CN115477253A - 基于对象检测系统的物料搬运车辆行驶控制的系统和方法 - Google Patents

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A·V·达科尔蒂
J·T·彦纳
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Abstract

本申请公开了基于对象检测系统的物料搬运车辆行驶控制的系统和方法。系统和方法提供了一种增强所述物料搬运车辆的补充对象检测系统的行驶控制系统。可以基于车辆的特性和物料搬运车辆的对象检测系统的视场来计算针对物料搬运车辆的速度限制。对于给定的转向角度或转向角度范围，可以限制物料搬运车辆的速度，以确保车辆在与先前在对象检测系统视场之外的新检测到的对象接触之前能够停止。

Description

基于对象检测系统的物料搬运车辆行驶控制的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请基于2021年5月31日提交的，题为“Systems and Methods for MaterialHandling Vehicle Travel Control Based on Object Detection Systems(基于对象检测系统的物料搬运车辆行驶控制的系统和方法)”的美国临时专利申请第63/195,125号，本申请要求该临时申请的优先权，并且该临时申请通过引用整体并入本文。
关于联邦资助研究的声明
不适用。
背景技术
对于特定的使用环境，一些物料搬运车辆采用对象检测系统。应用于物料搬运车辆的对象检测系统是扫描以寻找对象检测系统视场内的对象的存在，并且能够因变于物料搬运车辆的路径中检测到的对象来控制行驶速度或其他行驶特性的补充系统。补充系统(诸如对象检测系统)能够作为训练强化和监督工具。
对于某些类型的车辆，存在由各种政府机构、法律、法规和条例规定的训练要求。例如，美国劳工部职业安全与健康管理局(OSHA)规定雇主有义务训练和监督各种类型的物料搬运车辆的操作者。还要求每三年进行重新认证。在某些情况下，在需要时应当向操作者提供相关主题的进修训练。在所有实例中，在任何动作的执行期间，操作者维持对物料搬运车辆的控制。此外，仓库管理员维持对仓库环境内的物料搬运车辆的车队的控制。
发明内容
本发明大体涉及物料搬运车辆行驶控制，更具体地，涉及基于物料搬运车辆的固有方面和物料搬运车辆的对象检测系统的物料搬运车辆的行驶控制的系统和方法。
在一些方面，行驶控制系统可以增强物料搬运车辆的补充对象检测系统。该系统可包括物料搬运车辆、转向角度传感器、速度传感器、电机控制单元和处理器。处理器可操作性地连接至转向角度传感器、速度传感器和电机控制单元。处理器可配置为基于物料搬运车辆的固有信息，确定与第一断点角度相关联的第一速度限制。处理器可以从转向角度传感器接收第一转向角度。处理器可以从速度传感器接收第一车辆速度。当第一转向角度超过第一断点角度并且第一速度超过第一速度限制时，处理器可生成到电机控制单元的信号以降低物料搬运车辆的速度。
在一些方面，用于控制物料搬运车辆的行驶的计算机实现的系统中的方法可包括在物料搬运车辆的控制系统处接收物料搬运车辆的固有方面。基于物料搬运车辆的固有方面和安装在物料搬运车辆上的扫描仪的配置，可确定与物料搬运车辆的至少一个转向角度范围相关联的至少一个速度限制。控制系统可以接收物料搬运车辆的速度。控制系统可进一步接收物料搬运车辆的当前转向角度。当当前转向角度在至少一个转向角度范围内并且当前速度超过与至少一个转向角度范围相关联的至少一个速度限制时，可生成到电机控制单元的信号以降低物料搬运车辆的速度。
在一些方面，用于物料搬运车辆的计算机化控制系统可包括物料搬运车辆的对象检测系统。物料搬运车辆可以包括至少一个扫描仪，该扫描仪具有限定在第一边界和第二边界之间的视场。物料搬运车辆可以进一步包括电机控制单元、一个或多个处理器以及存储一个或多个程序以供一个或多个处理器执行的存储器。一个或多个程序可以包括执行用于控制物料搬运车辆的行驶的方法的指令。该方法可包括在一个或多个处理器处接收物料搬运车辆的当前速度和物料搬运车辆的当前转向角度。可以至少部分基于当前速度和当前转向角度确定物料搬运车辆的停止距离。该方法可以确定停止距离是否在扫描仪视场内。如果停止距离在扫描仪视场之外，可生成到电机控制单元的信号，以降低物料搬运车辆的速度。
本公开的先前以及其他方面和优点将根据以下描述而显现。在说明书中，参考了形成其一部分且在其中通过图示的方式示出了本公开的优选配置的附图。然而，此类配置并不一定表示本公开的全部范围，并因此参考权利要求书和本文以解释本公开的范围。
附图说明
当考虑到本发明的以下具体实施方式时，本发明将会更好地被理解，并且除了上文阐述的那些特征、方面和优点之外的特征、方面和优点将变得显而易见。此类具体实施方式参考了以下附图。
图1是根据本公开的各方面的物料搬运车辆的左前侧透视图。
图2是图1的物料搬运车辆的平面图。
图3A和图3B示出了根据本公开的各方面的示例性对象检测系统和相关联的扫描仪视角度。
图4A和图4B示出了根据本公开的各方面的示例性对象检测系统和相关联的扫描仪视角度。
图5是根据本公开的各方面的行驶控制系统的流程图。
图6是用于实现图5的系统的计算机化系统的、示出了一种非限制性配置的示意性框图。
图7是示出了用于确定物料搬运车辆的速度限制因变于转向角度的示例性算法的输入-输出图。
图8示出了根据本公开的各方面的物料搬运车辆的示例性固有方面。
图9示出了根据本公开的各方面的图1-图4B中所示的物料搬运车辆的示例性行驶路径和停止距离。
