與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的非接觸式位置和取向確定的制作方法
【專利摘要】一種用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的非接觸式位置和取向確定的方法和系統(tǒng)。一個(gè)示例利用安裝在移動(dòng)機(jī)上的固定位置處的傳感器檢測(cè)用具的識(shí)別特征的取向。還確定從傳感器到用具的識(shí)別特征的距離。另外，訪問與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的已知的操作包絡(luò)。然后將用具的已知的操作包絡(luò)與來自傳感器的取向和距離相結(jié)合以確定用具相對(duì)于移動(dòng)機(jī)的位置。
【專利說明】與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的非接觸式位置和取向確定
[0001 ] 相關(guān)美國(guó)專利申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)與Gregory C.Wallace等人在2014年2月13日遞交的、名稱為"NON-CONTACT LOCATION AND ORIENTATION DETERMINATION OF AN IMPLEMENT COUPLED WITH A MOBILE MACHINE"的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 14/180，302有關(guān)，該美國(guó)專利申請(qǐng)具有代理人案號(hào)No . TRMB-3208且被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。
【背景技術(shù)】
[0003] 運(yùn)土機(jī)，諸如推土機(jī)、自動(dòng)平地機(jī)、鏟土機(jī)、挖掘機(jī)等，用于針對(duì)各種工程沿等高線 修筑地面，各種工程諸如建筑(例如公路、大廈、公園等）、采礦和農(nóng)耕。當(dāng)機(jī)器使用時(shí)，經(jīng)常 依靠人類操作者來得知用具的工作邊緣(例如，推土機(jī)用具的底部邊緣）的位置和取向。然 而，人類操作者可以很容易犯錯(cuò)、疏忽、分心等。
【附圖說明】
[0004] 并入本說明書且形成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方式，以及連 同描述一起用于闡述本發(fā)明的原理。除非具體指示，否則在該描述中引用的附圖應(yīng)當(dāng)被理 解成未按尺寸繪制。
[0005] 圖1示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的利用用具相對(duì)于推土移動(dòng)機(jī)的位置和取向的基于非 接觸式的確定的系統(tǒng)。
[0006] 圖2示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的非接觸式位置和取向確 定的系統(tǒng)。
[0007] 圖3示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具相對(duì)于該移動(dòng)機(jī)的非接觸 式位置和取向確定的方法的流程圖。
[0008] 圖4示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的利用用具相對(duì)于推平移動(dòng)機(jī)的位置和取向的基于非 接觸式確定的傳感器系統(tǒng)。
[0009] 圖5A為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)的俯視圖，該移動(dòng)機(jī)具有雙 臂型液壓安裝的用具。
[0010] 圖5B為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)的俯視圖，該移動(dòng)機(jī)在不同 位置具有雙臂型液壓安裝的用具。
[0011]圖6A為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)的俯視圖，該移動(dòng)機(jī)具有球 狀安裝的用具。
[0012] 圖6B為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)的俯視圖，該移動(dòng)機(jī)在不同 位置具有球狀安裝的用具。
[0013] 圖7為根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式的用識(shí)別對(duì)象填充的工作現(xiàn)場(chǎng)的地圖。
[0014] 圖8為根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式的可使用的示例性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NSS)接收器 的框圖。
[0015] 圖9示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的可包括的作為電子閱讀器的部件的示例性計(jì)算系 統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)在將詳細(xì)地參考主題的實(shí)施方式，這些實(shí)施方式的示例在附圖中被示出。盡管 將結(jié)合各個(gè)實(shí)施方式描述本文中所討論的主題，但是將理解，不意圖將主題限制到這些實(shí) 施方式。相反，呈現(xiàn)的實(shí)施方式意圖覆蓋替選物、修改和等效物，這些可以被包括在如所附 權(quán)利要求所限定的各個(gè)實(shí)施方式的精神和范圍之內(nèi)。此外，在實(shí)施方式的描述中，陳述了多 個(gè)具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本主題的實(shí)施方式的全面理解。然而，可以在不具有這些具體細(xì)節(jié) 的情況下實(shí)踐實(shí)施方式。在其它實(shí)例中，沒有詳細(xì)描述熟知的方法、過程、部件和電路，就不 會(huì)不必要地使所描述的實(shí)施方式的多個(gè)方面模糊不清。
[0017] 符號(hào)和術(shù)語(yǔ)
[0018] 除非與如從以下討論清楚可知相反的具體指示，應(yīng)當(dāng)理解，貫穿實(shí)施方式的描述， 例如諸如"捕獲"、"確定"、"輸出"、"輸入"、"提供"、"接收"、"利用"、"獲得"、"改善"、"訪 問"、"檢測(cè)"等術(shù)語(yǔ)的討論經(jīng)常指的是電子計(jì)算設(shè)備/系統(tǒng)的動(dòng)作和進(jìn)程，該電子計(jì)算設(shè)備/ 系統(tǒng)諸如移動(dòng)電話、電子個(gè)人顯示器、和/或移動(dòng)（即手持式）多媒體設(shè)備等等。電子計(jì)算設(shè) 備/系統(tǒng)操控在電子計(jì)算設(shè)備/系統(tǒng)的電路、電子注冊(cè)器、存儲(chǔ)器、邏輯、和/或部件等內(nèi)表示 為物理（電子)量的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)變換成在該電子計(jì)算設(shè)備/系統(tǒng)或其它電子計(jì)算設(shè)備/ 系統(tǒng)內(nèi)類似表示為物理量的另一數(shù)據(jù)。
[0019] 在以下討論中，用具指的是諸如推土機(jī)或自動(dòng)平地機(jī)的鏟、挖掘機(jī)的鏟斗、鏟車的 1廣叉等的物品。
[0020] 可使用用具的移動(dòng)機(jī)包括但不限于:推土機(jī)、自動(dòng)平地機(jī)、挖掘機(jī)、滑移轉(zhuǎn)向裝載 機(jī)、鏟土機(jī)、挖溝機(jī)、修邊機(jī)、具有附件(例如推平附件）的牽引機(jī)、鋪路機(jī)(例如混凝土或?yàn)r 青鋪路機(jī)）、滑?；炷翙C(jī)(例如路邊和排水溝機(jī)器）、聯(lián)合收割機(jī)、收割機(jī)、播種機(jī)、耕田機(jī)、 種植機(jī)等。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(yǔ)"挖掘機(jī)"可以指的是標(biāo)準(zhǔn)挖掘機(jī)、翻轉(zhuǎn)式鏟斗挖掘機(jī)、旋轉(zhuǎn)式鏟 斗挖掘機(jī)、以及利用額外的吊桿和棍部件的其它配置或前置鏟斗配置。盡管列出這些特定 移動(dòng)機(jī)，但是本發(fā)明的實(shí)施方式很好地適合于被實(shí)施在用在農(nóng)業(yè)應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用、建筑應(yīng) 用、采礦應(yīng)用、軍事應(yīng)用、商業(yè)應(yīng)用和消費(fèi)者應(yīng)用中的各種移動(dòng)機(jī)內(nèi)。
[0021] 現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的利用用具相對(duì)于移動(dòng)機(jī)的位置 和取向的基于非接觸的確定的系統(tǒng)100。在圖1的實(shí)施方式中，用具111為鏟且移動(dòng)機(jī)105為 推土機(jī)。
[0022] 在圖1的實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200與推土機(jī)聯(lián)接，且被校準(zhǔn)以確定用具111相對(duì) 于移動(dòng)機(jī)105的位置。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200監(jiān)測(cè)用具111的位置且確定用具 111何時(shí)已從第一位置移動(dòng)到第二位置。例如，傳感器系統(tǒng)200可以聚焦于用具111自身的識(shí) 別特征;諸如右邊緣122、上邊緣123、左邊緣124、下邊緣125、或用具111的一部分。當(dāng)將用具 111相對(duì)于移動(dòng)機(jī)105從第一位置移動(dòng)到第二位置(例如從升高的位置移動(dòng)到降低的位置） 時(shí)，傳感器系統(tǒng)200將識(shí)別到距離和/或取向的變化以及確定用具111的新位置。
