用于自动卡车及牵引拖车的自动操作和处理的系统和方法与流程

[0001]
本发明涉及自动驾驶车辆，更具体地，涉及例如用于在运输设施、生产设施或其它堆场内搬运货物，或用于在运输设施、生产设施或其它堆场之间运输货物的自动驾驶卡车及其拖车。


背景技术：

[0002]
卡车是现代商业中的重要组成部分。卡车利用其较大的内部空间跨大陆运输材料和商品。这些商品在生厂厂家、港口、分销商、零售商和最终用户等的各种设施中进行装卸。大型陆运(large over-the road，otr)卡车通常由牵引车(tractor)或驾驶室单元(cabunit)以及单独的可拆卸拖车组成，拖车由挂接系统可拆卸地连接在驾驶室，其中，所述挂接系统由所谓的牵引座(fifth wheel)和主销(kingpin)组成。更具体地，沿拖车底部前端形成有主销，而驾驶室包括牵引座，牵引座包括垫和用于主销的接收槽。由于在公路上需要经过弯道，因此在连接时，主销以允许拖车相对于驾驶室轴向旋转的方式跨入牵引座的槽中。驾驶室提供动力(例如通过发电动机、气动压力源等)来驱动其自身和连接的拖车。因此，在驾驶室和拖车之间形成有多个可移除的连接用来输送电力和气动压力。气压通常与驾驶室本身(单独)的制动系统结合来用于操作紧急制动器和行车制动器。电力为内部照明、外部信号灯和行车灯、升降门电动机，起落架电动机(如有)等提供功率。
[0003]
在整个现代陆运时代中，连接电气和气动线路、升降起落架、操作拖车后平开门(swingdoor)，以及检查车辆都是由驾驶员手动完成。例如，当需要连接驾驶室和拖车时，在倒车至拖车以将卡车牵引座连接到拖车主销之后，需要驾驶员离开驾驶室来完成所有这些操作。更具体地，驾驶员必须摇起起落架以使主销落入牵引座与其完全接合，并爬至驾驶室底盘后部，从驾驶室后部用手抓住一组可伸缩的软管和电缆组(输送空气和电力)，并将它们固定至拖车车身前部的相应连接组件上。当断开拖车与驾驶室时，该过程正好相反。也就是说，操作员必须爬上并断开软管/电缆，将它们放置在适当的位置，然后摇下起落架以使主销升起从而脱离与牵引座的接合。假设要卸载拖车(例如，在倒车进入装货站台后)，驾驶员需要走到拖车的后部以解锁拖车的平开门，将其向后旋转270度，然后(通常)将每个门固定到拖车的侧面。对于不同类型的拖车，后门可能是被卷起(而不是平开)的，和/ 或使用其他方法来实现拿取货物。其他设施，例如装货站台报警系统、防止拖车意外滚动的止动器，以及将拖车锁定在站台的锁定机构，都需要人为操作和监控以确保正常功能和安全。当卡车和拖车倒车时，因它们较大的长、宽、高会形成极大盲点，存在很多类似的安全隐患。
[0004]
卡车运输所具有的进一步挑战在于联运业务，即使用堆场卡车在各种运输方式之间运送集装箱。更具体地，在轨道堆场中，必须以特定的顺序和方向(当门在后面时，朝向为从前到后)在轨道车和拖车之间移动集装箱。同样，在从船上卸下集装箱的码头堆场中作业时，顺序和方向也很重要。
[0005]
多年来，已经提出了许多解决方案来实现上述一个或多个过程的自动化，从而减少驾驶员的劳动。然而，无论这些解决方案在理论上多么有效，卡车运输业仍然依赖于上述
手动方法来连接和断开拖车和牵引车/驾驶室。
[0006]
随着自动驾驶车辆的出现，人们希望对于传统上或出于便利而手动操作的多种功能进一步实现自动化。


技术实现要素：

[0007]
本发明通过提供用于将拖车与卡车驾驶室(牵引车)连接或从其断开的系统和方法克服了现有技术的缺点，该系统和方法增强了过程的整体自动化并减少了人工干预的需要。该系统和方法尤其适合在自动驾驶运输环境中使用，例如运输场、港口、制造中心、配送中心和/或综合仓库，在上述环境中，运输车辆的操作范围和路线受到限制并且运输车辆高密度地进出和环绕设施。通常使用陆运驾驶室或卡车(可通过柴油、汽油、压缩气体、其他内燃燃料和/或插电式充电的电力和/或燃料/电力混合动力布置来驱动)来将此类拖车从相应地点牵引出并分派至其他相应地点。设施内的驾驶室或卡车(被称为“堆场卡车”) 可以由电力或其他理想的(例如内燃)燃料源提供动力，在各种实施方式中的非限制性示例有清洁燃烧燃料。
[0008]
通过实现各种系统的自动化来促进堆场卡车(在本文中被称为“自动驾驶车辆 (autonomous vehicle)”或“av”堆场卡车)以及其他av卡车和牵引车的实质上的自动操作。本文的系统和方法实现了这种自动化。作为非限制性示例，挂接操作，包括通过卡车实现的制动/电力服务与拖车的连接都是自动的。另外，拖车门(例如，平开门)的打开和关闭是自动的。堆场中的拖车识别和与此类拖车相关的导航是自动的，并且，拖车停靠和离开时的安全机制和操作也是自动的。可以控制用户进入卡车，并且可以通过自动方式执行安全测试-包括但不限于确保安全挂接的牵引测试。同样，牵引座的升高和验证拖车起落架是否脱离地面也是自动的。
[0009]
在一实施例中，至少紧急制动气动线路的连接是通过相互接合的连接结构来实现，该结构由引导结构和基座连接器组成，其中，引导结构安装在驾驶室，并且是圆锥形或倾斜的，位于机械手或延伸部的远端，基座连接器位于拖车主体的前面/前壁，其具有相应的接收形状，并且用于使使驾驶室引导结构居中并对准，从而在完全接合时，完成驾驶室与拖车之间的空气连接，并且(至少)可以通过驾驶室提供的压力来驱动紧急制动器。在另一实施例中，安装在驾驶室上的引导结构可包括用于关闭驾驶室和拖车之间的电源电路的一个或多个电连接器。该连接布置还可以适于在驾驶室和拖车之间互连行车制动线路。可以使用安装板来提供拖车上的连接，当安装板进入设施时，安装板使用(例如)与拖车底部的狭槽接合的夹具来可拆卸(或永久)地连接到拖车的前面。可替代地，可以采用相互接合的织物(例如，钩环、3m dual-lock
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)、紧固件、磁片或纽扣等来可拆卸地固定安装板。该板包括基座连接器和具有接头(例如气动接头)的软管，所述接头适于接合至拖车上的标准软管接头。
[0010]
在另一实施例中，气动或液压可扩展(伸缩)臂固定在堆场卡车驾驶室后面的可横向移动的线性致动器上。此外，较小的第二气动/液压活塞被固定在较大臂的基座和底部，以使臂可以升降。臂的末端是一个垂直的枢轴或腕(用于垂直对齐)，枢轴或腕具有可以夹持 (并恢复)耦合设备的电夹持设备或手，耦合设备被部署到拖车上相应形状的接收器上。耦合设备还具有一个(或多个)侧面安装的空气软管，用于从堆场卡车传递气压以连接到拖
车。集成的电源(和通信线路)与空气软管配对，从而驱动标准软管接头上的套环(锁) 将耦合设备与接收器配对。此外，通过耦合设备输送的电功率也可以向拖车系统提供功率 (如上所述)。为了帮助手臂进行自动测距和对齐，相机和激光测距设备也被安装在夹持机构或夹持手上。当夹持手将耦合设备(带有相关的空气软管和电气连接)输送到接收器，并且检测到充分的空气连接时，就开始释放夹持状态，并且耦合设备保持在接收器中，并且，考虑到拖车间隙(clearance)而使臂退回至驾驶室。可以通过使用相互接合的织物带或片材(例如工业级钩环材料和/或dual-lock
tm
可重新闭合紧固件，或例如磁片等的类似材料)作为现场(或永久固定)可拆卸连接装置将拖车上的接收器安装在拖车前面的首选位置。接收器还标记有识别边界图案，相关的测距/定位软件可由此来对臂进行定向并使其与耦合设备对齐。
[0011]
在另一实施例中，代替可伸长臂和第二活塞，两个额外的线性致动器以交叉形式安装在沿卡车框架的长度方向运动的基础线性致动器上。这使得三个线性致动器能够在正交的 x、y和z轴上协调移动。如上所述，交叉安装在垂直线性致动器上的线性致动器仍保持电动致动的夹持设备或手。
[0012]
提供一种用于在堆场环境中操作自动驾驶(av)堆场卡车的系统和方法。处理器用于促进自动驾驶堆场卡车的自动运动以及在所述堆场中连接与分离所述拖车，并且实质上不需要至卡车的搭载控制的人为控制输入。与所述处理器互连的多个传感器感测所述堆场中的地形和物体，并且帮助自动连接和分离所述拖车。服务器和/或堆场管理系统(yardmanagement system，yms))与所述处理器无线互连，用于跟踪所述自动驾驶堆场卡车围绕所述堆场的运动，并确定连接和分离所述拖车的位置。说明性地，当所述av堆场卡车与所述拖车中的一个挂接(连接)在一起时，连接机构在所述拖车中的一个和所述av堆场卡车之间连接服务线路；当所述自动驾驶堆场卡车与所述拖车中的一个分离(断开)时，所述连接机构断开所述服务线路。服务线路可以包括电气线路、紧急制动气动线路和行车制动气动线路中的至少一个。连接机构可以包括将av堆场卡车上的连接器连接到拖车上的接收连接器的机械手。而且，接收连接器可包括通过夹持组件可移除地附接到拖车的接收器，或者通过相互接合的织物紧固件(或其他类型的紧固机构)可移除地附接到拖车的接收器。
[0013]
说明性地，所述处理器和所述服务器与车门站通信，以在靠近所述车门站时解锁和打开所述拖车的后门。所述车门站可以包括夹紧机构，当退出所述车门站时，所述夹紧机构将所述后门可移除地保持在打开位置。
[0014]
根据一实施例，所述处理器和所述服务器与安装在站台的安全系统通信，所述安全系统指示何时启用所述拖车远离所述站台的移动。当接收到所述安全系统的指示时，所述处理器和服务器命令所述卡车移动。所述安全系统包括与所述服务器和所述处理器可操作地连接的多色信号灯，和/或所述卡车包括读取所述多色信号灯的状态的传感器。所述安全系统还可以(或可选地)包括锁定机构，当禁止启动离开所述站台的运动时，所述锁定机构选择性地接合所述拖车的一部分。所述处理器和所述服务器可以与充电监测过程通信，所述充电监测过程基于所监测组中的每个卡车的：(a)所述卡车的当前充电状态；(b)所述卡车的位置；以及(c)待充电的所述卡车的可用性中的至少一个来确定对所述卡车的电池进行充电的最佳间隔，并且，所述充电监测过程被布置为引导所述服务器和所述处理器将所述卡车返回至待进行充电的充电站。所述充电站可以允许对卡车进行手动或自动充电，
并且所述监测过程适于根据当前的充电状态由用户手动或自动地指示所述卡车的返回。所述充电监测过程可以通过图形用户接口与用户通信。说明性地，处理器可以与牵引测试过程进行通信，该牵引测试过程在将卡车挂接至拖车上时自动确定拖车是否被挂接，特别是通过向卡车施加动力并由此确定卡车上的负载来确定拖车是否被挂接。
