防止持续非自愿操作的工作平台

摘要

本发明涉及防止持续非自愿操作的工作平台。一种空中工作平台，包括：控制面板，所述控制面板包括用于操纵所述平台的操作员控制器；控制模块，所述控制模块与所述操作员控制器通信且基于来自所述控制面板的信号控制对所述平台的操纵；以及障碍物感测系统。所述障碍物感测系统包括传感器，所述传感器安装在所述平台附近，所述传感器监测操作员区域、所述平台和所述平台周围的区域。处理器处理所述信号，以确定操作员在所述平台上的位置和在所述平台周围的区域中物体的接近度。所述控制模块与所述处理器通信且被编程为基于来自所述处理器的信号和来自所述操作员的输入而控制对所述平台或机器的操纵。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2013年5月16日提交的美国专利申请第13/885,720号的部分继续申请(CIP)，该美国专利申请是2011年12月20日提交的PCT国际专利申请第PCT/US2011/066122号的美国国家阶段，本PCT国际专利申请要求2010年12月20日提交的美国临时专利申请第61/424,888号和2011年1月24日提交的美国临时专利申请第61/435,558号的权益，每个美国临时专利申请的全部内容在此通过引用并入本申请中。

技术领域

本发明涉及工作平台，更具体地涉及包括障碍物感测系统以降低与障碍物或结构碰撞的可能性的工作平台。

背景技术

包括高空工作平台的升降车辆(诸如具有工作平台附件的恶劣地形伸缩叉车的伸缩臂叉车)以及车载高空升降机是已知的，且通常包括可延伸的可变结构吊杆和在吊杆的端部处的工作平台，该可延伸的可变结构吊杆可以相对于地面位于不同角度。在平台上或在平台附近，通常设置包括各种控制元件的控制台，操作员可以操纵该各种控制元件，以控制诸如吊杆角度、吊杆延伸、吊杆和/或平台在竖直轴上的旋转、引擎或其它类型的电源的功能，且其中，升降车辆是自推进式的，还设置了转向器、驱动速度和方向以及制动控制。

除了其他位置，当操作员位于平台与可位于操作员的头顶或后方的结构之间时，可能在包括工作平台的升降车辆中产生安全隐患。对于平台周围的物体(例如玻璃表面、飞行器结构和其它更脆弱或易损坏的结构)，也希望避免碰撞。

发明内容

相机传感器等可以被安装至空中工作平台以观察该平台、平台周围的区域和操作员。系统处理来自传感器的数据，以确定操作员是否存在且操作员是否处于合适的操作位置，且还确定在所述平台的上方、后方、侧面和下方的物体的接近度。基于来自所述传感器的数据，控制模块允许改变或防止对所述平台进行操作和/或操纵。

在示例性实施方式中，工作平台与用于检测障碍物的系统组合。工作平台包括控制面板，控制面板具有控制所述平台的位置的操作部件。组合的工作平台和系统包括：传感器，该传感器安装在平台附近，且监测操作员区域、平台和平台周围的区域中的至少一者；以及处理器，该处理器从传感器接收信号，且处理所述信号，以确定操作员在平台上的位置和在平台周围的区域中的物体的接近度中的至少一者。与处理器和操作部件通信的控制模块基于与处理器的通信改变来自控制面板的控制信号。

处理器可以确定操作员不在或未处于合适的操作位置，且控制模块可以被编程为防止对平台进行会使平台移动的操作。超驰开关可以与控制模块连接，其中，控制模块可以被编程为基于超驰开关的激活而允许以非常慢的速度或爬行速度操作所述平台。处理器可以确定操作员正依靠于控制面板上，且控制模块可以被编程为停止激活功能且防止对平台进行会使平台移动的进一步的操作。处理器可以确定操作员正依靠于控制面板上持续预定时间，且控制模块可以被编程为使平台的最后操作功能反转。处理器可以确定操作员存在且位于合适的操作位置且在平台周围的区域中没有物体，且控制模块被编程为允许对平台进行正常操作。

