连接(例如)气动紧急制动服务的安装在卡车的探针和安装在拖车的接收器的示例性AV堆场卡车和拖车侧视图，其中探针安装在张紧的电缆和线轴组件上，以允许拖车相对于卡车转动；
图10是包括图9的电缆和线轴组件的探针和接收器配置的更详细的侧截面图；
图11是根据一实施例的处于挂接配置的AV堆场卡车和拖车的后视图，其示出了用于连接(例如)气动紧急制动服务的安装在卡车的探针和安装在拖车的接收器，其中，探针安装在与相邻张紧电缆和线轴组件相连的位置，以允许拖车相对于卡车转动；
图12是包括图11的电缆和线轴组件的探针和接收器配置的更详细的侧截面图；
图13是根据实施例的具有用于气动连接的截头圆锥形接收器的拖车的局部后视图，该截头圆锥形接收器用于与AV堆场卡车连接；
图14是图13的锥形接收器的更详细的立体图，其示出了互连的托架组件，该托架组件允许接收器选择性地附接至拖车和从拖车主体得到拆卸；
图14A是示例性接收器的立体图，该接收器具有互连的气动线路/空气软管，气动线路/空气软管与拖车气动线路的现有气动接头相连；
图15是选择性地装卸至托架或从托架脱离的活动夹具的立体图；
图16是图13的拖车的局部仰视图，其示出了插入至拖车底部的槽中的支架端的钩或立柱；
图17是AV卡车和拖车的气动连接系统的立体图，其示出了附接至拖车上的截头圆锥形接收器，以及具有充气环的探针组件，充气环用于将探针和接收器气密密封；
图18是根据一实施例的可移动板的前视图，可移动板用于在拖车上安装用于连接气动和/或电气服务的一个或多个接收器，可移动板包括与拖车底部/下侧的槽接合的一对杆夹式托架；
图19是图18的板和托架组件的侧视图；
图20是图18的板和托架组件的分解图；
图21是根据图18的拖车的底部视图，其示出了拖车的各种操作部件，包括附接在接收器的板、托架组件；
图22是图21所示的附接的板和托架组件的更详细的局部立体图；
图23是根据各种实施例的用于形成气动连接的改进的气动接头的顶部后视图；
图24是图23的改进的气动接头的底部前视图；
图25是图23的改进的气动接头的侧视图，其通过接合到常规气动接头主体的顶部的可移动拇指夹具来固定到常规气动接头(例如在拖车紧急制动线路上)；
图26是根据实施例的AV堆场卡车的后视图，其示出了用于将卡车压力或电连接器连接到拖车接收器的多轴机械臂组件；
图26A是根据一实施例的具有三轴(三重)线性致动器的AV堆场卡车的局部后视图，所述线性致动器适于将耦合器递送到接收器；
图27是根据实施例的AV堆场卡车的后视图，其示出了用于将卡车压力或电连接器连接到拖车接收器的机械框架、伸缩臂，以及末端执行器组件；
图28是根据一实施例的卡车底盘的局部侧视图，其示出了用于将卡车压力或电连接器连接到拖车接收器的多轴机械臂和末端执行器组件；
图28A是根据一实施例的安装在AV堆场卡车的机械手的立体图，该机械手包括具有互连的拖车气动线路(空气软管)和耦合设备的臂/腕/手递送机构；
图28B是示例性AV堆场卡车及挂接到其上的拖车的局部侧视图，其具有图28A所示的臂/腕/手递送机构，以及安装在拖车上的相应接收器；
图28C是与安装在拖车的接收器连接的图28A的臂/腕/手递送机构的侧视图；
图29示出了根据一实施例的将AV堆场卡车挂接到拖车上的大体过程和操作组件的框图，包括使用机械手连接一条或多条服务线；
图30是与自动驾驶卡车一起使用以验证拖车正确挂接的示例性牵引测试过程的流程图；
图30A示出了验证拖车正确挂接的多次牵引测试过程的一部分的单次牵引测试；
图30B是包括重复使用图30A的单次牵引测试程序以验证拖车正确挂接的示例性多次牵引测试过程的流程图；
图31示出了拖车的前面，其示出了根据一实施例的提供在自动驾驶卡车的粗略感测组件操作的粗略位置确定过程中使用的气动制动气动接头连接的相关面板的合适位置；
图32示出了安装在自动驾驶卡车的用于检测相邻拖车的前面特征从而定位其上的气动接头面板的粗略位置感测组件；
图33示出了由图32的感测组件生成的所获取的图像以及其中的用于定位气动接头面板的区域的附图；
图34示出了挂接在自动驾驶卡车底盘上的拖车，其示出了大体根据图32安装在自动驾驶卡车底盘上的精细位置末端执行器，其具有相对于末端执行器定位的精细感测组件，以将其引导至拖车的气动接头上；
图35是安装在自动驾驶卡车底盘上的多轴(例如三轴)粗略定位组件，用于移动机械臂机械手和相关的末端执行器，以便将末端执行器和承载的基于卡车的气动接头连接器定位到由粗略检测系统定位的拖车气动接头面板附近；
图36示出了拖车气动接头的图像，精细感测系统利用该图像来确定姿势以用于操纵机械手末端执行器和相关的基于卡车的气动接头连接器与拖车气动接头接合；
图36A是示例性气动接头垫圈的立体图，其具有增强气动接头垫圈的自动识别、位置和姿势的特征；
图37示出了常规的拖车气动接头，其示出了用于通过自动驾驶卡车及机械手感测组件来识别的气动接头姿势的凸缘独特边缘；
图38示出了具有唯一标签的常规气动接头，唯一标签用于通过自动驾驶卡车机械手感测组件来识别气动接头的姿势；
图39示出了可应用于图38的标签表面的基于基准的唯一标识符；
图40示出了挂接在自动驾驶卡车底盘上的拖车的示意图，其示出了根据一实施例的携带精细机械手的多轴粗略操纵系统；
图41是图40的拖车和自动驾驶卡车的俯视图，其示出了拖车在其挂接件上的旋转角度，粗略操纵系统将精细机械手定位在其中使其末端执行器能够到达拖车的气动接头面板；
图42是图40的拖车和自动驾驶卡车的俯视图，其示出了拖车相对于图处于另一相反的旋转角度的状态，粗略操纵系统将精细机械手定位在其中使其末端执行器能够到达拖车的气动接头面板；
图43是根据另一实施例的挂接在自动驾驶卡车底盘上的拖车的侧视图，其示出了带有精细机械手机械臂的多轴粗略操纵系统，其中机械手系统以收起的方向安装在活塞驱动的铰接平台上；
图44是图43的拖车和自动驾驶卡车的侧视图，其示出了在卡车底盘上处于展开方位的活塞驱动的铰接平台；
图45是根据本文的各个实施例的用于操纵基于卡车的拖车气动接头连接器的多轴(例如6轴)精细操纵机械臂组件和相关的末端执行器的立体图；
图46是基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，该连接响应于相关联的致动器采用夹紧动作，其相对于拖车气动接头处于打开方向；
图46A是图46的基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，其相对于拖车气动接头处于闭合/接合方向；
图47是基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，该气动接头连接响应于机械手末端执行器的运动而采用弹簧加载的，类似夹子的动作，其相对于拖车气动接头处于打开方向；
图47A是图47的基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，其相对于拖车气动接头处于闭合/接合方向；
图48是采用加压配合连接动作的基于卡车的气动接头连接的局部立体图，其相对于拖车气动接头处于接合/连接方向；
图48A是沿图48的48A-48A线的剖视图；
图49是基于卡车的气动接头连接的横截面立体图，该连接采用可充气的，类似插头的连接，其相对于拖车气动接头处于接合/连接的方向，从而机械手通过适当的基于卡车的连接和末端执行器访问互连器；
图50是基于卡车的气动接头连接的立体图，其上具有工业互换连接器，以将基于卡车的气动接头(使用常规的旋转附接技术)半永久地附接到拖车的气动接头；
图51是基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，该连接采用了集成在卡车连接器的线性致动器的夹紧作用，其相对于拖车气动接头处于打开方向；
图52是图51的基于卡车气动接头连接的局部侧视图，其相对于拖车气动接头处于闭合/接合方向；
图53和53A示出了根据本文的各个实施例的使用粗略和精细感测和操纵系统来执行自动驾驶卡车和拖车之间的气动接头(或类似)连接过程的流程图；
图54是仅在自动操作中使用的直连式气动接头适配器的立体图；
图55是根据另一实施例的仅在自动操作中使用的具有柔性连接器的直连式气动接头适配器的立体图；
图56是根据一个实施例的用于接合并将加压空气提供给图54或图55的直连式气动接头适配器的工具的立体图，该工具具有选择性供电的螺线管来实现释放；
图57是图56所示工具与图54所示适配器互连的侧剖视图；
图58是根据一实施例的用于接合并将加压空气提供给图54或图55的直连式气动接头适配器的工具的立体图，该工具采用拉动动作实现释放；
图59是根据一个实施例的用于接合并将加压空气提供给图54或图55的直连式气动接头适配器的工具的立体图，该工具采用拉动动作实现释放并包括圆柱形夹持器接口；
图60是根据一个实施例的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，该适配器还允许卡车侧气动接头连接器的手动互连；
图61是根据一实施例的图60的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，其与夹持器操纵的夹持工具接合；
图62是根据一实施例的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，该适配器还允许使用往复阀、双端口、卡车侧连接器来手动互连卡车侧气动接头连接器；
图63是根据一实施例的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，该适配器还允许使用往复阀和90度附接的双端口卡车侧连接器手动互连卡车侧气动接头连接器；
图64是根据一实施例的用于直接连接到拖车侧空气线路的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，该适配器还允许手动互连卡车侧气动接头连接器，并采用具有双端口卡车侧连接器的集成往复阀；
图65是根据一实施例的用于连接到拖车侧气动接头连接的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，该适配器还允许手动互连卡车侧气动接头连接器，并采用具有双端口卡车侧连接器的集成往复阀；
图66是根据一实施例的用于连接到拖车侧气动接头连接的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，该适配器还允许手动互连卡车侧气动接头连接器，并采用具有双端口卡车侧连接器的位于可加工壳体内的往复阀；
图67是根据一实施例的用于连接到拖车侧气动接头连接的有利于自动操作的气动接头适配器的立体图，该适配器还允许手动互连卡车侧气动接头连接器，并且采用具有丝杠驱动的夹紧构件的键引导夹紧工具来密封卡车侧的气动接头连接器，附图显示为接合前状态；
图68是图67所示布置在接合后的立体图；
图69示出了处于打开的非夹紧位置的图67的夹紧工具的立体图；
图70是自动驾驶(例如堆场)卡车和拖车的侧视图，其被布置成允许使用安装在卡车后方的高分辨率LIDAR设备和相关联的过程(处理器)来挂接在一起，过程(处理器)定位和确定相对于卡车的拖车(中心线)的相对角度；
图71是图69的卡车和拖车布置的俯视图，其示出了相对于后置LIDAR设备的光束图案的拖车起落架和车轮组位置；
图72是图70和图71的拖车的LIDAR设备扫描区域的俯视图，其示出了用于确定相对拖车角度的代表起落架支腿和车轮的点组；
图73是被LIDAR设备光束扫描的图70和图71的卡车和拖车布置的俯视图，其中，拖车中心线与锥形光束/卡车中心线的中心轴几乎成直角，其中一个拖车起落架支腿被遮挡；
图74是自动驾驶(例如堆场)卡车和拖车的侧视图，其布置成允许使用安装在卡车后方的高分辨率LIDAR设备以及相关的过程(处理器)实现挂接，过程(处理器)定位和确定用于挂接到卡车的牵引座上的拖车主销的位置；
图75是图74的卡车和拖车布置的俯视图，其示出了相对于后置LIDAR设备的光束图案的拖车主销、起落架和车轮组位置；
图76是图74和图75的拖车的LIDAR设备扫描区域的俯视图，其示出了代表主销和起落架支腿的点组，用于确定车辆/导航坐标空间内的主销位置；以及
图77是根据图74至图76的使用LIDAR设备来识别和确定拖车主销位置的过程的流程图。
具体实施方式
I.概述
图1示出了示例性运输设施100的俯瞰图，其中，陆运(over-the-road，OTR)卡车(牵引拖车)从远处运送来装载货物的拖车并将拖车送回至原处(或例如仓库等其他位置)。在标准的操作过程中，OTR运输设备与拖车一起到达目的地的警卫室(或类似的设施入口检查站)110。警卫员/值班员将拖车信息(系统中已经存在的拖车编号或QR(ID)码扫描嵌入信息，通常包括拖车品牌/型号/年份/服务连接位置等)输入到设施软件系统中，设施软件系统是服务器或其他计算系统120的一部分，其位于异地或完全或部分位于设施建筑综合体122、124内。综合体122、124包括周边装载站台(位于建筑物的一侧或多侧)、相关的(通常是高架的)货物入口和门，以及地上仓库，所有这些都以运输、物流等领域的技术人员所熟知的方式布置。
如简化的操作示例所示，在OTR卡车到达后，警卫员/值班员会指示驾驶员将拖车运送到指定停候区130(此处显示为按照设施的总体布局并排停放有大量拖车132的区域)的特定编号停车位。通常在公司的综合堆场管理系统(yard management system，YMS)中更新拖车数据和停放状态，该系统可以存储在服务器120或其他位置。
在驾驶员将拖车停放到停候区130的指定停车位后，他/她将断开服务线并确保连接器处于可接近位置(即是否可调节/可密封)。如果拖车配备有平开门，可以在堆场人员的指示下，打开拖车门并将门夹紧在打开位置。
在一定时间后，将停候区130中的(即，已装载的)拖车挂接至堆场卡车/牵引车(在本申请中为自动驾驶车辆(autonomous vehicle，AV))。当卸载指定拖车时，AV堆场卡车被分派至其标记的停车位以取回拖车。当堆场卡车向后退至拖车时，堆场卡车使用一个或多个安装的相机(例如，标准或自定义相机、2D灰度或彩色像素相机、基于图像传感器的相机)，和/或其他关联的(通常是3D/范围确定)传感器(例如GPS接收器、雷达、激光雷达(LIDAR)、立体视觉传感器、飞行时间摄像头、超声波/激光测距仪等传感器)来实现以下功能：(i)通过读取拖车编号或扫描QR码、条形码或其他类型的编码标识符来确认拖车身份；(ii)将卡车的连接器(connector)与相应拖车的接收器(receptacle)对齐。所述连接器的非限制性示例包括驾驶室牵引座与拖车主销的连接、气动线路，以及电线。可选地，在上拉AV堆场卡车并与拖车初始对齐期间，还可以使用安装在堆场卡车上的相机进行拖车检查，例如检查是否损坏、确认轮胎充气状态并验证其他安全标准。
挂接的拖车被AV堆场卡车牵引至设施124的卸载区140。拖车被倒入该区域的装卸平台，并且敞开的后侧紧靠设施的入口和货舱门。然后，采用手动和自动技术将货物卸下拖车以放入设施124。在卸载期间，AV堆场卡车可以保持与拖车的挂接，也可以从拖车断开从而执行其他任务。在卸载之后，AV堆场卡车最后将拖车从卸载区140移出，或将其送回至停候区130，或将其运送到设施124的装载区150。后侧平开门(或其他类型的门)为打开状态的拖车被放回装卸平台，并使用手动和/或自动技术从设施124装载货物。AV堆场卡车可以再次挂接装载拖车，并将其从装载区150牵引至停候区130从而最终由OTR卡车搬运。在这一过程的每个步骤中，使用AV堆场卡车上的传感器和/或其他手动或自动数据收集设备(例如地面和/或空中摄像无人机)进行适当的数据跟踪和管理。
如上描述了在设施内搬运拖车的一般技术，现在参考图2至图4来说明与下文所述的各种实施例一起使用的示例性堆场卡车200和300。堆场卡车200(图2)由柴油或其他内燃燃料提供动力，并且，堆场卡车300(图3和图4)使用适当的可充电电池组件供电，该电池组件以本领域技术人员熟知的方式工作。为了进行描述，可以通过充电电池向AV堆场卡车供电，但也可以使用其他任意动力源(或其组合)为该单元提供移动性。值得注意的是，每个示例性堆场卡车200、300分别至少包括驾驶室部分210、310(完全自动驾驶版本中可以省略)；方向盘(以及其他手动控制装置)212、412；以及底盘220、320、420，底盘包括前转向轮222、322和至少一对后驱动轮224、324(在本文中示出为具有更大承载能力的双轮布置)。各个底盘220、320还包括所谓的牵引座240、340，牵引座240、340(特别参考图3和图4中的卡车300)被布置为具有面向后侧的狭槽344(图3)的马蹄形的垫342、442，狭槽344的大小和布置用于接收位于标准拖车(未示出)底部的主销挂接件(在下面将进一步示出并描述)。如图2所示，牵引座240、340、440趋向后方向下倾斜，从而有助于卡车倒车至拖车时的斜坡作业。如图4所示，牵引座440被杠杆臂组件442抬起，由此，可以如下所述地允许拖车的起落架(在附接时)在被卡车400牵引期间离开地面。杠杆臂组件442或其他牵引座的抬升机构可以使用本领域技术人员已知的适当的液压抬升致动器/机构，使得所挂接的拖车前端被抬起。在该抬起方向上，卡车和拖车之间的挂接被固定。
