DE19856610A1

DE19856610A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines alternativen Weges ansprechend auf die Detektion eines Hindernisses

Info

Publication number: DE19856610A1
Application number: DE19856610A
Authority: DE
Inventors: Jagannathan Sarangapani; Carl A Kemner
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 1999-06-10
Also published as: JPH11242520A; US6064926A; AU9412798A; AU750722B2

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermeiden eines Hindernisses im Weg einer mobilen Maschine und spezieller ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines alternativen Wegs für eine mobile Maschine ansprechend auf die Detek tion eines Hindernisses.

Stand der Technik

Mobile Maschinen werden verwendet, um eine Vielzahl von Aufgaben auszuführen. Als ein Beispiel transportieren in einer Erdbauumgebung wie ein Bergwerkgelände mobile Ma schinen, wie zum Beispiel Geländebergwerklastkraftwagen Bergwerkmaterial durch das Gelände.

Für sich wiederholende Aufgabe wie die obige ist es vor teilhaft und wünschenswert, daß die mobilen Maschinen selbständig arbeiten, Die Umgebung, in welcher die Last kraftwagen operieren kann rauh sein und effizientere Ope rationen bzw. ein effizienterer Betrieb kann erreicht werden, wenn der menschliche Ermüdungsfaktor bzw. Er schöpfungsfaktor eliminiert wird.

Als ein Beispiel der selbständigen Nutzung von Gelände bergwerkkraftwagen liefert US-Patent Nr., 5,615,16, das Gudat und andere erteilt wurde, eine beispielhafte Offen barung eines Systems für selbständige Operationen mobiler Maschinen. In diesem Patent offenbaren Gudat und andere eine Flotte von Geländebergbaulastkraftwagen, die selb ständig am Bergbaugelände operieren. Parameter wie die Positionsbestimmung, Navigation, Wegplanung und Maschi nensteuerung werden ohne die Hilfe menschlicher Betreiber bzw. Bedienungspersonal ausgeführt.

Ein wichtiger Faktor, der eine mobile Maschine in die La ge versetzt, selbständig zu operieren, ist die Fähigkeit, Hindernisse im Weg der Maschine zu detektieren, und auf akzeptable Weise zu reagieren, wenn Hindernisse detek tiert werden. Zum Beispiel lehrt US Patent Nr. 5,612,883, das an Shaffer und andere erteilt wurde, ein System und ein Verfahren zum Detektieren von Hindernissen im Weg ei ner mobilen Maschine. Shaffer und andere offenbaren je doch kein Verfahren zum Planen eines Wegs um ein Hin dernis herum, wenn ein Hindernis detektiert wurde. Der normale Aktionskurs, wenn einem Hindernis begegnet wird, ist es, die mobile Maschine zu stoppen und einen flotten Manager darüber zu unterrichten, das Hindernis zu entfer nen.

In US-Patent Nr. 5,570,285 offenbart Asaka und andere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Planen eines Weges um ein Hindernis herum, wenn eines detektiert wird. In einer Umgebung jedoch, wo mehrere mobile Maschinen dieselben Wege entlang fahren muß jede mobile Maschine, die einem Hindernis begegnet, individuell reagieren. Effizientere Operationen würden erhalten werden durch Teilen der In formation einer ersten mobilen Maschine, um ein Hindernis herum zufahren, mit dem Rest der mobilen Maschinen.

Die vorliegende Erfindung ist auf die Überwindung eines oder mehrere der Probleme, die oben dargelegt wurden, ge richtet.

Offenbarung der Erfindung

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Ver fahren zum Planen eines alternativen Weges ansprechend auf die Detektion eines Hindernisses durch eine mobile Maschine auf einem Arbeitsgelände offenbart. Das Verfah ren weist folgende Schritte auf: Bestimmen der Anwesen heit und des Ortes des Hindernisses, Bestimmen eines al ternativen Weges um das Hindernis herum, und Liefern ei nes Signals zu einem Flottenmanager mit dem Ort des Hin dernisses und dem alternativen Weg.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Planen eines alternativen Weges an sprechend auf die Detektion eines Hindernisses durch eine mobile Maschine auf einem Arbeitsgelände oder -platz of fenbart. Die Vorrichtung weist folgendes auf: ein Hinder nisdetektionssystem, ein Positionsbestimmungssystem, ei nen Wegplaner, einen Kommunikationssystem und ein Steuer system, um Signale vom Hindernisdetektionssystem, dem Po sitionsbestimmungssystem, dem Wegplaner und dem Kommuni kationssystem zu empfangen und ein Signal an einen Flot tenmanager mit dem Ort des Hindernisses und dem alterna tiven Weg zu liefern.

In einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Flotte mobiler Ma schinen offenbart. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Empfangen eines Signals von einer ersten mobilen Ma schine, daß den Ort eines Hindernisses und einen vorge schlagenen alternativen Weg anzeigt, Bestimmen der Prä senz anderer mobiler Maschinen, die sich dem alternativen Weg nähern, und Liefern eines Signals an die erste mobile Maschine, um die mobile Maschine in die Lage zu versetzen den alternativen Weg entlang zu fahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Diagrammdarstellung einer mobilen Ma schine, die als Geländebergwerklastkraftwagen gezeigt ist;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das einen Flotte mobiler Maschinen auf einem Arbeitsgelände zeigt;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines selbständigen Sy stems auf einer mobilen Maschine;

Fig. 4 ist eine Diagrammdarstellung einer mobilen Ma schine, die sich einem Hindernis auf einem Weg nähert;