[0023] 在另一實(shí)施方式中，識(shí)別特征可以是附接到用具111的指示器136。通常，指示器 136指的是固定地安裝在用具111上的平衡物。例如，如果用具111為鏟斗且鏟斗正被用在水 面下等，則傳感器系統(tǒng)200將無(wú)法檢測(cè)鏟斗。然而，通過使用離鏟斗已知距離且固定地附接 到鏟斗的指示器136,傳感器系統(tǒng)200將能夠繼續(xù)監(jiān)測(cè)鏟斗的距離和取向。
[0024] 在另一實(shí)施方式中，識(shí)別特征可以是設(shè)計(jì)成改善攝像機(jī)的檢測(cè)能力的基準(zhǔn)點(diǎn)。在 又一實(shí)施方式中，識(shí)別特征可以是已知光圖案。已知光圖案的一個(gè)示例是將像素的已知圖 案(通常為柵格或橫杠)投射到用具上的結(jié)構(gòu)化的光。圖案在照在用具表面時(shí)變形的方式將 允許目視型傳感器計(jì)算關(guān)于用具的深度和表面信息。
[0025] 在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，確定用具111的位置可以包括處于第一位置的傳感 器系統(tǒng)200和處于第二位置的第二傳感器系統(tǒng)200b。
[0026] 現(xiàn)在參照?qǐng)D2,根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式示出了用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的非接觸式位 置和取向確定的傳感器系統(tǒng)200。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200包括傳感器210,該傳 感器210具有取向模塊212和距離確定器，諸如距離確定模塊214。傳感器系統(tǒng)200還包括校 準(zhǔn)模塊216、用具評(píng)估器220、以及用具位置和取向確定器230。
[0027] 現(xiàn)在參照傳感器210,在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器210為芯片上的雷達(dá)(ROACH)。通 常，ROACH系統(tǒng)將包括射頻集成電路(RFIC)、天線和波形設(shè)計(jì)和信號(hào)處理。在另一實(shí)施方式 中，傳感器210為激光器。在又一實(shí)施方式中，傳感器210可以為視覺傳感器，諸如攝像機(jī)、立 體攝像機(jī)、深度攝像機(jī)等。通常，深度攝像機(jī)產(chǎn)生對(duì)圖像中的每個(gè)像素的深度測(cè)量。示例包 括但不限于飛行時(shí)間攝像機(jī)、波前編碼攝像機(jī)和光場(chǎng)攝像機(jī)。
[0028]通常，光場(chǎng)攝像機(jī)為使用小型或微型透鏡的陣列來捕獲用于場(chǎng)景的光場(chǎng)信息的攝 像機(jī)。飛行時(shí)間攝像機(jī)基于光速分析距離信息。通過針對(duì)圖像的任意數(shù)量的點(diǎn)測(cè)量攝像機(jī) 和用具之間的光信號(hào)的飛行時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施方式中，飛行時(shí)間攝像機(jī)可以為無(wú)掃描器類 型，其中利用每個(gè)激光或光脈沖捕獲整個(gè)場(chǎng)景。在另一實(shí)施方式中，飛行時(shí)間攝像機(jī)可以為 掃描類型，其使用利用每個(gè)激光束的逐點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)。通常，波前編碼使用立方相位調(diào)制元件 連同去卷積以延伸數(shù)字成像系統(tǒng)的視野深度。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200為三維傳感器，該三維傳感器安裝在移動(dòng)機(jī)上 的已知位置處，而非安裝在與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具上。在另一實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200包 括單軸傳感器，并且利用多個(gè)傳感器系統(tǒng)200。例如，如圖1所示，傳感器系統(tǒng)200包括安裝在 移動(dòng)機(jī)上的已知位置處的第一單軸傳感器210,且傳感器系統(tǒng)200b包括安裝在移動(dòng)機(jī)105上 的第二已知位置處的第二單軸傳感器210。單軸傳感器210的取向可以選自一個(gè)橫軸掃描傳 感器和一個(gè)縱軸掃描傳感器、兩個(gè)橫軸掃描傳感器、以及兩個(gè)縱軸掃描傳感器。
[0030] 傳感器210包括取向模塊212,該取向模塊212向用具評(píng)估器220提供針對(duì)用具的識(shí) 別特征的取向信息202。此外，傳感器210包括距離確定模塊214,該距離確定模塊214向用具 評(píng)估器220提供針對(duì)用具的識(shí)別特征的距離信息204。在一個(gè)實(shí)施方式中，識(shí)別特征可以為 用具111的邊緣。在另一實(shí)施方式中，識(shí)別特征可以為用具111的拐角。在又一實(shí)施方式中， 識(shí)別特征可以為附接到用具111的指示器136。
[0031] 用具評(píng)估器220訪問數(shù)據(jù)庫(kù)223(電子數(shù)據(jù)庫(kù)），其包含與移動(dòng)機(jī)105聯(lián)接的用具的 已知的操作包絡(luò)特性。操作包絡(luò)特性可以包括用具尺寸、用具連接類型等。類似地，數(shù)據(jù)庫(kù) 223可以包括對(duì)于用具的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性，諸如但不限于樞軸點(diǎn)、多個(gè)致動(dòng)器、機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置 等。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用具評(píng)估器220將初始地將用具和機(jī)器特定特性提供給校準(zhǔn) 模塊216,進(jìn)而提供給校準(zhǔn)傳感器210。通常，校準(zhǔn)模塊216包括用于確定用具相對(duì)于移動(dòng)機(jī) 的平坦且水平的取向的確定器。此外，校準(zhǔn)模塊216包括多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)限 定器限定用具相對(duì)于移動(dòng)機(jī)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性。
[0033] 一旦針對(duì)聯(lián)接到移動(dòng)機(jī)105的用具校準(zhǔn)傳感器210,則用具評(píng)估器220將向用具位 置和取向確定器230提供取向信息202、距離信息204和操作包絡(luò)特性。
[0034] 用具位置和取向確定器230將利用來自用具評(píng)估器220的信息來確定用具相對(duì)于 移動(dòng)機(jī)105的取向和位置240。
[0035] 現(xiàn)在參照?qǐng)D3,根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式示出了用于與移動(dòng)機(jī)105聯(lián)接的用具相對(duì)于該移 動(dòng)機(jī)的非接觸式位置和取向確定的方法的流程圖300。此外，多個(gè)實(shí)施方式將包括在圖4至 圖6B中所示的信息。
[0036]總的來說，圖4示出根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有用具430的平地機(jī)405。傳感器系統(tǒng) 200被安裝在右側(cè)且對(duì)用具430的邊緣進(jìn)行測(cè)距和定位，如用測(cè)距線434所示。傳感器系統(tǒng) 200b被安裝在左側(cè)且對(duì)用具430的邊緣進(jìn)行測(cè)距和定位，如用測(cè)距線433所示。
[0037]圖5A為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)200的移動(dòng)機(jī)500的俯視圖，該移動(dòng)機(jī) 500具有雙臂505型液壓安裝的用具111。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200為三維傳感器 且對(duì)用具111進(jìn)行測(cè)距和定位，如用測(cè)距線507所示。
[0038]圖5B為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)200的移動(dòng)機(jī)550的俯視圖，該移動(dòng)機(jī) 在與移動(dòng)機(jī)500的位置不同的位置具有雙臂505型液壓安裝的用具。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳 感器系統(tǒng)200為三維傳感器且對(duì)用具111進(jìn)行測(cè)距和定位，如用測(cè)距線557所示。
[0039]圖6A為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)200和傳感器系統(tǒng)200b的移動(dòng)機(jī)600 的俯視圖，該移動(dòng)機(jī)具有安裝有球612的用具111。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200為單 軸型傳感器且被安裝在右側(cè)，以及對(duì)用具111的邊緣進(jìn)行測(cè)距和定位，如用測(cè)距線634所示。 類似地，傳感器系統(tǒng)200b被安裝在左側(cè)，以及對(duì)用具111的邊緣進(jìn)行測(cè)距和定位，如用測(cè)距 線633所示。