在一个实施方式中，传感器可以被编程为将平台周围的区域区分为警告区和危险区，其中，危险区比警告区更靠近平台。处理器可以确定在警告区中存在物体，且控制模块可以被编程为基于确定在警告区中存在物体而允许以爬行速度操作所述平台。处理器可以确定在危险区中存在物体，且控制模块可以被编程为基于确定在危险区中存在物体而防止对平台进行操作。传感器可以被编程为基于平台的操作特性而调节警告区和危险区中的至少一者的深度。示例性操作特性可以包括平台上的操作员的数量、平台正行进的方向和平台的速度。控制模块可以检测平台的速度，其中，处理器被编程为处理来自传感器的、与朝向平台的区域中的物体中的一者的平台速度相关的信号。在该上下文中，控制模块可以被编程为以相对于平台靠近该平台的所述区域中的物体之一的速度的速率而减慢激活功能。控制模块可以被编程为基于与平台的所述区域中的物体之一的接近度而减小所命令的操作速度。

传感器可以包括固定在平台附近的多个感测元件。在一个布置中，平台可以包括平台栏杆，其中，传感器安装在平台栏杆上。传感器可以是光学传感器、雷达传感器和声传感器中的一者。传感器可以被附接至操纵装置，诸如摇摄机构和/或倾斜机构或使传感器视野移位或旋转的反射镜。

在另一示例性实施方式中，一种空中工作平台，包括：控制面板，该控制面板包括用于操纵平台的操作员控制器；控制模块，该控制模块与操作员控制器通信且基于来自控制面板的信号控制对平台的操纵；以及障碍物感测系统。该障碍物感测系统包括：传感器，该传感器安装在平台附近，传感器监测操作员区域、平台和平台周围的区域；以及处理器，该处理器从传感器接收信号，处理器处理所述信号，以确定操作员在平台上的位置和在平台周围的区域中的物体的接近度。控制模块与处理器通信且被编程为基于与处理器的通信改变来自操作员控制器的控制信号。

在又一示例性实施方式中，一种控制空中工作平台的方法，包括：步骤a：利用安装在平台附近的传感器监测操作员区域、平台和平台周围的区域；步骤b：利用从传感器接收信号的处理器检测操作员在平台上的位置和在平台周围的区域中的物体的接近度；以及步骤c：控制模块基于与处理器的通信以及基于在步骤b中的检测而改变来自操作员控制面板的控制信号。当操作员不在或未处于合适的操作位置时，通过防止对平台进行操作来实施步骤c。实施步骤b以确定操作员是否正依靠于所述控制面板上持续预定时间段，且在所述预定时间段期间或在所述预定时间段之后，通过防止对平台进行操作来实施步骤c，以使平台的最后操作功能反转。当在警告区中检测到物体时通过允许以爬行速度操作所述平台来实施步骤c，且当在危险区中检测到物体时通过防止对所述平台进行操作来实施步骤c。

附图说明

下面将参照附图详细描述这些及其它的方面和优点，在附图中，

图1示出包括工作平台的示例性高空升降车辆；

图2示出根据本发明的优选实施方式的工作平台和障碍物感测系统的立体图；

图3至图16示出由传感器监测的平台和非自适应区域及自适应区域；以及

图17至图21示出用于传感器单元的示例性摇摄/倾斜机构和功能。

具体实施方式

图1示出了包括支撑在车轮4上的车辆底盘2的示例性典型高空升降车辆。虽然所示出的车辆包括伸缩吊杆，但是本发明同样可应用于包括例如铰链式吊杆(没有伸缩吊杆或可延伸吊杆)的其他车辆。转盘和配重6被固定以用于在底盘2上旋转，且可延伸(可变形布置)吊杆组件的一端被可枢转地附接至转盘6。空中工作平台10附接在可延伸吊杆8的另一端。所示出的升降车辆是自推进式的，因此还包括驱动/控制系统(在图1中用附图标记12示意性示出)和在平台10上的控制台14，所述控制台14具有各种控制元件，操作员可操纵这些控制元件，以控制诸如吊杆角度、吊杆延伸、吊杆和/或平台在竖直轴上的旋转、以及引擎、转向、行驶速度和方向及制动控制等的功能。

图2示出了用于检测障碍物的组合式工作平台10和系统20，该障碍物诸如在平台周围的障碍物，包括头顶障碍物。传感器22安装在平台附近且监测操作员区域、平台和平台周围区域中的至少一者。传感器22可以是立体摄像机传感器，该立体摄像机传感器将由像素数据(RGB值和范围)组成的数据流提供给安装在平台10上的计算机或处理器24。示例性立体摄像机传感器是可从Carnegie Robotics公司购买的MultiSense S21。本领域的普通技术人员将理解，可替选传感器也是适合的，且本发明不意味着受限于特定传感器类型。

