CN211056549U - 用于检测空间障碍物的系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种用于检测空间障碍物的系统及工程机械，该系统包括：传感器，用于在一个或多个方向上检测所述空间障碍物是否存在以及与该空间障碍物之间的距离；以及处理器，用于根据所述传感器的检测结果，判断是否存在空间障碍物。通过采用本实用新型的方案，可利用多种类型的传感器(例如，用于空间障碍物是否存在的传感器以及与该空间障碍物之间的距离的传感器)对空间障碍物进行有效的检测，从而使得可及时根据该检测结果采取避障手段，避免发生碰撞。

Description

用于检测空间障碍物的系统及工程机械

技术领域

本实用新型涉及工程机械，具体地涉及一种用于检测空间障碍物的系统及工程机械。

背景技术

塔式起重机或者汽车起重机在建筑施工领域应用比较广泛，主要是用来传递货物，而目前的操作主要依靠多个相关人员协同作业完成。然而，这些工程机械的操作环境基本为高空作业，由于人的视线有限，有时很难观察到吊钩所吊货物周边的情况，很容易导致吊钩在传送货物时撞上空间中的障碍物，从而引发发生安全事故。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种用于检测空间障碍物的系统及工程机械，其可对空间障碍物进行有效的检测，从而使得可及时根据该检测结果采取避障手段，避免发生碰撞。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种用于检测空间障碍物的系统，该系统包括：传感器，用于在一个或多个方向上检测所述空间障碍物是否存在以及与该空间障碍物之间的距离；以及处理器，用于根据所述传感器的检测结果，判断是否存在空间障碍物。

可选的，所述传感器包含：双目相机，用于所述一个或多个方向上采集左右视图；以及雷达，用于所述一个或多个方向上检测与所述空间障碍物之间的距离以及所述空间障碍物的方位。

可选的，所述一个或多个方向包括前后左右四个方向，所述传感器包含四个分别朝向这四个方向的双目相机和雷达。

可选的，所述传感器包含方位检测装置，该方位检测装置用于检测该传感器的绝对方位。

可选的，该系统安装在起重机的吊钩上，所述处理器用于将关于是否存在空间障碍物的检测结果发送至所述起重机的控制系统。

可选的，所述传感器还包括用于检测所述吊钩下是否存在行人的检测装置；以及所述处理器还用于在所述吊钩落钩过程中该吊钩与地面之间的距离达到预设地面行人检测高度且所述吊钩下存在行人的情况下，将所述检测装置的检测结果发送至所述起重机的控制系统。

可选的，所述处理器通过无线通信网络将有效的障碍物检测结果发送至所述起重机的控制系统。

可选的，该系统还包括电池模块，该电池模块用于给该系统供电，且能够被无线充电设备充电的。

可选的，所述处理器还用于在所述电池模块的电量不足时，发送信号至所述起重机的控制系统，以使得该控制系统控制所述吊钩运动到所述无线充电设备附近。

相应的，本实用新型实施例还提供一种工程机械，该工程机械包含上述检测空间障碍物的系统。

通过上述技术方案，可利用多种类型的传感器(例如，用于空间障碍物是否存在的传感器以及与该空间障碍物之间的距离的传感器)对空间障碍物进行有效的检测，从而使得可及时根据该检测结果采取避障手段，避免发生碰撞。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1是根据本实用新型一实施例提供的空间障碍物检测系统的结构示意图；

图2为根据本实用新型另一实施例提供的空间障碍物检测系统的结构示意图；以及

图3为根据本实用新型再一实施例提供的空间障碍物检测系统的结构示意图；以及

图4为根据本实用新型再一实施例提供的空间障碍物检测系统的信息处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

图1是根据本实用新型一实施例提供的空间障碍物检测系统的结构示意图。如图1和图2所示，根据本实用新型一方面，本实用新型实施例提供一种用于检测空间障碍物的系统，该系统包括：传感器100，用于在一个或多个方向上检测所述空间障碍物是否存在以及与该空间障碍物之间的距离；以及处理器200，用于根据所述传感器的检测结果，判断是否存在空间障碍物。

此处处理器200根据所述传感器的检测结果判断是否存在空间障碍物可存在多种方式。例如，处理器200可在所述传感器在某一方向上检测到空间障碍物，且在该方向上检测到与该空间障碍物的距离小于某一预设距离的情况下，判断在该方向上存在空间障碍物。

该系统可安装于起重机的吊钩上，以实现起重机在吊物传递工程中，以吊钩为中心水平方向某范围内的空间障碍物的自动检测功能，可有效提高吊装过程的智能化水平和工作效率，同时也有效降低安全事故发生的概率。由于塔式起重机(以下简称“塔机”)的施工环境具有作业空间大、作业背景复杂、存在的障碍物具有多样性等特性，所以在本文中，会较多的以塔机的吊钩作为上述系统的搭载平台进行功能描述。本领域技术人员可以理解，本实用新型的系统可安装在除吊钩之外的其他可移动部件上，诸如起重机、消防车、混领土泵车等可移动臂架的末端，当然还可不限于工程机械领域，适用于其他需检测空间障碍物的场合，例如，安装于无人机上、安装于汽车上等等。