图10示出了根据本公开的各方面的图1-图4B所示的物料搬运车辆的示例性扫描仪场和扫描仪视角度。
图11示出了根据本公开的各方面的与图1-图4B中所示的物料搬运车辆的枢轴转向操纵相关联的同心圆。
具体实施方式
在详细解释本发明的任意方面之前，应当理解，本发明在本申请中不限于在下面说明书中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够应用于其他方面，并且能够以各种方式实施或执行。而且，应当理解的是，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应被视为限制性的。在本文中，“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”及其变体的使用意味着涵盖之后列出的条目和它们的等效物以及附加的条目。除非另外指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体被广泛地使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理的或机械的连接或耦合。
提供以下讨论以使本领域技术人员制作和使用本发明的实施例。对所示出的实施例的各种修改对于本领域的技术人员而言将容易地是显而易见的，并且在不脱离本发明的实施例的情况下，本文中的一般原理可以应用于其他实施例和应用。因此，本发明的实施例不旨在受限于所示出的实施例，而是应当符合与本文公开的原则和特征一致的最宽范围。参考附图阅读以下具体实施方式，其中不同附图中的相同要素具有相同的附图标记。附图描绘了所选实施例并且不旨在限制本发明实施例的范围，附图不必是按比例的。本领域技术人员将认识到，本文中提供的示例具有许多有用的替代方案并且落入本发明实施例的范围内。
还应当理解，物料搬运车辆被设计为各种类别和配置以执行各种任务。对于本领域技术人员将显而易见的是，本公开不限于任何特定的物料搬运车辆，并且还可以被提供有各种其他类型的物料搬运车辆类别和配置(包括例如，升降车、叉车、前伸式卡车、SWING
Figure BDA0003673230350000041
车辆、转塔式卡车、侧装卡车、平衡重式卡车、托盘堆垛机卡车、订单分拣机、转运车和人工卡车(man-up truck))，并且可以常见于仓库、工厂、船厂，以及可能通常需要将托盘、大包装或货物负载从一个地方运输到另一个地方的任何地方。本文中所公开的各种系统和方法适合用于以下各项中的任一项：操作者控制的物料搬运车辆、行人控制的物料搬运车辆、远程控制的物料搬运车辆、以及自主控制的物料搬运车辆。
本公开的实施例可包括向物料搬运车辆提供车载对象感测的对象感测系统。对象感测系统可以增加对载人物料搬运车的操作员训练和监督的支持并强化。对象感测系统可包括车载对象感测单元和处理单元，以发起物料搬运车操作员指示作为训练强化，并且潜在地在限定的操作条件下控制物料搬运车辆的功能。在一些实施例中，处理单元可以包括远程通信系统，例如Raymond公司的
Figure BDA0003673230350000051
物料搬运车队管理系统。
对象感测系统可用作训练强化工具，以(除其他外)提供有关物料搬运车辆与其他对象的接近度的通知，该通知与仓库环境中的客户设施规则一致。这并非旨在取代操作员始终看着行驶的方向、在任何时候意识到他或者她与其他对象的接近度、假定并保持适当的操作员位置以及遵循他们的操作员训练的各个方面的取代。
对象感测系统可以使用扫描仪(也可以称为传感器)来检测仓库内的对象，例如，仓库的过道内和过道之外的对象，同时物料搬运车辆在拖拉机第一方向上行驶，并且在一些实施例中，物料搬运车辆在货叉第一方向上行驶。如果检测到对象，配备对象感测系统的物料搬运车辆可向操作员提供指示，诸如在物料搬运车辆操作员显示器上显示“传感器停止”，可发出声音，和/或可发起触觉反馈，或任何组合。可以以多层次方式向操作员提供(多个)指示，例如，首先可显示消息，然后可发出声音，接下来可发起触觉反馈。可向操作员发起这些指示中的一者或多者，从而允许操作员取决于到检测对象的距离而发起物料搬运车辆命令以降速到较低速度或停止，如果两者均未发生，则物料搬运车辆将系统性地处于类似状态(减速或停止)。如果物料搬运车辆减速或停止，则不会向操作员发起所有指示。例如，如果物料搬运车辆在提供触觉反馈之前减速或停止，则可能不会向操作员提供触觉反馈。操作员会在任何时候保持对配备有对象感测系统的物料搬运车辆的全部控制。
在一些实施例中，仓库管理系统或设施管理者在履行监督其叉车车队的操作的职责时，可以能够调整对象感测系统的功能，以满足他们的设施中的操作条件。例如，当对象感测系统正在感测到对象以发起较慢的行驶条件时，设施管理者可以设置对象感测系统使用的最小期望速度和最大期望速度。
在一些实施例中，扫描仪可以是二维扫描仪。在一些实施例中，扫描仪可以具有多于一个的感测场。在一些实施例中，可以包括多于一个的扫描仪以提供多个感测场。因此，扫描仪可以是第一扫描仪，并且对象感测系统还可以包括第二扫描仪、第三扫描仪或任意数量的扫描仪，以实现对象感测系统的期望的组合视场。在一些实施例中，可以使用三维扫描仪。在一些实施例中，可以使用空间扫描仪。各种扫描仪选项中的每一种都可以以任何组合使用，并且可以允许使用扫描仪供应商支持的软件工具来配置一个或多个扫描仪。
在一些实施例中，作为非限制性示例，对象感测系统可以实现各种扫描仪类型，包括R2100(多射线LED扫描仪(2-D激光雷达传感器))、SICK TIM781-2174101 2-D激光雷达传感器或类似传感器和雷达。在一些实施例中，使用上文所标识的示例性扫描仪类型中的任何一种的对象感测系统可支持来自Raymond Corporation的rPORTTM技术，该技术允许具有标准化接口的开放式架构。在其他实施例中，还可以使用离散I/O实现。