[0015]
根据一实施例，所述处理器与传感器组件通信，所述传感器组件向后定向并且适于在所述拖车与所述卡车相邻或被挂接在所述卡车上时感测所述拖车的可见部分的特征。所述传感器组件与高度确定过程互连，所述高度确定过程计算以下中的至少一个：(a)所述拖车的高度；以及(b)所述拖车的起落架是否与地面接合或与地面分离。所述特征可以包括在所述拖车正面上的基准和在所述拖车主体上的边缘中的至少一个。示例性地，所述基准可以包括id码，所述id码具有编码在其中的信息。更具体地，所述id码可以包括ar标签。所述高度确定过程与牵引座高度控制器可操作地连接，所述牵引座高度控制器响应于对于(a)和(b)中的至少一个的计算来升高和降低所述牵引座。此外，所述计算可以包括确定所需拖车高度以提供用于预定位置的间隙。
[0016]
根据一实施例，认证过程可以与所述服务器和所述处理器通信，并从用户接收输入的标识数据，并基于所存储的信息来验证所述用户的身份和授权以从自动驾驶模式采用所述卡车的手动控制。所述卡车上可以配置有接口，用户向所述接口输入密码、用户名，以及生物特征信息中的至少一个。如果所述认证过程确定所述用户未被授权采取手动控制，则可以执行(a)提醒所述服务器；(b)停止所述卡车；以及(c)将所述卡车送回至安全位置中的至少一个。
[0017]
根据一实施例，还提供车轮滑动台架布置，所述车轮滑动台架布置接合所述拖车的车轮，并使所述车轮离开地面，以允许所述拖车相对于所述卡车被挂接和移动。所述车轮滑动台架布置可以包括响应于来自所述卡车的制动信号的自动车轮制动器。
[0018]
根据一实施例，提供一种用于将卡车上的至少一条服务线路自动连接到拖车的系统。拖车上的接收器永久或临时固定在所述拖车上。所述接收器与气动线路和电气线路中的至少一个互连。当所述拖车接近或被挂接在所述卡车上时，耦合器由机械手的末端执行器操纵以寻找并接合所述接收器。处理器响应于所述接收器的位置而移动所述机械手，由此使所述耦合器与所述接收器对准并接合，从而完成所述卡车和所述拖车之间的电路。所述末端执行器可以被安装在以下中的至少一个上：(a)沿至少两个正交轴移动并且具有向后延伸的臂的框架；(b)多自由度机械臂；以及(c)具有旋转关节的线性致动器驱动臂，以使所述末端执行器同时实现向后伸展和高度调节。所述线性致动器驱动臂可以被安装在所述卡车底盘上的横向移动基座上。附接到所述末端执行器的旋转关节包括用于在所述耦合器中保持预定角度的旋转致动器。所述耦合器可以包括适于选择性地且密封地固定至所述接收器中的连接器的被致动的快速断开式接头。所述被致动的，快速断开式接头包括电磁螺线管组件，所述电磁螺线管组件选择性地且可滑动地打开并响应于向其施加的电流而允许所述快速断开式接头闭合。张紧的电缆可以被附接到所述耦合器，以及气动线路可以被附接到所述卡车制动系统。所述制动系统可以包括行车制动器和紧急制动器中的至少一个。电气连接可以被提供至附接在所述卡车的电气系统的所述耦合器上。示例性地，所述接收器通过相互接合的织物材料、紧固件、夹具和磁体中的至少一个可移除地附接到所述拖车的前面。
[0019]
根据一实施例，提供一种用于拖车的改装套件，其包括用于拖车气动线路和拖车电气线路中的至少一个的y形连接器，所述y形连接器组件既连接到常规的服务连接器又连接到所述接收器。所述y形连接器组件可操作地连接至通风机构，所述通风机构选择性地允许所述耦合器和所述常规服务连接器中的一个进行通风。所述常规服务连接器包括气动接头。
[0020]
根据一实施例，提供一种机械地打开拖车后平开门的系统和方法。框架适于接收邻近其的拖车后部。所述框架上的构件可以相对于所述框架和所述拖车以多个自由度运动，并且，所述构件可以包括被布置成操纵所述拖车上的门固定组件的结构。开门组件在解锁之后接合并摆动所述门，并且接口远程引导所述框架和所述开门组件。在所述拖车远离所述框架后，门固定组件可以将每个门保持在打开方位。示例性地，所述开门组件包括机械臂组件和立柱组件中的至少一个，所述机械臂组件和所述立柱组件垂直移动从而与每个所述门接合和分离，并且沿着从关闭位置到所述打开方位的路径移动。所述立柱可以被可移动地安装在带有槽的地板，所述带有槽的地板允许每个所述立柱沿着限定所述路径的各个槽移动。根据一实施例，所述门固定组件包括与所述框架可操作地连接的末端执行器，在所述打开方位时，所述末端执行器通过所述门和所述拖车的后缘将夹子或夹子状设备选择性地施加至所述门和所述拖车的侧面上。所述接口可以包括：传感器组件，其查看所述拖车的后部；以及处理器，其使所述框架响应于控制命令而移动。示例性地，所述处理器可以包括以下中的至少一项：(a)人机接口(human-machine-interface，hmi)控件，其允许用户基于从所述传感器组件接收的反馈来移动所述框架；以及(b)自动移动过程，其根据响应于所述传感器组件的受训练的图案来自动移动所述框架。所述传感器组件可以包括相机组件，并且所述自动运动过程包括视觉系统。
[0021]
根据一实施例，提供一种在堆场中操作卡车的系统和方法。提供了响应于搭载处理器与远程服务器的自动驾驶卡车以及被挂接的拖车。安装在站台的安全系统指示何时启用所述拖车远离所述站台的移动。当接收到所述安全系统的指示时，所述处理器和服务器指示所述卡车移动。所述安全系统包括与所述服务器和所述处理器可操作地连接的多色信号灯。并且所述卡车包括读取所述多色信号灯的状态的传感器。所述安全系统刻意包括锁定机构，当禁止启动离开所述站台的运动时，所述锁定机构选择性地接合所述拖车的一部分。
[0022]
根据已实施例，提供一种用于在设施中控制一组卡车中的电动卡车的充电的系统，所述卡车具有搭载的处理器。可以提供远程服务器，其中，所述处理器与所述服务器(或其中一个)与充电监测过程通信，所述充电监测过程基于所监测组中的每个卡车的：(a)所述卡车的当前充电状态；(b)所述卡车的位置；以及(c)待充电的所述卡车的可用性中的至少一个来确定对所述卡车的电池进行充电的最佳间隔。并且，所述充电监测过程被布置为引导所述服务器和所述处理器将所述卡车返回至待进行充电的充电站。所述充电站允许对卡车进行手动或自动充电，并且所述监测过程适于根据当前的充电状态由用户手动或自动地指示所述卡车的返回。示例性地，所述充电监测过程通过图形用户接口与用户通信。
[0023]
根据一实施例，提供一种相对于拖车操作自动驾驶卡车的系统和方法。基于车辆的处理器与牵引测试过程通信，当将所述卡车挂接至所述拖车上时，所述牵引测试过程通过向所述卡车施加动力并确定所述卡车上的负载来自动确定所述拖车是否被挂接。
[0024]
根据一实施例，提供一种用于相对于卡车搬运拖车的系统和方法。处理器与传感器组件通信，所述传感器组件向后定向并且适于在所述拖车与所述卡车相邻或被挂接在所述卡车上时感测所述拖车的可见部分的特征。所述传感器组件与高度确定过程互连，所述高度确定过程计算以下中的至少一个：(a)所述拖车的高度；以及(b)所述拖车的起落架是否与地面接合或与地面分离。所述特征可以包括在所述拖车正面上的基准和在所述拖车主体上的边缘中的至少一个。更具体地，所述基准包括id码，所述id码具有编码在其中的信息，和/或ar标签。示例性地，所述高度确定过程与牵引座高度控制器可操作地连接，所述牵引座高度控制器响应于对于(a)和(b)中的至少一个的计算来升高和降低所述牵引座。所述计算可以包括确定所需拖车高度以提供用于预定位置的间隙。
[0025]
根据一实施例，提供一种用于在具有服务器的设施中控制用户访问自动驾驶卡车的系统和方法。认证过程与所述服务器和所述卡车的搭载处理器通信，从用户接收标识数据输入，并基于所存储的信息来验证所述用户的身份和授权以从自动驾驶模式采用所述卡车的手动控制。可以所述卡车上提供接口，用户向所述接口输入密码、用户名，以及生物特征信息中的至少一个。示例性地，如果所述认证过程中确定所述用户未被授权采取手动控制，则执行(a)提醒所述服务器；(b)停止所述卡车；以及(c)将所述卡车送回至安全位置中的至少一个。
[0026]
根据一实施例，提供一种允许拖车以在卡车和所述拖车之间不需要互连服务连接的方式围绕设施运动的系统和方法。车轮滑动台架布置接合所述拖车的车轮并使所述拖车的车轮离开地面，以允许所述拖车相对于所述卡车被挂接和移动。所述车轮滑动台架布置可以包括响应于来自所述卡车的制动信号的自动车轮制动器。气压供应或其他可切换电源(由来自卡车的rf或其他信号控制)用于操作车轮滑动台架上的制动器和/或照明。
[0027]
根据一实施例，提供一种用于保持拖车的打开的平开门系统和方法，包括夹子状的夹紧设备，其被构造和布置成以弯曲且具备摩擦力的方式相对于所述拖车的侧面夹持打开的平开门，所述夹紧设备位于所述平开门和所述侧面的后缘。所述夹紧设备可以限定由连接基座连接的一对尖齿，在所述尖齿之间具有间隙。所述夹紧设备可以适于自动地或手动地在所述后边缘上滑动，和/或所述连接基座可以包括由机器人的末端执行器选择性地接合的结构。示例性地，所述夹紧设备包括柔性材料，并且定义在所述尖齿和所述连接基座之间的整体结构。可以改变尖齿的几何结构(例如定义为曲线、多边形或其他形状)来改善弯曲、在车门/拖车侧的结构间隙，和/或提高夹持力。
[0028]
根据一实施例，提供一种使用卡车搬运拖车的系统和方法，在所述卡车的气动制动系统和所述拖车的制动系统之间没有服务连接。压缩空气罐可拆卸地固定在所述拖车上，并连接到所述拖车的所述制动系统。所述布置还包括与罐配合的阀，所述阀根据来自所述卡车的信号来致动以释放所述制动系统。示例性地，所述卡车是自动驾驶卡车，并且从所述卡车的控制器无线发送所述信号。更具体地，所述卡车可以是自动驾驶车辆堆场卡车，并且所述罐可以适于在将所述拖车运送到堆场时通过otr卡车附接到拖车上。
[0029]
根据一实施例，提供一种用于识别和定位车场中的轨道车上的集装箱井的系统和方法，，包括：扫描仪，其基于所述轨道车和所述扫描仪之间的相对运动来扫描所述轨道车，并且将标签与所存储的有关所述轨道车的信息进行比较。所述扫描仪是可以固定扫描仪，并且所述轨道车相对于所述扫描仪通过。所述标签是位于每个所述轨道车的前部或后部中