所述一个或多个方向例如可为吊钩的前后左右四个方向，所述传感器可为多个，分别安装在所述吊钩上的前后左右四个面上，以对该四个面所对应的方向上的空间障碍物进行检测，或者该传感器作为一个整体而被安装在所述吊钩上且其朝向分别对应于所述吊钩上的前后左右四个方向，以对该四个方向上的空间障碍物进行检测。当然，也可仅对所述四个方向上的部分方向进行空间障碍物检测，这都可以根据实际需要进行配置。

所述传感器100可为各种类型的可实现障碍物检测的传感器，诸如摄像机、雷达、红外传感器等等。例如，所述传感器可包含：双目相机110，用于所述一个或多个方向上采集左右视图；以及雷达120(例如，毫米波雷达或者超声波雷达)，用于所述一个或多个方向上检测与所述空间障碍物之间的距离和/或所述空间障碍物的方位。所述处理器还用于所述双目相机的检测结果与所述雷达的检测结果进行融合，以得到所述一个或多个方向中的每一方向上的空间障碍物检测结果，该空间障碍物检测结果可包含以下中的一者或多者：障碍物的类别、距离、方位等等。

所述双目相机的检测结果与所述雷达的检测结果进行融合的过程如下：

1.当雷达检测到障碍物，将雷达的检测结果根据坐标转换关系映射到双目相机的检测区域，再判断双目相机检测区域内是否也存在障碍物目标，如果存在，则合并两者结果，并将检测结果置信度设置为最大；如果在检测区域内，双目相机没有检测到目标，则将检测结果置信度降低，并输出雷达检测结果；

2.当雷达没有检测到障碍物，而双目相机检测到障碍物，则同样将检测结果置信度降低，并输出双目相机的检测结果。

即，只有两者都检测到障碍物时，障碍物检测结果置信度最高；只有其中一个设备检测到障碍物时，障碍物检测结果置信度降低；只有两者都没有检测结果时，则表明系统没有检测到障碍物。通过多种传感器检测结果的融合，提高系统的鲁棒性和检测准确率。

对于所述双目相机而言，所述处理器可对该双目相机所采集的左右视图进行立体匹配，计算视差图，再将视差图转换成深度点云图；之后，通过滤波方法对点云数据中的杂散噪点进行降噪处理，减少噪点对有效信号的干扰；最后，通过聚类方法实现点云数据中各连通区域的分割，粗提取感兴趣目标区域(例如，对应于空间障碍物的区域)，最终得到障碍物的位置、距离及类别信息。

图2为根据本实用新型另一实施例提供的空间障碍物检测系统的结构示意图。如图3所示，本实用新型另一实施例提供的空间障碍物检测系统可进一步包括方位检测装置130，该方位检测装置130用于检测该传感器的绝对方位。该方位传感器可为磁罗盘、陀螺仪之类的可实现方位检测的装置，其可安装在吊钩上，由于所述传感器与吊钩固定连接，因此，对于所述吊钩的绝对方位的检测亦可等同于对所述传感器的绝对方位的检测。由于吊钩在运送货物的过程中，其可能因为风向、绳索的拧结等各种因素而出现摆动或转动，导致其方位可能会发生变化，最终可能会导致同一障碍物可能会出现在多个方向上的检测结果中，而本实施例所给出的空间障碍物检测系统则可利用所述方位检测装置所检测的传感器的绝对方位(例如，在对应于大地坐标系中的绝对方位)得出空间障碍物的实际方位，进一步提升障碍物检测的准确性。例如，所述空间障碍物的实际方位可通过检测到空间障碍物的传感器所朝向的方向及该传感器的实际方位计算得出。

优选的，所述传感器还包括用于检测所述吊钩下是否存在行人的检测装置，例如，其可为安装在吊钩底部的用于拍摄该吊钩下方图像的单目相机；以及所述处理器还用于在吊钩落钩过程中在所述吊钩与地面之间的距离达到预设地面行人检测高度且所述吊钩下存在行人的情况下，将所述检测装置的检测结果发送至所述起重机的控制系统。

例如，当吊钩下落到离地面的安全高度H时，开始采集单目相机的图像数据。当检测到该区域内存在行人目标时，将检测结果反馈给塔机控制系统，塔机采取对应的策略进行语音提醒或者停止吊钩继续下落，从而避免落钩过程中吊物撞到行人。

图3为根据本实用新型再一实施例提供的空间障碍物检测系统的结构示意图。如图3所示，本实用新型再一实施例提供的空间障碍物检测系统包括：传感器、处理器(例如，高性能图像处理单元模块)、电池模块(例如，大容量电池模块)以及无线充电设备。其中所示传感器可包括：4个双目摄像机、4个雷达、1个单目摄像机(例如，定焦单目相机)和1个磁罗盘。所述双目摄像机和雷达分别安装在吊钩水平方向上的前、后、左、右四个方向，用于检测该四个方向上的空间障碍物；单目摄像机安装在吊钩的下方，镜头朝下，用于检测下方地面上的行人；磁罗盘用于获取吊钩(亦即，所述传感器)的绝对方位。所述高性能处理单元模块则用来进行空间障碍物与地面行人检测算法的分析。电池模块则负责给整个系统供电，具有电源管理功能，用于记录电池当前的容量信息。当电池电量不足时，所述处理器可发送信号至塔机控制系统，以使得该控制系统控制所述吊钩运动到无线充电设备附近，以给电池模块充电。