在一些实施例中，可以处理对象感测系统的原始数据以产生粒度，该粒度相对于传统扫描仪系统可以提高对象感测系统的精度和性能。相对于依赖于由扫描仪的供应商所提供的处理系统的常规系统，这可以提供更稳健的对象感测系统。例如，对于视场，所公开的扫描仪可以以十分之一英里的间隔感测与从0到9英里每小时的速度相关的场，并且可以以百分之一度的间隔扫描视场的部分。因此，可以针对扫描仪生成场，以更准确地感测对象，并且可能的场的数量可以是百分之一度的视角度的角度部分的数量与速度间隔的数量(例如，10乘以9)的乘积。
除了如各种附图所示的扫描仪的可能放置位置外，(多个)扫描仪还可以安装在物料搬运车辆的不同位置。
本公开可用作操作员驾驶的物料搬运车辆的训练强化。本公开通过基于物料搬运车辆和/或物料搬运车辆操作环境的固有方面来控制影响车辆行驶的部件，可以用于增强有人或无人物料搬运车辆上补充对象检测系统。作为非限制性示例，物料搬运车辆的固有方面可包括车辆重量、车辆高度、车辆宽度、驱动轮位置和非驱动轮位置。作为非限制性示例，物料搬运车辆上的对象检测系统的固有方面可以包括感测范围、感测视角度、感测高度、检测区的形状和扫描仪的物理位置。
行驶控制系统可作为对象检测增强与补充对象检测系统集成，并且可基于物料搬运车辆上对象检测系统的固有方面(包括传感范围、传感视角度、传感高度、检测区的形状和扫描仪的物理位置)来协助控制车辆行驶的各方面的任何组合，车辆行驶的各方面包括速度、转向角度、负载搬运设备和附件和/或桅杆高度。
在一些实施例中，行驶控制系统可以区分在点上枢转或围绕点枢转的物料搬运车辆。枢转行为可以自定义，以实现行驶控制系统的机动性。
图1和图2示出了根据本公开的物料搬运车辆10的非限制性示例。物料搬运车辆10可包括车辆框架12、可转向牵引轮14、固定轴16、动力部分18和操作员舱20。动力部分18可以被设置在车辆框架12内，并且可以包括被配置为向物料搬运车辆10的各种部件供应功率的电池(或其他功率源)。例如，电池可以向被设置在动力部分18内并被配置为驱动牵引轮14的电机(未示出)和/或变速器(未示出)供电。在所示的非限制性示例中，牵引轮14被布置在动力部分18下面。在其他非限制性示例中，(多个)牵引轮14可以被布置在车辆框架12下面的另一个位置中。
操作员舱20可以包括控制手柄22，控制手柄22被配置为向操作员提供用户界面并允许操作员控制物料搬运车辆10行驶的速度和方向。在一些非限制性示例中，控制手柄22可配置为手动转向和控制牵引轮14的动力。在图1和图2中所示的非限制性示例中，物料搬运车辆10包括被配置为接合负载(例如托盘)的一对叉24。叉24可通过致动器(未示出)升高和降低，以提升/放置负载。在一些非限制性示例中，叉可以耦合到桅杆上，并且经由致动器响应于来自控制手柄的命令升高或降低。
物料搬运车辆10可由操作员操作，并能够拾取、放置、运输或以其他方式操纵负载，负载可能包括托盘。在各种示例中，操作员控制物料搬运车辆10，以便叉24接合承载负载的托盘。这样，操作员可以伸出或缩回致动器(未示出)，以拾取、放置、接合或以其他方式操纵负载。一旦负载位于叉24上，操作员可以根据需要将负载移动到另一个位置。在一些非限制性示例中，人类操作员可用自动控制器代替，以包括全自动系统(即，自主引导的物料搬运车辆)。
物料搬运车辆，包括图1和图2中所示的物料搬运车辆10，可包括用于检测行驶的路径中的对象的系统。这些系统可以包括扫描仪，扫描仪可以具有限定的视场，并且可以扫描视场内的对象。参考图3A和图3B，示出了具有对象检测系统110的物料搬运车辆100的优选实施例，物料搬运车辆100大致与物料搬运车辆10相似。对象检测系统110可以包括安装板112和扫描仪114，在所示实施例中，扫描仪114包括激光雷达扫描仪114。对象检测系统110可以以有利于感测可能阻碍车辆行驶的对象的方式定位在物料搬运车辆上。例如，如图所示，对象检测系统110被定位在物料搬运车辆100的前侧118的下部116上，前侧118是物料搬运车辆100与一组叉120相对的侧。在一些实施例中，物料搬运车辆可主要在“拖拉机优先”的方向上行驶，物料搬运车辆的前侧通常面对行驶方向，并且物料搬运车辆的叉在与行驶方向相对的方向上延伸。因此，在所示的实施例中，安装在前侧118上的激光雷达扫描仪114可以扫描物料搬运车辆的行驶方向上的区域。激光雷达扫描仪114安装在下部116上以有利地定位以沿地板表面检测对象或障碍物，如果扫描仪114安装在物料搬运车100的较高位置，则可能无法检测到这些对象或障碍物。
激光雷达扫描仪114可容纳在下部116内，并且安装板112可为扫描仪114提供保护性覆盖。如图3B所示，安装板可限定切口部分122，切口部分122可提供窗口，扫描仪114可通过该窗口扫描物料搬运车辆100的环境。扫描仪114可以在第一边界126和第二边界128之间具有最大视角度A，最大视角度A可以取决于扫描仪114结合切口部分122的尺寸的内部放置，并且可以进一步限定视场124。在一些配置中，视角度A可以高达约110度，或高达约120度，或高达约130度。在一些实施例中，物料搬运车辆包括多于一个的扫描仪，并且因此包括多于一个的扫描仪视场，扫描仪视场数据可以被组合并且可以在行驶控制系统(例如，图5所示的行驶控制系统200)中使用，以计算物料搬运车辆的允许或不允许行驶路径。