如上大体所述，AV堆场卡车可以包括各种传感器，这些传感器允许其以实质上或完全不受人为干预的自动方式在车场中导航并挂接至拖车/从拖车上分离。除了发出取回或卸载拖车的命令之外，没有人为干预，而发出命令也可以由YMS通过服务器120使用卡车和卡车之间的无线数据传输160(图1)(还包括例如基于WiFi等的适当的无线网络收发器)来实现。
值得注意的是，图2、图3和图4的AV堆场卡车200、300和400分别包括紧急制动气动软管250、350、450(通常为红色)；行车制动气动软管252、352、452(通常为蓝色)和电气线路254、354、454(通常为黑色)，在本示例中，这些软管从驾驶室210、310、410的后侧延伸并以常规(手动连接)的布置悬挂在驾驶室侧前方。由此，在上述操作过程中，在从拖车上连接和断开软管/线路时可使堆场工作人员进入。如虚线框所示，AV堆场卡车200、300、400分别包括控制器组件270、370和470。控制器270、370、470可以驻留在卡车上的任何可接受，或其他位置。控制器270、370、470分别与一个或多个传感器274、374、474互连，所述传感器274、374、474感应并测量堆场的操作环境，并通过收发器向设施(例如，YMS、服务器120等)提供数据160或从其获得数据160。卡车200、300、400的控制可以完全在控制器270、370、470内独立实施，控制器接收任务计划并决定适当的操作(例如启动、停止、转弯加速、制动、前进、后退等)。或者，控制决定/功能可以分布在控制器和远程控制计算机(例如服务器120)之间，远程控制计算机计算卡车的控制操作并将它们作为数据传输回来，这些数据由卡车的本地控制系统操作。大体上，可以根据所期望的结果在本地控制器270、370、470和设施系统服务器120之间适当地分配对于卡车操作的控制。
II.堆场卡车和拖车之间的气动线路连接
A.探针和接收器组件
建立一个在地面操作过程中实质上或完全不受人为干预的AV堆场卡车和拖车系统的特殊挑战是在卡车和拖车之间以可靠和准确的方式自动连接/断开软管和电线。图5至图8示出了由AV堆场卡车502和拖车504组成的基本布置500。可以在传统拖车布置的基础上进行如下的增加和/或修改，从而使其在AV堆场环境中工作。图中所示的卡车502和拖车504通过至少一个连接器(例如气动紧急制动线路)510挂接在一起。在堆场里牵引拖车时，堆场卡车通常只建立紧急制动连接，但也可以考虑额外连接行车制动器以及电线等。本文中用于单个气动线路的连接布置510包括：接收器组件520，其永久地或临时地安装在拖车504的前部522；以及探针组件530，其从卡车驾驶室534的后面532延伸。在该实施例中，连接布置510在从卡车到拖车的一个气源气动线路(例如，紧急制动器)之间提供强制密封的加压耦合。压力产生于卡车侧(通过泵、压力罐等)，并在由卡车控制系统270、370启动时被传递到驱动拖车制动器的部件。
接收器组件520和探针组件530是相互接合的截头圆锥形，其中，探针头540被安装在半刚性软管构件542(例如大约1.5-4.5英尺)的端部，半刚性软管构件542的端部可以由高高安装在卡车驾驶室的后部的一个或多个牵索支撑。当卡车直接倒退到拖车上时，圆锥形足够实现探针头540和接收器520之间的连接。特别参考图8，本实施例的接收器直接附接到拖车504的前面522，并且包括中心孔810，中心孔810在侧面安装端口(其可以用螺纹连接，也可以采用其他方式连接标准拖车压力线路)和压力快速断开(公)接头822之间延伸。上述接头的几何形状对于本领域技术人员而言是公知的。探针头540还包括孔830，孔830连接到邻近的接头832，邻近的接头832将半刚性软管构件542耦合到探针头540。在本实施例中，半刚性软管构件542的近端附接到基座840，基座840固定在卡车驾驶室534的后面532。基座840的位置被选择为当拖车和卡车前后直线对齐时与接收器520对齐。如下所述，可以采用各种机构来将探针头540对准并引导至接收器。基座840还包括侧端口842，侧端口842与AV卡车制动压力源/电路互连，并且在启动制动器时被选择性地加压。圆锥形探针540的远端包括快速断开压力(母)连接器850，连接器850适于与接收器的连接器822密封配合。当探针连接器850在轴向上被驱动至与接收器的连接器具有足够距离时，可以被锁定到接收器的连接器822上。接收器的连接器可以包括一个或多个外缘止动件和适当的内部弹簧，在探针连接器的构造中可以使用套环和滚珠轴承来接合止动件并由此影响连接器822、850之间的互连密封。可替代地或附加地，可以使用气动和/或机电锁定机构将连接器锁定在一起。连接器822、850在断开期间的解锁可以通过简单地将布置拉开来实现，由此克服轴向阻碍的锁定力，激活气动和/或机电解锁机构或任何其他允许机构解锁的机械动作。锥形探针和锥形接收器的直径和角度是可变的。在一个实施例中，接收器520和探针540的端口812和842连接到软管，这些软管可以直接插入拖车和卡车上的气动线路中。可替代地，端口812、842可各自连接至软管，所述软管均包括常规的或改进的(如下所述)气动接头(glad hand)连接器。气动接头与标准气动线路气动接头永久或临时(对于拖车而言)互连。
探针540和接收器520可以由多种材料制成，例如耐用聚合物、铝合金、钢或它们的组合。连接器822和850可由黄铜、钢、聚合物或它们的组合制成。它们通常包括一个或多个(例如)由聚氨酯或其他耐用弹性体制成的O形密封圈。半刚性软管542可以由聚合物(聚乙烯、聚丙烯等)或具有纤维或钢增强护套的天然或合成橡胶制成。
如在图8A的实施例中简要示出，接收器860和探针870(其操作类似于上文所述的探针540和接收器520)可以包括电触点，例如在探针870的圆锥形外表面形成的多个轴向间隔开的同心环880、882、884，当探针的连接器872(以虚线显示)和接收器的连接器862(以虚线显示)完全接合时，同心环880、882、884与形成在接收器860的圆锥形内表面上的相应环或触点890、892、894接触。这样就可以完成拖车电气组件(灯，信号等)与卡车上的开关电源之间的电气连接。可以从探针和接收器延伸出来适当的插头和插座，由此互连标准的卡车和拖车电线。应注意，在替代实施例中，可以结合气动探针和接收器，或者与气动探针和接收器分离来使用多种替代的电气连接布置。
图8B至图8E的实施例示出了能够通过电驱动在锁定状态和解锁状态之间选择性地进行改变的连接器/耦合器组件880。组件880适于与上述探针和接收器组件或下文所述实施例中的其他耦合器和接收器布置相互操作。耦合器组件880包括公耦合器881，其可以是接收器或探针的一部分。在该实施例中，耦合器881包括传统的(例如)1/2英寸NPT螺纹、螺纹管、空气线路(airline)快速断开接头，以及一个或多个整体环形锁定槽882。槽882可以限定为半圆形截面形状。整体组件880的母部件适于可释放地连接并锁定到公接头881，公接头881形成为滑动快速断开接头。在该实施例中，内套筒884的尺寸被设置成当耦合在一起时可以在公接头881上滑动。一组外缘(例如)滚珠轴承885位于围绕套筒884的圆周形成的孔886中。滚珠轴承885的尺寸被设置为当滚珠轴承885被完全放置在套筒的外缘孔886中时，其与槽882可以实现接合。由此形成锁定接合。弹簧887位于内套筒884的后面。当覆盖的铁或钢(磁性)套筒888完全向前抵靠内套筒884的前肩889时(见图8E)，滚珠轴承885被迫进入接合位置。通过弹簧来提供该锁定偏压，该弹簧还支撑在后侧管接头891上。在该位置，磁性套筒888的内表面被布置成迫使滚珠884向内抵靠公接头的槽882。因此，在母部件和公部件之间形成了充分锁定。作为母耦合器的一部分，O形密封圈890密封该锁定布置以防止发生空气泄漏(从而形成加压连接)。
值得注意的是，外部环形(或其他形状)套筒892包括例如螺线管的电磁线圈。当通电时，该线圈迫使磁性套筒888轴向向后(抵抗弹簧887的偏压)移动，并使滚珠轴承885与环形槽893在磁性套筒888的前内表面内对齐。该环形槽允许滚珠轴承885从孔886中充分径向向外浮动由此从公接头槽882分离，从而使得公接头相对于母接头轴向运动。在图8C和图8D中示出了该解锁状态。
在操作中，电流通过从AV堆场卡车控制器等接收信号的继电器或其他开关被传递到外套筒/螺线管892。母耦合器组件中可以包含足够功率的车载电池(未显示)。另外，也可以通过AV堆场卡车的电气系统供电。由此，实现图8C所示的磁性套筒的轴向向后移动。当装配接头相对于内套筒884轴向向内运动时，该位置允许滚珠轴承885径向向内移动(如图8D所示)。在该步骤中，外套筒/螺线管892仍由开关和电池供电。一旦完全接合，开关将断开电池连接，并且弹簧887将向前驱动磁性套筒(因为其不受磁性螺线管的偏压)。因此，滚珠轴承885会碰到磁性套筒884内表面的非凹入部分，并被径向驱动至公接头的槽882中，从而形成如图8E所示的密封锁定。
当外套筒/螺线管892再次由开关/电池供电(通常基于来自控制器的信号)时，公接头881会断开。在各种实施例中，公接头881、内套筒884和后基座接头891可以由非磁性材料制成，例如耐用聚合物、黄铜、铝、钛、镍等。本领域技术人员还应清楚的是可以对图8B至图8E的组件实施一系列变化，如螺线管通常被锁定、弹簧导致解锁状态，以及可以改变部件的布置等。在一实施例中，公接头(未通电)可以是拖车的接收器的一部分，母接头(已通电)可以是AV堆场卡车的气动线路的一部分。因此，通过本文所述的各种技术之一(例如，机械臂、机械手、框架等)，可以使母耦合器与公接头接合。
B.连接至卷轴的探针
图9和图10示出了根据另一实施例的具有与AV堆场卡车910和拖车920一起使用的气动连接930的布置900，其中，探针组件940附接到卷轴或线轴942上。从这种布置可以发现，在转弯期间(即，主销以虚线轴线924为中心围绕牵引座914旋转)，拖车前面922通常远离驾驶室后面912。这种情况在图6中也有显示，其中，接收器520与探针540的间隔距离很大。为了解决在转动期间接收器950和探针940(图9和图10的实施例)之间的间距变化问题，并且更具体地，为了解决卡车和拖车之间的位置偏移，探针940被安装在半刚性管944上，即(在该实施例中)没有任何空气导管。示例性截头圆锥形探针940包括侧端口1020(图10)，侧端口1020将空气引导至在探针近端处的(例如母)压力连接器1030。探针侧端口1020以类似于上述探针540的方式互连到卡车压力线路。该连接器和相关联的接收器950组件在其他方面类似于图5至图8，并根据类似操作进行互连。即，卡车后退至拖车，而探针940和接收器950直线对齐。然后，探针940通过截头圆锥形的各个表面相互接合而被引导至接收器950，直到在相关的压力连接器之间产生绝对锁定为止。如图5至图8的实施例所示，当连接器被偏压在一起来形成锁定时会产生失稳，而半刚性管944的刚度足以防止由此引起的失稳。一旦锁定，当拖车920相对于卡车910移动而使探针940张紧时，从连接到管944的近端的线轴942放出电缆来释放张力。线轴942可采用弹簧加载，使其在管944和相关探针上始终保持适当张力。从气动源附接到探针侧端口1020的软管可以是柔性的(例如，如图2大体所示的包含弹簧线圈)，或者可以吸收拉伸和收缩。应注意，管的近端包括(正)截头圆锥形的端部构件1040，其与线轴942上的(负)截头圆锥形的接收器1050相配合。当探针被偏压到接收器950中时，该组件为管944形成止动块，并确保线轴电缆1032在完全缩回时将电缆完全拉回到线轴942中，而不会在管944底部附近形成任何扭结。可以以各种方式构造线轴，例如可以构造成包裹/缠绕的发条式弹簧，或者构造成在预定的转数上产生预定的扭矩(本领域技术人员的公知)的适当的传动装置。线轴942可以根据普通的张力进行电动操作、放出电缆并将其收回。在该实施例中，线轴942既用作电缆(1032)的卷绕装置，又用作单个单元中的探针组件940的基座。应注意，线轴是市售组件。另外，压力连接器也是市售组件，例如在标准气动软管应用中使用的部件。
图11和图12的实施例进一步详细描述了布置1100，如上所述或根据另一实施例(如下所述)，拖车1110包括接收器(未示出)，并且，卡车1120包括适合如上所述可拆卸地接合接收器的探针组件1130。探针组件1130的头部1132包括一个侧面安装的压力端口和相关的软管1140(例如，卡车1120的常规出口1142的紧急制动气动线路)。如上所述，探针的头部1132被安装在半刚性管1150上，并具有适于按照如上所述的方法固定在合适的(负)截头圆锥形的接收器1230上的(正)截头圆锥形端部构件1220。接收器永久或临时固定在卡车1120的背面。端部构件1220提供用于张紧电缆1240的锚，并且该电缆1240穿过接收器1230延伸至外部弹簧缠绕的线轴1250。线轴以如上所述方式在探针组件1130上施加适度的张力。可以通过任何可接受的技术来构造线轴1250，线轴1250是市售的部件。线轴1250也固定在卡车表面的适当位置。可以提供管槽使得电缆1240穿过接收器到达线轴1250(例如间隙1260)。
C.可移动接收器组件/备用压力连接
图13、图14和图14A示出了由可移动接收器组件1310构成的布置1300，该接收器组件可变地安装在拖车1330的前面1320。如图所示，夹紧组件或其他形式的安装托架1350可以临时或永久地固定在拖车，并将接收器(在本示例中为截头圆锥形)1310定位在拖车1330的前面1320。在操作实施例中，夹紧组件1350可以附接到警卫棚(图1中的110)的期望位置，以便提供所需的可自动操作的气动连接。作为附接的一部分，可以将气动软管(虚线1360)连接到拖车1330的常规端口1370。可以从接收器1310延伸出来的连续软管，或者通过在单独的(常规)拖车气动软管和接收器软管之间的中间连接件(方框1380)将气动回路引导至端口1370。可以使用传统或定制的气动接头连接器布置来实现中间连接件1380。在下面的图23至图25中进一步详细描述了改进的气动接头布置。
如图14A进一步所示，快速断开公接头1420(例如与图8B中的接头881相似或相同)同轴位于接收器壳体1430的圆柱形或截头圆锥形孔1432内。接收器壳体1430可以由多种材料制成，例如铝合金、钢、聚合物或材料组合。壳体可以直接固定到拖车主体(例如，如上所述地沿着前面)，或者如下文所述地使用安装板组件进行固定(参见图18至图22)。接头1420可直接或通过壳体内的端口布置连接到拖车气动线路1440(例如紧急制动线路)。阀旋钮1442或其他压力调节系统(例如安全阀)可以被集成在壳体端口系统中。可以将大体表示为手柄1446的各种附接件、托架、附件安装件，开关应用于接收器壳体1430，手柄1446可以安装在螺纹孔或其他结构中。
进一步参照图15和图16，夹紧组件1350可以包括板1510，板1510沿着杆1520滑动(双箭头1522)，并且可以使用任何适当的机构(例如夹持器、夹子、旋转螺钉等)将板1510相对于杆锁定。杆1520终止于位于杆1520的最末端的立柱或挂钩1530。应注意，该实施例中的接收器可以类似于上述接收器，包含用于与适当设计的探针一起使用的内部压力连接器。替代地，接收器可适于容纳图17所示的替代形式的连接器。立柱/挂钩1530向上延伸到拖车1330的底部1390的狭槽、台阶或孔1610中。当夹具被拧紧时，立柱/挂钩接合狭槽/台阶/孔1610的前边缘(如图16所示)，并且板1510抵接在拖车1330的前面1320。以这种方式，当位于堆场中时，板1510和相关的接收器1310被牢固地附接到拖车前面的期望位置。当将拖车放置到仓库、离开堆场或挂接到OTR卡车上时，夹紧组件1350可以在(例如)警卫棚从拖车1330拆下，并通过传统的方式连接到拖车的气动线路和电线。板1510可以包括摩擦背衬(例如硅树脂、橡胶或氯丁橡胶层/片)，以避免损坏拖车表面，并在夹紧后防止移动。
如上所述，夹紧或以其他方式固定的接收器可以采用快速断开压力连接器(例如参见上述图8B至图8E)，或者可以采用替代布置。如图17的布置1700所示，探针组件1710可以定义一个由适当材料(例如金属、聚合物等)制成的(正)截头圆锥形探针头1720，如上所述，(正)截头圆锥形探针头1720与(负)截头圆锥形接收器1730配合，接收器1730的内部几何形状可以容纳位于探针头1720近端的膨胀的充气锁环1722。当施加压力时(在连接过程中，可以轻压气动线路或打开的独立压力源)，锁环1722膨胀以抵靠(例如)接收器的环形肩部1740，从而将探针和接收器密封锁定在一起。以这种方式，该布置可以抵抗拉力并进行气密压力密封。在该布置中，可以提供带有或不带有(没有)快速断开锁定机构的额外的内部压力连接器。