Fig. 5 ist Diagrammdarstellung einer mobilen Maschine, die einen anfänglichen alternativen Weg um ein Hindernis herum plant;

Fig. 6 ist eine Diagrammdarstellung einer mobilen Ma schine, die sich um ein Hindernis herum bewegt;

Fig. 7 ist eine Diagrammdarstellung einer mobilen Ma schine, die einen alternativen Weg um ein Hin dernis herum vervollständigt bzw. beendet;

Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Aspekt einer mobilen Maschine zeigt, die einen alternativen Weg um ein Hindernis herum plant;

Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das weiterhin eine mo bile Maschine zeigt, die einen alternativen Weg um ein Hindernis herum plant;

Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine mobile Maschi ne zeigt, die einen alternativen Weg um ein Hindernis herum entlang fährt;

Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm, das mehrere mobile Ma schinen zeigt, die einen alternativen Weg um ein Hindernis herum entlang fahren; und

Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Flottenmana ger zeigt, der mehrere mobile Maschinen steu ert, um einen alternativen Weg um ein Hindernis herum entlang zu fahren.

Beste Art und Weise die Erfindung auszuführen

Die vorliegende Erfindung ist eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Planen eines alternativen Wegs anspre chend auf die Detektion eines Hindernisses durch eine mo bile Maschine auf einem Arbeitsgelände, wobei das Ar beitsgelände eine Vielzahl von mobilen Maschinen und ei nen Flottenmanager aufweist.

Die vorliegende Erfindung wird unten mit Bezug auf eine Flotte mobiler Maschinen an einem Erdbewegungsgelände, wie zum Beispiel einem offenen Grubenbergbaugelände be schrieben. Andere Arbeitsgelände jedoch wie zum Beispiel ein Lagerhaus, ein Holzfällgelände, eine Baustelle und ähnliches können aus der Anwendung der vorliegenden Er findung profitieren.

Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist eine mobile Maschine 102 gezeigt. Die mobile Ma schine 102 der Fig. 1 ist als ein Geländebergbaulast kraftwagen gezeigt, der auf einem Weg 104 am Bergbauge lände entlang fährt. Flotten von Geländebergbaulastkraft wagen werden extensiv bei offenen Grubenbergbaugelände genutzt, um Materialien durch das Gelände zu transportie ren. Kürzliche Entwicklungen in der Technologie erlauben Flotten von Bergbaulastkraftwagen, selbständig zu operie ren, was somit menschliches Bedienungspersonal von langen Schichten in rauhen Umgebungen entlastet.

Ein Hauptgesichtspunkt im selbständigen Betreiben mobiler Maschinen ist die Fähigkeit, Hindernisse im Weg der mobi len Maschine 102 zu detektieren und einen alternativen Weg um das Hindernis herum zu planen. Beispiele Hinder nisse schließen Gestein und Brocken und andere mobile Ma schinen ein, die den selben Weg entlang fahren.

Obwohl die mobile Maschine 102 in Fig. 1 als ein Gelän debergbaulastkraftwagen gezeigt ist, können andere Typen mobiler Maschinen in der vorliegenden Erfindung genutzt werden. Beispiele für mobile Maschinen schließen Gabel stapler, Lieferlastkraftwagen, Radlader, Spurtypzugma schinen und ähnliches ein.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Ar beitsplatzes 200 gezeigt. Der Arbeitsplatz weist einen Flottenmanager 202, eine Wartungsstation 208 und eine Vielzahl mobiler Maschinen 102, 206A-206N auf. Der Flottenmanager ist ausgestattet, um Signale von der War tungsstation 208 und den mobilen Maschine 102, 206A-206N zu empfangen. Der Flottenmanager ist auch ausgestat tet, um Signale zur Wartungsstation 208 und denn mobilen Maschinen 102, 206A-206N zu senden. Der Flottenmanager 202 ist so ausgestaltet, um Operationen am Arbeitsplatz 200 zu überwachen und zu steuern, und der kann entweder selbständig oder durch menschliches Bedienungspersonal funktionieren.

Die Wartungsstation 208 empfängt Anweisungen vom Flotten manager 202. Der Hauptzweck der Wartungsstation 208 in der vorliegenden Erfindung ist es, die Wege im Arbeits platz 200 von detektierten Hindernissen zu räumen, und zwar auf Benachrichtigung durch den Flottenmanager 202 hin.

Mit Bezug auf Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Modul satzes gezeigt, der auf der mobilen Maschine 102 befind lich ist.

Ein Hindernisdetektionssystem 304 detektiert Hindernisse im Weg der mobilen Maschine 102. Das Hindernisdetektions system 304 weist mindestens einen Sensor (nicht gezeigt) zum Detektieren von Hindernissen auf. Beispiele für Hin dernisdetektionssensoren schließen Radarsensoren, Laser sensoren, Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren und opti sche Sensoren wie zum Beispiel Videokameras ein. Das Hin dernisdetektionssystem 304 kann jede Kombination der obi gen Sensoren oder andere Typen von Sensoren aufweisen.

Ein Positionsbestimmungssystem 306 bestimmt den Ort der mobilen Maschine 102 auf dem Arbeitsgelände 200. Das Po sitionsbestimmungssytem 306 kann ein Satellitenpositio niersystem wie zum Beispiel ein globales Positioniersa tellitensystem (GPS = global positioning system) oder ein Laserpositioniersystem sein. Das Positionsbestimmungssy stem 306 kann auch eine Version eines Inertialpositio niersystems sein, wie zum Beispiel ein Koppelnavigations system. Sensoren wie Tachometer und Steuerkurssensoren können kombiniert werden, um ein Inertialpositioniersy stem zu bilden. Zusätzlich kann das Positionsbestimmungs system eine Kombination aus Positioniersystemen aufwei sen, wie GPS und Koppelnavigation.