在包括如图4A和图4B所示的扫描仪或激光雷达的其他实施例中，扫描仪或激光雷达可安装在其他配置的物料搬运车辆上，这可以例如，增大扫描仪的视场。如图所示，物料搬运车辆100可包括扫描仪组件130，扫描仪组件130可沿正面安装在物料搬运车辆100的下部116上。扫描仪组件130可以从下部116向外延伸距离D1。扫描仪132可以安装在组件130内，并且可以扫描扫描仪132前面和横向侧面的区域。因此，扫描仪132可以具有大于视角度A的视角度B，并限定具有大于视场124的面积的视场134。在某些配置中，视角度B可以大于180度。
当物料搬运车辆的轨迹改变时(例如当转向角度改变时)，车辆的对象检测传感器或扫描仪的视场可能改变。在一些实例中，当物料搬运的转向角度改变时，这种改变会将先前未检测到的对象带入物料搬运车辆的路径中，并且在一些实例中，由于缺乏系统校正，物料搬运车辆可能行驶过快而无法避免与未检测到的对象接触。此外，当视场改变时，对象检测系统可能需要一定的时间来扫描新的视场，以查找可能阻碍行驶的对象。因此，可以为物料搬运车辆提供可以响应于轨迹的改变而限制物料搬运车辆的速度以减轻与先前未检测到的对象的可能接触的系统。
图5示出了用于物料搬运车辆(例如，物料搬运车辆10、100)的行驶控制系统200的示例性实施例，行驶控制系统200可由物料搬运车辆100的控制系统150(例如，如图6所示)实现。如将描述的，行驶控制系统200可以基于物料搬运车辆的特性计算速度限制，并且限定物料搬运车辆的潜在和允许的行驶路径。该过程可在步骤202处开始，其中物料搬运车辆被接通。在该步骤处，可以发起一个或一系列过程来驱动对物料搬运车辆的操作。例如，可以启动物料搬运车辆的引擎，发起控制系统的启动顺序等。
在步骤204处，可以获得物料搬运车辆的特性。在步骤204处获得的信息可包括物料搬运车辆100的物理特性，并且可用于确定物料搬运车辆100在不同动态条件下(诸如转向角度或转向角度范围)的速度限制、允许和不允许的路径。例如，作为非限制性示例，信息可包括物料搬运车辆100的固有方面，固有方面可包括车辆重量、车辆高度、车辆宽度、驱动轮位置和非驱动轮位置。该信息可在物料搬运车辆控制系统150的处理器152处接收，并且用于计算物料搬运车辆的操作的不同条件下的最大速度限制。例如，图6示出了用于计算元件的示例性通信系统300，计算元件可允许物料搬运车辆100的控制系统150从控制系统150的存储器160或者从远程计算系统304获取关于物料搬运车辆的信息。
如图6所示，物料搬运车辆100可包括控制系统150，控制系统150可包括处理器152、显示器154、一个或多个输入156、一个或多个通信系统158和/或存储器160。控制系统还可以包括扫描仪114、速度传感器162、转向角度传感器164和电机控制单元166。在一些实施例中，处理器152可以是任何合适的硬件处理器或处理器(诸如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)的组合。在一些实施例中，显示器154可包括任何合适的显示设备，诸如计算机监测器、触摸屏、电视等。在一些实施例中，输入156可包括可用于接收用户输入的任何合适的输入设备和/或传感器，诸如键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、相机等。
在一些实施例中，通信系统158可包括用于通过通信网络302和/或任何其他合适的通信网络传达信息的任何合适的硬件、固件和/或软件。例如，通信系统158可以包括一个或多个收发器、一个或多个通信芯片和/或芯片组等。在更具体的示例中，通信系统158可包括可用于建立Wi-Fi连接、蓝牙连接、蜂窝连接、以太网连接等的硬件、固件和/或软件。
在一些实施例中，存储器160可以包括任何合适的存储设备或可用于存储(例如可由处理器152使用的)指令、值等的设备。存储器160可包括任何合适的易失性存储器、非易失性存储器、存储设备、或它们的任何合适组合。例如，存储器160可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、一个或多个闪存驱动器、一个或多个硬盘、一个或多个固态驱动器、一个或多个光驱动器等。在一些实施例中，存储器260可在其上编码用于控制物料搬运车辆100的操作的计算机程序，包括通过实现图5所示的行驶控制系统200的全部或部分。包括物料搬运车辆100的固有特性的信息可以是静态的，并且可以存储在物料搬运车辆的存储器160中，并且可以提供给处理器152以计算速度限制表。在其他实施例中，物料搬运车辆100的用于计算速度限制的一些信息可以是通过物料搬运车辆的传感器获得的动态信息。例如，一个或多个重量传感器(未示出)可针对物料搬运车辆或物料搬运车辆的负载提供，并可用于计算物料搬运车辆的停止距离。
在一些实施例中，物料搬运车辆的感测元件和控制单元可操作性地包括在控制系统150中。例如，控制系统150可以包括用于感测车辆的当前转向角度的转向角度传感器164，并且转向角度传感器164可产生指示转向角度的信号，该信号可以提供给处理器152。在一些实施例中，可通过转向元件(例如，物料搬运车辆10的控制手柄22)处的传感器164感测转向角度。传感器164可以是本领域已知的用于测量车辆转向角度的任何传感器，在一些非限制性示例中可以包括陀螺仪或加速计。在其他实施例中，例如，可以从物料搬运车辆100的取向来计算转向角度，该取向可以通过视觉传感器(诸如相机)获得。速度传感器162也可提供给物料搬运车辆，以感测速度并将速度传达给处理器152。速度传感器162可以是本领域已知的用于测量车辆的速度的任何传感器，包括但不限于加速计或陀螺仪。可以在控制系统150中提供电机控制单元166。电机控制单元166可以与处理器152通信，并且可以基于从152接收到的信号降低物料搬运车辆100的电机的速度或设置物料搬运车辆100的速度限制。