应注意，也可以使用适当的电动和/或螺线管操作的致动器来实现本文的任何实施例所述的压力连接的密封锁定和解锁。
参照图18至图22，其示出了卡车的气动线路和拖车的气动线路(图21中的2100)之间的可分离的接收器或其他形式的可移除连接，以及可选地电线(未示出)。应注意，布置1800可以用于携带多个气动压力和电动的接收器/连接器。在本实施例中，单个接收器2110安装在布置1800的板1810上，并具有单个侧面安装的端口2210(图22的突出显示的2200)，以通过标准/常规端口和软管与拖车(例如)制动系统的空气软管互连。该板可由任何可接受的材料制成，例如金属(例如铝、钢等)、聚合物(例如聚碳酸酯、丙烯酸、PET、POM等)、复合材料(例如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)或材料组合。在示例性实施例中，板包括上部半圆形延伸部1820和下部矩形底部1830。板的上部延伸部1820和底部1830的形状可以是多种可能的几何形状之一。上部延伸部的形状和尺寸适于容纳接收器(或其他连接器)，接收器可以通过粘合剂、紧固件、夹具和/或其他附接机构安装到其上。矩形底部1830的宽度WB尺寸应足够将夹具组件1840放置在适当的槽2120中，该槽通常位于拖车底部2130靠近前面2140的位置。在一实施例中，底部1830的宽度WB大约在1到2英尺之间，在替代实施例中也可以定义较小或较大的尺寸。
每个夹具组件1840安装在板1810的底部1830上的横向位置并横穿水平狭槽1850。每个夹具组件包括杆1842，并且夹具构件1844在杆1842上滑动。夹具构件1844为杆夹的形式，其随着使用者反复挤压手柄1848而沿着夹紧方向前进(箭头1846)。可以通过触发释放装置1850释放夹持压力，并且夹具可以沿箭头1846相反方向移动至进一步打开的状态。杆包括与拖车底部2130的狭槽2120接合的挂钩或立柱1852。每个夹具构件1844的上部包括凸缘1854，凸缘1854与横向调节板1860上的螺栓1858相互接合，当凸缘1854固定到板上时，横向调节板1860抵靠板1810的相对侧。横向调节板1860的螺栓1858穿过板1810的狭槽1850，并通过螺母1864固定至凸缘1854。螺母可以是(例如)标准六角螺母、蝶形螺母或螺纹杆(为了易于安装)。横向调节板1860还包括围绕螺栓1858的至少四个销钉1866。这些销钉适于安置在位于板1810的每个狭槽1850上方和下方的孔1870中。以这种方式，可以沿着板1810横向地(水平地)调整和固定相应组件1840的夹具构件1844，从而定位每个立柱/挂钩1852以接合拖车底部2130的狭槽2120。板1810的背面可包括弹性(例如氯丁橡胶、橡胶、泡沫)背衬1910，当将板1810牢固地夹持在拖车前面2140时，背衬1910可抵抗滑动摩擦，并保护面2140免受磨损和刮擦。背衬1910可包括切口2030，可以通过切口2030沿着相应的板的狭槽1850调节夹具组件1840。
在替代实施例中，通过将板直接附接到每个杆的前端并提供单独的可夹持的夹具构件来减轻杆的向前延伸，其中，夹具构件单独地接合拖车的前面。在这样的布置中，板向前浮动以适应拖车面。还可以明确设想其他布置，其中，夹具与拖车底部的狭槽接合，并由此固定包含连接器的竖板。
在替代实施例中，可使用(例如)紧固件将拖车上的接收器安装在拖车前面的优选可用位置，紧固件可以是相互接合的织物片和/或胶带紧固件，包括但不限于工业级钩环带/片和/或Dual-LockTM可重复使用紧固件(可从明尼苏达州明尼阿波利斯市的3M公司购买)或类似的机构，以作为可当场拆卸(或永久固定)的设备。在一实施例中，接收器还标记有边界识别图案，测距/定位软件可利用该图案定位机械臂(robotic arm)并对准耦合设备，其中，机械臂可拆卸地承载AV堆场卡车的连接器/探针/耦合臂。
为描述本说明的其他部分，通过非限制性示例进一步描述图21所示的拖车2100。拖车后部2150可以包括平开门或滚动门等多种类型的门(未示出)。在主体的后下方设置有车底保护结构2160。邻近后部2150示出了车架布置(bogey arrangement)2170形式的一组车轮2172。可移动起落架组件2180设置在拖车底部2130的靠前方的位置。主销2190位于底部2130靠近前面2140的位置。
D.改进的气动接头(Glad Hand)连接器及其用途
图23至图25描绘了用于本文的气动连接布置的各种实施例中的改进的气动接头连接器2300。大体上，气动接头被改进成夹具，以便能够使用统一可接受的气动接头自动连接到拖车。由此，当前的绝大多数拖车，无论其型号/品牌都无需进行特殊改装就能够与本文所述的AV堆场卡车及其自动拖车连接系统集成在一起。与常规的气动接头兼容的改进夹具包括带有橡胶索环2320的基座2310，基座2310可选地包括从标准橡胶索环2320突出的中空中心锥体(虚线构件2322)(用于插入气动接头、与气动接头对齐，并允许空气通过)。在替代实施例中，可以省去中心锥体，而使用当与相对的气动接头索环接合时会更多地被压缩的常规索环几何结构或另一种改进的几何结构(例如，具有更明显轮廓)。
拇指状夹具(或“拇指”)2330被设置在改进的气动接头2300的入口2340处的旋转U形夹2332(双箭头2334)上，由此，在被锁定时朝着索环2320旋转，在被释放时旋转远离索环2320。特别如图25中所示，改进的气动接头2300与标准气动接头2500(例如拖车气动系统的一部分)互连。如图所示，拇指2330压紧标准气动接头2500的顶部2510，并且不使用传统的通过旋转锁定的锁定肩部2530，因此改进的气动接头省略该构件。相反，在该实施例中，通过拇指2330的加压接合来确保相对气动接头之间的密封。通过适当的旋转驱动机构在接合位置(如图所示)和释放位置(未显示，其旋转脱离了与标准气动接头的接合)之间驱动拇指2330，旋转驱动机构可以是直接驱动器或齿轮旋转的螺线管和/或步进电动机2350，其包括位置锁或旋转气动致动器。替代地，可以将线性致动器或其他力转换机构与适当的连杆、齿轮装置等一起使用。当建立或释放连接时，致动器2350从车辆的整体控制系统的适当控制器接收信号。
在进一步的实施例中，可以磁化气动接头主体(或其一部分)或与磁体一起提供(例如强大稀土)，从而通过磁辅助与拖车气动接头对准并实现强制压力密封。这种磁性连接也有助于其他类型的连接器(例如上述探针和接收器的连接器组件)的连接和对准。
在各种实施例中，改进的气动接头可直接用于AV堆场卡车的气动系统与自动挂接/脱离拖车的互连。可以使用多种机制来执行该操作。同样，可以与适当的引导机构/系统配合使用上述连接或其他连接形式，引导机构/系统可以与各种传感器或卡车后面(例如相机、LIDAR、雷达等)集成在一起。
在本文描述的任意实施例中，可以预期的是，接收器可以与常规的(例如，气动接头)连接器和/或电连接器共存。Y形连接器(未显示)可以被连接至接收器和常规拖车连接器，常规拖车连接器的示例有与OTR卡车或常规堆场卡车上的常规空气系统集成的标准或定制的气动接头。Y形连接器可以包括适当的阀门和通风装置，从而在需要时进行密封，但也可以让空气逸出以适当降低系统压力。可以采用常规设计的电池供电的空气阀或与电气系统连接的空气阀(例如线性或旋转螺线管驱动的阀)。这使得接收器组件可以充当真正的改装套件(retrofit kit)，其可以被安装在拖车上，并且在拖车离开堆场时与拖车保持在一起，或者对于本实施例的频繁进出自动化设施的拖车而言，可以在场外安装在拖车上。
E.拖车气动和电气连接器的自动引导
图26示出了具有常规底盘底座2610的AV堆场卡车2600，底盘底座2610具有牵引座2612，并且，驾驶室2620位于底盘底座2610前面。牵引座2612前面的区域2630具有足够的空间(在驾驶室2620的后面2622和挂接的拖车(未显示)的前面之间)来容纳机械框架(robotic framework)2640。在该示例实施例中，框架2640包括固定至底盘底座2610适当位置(例如如图所示偏向左侧)的立柱2642。立柱2642可以固定成保证机械框架2640稳定性的各种方式，例如，如图所示通过螺栓连接至法兰2644来实现固定。立柱2642提供使水平杆2646沿其垂直移动(双箭头2648)的轨道。可以通过驱动螺钉、齿条和小齿轮系统、线性电动机或允许在预定距离(例如，每个方向上约1-2英尺)内移动的任何适当的电气和/或气动机构来提供运动。水平杆2646还可以支撑指向后方的伸缩臂2650，使其(相对于卡车2600)从左向右水平/横向移动(双箭头2652)。臂可以使用本领域技术人员公知的各种机制从前到后水平移动(双箭头2654)，从而在预定运动范围内将末端执行器2656(“耦合设备”)精确置于x，y，z轴坐标(轴2660)。末端执行器可以携带如上所述的改进的气动接头或探针，从而附接到拖车的气动接头或(例如)接收器。安装在末端执行器上的耦合设备2658具有侧端气动软管2662，即软管本身与驾驶室2620的后面2622的车辆端口2664相连。即，末端执行器2656通过控制器2670移动，该控制器2670接收来自上述类型和功能的传感器2672(相机、激光测距仪等)的输入。这些传感器确定拖车连接器在3D空间中的位置(例如完成挂接后)。
在操作中，可以通过2D或3D相机形式的传感器2672使用机械框架2640来部分地引导伸缩的末端执行器2656及相关联的连接器2658(例如改进的气动接头)的对准。还可以使用(例如)QR码/条形码或其他适当的可扫描ID码、RFID或其他数据显示系统从拖车上读取有关拖车类型和接收器精确位置的更详细信息。该嵌入值可以提供接收器的精确x、y、z坐标位置，并且可选地，可以提供分别绕x，y和z轴的旋转的θx、θy和θz。在一实施例中，可以根据固定点来计算位置，固定点例如代码标签本身、主销、拖车主体边缘和/或拐角等。在另一实施例中，接收连接器被无源反射贴纸(passive reflective stickers)的特定图案围绕，无源反射贴纸可固定在接收连接器的特定位置上。
如上所述，可将常规或定制的无源或有源RFID贴纸/应答器或其他可跟踪信号设备直接放置在拖车连接器(例如，气动接头)上，以帮助末端执行器2656将连接器2658精确地输送到对准位置。可以在警卫室登记时设置贴纸，也可以在OTR连接器断开时由驾驶员设置贴纸。
图26A中示出了安装在AV堆场卡车2660的后部的机械手(robotic manipulator)2670的另一实施例。机械手2670还适合处理AV堆场卡车的服务连接器(例如紧急制动气动线路连接器)，并定义了三个正交的运动轴。它由水平的、基本线性致动器或电动机2672组成，致动器或电动机2672携带往复运动件2674向前和向后运动足够的距离，以便向后到达拖车(未显示)上的接收器，向前消除拖车的摆动(例如，在典型的实现方式中，至少运动大约1-4英尺)。往复运动件2674支撑垂直线性电动机2676，垂直线性电动机2676向上和向下(如垂直移动大约1-3英尺)移动正交布置的水平线性第三电动机2678。第三电动机2678包括安装板2680，安装板2680包括夹持器或其他手柄组件，夹持器或其他手柄组件在一个或多个自由度(例如1-3英尺)内移动，并选择性地夹紧服务连接器从而将其插入拖车接收器/耦合器。线性电动机可以通过多种技术来实现。例如，每个可在一端包括驱动丝杠(leadscrew)的步进电动机或伺服电动机2682。可以在替代布置中使用例如齿条和小齿轮系统的其他机构。与本文的其他机械手相同，每个轴的运动范围或自由度应足够确保在卡车运输过程中，包括在转弯过程中拖车发生摆动时，机器人不会干扰正常操作，并且，在挂接和勾起期间，还要确保机器人的气动接头或末端执行器可以触及连接器/耦合器，并将携带的连接器/耦合器插入拖车的相应接收件/接收器。
图27示出了根据另一实施例的具有自动连接系统2710的AV堆场卡车2700。系统2710采用U形框架2720，U形框架2720具有位于驾驶室后面2730的相对两侧的相对立柱2722，以及安装在底盘2732上的底杆2724。立柱2722分别承载齿轮架，齿轮架通过伺服或步进驱动的小齿轮接合在横杆2740的各相对侧上。横杆2740基于来自控制器2750的控制输入而上下移动(垂直地，如双箭头2742所示)，控制器2750通过后向安装在驾驶室的相机2752和/或合适的传感器类型来接收拖车连接器的位置信息。具有适当末端执行器2764(和/或直接与臂相连的连接器/气动接头)的伸缩臂2760基于控制器来使用(例如)丝杠驱动器、线性电动机或齿轮和小齿条系统横向移动(水平地，如双箭头2762所示)。由本领域技术人员公知的另一种电动机或致动系统提供伸缩，从而提供至少三个运动自由度。末端执行器2764可选地包括铰接接头、转向节和/或其他本领域技术人员公知的动力/移动结构(在本实施例和图26的实施例中)。框架系统2710可以是定制的，或者完全/部分基于现有市售系统，例如印刷伺服框架(printing servo frame)。
简要地参考图28，自动连接布置2800可以包括市售的(或定制的)，适于外部/极端环境的多轴机器人2810。这样的机器人的设计和功能对于本领域技术人员而言是公知的。大体上，机器人2810安装在卡车驾驶室2822后面的底盘上。机器人2810与从一个或多个传感器2832接收输入的控制器2830通信。如上所述，传感器2832可用于识别拖车连接器及其相关联的3D位置、末端执行器2840的3D位置以及相关联的由该末端执行器携带的连接器2842的3D位置。如图所示，连接器2842连接到软管2844，即同样地连接到卡车的气动和/或电气系统。末端执行器是充分铰接的(例如5轴或6轴)机械臂(robot arm)2850和基座2852的远端部分。其由来自控制器2830的命令伺服(即，使用感官反馈对其进行引导)。在采用2D或3D相机传感器时(在此处的任何实施例中)，它们可以被连接到视觉系统2860。可以使用各种市售的视觉系统(通常基于图案识别)进行操作，并根据(例如)3D数据模型进行训练。可从许多供应商处获得此类系统，例如马萨诸塞州内蒂克的康耐视公司(CognexCorporation)。这些系统包括用于机器人控制的模块。
当使用全铰接的多轴机器人时，可以使用改进的或常规的(例如标准旋转锁定气动接头)连接器2842。当使用常规连接器时，可以训练机器人2810沿其多个轴移动包含连接器的末端执行器，并且其中，机械臂2850和基座2852被训练成在连接过程中将气动接头对齐并旋转(例如)至安全锁定/密封位置，并在断开连接时反向旋转/解锁气动接头。
图28A至图28C描绘了根据另一实施例的自动连接布置2860。布置2860包括水平，左右定位的线性致动器或螺杆驱动基座2862(同样如上文大体描述，如参见图26A)，致动器/螺杆驱动基座2862具有安装在其上的基板2863，从而跨卡车2865的背部(例如大约1-3英尺)横向移动(双箭头2864)。具有铰接的末端执行器(也称为“手柄”)2867的液压或气动大活塞2866附接到基板2863上，末端执行器2867保持在可释放的耦合器组件2868上(例如参见图8B至图8E中连接器880的母部分)，在末端执行器/手柄2867被缩回之后，耦合器组件2868可以保持与拖车接收器的连接。侧端气动线路/软管2869也与耦合器2868相关，线路/软管2869连接回主AV堆场卡车空气系统。气动线路2869引导的电力用于操作空气连接布置上的致动设备(例如图8B至图8E中的螺线管套筒892)，并且可选地，可将电力连接到拖车2870(如上所述，如参见图8A)。除了主要用于选择性地将末端执行器2867朝向拖车2870伸出(例如1-4英尺)并将末端执行器从拖车2870缩回(双箭头2871)的大活塞2866之外，还有一个液压或气动小活塞2872，其可旋转地固定在基板和大活塞2866的腹侧。小活塞2872的运动(双箭头2873，3-9英寸)通过引导围绕基座枢轴2874的旋转来使整个布置上下移动。更具体地，可以协调三个离散致动器的运动以允许末端执行器2867及其夹持的连接器2868在两个正交方向上移动，即垂直(双箭头2876)移动和水平(向前/向后-双箭头2878)移动。即，当大/主活塞2871向内和向外摆动时，通过改变较小活塞2872的位置(对前后位置的影响也较小)来维持适当的高度。旋转致动器2880改变末端执行器2867的相对角度(双弯曲箭头2881)，以使被夹持的连接器2868与拖车接收器1430(如上所述)保持水平对齐。即，当小活塞2872改变大活塞2866相对于卡车的角度时，旋转致动器重新调平末端执行器。可以采用适当的运动传感器、加速计、陀螺仪和其他位置/姿态传感器来保持水平。这样的传感器可以位于末端执行器上和/或布置2860上的其他位置。替代地或额外地，利用步进电动机、差动控制器等，可以基于两个活塞2866、2872的相对位置来计算末端执行器2867的角度定向，并且可以调节旋转致动器2880以使末端执行器2867保持水平(以本领域技术人员公知的方式)。