障碍物感测系统20可以包括多个传感器22，该多个传感器22能够一起合作且安装在平台10附近的各个区域中。在示例性结构中，平台10包括平台栏杆和安装在平台栏杆上的传感器22。安装在平台上使得可通过吊杆铰接的全范围而提供平台的静态视图。传感器可以可替选地或附加地安装至吊杆结构以允许得到关于平台的更大的视野，和/或安装至除栏杆之外的平台支撑结构。例如，如图所示，传感器22可以安装至固定到平台上的专用支架23，或者传感器22可以与控制面板14相邻固定。

计算机或处理器24处理像素范围数据，以确定操作员在平台10上的位置和在平台10周围区域中的物体的接近度中的至少一者。在控制面板14中的控制模块26形成驱动/控制系统12的一部分，且与处理器24通信以基于来自处理器24的信号控制平台的操作。在一些布置中，控制模块26与驱动/控制系统12通信，该驱动/控制系统12控制机器的整体操作。在该布置中，控制模块26可以收集来自控制装置(例如操纵杆、开关等)的输入且将操作员命令传送到驱动/控制系统12。

在一些实施方式中，处理器24确定是操作员是不在还是操作员未处于合适的操作位置，且如果操作员不在或未处于合适的操作位置，则控制模块26被编程为防止对平台10进行操作。也就是说，如果没有检测到操作员，则计算机24将防止动作或操作的数据消息发送到控制模块26，或停止工作平台10的所有激活功能。系统还可以包括超驰按钮28，其中如果超驰按钮28被激活，则可以以爬行速度操作该平台10。

处理器24可以确定操作员正依靠于控制面板14上，在该情况下，控制模块26被编程为防止对平台10进行操作。如果处理器24确定操作员正依靠于控制面板上持续预定时间，则控制模块26被编程为使平台的最后操作功能反转。在该情况下，系统还可以发出警报并打开警告信标。

指示灯29可以被固定至平台栏杆和控制面板周围，以将系统状态传送至操作员。在图2中示出用于指示灯29的示例性位置。当控制模块26正以任何方式影响机器控制时(例如，当传感器22指出机器太靠近障碍物时)，控制模块26可以使指示灯29点亮。

图3至图8示出用于检测在平台10的上方、后方、下方和侧面的物体的接近度的示例性感测区域。传感器22被编程为将平台周围的区域区分为警告区(A区)30和危险区(B区和C区)32，其中，如图所示，危险区32比警告区30更靠近平台10。如果处理器24确定在警告区中存在物体，则控制模块26被编程为允许以爬行速度操作该平台10。如果处理器24确定在危险区32中存在物体，则控制模块26被编程为防止对平台10进行操作(即，停止所有激活功能和/或防止开始或继续任何操作)。在控制模块26防止对平台10进行操作(该操作会引起平台10的移动)的任何时间，对超驰开关28的激活将允许以爬行速度操作该平台10。如果处理器24确定操作员存在且位于合适的操作位置并且在平台10周围的区域中(即，由规定区所限定的接近度)没有物体，则控制模块26允许对平台10进行正常的不受限制的操作。如果不存在操作员，则防止对平台进行操作(该操作将引起平台的移动)，除非利用超驰开关28进行超驰。

由于处理器24实时解析障碍物的形状和与该障碍物的距离，因此处理器24能够被编程为估计平台相对于所识别的障碍物的移动方向和速度。处理器24可以被编程为即使在那些障碍物处于警告区30外部时也采取行动。例如，处理器24可以被编程为：当处理器24识别到操作员正沿潜在障碍物的方向全速驱动机器时，用信号通知驱动/控制系统12减慢机器功能(诸如驱动)。作为另一示例，如果处理器确定机器正朝向碰撞点快速移动，则可以更迅速地减慢吊杆功能(或驱动功能)。