控制系统150的元件可以使用标准化通信协议进行通信。例如，控制系统150的元件可以通过控制器局域网(“CAN”)总线168通信，总线168可以提供元件之间的通信，而不需要与控制系统250的其他元件通信的每个元件之间的特定的有线连接。可以将消息从给定元件提供给CAN 168，其他元件中的每一者都连接到CAN 168，并且消息可以是由其预期的元件所使用的格式。因此，元件之间的信号，例如从扫描仪114到处理器152的信号，或从处理器152到电机控制单元166的信号，可以包含在CAN总线168上提供的消息中。
在一些实施例中，控制系统150可以通过通信网络302操作性地连接到计算设备304。在一些实施例中，通信网络302可以是局域网、广域网等。计算设备304可以包括可能类似于控制设备150的相对应组件的处理器306、显示器308、输入310、通信系统312和存储器314。存储器314可包括可存储关于物料搬运车辆(例如，物料搬运车辆100)或多个物料搬运车辆的信息的持久存储器。根据请求(例如，在通信系统312处接收到的请求)，计算设备304可以将信息返回给物料搬运车辆100的控制系统150，以在物料搬运车辆100的对象检测系统中使用。该信息可直接经由CAN总线168提供给处理器152。附加地或替代地，可以通过在CAN总线168上发送的消息将信息从通信系统158提供给存储器160。
返回参考图5，在步骤206处，可以临时限制物料搬运车辆100的速度，直到行驶控制系统200可以生成速度限制表。如图所示，临时速度限制为每小时1英里，但也可以采用其他配置。例如，在一些实施例中，物料搬运车辆的临时速度限制可以约为0mph、2mph或3mph。临时速度限制可由设施的管理员设置，例如，经由控制系统150的输入156。在其他实施例中，临时速度限制可以被硬编码在存储器160中，并且可以包括在步骤204处接收的物料搬运车辆信息中。
再次参考图5，在步骤208处，当物料搬运车辆100以给定角度转向或在给定角度的范围内转向时，在物料搬运车辆启动时，行驶控制系统200可以生成物料搬运车辆100最大速度的速度限制表。可以生成这些速度限制，以尽可能减少与可能不在物料搬运车辆的扫描仪的视场内的对象的接触。例如，如果在将物料搬运车辆转向朝向先前视场124之外的轨迹时保持速度，则在第一行驶方向上可允许的速度可能使物料搬运车辆100与视场124之外的对象接触。非限制性表示生成的速度限制表在下文示出。示出的转向角度是绝对值，因此相关联的速度限制将应用于相对应的负转向角度。
速度限制-转向角度
5.0mph–10度
4.0mph–20度
3.0mph–30度
2.0mph–40度
1.0mph–50度
3.0mph–75度(枢转)
可以对于物料搬运车辆的某些动态条件(包括转向角度)生成对于物料搬运车辆的速度限制。虽然限制物料搬运车辆的速度可能增加车辆路径行驶时间，但速度限制可以允许扫描仪(例如，扫描仪114)在转向操纵期间有足够的时间对对象作出反应。如图7的输入-输出图所示，行驶控制系统200可以实现算法350，算法350可以接收针对物料搬运车辆动态模型352、扫描仪位置和视场354、距对象356的期望停止距离和期望转向角度断点358的输入，并且可以因变于角度360输出速度限制(例如，如上文所示的表示性生成的速度限制表所示出的)。
在352处输入的物料搬运车辆动态模型可包括在行驶控制系统200的步骤204处获得的物料搬运信息。例如，确定对于给定的转向角度的速度限制可能需要计算车辆的路径，以确定物料搬运车辆的部分接触对象的概率。
参考图8，所描述的速度限制将因物料搬运车辆的类型而不同，并且可能取决于物料搬运车辆的固有方面(例如，在步骤204处接收到的物料搬运车辆信息)。作为非限制性示例，对于转向驱动物料搬运车辆，行驶路径可以表示为两个同心圆，表示物料搬运车辆的两个选定边缘。图7中的转向驱动物料搬运车辆100的示例性选定边缘反映在点140和点142处，这些边缘可定位在物料搬运车辆100的相对的横向侧面。在转动操作中，点140可以沿着具有半径R1的圆的圆周141行驶，并且点142可以沿着具有半径R2的同心圆的圆周143行驶。总的来说，第一圆的圆周141和第二圆的圆周143可以限定物料搬运车辆的投影路径146。表示各点140、142的行驶路径的同心圆的几何特性可在计算中使用，以确定车辆100的投影路径146。投影路径可用于计算物料搬运车辆100的速度限制。例如，可以基于其他因素(例如，输入354、输入356、输入368的组合)确定速度限制，以确保投影路径不与不允许的行驶路径重合或相交。
物料搬运车辆100的尺寸可以与物料搬运车辆100的其他方面结合在动态模型中，以计算针对给定转向角度或转向角度范围的对于物料搬运车辆的速度限制。在一些实施例中，可以部分地基于给定轨迹的停止距离来确定给定转向角度的速度限制。在这方面，图9示出了物料搬运车辆100的投影路径170，如图所示，物料搬运车辆100以4.7mph的速率行驶，具有13度的转向角度。线172示出了停止距离，即在给定初始轨迹、位置和转向角度的情况下，物料搬运车辆100可以安全停止的距离。具有更大的重量的物料搬运车辆也可具有更大的停止距离，因为它可能需要更多的能量来减速，而具有相对更小重量的车辆的停止距离会更短。停止距离172可在计算对于不同转向角度的物料搬运车辆的速度限制时考虑在内，因为降低物料搬运车辆100的速度可以为对象感测系统110提供时间来调整以扫描新的行驶方向，同时确保车辆100不以可能导致与新发现的对象接触的速率行驶。