[0040]圖6B為根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的具有傳感器系統(tǒng)200和傳感器系統(tǒng)200b的移動(dòng)機(jī)650 的俯視圖，該移動(dòng)機(jī)在與移動(dòng)機(jī)600的位置不同的位置具有安裝有球612的用具111。在一個(gè) 實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200為單軸型傳感器且被安裝在右側(cè)，以及對(duì)用具111的邊緣進(jìn)行 測(cè)距和定位，如用測(cè)距線654所示。類似地，傳感器系統(tǒng)200b被安裝在左側(cè)，以及對(duì)用具111 的邊緣進(jìn)行測(cè)距和定位，如用測(cè)距線653所示。
[0041] 現(xiàn)在參照?qǐng)D3的302以及參照?qǐng)D1，一個(gè)實(shí)施方式利用安裝在移動(dòng)機(jī)105上的固定位 置處的傳感器系統(tǒng)200檢測(cè)用具111的識(shí)別特征的取向。通過將傳感器系統(tǒng)200放在移動(dòng)機(jī) 105上較不活躍的位置，可以使用穩(wěn)健性較小的傳感器。換言之，由于傳感器系統(tǒng)200不接觸 用具111，因此傳感器系統(tǒng)200將不經(jīng)受與用具111相關(guān)聯(lián)的壓力、破壞和移動(dòng)。
[0042]在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器系統(tǒng)200為安裝在移動(dòng)機(jī)105上的已知位置處的三維傳 感器。在另一實(shí)施方式中，諸如圖4所示，第一單軸傳感器系統(tǒng)200被安裝在移動(dòng)機(jī)405上的 已知位置處，以及至少一個(gè)第二單軸傳感器系統(tǒng)200b被安裝在移動(dòng)機(jī)405上的第二已知位 置處，其中第一單軸傳感器系統(tǒng)和第二單軸傳感器系統(tǒng)都未被安裝在與移動(dòng)機(jī)105聯(lián)接的 用具111上。通常，第一單軸傳感器200和第二單軸傳感器200b可以選自由下列項(xiàng)構(gòu)成的組： 一個(gè)橫軸掃描傳感器和一個(gè)縱軸掃描傳感器、兩個(gè)橫軸掃描傳感器、或兩個(gè)縱軸掃描傳感 器。
[0043] 通常，如圖1所示，識(shí)別特征可以包括用具111的邊緣、用具111的拐角、附接到用具 111的指不器136等。
[0044] 在一個(gè)實(shí)施方式中，在安裝傳感器系統(tǒng)200之后，相對(duì)于用具111校準(zhǔn)傳感器系統(tǒng) 200。通常，相對(duì)于傳感器系統(tǒng)200校準(zhǔn)用具111或使用具111就位，以一個(gè)自由度創(chuàng)建已知的 零基準(zhǔn)，這對(duì)于與移動(dòng)機(jī)105相關(guān)的用具是有意義的。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過建立用 具111相對(duì)于移動(dòng)機(jī)105的平坦且水平的取向來執(zhí)行校準(zhǔn)。此外，校準(zhǔn)包括查明用具相對(duì)于 移動(dòng)機(jī)105的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性。
[0045] 例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過將移動(dòng)機(jī)105放置在已知的平坦表面上、然后 將用具111降低到其均勻地接觸地面的點(diǎn)來執(zhí)行校準(zhǔn)。即，用具111平坦且水平地放置。通過 建立平坦且水平的取向，可在移動(dòng)機(jī)105的駕駛室內(nèi)的非線性機(jī)制和控制從校準(zhǔn)過程中被 去除。盡管利用平坦且水平的表面是一種用于執(zhí)行校準(zhǔn)的方法，但是也可以使用多種其它 方法在不均勻的表面上執(zhí)行校準(zhǔn)。例如，如果平坦表面不容易獲得，則可以利用水平面、激 光器、方形等執(zhí)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)對(duì)于建立用具111到移動(dòng)機(jī)105的位置和取向基線是重要的。一 旦確定了基線，則傳感器系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)取向信息和距離信息的變化，從而根據(jù)建立的基線 確定用具相對(duì)于移動(dòng)機(jī)105的位置的變化。
[0046]仍參照302,在執(zhí)行初始校準(zhǔn)之后，傳感器系統(tǒng)200將能夠從該點(diǎn)檢測(cè)用具111的取 向，從而用具111將保持處于3d環(huán)境下的已知位置。如本文中所陳述，該技術(shù)可以使用3D傳 感器系統(tǒng)200(諸如在圖5A和圖5B中所示)或多個(gè)單軸掃描傳感器系統(tǒng)200(諸如在圖6A和圖 6B中所示）。在一個(gè)示例中，諸如在圖1中所示，多個(gè)單軸傳感器可以執(zhí)行邊緣檢測(cè)以確定用 具111的頂部輪廓。例如，如果機(jī)器是推土機(jī)，則可以使用一個(gè)傳感器系統(tǒng)200b來獲得上邊 緣，且使用另一個(gè)傳感器系統(tǒng)200來獲得用具111的側(cè)邊緣。通過添加從傳感器系統(tǒng)到用具 的距離測(cè)量值，可以在無(wú)需傳感器物理接觸用具的情況下確定用具111的取向和位置。 [0047]在一個(gè)實(shí)施方式中，使用單軸傳感器光束的寬度的加權(quán)平均值來定位中心點(diǎn)。例 如，如果光束為幾厘米寬，則從傳感器獲得的測(cè)量值的加權(quán)平均值將用于確定光束的中心 點(diǎn)，因此確定從用具111到傳感器系統(tǒng)200的距離。
[0048] 現(xiàn)在參照?qǐng)D3的304和參照?qǐng)D4至圖6B，一個(gè)實(shí)施方式確定從傳感器系統(tǒng)200到用具 111的識(shí)別特征的距離。例如，一個(gè)實(shí)施方式利用基于非接觸式的測(cè)距技術(shù)，諸如雷達(dá)，激光 器等。在另一實(shí)施方式中，測(cè)距技術(shù)為執(zhí)行光柵式掃描的基于微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的 2D鏡子。就此而言，傳感器的距離確定模塊214部分將包括發(fā)射器和接收器以及可以為單軸 或雙軸。此外，激光器可以電子掃描或機(jī)械掃描。
[0049] 直接測(cè)距的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，可以非?？焖俚貓?zhí)行邊緣檢測(cè)。例如，如圖6A所示，傳 感器系統(tǒng)200被示出具有測(cè)距線634。測(cè)距線634的光束的一部分擊打用具111，而測(cè)距線634 的光束的另一部分不擊打用具111。在一個(gè)示例中，測(cè)距線634的擊打用具111的光束可以具 有2米的范圍，而測(cè)距線634的錯(cuò)過用具111的光束可以具有大于10米的范圍。因此，由于傳 感器系統(tǒng)200和用具111之間的距離相對(duì)靠近，因此邊緣可以被識(shí)別成發(fā)生范圍-距離斷開 連接的位置。
[0050] 現(xiàn)在參照?qǐng)D3的306和參照?qǐng)D5A至圖6B，一個(gè)實(shí)施方式訪問與移動(dòng)機(jī)105聯(lián)接的用 具111的已知的操作包絡(luò)。該已知的操作包絡(luò)可以用于諸如確定用具的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性的目 的。多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性可以包括但不限于樞軸點(diǎn)、多個(gè)致動(dòng)器、機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置等。因此，在一個(gè)實(shí) 施方式中，校準(zhǔn)和用具監(jiān)測(cè)將是機(jī)器特有的，且在一些情況下是底座特有的。
[0051]由于傳感器系統(tǒng)200被校準(zhǔn)到正被監(jiān)測(cè)的移動(dòng)機(jī)105,因此傳感器系統(tǒng)200不一定 需要觀看整個(gè)用具111來提供用具位置和取向信息。例如，如果球612型樞軸位于用具111的 中央，則左邊緣變得更靠近傳感器系統(tǒng)200將意味著用具的右邊緣遠(yuǎn)離機(jī)器。
[0052]在一個(gè)實(shí)施方式中，諸如多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性的操作包絡(luò)對(duì)于確保傳感器系統(tǒng)200在整 個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)不遺失用具邊緣而言也是重要的。在另一實(shí)施方式中，多個(gè)傳感器系統(tǒng)200 (諸如圖6A和圖6B的左邊緣檢測(cè)器200b和右邊緣檢測(cè)器200)可以用于覆蓋用具111的整個(gè) 操作包絡(luò)。那樣，如果一個(gè)邊緣傳感器由于用具的運(yùn)動(dòng)范圍而遺失基準(zhǔn)位置，則另一個(gè)傳感 器將能夠看到其相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)位置。
[0053] 現(xiàn)在參照?qǐng)D3的308和參照?qǐng)D2, 一個(gè)實(shí)施方式將用具111的已知的操作包絡(luò)與來自 傳感器系統(tǒng)200的取向和距離相結(jié)合以確定用具111相對(duì)于移動(dòng)機(jī)105的位置。
[0054]換言之，該技術(shù)檢測(cè)距離變化(例如，用具的頂點(diǎn)（pitch)已改變）；檢測(cè)識(shí)別特征 位置的變化(例如，用具已被旋轉(zhuǎn)）。通過結(jié)合距離和取向信息以及用具111維度、安裝風(fēng)格、 和針對(duì)給定移動(dòng)機(jī)105的運(yùn)動(dòng)特性，該技術(shù)將提供準(zhǔn)確的用具位置信息。