的至少一个上的射频识别(rfid)标签。可选地或者附加地，所述扫描仪是带有扫描所述轨道车的传感器的运动感知系统的一部分。处理器从所述感知系统接收关于所述轨道车的信息，并且基于所述井的位置和方向来组织用于与所述轨道车相邻的集装箱运载拖车的停放位置。示例性地，在至少一个系统服务器的控制下，所述拖车被自动驾驶堆场卡车移动。在实施例中，处理器从所述扫描仪接收关于所述轨道车的信息，并且基于所述井的位置和方向来组织用于与所述轨道车相邻的集装箱运载拖车的停放位置。在至少一个系统服务器的控制下，所述拖车被自动驾驶堆场卡车移动。
[0030]
根据一实施例，提供一种用于定位拖车前面的气动接头连接器的系统和方法，包括粗略感测系统，其获取所述前面的2d图像和3d图像中的至少一个，并搜索与气动接头相关的图像特征。在所述图像中识别所述拖车前面的边缘之后，所述粗略感测系统定位相比周围图像特征具有不同纹理或颜色的特征。所述粗略感测系统可以包括位于自动驾驶堆场卡车的驾驶室或底盘上的传感器。一种精细感测系统，其位于精细机械手的末端执行器上，所述精细感测系统通过粗略运动操作被移动到与包含候选气动接头特征的所述前面的位置相邻的位置。所述精细感测系统可以包括多个2d成像传感器和/或3d成像传感器。所述精细机械手可以包括安装在多轴粗略运动机构上的多轴机械臂。所述粗略运动机构可以包括安装在所述自动驾驶堆场卡车上的多个线性致动器，所述线性致动器将所述精细机械手从中立位置移动到与所述气动接头候选特征相邻的位置。示例性地，所述粗略运动机构包括安装在所述自动驾驶堆场卡车上的活塞驱动的铰接的平台，所述平台将所述精细机械手从中立位置移动到与所述气动接头候选特征相邻的位置。所述精细机械手可以基于从所述精细感测系统接收的相对于由所述精细感测系统成像的所述气动接头的反馈来被伺服。示例性地，所述精细感测系统定位所述气动接头上的被训练的特征，以确定所述气动接头的姿势。所述特征可以是所述气动接头的环形密封件、用于固定所述气动接头的凸缘的轮廓边缘，以及附接到所述气动接头上的标签中的至少一个。所述标签可以包括有助于确定所述姿势的基准矩阵。所述标签可以位于夹具上，所述夹具被附接到所述气动接头上的被抬起的元件上。所述特征可以包括在所述气动接头的垫圈密封件上的多个识别区域。
[0031]
根据一实施例，提供一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的气动接头的系统和方法，其中，所述末端执行器选择性地接合与释放所述连接器，包括夹紧组件，其选择性地覆盖所述气动接头的环形密封件，并且将所述连接器密封夹紧到所述环形密封件上。所述夹紧组件可以是致动夹具和弹簧加载夹具中的至少一个。示例性地，所述弹簧加载夹具通常是闭合的，并且通过所述末端执行器的夹持动作被打开。所述致动夹具包括以下中的一个：(a)一对旋转的夹紧构件；以及(b)滑动夹紧构件。
[0032]
根据一实施例，提供一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连接器附接到拖车上的气动接头的系统和方法，其中，所述末端执行器选择性地接合和释放所述连接器，包括：探针构件，其包含压力端口，所述压力端口基于所述末端执行器的放置运动而插入并保持在所述气动接头的环形密封件中。所述探针构件可以包括以下中的一个：(a)可释放地压接到所述环形密封件中的截头圆锥形塞；以及(b)选择性地接合在所述气动接头的所述环形密封件下方的空腔，并且发生膨胀以固定在其中的充气塞。所述截头圆锥形塞包括沿圆周的倒钩以帮助保持抵靠所述环形密封件。
[0033]
根据一实施例，提供一种使用带有末端执行器的机械手将基于卡车的气动线路连
接器附接到拖车上的拖车气动接头的系统和方法，其中，所述末端执行器选择性地接合和释放所述连接器，包括：另一气动接头，其以实质上常规的方式固定到所述拖车气动接头上。另一气动接头包括从所述末端执行器接收选择性连接器的快速断开(通用)接头。所述末端执行器携带有相应地相反形状的接头，从而选择性地连接与分离通用接头。
[0034]
根据一实施例，提供一种用于辅助挂接在自动驾驶卡车上的拖车的反向操作的系统和方法，包括：无人驾驶车辆，其相对于所述拖车的后部布置，并且在(a)反向运动之前和 (b)反向运动期间中的至少一个时对所述拖车后面的空间进行成像。所述无人驾驶车辆可以包括无人飞行器(unmanned aerial vehicle，uav)和无人地面车辆(unmanned groundvehicle，ugv)中的至少一个，所述无人地面车辆包括机械车辆，其具有多种传感器类型，并且跟踪所述拖车的周边以定位所述拖车的后部。示例性地，所述传感器类型可以包括前视传感器和仰视传感器。所述无人地面车辆还可适于沿着所述拖车的车顶的顶部行进。并且，展开机构从所述卡车上的位置提起所述无人地面车辆并将无人地面车辆放置在所述车顶上。所述无人地面车辆被布置成相对于所述车顶的中心线行进。所述无人地面车辆包括与所述车顶摩擦接合的轨道和车轮中的至少一个。
[0035]
根据一实施例，提供一种用于辅助挂接在自动卡车上的拖车上的反向操作的系统和方法，包括：安装在线性导向件上的移动传感器组件，所述线性导向件被横向安装在邻近待接收拖车的停车区的结构上。所述传感器组件提供/传输与所述拖车后面的空间有关的传感器数据，所述传感器数据由所述自动驾驶卡车的设施控制服务器和所述自动驾驶卡车的搭载控制器中的至少一个采用。所述传感器组件可以包括视觉系统相机、lidar和雷达中的至少一个。示例性地，相对于装卸平台安装所述线性导向件，和/或所述线性导向件可以包括铁轨、线和轨道中的至少一个。所述传感器组件可以移动到所述结构中所述自动驾驶卡车进行操作的位置，并且其中，所述传感器组件被构造和布置成当在所述结构的位置上各自进行反向运动时向多个自动驾驶卡车提供传感器数据。
[0036]
根据一实施例，提供一种用于使用自动驾驶堆场卡车运输陆运拖车的系统和方法，包括：分离式滑动台架拖车，其具有前部和从所述前部向后延伸的一对分开的导轨。所述前部包括：牵引座挂接件，其用于接合所述卡车；以及多个后轮，其位于靠近所述滑动台架拖车后部的每条所述导轨上。所述分离式滑动台架拖车及相关车轮与所述自动驾驶堆场卡车的电气和气动线路互连，以向所述滑动台架后轮提供制动并向所述滑动台架后部提供照明。提升机构相对于所述车轮定位，当所述分离式滑动台架后退并接合所述otr拖车时，抬起所述导轨以将所述otr拖车的车轮移开地面。由此，所述otr拖车可以被半永久地接合到所述av堆场卡车的所述分离式滑动台架充分支撑与移动。说明性地，所述导轨被布置成长度变化的方式以适应预定长度的otr拖车。
[0037]
根据另一实施例，提供一种使用自动驾驶堆场卡车运输otr拖车的系统和方法，包括：一对自动移动的滑动台架，每个所述滑动台架均适于与所述陆运拖车的相对的各个侧面的车轮组接合。每个所述滑动台架适于将所述车轮组抬离地面，并响应所述自动驾驶堆场卡车提供的信号来提供制动和照明。
[0038]
根据一实施例，提供一种将千斤顶自动施加到拖车上的系统和方法，包括：安装在地面上的基座，以及旋转机构，所述旋转机构将千斤顶组件从与地面实质上齐平的方向旋转到直立方向，并使千斤顶垫面向所述拖车的底部。一对伸缩式千斤顶构件在直立方向上
从所述拖车的所述底部下方的缩回位置移动到与所述拖车的所述底部接合的展开位置。
[0039]
根据一实施例，提供一种用于自动止动拖车的系统和方法，包括：一对垫，其预定长度大于所述拖车的车轮组的长度。所述垫被固定在地面上并且配置成/适于使所述拖车车轮组行使到所述垫上。充气材料选择性地充气以限定多个波状表面，所述波状表面支撑所述车轮组的车轮以抵抗所述车轮的滚动。所述充气材料，相反，在放气时能够使所述车轮自由滚动。示例性地，所述充气材料在被充气时限定具有一系列实质上三角形的齿锯的齿形的横截面。
[0040]
根据一实施例，提供一种用于自动止动拖车的系统和方法，包括：一对歧管壳体，其预定长度大于所述拖车的车轮组的长度。所述歧管壳体沿着每个相对的各个侧面存在，使其适于使所述车轮组在所述歧管壳体间行使。多个并排的可充气管朝向所述车轮组中的相邻的一个向内延伸，其中，完全延伸的管穿过所述车轮组的车轮突出以阻止所述车轮组滚动。
[0041]
根据一实施例，提供一种用于自动止动拖车的系统和方法，包括：位于所述拖车下方的轨道；沿着所述轨道移动的滑块。当所述滑块沿所述轨道将所述杆组件移动到靠近所述车轮组时，所述杆组件向所述拖车的车轮组选择性地移动施加和解除干扰。所述杆组件包括一对反向延伸的杆延伸件，其将所述杆组件从小于所述车轮组之间的内部宽度的宽度选择性地延伸至大于所述内部宽度的宽度。可替代地，所述杆组件和所述滑块中的至少一个包括旋转机构，所述旋转机构在实质上平行于所述轨道的伸长方向与横跨所述车轮组的行进路径延伸的横向方向之间旋转所述杆。
[0042]
根据一实施例，提供一种使用自动驾驶堆场卡车运输otr拖车的系统和方法。所述系统和方法包括龙门架系统，其包括：框架，所述框架的前部和后部具有轮子；以及提升机构，其适于以面向所述拖车的底侧的方式后退至所述拖车。所述提升机构被配置并布置成提升所述底侧，以使所述拖车脱离与地面表面的接触。驱动引导所述轮子移动与行驶，从而与所述拖车对准和接合，并且，制动系统和/或照明系统基于来自系统控制器的命令进行操作。说明性地，所述系统控制器是当被所述提升机构抬起时与所述框架和所述拖车中的至少一个挂接的自动驾驶堆场卡车中的至少一个的一部分。所述提升机构跨越所述拖车的整个长度。
[0043]
根据另一实施例，提供一种使用自动驾驶卡车运输otr拖车的系统和方法，包括：移动的滑动台架，其尺寸和设置使其能够在所述陆运拖车的底侧下方展开并行进，并位于邻近所述陆运拖车后部的相对车轮组之间。夹紧元件与每个所述相对车轮组接合，并适于使所述车轮组脱离与地面的接触，并响应于远程提供的信号来提供制动和照明。说明性地，所述信号由系统服务器和所述自动驾驶卡车中的至少一个提供。还可以提供系绳，其从所述自动驾驶卡车上的附接位置选择性地延伸到所述滑动台架。所述系绳承载气动压力和电力中的至少一个。额外地，所述自动驾驶卡车可以被布置成当所述滑动台架处于未展开状态时，将所述滑动台架相对于所述自动驾驶卡车的底盘固定。
[0044]
根据另一实施例，提供一种使用自动驾驶卡车运输otr拖车的系统和方法，包括：一对自动移动的滑动台架，每个所述滑动台架均适于与所述陆运拖车的相对的各个侧面的车轮组接合，每个所述滑动台架适于将所述车轮组抬离地面，并响应所述自动驾驶堆场卡车提供的信号来提供制动和照明。说明性地，每个所述滑动台架包括部署在远程位置的用