在一些实施例中，扫描仪位置、视场和范围也可用作确定对于物料搬运车辆的速度限制的输入。在这方面，图10示出了物料搬运车辆100的投影行驶路径170A，如图所示，投影行驶路径170A包括允许部分174和不允许部分176。允许部分174可以是路径170A位于组合扫描仪视场124内(例如，在第一边界126和第二边界128之间)的部分，其可以由扫描仪114在车辆上的位置、(例如，图3A和图3B中所示的物料搬运车辆100的下部116内，或如图4A和4B所示的安装在扫描仪组件130中物料搬运车辆100的下部116之外)的扫描仪的配置、扫描仪的数量等确定。可以计算对于给定转向角度的速度限制，以确保物料搬运车辆100的投影停止距离在允许部分174内，并且不在不允许部分176内。因此，对于给定转向角度的速度限制可以确保车辆100在与先前在扫描仪视场124之外的对象接触之前能够停止。
再次参考图7，用于确定因变于转向角度360的速度限制的算法350也可以接收来自对象356的期望停止距离作为输入。例如，可以确定速度限制，以确保物料搬运车辆可以在距可能落在扫描仪视场之外的对象的预定距离处停止。参考图9，可确定以给定转向角度行驶的物料搬运车辆100的速度限制，以确保物料搬运车辆可以在距边界128的缓冲距离D2处停止。因此，物料搬运车辆的停止距离可以被设置为针对给定转向角度的到边界128的距离减去距离D2，并且速度可以被选择以使得该停止距离达到给定缓冲距离D2。因此，可以假定扫描仪114的视场124之外的区域包括可能妨碍行驶的对象。在一些实施例中，缓冲距离D2可以设置为默认，而在其他实施例中，这可以由用户(例如，设施的经理)配置。缓冲距离D2可被测量作为视场的边界(例如，边界126、边界128)与沿投影车辆路径170的最靠近边界126、边界128的点之间的最小距离，边界126、边界128将与物料搬运车辆100的投影路径170相交。
在一些实施例中，可根据可使用输入352、输入354、输入356、输入358的一系列方程计算转向算法350中对于速度计算的速度限制。例如，表示点140、点144沿同心圆的弧的行驶路径的第一方程或第一方程组可具有一般形式R^2。组合的扫描仪视角度A可以第二方程或第二方程组约束，第二方程或第二方程组可包括一个或多个线性方程。求解第一方程并将结果插入第二方程可以生成第三方程，第三方程是二次方程。第三方程的各方面可表示行驶路径和扫描仪视角度(例如，扫描仪视角度A和/或B)的交点。第四方程可以表示从物料搬运车辆参考位置到与边界(例如，边界126、边界128)相交的点绘制的线，其中线的大小或长度表示针对给定转向角度的导出的停止距离。停止距离(例如，从物料搬运车辆100到停止距离172的距离)可以用第五方程表示，该第五方程是以二次方程的形式。第五方程的各方面可以表示针对给定转向角度的物料搬运车辆速度限制。
如图7所示，可将期望的转向角度断点358可被包括作为到转向算法350中的速度中的输入。可以针对至少一个转向角度范围或多个转向角度范围设置物料搬运车辆的速度限制，并且转向角度断点可以是这些范围的边界。例如，如上文的代表性速度限制表所示，在一些实施例中，转向角度断点角度可以分别限定为10度、20度、30度、40度和50度，因此可以分别限定小于10度、10度-20度、30度-40度、40度-50度和大于50度的转向角度范围。在其他实施例中，用户可以选择不同的断点角度，并且可替代地选择更多或更少的断点角度。如代表性表中进一步所示，当物料搬运车辆100在10度-20度范围内转向时可应用第一速度限制(例如5mph)，当物料搬运车辆100的转向角度具有在20度-30度范围内的转向角度时可施加不同的速度限制(例如4mph)。在一些实施例中，断点角度可被硬编码为物料搬运车辆的行驶控制系统中(例如，在控制系统150的存储器160中)的默认值。在其他实施例中，用户可以选择期望的断点角度(例如，使用图6所示的输入156或输入310)。因此，转向算法的速度的输出可以是表(例如，上文所示的代表性速度限制表)，该表基于输入352、输入354、输入356和输入358为物料搬运车辆的转向角度范围指定速度限制。在一些实施例中，可以基于从处理器152到电机控制单元155通过CAN总线168的通信来降低或限制物料搬运100的速度，如图6所示。
在一些实施例中，行驶控制系统的速度限制表可包括与物料搬运车辆的特定操纵相关联的速度限制，并且这些速度限制可以是静态的，而不是由算法(例如，算法350)生成的。例如，如图11所示，两种频繁的转向操纵包括直角转弯(即90度转向)和枢转(例如180度)。直角转弯通常在转入通道、转出通道和绕拐角转弯时执行。枢转通常在离开通道的周转、负载放下和负载接合时执行。如图9所示，可以严格限定枢转操纵期间的投影路径170B。考虑到必须进行该操纵的频率，以及给定较小的投影路径170B的行驶受妨碍的可能性较低，限制车辆的速度限制以允许扫描仪114扫描行驶的路径中的区域可能不切实际，因为这可以由操作员快速执行。因此，根据算法350限制这些操纵中的速度可能增加行驶时间，但没有降低速度限制。因此，在一些实施例中，可以针对枢转转向操纵限定截止角度，该截止角度可以允许物料搬运车辆100在速度限制的情况下行进，或者在进行诸如直角转弯或枢转等操纵时以大于算法350中提供的速度限制的速度限制而行进。进一步地，针对枢转的转向角度或针对直角度转弯的转向角度可分别小于180度或90度，因此，物料搬运车辆100的90度转弯可通过在一段时间内保持另一转向角度行驶来实现，直到物料搬运车辆100相对于初始位置以90度角度取向。例如，根据上文所示的代表性表，当物料搬运车辆100的转向角度大于构成枢转的预定义转向角度时，可合并75度的转向角度截止，以允许物料搬运车辆100以更高的最大速度行驶(即枢转)。因此，根据代表性表，当物料搬运车辆100的转向角度超过75度时，物料搬运车辆100可以在枢转操作期间以高达3mph的速度行驶。在一些实施例中，当检测到截止角度时，可以允许速度限制高于所生成的速度限制表中标识的速度。在一些实施例中，枢转角度和相关联的速度限制可被包括在速度限制表中。在一些实施例中，步骤204处在车辆行驶控制系统200提供的物料搬运车辆信息中可以包括截止枢转角度和相关联的速度限制。在一些实施例中，可由物料搬运车辆的用户设置截止枢转角度和相关联的速度限制。