[0055] 移動(dòng)機(jī)和用具地理位置確定
[0056] 現(xiàn)在參照?qǐng)D7,根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式示出了工作場(chǎng)地的地圖。通常，地圖700是用戶可 選擇的且可以為航空地圖、等高線圖、地形圖、物理地圖、公路地圖、衛(wèi)星圖像等。此外，該地 圖可以基于正使用的機(jī)器105的類型、場(chǎng)地的規(guī)模、期望的間隔尺寸等來調(diào)整規(guī)格。此外，可 以自動(dòng)地或手動(dòng)地調(diào)整規(guī)格。通常，一旦選擇工作區(qū)的地圖700,則一個(gè)實(shí)施方式將把機(jī)器 105的位置投射到地圖上。另外，操作702的半徑(諸如地理圍欄等)也可以被提供在地圖700 上。
[0057] 在一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過安裝在機(jī)器105上的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NSS)715來確定 機(jī)器105的位置。在該情況下，機(jī)器105的位置將被標(biāo)注在地圖上。此外，用具111的位置也將 由系統(tǒng)200來提供，以及由于NSS 715和傳感器210之間的距離是已知的，因此用具111的位 置也被準(zhǔn)確知曉。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以從因特網(wǎng)下載地圖700。例如，在一個(gè)實(shí)施方式 中，地圖可以源自于應(yīng)用程序，諸如Trimble Out doors，或源自于網(wǎng)站，諸如my topo或 Tnmbieoutdoors.com。在另一個(gè)實(shí)施方式中，地圖700可以基于NSS 715位置而被自動(dòng)下載， 或可以基于來自用戶的輸入而被下載，該輸入諸如:煒度和經(jīng)度、大地基準(zhǔn)點(diǎn)（諸如NAD 83 和WGS 84)等。在又一個(gè)實(shí)施方式中，地圖可以取自存儲(chǔ)在⑶、DVD上的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)或與數(shù)據(jù) 庫(kù)聯(lián)接的其它數(shù)字輸入，而無(wú)需因特網(wǎng)連接。
[0058] 同時(shí)定位和建圖（SLAM)
[0059] 仍參照?qǐng)D7,在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)器105可以不包括NSS 715接收器。代替地，場(chǎng) 地地圖700可以用多個(gè)可識(shí)別的基準(zhǔn)點(diǎn)來填充，多個(gè)可識(shí)別的基準(zhǔn)點(diǎn)諸如池塘704、建筑物 717、電力線720、公路706、基站725等。在一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)器105可以通過利用一個(gè)或多 個(gè)感測(cè)系統(tǒng)作為定位信息確定器來得以定位。
[0060] 例如，掃描器(諸如定位和建圖傳感器710)可以用于確定真實(shí)世界坐標(biāo)系，諸如用 于移動(dòng)機(jī)的地理空間定位或地理空間定位信息。在一個(gè)實(shí)施方式中，定位和建圖傳感器710 可以是通用全站儀(UTS);激光基準(zhǔn);聲波基準(zhǔn);機(jī)器視覺(基于視頻的導(dǎo)航）；使用雷達(dá)和/ 或攝像機(jī)的SLAM技術(shù)等。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器710在類似于本文中所描述的傳感器系 統(tǒng)200的系統(tǒng)中操作。然而，代替?zhèn)鞲衅?10針對(duì)用具111進(jìn)行掃描和測(cè)距，傳感器710將掃描 移動(dòng)機(jī)105周圍的區(qū)域且將距離信息提供給至少一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。如本文中所述，基準(zhǔn)點(diǎn)可以是 在已知位置添加到該區(qū)域的天然設(shè)備、人造設(shè)備、或可展開的設(shè)備。
[0061]此外，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問器將訪問地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，該地圖數(shù)據(jù)庫(kù)包括針對(duì)至少一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn) 的位置信息。換言之，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問器將訪問地理空間定位信息。位置確定器(諸如用具位置 和取向確定器230)將利用來自傳感器710的距離信息204連同基準(zhǔn)點(diǎn)的位置信息來確定定 位和建圖傳感器710的真實(shí)世界的地理空間定位。
[0062] 一旦通過安裝在機(jī)器105上的定位和建圖傳感器710確定移動(dòng)機(jī)105的位置；由于 定位和建圖傳感器710和傳感器系統(tǒng)200之間的距離是已知的，因此用具111的位置也被準(zhǔn) 確知曉(包括知曉用具的地理空間定位信息和/或地理空間位置信息）。
[0063] NSS接收器
[0064] 現(xiàn)在參照?qǐng)D8,示出了根據(jù)本文中描述的各個(gè)實(shí)施方式的可使用的示例性NSS接收 器的實(shí)施方式的框圖。特別地，圖8示出了通用GPS接收器880形式的NSS接收器的框圖，該通 用GPS接收器880能夠解調(diào)從一個(gè)或多個(gè)GPS衛(wèi)星接收的L1信號(hào)和/或L2信號(hào)。出于以下討論 目的，討論L1信號(hào)和/或L2信號(hào)的解調(diào)。注意，一個(gè)或多個(gè)L2信號(hào)的解調(diào)通常由"高精度"NSS 接收器來執(zhí)行，該"高精度" NSS接收器諸如用在軍事應(yīng)用和一些民用中的那些NSS接收器。 通常，"消費(fèi)者"級(jí)別的NSS接收器不訪問一個(gè)或多個(gè)L2信號(hào)。另外，盡管描述了L1信號(hào)和L2 信號(hào)，但是這些信號(hào)不應(yīng)被視為對(duì)信號(hào)類型的限制；而是僅為了清楚討論而提供對(duì)一個(gè)或 多個(gè)L1信號(hào)和L2信號(hào)的使用。
[0065] 盡管本文中描述了關(guān)于GPS的GNSS接收器和操作的實(shí)施方式，但是本技術(shù)很好地 適合于與多種其它GNSS信號(hào)一起使用，多種其它GNSS信號(hào)包括但不限于GPS信號(hào)、格洛納斯 (Glonass)信號(hào)、伽利略(Galileo)信號(hào)、和羅經(jīng)(Compass)信號(hào)。
[0066]該技術(shù)也很好地適用于與區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)一起使用，該區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) 信號(hào)包括但不限于質(zhì)譜儀信號(hào)、星火信號(hào)、中心點(diǎn)信號(hào)、北斗信號(hào)、星基多普勒軌道和無(wú)線 電定位組合系統(tǒng)（DORIS)信號(hào)、印度區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（IRNSS)信號(hào)、準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng) (QZSS)信號(hào)等。
[0067]此外，該技術(shù)可以利用各種基于衛(wèi)星的增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS)信號(hào)，諸如但不限于廣域 增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS)信號(hào)、歐洲地球同步衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)(EGN0S)信號(hào)、多功能衛(wèi)星增強(qiáng) 系統(tǒng)(MSAS)信號(hào)、GPS輔助地理增強(qiáng)導(dǎo)航(GAGAN)信號(hào)等。
[0068] 另外，該技術(shù)還可以利用基于地面的增強(qiáng)系統(tǒng)(GBAS)信號(hào)，諸如但不限于局域增 強(qiáng)系統(tǒng)(LAAS)信號(hào)、基于地面的區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)(GRAS)信號(hào)、差分GPS(DGPS)信號(hào)、連續(xù)運(yùn)行 基準(zhǔn)站(C0RS)信號(hào)等。另外，基于地面的系統(tǒng)可以為可作為單機(jī)或作為NSS系統(tǒng)的增加物運(yùn) 行的偽衛(wèi)星系統(tǒng)，諸如Trimble的Terralite系統(tǒng)、超帶寬(UWB)系統(tǒng)等。
[0069] 盡管本文中的示例利用GPS，但是本技術(shù)可以利用多種不同導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)中的任 一者。此外，本技術(shù)可以利用兩個(gè)或更多個(gè)不同類型的導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)來生成位置信息。因 此，盡管本文中提供了GPS操作示例，但該示例僅出于清楚的目的。