Signale, die durch das Hindernisdetektionssystem 304 und das Positionsbestimmungssystem 306 erzeugt werden, werden an ein Steuersystem 302 geliefert. Das Steuersystem 302 ist so konfiguriert, daß es die Anwesenheit und den Ort eines detektierten Hindernisses aus den Daten, die in diesen Signalen enthalten sind, bestimmt. Das Steuersy stem 302 steuert auch die Bewegung der mobilen Maschine 102.

Ein Wegplaner 308 empfängt ein Signal vom Steuersystem 302, was die Anwesenheit und den Ort eines Hindernisses anzeigt, und plant ansprechend darauf einen vorgeschlage nen alternativen Weg um das Hindernis herum. Eine detail lierte Erklärung der Wegplanung um ein Hindernis herum wird weiter unten gegeben.

Ein Kommunikationssystem 310, das auf der mobilen Maschi ne 102 befindlich ist, empfängt Daten vom Steuersystem 302 und liefert ansprechend darauf die Daten zum Flotten manager 202 mittels Kommunikationsverfahren, die gut in der Technik bekannt sind. Das Kommunikationssystem 310 empfängt auch Signale vom Flottenmanager 202 und liefert Daten aus diesen Signalen zum Steuersystem 302. Alterna tiv dazu kann das Kommunikationssystem 310 direkte Kommu nikation zwischen den mobilen Maschinen 102, 206A-206N aktivieren.

Mit Bezug auf Fig. 4-7 ist eine allgemeine Beschrei bung einer Anwendung der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig. 4 ist eine mobile Maschine 102, die auf Weg 104 entlang fährt, gezeigt, die sich einem Hindernis 402 auf dem Weg 104 nähert. Der Weg 104 hat eine Grenze 404 auf jeder Seite der mobilen Maschine 102. Die Grenze 404 kann ein Schutzgeländer, eine Felsenwand, eine Schlucht oder der Straßenrand sein. In Fig. 4-7 ist die Grenze 404 nur auf der rechten Seite der mobilen Maschine 102 ge zeigt. Es sei jedoch bemerkt, daß der Weg 104 Begrenzun gen auf beiden Seiten hat, welche von der selben Art sein kann oder auch nicht. Zum Beispiel kann die Grenze 404 auf der rechten Seiten ein Schutzgeländer und eine Schlucht sein, und die Grenze 404 auf der linken Seite kann eine Felsenwand sein.

Mit Bezug auf Fig. 5 beginnt die mobile Maschine 102 ei nen Weg um das Hindernis 402 herum zu planen. In der all gemeinen Diskussion der Fig. 4-7 ist angenommen, daß kein zusätzliches Hindernis im geplanten Weg existiert, und daß sich keine anderen mobilen Maschinen 206A-206N nahe dem geplanten Weg befinden. In einer detaillierteren Diskussion des Wegplanungsverfahrens, die unten gegeben wird, wenn jedoch Bedingungen wie zum Beispiel zusätzli che Hindernisse und andere mobile Maschine 206A-206N berücksichtigt werden.

Ein Eingangspunkt 502 zum alternativen Weg 506 und ein Zwischenpunkt auf dem alternativen Weg 506 werden ge wählt. Der Eingangspunkt 502 ist der Ort, wo die mobile Maschine 102 ihren ursprünglichen Weg 104 verlassen wird. Der Zwischenpunkt 504 ist ein Punkt ungefähr in der Mitte um das Hindernis 402 herum. Ein erster Abschnitt 506 ei nes alternativen Weges ist vom Eingangspunkt 502 zum Zwi schenpunkt 504 geplant. Die mobile Maschine 102 fährt dann fort, sich um das Hindernis 402 auf dem alternativen Weg 506 zu bewegen.

In Fig. 6 ist die mobile Maschine 102 am Zwischenpunkt 504 gezeigt. Der Weg ist geplant worden, um der mobilen Maschinen 102 zu ermöglichen, am Zwischenpunkt mit einer Orientierung zu sein, die ungefähr parallel zum ursprüng lichen Weg 104 ist.

Während des Wegplanungsprozesses muß der alternative Weg breit genug geplant werden, um die Breite (w₂) der mobi len Maschine 102 und die Pufferzonen auf der linken Seite (w₁) der mobilen Maschine 102 und auf der rechten Seite (w₃) der mobilen Maschine 102 zu ermöglichen. Die Puffer zone (w₁) ist eine vorbestimmte minimale Entfernung vom Hindernis 402 auf der linken Seite der mobilen Maschine 102. Die Pufferzone (w₃) ist eine vorbestimmte minimale Entfernung von der rechten Seite der mobilen Maschine zur Grenze 404 des Weges 104. Deshalb muß der alternative Weg so geplant werden, daß er mindestens so breit wie w₁ + w₂ + w₃ ist. Wenn der alternative Weg sich links vom Hin dernis 402 befindet, so würden die Pufferzonen (w₁, w₃) ausgetauscht werden.

Wenn die mobile Maschine 102 sich dem Zwischenpunkt 504 nähert, so wird ein Zusammenführungspunkt 602 gewählt. Der Zusammenführungspunkt 602 ist, ein Punkt, wo sich der alternative Weg wieder dem ursprünglichen Weg 104 bei ei nem Ort anschließt, der es erlaubt, daß die mobile Ma schine 102 das Hindernis 402 umfährt. Ein zweiter Ab schnitt 606 des alternativen Weges wird geplant, und die mobile Maschine 102 fährt damit fort, sich auf diesem Ab schnitt 606 entlang zu bewegen.