再次参考图5，一旦在步骤208处生成速度限制表，行驶控制系统200可以在步骤210处允许物料搬运车辆100的完全行驶。在其他实施例中，可以在生成速度限制表之前或在生成速度限制表期间允许完全行驶。在其他实施例中，可能不允许物料搬运车辆行驶直到生成速度限制表。完全行驶允许物料搬运车辆100例如在没有在步骤206处施加的临时约束的情况下操作，并且可允许物料搬运车辆100根据在步骤208处生成的速度限制操作。
在步骤212处，可以在给定的时间间隔对物料搬运车辆100的速度和转向角度采样。速度可从物料搬运车的传感器获得，该传感器可包括例如加速计、陀螺仪或本领域普通技术人员已知的一些其他传感设备。可以在设置的时间间隔处对物料搬运车辆(如物料搬运车辆100、10)的速度和转向角度进行采样或获取。在一些非限制性示例中，可以每毫秒一次，或每10毫秒一次，或每100毫秒一次，每秒钟一次，或每5秒一次，或每10秒一次对速度和转向角度进行采样。在其他实施例中，可以在步骤214、步骤216、步骤218和步骤220完成之后对物料搬运车辆的速度和转向角度采样。在一些实施例中，用户可以配置轮询或采样间隔。
在步骤214处，行驶控制过程可以评估在步骤212处获得的物料搬运车辆100的速度是否超过针对在步骤208处生成的物料搬运车辆当前转向角度的速度限制。当物料搬运车辆100的速度超过针对物料搬运车辆当前转向角度的速度限制时，可在步骤216处降低物料搬运车辆的速度。如上文所描述的，降低物料搬运车辆的速度可以降低与对象接触的风险，并且还可以在为扫描仪提供附加时间以调整物料搬运车辆100的变化的角度，以及扫描物料搬运车辆100的路径中的附加潜在对象中收益。物料搬运车辆100的速度可降低预定增量(例如，0.1mph)，该预定增量可使物料搬运车辆100减速，而没有在加速或降速方面产生不必要的不舒适改变。例如，使用上文的代表性速度限制表，当物料搬运车辆100以5mph的速度行驶并且转向超过+/-10度断点时，行驶控制系统200可以将物料搬运车辆100以预定的增量(例如0.1mph)带到下一个速度设定点(例如4mph)，从而扩大对象传感器系统的观察范围。如果操作员继续转向并增加转向角度，行驶控制系统200可以继续在速度限制表范围内调整物料搬运速度，以保持最大观察范围。在一些实施例中，包括如图5所示，在步骤216处降低速度后，车辆行驶控制系统200可以再次对物料搬运车辆100的速度和转向角度进行采样，并且评估是否需要附加的降速，或者物料搬运车辆的轨迹是否在步骤208处生成的速度限制内。在其他实施例中，如果物料搬运车辆的速度超过针对当前转向角度的速度限制，则在再次对速度和转向角度采样之前，可以将车辆减速一定量，以使物料搬运车辆的速度低于速度限制。
如果物料搬运车辆的速度低于针对给定转向角度的速度限制，则可在步骤218处完成系统分析，并且可在步骤220处恢复物料搬运车辆100的正常操作。正常操作可包括无限制操作，例如，当系统未降低物料搬运车辆100的速度或以其他方式覆盖物料搬运车辆100的操作参数时。
在一些实施例中，如果系统遇到错误222并且步骤不能完成，则可以停止或暂停物料搬运车辆100的操作。例如，如图5所示，如果系统200不能在步骤204处获得物料搬运车辆的信息以允许系统在208处生成速度限制表，这可能构成错误222，并且可以阻止物料搬运车辆的操作，以确保在没有正确校准对象检测系统的情况下不能操作物料搬运车辆100。一旦发生错误222，系统200可以在尝试再次恢复该过程并且在步骤202处启动物料搬运车辆100之前，在224处施加等待时间。例如，在一些实施例中，物料搬运车辆的用户在再次尝试操作物料搬运车辆100之前必须等待预定时间。在其他实施例中，系统可以在给定的时间间隔之后自动执行重试操作，例如，该时间间隔可以是用户可以配置的系统参数。错误222可能发生在行驶控制系统200的其他步骤处，包括例如在步骤212处采样速度和转向角度数据时。在一些实施例中，错误可提示其他系统响应。如，当发生错误时，可以降低对于车辆的速度限制(例如，1mph)来允许物料搬运车辆的操作。
尽管可使用诸如顶、底、较低、中、横向、水平、垂直、前等等之类的各种空间和方向术语来描述本公开的示例，但理解此类术语仅仅相对于附图中所示出的取向来使用。取向可以反转、旋转或以其他方式改变，使得上部是下部并且反之亦然，水平变为垂直，等等。
在本说明书内，已经以使得能够书写清楚且简洁的说明书的方式描述了实施例，但是旨在并将被理解的是，实施例可以是以不同方式组合的或分离的而不背离本发明。例如，将理解，本文所描述的所有优选特征都可适用于本文所描述的本发明的所有方面。
因此，虽然已经结合特定实施例和示例描述了本发明，但是本发明不必受如此限制，并且许多其他实施例、示例、使用、修改以及对所述实施例、示例和使用的偏离旨在被所附权利要求所涵盖。本文引述的每一项专利和出版物的全部公开内容通过引用并入本文，如同每一项此类专利或出版物通过引用单独并入本文。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于增强物料搬运车辆的补充对象检测系统的行驶控制系统，所述行驶控制系统包括：
物料搬运车辆；
