ES2652137B1

ES2652137B1 - Sistema y método para la detección de alta precisión de obstáculos en maquinaria pesada.

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Publication number: ES2652137B1
Application number: ES201730133A
Authority: ES
Inventors: Mariano BARROSO PIDAL; Juan Raul SANTANA MORENO
Original assignee: Torsa Sistemas Sl; Torsa Sistemas SL
Current assignee: Torsa Sistemas SL
Priority date: 2017-02-06
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2037-02-06
Also published as: ES2652137A1

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema y un método para la detección de alta precisión de obstáculos en maquinaria pesada, principalmente, un vehículo que puede estar en movimiento detecta objetos u obstáculos a través de sensores, mediante una forma particular, permitiendo que dicha detección se haga con una alta precisión, y, que dichos vehículos sean particularmente maquinaria pesada.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para la detección de alta precisión de obstáculos en maquinaria pesada Campo de la invención

La presente invención se centra en el campo de la detección objetos u obstáculos 5 principalmente por un vehículo que puede estar en movimiento, a través de sensores, y de forma particular a que dicha detección se haga con una alta precisión y que dichos vehículos sea particularmente maquinaria pesada.

Antecedentes de la invención

Las maquinarias móviles se utilizan para realizar una variedad de tareas. A modo de ejemplo, 10 en un entorno de movimiento de tierras, tales como mina o una gran infraestructura, hay maquinaria móvil tanto la extracción como en el transporte de materiales. Entre este tipo de maquinaria pesada estarían las excavadoras, niveladoras, perforadoras, camiones de transporte de materiales, etc.

Algunas de estas tareas implican movimientos muy cercanos entre una o varias de estas 15 maquinarias y también con el entorno físico que les rodea y por otro lado, dado el gran volumen de muchas de estas máquinas, llevan a que los operadores de las mismas tengan muchas veces una visibilidad reducida, haciendo de tales tareas algo complejo, donde la seguridad y la eficacia se hacen muy importantes y donde no es difícil encontrarse con obstáculos imprevistos. Todo ello puede llevar a situaciones de colisión con las consiguientes 20 repercusiones que de ahí se pueden derivar como inmovilización de los vehículos, daños personales y materiales, etc.

Se conocen sistemas de detección de obstáculos para maquinaría o vehículos en movimiento basado en disponer de información previa del terreno y los posibles obstáculos como por ejemplo en los documentos WO2008113098 o US8606495. Estos sistemas, aunque se 25 apoyan en sensores para la detección de nuevos obstáculos, gestionan la información de forma centralizada para mantenerla actualiza para todo el conjunto de vehículo, lo que no proporciona autonomía o independencia en el control de un vehículo concreto.

En otros sistemas, como por ejemplo en el descrito en el documento US20130299440, se busca la detección de elementos mediante escaneo de etiquetas, tipo RFID, situados en 30 dichos elementos a detectar.

También hay sistema de sensores basados en cámaras que captan imágenes en varios puntos para detectar la posición del obstáculo, como por ejemplo el sistema descrito en el documento US20120114181.

En otros sistemas se utilizan sensores tipo LIDAR (Light Detection and Ranging o Laser 5 Imaging Detection and Ranging) que mediante un emisor laser permite determinar la distancia

a un determinado objeto, como por ejemplo se menciona en el documento US8954241 con el objetivo de alinear el vehículo de carca, el que lleva los sensores, con la pala de carga.

También se pueden encontrar en el estado del arte sistemas orientados a localizar obstáculos con varios tipos de sensores, como por ejemplo de corto y largo alcance tal y como se muestra 10 en el documento US6055042, pero cuyo enfoque está orientado a buscar dichos obstáculos enfrente del vehículo cuando este está en movimiento y va a una determinada velocidad. Este tipo de sistemas, al buscar la detección en largas distancias, no presenta precisión cuando se requiere realizar tareas donde no está relevante la velocidad, sino el entorno complejo donde se desarrolla, como pueda ser, por ejemplo, una extracción o movimiento de tierras, donde la 15 cercanía entre máquinas es requerida para aumentar la eficiencia, pero donde esta cercanía hace aumentar en la misma relación la probabilidad de colisión comprometiendo la seguridad.

Descripción de la invención

Es necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que cubra las lagunas encontradas en la misma y por tanto, al contrario que las soluciones existentes, se disponga de un sistema 20 para la detección de obstáculos en maquinaria pesada cuando estas está realizando sus tareas habituales como por ejemplo excavar, mover tierras, cargarlas en camiones, desplazarse por el entorno de trabajo, etc.