In Fig. 7 ist die mobile Maschine 102 am Zusammenfüh rungspunkt 602 gezeigt, wo die mobile Maschine 102 auf ihren ursprünglichen Weg 104 zurückgekehrt ist. Der al ternative Weg 506, 606 kann dann von anderen mobilen Ma schinen 206A-206N genutzt werden, wenn sie sich dem Hindernis 402 im Weg 104 nähern, bis das Hindernis 402 entfernt wurde.

Als ein Beispiel für ein Verfahren zur Wegplanung offen bart Sarangapani in US-Patentanmeldungsnr. 08/536,761 ei nen glatten Wegplaner zum Bestimmen eines Wegs mit nicht holonomischen Einschränkungen. Ein anderes Beispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines Weges ist in US-Patent Nr. 5,566,288 offenbart, wo Koehrsen ein Verfahren lehrt, ei ne b-spline-Kurve an eine Datenpunktmenge anzupassen. Die Kurve kann dann mit Liniensegmenten angepaßt werden, um den Weg zu vervollständigen. Andere Verfahren, den alter nativen Weg 506, 606 zu planen, können verwendet werden, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Mit Bezug auf Fig. 8-12, sind Ablaufdiagramme offen bart, die die detaillierte Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung zeigen.

Insbesondere in Bezug auf Fig. 8 ist ein Flußdiagramm gezeigt, daß einen Aspekt der vorliegenden Erfindung il lustriert. In einem ersten Entscheidungsblock 810 tastet das Hindernisdetektionssystem 304, das auf der mobilen Maschine 102 befindlich ist, Hindernisse ab. Wenn keine Hindernisse detektiert werden, so fährt das System mit dem Abtasten fort, wobei sich die mobile Maschine 102 be wegt.

Wenn ein Hindernis detektiert wird, so fährt die Steue rung zu einem zweiten Entscheidungsblock 812 fort, wo der Wegplaner 308 bestimmt, ob ein potentieller alternativer Weg auf der rechten Seite des Hindernisses verfügbar ist. Die Wahl, einen Weg auf der rechten Seite des Hindernis ses zu planen, ist willkürlich. Für Beispielzwecke wird jedoch die erste Wahl eines alternativen Weges auf der rechten Seite betrachtet unter der Annahme, daß wenn der Weg Gegenverkehr erlaubt, der entgegenkommende Verkehr auf der linken Seite entlang fahren wird, und zwar von der mobilen Maschine 102 aus gesehen. Unter diesen Bedin gungen wird ein alternativer Weg, der auf der rechten Seite geplant wird, Konflikte mit dem entgegenkommenden Verkehr vermeiden. Es sei jedoch bemerkt, daß in einer Situation, wo der Verkehr auf der rechten Seite entlang fährt, zum Beispiel in einigen anderen Ländern, es vor teilhaft sein kann, zuerst zu versuchen, einen alternati ven Weg auf der linken Seite zu planen.

Wenn ein Weg auf der rechten Seite des Hindernisses ver fügbar ist, so fährt die Steuerung zu einem ersten Steu erblock 814 fort, wo die mobile Maschine 102 um das Hin dernis herum auf der rechten Seite entlang fährt. Das Sy stem tastet dann weitere Hindernisse ab.

Wenn ein Weg auf der rechten Seite nicht verfügbar ist, so bestimmt der Wegplaner 308 in einem dritten Entschei dungsblock 816, ob ein potentieller alternativer Weg auf der linken Seite des Hindernisses existiert. Wenn ein al ternativer Weg auf der linken Seite geplant werden kann, so fährt die Steuerung zu einem zweiten Steuerblock 818 fort, wo die mobile Maschine um das Hindernis herum auf der linken Seite entlang fährt. Wenn kein Weg auf der linken Seite verfügbar ist, so fährt die Steuerung zu ei nem dritten Steuerblock 820 fort, wo die mobile Maschine 102 den Flottenmanager 202 benachrichtigt. Die mobile Ma schine 102 stoppt dann und wartet darauf, daß das Hinder nis entfernt wird.

Mit Bezug auf Fig. 9 wird ein detaillierteres Flußdia gramm, das einen Aspekt der vorliegenden Erfindung illu striert gezeigt.

In einem ersten Steuerblock 910 werden Anfangswegbedin gungen gesetzt. Die Anfangsbedingungen schließen vorbe stimmte minimale Entfernungen von jeder Seite der mobilen Maschine 102 zu einem Hindernis ein. Die vorbestimmten minimalen Entfernungen definieren eine Pufferzone auf beiden Seiten der mobilen Maschine 102. Die Anfangsbedin gungen schließen auch Informationen über den Weg ein, auf dem sich entlang bewegt wurde, wie zum Beispiel Einbahn- oder Gegenverkehrmuster, etc.

In einem zweiten Steuerblock 912 tastet das System Hin dernisse ab. Ein erster Entscheidungsblock 914 bestimmt, ob ein Hindernis detektiert wurde. Wenn kein Hindernis detektiert bzw. entdeckt wurde, so fährt das System mit dem Abtasten fort, wobei sich die mobile Maschine 102 be wegt. Wenn ein Hindernis detektiert wird, so fährt die Steuerung zu einem dritten Steuerblock 916 fort, wo der Ort und die Orientierung des Hindernisses bestimmt wird.