在一实施例中，常规或定制的相机2882和测距设备2884被安装在末端执行器的顶部(或在末端执行器上的其他位置)。这些部件通过有线或无线方式互连到处理器(例如AV堆场卡车控制器2886或其模块)，该处理器操作视觉系统以帮助耦合器/接收器对准(如上所述)。上述任何可选部件或布置(例如相对于已知位置的参考位置、反光图案贴纸等)也有助于测距和对准。
在操作中，在AV堆场卡车2865在控制器2886的操作下挂接到拖车2870之后，图28A至图28C的布置2860启动功能。然后，控制器(或另一个处理器/模块)2886指示夹持着耦合器2868的末端执行器2867从缩回位置朝向拖车上的接收器1430移动。相机2884和测距仪2882使用如上所述的各种技术来获取接收器1430。卡车后面2888的其他相机同样有助于定位接收器。布置2860上的控制器2886或局部运动模块/处理器对线性电动机2862进行伺服，以使末端执行器2867和耦合器2868与接收器横向(左右)对齐。随后或同时，在旋转致动器2880旋转以保持水平角时，大活塞2866和小活塞2872(大活塞向外，小活塞向内)运动，从而使耦合器2868与接收器1430接合。接合后，耦合器中的电子锁定螺线管断电，并导致快速断开(例如母)接头弹性地锁定在接收器(例如公)接头上。末端执行器2867随后释放，并且该布置返回到卡车底盘后部的缩回位置，以避免与拖车发生干扰接触。该连接仅由柔性气动线路2869实现，在正常行驶过程中，当拖车相对于卡车摆动时，柔性气动线路可以自由弯曲和伸展。
如上所述，将相互耦合的连接器1430、2868断开过程与连接过程相反。即，末端执行器向后移动以与耦合器2868接合并进行夹持。耦合器中的螺线管通电，从而可以从接收器的接头中解锁。活塞2866、2872和旋转致动器2880相互协调运动以收回耦合器并将其移动到中立(缩回)位置。线性致动器2862也可以适当地移动到中立位置。然后以上述方式解下拖车。
III.AV堆场卡车的操作
除了上述AV堆场卡车的一般操作外，一旦指定的拖车被成功地固定/挂接至AV堆场卡车(气动线，可选的电气连接和主销)，就会通过控制器的操作来升起牵引座，以使起落架离开地面，然后拖走拖车。图29的框图示出了用于执行上述步骤的功能和操作部件的布置2900，特别涉及将拖车挂接到AV堆场卡车。如图所示，处理器/控制器2910协调各种功能和部件的操作。AV堆场卡车被指示驶入并倒入包括拖车的滑道(slip)。该运动可以基于本地或全球导航资源(例如基于卫星的GPS和/或基于堆场的射频(RF)信标2920)。当在光学范围内，相机和/或其他传感器(例如基于RF/RFID)2930可以将拖车的图像传输到视觉系统过程(处理器)2912，从而定位拖车的接收器或类似的连接器。当识别出接收器/连接器时，卡车和/或机械手(例如，机械框架，机械臂等)2940可以被视觉系统操纵，从而尝试将末端执行器和相关的卡车探针/连接器与拖车接收器/连接器对准。这可以包括各种运动命令(表示为“cmd”)，包括将框架/臂向左2942、向右2944、向上2946，和向下2948移动，以及伸展/缩回2950机械手的(例如)伸缩臂/部件，以将卡车探针/连接器移动到所需的3D位置并进行所需的连接运动，即将探针插入接收器。当手臂部件移动时，可将当前臂位置(例如，计算步进电动机/编码器的步数，提供伺服反馈和/或通过引导相机组件使用视觉跟踪)的适当知识(表示为“pos-meas(已测值)”)返回到处理器2910。此时可以释放臂(方框2952)，以使卡车和拖车的气动连接(以及可选的电气连接)能够随着车辆的转向而弯曲。一旦连接，控制器打开卡车的气动压力(方框2960)。然后，当在卡车上使用适当的液压/气动(在本文中通常称为“流体”)压力致动器时，控制器还会升起牵引座，以抬起拖车起落架使其离开地面，并将其拖至堆场的其他位置。
IV.其他AV堆场卡车设备和操作
A.二次压力源
为了简化堆场卡车与拖车的连接，以应对可能存在的服务连接位置的较大变化，一种选择是生产可以应用于任何配置的适配器连接器，从而在任意拖车上产生通用的连接位置。可以在警卫室提供和/或连接该连接器，或在OTR断开期间，由驾驶员提供和/或连接该连接器。此外，在断开连接时，可以通过OTR驾驶员将提供至通用空气线路连接适配器(universal connection air-line adapter)的气动接头连接到拖车的已有气动接头系统。由此可以实现更适合AV卡车连接的多种选择。而且，除了通用适配器之外，该系统还可以包括一个圆锥体，该圆锥体可以覆盖通用连接器，并降低对于对准精度方面的要求。圆锥体可以物理辅助服务线路连接的引导和对准。
为避免从AV堆场卡车到拖车的任意服务(气动等)连接的需要，在另一种布置中，可以将压缩机或预压缩空气罐固定至拖车(例如，在警卫室或在OTR断开连接期间由驾驶员)。当AV堆场卡车的主销连接件感应到拖车现已挂接在卡车上时，此时产生的信号或物理紧密接触能够使压缩空气释放拖车的紧急制动器。然后，当拖车通过警卫室离开堆场时，可以移除该系统。根据需要，可以重新填满罐，以备在将来通过堆场内的压缩机系统重新使用。
B.自动化的“牵引测试(Tug-Test)”
卡车牵引测试的原理如下：在拖车的制动器仍处于接合状态下，将卡车置于前进档并相对于拖车进行拉动，由此确认卡车与拖车的牵引座的连接。如果卡车遇到强大阻力，则证明牵引座接合成功。
从安全角度来看，期待通过自动驾驶(例如AV堆场)卡车来进行该牵引测试。参照图30的过程3000，自动驾驶卡车牵引测试过程3000假定在被激活之前，卡车的位置使得整个牵引座位于拖车地板/防滑板的前边缘下方(拖车物理上置于卡车的牵引座上)，牵引座与拖车的地板/防滑板之间没有间隙，并且牵引座已被充分抬起，使得拖车的起落架脱离地面(避免起落架在测试期间发生损坏)。此外，在没有来自牵引座解锁控制阀的任何反馈的情况下，自动驾驶卡车牵引测试过程3000能够检测牵引座的适当机械耦合，从而指示牵引座上的主销爪是否处于打开位置。
在开始自动驾驶卡车牵引测试过程3000以确认牵引座与拖车的正确机械连接之前，卡车上的自动系统将卡车的牵引座连接到拖车主销，并使卡车处于以下状态：a)未施加油门(throttle)；b)对卡车施加充分的行车制动器(full service brake)；c)方向盘指向正前方；以及d)没有空气供应至拖车制动器(前提条件方框3002)。
自动驾驶卡车牵引测试过程3000如下：首先在步骤3004中，命令变速箱转换到前进挡(或行使)。一旦变速箱通过控制器返回状态值来指示其处于前进挡(判断步骤3006)，则在步骤3008中，自动驾驶卡车牵引测试过程3000完全释放行车制动器，并且当得到确认时(判断步骤3010)，通过命令施加预设油门，使得自动驾驶卡车牵引测试过程3000向前驱动卡车(步骤3012)，并监视(a)牵引车纵向加速度，以及(b)牵引车向前行驶的距离。另外，根据卡车上的传动系，自动驾驶卡车牵引测试过程3000还监视驱动电动机电流和/或发动机转速(RPM)。在施加预设油门时，如果过程(处理器)确定卡车系统的实际向前运动与没有牵引拖车的卡车前进运动控制量(profile)不匹配(或相比基于当前和未来测试的实验百分比小)时(步骤3014)，自动驾驶卡车牵引测试过程得出结论，牵引座与拖车成功完成机械耦合(步骤3018)，过程3000结束(步骤3020)，并通知系统连接成功。相反，如果在步骤3012之后，卡车运动并且其前进运动控制量与未连接拖车时相同/相似(判断步骤3014)，则自动驾驶卡车牵引测试过程3000得出结论：牵引座与拖车的机械耦合失败(步骤3022)，并在释放卡车油门并充分施加行车制动器的同时立即通知系统(步骤3024)。该过程再次在步骤3020处结束，等待重新尝试挂接拖车和/或操作员干预。
在各种实施例中，多次牵引测试程序可以包括连续的单次牵引测试。成功完成初始牵引测试后，以及在将气缆和电缆连接到拖车之后，命令牵引座将拖车提升至行驶高度，并向前移动以确保拖车后部不会拖拽卸货门的挡风雨条。在将拖车抬升到行驶高度后，一些客户和应用区域会希望执行额外的最后一次牵引测试，进一步检查牵引车和拖车是否完成机械配合。在这种情况下，由于已经向拖车提供空气使得紧急制动器得到解除，因此，必须去除该空气以重新接合紧急制动器，或者必须在行车制动器上向拖车提供空气。随后，向牵引车施加短暂的向前油门或推进力，以牵引拖车，并确保牵引车与拖车保持接合。
参照图30A的过程3030，自动驾驶卡车牵引测试过程3030假定在被激活之前，卡车的位置使得整个牵引座在拖车地板/防滑板的前边缘下方(拖车物理上置于卡车的牵引座上)，牵引座与拖车地板/防滑板之间没有间隙，并且牵引座已被充分抬起，使得拖车的起落架脱离地面(避免起落架在测试期间发生损坏)。此外，在没有来自牵引座解锁控制阀的任何反馈的情况下，自动驾驶卡车牵引测试过程3000能够检测牵引座的适当机械耦合，从而指示牵引座上的主销爪是否处于打开位置。
在开始自动驾驶卡车牵引测试过程3030以确认牵引座与拖车的正确机械连接之前，卡车上的自动系统a)已将牵引车后退至拖车以挂接拖车，以使系统认为拖车的主销已被插入牵引车的牵引座的挂接件中；b)没有与拖车进行空气线路(紧急或行车制动器)连接；c)牵引车处于静止状态，并施加了行车制动器(前提条件方框3032)。
牵引测试的准备工作包括在牵引车上施加行车制动器、命令FNR(前进、空、后退挡位)至前进挡，以及释放油门/推进力(步骤3034)。系统确认以下条件：a)牵引车静止(速度为零)；以及b)FNR处于前进挡(判断步骤3036)。如果不满足条件，则过程返回到步骤3034。如果满足条件，则该过程随后在步骤3038中尝试移动，包括：a)记录导航数据(例如位置、里程表)；b)在预定秒数(Y)内施加预定百分比(X％)的油门/推进力控制量。在判断步骤3040中，过程基于导航数据确定牵引车是否移动。如果牵引车移动，则牵引测试失败，并且该过程在步骤3042结束，等待再次尝试挂接拖车和/或操作员干预。如果牵引车没有移动，则过程前进至判断步骤3044，并通过检查牵引装置的状态来确定拖车是否脱离。如果拖车脱离，则过程在步骤3046处结束，等待再次尝试挂接拖车和/或操作员干预。如果拖车没有脱离，则过程成功通过反复牵引测试并在步骤3048处结束。
如图30B所示，过程3030可以作为多次牵引测试过程3050的反复执行部分而重复执行。在判断步骤3052中，系统确定挂接件是否报告主销已插入。如果挂接件报告未插入主销，则过程在步骤3054结束，并等待再次尝试挂接拖车和/或操作员干预。如果挂接件报告已插入主销，则过程前进到步骤3056以第一次执行单次牵引测试过程3030。如果通过第一次的单次牵引测试并在3048处结束(图30A)，则在步骤3058中，多次牵引测试过程3050将牵引座升高小的预定距离。在将牵引座升高预定的小距离之后，在步骤3060中，多次牵引测试过程3050第二次执行单次牵引测试过程3030。如果通过第二次牵引测试并在3048处结束(图30A)，则在步骤3062中，多次牵引测试过程3050进行拖车的空气和/或电连接。在建立连接之后，在步骤3064中，a)向拖车供应空气；b)将变速箱置于驻车挡位；c)松开行车制动器；d)将拖车提升至行驶高度；以及(可选地)e)牵引车稍微向前拉动拖车使其远离装卸区。然后可以在步骤3066中移除拖车空气供应。在步骤3068中，多次牵引测试过程3050可以第三次也是最后一次执行单次牵引测试过程3030。如果在步骤3068中通过了单次牵引测试过程3030，则该过程在步骤3070结束，并且将通知系统成功。
不同的客户和任务环境需要选择和定制自动化牵引测试。可以根据实施单次牵引并选择测试的参数来配置自动牵引测试。
C.气动接头粗略(Gross)检测
再次参考图23至图25的实施例描述的基于改进的气动接头的连接系统，根据本文所述的实施例可以设想，拖车前面的常规(即，未改进的)气动接头连接可以用于相对于AV堆场卡车来互连气动线路。可以在最小程度的修改或实质上不进行修改的情况下与本文的AV堆场卡车相互操作的拖车，无论在理论上还是商业上都十分有利。图31至图33的实施例有助于促进这种操作。更特别地，期望提供粗略检测拖车的前侧上的常规气动连接(通常配置为气动接头)的机构。
可以参考图31的示例性拖车3100。当使用机械手(在上文与下文中均有描述)操纵包括气动连接(可兼容气动接头)的末端执行器到拖车3100的前面3110上的相应的气动接头3120、3122时，气动接头3120、3122的粗略位置有助于缩小末端执行器的连接搜索。气动接头被安装在面板3130上，面板3130可以位于拖车前面3110的任意位置，通常，位于下部(例如，虚线方框3140)。在本实施例中，提供了用于粗略检测气动接头(或类似的安装在拖车上的气动和/或电气连接)的系统和方法。在本实施例中，该系统和方法通常基于传感器来估计位于拖车前面的气动接头面板的位置。
当气动接头面板3130位于拖车3100的前面3110时，可将末端执行器大致定位成与其对齐。此后，连接系统可以开始对末端执行器进行精细操作，以使气动接头与安装在末端执行器上的基于卡车的连接器实际接合。安装在末端执行器上的传感器(例如视觉系统相机)可用于精细地引导连接器与拖车的气动接头接合。来自传感器/相机组件3210的数据被提供至机器视觉系统3250，并如下所述地确定气动接头的位置。
进一步参考图31和图32，在自动驾驶卡车3220上提供可用来寻找拖车3100前面3110的气动接头面板3130的单色相机或彩色相机和3D成像传感器3210的组合。用于检测气动接头面板3130的传感器3210可以静态地安装在卡车3200上(例如驾驶室3230的车顶3220上)。安装传感器3210使其覆盖相邻的拖车前面(当被挂接后或正在挂接时)的设置有气动接头的期待区域。传感器覆盖范围显示为图32中的拖车前面3110的阴影区域3250。
在操作过程中，对拖车面位置的了解限制了在传感器数据中搜索气动接头面板的范围。在示例性实施例中，传感器组件3210可以仅包括2D彩色相机。使用所获取的包括拖车3100的场景的彩色图像，该过程识别出哪些图像像素与前面3110相关联以及哪些图像像素是背景像素。前面高度结构化，并且，当使用通常市售的机器视觉应用的边缘处理工具时倾向于产生具有明显对比度的边缘。根据边缘信息和卡车前部面板的(通常)均匀颜色，可以在图像中识别拖车前面3110。
在另一个示例性实施例中，传感器组件3210包括密集的3D感测，其使用拖车前面的已知/得到训练的3D几何特征(例如具有规定高宽比的矩形)来检测拖车3100的前面3110。可以使用各种布置来完成三维感测，包括但不限于立体相机、飞行时间传感器、有源三维LIDAR，和/或激光位移传感器。这些2D和/或3D感测模式各自返回拖车前面的大体位置和边界，并且，还可能返回距卡车参考点的范围。
在对拖车前面进行定位和界定之后，粗略检测过程的下一步是将气动接头面板3130定位在拖车前面3110的边界内。参考图33，在整个成像场景3300中示出了包括拖车前面3110图像的得到缩小的搜索区域3310。在得到缩小的搜索区域3310内，基于所知的气动接头面板3340位于拖车前面的底部(虚线搜索方框3330)来识别气动接头面板3340的期待多边形(例如矩形)区域。
如上所述，基于在采集的一个或多个图像中识别拖车前面的轮廓/边缘，粗略检测过程如下：
(a)对在所识别的拖车前面内，但在存在气动接头的期待区域之外的区域(颜色样本区域3350)，对像素进行多种颜色采样。这将提供拖车背景颜色特征的颜色采样。
(b)然后，将背景颜色样本与气动接头面板3340的期待搜索区域(虚线框3330)内的像素颜色进行比较。由于气动接头面板通常具有与拖车背景颜色不同的颜色/纹理，因此气动接头像素将产生较低的颜色匹配响应。
(c)在气动接头的期待搜索区域内，对颜色匹配响应进行阈值处理，然后使用(例如)连通区域分析将其分组，由此形成像素分组。分组表示气动接头的可能位置。
(d)然后分析像素分组的形状属性，并丢弃不具有结构化几何矩形的分组。可以使用其他形状属性(例如大小和宽高比)来去除错误的气动接头面板检测。其余分组是最有可能是气动接头面板的候选分组。
(e)形状属性还用于对其余候选分组进行评分。得分最高的分组最有可能是气动接头。
(f)可选地，在使用密集3D感测的实施例中，如果仍然存在多个气动接头面板可能性高的候选区域，则可以基于气动接头的期望3D特征来通过3D几何线索去除错误的候选。
(g)在适当的坐标空间中(例如，基于相对于传感器3210的校准而与卡车的机械手相关的全局坐标空间)，所识别的气动接头面板的相关的气动接头的位置/姿势将被用于在连接到气动接头的过程中由机械手执行的精细定位过程中。
(h)可基于粗略运动数据3270移动机械手及其关联的末端执行器，粗略运动数据3270来源于比较机械手组件的当前位置与所确定的气动接头面板3130和相关联的气动接头的位置。粗略运动数据3270被传递到机械手组件的粗略运动致动器3280，或者以其他方式转换为将末端执行器置于与气动接头/气动接头面板相邻位置的粗略运动。