转向角度传感器；
速度传感器；
电机控制单元；以及
处理器，所述处理器操作性地连接至所述转向角度传感器、所述速度传感器和所述电机控制单元，所述处理器被配置为：
基于所述物料搬运车辆的固有方面，确定与第一断点角度相关联的第一速度限制；
从所述转向角度传感器接收第一转向角度；
从所述速度传感器接收第一车辆速度；以及
当所述第一转向角度超过所述第一断点角度并且第一速度超过所述第一速度限制时，生成到所述电机控制单元的信号以降低所述物料搬运车辆的速度。
2.如权利要求1所述的行驶控制系统，其中，所述处理器被配置为基于所述固有方面确定所述物料搬运车辆的停止距离，并且其中，至少部分地基于所述停止距离确定所述第一速度限制。
3.如权利要求2所述的行驶控制系统，进一步包括安装在所述物料搬运车辆上的第一扫描仪，所述第一扫描仪被配置为检测视场内的对象，所述视场具有第一边界和第二边界。
4.如权利要求3所述的行驶控制系统，其中，所述停止距离在所述第一扫描仪的所述视场内。
5.如权利要求3所述的行驶控制系统，进一步包括第二扫描仪，其中，所述视场是所述第一扫描仪的视场和所述第二扫描仪的视场的组合。
6.如权利要求1所述的行驶控制系统，其中，第一断点角度是多个断点角度中的一者，并且其中，针对所述多个断点角度中的每一者确定速度限制。
7.如权利要求6所述的行驶控制系统，其中，基于用户输入确定所述断点角度中的每一者。
8.如权利要求1所述的行驶控制系统，其中，所述物料搬运车辆的速度被约束在临时速度限制之下，直到所述第一速度限制被确定。
9.如权利要求1所述的行驶控制系统，其中，当所述转向角度超过枢转断点角度时，不基于所述物料搬运车辆的固有特性确定所述物料搬运车辆的相对应的速度限制。
10.如权利要求3所述的行驶控制系统，其中，确定所述物料搬运车辆的所述速度限制，以便所述物料搬运车辆的所述停止距离与所述第一边界和所述第二边界相隔至少缓冲距离。
11.如权利要求1所述的行驶控制系统，其中，所述物料搬运车辆的所述固有方面包括车辆重量、车辆高度、车辆宽度、驱动轮位置和非驱动轮位置中的至少一者。
12.一种用于控制物料搬运车辆的行驶的计算机实现系统中的方法，所述方法包括：
在所述物料搬运车辆的控制系统处接收所述物料搬运车辆的固有方面；
基于所述物料搬运车辆的所述固有方面和安装在所述物料搬运车辆上的扫描仪的配置，确定与所述物料搬运车辆的至少一个转向角度范围相关联的至少一个速度限制；
在所述控制系统处接收所述物料搬运车辆的当前速度；
在所述控制系统处接收所述物料搬运车辆的当前转向角度；
当所述当前转向角度在所述至少一个转向角度范围内并且所述当前速度超过与所述至少一个转向角度范围相关联的所述至少一个速度限制时，生成到电机控制单元的信号以降低所述物料搬运车辆的速度。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述至少一个转向角度范围包括多个转向角度范围，所述多个转向角度范围中的每一者与多个速度限制中的相对应的一者相关联。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述扫描仪的所述配置包括第一边界和第二边界，所述第一边界和所述第二边界至少部分地限定所述扫描仪的视场，并且其中，确定所述至少一个速度限制，以便当所述物料搬运车辆的所述当前转向角度在所述至少一个转向角度范围内时，针对所述物料搬运车辆的停止距离在所述视场内。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括在所述控制系统处接收包括缓冲距离的输入，其中，所述停止距离与所述第一边界和所述第二边界相隔与所述缓冲距离至少一样大的距离。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述物料搬运车辆的所述固有方面包括车辆重量、车辆高度、车辆宽度、驱动轮位置和非驱动轮位置中的至少一者。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括在所述控制系统处接收包括第一断点角度的输入，其中，所述至少一个转向角度范围至少部分地由所述第一断点角度限定。
18.一种用于物料搬运车辆的计算机化控制系统，所述计算机化控制系统包括：
所述物料搬运车辆的对象检测系统，所述对象检测系统包括至少一个扫描仪，所述至少一个扫描仪具有限定在第一边界和第二边界之间的视场；
电机控制单元；
一个或多个处理器；
存储器，所述存储器存储用于由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括执行用于控制所述物料搬运车辆的行驶的方法的指令，所述方法包括：
在所述一个或多个处理器处接收所述物料搬运车辆的当前速度和所述物料搬运车辆的当前转向角度；
至少部分地基于所述当前速度和所述当前转向角度，确定所述物料搬运车辆的停止距离；
确定所述停止距离是否在扫描仪视场内；以及
如果所述停止距离在所述扫描仪视场之外，生成到所述电机控制单元的信号以降低所述物料搬运车辆的速度。
19.如权利要求18所述的计算机化控制系统，进一步包括确定与至少一个转向角度范围相关联的至少一个速度限制，其中，确定所述停止距离是否在所述扫描仪视场内包括当所述当前转向角度在所述至少一个转向角度范围内时将所述当前速度与所述至少一个速度限制进行比较。
20.如权利要求18所述的计算机化控制系统，其中，在接收到来自所述一个或多个处理器的信号后，所述电机控制单元以预定义的增量降低所述物料搬运车辆的所述速度。
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