于自动操作的搭载处理器和电源。所述远程位置是设施等待区域、所述自动驾驶卡车的底盘上的位置以及充电站中的至少一个。所述滑动台架包括传感器，所述传感器允许相对于所述otr拖车和车轮组的运动和对准，并向控制器提供信号。并且，可以在所述自动驾驶卡车和系统服务器中的至少一个中提供所述控制器。系绳从所述自动驾驶卡车上的附接位置选择性地延伸到所述滑动台架中的至少一个。所述系绳承载气动压力和电力中的至少一个。所述自动驾驶卡车布置成当所述滑动台架处于未展开状态时，将所述滑动台架相对于所述自动驾驶卡车的底盘固定。
[0045]
根据另一实施例，提供一种用于在堆场中运输otr拖车的系统和方法，包括：机械牵引车，当所述陆运拖车被支撑在起落架上时，每个所述牵引车适于在所述陆运拖车下方通过，并且，所述牵引车与所述陆运拖车的主销接合。所述牵引车包括传感器，所述传感器识别和定位所述主销和所述起落架，并向与系统服务器相关联的控制器提供信号，所述牵引车提供移动动力，并且提供垂直移动支撑件，当所述主销与所述支撑件接合时，所述支撑件选择性地抬起所述主销。说明性地，还包括以下中的至少一个：(a)滑动台架组件，其与所述陆运拖车的相对的各个侧面上的车轮组接合，所述滑动台架组件适于将所述车轮组抬离与地面的接触，并响应于与所述机械牵引车的运动相协调的信号来提供制动和照明，以及(b)安装在所述机械牵引车上的机械手，所述机械牵引车可移除地接合所述陆运拖车上的制动气动压力连接和电气连接中的至少一个，由此从与所述机械牵引车相关联的来源提供动力和气动压力。
[0046]
根据一实施例，提供一种用于在卡车试图反向移动以挂接至拖车的相对关系中，确定所述拖车相对于所述卡车的相对角度的系统和方法。空间感测设备被定位在所述卡车并面向后方，所述感测设备被定位成感测所述拖车底侧下方的空间。处理器识别和分析由所述感测设备相对于所述拖车的起落架支腿和所述拖车的车轮组中的至少一个产生的数据点，并由此确定所述相对角度。所述感测设备可以包括使用结构化光的投影环来生成点，以及相关的点组(例如3d点云)的高分辨率的激光雷达设备。所述处理器识别点组/点云，并将所述点组与所述起落架支腿的预期形状和位置进行比较。如果所述起落架支腿中的一个被阻挡，所述处理器适于估计被阻挡的所述起落架支腿的位置以确定所述相对角度。所述处理器还适于定位并分析所述车轮组的形状和位置来实现以下各项中的至少一项：(a)确认基于所述起落架支腿确定的所述相对角度，以及(b)当无法分析或无法确定所述起落架支腿的角度时，单独确定所述相对角度。所述处理器可以被布置为确定所述拖车的主销的位置。
[0047]
根据一实施例，提供一种用于在卡车试图反向移动以挂接至拖车的相对关系中，确定所述拖车的主销相对于所述卡车的相对位置的系统和方法。空间感测设备被定位在所述卡车并面向后方，所述感测设备被定位成感测所述拖车底侧下方的空间。处理器识别和分析由所述感测设备相对于所述主销、所述拖车的起落架支腿和所述拖车的轮组中至少一个而产生的数据点(例如3d点云)，从而确定所述主销的相对位置。示例性地，所述感测设备是使用结构化光的投影环来生成点/点云的高分辨率的激光雷达设备。所述处理器识别点组 /点云，并将所述点组/点云与所述主销和所述起落架支腿的预期形状和位置进行比较。所述处理器可以被布置为利用所述激光雷达设备迭代成像，并且定位代表期待位置的点组，并且响应于高于预定阈值的置信度值来提供所述主销的相对位置。
附图说明
[0048]
参照以下附图对本发明进行说明，其中：
[0049]
图1是示例性运输设施的俯瞰图，其中，所述运输设施具有存放、装载和卸载拖车的位置，所述拖车与根据系统和方法提供的在堆场内操作的av堆场卡车配置结合使用；
[0050]
图2是与本文所述的系统和方法结合使用的燃料驱动的av堆场卡车的立体图；
[0051]
图3是与本文所述的系统和方法结合使用的电动av堆场卡车的后视图，其示出了服务连接(例如气动制动和电气连接)；
[0052]
图4是另一电动av堆场卡车的后视图，其示出了卡车底盘的升起的牵引座；
[0053]
图5是根据一实施例的挂接式av堆场卡车和拖车的局部侧视图，其示出了由安装在卡车的探针和安装在拖车的接收器组成的气动连接；
[0054]
图6是图5所示的挂接式av堆场卡车和拖车的局部俯视图，其示出了拖车相对于卡车转动一个角度，使得接收器和探针彼此远离的状态；
[0055]
图7是图5的探针和接收器配置的更详细的立体图，其示出了连接过程中被引导至接收器中的探针；
[0056]
图8是图5的探针和接收器配置的暴露的侧视图，其示例性地示出了av堆场卡车和拖车之间紧急制动电路的典型气动连接；
[0057]
图8a是与图5的配置类似的示例性探针和接收器配置的暴露的侧视图，其包括当连接气动服务时，用于互连av堆场卡车和接收器之间电气服务的多个电触点；
[0058]
图8b是根据另一实施例的具有致动套环的空气连接机构的分解立体图，该致动套环将母连接器(卡车/耦合器侧)锁定到公连接器(拖车/接收器侧)；
[0059]
图8c-8e是图8b的机构的侧截面图，示出了分别在断开、连接和锁定状态下将母连接器连接和锁定到公连接器的连接过程；
[0060]
图9是根据一实施例的具有用于连接(例如)气动紧急制动服务的安装在卡车的探针和安装在拖车的接收器的示例性av堆场卡车和拖车侧视图，其中探针安装在张紧的电缆和线轴组件上，以允许拖车相对于卡车转动；
[0061]
图10是包括图9的电缆和线轴组件的探针和接收器配置的更详细的侧截面图；
[0062]
图11是根据一实施例的处于挂接配置的av堆场卡车和拖车的后视图，其示出了用于连接(例如)气动紧急制动服务的安装在卡车的探针和安装在拖车的接收器，其中，探针安装在与相邻张紧电缆和线轴组件相连的位置，以允许拖车相对于卡车转动；
[0063]
图12是包括图11的电缆和线轴组件的探针和接收器配置的更详细的侧截面图；
[0064]
图13是根据实施例的具有用于气动连接的截头圆锥形接收器的拖车的局部后视图，该截头圆锥形接收器用于与av堆场卡车连接；
[0065]
图14是图13的锥形接收器的更详细的立体图，其示出了互连的托架组件，该托架组件允许接收器选择性地附接至拖车和从拖车主体得到拆卸；
[0066]
图14a是示例性接收器的立体图，该接收器具有互连的气动线路/空气软管，气动线路 /空气软管与拖车气动线路的现有气动接头相连；
[0067]
图15是选择性地装卸至托架或从托架脱离的活动夹具的立体图；
[0068]
图16是图13的拖车的局部仰视图，其示出了插入至拖车底部的槽中的支架端的钩或立柱；
[0069]
图17是av卡车和拖车的气动连接系统的立体图，其示出了附接至拖车上的截头圆锥形接收器，以及具有充气环的探针组件，充气环用于将探针和接收器气密密封；
[0070]
图18是根据一实施例的可移动板的前视图，可移动板用于在拖车上安装用于连接气动和/或电气服务的一个或多个接收器，可移动板包括与拖车底部/下侧的槽接合的一对杆夹式托架；
[0071]
图19是图18的板和托架组件的侧视图；
[0072]
图20是图18的板和托架组件的分解图；
[0073]
图21是根据图18的拖车的底部视图，其示出了拖车的各种操作部件，包括附接在接收器的板、托架组件；
[0074]
图22是图21所示的附接的板和托架组件的更详细的局部立体图；
[0075]
图23是根据各种实施例的用于形成气动连接的改进的气动接头的顶部后视图；
[0076]
图24是图23的改进的气动接头的底部前视图；
[0077]
图25是图23的改进的气动接头的侧视图，其通过接合到常规气动接头主体的顶部的可移动拇指夹具来固定到常规气动接头(例如在拖车紧急制动线路上)；
[0078]
图26是根据实施例的av堆场卡车的后视图，其示出了用于将卡车压力或电连接器连接到拖车接收器的多轴机械臂组件；
[0079]
图26a是根据一实施例的具有三轴(三重)线性致动器的av堆场卡车的局部后视图，所述线性致动器适于将耦合器递送到接收器；
[0080]
图27是根据实施例的av堆场卡车的后视图，其示出了用于将卡车压力或电连接器连接到拖车接收器的机械框架、伸缩臂，以及末端执行器组件；
[0081]
图28是根据一实施例的卡车底盘的局部侧视图，其示出了用于将卡车压力或电连接器连接到拖车接收器的多轴机械臂和末端执行器组件；
[0082]
图28a是根据一实施例的安装在av堆场卡车的机械手的立体图，该机械手包括具有互连的拖车气动线路(空气软管)和耦合设备的臂/腕/手递送机构；
[0083]
图28b是示例性av堆场卡车及挂接到其上的拖车的局部侧视图，其具有图28a所示的臂/腕/手递送机构，以及安装在拖车上的相应接收器；
[0084]
图28c是与安装在拖车的接收器连接的图28a的臂/腕/手递送机构的侧视图；
[0085]
图29示出了根据一实施例的将av堆场卡车挂接到拖车上的大体过程和操作组件的框图，包括使用机械手连接一条或多条服务线；
[0086]
图30是用于在堆场环境内的装卸过程中打开/关闭拖车门的车门站的示意图；
[0087]
图30a是根据说明性实施例的图30的夹紧机构的详细视图；
[0088]
图31是用于图30的车门站的示例性多臂机器人的立体图；
[0089]
图32是位于车门站附近的示例性拖车后部的局部立体图，车门站包括具有可伸缩开门立柱的地板基座和供拖车倒退进入的框架，框架具有选择性地接合拖车后部平开门的门解锁和开门固定机构；
[0090]
图32a是图32的车门站的分解立体图；
[0091]
图32b是用于图32的开门固定机构中的示例性的门固定夹具的平面图，该门固定夹具可以应用于旋转打开的拖车门，以在运输和卸载期间将其保持在打开位置；
[0092]
图32c是图32的开门固定机构的门固定夹具和相关的夹持器机构的立体图，其中
示出了夹持所述夹具的状态；
[0093]
图32d是图32c的开门固定机构的门固定夹具和相关的夹持器机构的立体图，其中示出为释放所述夹具的状态；
[0094]
图32e是图32的示例性拖车后部和车门站的局部立体图，其示出随着开门立柱从底板基座延伸，开门固定机构运动以将夹具施加到平开门的边缘，从而将门保持在打开状态的附图；
[0095]
图32f是图32的示例性拖车后部和门站的局部立体图，其示出了随着开门立柱缩回到地板基座，开门固定机构将夹具施加到平开门的边缘上的附图；
[0096]
图32g是图32的示例性拖车后部和门站的局部立体图，其示出了开门固定机构远离旋转打开的门的边缘，其中夹持器释放夹具并且车门被固定在旋转打开位置；
