CN112127417B - 用于生成工程机械周围的环境数据的装置及包括其的工程机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环境数据生成装置，其用于生成表示工程机械的周围环境的环境数据。所述环境数据生成装置包括：部件位置数据生成模块，其生成包括所述工程机械的部件的坐标的部件位置数据；环境数据生成模块，其生成表示所述工程机械的周围环境的第一环境数据；以及数据处理模块，其基于所述部件位置数据而除去所述第一环境数据中表示所述工程机械的部件的数据，从而生成表示在所述周围环境中除去了所述工程机械的部件的第二环境数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于生成工程机械周围的环境数据的装置及包括其的工程机械。
背景技术
在工程机械的自动化中，感知工程机械的周围环境，并利用表示周围环境的环境数据而执行自动控制。这样的环境数据可以通过活用多种传感器来生成，但由于工程机械通常是突出的，因此上述环境数据也可能包括工程机械的部分。因此，为了如预期那样准确地表示工程机械的周围环境，需要在已获取的环境数据中去除表示工程机械的部分的数据。
发明内容
技术课题
本发明所要解决的课题是提供一种用于生成工程机械周围的环境数据的装置，尤其，提供一种用于生成表示在工程机械周围环境中除去工程机械部分的部分的环境数据的装置。
技术方案
本发明的实施例的用于生成表示工程机械的周围环境的环境数据的环境数据生成装置包括：部件位置数据生成模块，其生成包括所述工程机械的部件的坐标的部件位置数据；环境数据生成模块，其生成表示所述工程机械的周围环境的第一环境数据；以及数据处理模块，其基于所述部件位置数据而除去所述第一环境数据中表示所述工程机械的部件的数据，从而生成表示在所述周围环境中除去了所述工程机械的部件的第二环境数据。
本发明的实施例的能够在建筑工程中执行工程作业的工程机械包括：移动部，其用于移动所述工程机械；作业部，其用于执行所述工程作业；以及环境数据生成装置，其用于生成表示所述工程机械的周围环境的环境数据，所述环境数据生成装置包括：部件位置数据生成模块，其生成包括所述工程机械的部件的坐标的部件位置数据；环境数据生成模块，其生成表示所述工程机械的周围环境的第一环境数据；以及数据处理模块，其基于所述部件位置数据而除去所述第一环境数据中表示所述工程机械的部件的数据，从而生成表示在所述周围环境中除去了所述工程机械的部件的第二环境数据。
本发明的实施例的用于生成表示工程机械的周围环境的环境数据的环境数据生成方法包括：生成包括所述工程机械的部件的坐标的部件位置数据的步骤；生成表示所述工程机械的周围环境的第一环境数据的步骤；判断在所述第一环境中是否存在表示比工程机械的最外廓部件离工程机械更近的物体的部分数据的步骤；当存在所述部分数据时，基于所述部件位置数据，定义以部件为中心的三维区域的步骤；以及从所述第一环境数据中除去在所述第一环境数据中具有包括在所述三维区域内的位置值的数据，从而生成第二环境数据的步骤，所述第二环境数据表示在所述周围环境中除去了所述工程机械的部件。
发明的效果
本发明的实施例的环境数据生成装置及包括其的工程机械具有如下效果：在工程机械周围环境中，由于可以生成仅表示除去工程机械的部分的环境数据，因此可以获取更准确的关于周围环境的信息，还可以减少对于环境数据的后续处理。
附图说明
图1表示作为本发明的实施例的工程机械的一例的挖掘机。
图2表示本发明的实施例的环境数据生成装置。
图3至图5示例性地表示本发明的实施例的以部件为中心的三维区域。
图6表示本发明的实施例的周围环境数据生成方法。
图7表示本发明的实施例的周围环境数据生成方法。
符号说明
1：挖掘机，100：环境数据生成装置，110：传感器模块，120：部件位置数据生成模块，130：环境数据生成模块，140：数据处理模块，150：存储器。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明的实施例进行说明。
图1表示作为本发明的实施例的工程机械的一例的挖掘机。下面参照附图，对本发明的实施例进行说明。
图1表示作为本发明的实施例的工程机械的一例的挖掘机。工程机械是指在土木工程或建筑工程中使用的设备。参照图1，挖掘机1可以包括能够沿地面移动的下部行驶体10、能够旋转地具备在下部行驶体10的上部的上部旋转体20、能够旋转地结合于上部旋转体20的动臂30、能够旋转动臂30的动臂缸40、能够旋转地结合于动臂30的前端部的斗杆50、旋转斗杆50的斗杆缸60、能够旋转地结合于斗杆50的前端部的铲斗70、以及旋转铲斗70的铲斗缸80。挖掘机1的各个构成要素10、20、30、40、50、60、70及80可以被称为挖掘机部件(以下称部件)。