Concretamente se propone sistema (100) para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada que comprende los siguientes elementos instalados en dicha 25 maquinaria:

- al menos un sensor (104) con tecnología de escaneo del entorno, con alta precisión,

instalado en la maquinaria para cubrir una de las zonas con riesgo de colisión dispuesto para

detectar la distancia de obstáculos cercanos a la maquinaria.

- un tag (106) dispuesto para obtener la posición de dicha maquinaria y emitir su posición e

30 identificador mediante tecnología de corto alcance,

- al menos una antena de corto alcance (103) dispuesta para recibir la posición e identificador

de otros tags (206) que puedan estar situados en otros vehículos, elementos fijos o maquinaria en el ámbito de alcance de dicha antena,

- una unidad de detección de orientación (105), dispuesta para detectar la orientación de dicha maquinaria,

5 - una pantalla (101) dispuesta para mostrar la información generada por el sistema (100)

respecto a la detección de obstáculos, y

- un sistema embebido (102) dispuesto para centralizar la información recibida por al menos una antena (103) sobre la posición e identificación de los vehículos que se encuentren en área de emisión por dichos tags (206), la información sobre la orientación del vehículo de la unidad

10 de detección de orientación (105) y la distancia a los objetos alrededor del vehículo recibida por los sensores de escaneo (104) y enviar dicha información para ser procesada y mostrada por la pantalla (101).

Con todos los elementos anteriormente mencionados, el sistema calcula la distancia que hay hasta los posibles obstáculos que puede haber alrededor de la maquinaria y muestra por 15 pantalla la distancia a la que se encuentran; en caso de encontrarse vehículos alrededor de la maquinaria, además se mostrarán los identificadores asociados a los mismos.

Y donde también propone un método para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada que comprende los siguientes pasos:

- recibir la distancia de al menos un obstáculo de al menos un sensor de escaneo del entorno

20 con alta precisión (104) instalado en dicha maquinaria,

- opcionalmente recibir la orientación de dicha maquinaria de una unidad de detección de orientación (105),

- opcionalmente recibir la posición e identificador único del al menos un tag (206) situado en otro vehículo, elemento fijo o maquinaria a través de al menos una antena de corto alcance

25 (103),

- calcular, a partir de dicha distancia de al menos un obstáculo (200), opcionalmente la orientación de la maquinaria y opcionalmente la posición de al menos un tag (206) de otro vehículo, elemento fijo o maquinaria, si dicho obstáculo está en riesgo de colisión, y

- mostrar la información calculada mediante una pantalla (101), es decir, la distancia mínima 30 a la que se encuentra el obstáculo (200) de dicha maquinaria y la zona de detección donde

se produce la detección, si opcionalmente el obstáculo (200) se corresponde con un vehículo, un elemento fijo o un maquinaria de la que se ha recibido su posición e identificador, también se muestra dicho identificador asociado.

Breve descripción de las figuras

5 Con el objetivo de ayudar a comprender las características de la invención, según una realización práctica preferida de la misma y con el fin de complementar esta descripción, se adjuntan las siguientes figuras como parte integral de la misma, que tienen un carácter ilustrativo y no limitativo:

Figura 1. Muestra un esquema de los distintos componentes que forman parte del sistema y 10 la relación entre ellos. También se incluye en el esquema un ejemplo de obstáculo, en este caso un vehículo o maquinaria adicional que incorpora un tag.

Figura 2. Muestra un ejemplo de la pantalla que forma parte del sistema donde se observa la distancia al obstáculo más cercano en cada uno de los lados de la maquinaria donde se ubica el sistema de la presente invención y como el degradado de los colores dan una percepción 15 del riesgo con el obstáculo.

Figura 3. Muestra un esquema de la maquinaria con un sensor de escaneo del entorno con alta precisión y un obstáculo en forma de vehículo próximo y las distancias y ángulos que intervienen para la detección.

Descripción detallada de la invención

20 Los elementos definidos en esta descripción detallada se proporcionan para ayudar a una comprensión global de la invención. En consecuencia, los expertos en la técnica reconocerán que variaciones y modificaciones de las realizaciones descritas en este documento pueden realizarse sin apartarse del alcance y espíritu de la invención. Además, la descripción detallada de las funciones y elementos suficientemente conocidos se omiten por razones de 25 claridad y concisión.

La presente invención se refiere a un sistema (100) y método para la detección de alta precisión de obstáculos y cuerpos sólidos (200) para ser instalado en maquinaria pesada.