当塔机处于起钩、运钩过程时，通过双目相机与雷达实时检测水平方向上的空间障碍物，避免吊钩及吊物撞上周边的障碍物；当起重机处于落钩过程时，且离地面一定高度时，通过单目相机实时检测吊钩下方区域内的行人，避免落钩时，吊物与行人发生碰撞。所述处理器可通过无线通信方式(例如，无线wifi或其他无线通信网络)将检测到的空间障碍物信息(包括空中障碍物和地面行人)和视频图像数据反馈给塔机控制系统，由塔机控制系统做出对应的避障策略。

图4为根据本实用新型再一实施例提供的空间障碍物检测系统的信息处理流程图。如图4所示，首先，空间障碍物检测系统上电启动，系统内的各个模块自检，当自检通过之后，由塔机控制器终端显示设备显示当前设备在线状态，并预览每个相机的视频图像数据。随后，当塔机进行起钩、运钩时，障碍物检测系统通过前、后、左、右四个方向的双目相机和雷达实时对吊钩周围水平360°方向进行障碍物检测。

基于双目相机与雷达的多传感融合的障碍物检测策略如下：双目相机采集左右视图。处理器对该左右视图进行立体匹配，计算视差图，再将视差图转换成深度点云图；通过滤波方法对点云数据中的杂散噪点进行降噪处理，减少噪点对有效信号的干扰；通过聚类方法实现点云数据中各连通区域的分割，粗提取感兴趣目标区域。雷达实时检测障碍物，获得障碍物的方位和距离信息。所述处理器通过多传感信息融合方法综合分析双目相机和雷达检测结果，输出最终传感器融合后的检测值。

当塔机进行落钩过程时，障碍物检测系统除了水平前、后、左、右四个方向的障碍物检测，还需要通过安装在系统下方的单目相机，实时检测吊钩下面的安全区域内是否存在行人，步骤如下；

当吊钩下落到离地面的安全高度H时，开始采集单目相机的图像数据，当检测到该区域内存在行人时，将检测结果反馈给塔机控制系统，塔机采取对应的策略进行语音提醒或者停止吊钩继续下落，从而避免落钩过程中吊物撞到行人。

根据本实用新型另一方面，本实用新型实施例还提供一种工程机械，该工程机械包含上述检测空间障碍物的系统。该工程机械可包括例如混凝土泵车、起重机、消防车等等可能涉及到臂架运动的工程机械。

通过本实用新型所给出的方案，可通过多传感器融合、机器视觉、无线充电等技术实现吊钩周围空间障碍物的主动检测功能，并将结果反馈给塔机控制系统来执行对应的预/报警策略，整个过程无需人工介入，提高了设备的智能化水平，满足数字化施工要求。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。另外，需要说明的是，上述涉及“处理器”所执行的操作，不仅仅限于通过计算机程序的形式来实现，也可借助搭建简单的逻辑来实现，例如，对于比较操作，可通过借助逻辑器件比较器实现，而对于一些其他简单的逻辑操作，也可借助逻辑“与”、“非”等其他各种类型的逻辑器件实现。

在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器(CPU)、存储器和总线。设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种用于检测空间障碍物的系统，其特征在于，该系统包括：

传感器，用于在一个或多个方向上检测所述空间障碍物是否存在以及与该空间障碍物之间的距离；以及

处理器，用于根据所述传感器的检测结果，判断是否存在空间障碍物。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述传感器包含：双目相机，用于所述一个或多个方向上采集左右视图；以及雷达，用于所述一个或多个方向上检测与所述空间障碍物之间的距离以及所述空间障碍物的方位。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述一个或多个方向包括前后左右四个方向，所述传感器包含四个分别朝向这四个方向的双目相机和雷达。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述传感器包含方位检测装置，该方位检测装置用于检测该传感器的绝对方位。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，该系统安装在起重机的吊钩上，所述处理器用于将关于是否存在空间障碍物的检测结果发送至所述起重机的控制系统。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述传感器还包括用于检测所述吊钩下是否存在行人的检测装置；以及

所述处理器还用于在所述吊钩落钩过程中该吊钩与地面之间的距离达到预设地面行人检测高度且所述吊钩下存在行人的情况下，将所述检测装置的检测结果发送至所述起重机的控制系统。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器通过无线通信网络将有效的障碍物检测结果发送至所述起重机的控制系统。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，该系统还包括电池模块，该电池模块用于给该系统供电，且能够被无线充电设备充电的。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述处理器还用于在所述电池模块的电量不足时，发送信号至所述起重机的控制系统，以使得该控制系统控制所述吊钩运动到所述无线充电设备附近。

10.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包含根据权利要求1-9中任一项所述的检测空间障碍物的系统。

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