挖掘机1可以利用动臂缸40而操作动臂30，并利用斗杆缸60而操作斗杆50，且利用铲斗缸80而操作铲斗70，由此执行挖掘或修整地面等的工作。
另一方面，虽然图1中仅示出挖掘机1作为工程机械的一例，但本发明的实施例并不限定于挖掘机1，当然，也可以适用于工程作业中使用的多种工程机械。然而，为便于说明，以下仅将挖掘机1作为工程机械示例进行说明。
图2表示本发明的实施例的环境数据生成装置。参照图1与图2，环境数据生成装置100可以与挖掘机1连接。根据实施例，环境数据生成装置100的各个结构可以包括在挖掘机1中，或设置在挖掘机1或与挖掘机1电连接。
如稍后所述，环境数据生成装置100可以感知挖掘机1周围的环境，并根据感知结果而生成表示周围环境的环境数据。尤其，本发明的实施例的环境数据生成装置100可以生成仅表示在已感知的周围环境中除去挖掘机的部分的环境数据。
环境数据生成装置100可以包括传感器模块110、部件位置数据生成模块120、环境数据生成模块130、数据处理模块140及存储器150。
在下文中，本说明书中涉及的模块(module)指代可以执行至少一个功能的硬件、软件或包括软件的硬件。即，本说明书中说明的特定模块可以指代能够执行相应功能的软件、装置或电路，或者，也可以指代运行能够执行上述功能的软件的装置。
传感器模块110可以包括多个传感器。根据实施例，传感器模块110可以识别挖掘机1的周围环境，可以测量挖掘机1的位置，并且可以测量挖掘机1的包括各个部件的位置及姿势在内的运动学位置。例如，传感器模块110可以包括摄像机、激光雷达(lidar)、雷达(rader)，红外线传感器、超声波传感器、位置传感器(GPS或RTK GNSS(实时动态全球导航卫星系统，real time kinetic Global Navigation Satellite System))、惯性测量(IMU，intertial measurement unit)传感器、陀螺仪传感器及机器引导(machine guidance)中的至少一个。
例如，传感器模块110可以包括两个位置传感器，且两个位置传感器可以分别设置在上部旋转体20的互不相同的位置。此外，传感器模块110可以包括IMU传感器，且上述IMU传感器可以设置在挖掘机1的各个部件10、20、30、40、50、60、70及80。例如，IMU传感器可以设置在挖掘机1的连杆。
传感器模块110可以生成感知数据。
部件位置数据生成模块120可以生成挖掘机1的部件位置数据。根据实施例，部件位置数据生成模块120可以利用从传感器模块110接收到的信息而生成表示挖掘机1的部件的位置的部件位置数据。例如，部件位置数据可以实时(on-the-fly)生成。
部件位置数据生成模块120可以利用包括在传感器模块110内的IMU传感器而计算相对于挖掘机1的各个部件的基准点的相对坐标。根据实施例，部件位置数据生成模块120可以利用通过IMU传感器测量的部件的惯性值与对于挖掘机1的部件的尺寸而计算相对于部件的基准点的姿势，并且可以利用上述姿势与上述挖掘机的基准点的坐标而计算部件的坐标。此时，上述姿势可以通过DH参数(Denavit-Hartenberg parameter)计算。
此外，根据实施例，部件位置数据生成模块120可以利用位置传感器而计算挖掘机1的基准点(例如，挖掘机1的中心点)的绝对坐标，并利用计算出的基准点的绝对坐标与部件的相对坐标而计算部件的绝对坐标。
根据实施例，部件位置数据生成模块120可以生成包括部件的绝对坐标的部件位置数据。即，部件位置数据可以包括挖掘机1的部件的坐标。
环境数据生成模块130可以生成表示挖掘机1的周围环境的第一环境数据。根据实施例，第一环境数据可以包括关于位于挖掘机1的周围的物体或地形的信息。例如，第一环境数据可以包括关于挖掘机1的周围的物体的坐标、颜色、大小等的信息。
此外，第一环境数据可以实时生成。
根据实施例，环境数据生成模块130可以利用摄像机、激光雷达(lidar)、雷达(radar)、红外线传感器及超声波传感器中的至少一个而测量挖掘机1的周围环境，并根据测量结果计算关于位于挖掘机1的周围的物体或地形的坐标，且可以生成包括对于上述物体或地形的坐标的第一环境数据。上述坐标可以是绝对坐标，但也可以是相对于挖掘机1的基准点的相对坐标。