El objetivo del sistema (100) es informar al operador de maquinaria sobre los obstáculos, cuerpos sólido y/o vehículos (200) que tiene a su alrededor y alertar ante posibles colisiones 30 y atropellos que pudieran ocasionarse.

El sistema (100) además de ser un sistema de alerta ante posibles colisiones y atropellos, sirve de herramienta para analizar si los vehículos se posicionan o no a la distancia óptima, por ejemplo, para ser cargados.

El sistema, gracias a la implantación de tags en los diversos vehículos que interactúan en 5 diversas labores como por ejemplo, en labores de carga, sirve de herramienta para analizar qué vehículos no se posicionan a la distancia óptima de carga y estudiar el reentrenamiento de los operadores implicados. Por ejemplo, en trabajos de carga entre una pala y un camión, indicaría cuando el camión está posicionado en el lugar óptimo para trabajar sin peligros de colisión y optimizando el tiempo de carga.

10 El sistema (100) por tanto comprende los siguientes elementos, como se observa de forma esquemática en la figura 1:

• Sensor de alta precisión (104)

Se trata de un sensor (104) con tecnología capaz de escanear el entorno con alta precisión, permite la detección de objetos alrededor de la maquinaria con una alta precisión en cualquier 15 tipo de ambiente (lluvioso, soleado, con polvo en suspensión etc). Existe la posibilidad de instalar cuantos sensores (104) sean necesarios para cubrir el perímetro de la maquinaria a proteger durante labores de operación. De manera estándar, se contempla la instalación de un sensor (104) por cada lateral del vehículo a cubrir.

Como ejemplo y de forma no limitativa, las tecnologías que puede incorporar dicho sensor 20 (104) es LIDAR, radar o láser.

• Tags (106, 206)

Opcionalmente cada vehículo de la operación puede portar un dispositivo con tecnología capaz de obtener su posición, como por ejemplo mediante tecnología satelital GPS, (106, 206) que contiene un identificador único, asociado al vehículo. Estos dispositivos (106, 206) 25 funcionan a modo de tags, emitiendo su posición e identificador mediante comunicación de corto alcance, por ejemplo usando tecnología RFID, con lo que se puede conseguir la recepción de información desde unas decenas de metros. Esta información es recibida por las antenas (103) situadas en los vehículos a proteger.

La función principal de los tags (106, 206) es la de asociar una posición con el identificador 30 del vehículo al que pertenece y hacerla llegar al resto de vehículos para su posterior procesamiento. Además, se pueden instalar tags en elementos fijos como centros de

transformación, bombas, etc.

• Antena (103)

Cada vehículo incorpora al menos una antena (103) de corto alcance para recibir datos de posición e identificador único de los otros vehículos cercanos. Por ejemplo, una tecnología 5 que permite esta recepción es la identificación por radio frecuencia, RFID.

• Unidad de detección de orientación de maquinaria (105)

Este elemento o módulo (105) permite establecer la orientación del vehículo o maquinaria a través de diversos parámetros como pueden ser por ejemplo la velocidad, orientación, fuerzas gravitaciones, etc.

10 • Pantalla (101)

La maquinaria, en la posición del operador, incorpora una pantalla (101) que procesa la información recibida a través de un sistema embebido (102) y muestra la cercanía a los obstáculos y/o vehículos (200) existentes en su rango de trabajo.

En una realización, tal y como se observa en la figura 2, en dicha pantalla (101) se muestra la 15 distancia en metros, con una precisión de centímetros, del obstáculo (200) más cercano en cada uno de los lados del vehículo y para ello se divide la pantalla (101) en hasta cuatro zonas de detección. Además es capaz de mostrar con una variación de los colores dichas mediciones; por ejemplo en color rojo, cuando hay peligro de colisión, y un color verde cuando el vehículo más cercano se encuentra bien posicionado para realizar trabajos de carga u otros 20 mencionados anteriormente.

• Sistema embebido (102)

El sistema embebido (102) es el encargado de centralizar la información recibida por las antenas (103) sobre la posición e identificación de los vehículos que se encuentren en área de emitida por los tags (206), la información sobre la orientación del vehículo de la unidad de 25 detección de la orientación (105) y la distancia a los objetos alrededor del vehículo recibida por los sensores de alta precisión (104). Además de centralizar toda la información, el sistema embebido es el encargado de enviarla a la pantalla (101) para su posterior procesamiento.

