[發明專利]用于利用傳感器融合來確定機器狀態的系統和方法

有效

• 申請號: 201810615314.0
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN109115213B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: A·M·納克科斯;R·A·施洛斯;R·馬丁內斯;C·L·戈曼
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟

公開了一種確定機器的實時狀態的方法，包括：利用至少一個處理器從安裝在機器的不同部件上的多個慣性測量單元(IMU)中的每一個接收信號的時間序列，該信號指示多個IMU中一個或多個安裝在其上的機器的部件中每一個的運動測量值的加速度和角速率。針對機器的單獨部件上IMU中的每一個，通過合并來自IMU的加速度測量值以及運動測量值的角速率，利用單獨卡爾曼濾波模塊融合從IMU接收的信號，以估計IMU安裝在其上的機器的部件的輸出聯合角度。合并連續時間步中部件的輸出聯合角度的估計值和測量值，求解運動學方程以在連續時間步下確定機器部件的位置、速度和加速度中至少一個的實時值，以及將確定的實時值在機器部件的受控操作移動的實施中應用。

技術領域

本發明涉及用于確定機器狀態的系統和方法，并且更具體地，涉及用于利用傳感器融合來確定機器狀態的系統和方法。

背景技術

機器，諸如舉例而言，推土機、自動平地機、輪式裝載機、輪式拖拉機鏟運機，以及其他類型的重型設備被用來執行各種任務。對機器的有效控制需要精確和響應的傳感器讀數，以執行向機器控制或操作員近乎實時提供信息的計算。自主和半自主受控的機器通過依賴于從各種機器系統接收的信息，能夠在很少或沒有人類輸入的情況下運行。例如，基于機器移動輸入、地形輸入和/或機器操作輸入，機器可以被控制為遠程地和/或自動地完成已編程的任務。通過在任務的執行期間從不同機器系統和傳感器中的每一個接收適當的反饋，可以對機器操作做出連續的調節，其有助于確保完成任務中的精確性和安全性。然而，為此，由不同的機器系統和傳感器所提供的信息應當是準確并可靠的。機器的位置、速度和所行進的距離以及機器的不同零件或部件的位置、移動和定向作為參數，其準確度對于機器及其操作的控制可能是重要的。

常規的機器通常利用導航或定位系統來確定各種工作參數，比如機器的位置、速度、俯仰率、偏航率以及滾轉率。機器的位置和定向被稱為機器的“姿態”。機器“狀態”包括機器的姿態以及可以用于模擬機器運動特性和動態特性的各種附加的工作參數，比如表征機器的各種連接裝置、接頭、工具、液壓裝置以及電動力系統的參數。一些常規機器利用全球導航衛星系統(GNSS)數據、距離測量指示器(DMI)或里程計測量數據、慣性測量單元(IMU)數據等來確定這些參數。一些機器利用雷達(RADAR)傳感器、聲吶(SONAR)傳感器、激光雷達(LIDAR)傳感器、紅外線(IR)或非紅外線攝像機以及其他類似的傳感器來幫助沿不同種類的地形安全并有效地引導機器。常規機器已試圖融合這些不同類型的數據來確定陸基載具的位置。

2008年2月7日公布的Levinson等人的美國專利申請公布文本第2008/0033645號('645公布文本)中公開了一種可以用來確定機器的位置的示范性系統。'645公布文本的系統利用來自諸如全球定位系統(GPS)的傳感器的定位數據以及來自LIDAR(光檢測和測距)裝置的現場數據來確定機器的定位或位置。具體地，數據被用來創建地形的高分辨率地圖并且關于該地圖定位機器的位置。

盡管'645公布文本的系統在確定機器的位置方面可能是有用的，但是該系統可能無法在航位推算的同時(即，當GPS信號不可用的時間段期間)針對機器的位置提供準確的估計值。此外，當GPS信號由于多路徑誤差、位置跳動等而不可靠或錯誤時，'645公布文本的系統可能無法提供準確的位置信息，這是因為'645公布文本的系統并未校驗GPS信號的準確度。

根據本發明的用于利用傳感器融合來確定機器狀態的系統和方法旨在解決以上所闡述問題和/或現有技術的其他問題中的一個或多個。

發明內容