[0097]
图33是示例性的av堆场卡车和挂接在其上的拖车的后向立体图，其描绘了安装在堆场卡车后部的用于识别和跟踪拖车前面板唯一特征的相机/测距传感器组合；
[0098]
图33a是在示例性堆场卡车的倒车操纵期间用于提取后续图像框中的跟踪特征的图像处理阶段的附图；
[0099]
图33b示出了拖车图像，该图像指示用于估计拖车的高度差的图像中的跟踪特征的垂直偏移，并由此估计牵引座起落架离开地面的高度；
[0100]
图34示出了多个并排的otr拖车前部以及在其上的应用拖车标识号的相关联的多个相应位置的附图；
[0101]
图34a示出了多个离散的示例性ar标签，其可以被放置在拖车的前面板上以简化使用自动计算机视觉系统来视觉识别特定拖车的任务；
[0102]
图34b示出了av堆场卡车的后视立体图，其示出了安装的传感器的覆盖范围，以帮助识别堆场卡车左右两侧的拖车；
[0103]
图34c示出了由一系列图像框表示的流程图，这些图像框表示用于传感器处理以便从拖车的前面提取拖车标识号的过程；
[0104]
图35示出了根据现有实施方式的装卸站台信号系统和相应信号单元的示意图，其特征在于红灯和绿灯指示是否可以安全地将拖车卸载和/或拖走，或者站台是否打开或关闭；
[0105]
图36是根据一实施例的具有通过线束添加的站台通信电子设备以允许在自动驾驶卡车环境中使用的装卸站台信号系统的示意图；
[0106]
图37是根据一实施例的具有定制/专用站台信号单元的站台信号系统的示意图，所述站台信号单元具有与自动驾驶卡车环境的自动系统相互操作的附加能力；
[0107]
图38是根据一实施例的使用安装在av堆场卡车的相机或等效传感器来检测和报告(例如)图35所示的信号单元状态的系统和方法的附图；
[0108]
图39示出了在电动av堆场卡车环境中使用的示例性计算机系统的框图，该计算机系统具有充电管理和调度过程(处理器)以及用于输入期望的充电时隙的相关联的用户接口；
[0109]
图40是与自动驾驶卡车一起使用以验证拖车正确挂接的示例性牵引测试过程的流程图；
[0110]
图40a示出了验证拖车正确挂接的多次牵引测试过程的一部分的单次牵引测试；
[0111]
图40b是包括重复使用图30a的单次牵引测试程序以验证拖车正确挂接的示例性多次牵引测试过程的流程图；
[0112]
图41是用于从自动模式切换到驾驶员系统操作的示例性模式更换过程的流程图；
[0113]
图42是根据一实施例的具有rfid标记的示例性轨道车的示意性俯视图，所述rfid标记用于确定自动驾驶堆场卡车环境中的井位；
[0114]
图43示出了具有多个带有rfid标记的轨道车的火车的示意性俯视图，所述rfid标记与用于确定井位置并由此进行排序的基于堆场的扫描或移动感知系统一起使用；
[0115]
图44是由图43的感测和/或感知系统识别和组织的停放的火车和多个相关的拖车停放位置的示意性俯视图；
[0116]
图44a是根据一实施例的使用图43的感测系统来确定轨道车井位和拖车停放位置的过程的流程图；
[0117]
图44b是根据一实施例的使用图43的感知系统来确定轨道车井位和拖车停放位置的过程的流程图；
[0118]
图45示出了拖车的前面，其示出了根据一实施例的提供在自动驾驶卡车的粗略感测组件操作的粗略位置确定过程中使用的气动制动气动接头连接的相关面板的合适位置；
[0119]
图46示出了安装在自动驾驶卡车的用于检测相邻拖车的前面特征从而定位其上的气动接头面板的粗略位置感测组件；
[0120]
图47示出了由图46的感测组件生成的所获取的图像以及其中的用于定位气动接头面板的区域的附图；
[0121]
图48示出了挂接在自动驾驶卡车底盘上的拖车，其示出了大体根据图32安装在自动驾驶卡车底盘上的精细位置末端执行器，其具有相对于末端执行器定位的精细感测组件，以将其引导至拖车的气动接头上；
[0122]
图49是安装在自动驾驶卡车底盘上的多轴(例如三轴)粗略定位组件，用于移动机械臂机械手和相关的末端执行器，以便将末端执行器和承载的基于卡车的气动接头连接器定位到由粗略检测系统定位的拖车气动接头面板附近；
[0123]
图50示出了拖车气动接头的图像，精细感测系统利用该图像来确定姿势以用于操纵机械手末端执行器和相关的基于卡车的气动接头连接器与拖车气动接头接合；
[0124]
图50a是示例性气动接头垫圈的立体图，其具有增强气动接头垫圈的自动识别、位置和姿势的特征；
[0125]
图51示出了常规的拖车气动接头，其示出了用于通过自动驾驶卡车及机械手感测组件来识别的气动接头姿势的凸缘独特边缘；
[0126]
图52示出了具有唯一标签的常规气动接头，唯一标签用于通过自动驾驶卡车机械手感测组件来识别气动接头的姿势；
[0127]
图53示出了可应用于图52的标签表面的基于基准的唯一识别符；
[0128]
图54示出了挂接在自动驾驶卡车底盘上的拖车的示意图，其示出了根据一实施例的携带精细机械手的多轴粗略操纵系统；
[0129]
图55是图54的拖车和自动驾驶卡车的俯视图，其示出了拖车在其挂接件上的旋转角度，粗略操纵系统将精细机械手定位在其中使其末端执行器能够到达拖车的气动接头面板；
[0130]
图56是图54的拖车和自动驾驶卡车的俯视图，其示出了拖车相对于图55处于另一相反的旋转角度的状态，粗略操纵系统将精细机械手定位在其中使其末端执行器能够到达拖车的气动接头面板；
[0131]
图57是根据另一实施例的挂接在自动驾驶卡车底盘上的拖车的侧视图，其示出了带有精细机械手机械臂的多轴粗略操纵系统，其中机械手系统以收起的方向安装在活塞驱动的铰接平台上；
[0132]
图58是图57的拖车和自动驾驶卡车的侧视图，其示出了在卡车底盘上处于展开方位的活塞驱动的铰接平台；
[0133]
图59是根据本文的各个实施例的用于操纵基于卡车的拖车气动接头连接器的多轴(例如6轴)精细操纵机械臂组件和相关的末端执行器的立体图；
[0134]
图60是基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，该连接响应于相关联的致动器采用夹紧动作，其相对于拖车气动接头处于打开方向；
[0135]
图60a是图60的基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，其相对于拖车气动接头处于闭合/接合方向；
[0136]
图61是基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，该气动接头连接响应于机械手末端执行器的运动而采用弹簧加载的，类似夹子的动作，其相对于拖车气动接头处于打开方向；
[0137]
图61a是图61的基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，其相对于拖车气动接头处于闭合/接合方向；
[0138]
图62是采用加压配合连接动作的基于卡车的气动接头连接的局部立体图，其相对于拖车气动接头处于接合/连接方向；
[0139]
图62a是沿图48的62a-62a线的剖视图；
[0140]
图63是基于卡车的气动接头连接的横截面立体图，该连接采用可充气的，类似插头的连接，其相对于拖车气动接头处于接合/连接的方向，从而机械手通过适当的基于卡车的连接和末端执行器访问互连器；
[0141]
图64是基于卡车的气动接头连接的立体图，其上具有工业互换连接器，以将基于卡车的气动接头(使用常规的旋转附接技术)半永久地附接到拖车的气动接头；
[0142]
图65是基于卡车的气动接头连接的局部侧视图，该连接采用了集成在卡车连接器的线性致动器的夹紧作用，其相对于拖车气动接头处于打开方向；
[0143]
图66是图51的基于卡车气动接头连接的局部侧视图，其相对于拖车气动接头处于闭合/接合方向；
[0144]
图67和67a示出了根据本文的各个实施例的使用粗略和精细感测和操纵系统来执行自动驾驶卡车和拖车之间的气动接头(或类似)连接过程的流程图；
[0145]
图68是根据一实施例的拖车的后部的局部立体图，其示出了在自动驾驶卡车和/或设施系统服务器的控制下的无人飞行器(uav)和无人地面车辆(ugv)，它们对车辆后部区域进行扫描和成像以用于(例如)倒车操作；
[0146]
图69是根据一实施例的自动驾驶卡车和挂接在其上的拖车的局部立体图，其示出了与拖车顶部的前端接合的展开机构和相关的ugv；
[0147]
图70是图69的拖车和ugv的局部立体图，其示出了从拖车车顶后部获取传感器数
据的ugv；
[0148]
图71是根据一实施例的挂接到自动驾驶卡车上的分离式滑动台架拖车的立体图，由于分离式滑动台架拖车可以提供除了倒车感测之外的功能，可以通过在otr拖车和卡车之间没有电气或气动连接的方式接收和运输otr拖车；
[0149]
图72是图71的分离式滑动台架拖车和otr拖车的立体图，其示出为接合状态以由自动驾驶卡车运输；
[0150]
图73是根据一实施例的一对自动滑动台架中的一个的局部立体图，其用于与otr拖车每一侧的车轮组接合，以使otr拖车可以被自动驾驶卡车运输而不会与地面接触，滑动台架提供制动、照明和后方感应、接合和提起车轮组的功能；
[0151]
图74是图73的自动滑动台架和otr拖车的局部立体图，其示出了在接合状态下车轮组被升高的状态；
[0152]
图74a是根据一实施例的单个拴住的机械滑动台架的侧视图，其与自动驾驶堆场卡车结合起来用于抬高示例性拖车的后车轮组，从而避免从堆场连接制动气动线路和/或电气连接的需要，其示出了准备与拖车接合的状态；
[0153]
图74b是图74a的滑动台架和的相邻拖车的俯视图，其示出了拖车上的车轮和轴的位置；
[0154]
图74c是图74a和图74b的拖车的俯视图，其示出了滑动台架与拖车的车轮接合以抬离地面的状态；
[0155]
图74d是根据一实施例的一对滑动台架中的一个的立体图，其示出为与示例性拖车的相应侧面上的车轮接合的状态；
[0156]
图74e根据一实施例的机械龙门架系统的侧视图，机械龙门架系统用于与自动驾驶堆场卡车(未示出)结合或作为独立的自动运输单元来升高示例性拖车的整个底部，从而避免从堆场卡车连接气动线路和/或电气连接的需要，其示出了准备接合拖车的状态；
[0157]
图74f是图74e的机械龙门架系统和示例性拖车的侧视图，其示出为接合并在提升之前的状态；
[0158]