Im beispielhaften Flußdiagramm der Fig. 9 wird angenom men, daß das System versuchen wird, einen alternativen Weg auf der rechten Seite des Hindernisses zu planen. Deshalb tastet das System in einem vierten Steuerblock 918 zusätzliche Hindernisse auf der rechten Seite des de tektierten Hindernisses ab, um zu bestimmten, ob ein Weg auf der rechten Seite geplant werden kann.

In einem zweiten Entscheidungsblock 920 wird bestimmt, ob ein alternativer Weg auf der rechten Seite verfügbar ist, und zwar basierend auf den Ergebnissen des Abtastens auf zusätzliche Hindernisse. Wenn ein alternativer Weg auf der rechten Seite verfügbar ist, so fährt die Steuerung zu einem fünften Steuerblock 930 fort, wo ein Zwischen punkt auf dem alternativen Weg bestimmt wird. Die Steue rung fährt dann zur Fig. 10 fort, welche unten disku tiert wird.

Wenn kein alternativer Weg auf der rechten Seite verfüg bar ist, so fährt die Steuerung zu einem sechsten Steuer block 922 fort, wo das System zusätzliche Hindernisse auf der linken Seite des detektierten Hindernisses abtastet. In einem dritten Entscheidungsblock 924 werden die Ergeb nisse des Abtastens auf der linken Seite verwendet, um zu bestimmen, ob ein alternativer Weg auf der linken Seite des Hindernisses existiert. Wenn ein alternativer Weg auf der linken Seite existiert, so fährt die Steuerung zu ei nem vierten Entscheidungsblock 928 fort.

Im vierten Entscheidungsblock 928 wird bestimmt, ober der Weg Gegenverkehr erlaubt. Wenn der Weg Gegenverkehr er laubt, so fährt die Steuerung zu Fig. 11 fort, welche in der Folge diskutiert wird. Wenn der Weg keinen Gegenver kehr erlaubt, so fährt die Steuerung zu dem fünften Steu erblock 930 fort und anschließend zur Fig. 10.

Wenn im dritten Entscheidungsblock 924 kein alternativer Weg auf der linken Seite des Hindernisses existiert, so stoppt die mobile Maschine 102 in einem siebten Steuer block 926 und sie benachrichtigt den Flottenmanager 202. Mit Bezug auf Fig. 10 fährt die Steuerung vom fünften Steuerblock 930 in Fig. 9 zu einem ersten Steuerblock 1010 in Fig. 10 fort, wo der Eingangspunkt 502 vom ur sprünglichen Weg 104 zum alternativen Weg 506 bestimmt wird. Das Ablaufdiagramm der Fig. 10 wird mit Bezug auf Fig. 4-7 zur Klarheit diskutiert.

In einem zweiten Steuerblock 1012 wird ein alternativer Weg 506 vom Eingangspunkt 502 zum Zwischenpunkt 504 be stimmt. In einem dritten Steuerblock 1014 wird die Ge schwindigkeit der mobilen Maschine 102 angepaßt, und zwar durch das Steuersystem 302, um die mobile Maschine 102 zu befähigen, entlang dem alternativen Weg 506 zu fahren. Wenn die mobile Maschine 102 sich entlang dem alternati ven Weg 506 bewegt, so tastet das Hindernisdetektionssy stem 304 in einem vierten Steuerblock 1016 Hindernisse auf dem alternativen Weg 506 ab. Das Hindernisdetektions system 304 sucht während des Abtastens weiter nach Hin dernissen auf dem alternativen Weg 506, die nicht detek tiert wurden, bevor die mobile Maschine 102 auf dem al ternativen Weg 506 entlang fuhr. Zum Beispiel kann das detektierte Hindernis 401 auf dem ursprünglichen Weg 104 den Blick auf Teile des alternativen Weges 506 verdecken, bis die mobile Maschine 102 sich teilweise um das Hinder nis 402 bewegt hat.

In einem ersten Entscheidungsblock 1018 fährt die Steue rung zur Fig. 11 fort, wenn ein Hindernis auf dem alter nativen Weg detektiert wurde, was unten diskutiert wird. Wenn kein Hindernis auf dem alternativen Weg detektiert wird, so fährt die Steuerung zu einem fünften Steuerblock 1020 fort, wo die mobile Maschine 102 damit fortfährt, sich auf dem alternativen Weg entlang zu bewegen. In ei nem sechsten Steuerblock 1022 wird der Zusammenführungs punkt 602 vom alternativen Weg 606 zum ursprünglichen Weg 104 bestimmt. Der alternative Weg 606 wird dann in einem siebten Steuerblock 1024 vom Zwischenpunkt 504 zum Zusam menführungspunkt 602 bestimmt.

Die mobile Maschine 102 fährt damit fort, sich um das Hindernis 402 zu bewegen, während das Hindernisdetekti onssystem 304 in einem achten Steuerblock 1026 damit fortfährt, Hindernisse auf dem alternativen Weg 606 abzu tasten. Wenn ein Hindernis auf dem alternativen Weg 606 detektiert wird, so fährt die Steuerung zu Fig. 11 fort. Wenn kein Hindernis auf dem alternativen Weg detektiert wird, so fährt die Steuerung zu einem neunten Steuerblock 1030 fort, wo die mobile Maschine 102 auf den ursprüngli chen Weg 104 am Zusammenführungspunkt 602 zurückkehrt, nachdem sie erfolgreich um das detektierte Hindernis 402 herum gefahren ist. Die mobile Maschine 102 benachrich tigt dann den Flottenmanager 202 in einem zehnten Steuer block 1032, wobei sie dem Flottenmanager 202 den Ort des Hindernisses 402 und den alternativen Weg 506, 606 ver sieht.