Este procesamiento se basa en que, durante las labores de operación, los sensores de alta precisión (104) situados en la maquinaria a proteger detectan la presencia de cualquier 30 obstáculo (200) a su alrededor y las distancias a los mismos gracias a su tecnología de

escaneo del entorno sin influencia alguna por las condiciones ambientales y atmosféricas existentes. Para discernir entre los vehículos que interactúan con la maquinaria y el resto de obstáculos detectados por los sensores de alta precisión (104), el algoritmo del sistema combina la información sobre la posición e identificación de los vehículos (106, 206), las 5 distancias detectadas por los sensores de alta precisión (105) y la orientación de la maquinaria por la unidad de detección de orientación (104) y en caso de detectar vehículos a su alrededor, muestra por pantalla qué vehículo (101 y a qué distancia exacta se encuentra. En caso de detectar únicamente obstáculos (200), el sistema muestra únicamente la distancia a la que se encuentra.

10

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Sistema (100) para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada caracterizado porque comprende los siguientes elementos instalados en dicha maquinaria:

- al menos un sensor (104) con tecnología de escaneo del entorno, con alta precisión, instalado en la maquinaria para cubrir una de las zonas con riesgo de colisión dispuesto para detectar la distancia de obstáculos cercanos a la maquinaria.

- un tag (106) dispuesto para obtener la posición de dicha maquinaria y emitir su posición e identificador mediante tecnología de corto alcance,

- al menos una antena de corto alcance (103) dispuesta para recibir la posición e identificador de otros tags (206) que puedan estar situados en otros vehículos, elementos fijos o maquinaria en el ámbito de alcance de dicha antena,

- una unidad de detección de orientación (105), dispuesta para detectar la orientación de dicha maquinaria,

- una pantalla (101) dispuesta para mostrar la información generada por el sistema (100) respecto a la detección de obstáculos, y

- un sistema embebido (102) dispuesto para centralizar la información recibida por al menos una antena (103) sobre la posición e identificación de los vehículos que se encuentren en área de emitida por dichos tags (206), la información sobre la orientación del vehículo de la unidad de detección de orientación (105) y la distancia a los objetos alrededor del vehículo recibida por los sensores de escaneo (104) y enviar dicha la información para ser procesada y mostrada por la pantalla (101).
2. Sistema (100) para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada según la reivindicación 1 caracterizado porque dicho sistema (100) tiene al menos un sensor (104) con tecnología capaz de escanear el entorno con alta precisión situado en cada uno de los laterales de dicha maquinaria.
3. Sistema (100) para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada según la reivindicación 1 caracterizado porque dicha pantalla (101) muestra la distancia del obstáculo (200) más cercano en cada uno de los lados del vehículo dividiendo la pantalla (101) en diversas zonas de detección.

5

10

15

20

25

30
4. Sistema (100) para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada según la reivindicación 1 caracterizado porque la distancia mostrada también incorpora una variación de colores.
5. Sistema (100) para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada según la reivindicación 1 caracterizado porque la tecnología de escaneo de dicho al menos un sensor (104) es tecnología LIDAR, radar o láser.
6. Sistema (100) para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada según la reivindicación 1 caracterizado porque la tecnología para obtener la posición de dicho tag (106) es tecnología satelital como GPS o es tecnología de corto alcance como RFID,
7. Método para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

- recibir la distancia de al menos un obstáculo de al menos un sensor de escaneo del entorno con alta precisión (104) instalado en dicha maquinaria,

- opcionalmente recibir la orientación de dicha maquinaria de una unidad de detección de orientación (105),

- opcionalmente recibir la posición e identificador único del al menos un tag (206) situado en otro vehículo, elemento fijo o maquinaria a través de al menos una antena de corto alcance (103),

- calcular, a partir de dicha distancia de al menos un obstáculo (200), opcionalmente la orientación de la maquinaria y opcionalmente la posición de al menos un tag (206) de otro vehículo, elemento fijo o maquinaria, si dicho obstáculo está en riesgo de colisión, y

- mostrar la información calculada mediante una pantalla (101), es decir, la distancia mínima a la que se encuentra el obstáculo (200) de dicha maquinaria y la zona de detección donde se produce la detección, si opcionalmente el obstáculo (200) se corresponde con un vehículo, un elemento fijo o maquinaria de la que se ha recibido su posición e identificador, también se muestra dicho identificador o alias asociado.
8. Método para la detección de alta precisión de obstáculos (200) en maquinaria pesada según la reivindicación 7 caracterizado porque dicho método incluye adicionalmente un

cálculo de corrección de los datos recibidos del al menos un sensor (104) con tecnología de escaneo del entorno con alta precisión de tal forma que a partir de dichos datos recibidos y parámetros asociados a la ubicación de dicho sensor (104) se obtiene la distancia mínima al obstáculo detectado dando así un dato preciso de la distancia real.