参照图5至图8，警告区30和危险区32可以被配置为自适应区，其中，基于周围环境的图片，控制模块26可以调节各个区30、32的尺寸和形状。控制模块基于传感器系统/控制器用于识别例如(除了别的之外)平台中的人数、或在平台中的人和材料(工具、设备)的组合的能力而计算自适应区。图7和图8示出控制器模块计算的结果。在图5和图6中，根据特定操作员而调整区30、32。在图7中，根据存在两名操作员而调整区30、32，而在图8中，根据平台上的操作员和设备而调整所述区。

可以使用各种方法用于基于所检测到的物体距离而降低平台速度。在“速度限制”方法中，基于距所检测到的物体的距离设置关于最大可指令速度的极限值(例如，参见图5至图13)。在“速度降低”方法中，基于距所检测到的障碍物的距离按比例减小操作员输入(例如，参见图14至图16)。这两种方法可导致不同的机器行为。

可以使所述区适应机器移动的速度和方向。如果确定机器以大于阈值速度的速度移动，则可以将区调节成变得更深，或者当激活摆动或其它方向功能时，所述区在主行驶方向上可以“更深”。控制模块可以调节传感器以更深地进入平台侧面方向。图9至图13示出基于平台速度和方向改变警告区和/或危险区的深度。更具体地，图9示出了向右行进的平台，其中右侧警告区和危险区均具有增加的深度。图10示出平台正在下降，其中警告区和/或危险区沿平台移动方向具有增加的深度。系统可以被编程为基于平台的速度调节所述区的深度。图11至图13示出随着平台速度增加而成比例增加的深度。

在相关上下文中，自适应区可以包括成比例减速区，如在图14至图16中所示。在图14中，根据潜在障碍物与平台的接近度来减小指令速度的百分比。减速区以离散步进示出，但可替选地，减速区也可以是连续的。在图15中，成比例的减速区与适应于速度和方向的区组合。在图15中，平台正向右行进，且相应地改变所述区的深度。在图16中，在平台正向右行进时在60％区中检测到物体。功能速度被减小至指令速度的60％。

可以通过数字包(CAN总线)或离散信令(数字或模拟输出)进行传感器22和处理器24之间的通信。可以使用其他形式的数字通信，以允许传感器提供评估环境感知所需的信息。示例包括、但不限于以太网、I2C、RS232/485、数字脉宽调制(PWM)等。控制模块26解析数据以确定机器是否以及如何对传感器数据做出反应。处理器24基于来自传感器22的信号可以确定是否需要经由内置测试(Built-In Test，BIT)来清除它们。感测元件22可以基于光学感测、雷达感测或声(超声)感测。感测元件22可以是单个装置或具有相同或互补技术的多个装置。这提供了对一系列环境条件、传感器上的污染和要检测的对象的冗余和容差。传感器可以是被动式传感器(立体相机、单相机)或主动式传感器(光探测和测距(LiDAR)、激光探测和测距(LADAR)、3D视觉传感器)、雷达或声(超声)传感器。可以使用一个或多个任何合适类型的传感器，且本发明不意味着受限于所描述的示例性实施方式。也可以考虑实现相同功能的替选传感器布置，包括例如对发射器(借助电磁波或其它信号)、反射带(在机器上和/或并入操作员的保护服饰中)等作出反应的传感器。

参照图17至图21，可以通过使用合适的摇摄/倾斜机构34(示例性摇摄/倾斜机构是可从Carnegie Robotics公司购买的Multisense S21)对整个传感器进行机械旋转(摇摄/倾斜)、或者通过借助多边形反射器36、单反射器38，一对反射器40(用于照相机和LiDAR的一个或多个光学镜、用于雷达和声学的一个或多个金属板)使视野机械移位/旋转等来操纵传感器22(相机、LiDAR、RADAR等)。可以通过处理器24、控制模块26、传感器22来控制操纵装置，或者在操纵装置中是自治的。操纵传感器或传感器视野允许每个传感器覆盖平台和/或吊杆结构周围更多的周围区域。

平台和障碍物感测系统致力于避免正在移动的平台和平台周围的障碍物之间的碰撞。相比在障碍物已经触碰操作员和/或平台结构后进行调节的反应式系统，根据优选实施方式的主动式系统是有利的。

虽然已经结合当前被认为是最实用且优选的实施方式的实施方式描述了本发明，但是应当理解本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种变型和等同布置。