Mit Bezug auf Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, welches die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung be schreibt, wenn der Weg Gegenverkehr erlaubt. Fährt man vom vierten Entscheidungsblock 928 in Fig. 9 zu einem ersten Steuerblock 1110 in Fig. 11 fort, so benachrich tigt die mobile Maschine 102 den Flottenmanager 202 an sprechend auf die Feststellung, daß der Weg 104 Gegenver kehr erlaubt. Der Flottenmanager 202 sendet ansprechend darauf in einem zweiten Steuerblock 1112 eine Anfrage an die restlichen mobilen Maschinen 206A-206N um die Posi tion, das Ziel bzw. den Steuerkurs und die Geschwindig keit jeder mobilen Maschine 206A-206N zu bestimmen. Der Flottenmanager 202 berechnet dann vorhergesagte Wege für jede mobile Maschine 206A-206N, um zu bestimmen, ob ir gendeine mobile Maschine 206A-206N sich dem Hindernis 402 zu einer Zeit nähern wird, die einen Konflikt mit der ersten mobilen Maschine 102 hervorrufen würde.

Die Steuerung fährt dann zu einem ersten Entscheidungs block 1114 fort. Wenn kein potentieller Konflikt zwischen der ersten mobilen Maschine 102 und einer beliebigen der anderen mobilen Maschinen 206A-206N besteht, so fährt die Steuerung zu dem fünften Steuerblock 930 in Fig. 9 fort, und die mobile Maschine 102 plant einen alternati ven Weg um das Hindernis 402.

Wenn ein potentieller Konflikt zwischen der mobilen Ma schine 102 und einer der anderen mobilen Maschinen 206A-206N besteht, so benachrichtigt die mobile Maschine 102 den Flottenmananger 202 und sie verringert die Geschwin digkeit, wie in den dritten und vierten Steuerblocks 1116, 1118 gezeigt. In einem zweiten Entscheidungsblock 1120 fährt die Steuerung wieder zum fünften Steuerblock 930 in Fig. 9 fort, wenn die Reduzierung der Geschwin digkeit durch die mobile Maschine 102 die mobile Maschine 102 in die Lage versetzt, einen Konflikt mit einer der anderen mobilen Maschinen 206A-206N zu vermeiden.

Wenn im zweiten Entscheidungsblock 1120 festgestellt wird, daß ein potentieller Konflikt immer noch existiert, nachdem die mobile Maschine 120 ihre Geschwindigkeit re duziert hat, so stoppt die mobile Maschine 102, bis der potentielle Konflikt geklärt wurde. Die Steuerung kehrt dann zum ersten Steuerblock 1110 fort wo der Prozeß wie derholt wird.

Mit nochmaligem Bezug auf Fig. 10 fährt die Steuerung im ersten Entscheidungsblock 1018 zum dritten Steuerblock 1116 in Fig. 11 fort, wenn ein Hindernis im alternativen Weg detektiert wird, wo die mobile Maschine 102 den Flot tenmanager 202 benachrichtigt und die Geschwindigkeit im vierten Steuerblock 1118 reduziert, um zu versuchen, das Hindernis im alternativen Weg zu vermeiden.

Mit Bezug auf Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, welches einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung illustriert.

In einem ersten Steuerblock 1210 empfängt der Flottenma nager 202 ein Signal von der ersten mobilen Maschine 102, das den Ort eines Hindernisses 402 und einen vorgeschla genen alternativen Weg anzeigt. In einem zweiten Steuer block 1212 sendet der Flottenmanager 202 ein Signal zu den restlichen mobilen Maschinen 206A-206N, das in In formationen über die Position, das Ziel und die Geschwin digkeit jeder mobilen Maschine 206A-206N anfordert.

Auf den Empfang der angeforderten Information von den mo bilen Maschinen 206A-206N hin fährt die Steuerung zu einem dritten Steuerblock 1214 fort, wo der Flottenmana ger 202 die vorhergesagten Wege für jede der restlichen mobilen Maschinen 206A-206N berechnet. In einem vierten Steuerblock 1216 werden die vorhergesagten Wege analy siert um festzustellen, ob eine beliebige der mobilen Ma schinen 206A-206N sich dem vorgeschlagenen alternativen Weg der ersten mobilen Maschine 102 während der Zeit nä hert, in der die mobile Maschine 102 sich entlang dem al ternativen Weg bewegt.

In einem ersten Entscheidungsblock 1218 fährt die Steue rung zu einem fünften Steuerblock 1220 fort, wenn keine der mobilen Maschinen 206A-206N sich dem alternativen Weg nähert. Im fünften Steuerblock 1220 sendet der Flot tenmanager eine Signal an die erste mobile Maschine 102, was die mobile Maschine 102 in die Lage versetzt, sich entlang dem alternativen Weg zu bewegen.

Wenn im ersten Entscheidungsblock 1218 festgestellt wird, daß mindestens eine der mobilen Maschinen 206A-206N sich dem alternativen Weg zu einer Zeit nähert, zu der sich die erste mobile Maschine 102 dem alternativen Weg nähert, so fährt die Steuerung zu einem sechsten Steuer block 1222 fort. Im sechsten Steuerblock 1222 weist der Flottenmanager 202 jeder mobilen Maschine 102, 206A-206N, die sich dem alternativen Weg nähert, einen Priori tätspegel zu. Der Prioritätspegel kann auf einer Anzahl von Faktoren basiert sein. Zum Beispiel kann einer mobi len Maschine, die eine Last schleppt, eine höhere Priori tät gegeben werden, als eine leere mobile Maschine, die zu einem Ladeplatz zurückkehrt, wenn der Flottenmanager feststellt, daß die leere mobile Maschine in einer Schlange warten muß, und die lastschleppende mobile Ma schine in der Lage sein kann, die Last sofort abzuladen. In einem anderen Beispiel kann einer Servicemaschine hö here Priorität als einer lastschleppenden Maschine gege ben werden, wenn die Servicemaschine zu einer anderen lastschleppenden Maschine fährt, die "abgewürgt" ist und den Verkehr blockiert.