D.气动接头姿势的精确定位
当将气动接头(和/或气动接头面板)位置的粗略估计值提供给系统，就可以计算出基于传感器的气动接头连接器位置/姿势的估计值。如将在下文中进一步描述，机械手包含单独的或集成的粗略操纵系统，该系统适于将携带有连接器，以及还携带有机载精细定位传感器/相机的末端执行器放置成与所定位的气动接头面板相面对的关系。由于面板可以放置在拖车前面的任何位置，因此使用粗略操纵系统会缩小机械手的精细调节致动器所需的工作量和移动距离，从而在卡车气动(和/或电气)与拖车的气动(和/或电气)连接过程中提高运行速度和精度。因此，在将机械手移动到粗略调整的位置之后，精细操纵系统处于可以检测面板上的气动接头姿势的位置。可以将已经存储在粗略位置系统的有关连接器姿态的任何信息提供给精细系统，使其可以尝试缩小初始搜索范围。如果该信息不准确，则可以扩大搜索范围，直到精细位置系统找到气动接头为止。
图34和图35示出了多轴机械手组件3410，多轴机械手组件3410安装在自动驾驶卡车后部底盘3420上，并与拖车前面3440的气动接头面板3430和气动接头3432、3434相面对。拖车3400已经或正在被挂接至卡车底盘3410的牵引座。
如上所述，在该实施例中，机械手组件3410是基于手臂的多轴工业机器人。可以在该应用中使用多种市售的单元。例如，可以使用丹麦Universal Robots A/S公司提供的UR3型和/或日本Denso Robotics公司提供的VS系列。在机器人的臂段之间包括多个运动关节3510、3520、3530、3540。这些关节3510、3520、3530、3540提供精细的运动调节，以引导末端执行器与气动接头3432接合。基座关节(base joint)3510安装到粗略运动机构，粗略运动机构包括一对预定长度的横向(前后和左右)线性滑轨3560、3570，线性滑轨3560、3570安装和布置成允许机械手末端执行器3450进入拖车前面3440可能包含气动接头3432、3434的任何位置。滑轨可允许机械手的基座关节3510根据各种技术移动，包括但不限于螺杆驱动器、线性电动机和/或齿条和小齿轮系统。
值得注意的是，根据一实施例，末端执行器3450包括精细运动传感器组件/单元3470。传感器组件3470连接到视觉系统和相关的过程(处理器)3472，视觉系统和相关的过程(处理器)3472可以全部或部分地包含在组件3470中，或者可以实现为单独的计算设备，例如车辆的车载处理器之一。视觉系统可以与粗略系统3250(图33)相同，也可以是独立的单元。粗略和精细视觉系统3250和3472可以视情况交换数据，例如，建立单个全局坐标系并提供从粗略姿势到精细姿势估计的得到缩小的搜索数据。通常，精细视觉系统生成精细运动数据以供机械手组件3410的关节使用，并且该数据以机器人控制领域的技术人员公知的方式被传输至机器人的精细运动致动器3476。应注意，机械手还可以包括力反馈机制和各种安全机制，以确保在移动和/或接合目标时不会施加过大的力或发生断裂。这可以包括用于检测是否存在人或动物对象的机制，以免伤害对象。通常被提供至组件3470，并被安装在移动末端执行器3450上或附近的下面描述的一种或多种传感器类型/布置，可用于精确确定气动接头姿势，并通过反馈线路将机器人操纵到该位置：
(a)可以使用传送运动控制硬件来移动带有运动控制的彩色或单色相机，以产生目标区域(气动接头)的多个图像帧。帧的集合具有已知的运动轨迹(profile)，并且可以执行立体匹配处理并将其与运动轨迹耦合，从而对图像点进行三角测量并由此产生三维范围图像。
(b)可以由单个相机定义固定基线立体相机，其中，末端执行器的运动被分开既定已知间隔的两个或更多个相机替代。可以将该布置安装在末端执行器或其他位置，例如基座关节3510或底盘本身。立体匹配处理和三角测量步骤用于生成三维范围图像。
(c)可以使用结构化光的立体相机，其包括结合有红外(IR)光图案投影仪的单个相机，投影仪与相机具有已知的相对姿态。立体匹配处理结合了已知的投影图案，以简化处理并允许更密集地覆盖气动接头的无纹理表面。三角测量过程用于生成三维范围图像。
(d)近红外相机与近红外滤镜一起使用，从而可以利用近红外照明。使用近红外照明可以放大气动接头中的橡胶垫圈与其余气动接头结构和背景(如下所述)的对比度。
(e)短程激光测距仪可以提供气动接头的额外距离信息。
(f)此外，还可以在末端执行器3450上安装人工照明装置，以使组件3470中的视觉传感器能够在几乎任何照明或天气条件下对气动接头进行成像。照明可以在可见光谱中，也可以在近红外光谱(或其他光谱或光谱的组合)中，以增强对于气动接头垫圈的检测能力。
(g)传感器组件3470还可以包括其他形式的距离测量设备，例如飞行时间传感器来增强在末端执行器3450与气动接头3432、3434之间的距离测量。
精确检测气动接头姿势的方法是使用机器视觉对圆形橡胶垫圈3480进行成像和分析。垫圈3480与气动接头及周围结构具有足够的对比度，能够被反映在相机图像中。精细传感器3470对橡胶垫圈3480的跟踪可以提供相对于末端执行器3450的气动接头位置的大量信息。图36示出了如何将示例性的气动接头3434的检测出的橡胶垫圈3480用于产生精细运动控制命令，以使末端执行器3450与垫圈3480对准。由于橡胶垫圈3480通常是环形的，并具有圆形的内周和外周，可被用于根据图像中所提取形状的变形(图像中心3640)来估计末端执行器相对于(例如)垫圈3480的中心/质心3630的角度偏移(图像中心3640)(其转化为在所获得的2D图像中定义特定长轴和短轴的椭圆)。气动接头上的橡胶垫圈通常具有标准尺寸，因此从图像中提取的垫圈尺寸可以提供到达垫圈的相对距离/范围的度量，也可用于确定气动接头的中心的相对位置。可以在传感器组件3470中提供一个短程激光测距仪(光束3490)，并用于对距离气动接头的末端执行器范围进行第二次测量。
使用气动接头垫圈进行的气动接头检测和定位的另一种相关选择是创建定制的成型气动接头密封件，密封件的特征有助于目标姿势识别过程。在聚合物固化过程中，可使用添加剂材料(例如磁性颗粒、UV反应性粒子)浸渍密封件，或将密封件模制成具有其他视觉特征(颜色、图案、形状、标记等)的形状或纹理，从而有助于通过多种方法识别姿势。
图36A是示例性气动接头垫圈的立体图，气动接头垫圈的特征有助于提高气动接头垫圈的自动识别、位置和姿势。气动接头垫圈的不同区域可以具有不同特征，因此系统可以通过这些特征轻松识别气动接头垫圈。如图36A中所示，应清楚的是，气动接头垫圈3650具有四个不同的识别区域3652、3654、3656、3658，但也可以具有更少或更多的识别区域。不同的识别区域3652、3654、3656、3658可以具有不同颜色、磁性颗粒、UV反应性粒子和/或其他特征，从而有助于定位和姿势识别处理。
用于检测气动接头姿势的另一种方法是采用三维范围图像。作为非限制性示例，如图37所示，可以通过精细运动系统使用三维形状匹配来识别示例性气动接头3700的适配器板3710的独特的边缘3720。允许识别该特征的示例性算法基于迭代最近点(IterativeClosest Point，ICP)算法，并部分地依赖于对相对于气动接头密封件3730的边缘3720的一致几何结构的约束。由此，能够估计用于精细定位的气动接头密封件3730的相对位置和定向(姿势)。作为背景信息，可以参见Besl，P.和N.McKay的3D形状的配准方法，刊载于IEEE模式分析与机器智能汇刊，第14卷，第2期,1992年2月，239-256页(Besl,P.and N.McKay,AMethod of Registration of 3-D Shapes,IEEE Transactions on Pattern Analysisand Machine Intelligence,vol.14,no.2,February 1992,pp.239-256)。
在另一实施例中，如图38所示，可以将矩形标签3810粘贴到示例性气动接头3800。标签3810可以位于精细传感器组件常用的气动接头框架上的任何位置。在该实施例中，使用弹簧加载的基座3840将标签3810安装在适配器板3820的外端上。在本示例中，基座上的孔与升起的圆柱形突起3830接合，以将基座3840固定到适配器。作为图38所示布置的替代或补充，可以使用粘合剂、紧固件或其他附接机构。标签3810提供视觉(或其他光谱)参考，以简化和提高传感器组件对气动接头精细姿势估计的准确性。可以使用所示的夹具基座3840或其他附接机构将标签3810可重复地附接到下面的相关联的气动接头。标签3810的暴露的(外)表面可以定义已知/存储的尺寸的高对比度矩形(或其他多边形和/或曲线)。可以由传感器组件和相关的视觉系统通过使用观察到的强度的阈值来提取标签的特征。根据已知技术，可以使用单应性(变换)将所提取的图像像素坐标与标签的平面物理尺寸相关联。该变换可提供标签相对于传感器坐标空间的旋转和平移。传感器和传送坐标系(deliverycoordinate frame)之间的已知转换以及标签和气动接头坐标系之间的已知转换使得能够提供对于气动接头姿势的估计，从而进行精确定位。
用作标签3810的单个高对比度矩形的替代方法是使用嵌入在标签3810的边界(例如矩形)区域3850中的可视标记/基准。图39中描绘了此类标记3900的示例。该视觉标记的优点在于在不利环境或标签的一部分被遮挡时，检测和单应性估计更为稳定。这种形式的视觉标签的产生以及检测和姿势估计是本领域的公知，并且在以下参考文献中得到大体描述：Garrido-Jurado，S.等人，在遮挡条件下自动产生和检测高度可靠的基准标记，模式识别，第47卷，第6期，2014年6月，2280-2292页(Garrido-Jurado,S.et al.,Automaticgeneration and detection of highly reliable fiducial markers under occlusion,Pattern Recognition,vol.47,Issue 6,June 2014,pp.2280-2292)；以及万维网上的软件存储库：https://sourceforge.net/projects/aruco/files/？source＝navbar。如图所示，标记3900可以包含二维ID(条形码)图案的矩阵3910，其提供详细的气动接头身份、特征和/或位置信息，以及其他信息(例如拖车的身份、范围和特征)。在替代实施例中，标签可以定义3D形状和/或特征(例如，截头体)，这些3D形状和/或特征(例如，截头体)允许3D传感器更准确地测量气动接头的范围和方向。
视觉伺服可用于实现正确的定位，以便在末端执行器承载的气动接头/连接器和拖车气动接头之间进行接合操作。可以在从精细视觉系统3472接收姿势信息的控制回路(control loop)的操作下，使用比例速度控制来控制末端执行器。随着传感器获取的气动接头橡胶垫圈3480的图像越来越接近期待目标位置，末端执行器与气动接头对齐并准备执行配对操作，此时，机械手关节的被命令的速度驱动末端执行器收敛至零。
可以使用盲目运动(绕穿过气动接头垫圈质心的轴旋转)将末端执行器与拖车气动接头匹配。换言之，一旦精细的视觉系统和机械手系统知道了气动接头的位置和姿势，末端执行器就可沿着气动接头的估计的法线盲目运动，从而最终接触到气动接头。因为传感器太靠近目标气动接头而无法产生有用的信息，因此，该动作通常(但不一定)是盲目的。
通常如下所述，一旦卡车连接器(例如，气动接头)与拖车气动接头完全配合，末端执行器就通过适当的释放动作释放其对卡车气动接头的夹持。该运动取决于末端执行器夹持机构的几何结构。可以采用各种夹持机构，并且可以通过本领域技术来实现。在释放气动接头后，随着精细和粗略运动机构回到原点，末端执行器返回到中立(neutral)/缩回位置。
与本文所述的其他实施例一样，可以按照与附接方式相似的方式将卡车的气动接头从卡车的气动接头中释放。将末端执行器移动到一个粗略位置，然后精细传感器将末端执行器伺服到与配对的卡车气动接头接合的最终位置。然后，末端执行器抓住卡车的气动接头，将其盲目地旋转至解锁位置，然后将其撤回原位。
E.粗略操纵系统及其操作
如上所述，携带气动接头或其他基于卡车的气动(和/或电动)连接器的末端执行器可以通过机械手组件以初始的粗略运动进行移动，该运动使末端执行器相对靠近(并在精细的传感器范围内)拖车的气动接头。此后，相对靠近的末端执行器被精细操纵系统移动，以与拖车气动接头接合。
当拖车相对于卡车成一定角度使得精细操纵系统无法触及气动接头时，可以采用粗略操纵系统。粗略操纵系统通常用于将精细操纵系统移动至拖车气动接头范围内。在操作中，粗略操纵/运动系统可以在足够长的距离内沿一至三个轴运动，从而使末端执行器在沿着拖车前面的任何期待位置和/或在相对于卡车底盘的拖车的任何旋转方向上与拖车的气动接头接触。通用的粗略操纵系统可以包括：(a)框架，其包括安装到堆场卡车上的结构；(b)平台，精细操纵组件集成在该平台；(c)x轴操纵机构，其沿x方向(即，车辆的前后方向)移动精细操纵系统；(d)y轴操纵组件，其沿y方向(车辆的左右方向)移动精细操纵系统；(e)z轴操纵组件，其沿z方向(相对于地面垂直)移动精细操纵系统。
图40示出了3轴粗略操纵系统4000，其位于自动驾驶卡车底盘4010的侧面。系统4010包括x轴轨道或滑块4012、y轴轨道/滑块4014和z轴轨道/滑块4016。机械手(所示的多关节臂组件)4020的基座4018沿z轴轨道/滑块4016垂直运动，而z轴轨道沿y轴轨道/滑块4014横向移动。相反，y轴轨道滑块沿x轴轨道/滑块4012前后移动，从而在每个轨道/滑块的范围(长度)内提供臂基座4018的完整三维粗略运动。多轴系统的使用改善了机械手臂4020的整体运动范围，从而允许臂的末端执行器4022沿包括气动接头4040和4042的拖车前面4030触及更大范围的拖车旋转角度以及气动接头位置。
图41和图42示出了示例性3轴系统4000提供的得到改善的粗略运动范围。在图41中，拖车前面4030相对于卡车底盘以陡峭的角度旋转，使拖车气动接头4040、4042位于较远的后方。机械手臂基座4018分别在x轴轨道/滑块4012和y轴轨道/滑块4014上向后和向左移动至几乎最大距离。由此，即使在所描绘的极端几何结构下，末端执行器4022也能够触及(一个或多个)气动接头4040和4042。同样在图42中，拖车前面4030以相反的陡峭的角度旋转。在该示例中，机械手臂基座4018分别通过x轴轨道/滑块4012和y轴轨道/滑块4014被移动到稍微向前和最右边的位置，使得末端执行器4022到达气动接头4040和4042，与图41相比，其目前位于底盘更前方且中心的位置。示例性的多轴粗略操纵系统4000可包含一个或多个上述线性致动设备(例如，线性电动机、导螺杆、齿条和小齿轮等)。应注意，基座4018沿z轴轨道/滑块4016的垂直位置应使臂与气动接头4040、4042的高度保持水平。可以根据气动接头的实际高度调整基座4018的高度/水平，以允许特定机械手臂关节弯曲。
图43示出了粗略操作系统4300的另一实施例。在该布置中，系统被安装在自动驾驶卡车的驾驶室4310后面的直立框架4320上。平台4330安装在铰链4332上。平台在顶端支撑精细操纵系统4340，并且适于在铰链4332上向下旋转以将精细操纵系统4340朝向拖车前面4350可调节地延伸(弯曲的箭头4334)。可以使用(例如)上述任何可接受的线性致动器来完成该旋转延伸。在所描绘的示例性实施例中，流体(例如液压或气动)活塞4360用于延伸和缩回铰接的平台4330。活塞可旋转地安装在直立框架4320和铰接的平台4330之间。如图44所示，延伸活塞柱塞4362使平台4330向下铰接。这将机械手臂系统4340移动至靠近拖车前面4350的位置。如图43所示，当柱塞4362缩回到活塞4360中时，机械手臂系统4340向上并朝着驾驶室4310缩回。由此，在不使用时不会干扰拖车。活塞4360和铰接平台4330沿x轴和z轴方向协调运动。平台的几何结构和臂的运动特性在整体设计中相互协调，以允许末端执行器4380在可能的位置和拖车方向的范围内接近气动接头4410和4412。尽管未示出，铰链轴4332(或系统4300中的另一元件)可以包括y轴滑块/轨道(例如，促进y轴(侧向)运动的螺纹杆、线性电动机或齿条和小齿轮系统)。在示例性实施例中，y轴组件可以是机电驱动的，而x/z轴组件可以流体驱动的(液压/气动)。
在另一实施例中可以期待粗略操纵机构可以是单独车辆的一部分。这种单独的车辆可以手动驾驶的，也可以包括自动驾驶机器人车辆(未显示)，该机器人车辆可以类似于从各种供应商购买的用于危险环境等的机器人。精细操纵臂组件安装在车辆/机器人上。车辆/机器人可以沿着卡车的长度方向移动，并提供对卡车软管和拖车的气动接头的精细操作。独立的车辆可以与堆场卡车和/或系统服务器通信，并可以根据需要执行连接或分离命令。
F.精细操纵和运送卡车气动接头的系统