图74g是图74e的机械龙门架系统和的示例性拖车的侧视图，其示出完成接合并将拖车抬离地面以进行运输的状态；
[0159]
图74h是根据一实施例的用于抬高示例性拖车的前主销的机械牵引车，以及在牵引车上的机械臂的侧视图，所述机械臂在牵引车和拖车制动气动线路和/或电气连接之间提供连接，其示出为准备接合拖车的状态；
[0160]
图74i是图74h的对齐的牵引车和拖车的侧视图，其示出为准备接合并抬起主销的状态；
[0161]
图74j是图74h和74i的牵引车辆和拖车的侧视图，其中垂直立柱已接合并升高了主销，并且机械臂已接合拖车上的气动接头连接件用于提供制动气动力和/或电力；
[0162]
图74k是根据一实施例的用于抬高示例性拖车的前主销的自动牵引车，以及分离式滑动台架的侧视图，所述滑动台架抬高后轮以避免牵引车和拖车制动气动线路和/或电气连接之间的连接，其示出为准备接合拖车的状态；
[0163]
图74l是图74k的对齐的牵引车和拖车的侧视图，其示出为准备接合并抬起主销的状态；
[0164]
图74m是图74k和图74l的牵引车和拖车的侧视图，其中，垂直立柱已接合并升起主销，并且，滑动台架组件允许通过滑动台架组件提供的相关制动和照明使得拖车后部自由移动；
[0165]
图74n是具有一体式牵引车辆的分离式滑动台架拖车的立体图；
[0166]
图75是根据一实施例的安装在设施的移动感测系统的局部立体图，该系统用于提供通常由自动驾驶卡车牵引的拖车后部的图像；
[0167]
图76是根据一实施例的位于自动展开千斤顶支架附近的拖车和相关起落架的局部立体图，其示出为千斤顶处于缩回位置，并与地面齐平的状态；
[0168]
图77是位于图76的自动展开千斤顶支架附近的拖车和相关起落架的局部立体图，其显示为千斤顶处于展开位置，并且千斤顶垫面向拖车底部的状态；
[0169]
图78是位于图76的自动展开千斤顶支架附近的拖车和相关起落架的局部立体图，其显示为拖车与垫抵靠而处于接合位置，并且千斤顶支撑拖车底部的状态；
[0170]
图79是根据一实施例的停在可充气、锯齿形的自动止动件上拖车和相关的车轮组的局部立体图，其显示为放气、未展开的状态；
[0171]
图80是图79的拖车和相关的车轮组的局部立体图，其中自动止动件处于充气、展开状态，并且锯齿接合并限制车轮组运动；
[0172]
图81是在停靠在歧管附近的拖车和相关的车轮组的局部立体图，所述歧管部署了多个向内延伸的可充气管以提供自动止动组件，其显示为放气、未展开的状态；
[0173]
图82是图81的拖车和相关的车轮组的局部立体图，其中，自动止动组件处于充气、展开状态，并且，管接合并限制车轮组运动；
[0174]
图83是根据一实施例的停放在自动止动组件上的拖车和相关车轮组的局部立体图，其使用中心线轨道，该轨道具有滑动的横向管/杆，该管/杆具有可相对伸缩的伸缩管/杆，伸缩管/杆显示为未展开的状态；
[0175]
图84是拖车和相关的车轮组的局部立体图，其具有图83的自动止动组件的相对伸缩的伸缩管/杆，伸缩管/杆处于伸出的展开状态，并准备与车轮组接合；
[0176]
图85是拖车和相关的车轮组的局部立体图，其具有图83的自动止动组件的展开的管/ 杆延伸端，延伸端滑动接合车轮组以限制其运动；
[0177]
图86是根据一实施例的停靠在自动止动组件上的拖车和相关车轮组的局部立体图，其使用具有滑动的横向管/杆的中心线轨道，横向管/杆在滑块上具有枢轴机构以在平行于轨道的未展开方向和垂直于轨道的展开方向之间旋转杆，其示出了未展开方向的状态；
[0178]
图87是拖车和相关的车轮组的局部立体图，其具有图86的处于旋转展开方向的自动止动组件，其处于准备与车轮组接合的状态；
[0179]
图88是拖车和相关的车轮组的局部立体图，其具有图87的自动止动组件的展开的管/ 杆，其滑动接合车轮组以限制车轮组运动；
[0180]
图89是自动驾驶(例如堆场)卡车和拖车的侧视图，拖车被布置成允许使用安装在卡车后方的高分辨率lidar设备和相关联的过程(处理器)来挂接在一起，过程(处理器) 定位和确定相对于卡车的拖车(中心线)的相对角度；
[0181]
图90是图89的卡车和拖车布置的俯视图，其示出了相对于后置lidar设备的光束
图案的拖车起落架和车轮组位置；
[0182]
图91是图89和图90的拖车的lidar设备扫描区域的俯视图，其示出了用于确定相对拖车角度的代表起落架支腿和车轮的点组；
[0183]
图92是被lidar设备光束扫描的图89和图90的卡车和拖车布置的俯视图，其中，拖车中心线与锥形光束/卡车中心线的中心轴几乎成直角，其中一个拖车起落架支腿被遮挡；
[0184]
图93是自动驾驶(例如堆场)卡车和拖车的侧视图，其布置成允许使用安装在卡车后方的高分辨率lidar设备以及相关的过程(处理器)实现挂接，过程(处理器)定位和确定用于挂接到卡车的牵引座上的拖车主销的位置；
[0185]
图94是图93的卡车和拖车布置的俯视图，其示出了相对于后置lidar设备的光束图案的拖车主销、起落架和车轮组位置；
[0186]
图95是图93和图94的拖车的lidar设备扫描区域的俯视图，其示出了代表主销和起落架支腿的点组，用于确定车辆/导航坐标空间内的主销位置；以及
[0187]
图96是根据图93至图95的使用lidar设备来识别和确定拖车主销位置的过程的流程图。
具体实施方式
[0188]
i.概述
[0189]
图1示出了示例性运输设施100的俯瞰图，其中，陆运(over-the-road，otr)卡车(牵引拖车)从远处运送来装载货物的拖车并将拖车送回至原处(或例如仓库等其他位置)。在标准的操作过程中，otr运输设备与拖车一起到达目的地的警卫室(或类似的设施入口检查站)110。警卫员/值班员将拖车信息(系统中已经存在的拖车编号或qr(id)码扫描嵌入信息，通常包括拖车品牌/型号/年份/服务连接位置等)输入到设施软件系统中，设施软件系统是服务器或其他计算系统120的一部分，其位于异地或完全或部分位于设施建筑综合体122、124内。综合体122、124包括周边装载站台(位于建筑物的一侧或多侧)、相关的(通常是高架的)货物入口和门，以及地上仓库，所有这些都以运输、物流等领域的技术人员所熟知的方式布置。
[0190]
如简化的操作示例所示，在otr卡车到达后，警卫员/值班员会指示驾驶员将拖车运送到指定停候区130(此处显示为按照设施的总体布局并排停放有大量拖车132的区域)的特定编号停车位。通常在公司的综合堆场管理系统(yard management system，yms)中更新拖车数据和停放状态，该系统可以存储在服务器120或其他位置。
[0191]
在驾驶员将拖车停放到停候区130的指定停车位后，他/她将断开服务线并确保连接器处于可接近位置(即是否可调节/可密封)。如果拖车配备有平开门，可以在堆场人员的指示下，打开拖车门并将门夹紧在打开位置。
[0192]
在一定时间后，将停候区130中的(即，已装载的)拖车挂接至堆场卡车/牵引车(在本申请中为自动驾驶车辆(autonomous vehicle，av))。当卸载指定拖车时，av堆场卡车被分派至其标记的停车位以取回拖车。当堆场卡车向后退至拖车时，堆场卡车使用一个或多个安装的相机(例如，标准或自定义相机、2d灰度或彩色像素相机、基于图像传感器的相机)，和/或其他关联的(通常是3d/范围确定)传感器(例如gps接收器、雷达、激光雷达(lidar)、立体视觉传感器、飞行时间摄像头、超声波/激光测距仪等传感器)来实现以下功
能：(i)通过读取拖车编号或扫描qr码、条形码或其他类型的编码识别符来确认拖车身份；(ii)将卡车的连接器(connector)与相应拖车的接收器(receptacle)对齐。所述连接器的非限制性示例包括驾驶室牵引座与拖车主销的连接、气动线路，以及电线。可选地，在上拉av堆场卡车并与拖车初始对齐期间，还可以使用安装在堆场卡车上的相机进行拖车检查，例如检查是否损坏、确认轮胎充气状态并验证其他安全标准。
[0193]
挂接的拖车被av堆场卡车牵引至设施100的卸载区140。拖车被倒入该区域的装卸平台，并且敞开的后侧紧靠设施的入口和货舱门。然后，采用手动和自动技术将货物卸下拖车以放入设施100。在卸载期间，av堆场卡车可以保持与拖车的挂接，也可以从拖车断开从而执行其他任务。在卸载之后，av堆场卡车最后将拖车从卸载区140移出，或将其送回至停候区130，或将其运送到设施100的装载区150。后侧平开门(或其他类型的门)为打开状态的拖车被放回装卸平台，并使用手动和/或自动技术从设施100装载货物。av堆场卡车可以再次挂接装载拖车，并将其从装载区150牵引至停候区130从而最终由otr卡车搬运。在这一过程的每个步骤中，使用av堆场卡车上的传感器和/或其他手动或自动数据收集设备(例如地面和/或空中摄像无人机)进行适当的数据跟踪和管理。
[0194]
如上描述了在设施内搬运拖车的一般技术，现在参考图2至图4来说明与下文所述的各种实施例一起使用的示例性堆场卡车200和300。堆场卡车200(图2)由柴油或其他内燃燃料提供动力，并且，堆场卡车300、400(图3和图4)使用适当的可充电电池组件供电，该电池组件以本领域技术人员熟知的方式工作。为了进行描述，可以通过充电电池向 av堆场卡车供电，但也可以使用其他任意动力源(或其组合)为该单元提供移动性。值得注意的是，每个示例性堆场卡车200、300、400分别至少包括驾驶室部分210、310、410 (完全自动驾驶版本中可以省略)；方向盘(以及其他手动控制装置)212、312、412；以及底盘220、320、420，底盘包括前转向轮222、422和至少一对后驱动轮224、324(在本文中示出为具有更大承载能力的双轮布置)。各个底盘220、320、420还包括所谓的牵引座 240、340，牵引座240、340(特别参考图3和图4中的卡车300、400)被布置为具有面向后侧的狭槽344(图3)的马蹄形的垫342、442，狭槽344的大小和布置用于接收位于标准拖车(未示出)底部的主销挂接件(在下面将进一步示出并描述)。如图2所示，牵引座 240、340、440趋向后方向下倾斜，从而有助于卡车倒车至拖车时的斜坡作业。如图4所示，牵引座440被杠杆臂组件442抬起，由此，可以如下所述地允许拖车的起落架(在附接时)在被卡车400牵引期间离开地面。杠杆臂组件442或其他牵引座的抬升机构可以使用本领域技术人员已知的适当的液压抬升致动器/机构，使得所挂接的拖车前端被抬起。在该抬起方向上，卡车和拖车之间的挂接被固定。