[0070] 本技術(shù)的實(shí)施方式可以被NSS接收器利用，該NSS接收器單獨(dú)訪問L1信號(hào)、或訪問 L1信號(hào)連同L2信號(hào)?？梢栽趯＠?hào)為5,621，426的美國(guó)專利中找到對(duì)接收器(諸如6?5接收 器880)的功能的更為詳細(xì)的討論。通過引用并入的Gary R.Lennen的專利號(hào)為5,621，426、 名稱為"Optimized processing of signals for enhanced cross-correlation in a satellite positioning system receiver"的美國(guó)專利包括與圖8的GPS接收器880非常類 似的GPS接收器。
[0071]在圖8中，所接收的L1信號(hào)和L2信號(hào)由至少一個(gè)GPS衛(wèi)星生成。各個(gè)GPS衛(wèi)星生成不 同的L1信號(hào)和L2信號(hào)，并且這些信號(hào)被不同的數(shù)字信道處理器852處理，這些數(shù)字信道處理 器852以彼此相同的方式運(yùn)行。圖8示出了通過雙頻天線801進(jìn)入GPS接收器880的GPS信號(hào) (L1 = 1575 · 42MHz，L2 = 1227 · 60MHz)。天線801可以是磁力可安裝的模型，其可從加利福尼 亞州的桑尼維爾市的Trimble? Navigation公司（94085)購(gòu)得。主控振蕩器848提供基準(zhǔn)振 蕩器，該基準(zhǔn)振蕩器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的所有其它時(shí)鐘。頻率合成器838獲得主控振蕩器848的輸 出并生成貫穿系統(tǒng)所使用的重要時(shí)鐘和本地振蕩器頻率。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，頻率合 成器838生成多個(gè)定時(shí)信號(hào)，諸如第一L01 (本地振蕩器)信號(hào)1400MHz、第二L02信號(hào)175MHz、 (采樣時(shí)鐘)SCLK信號(hào)25MHz、以及被系統(tǒng)用作本地基準(zhǔn)時(shí)間的測(cè)量值的MSEC(毫秒)信號(hào)。 [0072]濾波器/LNA(低噪聲放大器)834執(zhí)行L1信號(hào)和L2信號(hào)的濾波和低噪聲放大。GPS接 收器880的噪聲因數(shù)由濾波器/LNA組合的性能來指示。下變頻器836以下至約175MHz的頻率 混合L1信號(hào)和L2信號(hào)，并將模擬L1信號(hào)和L2信號(hào)輸出到IF(中頻)處理器850JF處理器850 獲得處于約175MHz的模擬L1信號(hào)和L2信號(hào)，并分別在針對(duì)L1信號(hào)的載波頻率420KHz和針對(duì) L2信號(hào)的載波頻率2.6MHz處將模擬L1信號(hào)和L2信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣的L1和L2同相信號(hào) (L1I和L2I)和正交信號(hào)(L1Q和L2Q)。
[0073]至少一個(gè)數(shù)字信道處理器852輸入數(shù)字米樣的L1和L2同相信號(hào)和正交信號(hào)。所有 的數(shù)字信道處理器852通常在設(shè)計(jì)上是相同的且通常在相同的輸入樣本上運(yùn)行。每個(gè)數(shù)字 信道處理器852被設(shè)計(jì)成連同微處理器系統(tǒng)854通過跟蹤代碼和載波信號(hào)而數(shù)字地跟蹤由 一個(gè)衛(wèi)星產(chǎn)生的L1信號(hào)和L2信號(hào)，以及形成代碼和載波相位測(cè)量。一個(gè)數(shù)字信道處理器852 能夠在L1信道和L2信道中跟蹤一個(gè)衛(wèi)星。
[0074] 微處理器系統(tǒng)854為通用計(jì)算設(shè)備，其促進(jìn)跟蹤和測(cè)量過程，從而提供用于導(dǎo)航處 理器858的偽距和載波相位測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施方式中，微處理器系統(tǒng)854提供控制一個(gè)或多 個(gè)數(shù)字信道處理器852的操作的信號(hào)。導(dǎo)航處理器858以產(chǎn)生用于微分和測(cè)量功能的位置、 速度和時(shí)間信息的方式執(zhí)行組合測(cè)量的更高級(jí)功能。存儲(chǔ)器860與導(dǎo)航處理器858和微處理 器系統(tǒng)854聯(lián)接。應(yīng)當(dāng)理解，存儲(chǔ)器860可以包括易失性或非易失性存儲(chǔ)器，諸如隨機(jī)存取存 儲(chǔ)器(RAM)或只讀存儲(chǔ)器(R0M)、或者一些其它計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)設(shè)備或介質(zhì)。
[0075]本技術(shù)的實(shí)施方式可在其上實(shí)施的GPS芯片組的一個(gè)示例為麥克斯韋(Maxwell?) 芯片組，其可從加利福尼亞州的桑尼維爾市的Tri.mble?.Navigation公司（94085)購(gòu)得。 [0076]示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境
[0077] 現(xiàn)在參照?qǐng)D9,本技術(shù)的部分用于提供由計(jì)算機(jī)可讀的和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令組 成的通信，上述指令例如存在于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可用的存儲(chǔ)介質(zhì)。即，圖9示 出了一種可用于實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的實(shí)施方式的計(jì)算機(jī)的類型的一個(gè)示例。圖9表示可連同本技 術(shù)的多個(gè)方面一起使用的系統(tǒng)或部件。在一個(gè)實(shí)施方式中，圖1或圖3的部分部件或全部部 件可以與圖9的部分部件或全部部件組合，以實(shí)踐本技術(shù)。
[0078] 圖9示出了根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施方式所使用的示例性計(jì)算系統(tǒng)900。應(yīng)當(dāng)理解，圖9的 系統(tǒng)900僅為示例，且本技術(shù)可以在多個(gè)不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上或多個(gè)不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi) 運(yùn)行，多個(gè)不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括通用聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、路由器、交換 機(jī)、服務(wù)器設(shè)備、用戶設(shè)備、各種中間設(shè)備/人工制品、單機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、移動(dòng)手機(jī)、個(gè)人數(shù)據(jù) 助理、電視等。如圖9所示，圖9的計(jì)算系統(tǒng)900很好地適用于具有外圍計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)902， 諸如軟盤、光盤、閃存驅(qū)動(dòng)器、和與其聯(lián)接的類似物。
[0079]圖9的系統(tǒng)900包括用于傳送信息的地址/數(shù)據(jù)/控制總線904、以及聯(lián)接到總線904 的處理器906A，該處理器906A用于處理信息和指令。如圖9所示，系統(tǒng)900還很好地適用于多 處理器環(huán)境，其中存在多個(gè)處理器906A、906B和906C。相反地，系統(tǒng)900還很好地適用于具有 單個(gè)處理器，諸如處理器906A。處理器906A、處理器906B和處理器906C可以為各種微處理器 中的任一者。系統(tǒng)900還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特征，諸如計(jì)算機(jī)可用的易失性存儲(chǔ)器908,例如隨機(jī) 存取存儲(chǔ)器(RAM)，該易失性存儲(chǔ)器908聯(lián)接到總線904,用于存儲(chǔ)用于處理器906A、處理器 906B和處理器906C的信息和指令。
[0080]系統(tǒng)900還包括計(jì)算機(jī)可用的非易失性存儲(chǔ)器910,例如只讀存儲(chǔ)器(R0M)，該非易 失性存儲(chǔ)器910聯(lián)接到總線904,用于存儲(chǔ)用于處理器906A、處理器906B和處理器906C的靜 態(tài)信息和指令。在系統(tǒng)900中還存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元912(例如磁盤或光盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器），該 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元912聯(lián)接到總線904,用于存儲(chǔ)信息和指令。系統(tǒng)900還包括可選的字母數(shù)字輸 入設(shè)備914,其包括聯(lián)接到總線904的字母數(shù)字和功能鍵，用于將信息和命令選擇傳送到處 理器906A或處理器906A、906B和906C。系統(tǒng)900還包括可選的光標(biāo)控制設(shè)備916,該光標(biāo)控制 設(shè)備916聯(lián)接到總線904,用于將用戶輸入信息和命令選擇傳送到處理器906A或處理器 906A、906B和906C。可選的光標(biāo)控制設(shè)備可以為觸摸傳感器、手勢(shì)識(shí)別設(shè)備等。本實(shí)施方式 的系統(tǒng)900還包括可選的顯示設(shè)備918,該顯示設(shè)備918聯(lián)接到總線904,用于顯示信息。 [0081] 仍參照?qǐng)D9,圖9的可選的顯示設(shè)備918可以為液晶設(shè)備、陰極射線管、0LED、等離子 體顯示設(shè)備或適合于創(chuàng)建用戶可識(shí)別的圖形圖像和字母數(shù)字字符的其它顯示設(shè)備?？蛇x的 光標(biāo)控制設(shè)備916允許計(jì)算機(jī)用戶動(dòng)態(tài)地在顯示設(shè)備918的顯示屏上用信號(hào)發(fā)送可視符號(hào) (光標(biāo))的移動(dòng)。光標(biāo)控制設(shè)備916的許多實(shí)現(xiàn)在本領(lǐng)域中是已知的，包括軌跡球、鼠標(biāo)、觸摸 板、操縱桿或在字母數(shù)字輸入設(shè)備914上的專用鍵，該專用鍵能夠用信號(hào)發(fā)送給定方向或方 式的位移的運(yùn)動(dòng)?？商孢x地，將理解，可以使用專用鍵和鍵序列命令借助來自字母數(shù)字輸入 設(shè)備914的輸入指導(dǎo)和/或激活光標(biāo)。