Nachdem den mobilen Maschinen 102, 206A-206N Priori tätspegel zugewiesen wurden, fährt die mobile Maschine mit der höchsten Priorität den alternativen Weg zuerst entlang, gefolgt durch mobile Maschinen mit abnehmender Priorität.

Die Steuerung fährt von entweder dem fünften oder dem sechsten Steuerblock 1220, 1222 zu einem siebten Steuer block 1224 fort, wo der Flottenmanager 202 ein Signal an jede mobile Maschine 102, 206A-206N in der Flotte sen det, das den Ort des detektierten Hindernisses 402 und den alternativen Weg anzeigt. Ansprechend darauf fährt jede mobile Maschine 102, 206A-206N den alternativen Weg als Teil eines normalen Betriebsablaufs entlang, bis weitere Anweisungen empfangen werden.

In einem achten Steuerblock 1226 benachrichtigt der Flot tenmanager 20 die Wartungsstation 208, um den Ort des Hindernisses 402 anzuzeigen. Die Wartungsstation 208 kann dann einen Wartungstrupp zum Ort des Hindernisses 402 senden, um das Hindernis 402 zu entfernen. Nachdem das Hindernis 402 entfernt wurde, wird der Flottenmanager 202 benachrichtigt und er kann anschließend die mobilen Ma schinen 102, 206A-206N in der Flotte benachrichtigen, daß der ursprüngliche Weg frei und verfügbar ist.

Gewerbliche Anwendbarkeit

In einem Beispiel einer Anwendung der vorliegenden Erfin dung fährt eine Flotte von Geländebergwerklastkraftwagen über Straßen durch ein Bergwerkgelände, die Materialla sten schleppen und andere Aufgaben ausführen. Das Berg werkgelände ist typischerweise eine rauhe Umgebung und die Straßen am Bergwerk verändern sich ständig, und zwar bedingt durch die sich verändernde Natur von Bergwerkge bieten.

Ziemlich oft treten Bedingungen auf, welche zu Hindernis se auf den Bergwerkstraßen führen. Zum Beispiel kann Felsgestein oder Brocken von Hügelseiten auf die Straßen rollen oder rutschen, Materialien können von den Last kraftwagen herunterfallen und Lastkraftwagen können zu sammenbrechen und die Straßen blockieren.

Die Lastkraftwagenführer überwachen ständig die Straßen auf Hindernisse und reagieren, wenn nötig, durch entweder Anhalten oder Herumfahren um das Hindernis. Selbständige Lastkraftwagen sind jedoch entwickelt worden, um mensch liches Bedienungspersonal bzw. menschliche Lastkraftwa genführer aus diesen rauhen, erschöpfenden bzw. ermüden den Umgebungen zu entfernen. Konsequenterweise werden Mittel benötigt, um die Straßen auf Hindernisse zu über wachen und entsprechend auf selbständige Weise zu reagie ren. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einer selbstän digen Flotte von Bergwerklastkraftwagen, Hindernisse zu überwachen und alternative Wege um diese Hindernisse, wenn möglich, zu planen, während eine reibungslose und effizient Arbeitsweise beibehalten wird.

Andere Aspekte, Ziele und Merkmale der vorliegenden Er findung können aus den Zeichnungen, der Offenbarung und den Ansprüchen ersehen werden.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor: ein Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines alternati ven Weges ansprechend auf die Detektion eines Hindernis ses. Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Planen eines alternativen Weges anspre chend auf die Detektion eines Hindernisses durch eine mo bile Maschine auf einem Arbeitsgelände. Das Arbeitsgelän de weist eine Flotte mobiler Maschinen und einen Flotten manager auf. Das Verfahren weist die Schritte des Fest stellens der Anwesenheit und des Ortes eines Hindernisses in einem Primärweg der mobilen Maschine, das Bestimmen eines alternativen Wegs um das Hindernis herum und das Liefern eines Signals an den Flottenmanager mit dem Ort des Hindernisses und dem alternativen Weg auf.