[0195]
如上大体所述，av堆场卡车可以包括各种传感器，这些传感器允许其以实质上或完全不受人为干预的自动方式在车场中导航并挂接至拖车/从拖车上分离。除了发出取回或卸载拖车的命令之外，没有人为干预，而发出命令也可以由yms通过服务器120使用卡车和卡车之间的无线数据传输160(图1)(还包括例如基于wifi等的适当的无线网络收发器)来实现。
[0196]
值得注意的是，图2、图3和图4的av堆场卡车200、300和400分别包括紧急制动气动软管250、350、450(通常为红色)；行车制动气动软管252、352、452(通常为蓝色) 和电气线路254、354、454(通常为黑色)，在本示例中，这些软管从驾驶室210、310、410 的后侧延伸并以常规(手动连接)的布置悬挂在驾驶室侧前方。由此，在上述操作过程中，在从拖车上连接
和断开软管/线路时可使堆场工作人员进入。如虚线框所示，av堆场卡车 200、300、400分别包括控制器组件270、370和470。控制器270、370、470可以驻留在卡车上的任何可接受，或其他位置。控制器270、370、470分别与一个或多个传感器274、 374、474互连，所述传感器274、374、474感应并测量堆场的操作环境，并通过收发器向设施(例如，yms、服务器120等)提供数据160或从其获得数据160。卡车200、300、400 的控制可以完全在控制器270、370、470内独立实施，控制器接收任务计划并决定适当的操作(例如启动、停止、转弯加速、制动、前进、后退等)。或者，控制决定/功能可以分布在控制器和远程控制计算机(例如服务器120)之间，远程控制计算机计算卡车的控制操作并将它们作为数据传输回来，这些数据由卡车的本地控制系统操作。大体上，可以根据所期望的结果在本地控制器270、370、470和设施系统服务器120之间适当地分配对于卡车操作的控制。
[0197]
ii.堆场卡车和拖车之间的气动线路连接
[0198]
a.探针和接收器组件
[0199]
建立一个在地面操作过程中实质上或完全不受人为干预的av堆场卡车和拖车系统的特殊挑战是在卡车和拖车之间以可靠和准确的方式自动连接/断开软管和电线。图5至图8 示出了由av堆场卡车502和拖车504组成的基本布置500。可以在传统拖车布置的基础上进行如下的增加和/或修改，从而使其在av堆场环境中工作。图中所示的卡车502和拖车 504通过至少一个连接器(例如气动紧急制动线路)510挂接在一起。在堆场里牵引拖车时，堆场卡车通常只建立紧急制动连接，但也可以考虑额外连接行车制动器以及电线等。本文中用于单个气动线路的连接布置510包括：接收器组件520，其永久地或临时地安装在拖车504的前部522；以及探针组件530，其从卡车驾驶室534的后面532延伸。在该实施例中，连接布置510在从卡车到拖车的一个气源气动线路(例如，紧急制动器)之间提供强制密封的加压耦合。压力产生于卡车侧(通过泵、压力罐等)，并在由卡车控制系统270、 370启动时被传递到驱动拖车制动器的部件。
[0200]
接收器组件520和探针组件530是相互接合的截头圆锥形，其中，探针头540被安装在半刚性软管构件542(例如大约1.5-4.5英尺)的端部，半刚性软管构件542的端部可以由高高安装在卡车驾驶室的后部的一个或多个牵索支撑。当卡车直接倒退到拖车上时，圆锥形足够实现探针头540和接收器520之间的连接。特别参考图8，本实施例的接收器直接附接到拖车504的前面522，并且包括中心孔810，中心孔810在侧面安装端口820(其可以用螺纹连接，也可以采用其他方式连接标准拖车压力线路)和压力快速断开(公)接头822之间延伸。上述接头的几何形状对于本领域技术人员而言是公知的。探针头540还包括孔830，孔830连接到邻近的接头832，邻近的接头832将半刚性软管构件542耦合到探针头540。在本实施例中，半刚性软管构件542的近端附接到基座840，基座840固定在卡车驾驶室534的后面532。基座840的位置被选择为当拖车和卡车前后直线对齐时与接收器520对齐。如下所述，可以采用各种机构来将探针头540对准并引导至接收器。基座 840还包括侧端口842，侧端口842与av卡车制动压力源/电路互连，并且在启动制动器时被选择性地加压。圆锥形探针540的远端包括快速断开压力(母)连接器850，连接器850 适于与接收器的连接器822密封配合。当探针连接器850在轴向上被驱动至与接收器的连接器具有足够距离时，可以被锁定到接收器的连接器822上。接收器的连接器可以包括一个或多个外缘止动件和适当的内部弹簧，在探针连接器的构造中可以使用套环和滚珠轴承来接合止动件并由此影响连接器
822、850之间的互连密封。可替代地或附加地，可以使用气动和/或机电锁定机构将连接器锁定在一起。连接器822、850在断开期间的解锁可以通过简单地将布置拉开来实现，由此克服轴向阻碍的锁定力，激活气动和/或机电解锁机构或任何其他允许机构解锁的机械动作。锥形探针和锥形接收器的直径和角度是可变的。在一实施例中，接收器520和探针540的端口812和842连接到软管，这些软管可以直接插入拖车和卡车上的气动线路中。可替代地，端口812、842可各自连接至软管，所述软管均包括常规的或改进的(如下所述)气动接头(glad hand)连接器。气动接头与标准气动线路气动接头永久或临时(对于拖车而言)互连。
[0201]
探针540和接收器520可以由多种材料制成，例如耐用聚合物、铝合金、钢或它们的组合。连接器822和850可由黄铜、钢、聚合物或它们的组合制成。它们通常包括一个或多个(例如)由聚氨酯或其他耐用弹性体制成的o形密封圈。半刚性软管542可以由聚合物(聚乙烯、聚丙烯等)或具有纤维或钢增强护套的天然或合成橡胶制成。
[0202]
如在图8a的实施例中简要示出，接收器860和探针870(其操作类似于上文所述的探针540和接收器520)可以包括电触点，例如在探针870的圆锥形外表面形成的多个轴向间隔开的同心环880、882、884，当探针的连接器872(以虚线显示)和接收器的连接器 862(以虚线显示)完全接合时，同心环880、882、884与形成在接收器860的圆锥形内表面上的相应环或触点890、892、894接触。这样就可以完成拖车电气组件(灯，信号等) 与卡车上的开关电源之间的电气连接。可以从探针和接收器延伸出来适当的插头和插座，由此互连标准的卡车和拖车电线。应注意，在替代实施例中，可以结合气动探针和接收器，或者与气动探针和接收器分离来使用多种替代的电气连接布置。
[0203]
图8b至图8e的实施例示出了能够通过电驱动在锁定状态和解锁状态之间选择性地进行改变的连接器/耦合器组件880。组件880适于与上述探针和接收器组件或下文所述实施例中的其他耦合器和接收器布置相互操作。耦合器组件880包括公耦合器881，其可以是接收器或探针的一部分。在该实施例中，耦合器881包括传统的(例如)1/2英寸npt螺纹、螺纹管、空气线路(airline)快速断开接头，以及一个或多个整体环形锁定槽882。槽882可以限定为半圆形截面形状。整体组件880的母部件适于可释放地连接并锁定到公接头881，公接头881形成为滑动快速断开接头。在该实施例中，内套筒884的尺寸被设置成当耦合在一起时可以在公接头881上滑动。一组外缘(例如)滚珠轴承885位于围绕套筒884的圆周形成的孔886中。所述母接头的滚珠轴承885的尺寸被设置为可完全放置在套筒的外缘孔886中，使得公耦合器可以在未接合状态下滑到母接头上。在这个方向上，它们不需要与公耦合器的轴相互干渉。当公耦合器被充分放置在母接头中时，这些滚珠轴承适于径向部分弹出各自的孔，从而接合槽882并将耦合器组件锁定在一起。由此形成锁定接合。弹簧887位于内套筒884的后面。当覆盖的铁或钢(磁性)套筒888完全向前抵靠内套筒884的前肩889时(见图8e)，滚珠轴承885被迫进入接合位置。通过弹簧来提供该锁定偏压，该弹簧还支撑在后侧管接头891上。在该位置，磁性套筒888的内表面被布置成迫使滚珠885向内抵靠公接头的槽882。因此，在母部件和公部件之间形成了充分锁定。作为母耦合器的一部分，o形密封圈890密封该锁定布置以防止发生空气泄漏(从而形成加压连接)。
[0204]
值得注意的是，外部环形(或其他形状)套筒892包括例如螺线管的电磁线圈。当通电时，该线圈迫使磁性套筒888轴向向后(抵抗弹簧887的偏压)移动，并使滚珠轴承885 与环形槽893在磁性套筒888的前内表面内对齐。该环形槽允许滚珠轴承885从孔886中充分径
向向外弹出，由此从公接头槽882分离，从而使得公接头相对于母接头轴向运动。在图8c和图8d中示出了该解锁状态。
[0205]
在操作中，电流通过从av堆场卡车控制器等接收信号的继电器或其他开关被传递到外套筒/螺线管892。母耦合器组件中可以包含足够功率的车载电池(未显示)。另外，也可以通过av堆场卡车的电气系统供电。由此，实现图8c所示的磁性套筒的轴向向后移动。当公接头相对于内套筒884轴向向内运动时，该位置允许滚珠轴承885径向向内移动(如图8d所示)。在该步骤中，外套筒/螺线管892仍由开关和电池供电。一旦完全接合，开关将断开电池连接，并且弹簧887将向前驱动磁性套筒(因为其不受磁性螺线管的偏压)。因此，滚珠轴承885会碰到磁性套筒884内表面的非凹入部分，并被径向向外驱动至公接头的槽882中，从而形成如图8e所示的密封锁定。
[0206]
当外套筒/螺线管892再次由开关/电池供电(通常基于来自控制器的信号)时，公接头881会断开。在各种实施例中，公接头881、内套筒884和后基座接头891可以由非磁性材料制成，例如耐用聚合物、黄铜、铝、钛、镍等。本领域技术人员还应清楚的是可以对图8b至图8e的组件实施一系列变化，如螺线管通常被锁定、弹簧导致解锁状态，以及可以改变部件的布置等。在一实施例中，公接头(未通电)可以是拖车的接收器的一部分，母接头(已通电)可以是av堆场卡车的气动线路的一部分。因此，通过本文所述的各种技术之一(例如，机械臂、机械手、框架等)，可以使母耦合器与公接头接合。
[0207]
b.连接至卷轴的探针
[0208]