[0082]系統(tǒng)900也很好地適用于具有由其它手段指導(dǎo)的光標(biāo)，其它手段諸如聲音命令。系 統(tǒng)900還包括I/O設(shè)備920,用于將系統(tǒng)900與外部實(shí)體聯(lián)接。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，I/O設(shè) 備920為調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)900和外部網(wǎng)絡(luò)之間的有線或無(wú)線通信， 該外部網(wǎng)絡(luò)諸如但不限于因特網(wǎng)或內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。本技術(shù)的更為詳細(xì)的討論在下文找到。
[0083]仍參照?qǐng)D9,針對(duì)圖9描繪了各個(gè)其它組件。具體地，當(dāng)存在時(shí)，操作系統(tǒng)922、應(yīng)用 程序924、模塊926和數(shù)據(jù)928可以被示出為通常存在于計(jì)算機(jī)可用的易失性存儲(chǔ)器908(例 如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM))和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元912中的一者或某種組合內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在 一些實(shí)施方式中，操作系統(tǒng)922可以被存儲(chǔ)在其它位置上，諸如網(wǎng)絡(luò)或閃存驅(qū)動(dòng)器;另外，可 從遠(yuǎn)程位置借助例如與因特網(wǎng)的聯(lián)接來訪問操作系統(tǒng)922。在一個(gè)實(shí)施方式中，例如本技術(shù) 被存儲(chǔ)為在RAM 908內(nèi)的存儲(chǔ)位置上和在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元912內(nèi)的存儲(chǔ)區(qū)域的應(yīng)用程序924或 模塊926。本技術(shù)可以應(yīng)用于所描述的系統(tǒng)900的一個(gè)或多個(gè)元件。
[0084]系統(tǒng)900還包括與總線904聯(lián)接的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)生成和接收設(shè)備930,用于使系 統(tǒng)900與其它電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。本實(shí)施方式的信號(hào)生成和接收設(shè)備930可以包括 有線串行適配器、調(diào)制解調(diào)器、和網(wǎng)絡(luò)適配器、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器、以及其 它這類通信技術(shù)。信號(hào)生成和接收設(shè)備930可以連同一個(gè)或多個(gè)通信接口 932-起工作，通 信接口932用于聯(lián)接去往和/或來自系統(tǒng)900的信息。通信接口932可以包括串行端口、并行 端口、通用串行總線(USB)、以太網(wǎng)端口、藍(lán)牙、雷電、近場(chǎng)通信端口、WiFi、蜂窩調(diào)制解調(diào)器、 或其它輸入/輸出接口。通信接口932可以物理地、電力地、光學(xué)地、或無(wú)線地(例如借助射 頻)將系統(tǒng)900與另一設(shè)備聯(lián)接，該另一設(shè)備諸如蜂窩電話、收音機(jī)、或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0085] 計(jì)算系統(tǒng)900僅為合適的計(jì)算環(huán)境的一個(gè)示例，且不意圖暗示對(duì)于本技術(shù)的使用 范圍或功能的任何限制。不應(yīng)將計(jì)算系統(tǒng)900理解為具有與在示例性計(jì)算系統(tǒng)900中所示的 部件中的任一者或部件組合相關(guān)的任何依賴或要求。
[0086] 可以在計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令(諸如程序模塊)的一般上下文下描述本技術(shù)，上述指令 被計(jì)算機(jī)執(zhí)行。通常，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、 對(duì)象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。本技術(shù)也可以在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)踐，其中由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈 接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行任務(wù)。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于本地計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介 質(zhì)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)(包括內(nèi)存存儲(chǔ)設(shè)備）中。
[0087] 以上對(duì)實(shí)施方式的描述不意圖是詳盡的或不意圖將實(shí)施方式限制到所描述的精 確形式。代替地，在對(duì)實(shí)施方式的描述中的示例性實(shí)施方式已被呈現(xiàn)以使本領(lǐng)域的技術(shù)人 員制作和使用所描述的主題的實(shí)施方式。此外，已經(jīng)在各個(gè)組合中描述了各個(gè)實(shí)施方式。然 而，可以組合任何兩個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式。盡管以專用于結(jié)構(gòu)特征和/或方法論行為的語(yǔ)言 描述了一些實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求中所限定的主題不一定受限于上文 描述的具體特征或行為。反而，上文描述的具體特征和行為以說明性方式被公開，且作為實(shí) 現(xiàn)權(quán)利要求及其等效物的示例形式。
[0088] 作為簡(jiǎn)短的總結(jié)，該文字記載公開了至少以下寬泛的構(gòu)思。
[0089] 構(gòu)思1、一種用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的非接觸式位置和取向確定的系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)包括：
[0090] 傳感器，所述傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的已知位置處，所述傳感器包括：
[0091] 取向模塊，所述取向模塊提供針對(duì)所述用具的識(shí)別特征的取向信息；
[0092] 和
[0093]距離確定器，所述距離確定器提供從所述傳感器到所述用具的所述識(shí) [0094]別特征的距離測(cè)量值；以及
[0095]用具位置和取向確定器，所述用具位置和取向確定器將所述取向信息和所述距離 測(cè)量值相結(jié)合以提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的位置。
[0096] 構(gòu)思2、如構(gòu)思1所述的系統(tǒng)，還包括：
[0097]用具評(píng)估器，所述用具評(píng)估器訪問數(shù)據(jù)庫(kù)并獲得與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具的 已知的操作包絡(luò)特性；以及
[0098]所述用具位置和取向確定器將所述取向信息和所述距離測(cè)量值與所述已知的操 作包絡(luò)特性相結(jié)合以提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的位置。
[0099] 構(gòu)思3、如構(gòu)思1所述的系統(tǒng)，還包括：
[0100]校準(zhǔn)模塊，所述校準(zhǔn)模塊相對(duì)于所述用具校準(zhǔn)所述傳感器，所述校準(zhǔn)包括：
[0101] 用于確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的平坦且水平的取向的確定器。
[0102] 構(gòu)思4、如構(gòu)思3所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)模塊還包括：
[0103] 多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的多個(gè)運(yùn) 動(dòng)特性。
[0104] 構(gòu)思5、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述識(shí)別特征為所述用具的邊緣。
[0105] 構(gòu)思6、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述識(shí)別特征為所述用具的拐角。