另一方面，挖掘机1等的工程机械由于其形态不规则且又存在突出的部分，因此通过环境数据生成模块130生成的第一环境数据还可以包括关于挖掘机1的部件的信息。即，不仅测量通过传感器模块10测量的挖掘机1的周围环境，挖掘机1的部件(例如，动臂、斗杆或铲斗)也可能被测量。在此情况下，这样的关于挖掘机1的信息并非是所预期的关于周围环境的信息，因此需要被去除。
例如，挖掘机1的部件可以是前部作业部，前部作业部不仅在挖掘作业过程中形成持续运动的动态轨迹，还从挖掘机向外部方向突出，因此可能被传感器模块110识别为环境数据。在该情况下，在生成挖掘机1的轨迹的轨迹计划建立(Trajectory planner)步骤有可能因该前部作业部造成干扰而妨碍轨迹计划建立算法。因此，可以在生成环境数据及建立挖掘机轨迹计划时预先去除相当于挖掘机1的前部作业部等的部件的数据，由此缩短生成环境数据及建立计划所需要的时间。
此外，当把PCD(Point Cloud Data)形态的识别数据转换为其他形态的数据时，可以去除相当于这样的前部作业部等的部件的不必要的数据，由此使大容量认知数据的存储及计算时间与容量得到最佳化。例如，即使在把PCD转换为网格数据(Mesh Data)或转换为全球(Global)坐标系的情况下，也可以根据这样的去除过程缩短时间，并且可以最佳地活用存储空间。
数据处理模块140可以生成仅表示在挖掘机1的周围环境中除去挖掘机1或挖掘机1的一部分的部分的第二环境数据。即，第二环境数据中不包括关于挖掘机1的全部或一部分的信息。
第二环境数据可以实时生成。
数据处理模块140可以利用第一环境数据与部件位置数据而从第一环境数据生成第二环境数据。根据实施例，数据处理模块140可以除去表示挖掘机1的部件的部分，由此生成第二环境数据。
根据实施例，数据处理模块140在第一环境数据中，可以从第一环境数据中除去具有与包含在部件位置数据中的坐标相邻的坐标的数据，由此生成第二环境数据。例如，数据处理模块140可以从包括在第一环境数据中的位置值中选择包括在部件位置数据中的位置值与基准范围内的位置值，并从上述第一环境数据中除去相当于被选择的位置值的数据，由此生成第二环境数据。
根据实施例，数据处理模块140可以基于部件位置信息而定义以部件为中心的三维区域。数据处理模块140可以从上述第一环境数据中除去第一环境数据中的具有包括在上述区域内的位置值的数据，由此生成第二环境数据。例如，上述三维区域可以是长方体或球，但并不限定于此。
例如，当挖掘机1的部件为前部作业部时，数据处理模块140可以从动臂、斗杆及铲斗的角度或坐标值中获取上述前部作业部的详细信息，并从已获取的详细信息定义动臂、斗杆及铲斗的三维区域。此外，为了缩短对于具有复杂的形状的前部作业部的三维区域的计算时间，数据处理模块140可以使上述三维区域简化为具有立体感的刚体而计算前部作业部的三维区域的坐标值。此外，数据处理模块140可以从动臂、斗杆及铲斗的角度利用运动学方程式而计算上述三维区域的坐标值。
此外，数据处理模块140为了节约资源，可以在第一环境数据中，选择表示位于比挖掘机1的最外廓部件离挖掘机1更近的位置的物体的部分数据，并从部分数据中除去具有与包括在部件位置数据内的位置值相邻的位置值的数据，由此生成第二环境数据。例如，挖掘机1的最外廓部件可以是铲斗70的顶端或动臂-斗杆之间的接合部分，但并不限定于次。
此外，数据处理模块140可以根据绝对坐标系或相对坐标系(以挖掘机1为基准)从第一环境数据中生成第二环境数据。例如，当基于相对坐标系时，数据处理模块140可以使包括在第一环境数据中的周围物体的坐标转换为相对于挖掘机1的基准点的相对坐标，并在转换之后通过上述的过程从第一环境数据中生成第二环境数据。
因此，本发明的实施例的环境数据生成装置100具有如下效果：在在工程机械周围环境中，由于可以生成仅表示除去工程机械的部分的环境数据，因此可以获取更准确的关于周围环境的信息，还可以减少对于环境数据的后续处理。
存储器150可以存储环境数据生成装置100的工作所需要的数据。根据实施例，存储器150可以包括关于挖掘机1的尺寸(dimension)的信息。此时，部件位置数据生成模块120可以基于来自IMU传感器的输出与挖掘机的尺寸而计算挖掘机1部件的坐标。
图3至图5示例性地表示本发明的实施例的以部件为中心的三维区域。
参照图3，数据处理模块140可以定义以动臂30位基准而形成的三维区域REG，并计算三维区域REG的坐标值。根据实施例，数据处理模块140可以将以动臂为中心的三维区域REG简化为具有立体感的刚体，并从已简化的刚体计算出三维区域REG的坐标值。例如，数据处理模块140可以定义包括动臂30且包括从动臂30的各个坐标相离至少预定的距离的点的三维区域REG。虽然图3中示例性地示出了长方体形态的三维区域REG，但本发明的实施例并不限定于此。