在感测到拖车前面的气动接头位置时，可以使用精细和/或粗略操纵系统的组合来将被操纵的卡车气动接头接口连接到固定位置的拖车气动接头上。根据上述基于传感器的气动接头感测系统使用精细操纵系统(请看见K部分)。
精细操纵系统的一个实施例包括可严格控制的多轴机械手(多关节臂)，该多轴机械手可以补偿拖车相对于卡车的旋转角度的变化、拖车前面的气动接头位置、相对于拖车前面的平面的气动接头角度，以及整体拖车高度。该系统能够存放/释放和夹持/恢复气动接头接口。多轴机械手系统可包含线性移动的任意或所有模式，包括使用一个或多个电动机移动系统部件的机电驱动，其中，电动机可包括使得机器人控制器监控相对于给定坐标空间运动的集成或一体的运动反馈设备(例如步进电动机，编码器等)。图45示出了这种机电机械手系统的示例。可以从上述的Universal Robotics公司和Denso公司等多个供应商购得可严格控制的六轴机械手臂4500。机械手臂4500包括附接到适当平台(例如，如上所述的粗略机械手)的基座4510。基座可以使第一横向关节4520绕第一竖直轴线AX1旋转。第一关节4520绕第二横向轴线AX2旋转，从而使细长臂段4530弧形摆动。在臂段4530的远端安装有另一个关节4540，关节4540绕横向轴线AX3旋转以使互连的臂段4550弧形摆动。臂段4550的远端包括三个关节4560、4570和4580，它们以手腕的方式使末端执行器4582绕三个正交轴线AX4、AX5和AX6旋转。末端执行器4582可以包括各种致动机构，包括所描绘的进入和离开夹持配置的夹持手。在实施例中，可以使用专用的末端执行器来夹持和释放卡车的气动接头接口。末端执行器4582可以在机器人控制器4590的控制下使用电动、气动或液压动力来实现致动(机器人控制器4590还移动并监视关节4510、4520、4540、4560、4570、4580)。替代地，与精细感测系统4592通信的单独的控制器也可以驱动末端执行器。
在替代实施例中，机械手可以适当地定义不同数量的运动轴，以执行期望的夹持和释放任务。在另外的替代实施例中，可以用不同的机构和/或动力来操作部分或全部机械手运动元件，包括但不限于使用液压来使活塞在气缸中伸出或缩回的液压驱动和/或使用气压来使活塞在气缸中伸出或缩回的气压驱动。
G.气动接头接口机制和操作方法
如上所述，可以使用各种机构在卡车的气动系统(和/或电气系统)与安装在拖车前面的完全或实质上常规的气动接头之间建立压力密封连接。连接机构/接口的一部分实施方式在卡车气动线路上使用类似的常规气动接头几何结构，而其他实施方式采用改进的连接方式。
一个系统采用改进的卡车气动接头，以提供一个有利的接口，该接口可实现杠杆作用以及与机器人末端执行器的集成，以将气动接头扭转并锁定到位置上。该系统由以下部分组成：(a)拖车上的常规气动接头连接器；(b)气动接头适配器，其包括将气动接头连接至杠杆的机构；(c)杠杆，其包括较长的延伸部分，以提供将气动接头扭转到位置上的有利的杠杆作用；(d)末端执行器接口，其为末端执行器提供了夹持和旋转移动杠杆的位置。
图46和图46A中大体示出了的另一种技术，采用了提供一致的力并密封气动接头面的具有致动器4620的夹具4610。旋转致动器或线性致动器可提供线性力以将夹具从打开的分离位置(图46)关闭到闭合的密封位置(图46A)，其中顶部夹具垫4630是环形的，并连接到卡车气动线路4640上。夹具垫面对并密封拖车的气动接头4650和相关的密封件4660。更具体地，底部夹具垫4670抵靠在拖车气动接头4650的中央筒4680上。夹具4610主体由两个旋转连接的L形部分4612、4614组成，每个部分各自带有夹具垫4630、4670。夹具垫4630、4670被承载在各自的旋转基座4672、4674上。上部基座4672接收螺纹连接器4676。致动器驱动的夹紧动作用于加压接合和分离拖车的气动接头4560。在替代实施例中，可以采用旋转致动器代替所描绘的线性致动器，旋转致动器用于驱动夹紧和松开该布置的丝杠。
图47和47A提供了另一种夹紧机构4700，用于使卡车气动源/线路4710与常规的拖车气动接头4720选择性地接合和脱离。该实施例采用具有一对旋转夹具构件4732、4734的弹簧加载夹具主体4730。夹具构件4732、4734被弹簧加载以在预定夹紧压力下保持正常闭合方向。正常闭合时(图47A)，每个构件4732、4734上的相对夹具垫4742、4744压靠在拖车气动接头4720的相对侧上。在该方向上，上部夹具垫4732包括环形通道，该环形通道以类似于上述图46和图46A的夹具4600的方式密封拖车气动接头密封件4650并允许空气进入拖车气动接头密封件4650。如上所述的。精细的机械手末端执行器可通过上述伺服技术和传感器反馈将夹紧机构传递到与拖车气动接头对齐的位置。
如图47所示，每个夹具构件4732和4734分别包括相应的外部接口表面4762、4764，其可以包括纹理化表面和/或产生摩擦的材料。如图47所示，精细机械手的末端执行器4770可以夹持接口表面并迫使夹具打开。在该方向上，可以使夹具与拖车气动接头4720对准和不对准。末端执行器释放夹具构件4732、4734上的压力，从而使内部弹簧(例如，传统的扭力缠绕弹簧)转动夹具构件，使其靠近并与拖车气动接头4720密封接合。使用精细机械系统打开弹簧加载夹具，并将其朝向气动接头的中心孔。在弹簧加载夹具4700与拖车的气动接头适当对齐时释放弹簧加载夹具4700时，弹簧加载夹具4700会自动接合拖车的气动接头。
图48和图48A示出了用于相对于常规拖车气动接头4810密封卡车气动源/线路4820的布置4800的另一实施例。该实施例采用了锥形塞4830，其被压入拖车气动接头4810的环形密封件4840以提供适当的密封。塞可以限定可选的台阶4832，该台阶穿过气动接头密封件孔，并且用作相对于气动接头密封件孔的保持倒钩，以便提供额外的保持强度。作为另一种选择(未显示)，可以使用外部夹具来夹持拖车的气动接头的后部，并提供充分的压力以进行密封。使用精细机械手上具有适当形状的末端执行器将塞对准并压入到位置上。塞可包括支架接口(未显示)供末端执行器施加和取下锥形体。
图49示出了用于常规拖车气动接头4910和卡车气动源/线路4920之间的连接的布置4900的又一实施例，气动线路包括进入气动接头环状密封件的孔中的可充气的探针/塞4930。塞围绕存在于出口4950的内部线路得到密封。未膨胀的塞的几何结构使其可以自由地进出气动接头密封件孔。然而如图所示，当响应于接合命令而膨胀时(插入之后)，塞的内部膨胀以抵靠环形密封件4940的边缘密封。当膨胀的塞正确位于气动接头袋4960中后，可以通过端口4950向系统提供正压。塞可以由在充气压力下会膨胀的耐用的弹性材料(例如天然或合成橡胶)制成。可以采用适当的适配器和/或支架以使精细操纵系统的末端执行器相对于气动接头环形密封件携带、插入和拔出塞。
图50示出了另一种连接布置5000，其中，根据常规的旋转夹紧运动，拖车气动接头5010配备有半永久性附接的卡车气动接头5020。卡车气动接头连接器5020包括工业互换气动连接器(快速断开)5050。卡车气动接头适配器5020可包括一个或多个基准5030(例如，带有嵌入信息的ID代码)，其可以被粗略和/或精细的操纵感测系统/相机轻松识别。互换连接适配器5050可以布置成旋入卡车的气动接头5020，由此安装在卡车气动线路(未示出)的端部的相应的工业互换连接器实现连接，以及实现由精细的机械手末端执行器进行接合的连接。也可以按照类似于图38描述的方式将基准承载在托架上。更具体地，基准可以定义使用相机提供姿势估计的ArUco标记图像。基准也可以是反射点排列的一部分：反射点定义可以通过传感器相机显现的反射或高对比度涂层。
图51和图52示出了用于将基于卡车的气动接头连接器5110附接到拖车气动接头5120的另一布置5100，拖车气动接头5120与拖车前面5124的第二气动接头5122串联安装。气动接头连接器5110是改进的常规气动接头单元。气动接头5110包括可滑动的金属薄板固定器5130，该金属薄板固定器5130在致动器组件5136的驱动下在轨道5132上移动(双箭头5134)。如图51所示，当气动接头5110与拖车气动接头对齐时，传感器系统可以操作致动器组件。在该方向上，拖车气动接头的薄板固定器5140与卡车气动接头的凸缘5142接合。致动器5132使改进的卡车气动接头6510的金属薄板固定器5130与对齐的拖车气动接头5120的固定器5130选择性地接合和脱离。当接合固定器5130时，末端执行器5160旋转(弯曲箭头5220)气动接头5110使其与拖车气动接头5120平行，从而使它们各自的密封件5170和5172接合并配合(见图52)。因此，在操作中，末端执行器5160以非平行角度AG接近拖车气动接头5120，该非平行角度AG允许凸缘5142在固定的拖车气动接头固定器5140下方滑动，同时密封件5170、5172彼此远离(如图51所示)。然后，末端执行器旋转气动接头5110使其与拖车气动接头5120平行。在该步骤期间，致动器5136滑动固定器5130使其与拖车气动接头的凸缘5150接触，以将两个密封件5170、5172可压缩地结合在一起(如图52所示)。末端执行器5160可以将附接的气动接头5110从夹持基座5180释放，然后返回到卡车底盘的中立位置(neutral position)。从拖车的气动接头5120上断开和移开气动接头5110是相反的过程，即操纵末端执行器5160并驱动其与气动接头夹持基座5180接合；致动器5136释放固定器5130，并且末端执行器5160旋转气动接头5110使其相对于拖车气动接头5120成角度AG；然后，将气动接头5110从拖车机械手5120移至中立位置，等待下一个连接循环。该布置5100允许使用机械手相对简单地附接和移出气动接头。它避免(不需要)常规气动接头相互接合所需的复杂运动，即不需要围绕密封件质心轴旋转。应注意，气动接头夹持基座还可作为适配器供压缩空气通过。致动器组件5136可包括所示的旋转关节5138和线性致动器5144。致动器可以利用电动、液压或气动动力。可以提供到致动器的适当的线路连接(未示出)用于提供动力，并且可以平行于卡车的气动线路(同样未示出，但通常连接到夹持基座5180上，以将压缩空气输送至气动接头连接5190)。
图53和图53A示出了使用上述连接实现方式之一将卡车的气动(或电气)连接附接到拖车气动接头的粗略和精细定位和操作的大体过程5300。首先，过程5300在系统接收到连接命令之后寻找拖车面(步骤5310)。过程5300确定相对于卡车底盘的拖车枢轴/挂接角度是否可用(判断步骤5312)。如果角度可用，则提供几何数据以从粗略检测传感器获取的图像中检测拖车面(步骤5314)。相反，如果角度数据不可用，则粗略传感器组件可以在所采集的拖车前面的图像中使用(例如)颜色对比度来检测其位置和尺寸(步骤5316)。一旦确定了拖车的位置和尺寸，过程5300就将搜索区域缩小到可能存在气动接头/气动接头面板的拖车底部区域(步骤5320)。
接下来，过程5300尝试在得到缩小的搜索区域中定位气动接头面板，这可能需要也可能不需要3D感测(判断步骤5322)。如果粗略感测系统使用了3D感测，则在步骤5324中，系统将定位与拖车面具有几何差异的区域，并存储由此产生的图像特征。如果未采用3D感测，则过程5300可通过在拖车面图像上识别并存储与周围环境不同的颜色特征来尝试定位气动接头面板(步骤5326)。根据通过步骤5324或步骤5326或(可选地)两者识别的特征信息，过程5300接下来对拖车面上的位置按照气动接头/面板可能性(步骤5330)从高到低的顺序进行排序。该排序可以基于多种因素，包括气动接头/面板候选特征的普遍性、特定颜色或形状的强模式匹配或其他标准。可以根据本领域技术来使用得到训练的图案识别软件。在步骤5332中，选择排名最靠前的位置作为机械手和承载卡车连接的末端执行器的粗略位置移动的目标。
然后在步骤5334中，使用粗略定位系统将该位置数据用于引导机械手和末端执行器。末端执行器靠近/邻近候选位置，由此携带的精细传感器(例如相机，3D扫描仪等)组件的末端执行器和/或机械手可以检查该候选位置是否存在气动接头特征(步骤5336)。如果精细感测系统验证该位置存在气动接头特征，则过程将该位置用于精细操纵过程(判断步骤5338)。相反，如果结合精细感测的视觉系统未识别出可辨认气动接头特征或图案，则选择下一个排序最高的特征集，并且(如果需要)，机械手再次移动到步骤5334以检查下一个位置(步骤5336)。重复此过程，直到找到气动接头或找不到气动接头为止(此时过程报告错误或采取其他措施)。一旦确认了气动接头的位置，则过程5300(通过判断步骤5338)根据由精细感测系统获取的图像来估计气动接头的姿势。这可以包括从颜色相机、立体相机、近红外相机或激光测距仪以及其他形式的组合导出的图像数据(步骤5350)。精细机械手朝着拖车气动接头的已识别坐标移动，并朝与其3D姿势匹配的方向移动。应注意，所携带的基于卡车的连接器具有已知的姿势，该姿势与拖车的气动接头的确定姿势相关联，以使它们能够接合。在机械手接近拖车气动接头时，基于视觉/传感器的反馈可用于对其进行伺服(步骤5360)。在步骤5362中，拖车的气动接头最终被末端执行器和携带的连接器以适当的方向接合。一旦接合，可根据上述任意实施例或其他适当的连接机制，使用基于卡车的连接器的适当运动和/或驱动来对连接进行固定，包括在机械手被改装的情况下，通过常规卡车气动接头的常规旋转连接。对连接进行测试以确定安全性和成功性(判断步骤5380)。这样的测试可以包括视觉测试和/或测试气动系统是否保持压力。如果成功，则过程5300发出成功信号，并且机械手可以脱离基于卡车的连接器并返回至空档位置(步骤5390)。如果连接测试不成功(判断步骤5380)，则该过程可以指示机械手接合和/或恢复基于卡车的连接器(步骤5382)。然后，将精细机械手从拖车前面退回至足够的位置(步骤5384)，并重复精细操纵步骤5360、5362、5370和5380直到连接测试成功为止。如果测试在给定的尝试次数后失败，则该过程将停止并向人员发送警报，和/或采取其他适当的措施。
H.只能自动操作的气动接头适配器和连接工具
当卡车和拖车之间的连接方式被设置为大体无需人工干预(即，只能自动操作)时，则可以将气动接头组件提供为更适合自动操作(例如通过机械手)的方式。以下是仅用于自动操作的气动接头的布置。
1.刚性适配器
图54示出了仅适用于自动连接的气动接头适配器5400的说明性变型。适配器5400包括最初附接到拖车的气动接头上(例如，在堆场的门房处)的常规气动接头连接5410，使得适配器5400在堆场操作期间半永久地附接到拖车。因此，适配器5400将标准的安装在拖车上的气动接头转换成用于连接卡车空气线路的替代连接机构。在该示例性实施例中，替代连接是快速断开系统的公端5420，其中以上述各种方式将公突起端(例如市售的)相对于卡车可拆卸地设置。适配器的安装使得连接器朝外，并且可以使用载有卡车空气线路的机械手、探针或其他安装在卡车的设备进行接合。安装在框架的面板5430和相关的基准5440(以虚线显示)有助于(例如)使用机械手进行连接，以便自动系统通过使用卡车处理器或远程系统服务器实现的传统和/或自定义机器视觉技术来进行视觉识别。
2.柔性适配器
图55中示出了另一示例性实施例的功能类似于图54中描述的适配器5400的气动接头适配器5500。提供了常规气动接头连接5510。在一实施例中，在柔性杆管5522的端部设置有快速断开的公突起5520，可以通过包裹弹簧5524来加强杆管5522。当与操作工具(如下所述)连接时，该杆管5522使适配器5500更加顺从，从而有助于避免可能发生的破裂。如上所述，该实施例包括具有基准5540(以虚线表示)的面板5530。
3.螺线管(Solenoid)释放工具
图56和图57示出了适于与仅自动操作的适配器(例如，上面的5400和5500)连接的工具5600。工具5600能够将空气和动力从卡车传递到拖车。它包含一个机械锁定机构(锁定锥5610)以使工具与适配器(图57中的5400)保持接合。工具5600还包括用于由机械臂(如上所述)恢复的夹持器接口5620。接口5620可以包括基准(未示出)，用于在工具5600被留在拖车上并固定在适配器后找到工具5600(使用视觉系统)。工具的空气连接机构5630可以包括快速断开式母接头，该母接头适合于以本文描述的和本领域技术人员公知的方式接合适配器5400的公突起5420。连接机构5630包含由(例如)两个电磁螺线管圆柱体5640、5642致动的机械锁定环5720，电磁螺线管圆柱体5640、5642线性移动(分别为双箭头5730和5732)机械锁定环5720。当将工具5600从气动接头适配器5400恢复时，螺线管组件5540、5642可以被激活。工具5600的前部包含截头圆锥形的定位结构5750，以确保与适配器突起5420正确对准从而实现接合。螺线管组件5640、5642可以使用开关电源来致动，而开关电源直接从带有内置在夹持器和基座5620的触点的卡车接线。当夹持器接合时，它允许通过连接系统的操作有选择地给螺线管通电。工具5600包括永久性地连接到基于卡车的空气线路的螺纹端(treaded end)的空气出口/接头5660。