[0106] 構(gòu)思7、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述識(shí)別特征為附接到所述用具的指示 器，所述指示器距所述用具已知距離。
[0107] 構(gòu)思8、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述識(shí)別特征為設(shè)計(jì)成改善攝像機(jī)的檢 測(cè)能力的基準(zhǔn)點(diǎn)。
[0108] 構(gòu)思9、如構(gòu)思8所述的系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)點(diǎn)附接到所述用具上的已知位置。
[0109] 構(gòu)思10、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述識(shí)別特征為投射到所述用具上的已 知光圖案。
[0110] 構(gòu)思11、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括芯片上的雷達(dá)(ROACH)。
[0111] 構(gòu)思12、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括激光器。
[0112] 構(gòu)思13、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括視覺傳感器，所述視覺 傳感器選自由攝像機(jī)、立體攝像機(jī)、和深度攝像機(jī)構(gòu)成的組。
[0113] 構(gòu)思14、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括：
[0114]三維傳感器，所述三維傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的所述已知位置處，所述傳 感器未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上。
[0115] 構(gòu)思15、如構(gòu)思1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括：
[0116] 第一單軸傳感器，所述第一單軸傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的所述已知位置 處，所述第一單軸傳感器未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上；以及
[0117] 第二單軸傳感器，所述第二單軸傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的第二已知位置 處，所述第二單軸傳感器未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上。
[0118] 構(gòu)思16、如構(gòu)思15所述的系統(tǒng)，其中，所述第一單軸傳感器和所述第二單軸傳感器 選自由下列項(xiàng)構(gòu)成的組:一個(gè)橫軸掃描傳感器和一個(gè)縱軸掃描傳感器;兩個(gè)橫軸掃描傳感 器；以及兩個(gè)縱軸掃描傳感器。
[0119] 構(gòu)思17、一種用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的非接觸式位置和取向 確定的方法，所述方法包括：
[0120] 利用安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的固定位置處的傳感器檢測(cè)用具的識(shí)別特征的取向； [0121]確定從所述傳感器到所述用具的所述識(shí)別特征的距離；
[0122] 訪問與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具的已知的操作包絡(luò)；以及
[0123] 將所述用具的所述已知的操作包絡(luò)與來自所述傳感器的所述取向和所述距離相 結(jié)合以確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的位置。
[0124] 構(gòu)思18、如構(gòu)思17所述的方法，還包括：
[0125] 相對(duì)于所述用具校準(zhǔn)所述傳感器，所述校準(zhǔn)包括：
[0126] 建立所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的平坦且水平的取向；以及
[0127] 確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性。
[0128] 構(gòu)思19、如構(gòu)思17或18所述的方法，還包括：
[0129] 從與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NSS)接收器接收關(guān)于所述移動(dòng)機(jī)的地理空 間定位信息；
[0130] 提供從所述NSS到所述傳感器的距離；以及
[0131]利用所述地理空間定位信息連同所述用具的位置來提供所述用具的地理空間定 位和位置信息。
[0132] 構(gòu)思20、如構(gòu)思17、18或19所述的方法，其中，所述識(shí)別特征選自由下列項(xiàng)構(gòu)成的 組:所述用具的邊緣、所述用具的拐角、附接到所述用具的指示器。
[0133] 構(gòu)思21、如構(gòu)思17、18或19所述的方法，還包括：
[0134] 將三維傳感器安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的所述固定位置處，所述傳感器未被安裝在與 所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上。
[0135] 構(gòu)思22、如構(gòu)思17、18或19所述的方法，還包括：
[0136] 將第一單軸傳感器安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的所述固定位置處，所述第一單軸傳感器 未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上；以及
[0137] 將第二單軸傳感器安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的第二固定位置處，所述第二單軸傳感器 未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上。
[0138] 構(gòu)思23、如構(gòu)思22所述的方法，其中，所述第一單軸傳感器和所述第二單軸傳感器 選自由下列項(xiàng)構(gòu)成的組:一個(gè)橫軸掃描傳感器和一個(gè)縱軸掃描傳感器;兩個(gè)橫軸掃描傳感 器；以及兩個(gè)縱軸掃描傳感器。
[0139] 構(gòu)思24、一種用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具相對(duì)于真實(shí)世界坐標(biāo)系的非接觸式位置和 取向確定的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0140]傳感器，所述傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的已知位置處，所述傳感器確定從所 述傳感器到所述用具的識(shí)別特征的取向信息和距離測(cè)量值；
[0141] 用具評(píng)估器，所述用具評(píng)估器訪問數(shù)據(jù)庫(kù)并獲得與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具的 已知的操作包絡(luò)特性；
[0142] 定位信息確定器，所述定位信息確定器確定針對(duì)所述移動(dòng)機(jī)的真實(shí)世界地理空間 定位的地理空間定位信息，所述定位信息確定器以距所述傳感器已知距離的方式與所述移 動(dòng)機(jī)聯(lián)接;以及
[0143] 用具位置和取向確定器，所述用具位置和取向確定器將來自所述傳感器的所述取 向信息和所述距離測(cè)量值與所述已知的操作包絡(luò)特性和所述地理空間定位信息相結(jié)合，以 提供所述用具相對(duì)于所述真實(shí)世界地理空間定位的位置和取向。
[0144] 構(gòu)思25、如構(gòu)思24所述的系統(tǒng)，還包括：
[0145] 校準(zhǔn)模塊，所述校準(zhǔn)模塊相對(duì)于所述用具校準(zhǔn)所述傳感器，所述校準(zhǔn)模塊包括：
[0146] 確定器，所述確定器確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的平坦且水平的取向；以及
[0147] 多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的多個(gè)運(yùn) 動(dòng)特性。
[0148] 構(gòu)思26、如構(gòu)思24所述的系統(tǒng)，其中，所述定位信息確定器為導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NSS) 接收器。
[0149] 構(gòu)思27、如構(gòu)思24所述的系統(tǒng)，其中，所述定位信息確定器包括：
[0150]定位和建圖傳感器，所述定位和建圖傳感器確定針對(duì)所述移動(dòng)機(jī)的所述真實(shí)世界 地理空間定位，所述定位和建圖傳感器包括：
[0151]掃描器，所述掃描器掃描所述移動(dòng)機(jī)周圍的區(qū)域并將距離信息提供給至少一個(gè)基 準(zhǔn)點(diǎn)；
[0152] 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問器，所述數(shù)據(jù)庫(kù)訪問器訪問地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，所述地圖數(shù)據(jù)庫(kù)包括針對(duì)所 述至少一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的定位信息；以及