参照图4，数据处理模块140可以定义以斗杆50为基准而形成的三维区域REG，并计算三维区域REG的坐标值。根据实施例，数据处理模块140可以将以斗杆50为中心的三维区域REG简化为具有立体感的刚体，并从已简化的刚体计算出三维区域REG的坐标值。例如，数据处理模块140可以定义包括斗杆50且包括从斗杆50的各个坐标相离至少预定的距离的点的三维区域REG。虽然图4中示例性地示出了长方体形态的三维区域REG，但本发明的实施例并不限定于此。
参照图5，数据处理模块140可以定义以铲斗70为基准而形成的三维区域REG，并计算三维区域REG的坐标值。根据实施例，数据处理模块140可以将以铲斗70为中心的三维区域REG简化为具有立体感的刚体，并从已简化的刚体计算出三维区域REG的坐标值。例如，数据处理模块140可以定义包括铲斗70且包括从铲斗的各个坐标相离至少预定的距离的点的三维区域REG。在此情况下，三维区域REG仅可以存在于铲斗外部70，且可以可存在于铲斗70的各个面上。例如，三维区域REG可以包括构成铲斗70的至少一个面。虽然图3中示例性地示出了长方体形态的三维区域REG，但本发明的实施例并不限定于此。
图6表示本发明的实施例的周围环境数据生成方法。参照图6，环境数据生成装置100可以生成对于工程机械的部件的部件位置数据(S110)。
环境数据生成装置100可以生成表示工程机械的周围环境的第一环境数据(S120)。
环境数据生成装置100可以基于部件位置数据与第一环境数据而生成表示除去了部件的周围环境的第二环境数据。
图7表示本发明的实施例的周围环境数据生成方法。参照图7，环境数据生成装置100可以生成对于工程机械的部件的部件位置数据(S210)。
环境数据生成装置100可以生成表示工程机械的周围环境的第一环境数据(S220)。
环境数据生成装置100可以基于部件位置数据，定义以部件为中心的三维区域(S230)。根据实施例，当第一环境数据中存在表示位于比工程机械的最外廓部件离工程机械更近的位置的物体的部分数据时，环境数据生成装置100可以定义上述三维区域。
环境数据生成装置100可以从上述第一环境数据中除去在第一环境数据中具有包括在上述三维区域内的位置值的数据，由此生成第二环境数据(S240)。
本发明的实施例的环境数据生成装置及环境数据生成方法可以被存储在计算机可读的存储介质中而通过能够由处理器执行的指令来实现。
存储媒介与直接以及/或者间接、原始状态、格式化状态、协调状态或任意的其他能够访问的状态与否无关地可以存储关系型数据库、非关系型数据库、内存(in-memory)数据库、或数据库，并且可以包括通过存储控制器允许对于这样的数据的访问的其他适合的数据库等的分分布式的数据库。此外，存储介质可以包括第一存储装置(storage)、第二存储装置、第三存储装置、离线存储装置、易失性存储装置、非易失性存储装置、半导体存储装置、磁存储装置、光存储装置、闪存装置、硬盘驱动器存储装置、软盘驱动器、磁带或其他适合的数据存储介质等的任意类型的存储装置。
在本说明书中，指令可以是通过包括汇编程序指令、指令体系结构(instruction-set-architecture，ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微码、固件指令、状态设置数据、或面向对象的编程语言(Smalltalk)、C++等的客体指向编程语言及“C”编程语言或类似的编程语言等的现有的过程性编程语言的至少一个以上的编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码中的某一个。
本发明以附图中示出的实施例为参考进行了说明，然而这仅为示例性的，该技术领域的一般技术人员可以理解能够基于该实施例实现多种变更及等效的其他实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应被权利要求书的技术思想所决定。
Claims (13)
1.一种环境数据生成装置，其用于生成表示工程机械的周围环境的环境数据，所述环境数据生成装置的特征在于，包括：
部件位置数据生成模块，其生成包括所述工程机械的部件的坐标的部件位置数据；
环境数据生成模块，其测量所述工程机械的周围环境，并根据测量结果生成表示所述工程机械的周围环境的第一环境数据，所述第一环境数据包括对于周围环境中包含的物体或地形的坐标；以及