Claims

1. Verfahren zum Planen eines alternativen Weges an sprechend auf die Detektion eines Hindernisses durch eine mobile Maschine auf einem Arbeitsgelände, wobei das Ar beitsgelände eine Vielzahl von mobile Maschinen und einen Flottenmanager aufweist, das die folgenden Schritte auf weist:
Feststellen der Anwesenheit und des Ortes eines Hin dernisses in einem Primärweg der mobilen Maschine;
Bestimmen eines alternativen Weges um das Hindernis herum;
Liefern eines Signals an den Flottenmanager mit dem Ort des Hindernisses und dem alternativen Weg; und
Durchfahren des alternativen Weges.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das den Schritt des Abta stens auf Hindernisse aufweist, wenn die mobile Maschine den alternativen Weg durchquert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestim men eines alternativen Weges den Schritt des Bestimmens eines Weges entweder einen Weg auf der rechten Seite und/oder der linken Seite um das Hindernis herum auf weist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen eines alternativen Weges den Schritt des Bestimmens eines Weges um die linke Seite des Hinder nisses herum ansprechend darauf, daß kein alternativer Weg um die rechte Seite des Hindernisses herum verfügbar ist, aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo bei das Bestimmen eines alternativen Weges die Schritte des Stoppens der Bewegung der mobilen Maschine und des Aussendens bzw. Übertragens eines Signals an den Flotten manager ansprechend darauf, daß kein alternativer Weg um die rechten und linken Seiten des Hindernisses herum ver fügbar ist, aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der alternative Weg als eine Funktion der Breite der mobilen Maschine und der Breite einer vorbestimmten Minimaldistanz vom Hindernis zur mobilen Maschine be stimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der alternative Weg vom Hindernis zu einem zweiten Hindernis bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zweite Hinder nis ein detektiertes Hindernis im Weg und am Rand des We ges ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hindernis eine Vorderseite und eine Rückseite hat, wobei die Vorderseite die Seite ist, die am nächsten zur mobilen Maschine ist, wenn sich die mobile Maschine dem Hindernis annähert, und wobei die Rückseite die Seite ist, die am weitesten von der mobilen Maschine weg ist, wenn die mobile Maschine sich dem Hindernis annähert, und wobei der Schritt des Bestimmens eines alternativen Weges folgende Schritte aufweist:
Annähern an die Vorderseite des Hindernisses;
Bestimmen eines Zwischenpunktes bei ungefähr der Mitte des Weges um das Hindernis herum;
Planen eines Weges zum Zwischenpunkt;
Bestimmen eines Punktes auf dem ursprünglichen Weg nahe der Rückseite des Hindernisses; und
Planen eines Weges zum Punkt auf dem ursprünglichen Weg.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der alternative Weg ansprechend auf den Empfang ei nes Signals vom Flottenmanager durchquert wird, das an zeigt, daß keine andere mobile Maschine sich dem alterna tiven Weg annähert.

11. Vorrichtung zum planen eines alternativen Weges an sprechend auf die Detektion eines Hindernisses durch eine mobile Maschine auf einem Arbeitsgelände, wobei das Ar beitsgelände eine Vielzahl von mobilen Maschinen und ei nen Flottenmanager aufweist, die folgendes aufweist:
ein Hindernisdetektionssystem, das auf der mobilen Maschine befindlich ist;
ein Positionsbestimmungssystem, das auf der mobilen Maschine befindliche ist;
ein Wegplaner, der auf der mobilen Maschine befind lich ist;
ein Kommunikationssystem, das auf der mobilen Ma schine befindlich ist; und
ein Steuersystem, das auf der mobilen Maschine be findlich ist, um ein Signal vom Hindernisdetektionssystem zu empfangen, das die Anwesenheit eines Hindernisses an zeigt, und um ein Signal von Positionsbestimmungssystem zu empfangen, das den Ort des Hindernisses anzeigt, und um ein Signal vom Wegplaner zu empfangen, das einen vor geschlagenen alternativen Weg um das Hindernis herum an zeigt, und um ein Signal an den Flottenmanager zu lie fern, das den Ort des Hindernisses und den alternativen Weg anzeigt, und um die mobile Maschine zu steuern, um den alternativen Weg zu durchlaufen bzw. durchqueren.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Hindernisde tektionssystem mindestens einen Sensor zum Detektieren von Hindernissen aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Po sitionsbestimmungssystem mindestens ein Satellitenposi tioniersystem und ein Trägheitspositioniersystem auf weist.

14. Verfahren zum Steuern einer Flotte mobiler Maschi nen, wenn die mobilen Maschinen ein Arbeitsgelände durch queren, das folgende Schritte aufweist:
Empfangen eines Signals von einer ersten mobilen Ma schine, das den Ort eines Hindernisses und einen vorge schlagenen alternativen Weg um das Hindernis herum an zeigt;
Bestimmen der Anwesenheit einer anderen mobilen Ma schine, die sich dem vorgeschlagenen alternativen Weg an nähert; und
Liefern eines Signals an die erste mobile Maschine, um die mobile Maschine in die Lage zu versetzen den vor geschlagenen alternativen Weg ansprechend darauf zu durchlaufen, daß bestimmt wurde, daß sich keine andere mobile Maschine dem vorgeschlagenen alternativen Weg an nähert.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Feststellen der Anwesenheit einer anderen mobilen Maschine folgende Schritte aufweist:
Aussenden bzw. Übertragen eines Signals an jede mo bile Maschine am Arbeitsplatz, daß die Position, das Ziel und Geschwindigkeitsinformationen anfordert;
Vorhersagen eines Weges, der von jeder mobilen Ma schine durchlaufen werden muß, ansprechend auf den Emp fang der angeforderten Informationen; und
Feststellen der Anwesenheit einer mobilen Maschine nahe des alternativen Weges als eine Funktion der vorher gesagten Wege.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, das den Schritt des Zuweisens eines Prioritätspegels bzw. ei ner Prioritätsstufe an jede mobile Maschine, die sich dem alternativen Weg annähert, aufweist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, das weiterhin den Schritt aufweist, einer mobilen Maschine mit einer hohen Prioritätsstufe zu erlauben, den alterna tiven Weg vor einer mobilen Maschine mit einer niedrigen Prioritätsstufe zu durchlaufen.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, das den Schritt des Aussenden eines Signals mit dem alterna tiven Weg an jede mobile Maschine auf dem Arbeitsgelände einschließt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das den Schritt der Benachrichtigung einer Wartungsstation aufweist, das ein Hindernis auf einem Weg detektiert wur de.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Benachrichtigen einer Wartungsstation den Schritt des Lieferns eines Signals mit dem Ort des Hindernisses auf weist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, das den Schritt des Aussendens eines Signals an jede mobile Maschine auf dem Arbeitsgelände ansprechend auf das zu entfernende Hindernis aufweist.