[0153] 位置確定器，所述位置確定器利用所述距離信息和所述定位信息來確定所述定位 和建圖傳感器的所述真實(shí)世界地理空間定位。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具的非接觸式位置和取向確定的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 傳感器，所述傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的已知位置處，所述傳感器包括： 取向模塊，所述取向模塊提供針對(duì)所述用具的識(shí)別特征的取向信息;和 距離確定器，所述距離確定器提供從所述傳感器到所述用具的所述識(shí)別特征的距離測(cè) 量值；以及 用具位置和取向確定器，所述用具位置和取向確定器將所述取向信息和所述距離測(cè)量 值相結(jié)合以提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的位置。2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括： 用具評(píng)估器，所述用具評(píng)估器訪問數(shù)據(jù)庫(kù)并獲得與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具的已知 的操作包絡(luò)特性；以及 所述用具位置和取向確定器將所述取向信息和所述距離測(cè)量值與所述已知的操作包 絡(luò)特性相結(jié)合以提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的位置。3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括： 校準(zhǔn)模塊，所述校準(zhǔn)模塊相對(duì)于所述用具校準(zhǔn)所述傳感器，所述校準(zhǔn)包括： 用于確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的平坦且水平的取向的確定器。4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述校準(zhǔn)模塊還包括： 多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特 性。5. 如權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述識(shí)別特征選自由下列項(xiàng)構(gòu)成的組:所述用 具的邊緣;所述用具的拐角；附接到所述用具的指示器，所述指示器距所述用具已知距離； 設(shè)計(jì)成改善攝像機(jī)的檢測(cè)能力的基準(zhǔn)點(diǎn)，其中所述基準(zhǔn)點(diǎn)附接到所述用具上的已知位置； 以及投射到所述用具上的已知光圖案。6. 如權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器選擇由下列項(xiàng)構(gòu)成的組:芯片上的 雷達(dá)(ROACH);激光器;和視覺傳感器。7. 如權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括： 三維傳感器，所述三維傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的所述已知位置處，所述傳感器 未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上。8. 如權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括： 第一單軸傳感器，所述第一單軸傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的所述已知位置處，所 述第一單軸傳感器未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上；以及 第二單軸傳感器，所述第二單軸傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的第二已知位置處，所 述第二單軸傳感器未被安裝在與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具上。9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一單軸傳感器和所述第二單軸傳感器選自由 下列項(xiàng)構(gòu)成的組:一個(gè)橫軸掃描傳感器和一個(gè)縱軸掃描傳感器;兩個(gè)橫軸掃描傳感器；以及 兩個(gè)縱軸掃描傳感器。10. -種用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的非接觸式位置和取向確定的方 法，所述方法包括： 利用安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的固定位置處的傳感器檢測(cè)用具的識(shí)別特征的取向； 確定從所述傳感器到所述用具的所述識(shí)別特征的距離； 訪問與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具的已知的操作包絡(luò)；以及 將所述用具的所述已知的操作包絡(luò)與來自所述傳感器的所述取向和所述距離相結(jié)合 以確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的位置。11. 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括： 相對(duì)于所述用具校準(zhǔn)所述傳感器，所述校準(zhǔn)包括： 建立所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的平坦且水平的取向；以及 確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特性。12. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括： 從與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NSS)接收器接收關(guān)于所述移動(dòng)機(jī)的地理空間定 位信息； 提供從所述導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)到所述傳感器的距離；以及 利用所述地理空間定位信息連同所述用具的位置來提供所述用具的地理空間定位和 位置信息。13. -種用于與移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的用具相對(duì)于真實(shí)世界坐標(biāo)系的非接觸式位置和取向確定 的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 傳感器，所述傳感器被安裝在所述移動(dòng)機(jī)上的已知位置處，所述傳感器確定從所述傳 感器到所述用具的識(shí)別特征的取向信息和距離測(cè)量值； 用具評(píng)估器，所述用具評(píng)估器訪問數(shù)據(jù)庫(kù)并獲得與所述移動(dòng)機(jī)聯(lián)接的所述用具的已知 的操作包絡(luò)特性； 定位信息確定器，所述定位信息確定器確定針對(duì)所述移動(dòng)機(jī)的真實(shí)世界地理空間定位 的地理空間定位信息，所述定位信息確定器以距所述傳感器已知距離的方式與所述移動(dòng)機(jī) 聯(lián)接；以及 用具位置和取向確定器，所述用具位置和取向確定器將來自所述傳感器的所述取向信 息和所述距離測(cè)量值與所述已知的操作包絡(luò)特性和所述地理空間定位信息相結(jié)合，以提供 所述用具相對(duì)于所述真實(shí)世界地理空間定位的位置和取向。14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括： 校準(zhǔn)模塊，所述校準(zhǔn)模塊相對(duì)于所述用具校準(zhǔn)所述傳感器，所述校準(zhǔn)模塊包括： 確定器，所述確定器確定所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的平坦且水平的取向；以及 多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器，所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)限定器提供所述用具相對(duì)于所述移動(dòng)機(jī)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)特 性。15. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述定位信息確定器包括： 定位和建圖傳感器，所述定位和建圖傳感器確定針對(duì)所述移動(dòng)機(jī)的所述真實(shí)世界地理 空間定位，所述定位和建圖傳感器包括： 掃描器，所述掃描器掃描所述移動(dòng)機(jī)周圍的區(qū)域并將距離信息提供給至少一個(gè)基準(zhǔn) 占 . 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問器，所述數(shù)據(jù)庫(kù)訪問器訪問地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，所述地圖數(shù)據(jù)庫(kù)包括針對(duì)所述至 少一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的定位信息；以及 位置確定器，所述位置確定器利用所述距離信息和所述定位信息來確定所述定位和建 圖傳感器的所述真實(shí)世界地理空間定位。
【文檔編號(hào)】E02F3/84GK106030244SQ201580008743
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日
【發(fā)明人】格雷戈里·華萊士, 格雷戈里·貝斯特, 馬克·尼克爾斯, 斯科特·克羅澤爾
【申請(qǐng)人】天寶導(dǎo)航有限公司