4.拉动式释放工具
图58中示出了另一示例性实施例的工具5800。如上所述，工具5800在框架的后部使用夹持器连接5810，在相对端使用对准定位锥5820以接合突起。提供了与工具5600相似的快速断开母组件5830。工具5800限定了滑动框架，其中后板5840和前板5842是杆5850上的分隔件5844。前板5842与前框架5852是整体的或一体的，前框架5852支撑定位锥5820和快速断开母组件5830的非滑动部分。后板5840可以向后滑动(箭头5860)，将杆5850和托架(carriage)5862向后拉。托架被固定到快速断开的弹簧加载(通常为向前偏置)的外部套筒5864上。因此，向后拉动后板5840则相对于快速断开的固定部分向后拉动套筒5864，从而使其能够被解锁。在该实施例中，省略了搭载的致动器(例如工具5600的螺线管5640、5642)，并且通过沿箭头5860方向向后拉动夹持器来执行快速断开的解锁。在该实施例中，这避免了对车载动力驱动机构的需要。空气出口5870(连接至卡车空气线路)位于工具5800的纵向中心轴线上，并且以不滑动的方式固定至框架5852。
5.带有圆柱形夹持器接口的拉动式释放工具
图59示出了根据另一示例性实施例的工具5900，其根据图58描述的拉动释放原理进行操作。因此，定位锥5910、固定框架5920和滑动后板5930的操作类似于图58所示的工具5800的操作，以解锁中央快速断开母接头5940。安装在后板5930的后侧上的夹持器基座5950限定了截头圆锥形的环形引导漏斗5952。该结构适于在围绕工具5900的纵向中心轴(虚线5990)的任何旋转(双曲箭头5980)处接收插入的(箭头5960)夹持器5970。
I.有利于自动操作的气动接头适配器和工具
图60示出了在自动操作环境中仍考虑采用手动安装气动接头的场景下使用的适配器。适配器布置6000采用与常规手动连接相同的连接接口，但将基准和对准机构添加到适配器布置6000中以使自动连接系统能够找到并连接到该布置。如图所示，拖车侧的标准气动接头6010(例如，使用螺纹管接头6022)被连接至卡车侧的自动气动接头6020。相同的接口用于与陆运卡车的气动接头连接，但是在自动气动接头背面增加新的接口以进行对准。接口包括粗略对准锥6030，以及限定狭槽(示出了顶部狭槽6052)的位于顶部6050和底部(未示出)的两个旋转对准立柱/叶片。粗略对准锥6030允许相应的安装在夹持器上的工具(在下面参照图61描述)采取适当的位置，并且立柱/狭槽确保工具在接合之前被正确地旋转(围绕纵轴6060)到正确的角度。基准板6070和相关的基准6072(以虚线示出)有助于定位气动接头6020，并且将夹持器工具伺服成与气动接头6020接合。气动接头基座6080以常规的气动接头几何形状布置，以用于卡车空气线路上的常规手动(扭锁)气动接头连接，或如上描述的由卡车自动系统发送的操纵连接工具。
为了将工具连接到气动接头适配器布置6000，在图61中示出的示例性气动接头适配器连接工具包括顶部和底部角度定位销(显示了顶部销6110)和主定位销6120(显示为与对准锥6130接合)，所有这些都确保了工具6100相对于适配器布置6000的正确旋转和角度对准。更具体地，主定位销6120在接近布置6000时，为工具6100提供了初始定位机构。此后，角度定位销6110确保工具6100在连接之前处于正确的方向。一旦销触底，自动机械手和控制系统就可以进行感应，并使用感应到的脉冲实现夹具连接。
使用气压缸(pneumatic cylinder)6150来促进工具6100相对于气动接头基座6080的夹紧连接，气压缸6150选择性地操作以使基板以朝向或远离气动接头基座6080和工具框架6130(带有销6110、6120等)的方向移动(双箭头6152)。板6154带有具有进气口6158的块6156。靠着底部垫圈气缸(图64中的6082)密封的块6156移动到夹紧位置。这也确保了在卡车操作过程中整体布置保持固定。进气口6158连接到卡车空气线路。应注意，使用气压缸6150来实现工具的夹紧和连接的方式仅作为示例。也可以采用其他等效的致动器，例如电磁阀、弹簧加载系统等。夹持器接口/基座6160被设置在框架6130的后部。如本文大体描述，可以采用适当的夹持器和操纵系统来将工具6100附接至该布置或从其移除。弹性(例如，橡胶、尿烷等)阻尼器6170可用于将夹持器接口/基座6160安装至框架6130，从而在由机械手操纵工具6100时提供顺应性(compliance)。
图62示出了根据示例性实施例的有利于自动操作的双接头往复阀气动接头适配器布置6200。布置6200的拖车侧包括半永久地安装到拖车空气线路的常规的气动接头连接器6210。布置6200的相对侧包括两个平行端口6220和6230。一个端口6220包含标准的气动接头连接器基座6222，用于与手动连接和移除的陆运卡车空气线路对接。第二端口6230可以包含上述的任意自动适配器/工具，在该示例中，是图54和图55中描述的用于致动的快速断开系统的公突起6232。
在布置6200中，往复阀6240将拖车侧气动接头6210、与卡车相连接的气动接头6220和自动端口6230互连，并且进行操作(以常规方式)以允许来自自动适配器或标准的气动接头连接器的连接。往复阀6240以无泄漏或压力损失的方式将压缩空气从连接侧引导至拖车空气线路。往复阀6240还适于在断开连接时开放至环境，从而允许拖车空气线路中的空气得到净化。
图63示出了双接头往复阀气动接头适配器6300的另一示例性实施例。在该实施例中，往复阀6310连接常规的拖车侧气动接头组件6320和一对卡车侧端口6330和6340。每个端口6330、6340分别从往复阀6310相应的直角弯头6332和6342延伸出来，往复阀6310在该实施例中限定了T形连接。应当清楚的是，在替代实施例中可以采用各种各样的几何布置，以适当地定位端口和/或提供期望的定位/间隔。如上所述，端口6330是用于手动附接OTR连接的常规气动接头连接器。另一个端口6340布置有用于与上述工具一起使用的快速断开突起6344。在该实施例中，突起6344被安装在弹簧包裹的管6346的端部以提供顺应性。
图64示出了包括集成往复阀6410的布置6400。如图所示，往复阀直接集成在标准气动接头连接几何结构的背面。往复阀允许加压空气从气动接头基座6430或自动端口6440(如上所述，带有快速断开突起6442)流过后部出口(箭头6420)。该布置6400可以以相对较小的形状因数(form factor)且无需(不使用)单独的气动接头适配器就可以提供到拖车的自动和标准连接机构。相反，可以将集成的气动接头永久固定在出口(6420)处的拖车上，从而使得拖车适用于OTR和自动连接。
图65示出了具有集成的往复阀6510的另一气动接头适配器布置6500。与图64的实施例不同，该布置6500不要求直接更换拖车的气动接头。该适配器布置6500采用了可以半永久地附接到拖车气动接头的拖车侧气动接头6520。它通过一体式往复阀6510互连到一对端口6530和6540。阀将压缩空气从所连接的端口选择性地引导至拖车侧气动接头6520。如上所述，端口包括常规的卡车侧气动接头连接器6532和与工具接合的自动(例如突起)连接器6542。基准承载板6550也被设置在布置壳体6560上，基准承载板6550可以在布置壳体6560上由自动机械手系统成像。
图66示出了具有可加工壳体6610的气动接头适配器布置6600的另一示例性实施例。它包括一个通过集成往复阀6630供给的拖车侧气动接头连接(在可加工壳体6610内以虚线示意性地示出)。往复阀6630允许常规的卡车侧气动接头连接6640或自动连接6650通过拖车侧气动接头6620将压缩空气输送到拖车空气线路。基准承载板6660可以设置在壳体6610的前侧上。
J.将工具夹紧到适配器中
根据示例性实施例，在图67至图69的布置6700中省略了自动连接(突起)和相关联的往复阀。适配器布置6700限定了可加工壳体6710，以及可以半永久地附接到拖车气动接头的拖车侧气动接头连接6720。还向壳体6710提供卡车侧气动接头连接6730。气动接头连接6730限定具有多个对准孔6782的圆柱形基座6740，其允许夹紧工具6750以各种角度接近。
尤其参照图69，夹紧工具6750包括从电动基座6770伸出的对准销6760。基座6750可适于由机械手携带并从机械手释放。对准销6760具有在其前部倾斜的叶片6762，以帮助基座6760与气动接头圆柱形基座6740的对准。每个孔6742限定协调的形状(例如泪滴形键槽)，当将工具6750与气动接头基座6740接合时，协调的形状引导销和叶片正确对准。
如图68所示，夹紧工具6750与卡车侧适配器气动接头6730接合。由电动基座驱动的丝杠6780使夹具构件6782朝气动接头密封件6734移动或从其离开。可以使用各种线性致动器来移动夹具构件6782。在一实施例中，使用NEMA 23步进电动机提供足够的力来进行密封。一对安装在电动基座6770中的螺栓为夹具构件6782提供了导轨，并且它由丝杠6780线性驱动(图69中的双箭头6912)。电动基座6770通过导线(leads)6786接收电力，并且卡车空气线路对夹具构件进行加压，加压空气通过构件6782到达由适当的气动接头密封件6920包围的(图69)端口6910。如在其他实施例中一样，壳体6710可以包括基准承载板6790，以帮助识别适配器布置6700并且引导携带夹紧工具的机械手与该布置接合。当系统确认(通过脉冲等)工具6750相对于气动接头基座6740牢固就位时，可能会发生夹紧，此后，从工具中释放机械手。当机械手牢固地重新接合工具6750时，可能松开夹紧状态，此后，机械手和工具将被撤回至中立位置，以便根据此处的大体说明挂接拖车。
K.拖车角度自动检测
当牵引拖车时，需要确定拖车相对于牵引车的方向(相对角度)。传统上，由驾驶员观察拖车前面的方向和角度以得出近似角度测量值。但是由于前面具有可变性(由于存在制冷单元、导流罩等)，使用自动传感器(例如视觉相机、常规LIDAR等)的效果较差。然而，市售的所谓高分辨率LIDAR为相对拖车角度确定过程的自动化提供了更多能力。上述高分辨率解决方案可以是市售的加利福尼亚州圣何塞Velodyne LiDAR公司的VLS-128型TM系统，该系统是用于(例如)自动驾驶车辆及类似应用程序的目前世界上分辨率最高的LiDAR之一。该系统使用128个离散结构光(激光)光束在相当大的工作距离中得出3D表面轮廓/形状。这些光束可以被布置在投影的(projected)同心圆。也可以使用其他竞争公司的高分辨率LIDAR设备以及包括立体相机等的替代3D传感系统。
图70和图71示出了自动驾驶(例如堆场)卡车7010和未挂接拖车7020的布置7000，以检测卡车7010的后底盘(例如，保险杠7030)的平面与拖车7020的中心线CLT之间的相对拖车角度ATA。说明性地，该布置7000包括安装在卡车后底盘/保险杠7030上，并且向后面向拖车的LIDAR设备7022。在操作中，LIDAR设备7022与处理器7024通信，处理器7024是车辆CPU的一部分并且包括角度确定过程(处理器)7026。过程(处理器)7026检测拖车7020上(例如两个)起落架支腿7110和7112的位置和方向，以便估计拖车相对于卡车7010的后部7030的角度ATA。LIDAR设备7022限定工作角度范围7120，该工作角度范围7120足以在操作期间的预期拖车角度ATA范围内捕获支腿7110和7112。如图所示，LIDAR光束还可以获取车轮组7130、7132、7134和7136中至少一个的前部。所选择的LIDAR设备7022与地面7050之间的高度HLT(图89)，应使光束7042在拖车底侧7040下充分行进，以到达起落架支腿7110、7112，并可能到达车轮组7130、7132、7134和7136。由于支腿7110和7112以及(可选)轮胎在拖车7120的任一侧上跨宽度/梁在已知的平行方向定位，并且这些结构具有独特的表面形状，因此可以将它们用作参考来确定相对于卡车和相关联的LIDAR单元(以及由过程(处理器)7026建立的卡车坐标系)的角度ATA。
在操作中，并且进一步参考图72，过程(处理器)7026分析从拖车扫描传输的LIDAR数据中的至少一个环，以搜索点组7210、7212，其中整体点组大致为相应的起落架支腿的宽度WLL。然后，过程(处理器)7026比较所有组以寻找与拖车主销点7060大致等距的成对的组，以及其中两个组7210、7212之间的分隔距离WLG大致为拖车的宽度的成对的组。对于符合条件的组对，过程(处理器)7026将拖车角ATA(相对于平行于卡车保险杠的线7240截取)估计为将两个向量(外角)7220、7222从卡车/拖车挂接点平分到两个点组7210和7212的相对外边缘的角度。
在卡车和拖车之间的极端相对角度下，从LIDAR传感器的角度来看起落架支腿7110、7112中的一个可能被遮挡(例如，由于极端角度，被遮挡的支腿可能在后保险杠的前面)。图73中示例性地示出了这种情况，其中，在LIDAR设备7022的最大感测扇形(锥形)7320内可以看见拖车7020的起落架支腿7112，但是相对的支腿7110在扇形外部(位于保险杠7130的前面)并被遮挡。如果未找到代表起落架支腿的点对，并且在预计可能会遮挡(由于支腿现位于最左侧或最右侧)另一条腿的区域中检测到单组点(例如，对应于腿7112的点)，过程(处理器)7026使用预定的拖车宽度WTP来估计被遮挡的支腿7110的位置。然后，过程(处理器)7026将所发现的支腿7112的感测位置和被遮挡的支腿7110的估计位置用作近似对，以用于上述过程。然后，使用该近似对来估计拖车角度,拖车角度是将两个向量从主销平分到近似对中的两个支腿的外边缘的角度。
应注意，在特定情况下为了使上述拖车角度确定过程的输出更加平滑并提高鲁棒性，可以提供额外步骤来进行线性二次估算(例如卡尔曼滤波)。
再次参考图70，在另一实施例中，确认拖车角度ATA或提高拖车角度精度可能是有用的。该过程可以利用拖车7020的前缘的下部外边缘7070。该过程可以通过处理接收到的上部LIDAR环来检测拖车的外边缘，并且可以用于确认起落架检测的结果，或者在起落架检测过程返回多个解决方案时用于消除误报。
在另一实施例中，并且再次参考图72，LIDAR设备可以用于通过定位相应的点7230和7234来检测拖车轮7130和7134。该数据可用于确认和/或改善使用起落架检测确定的角度的精度，或者如果起落架检测不是确定性的，则可使用车轮位置单独确定拖车角度。可以将(例如)内侧边缘之间的(存储的)典型宽度WTW与感测到的宽度进行比较，由此建立点组，可以通过这些点组按照类似于上述起落架的方式来计算车轮和角度。
L.主销自动检测
参考图74和图75，其描绘了进一步协助自动驾驶卡车提取拖车的系统和方法。在执行该操作时，该系统和方法使用可以通过视觉感测和/或本文所述的其他技术来获得的拖车的大致位置。该实施例的系统和方法大体允许卡车后退并成功地连接到拖车。该实施例可以采用上述的LIDAR设备7022(图70至图73)。在图74和图75适用相似或相同的结构/部件，因此采用了类似的附图标记。
更具体地，该系统和方法允许在后退操作中将卡车牵引座7410正确地连接至拖车主销7460。它采用主销位置检测和确定过程(处理器)7420，过程(处理器)7420可以是整个车辆处理器/CPU 7024的一部分，并且互连到LIDAR设备以及在其上实例化(或与其关联)的任何搭载过程/处理器。使用系统提供的拖车位置，卡车7010被放置在与拖车7020相邻的位置，然后后退以连接卡车和拖车。在该过程中，非常需要准确确定拖车主销7060的相对位置。由于在整个拖车底部7040中主销7060的结构相对较小，使用安装在卡车后保险杠7030上的LIDAR设备7022，它仅可识别为由LIDAR设备7022的光束7430产生的图像特征集。
根据一个实施例，图76和图77的流程图进一步示出了用于准确确定拖车主销7060的位置的过程7700。过程7700独立地处理(例如，使用过程(处理器)7420)每个LIDAR环，并将找到的点分离成组(步骤7710)。然后，过程7700搜索三个离散的点组7610、7612和7620，它们相互分离但却相对邻近(在预定阈值内)，并且中间组7620比其他两个(侧面)组7610和7612更靠近传感器7022(步骤7720)。