数据处理模块，其将包括在所述第一环境数据中的坐标转换为相对于所述工程机械的相对坐标，并基于所述部件位置数据中包含的所述工程机械的部件的坐标而除去所述第一环境数据中表示所述工程机械的部件的数据，从而生成表示在所述周围环境中除去了所述工程机械的部件的第二环境数据。
2.根据权利要求1所述的环境数据生成装置，其特征在于，
所述部件位置数据生成模块利用设置在所述工程机械的IMU传感器或角度传感器而计算相对于所述工程机械的基准点的姿势，并利用所述姿势来生成所述位置数据。
3.根据权利要求1所述的环境数据生成装置，其特征在于，
所述部件包括动臂、斗杆及铲斗中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的环境数据生成装置，其特征在于，
所述环境数据生成模块利用激光雷达传感器、GPS传感器及摄像机中至少一个来生成第一环境数据。
5.根据权利要求1所述的环境数据生成装置，其特征在于，
所述数据处理模块从所述第一环境数据中除去在所述第一环境数据中具有与包括在部件位置数据中的坐标相邻的坐标的数据，从而生成所述第二环境数据。
6.根据权利要求1所述的环境数据生成装置，其特征在于，
所述数据处理模块从所述第一环境数据中选择表示位于比所述工程机械的最外廓部件离所述工程机械更近的位置的物体的部分数据，并从所述部分数据中除去表示工程机械的部件的数据，从而生成所述第二环境数据。
7.根据权利要求1所述的环境数据生成装置，其特征在于，
所述数据处理模块基于所述部件位置数据而定义以所述部件为中心的三维区域，并从所述第一环境数据中除去在所述第一环境数据中具有包括在所述三维区域内的位置值的数据，从而生成所述第二环境数据。
8.根据权利要求7所述的环境数据生成装置，其特征在于，
所述三维区域为长方体形态。
9.一种工程机械，其能够在建筑工程中执行工程作业，所述工程机械的特征在于，包括：
移动部，其用于移动所述工程机械；
作业部，其用于执行所述工程作业；以及
环境数据生成装置，其用于生成表示所述工程机械的周围环境的环境数据，
用于生成表示工程机械的周围环境的环境数据的装置包括：
部件位置数据生成模块，其生成包括所述工程机械的部件的坐标的部件位置数据；
环境数据生成模块，其测量所述工程机械的周围环境，并根据测量结果生成表示所述工程机械的周围环境的第一环境数据，所述第一环境数据包括对于周围环境中包含的物体或地形的坐标；以及
数据处理模块，其将包括在所述第一环境数据中的坐标转换为相对于所述工程机械的相对坐标，并基于所述部件位置数据中包含的所述工程机械的部件的坐标而除去所述第一环境数据中表示所述工程机械的部件的数据，从而生成表示在所述周围环境中除去了所述工程机械的部件的第二环境数据。
10.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，
所述部件位置数据生成模块利用设置在所述工程机械的IMU传感器来测量对于所述部件的惯性值，并利用已测量的惯性值与对于部件的尺寸而计算部件的相对于所述工程机械的基准点的姿势，且利用所述姿势来生成所述位置数据。
11.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，
所述数据处理模块将包括在所述第一环境数据中的坐标转换为相对于所述工程机械的相对坐标，并从所述第一环境数据中除去在所述第一环境数据中具有与包括在部件位置数据中的坐标相邻的坐标的数据，从而生成所述第二环境数据。
12.根据权利要求9所述的工程机械，其特征在于，
所述数据处理模块基于所述部件位置数据而定义以所述部件为中心的三维区域，并从所述第一环境数据中除去在所述第一环境数据中具有包括在所述三维区域内的位置值的数据，从而生成所述第二环境数据。
13.一种环境数据生成方法，其用于生成表示工程机械的周围环境的环境数据，所述环境数据生成方法的特征值在于，包括：
生成包括所述工程机械的部件的坐标的部件位置数据的步骤；
生成表示所述工程机械的周围环境的第一环境数据的步骤，所述第一环境数据包括对于周围环境中包含的物体或地形的坐标；
将包括在所述第一环境数据中的坐标转换为相对于所述工程机械的相对坐标的步骤；以及
基于所述部件位置数据中包含的所述工程机械的部件的坐标，从所述第一环境数据中除去在所述第一环境数据中表示所述工程机械的部件的数据，从而生成第二环境数据的步骤。
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