[发明专利]用于利用传感器融合来确定机器状态的系统和方法

说明书

公开了一种确定机器的实时状态的方法，包括：利用至少一个处理器从安装在机器的不同部件上的多个惯性测量单元(IMU)中的每一个接收信号的时间序列，该信号指示多个IMU中一个或多个安装在其上的机器的部件中每一个的运动测量值的加速度和角速率。针对机器的单独部件上IMU中的每一个，通过合并来自IMU的加速度测量值以及运动测量值的角速率，利用单独卡尔曼滤波模块融合从IMU接收的信号，以估计IMU安装在其上的机器的部件的输出联合角度。合并连续时间步中部件的输出联合角度的估计值和测量值，求解运动学方程以在连续时间步下确定机器部件的位置、速度和加速度中至少一个的实时值，以及将确定的实时值在机器部件的受控操作移动的实施中应用。

技术领域

本发明涉及用于确定机器状态的系统和方法，并且更具体地，涉及用于利用传感器融合来确定机器状态的系统和方法。

背景技术

机器，诸如举例而言，推土机、自动平地机、轮式装载机、轮式拖拉机铲运机，以及其他类型的重型设备被用来执行各种任务。对机器的有效控制需要精确和响应的传感器读数，以执行向机器控制或操作员近乎实时提供信息的计算。自主和半自主受控的机器通过依赖于从各种机器系统接收的信息，能够在很少或没有人类输入的情况下运行。例如，基于机器移动输入、地形输入和/或机器操作输入，机器可以被控制为远程地和/或自动地完成已编程的任务。通过在任务的执行期间从不同机器系统和传感器中的每一个接收适当的反馈，可以对机器操作做出连续的调节，其有助于确保完成任务中的精确性和安全性。然而，为此，由不同的机器系统和传感器所提供的信息应当是准确并可靠的。机器的位置、速度和所行进的距离以及机器的不同零件或部件的位置、移动和定向作为参数，其准确度对于机器及其操作的控制可能是重要的。

常规的机器通常利用导航或定位系统来确定各种工作参数，比如机器的位置、速度、俯仰率、偏航率以及滚转率。机器的位置和定向被称为机器的“姿态”。机器“状态”包括机器的姿态以及可以用于模拟机器运动特性和动态特性的各种附加的工作参数，比如表征机器的各种连接装置、接头、工具、液压装置以及电动力系统的参数。一些常规机器利用全球导航卫星系统(GNSS)数据、距离测量指示器(DMI)或里程计测量数据、惯性测量单元(IMU)数据等来确定这些参数。一些机器利用雷达(RADAR)传感器、声呐(SONAR)传感器、激光雷达(LIDAR)传感器、红外线(IR)或非红外线摄像机以及其他类似的传感器来帮助沿不同种类的地形安全并有效地引导机器。常规机器已试图融合这些不同类型的数据来确定陆基载具的位置。

2008年2月7日公布的Levinson等人的美国专利申请公布文本第2008/0033645号('645公布文本)中公开了一种可以用来确定机器的位置的示范性系统。'645公布文本的系统利用来自诸如全球定位系统(GPS)的传感器的定位数据以及来自LIDAR(光检测和测距)装置的现场数据来确定机器的定位或位置。具体地，数据被用来创建地形的高分辨率地图并且关于该地图定位机器的位置。

尽管'645公布文本的系统在确定机器的位置方面可能是有用的，但是该系统可能无法在航位推算的同时(即，当GPS信号不可用的时间段期间)针对机器的位置提供准确的估计值。此外，当GPS信号由于多路径误差、位置跳动等而不可靠或错误时，'645公布文本的系统可能无法提供准确的位置信息，这是因为'645公布文本的系统并未校验GPS信号的准确度。

根据本发明的用于利用传感器融合来确定机器状态的系统和方法旨在解决以上所阐述问题和/或现有技术的其他问题中的一个或多个。

发明内容