然后，过程7700的步骤7720在三个点组中进一步消除不是相对平坦且高度大致相同的侧面组7610、7612，和/或宽度或高度明显大于期望主销的中间组。如果三个点组符合所有标准(判断步骤7730)，则过程7700将主销的x，y(或另一坐标系)位置估计为中间组7620中所有点的平均值(步骤7740)。过程7700还报告主销板高度(侧面组7610、7612的最小高度)HK(图74)，使得系统具有将牵引座74的高度升高多少的度量(步骤7750)。然后，过程7700将x，y位置从传感器坐标空间转换为导航/车辆坐标空间(步骤7760)。然后，过程7760将x，y位置与任何先前检测的坐标进行比较(步骤7770)。如果不匹配(判断步骤7780)，则将新的x，y位置附加到先前检测的列表中(步骤7782)，并且过程7700继续搜索(通过步骤7710-步骤7770)。然而，如果存在匹配(判断步骤7780)，则增加对匹配检测的置信度以增加置信度值(步骤7784)。基于在步骤7784中的置信度值的增加，过程7700使用累积的置信度以及与车辆的接近度来对先前检测的列表进行优先级排序(步骤7790)。在步骤7790中确定优先级之后，过程7700输出具有最高优先级的检测，以用于通过导航坐标空间引导卡车的后退操作至拖车上。
在替代的相关实施例中，该系统和方法采用上述拖车角度确定过程(图70至图73)，该过程检测拖车起落架支腿7110和7112的位置。一旦两个起落架支腿都已被识别和定位，就可以基于已知/标准的通常以x，y坐标之间的关系表示(例如重心)的拖车几何结构来估计主销7060的位置。该估计位置被转换为车辆/导航坐标空间。如图76所示，在跨越拖车底侧/侧边的宽度的相关点组中识别外边缘7650、7652、7660和7662，并且外边缘7650、7652、7660和7662也可以被作为确定拖车角度的基础。
V.结论
应当清楚的是，上述用于在运送堆场中处理和管理拖车的系统和方法，以及用于自动驾驶AV堆场卡车的相关设备和操作技术，提供了有效途径来减少人为干预，由此降低成本，并潜在地提高了安全性并减少了停机时间。本文的系统和方法实际上可应用于广泛的电动卡车和燃料卡车以及任何市售拖车装置。更特别地，本文的系统和方法有效地实现了关键堆场操作的自动化，例如卡车和拖车之间的一条或多条气动和电力线路的连接、拖车门的解锁和打开、拖车的安全搭接、带装卸建和装卸们的拖车的导航和停靠、维护装卸间以及车辆的安全，防止未经授权的操作和/或用户，以及自动驾驶车辆的其他方面。这样的系统还增强了在集装箱堆场以及其他繁忙堆场环境中的操作，在这些环境中，可能需要考虑反向行驶，并考虑确保停放车辆的安全。这些新颖的系统、方法和操作，虽然适用于AV堆场卡车，但也有助于其他类型的自动运输车辆，并且可以预期，利用本领域技术，可以将其扩展到广泛的非堆场和/或OTR车辆。
如上对本发明的说明性实施例进行了详细描述。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和增加。可以将上述各实施例的每一个的特征适当地与其他实施例的特征相组合，以在相关联的新实施例中提供多种特征组合。此外，尽管前述内容描述了本发明的装置和方法的多个单独的实施例，然而本文所描述的仅是应用本发明原理的示例。例如，本文所使用的表示方向和定位的术语(及其语法变体)，如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”、“侧面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“向前”、“向后”等仅用作相对约定，而不用作相对于固定坐标系的绝对方向(例如重力作用方向)。此外，所描绘的过程或处理器可以与其他过程和/或处理器组合或划分为各种子过程或处理器。可以根据本文的实施例将这些子过程和/或子处理器进行各种组合。同样地，可以明确设想使用硬件、由程序指令的非暂时性计算机可读介质组成的软件，或硬件和软件的组合来实现本文中的任何功能、过程和/或处理器。同样，例如“实质上”、“大约”等限定性术语允许与所述测量或值具有合理变化(例如1-5％的变化)，以使元件保持本文所述的功能。因此，该描述仅作为示例，而不是以其他方式限定本发明的范围。

Claims (57)

1.一种用于将卡车上的至少一条服务线路自动连接到拖车的系统，其特征在于，包括：
拖车上的接收器，其永久或临时固定在所述拖车上，所述接收器与气动线路和电气线路中的至少一个互连；
耦合器，当所述拖车接近或被挂接在所述卡车上时，所述耦合器由机械手的末端执行器操纵以寻找并接合所述接收器；以及
处理器，其响应于所述接收器的位置而移动所述机械手，由此使所述耦合器与所述接收器对准并接合，从而完成所述卡车和所述拖车之间的电路。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述末端执行器被安装在以下中的至少一个上：(a)沿至少两个正交轴移动并且具有向后延伸的臂的框架；(b)多自由度机械臂；以及(c)具有旋转关节的线性致动器驱动臂，以使所述末端执行器同时实现向后伸展和高度调节。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述线性致动器驱动臂被安装在所述卡车底盘上的横向移动基座上。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，附接到所述末端执行器的所述旋转关节包括用于在所述耦合器中保持预定角度的旋转致动器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述耦合器包括被致动的快速断开式接头，其适于选择性地且密封地固定至所述接收器中的连接器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，
所述被致动的，快速断开式接头包括电磁螺线管组件，所述电磁螺线管组件选择性地且可滑动地打开并响应于向其施加的电流而允许所述快速断开式接头闭合。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括附接到所述耦合器的张紧的电缆，以及附接到所述卡车制动系统的气动线路。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述制动系统包括行车制动器和紧急制动器中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括电气连接，所述电气连接在附接至所述卡车电气系统的所述耦合器上。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述接收器通过相互接合的织物材料、紧固件、夹具和磁体中的至少一个可移除地附接到所述拖车的前面。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括用于所述拖车的改装套件，所述改装套件限定用于拖车气动线路和拖车电气线路中的至少一个的Y形连接器，所述Y形连接器既连接到常规的服务连接器又连接到所述接收器。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述Y形连接器可操作地连接至通风机构，所述通风机构选择性地允许所述耦合器和所述常规服务连接器中的一个进行通风。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述常规服务连接器包括气动接头。
14.一种相对于拖车操作自动驾驶卡车的系统，其特征在于，包括：
处理器，其与牵引测试过程通信，当将所述卡车挂接至所述拖车上时，所述牵引测试过程通过向所述卡车施加动力并确定所述卡车上的负载来自动确定所述拖车是否被挂接。
15.一种使用卡车搬运拖车的系统，在所述卡车的气动制动系统和所述拖车的制动系统之间没有服务连接，其特征在于，包括：
具有阀的压缩空气罐，其可拆卸地固定在所述拖车上，并连接到所述拖车的所述制动系统，所述阀根据来自所述卡车的信号来致动以释放所述制动系统。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述卡车是自动驾驶卡车，并且从所述卡车的控制器无线发送所述信号。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述卡车是自动驾驶车辆堆场卡车，并且所述罐适于在将所述拖车运送到堆场时进行附接。
18.一种用于定位拖车前面的气动接头连接器的系统，其特征在于，包括：
粗略感测系统，其获取所述前面的2D图像和3D图像中的至少一个，并搜索与气动接头相关的图像特征。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，在所述图像中识别所述拖车前面的边缘之后，所述粗略感测系统定位相比周围图像特征具有不同纹理或颜色的特征。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，
所述粗略感测系统包括位于自动驾驶堆场卡车的驾驶室或底盘上的传感器。
21.根据权利要求20所述的系统，还包括：精细感测系统，其位于精细机械手的末端执行器上，所述精细感测系统通过粗略运动操作被移动到与包含候选气动接头特征的所述前面的位置相邻的位置。
22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述精细感测系统包括多个2D成像传感器和3D成像传感器。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述精细机械手包括安装在多轴粗略运动机构上的多轴机械臂。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述粗略运动机构包括安装在所述自动驾驶堆场卡车上的多个线性致动器，所述线性致动器将所述精细机械手从中立位置移动到与所述气动接头候选特征相邻的位置。
25.根据权利要求23所述的系统，其中，所述粗略运动机构包括安装在所述自动驾驶堆场卡车上的活塞驱动的铰接的平台，所述平台将所述精细机械手从中立位置移动到与所述气动接头候选特征相邻的位置。
26.根据权利要求23所述的系统，其中，基于从所述精细感测系统接收的相对于由所述精细感测系统成像的所述气动接头的反馈来伺服所述精细机械手。
27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述精细感测系统定位所述气动接头上的被训练的特征，以确定所述气动接头的姿势。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述特征是所述气动接头的环形密封件、用于固定所述气动接头的凸缘的轮廓边缘，以及附接到所述气动接头上的标签中的至少一个。
29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述标签包括有助于确定所述姿势的基准矩阵。
30.根据权利要求28所述的系统，其中，所述标签位于夹具上，所述夹具被附接到所述气动接头上的被抬起的元件上。
31.根据权利要求27所述的系统，其中，所述特征包括在所述气动接头的垫圈密封件上的多个识别区域。
32.一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的气动接头的系统，所述末端执行器选择性地接合与释放所述连接器，其特征在于，包括：
夹紧组件，其选择性地覆盖所述气动接头的环形密封件，并且将所述连接器密封夹紧到所述环形密封件上。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述夹紧组件是致动夹具和弹簧加载夹具中的至少一个。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述弹簧加载夹具通常是闭合的，并且通过所述末端执行器的夹持动作被打开。
35.根据权利要求33所述的系统，其中，所述致动夹具包括以下中的一个：(a)一对旋转的夹紧构件；以及(b)滑动夹紧构件。
36.一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的气动接头的系统，所述末端执行器选择性地接合和释放所述连接器，其特征在于，包括：
探针构件，其包含压力端口，所述压力端口基于所述末端执行器的放置运动而插入并保持在所述气动接头的环形密封件中。
37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述探针构件包括以下中的一个：(a)可释放地压接到所述环形密封件中的截头圆锥形塞；以及(b)选择性地接合在所述气动接头的所述环形密封件下方的空腔，并且发生膨胀以固定在其中的充气塞。
38.根据权利要求37所述的系统，其中，
所述截头圆锥形塞包括沿圆周的倒钩以保持抵靠在所述环形密封件。
39.一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的拖车气动接头的系统，所述末端执行器选择性地接合和释放所述连接器，其特征在于，包括：
另一气动接头，其以实质上常规的方式固定到所述拖车气动接头上，另一气动接头包括从所述末端执行器接收选择性连接器的快速断开接头。
40.一种用于在卡车试图反向移动以挂接至拖车的相对关系中，确定所述拖车相对于所述卡车的相对角度的系统，其特征在于，包括：
空间感测设备，其定位在所述卡车并面向后方，所述感测设备被定位成感测所述拖车底侧下方的空间；
处理器，其识别和分析由所述感测设备相对于所述拖车的起落架支腿和所述拖车的车轮组中的至少一个产生的数据点，并由此确定所述相对角度。
41.根据权利要求40所述的系统，其中，所述感测设备是使用结构化光的投影环来生成点的高分辨率激光雷达设备。
42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述处理器识别点组，并将所述点组与所述起落架支腿的预期形状和位置进行比较。
43.根据权利要求42所述的系统，其中，
如果所述起落架支腿中的一个被阻挡，所述处理器估计被阻挡的所述起落架支腿的位置以确定所述相对角度。
44.根据权利要求42所述的系统，其中，所述处理器定位并分析所述车轮组的形状和位置来实现以下各项中的至少一项：(a)确认基于所述起落架支腿确定的所述相对角度，以及(b)当无法分析或无法确定所述起落架支腿的角度时，单独确定所述相对角度。
45.根据权利要求44所述的系统，其中，
所述处理器被布置为确定所述拖车的主销的位置。
46.一种用于在卡车试图反向移动以挂接至拖车的相对关系中，确定所述拖车的主销相对于所述卡车的相对位置的系统，其特征在于，
包括：
空间感测设备，其定位在所述卡车并面向后方，所述感测设备被定位成感测所述拖车底侧下方的空间；
处理器，其识别和分析由所述感测设备相对于所述主销、所述拖车的起落架支腿和所述拖车的轮组中至少一个而产生的数据点，从而确定所述主销的相对位置。
47.根据权利要求46所述的系统，其中，所述感测设备是使用结构化光的投影环来生成点的高分辨率激光雷达设备。
48.根据权利要求47所述的系统，其中，所述处理器识别点组，并将所述点组与所述主销和所述起落架支腿的预期形状和位置进行比较。
49.根据权利要求48所述的系统，其中，所述处理器被布置为利用所述激光雷达设备迭代成像，并且定位代表期待位置的点组，并且响应于高于预定阈值的置信度值来提供所述主销的相对位置。
50.一种用于互连自动驾驶卡车与拖车之间的空气线路的系统，其特征在于，包括：
适配器，其相对于所述拖车侧空气线路安装并引导穿过其中的压缩空气，所述适配器具有至少一个气动接头连接；以及
机械手，其携带连接工具并移动所述连接工具与所述适配器接合或脱离，所述连接工具与所述卡车侧空气线路互连以在接合时将压缩空气输送至所述适配器，并且所述机械手被布置成当所述工具被接合至所述适配器时选择性地从所述工具中脱离。
51.根据权利要求50所述的系统，其中，所述适配器，包括：气动接头连接，其与附接至所述拖车侧空气线路的气动接头接合；快速断开接头，其与所述工具上的可致动快速断开件接合。
52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述快速断开件通过拉动运动和动力致动器组件中的至少一个来致动。
53.根据权利要求51所述的系统，其中，所述适配器还包括所述卡车侧气动接头连接和往复阀，所述往复阀从所述卡车侧气动接头连接或所述快速断开接头选择性地引导所述压缩空气。
54.根据权利要求50所述的系统，其中，所述工具包括引导结构，从而在与所述适配器接合期间与所述适配器对准。
55.根据权利要求54所述的系统，其中，所述引导结构包括引导销、叶片、狭槽和键槽中的至少一个。
56.根据权利要求50所述的系统，其中，所述工具包括：螺钉驱动的夹具，其选择性地接合所述卡车侧的气动接头连接；以及引导销，其被布置成在围绕所述卡车侧气动接头连接的轴线的不同旋转方向上接合多个键槽中的一个。
57.根据权利要求50所述的系统，其中，所述适配器包括基准，所述基准基于可操作地连接的视觉系统识别并帮助所述机械手的定向。
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