图9和图10示出了根据另一实施例的具有与av堆场卡车910和拖车920一起使用的气动连接930的布置900，其中，探针组件940附接到卷轴或线轴942上。从这种布置可以发现，在转弯期间(即，主销以虚线轴线924为中心围绕牵引座914旋转)，拖车前面 922通常远离驾驶室后面912。这种情况在图6中也有显示，其中，接收器520与探针540 的间隔距离很大。为了解决在转动期间接收器950和探针940(图9和图10的实施例)之间的间距变化问题，并且更具体地，为了解决卡车和拖车之间的位置偏移，探针940被安装在半刚性管944上，即(在该实施例中)没有任何空气导管。示例性截头圆锥形探针940 包括侧端口1020(图10)，侧端口1020将空气引导至在探针近端处的(例如母)压力连接器1030。探针侧端口1020以类似于上述探针540的方式互连到卡车压力线路。该连接器和相关联的接收器950组件在其他方面类似于图5至图8，并根据类似操作进行互连。即，卡车后退至拖车，而探针940和接收器950直线对齐。然后，探针940通过截头圆锥形的各个表面相互接合而被引导至接收器950，直到在相关的压力连接器之间产生绝对锁定为止。如图5至图8的实施例所示，当连接器被偏压在一起来形成锁定时会产生失稳，而半刚性管944的刚度足以防止由此引起的失稳。一旦锁定，当拖车920相对于卡车910移动而使探针940张紧时，从连接到管944的近端的线轴942放出电缆来释放张力。线轴942 可采用弹簧加载，使其在管944和相关探针上始终保持适当张力。从气动源附接到探针侧端口1020的软管可以是柔性的(例如，如图2大体所示的包含弹簧线圈)，或者可以吸收拉伸和收缩。应注意，管的近端包括(正)截头圆锥形的端部构件1040，其与线轴942上的(负)截头圆锥形的接收器1050相配合。当探针被偏压到接收器950中时，该组件为管 944形成止动块，并确保线轴电缆1032在完全缩回时将电缆完全拉回到线轴942中，而不会在管944底部附近形成任何扭结。可以以各种方式构造线轴，例如可以构造成包裹/缠绕的发条式弹簧，或者构造成在预定的转数上产生预定的扭矩(本领域技术
人员的公知)的适当的传动装置。线轴942可以根据普通的张力进行电动操作、放出电缆并将其收回。在该实施例中，线轴942既用作电缆(1032)的卷绕装置，又用作单个单元中的探针组件940 的基座。应注意，线轴是市售组件。另外，压力连接器也是市售组件，例如在标准气动软管应用中使用的部件。
[0209]
图11和图12的实施例进一步详细描述了布置1100，如上所述或根据另一实施例(如下所述)，拖车1110包括接收器(未示出)，并且，卡车1120包括适合如上所述可拆卸地接合接收器的探针组件1130。探针组件1130的头部1132包括一个侧面安装的压力端口和相关的软管1140(例如，卡车1120的常规出口1142的紧急制动气动线路)。如上所述，探针的头部1132被安装在半刚性管1150上，并具有适于按照如上所述的方法固定在合适的(负)截头圆锥形的接收器1230上的(正)截头圆锥形端部构件1220。接收器永久或临时固定在卡车1120的背面。端部构件1220提供用于张紧电缆1240的锚，并且该电缆 1240穿过接收器1230延伸至外部弹簧缠绕的线轴1250。线轴以如上所述方式在探针组件 1130上施加适度的张力。可以通过任何可接受的技术来构造线轴1250，线轴1250是市售的部件。线轴1250也固定在卡车表面的适当位置。可以提供管槽使得电缆1240穿过接收器到达线轴1250(例如间隙1260)。
[0210]
c.可移动接收器组件/备用压力连接
[0211]
图13、图14和图14a示出了由可移动接收器组件1310构成的布置1300，该接收器组件可变地安装在拖车1330的前面1320。如图所示，夹紧组件或其他形式的安装托架1350 可以临时或永久地固定在拖车，并将接收器(在本示例中为截头圆锥形)1310定位在拖车 1330的前面1320。在操作实施例中，夹紧组件1350可以附接到警卫棚(图1中的110) 的期望位置，以便提供所需的可自动操作的气动连接。作为附接的一部分，可以将气动软管(虚线1360)连接到拖车1330的常规端口1370。可以从接收器1310延伸出来的连续软管，或者通过在单独的(常规)拖车气动软管和接收器软管之间的中间连接件(方框1380) 将气动回路引导至端口1370。可以使用传统或定制的气动接头连接器布置来实现中间连接件1380。在下面的图23至图25中进一步详细描述了改进的气动接头布置。
[0212]
如图14a进一步所示，快速断开公接头1420(例如与图8b中的接头881相似或相同) 同轴位于接收器壳体1430的圆柱形或截头圆锥形孔1432内。接收器壳体1430可以由多种材料制成，例如铝合金、钢、聚合物或材料组合。壳体可以直接固定到拖车主体(例如，如上所述地沿着前面)，或者如下文所述地使用安装板组件进行固定(参见图18至图22)。接头1420可直接或通过壳体内的端口布置连接到拖车气动线路1440(例如紧急制动线路)。阀旋钮1442或其他压力调节系统(例如安全阀)可以被集成在壳体端口系统中。可以将大体表示为手柄1446的各种附接件、托架、附件安装件，开关应用于接收器壳体1430，手柄1446可以安装在螺纹孔或其他结构中。
[0213]
进一步参照图15和图16，夹紧组件1350可以包括板1510，板1510沿着杆1520滑动 (双箭头1522)，并且可以使用任何适当的机构(例如夹持器、夹子、旋转螺钉等)将板1510相对于杆锁定。杆1520终止于位于杆1520的最末端的立柱或挂钩1530。应注意，该实施例中的接收器可以类似于上述接收器，包含用于与适当设计的探针一起使用的内部压力连接器。立柱/挂钩1530向上延伸到拖车1330的底部1390的狭槽、台阶或孔1610中。当夹具被拧紧时，立柱/挂钩接合狭槽/台阶/孔1610的前边缘(如图16所示)，并且板1510 抵接在拖车
1330的前面1320。以这种方式，当位于堆场中时，板1510和相关的接收器1310 被牢固地附接到拖车前面的期望位置。当将拖车放置到仓库、离开堆场或挂接到otr卡车上时，夹紧组件1350可以在(例如)警卫棚从拖车1330拆下，并通过传统的方式连接到拖车的气动线路和电线。板1510可以包括摩擦背衬(例如硅树脂、橡胶或氯丁橡胶层/片)，以避免损坏拖车表面，并在夹紧后防止移动。
[0214]
如上所述，夹紧或以其他方式固定的接收器可以采用快速断开压力连接器(例如参见上述图8b至图8e)，或者可以采用替代布置。替代地，接收器可适于容纳图17所示的替代形式的连接器。如图17的布置1700所示，探针组件1710可以定义一个由适当材料(例如金属、聚合物等)制成的(正)截头圆锥形探针头1720，如上所述，(正)截头圆锥形探针头1720与(负)截头圆锥形接收器1730配合，接收器1730的内部几何形状可以容纳位于探针头1720近端的膨胀的充气锁环1722。当施加压力时(在连接过程中，可以轻压气动线路或打开的独立压力源)，锁环1722膨胀以抵靠(例如)接收器的环形肩部1740，从而将探针和接收器密封锁定在一起。以这种方式，该布置可以抵抗拉力并进行气密压力密封。在该布置中，可以提供带有或不带有(没有)快速断开锁定机构的额外的内部压力连接器。
[0215]
应注意，也可以使用适当的电动和/或螺线管操作的致动器来实现本文的任何实施例所述的压力连接的密封锁定和解锁。
[0216]
参照图18至图22，其示出了卡车的气动线路和拖车的气动线路(图21中的2100)之间的可分离的接收器或其他形式的可移除连接，以及可选地电线(未示出)。应注意，布置 1800可以用于携带多个气动压力和电动的接收器/连接器。在本实施例中，单个接收器2110 安装在布置1800的板1810上，并具有单个侧面安装的端口2210(图22的突出显示的2200)，以通过标准/常规端口和软管与拖车(例如)制动系统的空气软管互连。该板可由任何可接受的材料制成，例如金属(例如铝、钢等)、聚合物(例如聚碳酸酯、丙烯酸、pet、pom 等)、复合材料(例如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)或材料组合。在示例性实施例中，板包括上部半圆形延伸部1820和下部矩形底部1830。板的上部延伸部1820和底部1830 的形状可以是多种可能的几何形状之一。上部延伸部的形状和尺寸适于容纳接收器(或其他连接器)，接收器可以通过粘合剂、紧固件、夹具和/或其他附接机构安装到其上。矩形底部1830的宽度wb尺寸应足够将夹具组件1840放置在适当的槽2120中，该槽通常位于拖车底部2130靠近前面2140的位置。在一实施例中，底部1830的宽度wb大约在1到2 英尺之间，在替代实施例中也可以定义较小或较大的尺寸。
[0217]
每个夹具组件1840安装在板1810的底部1830上的横向位置并横穿水平狭槽1850。每个夹具组件包括杆1842，并且夹具构件1844在杆1842上滑动。夹具构件1844为杆夹的形式，其随着使用者反复挤压手柄1848而沿着夹紧方向前进(箭头1846)。可以通过触发释放装置1850释放夹持压力，并且夹具可以沿箭头1846相反方向移动至进一步打开的状态。杆包括与拖车底部2130的狭槽2120接合的挂钩或立柱1852。每个夹具构件1844 的上部包括凸缘1854，凸缘1854与横向调节板1860上的螺栓1858相互接合，当凸缘1854 固定到板上时，横向调节板1860抵靠板1810的相对侧。横向调节板1860的螺栓1858穿过板1810的狭槽1850，并通过螺母1864固定至凸缘1854。螺母可以是(例如)标准六角螺母、蝶形螺母或螺纹杆(为了易于安装)。横向调节板1860还包括围绕螺栓1858的至少四个销钉1866。这些销钉适于安置在位于板1810的每个狭槽1850上方和下方的孔1870 中。以这种方式，可以沿着板
1810横向地(水平地)调整和固定相应组件1840的夹具构件1844，从而定位每个立柱/挂钩1852以接合拖车底部2130的狭槽2120。板1810的背面可包括弹性(例如氯丁橡胶、橡胶、泡沫)背衬1920，当将板1810牢固地夹持在拖车前面2140时，背衬1920可抵抗滑动摩擦，并保护面2140免受磨损和刮擦。背衬1910可包括切口2030，可以通过切口2030沿着相应的板的狭槽1850调节夹具组件1840。
[0218]
在替代实施例中，通过将板直接附接到每个杆的前端并提供单独的可夹持的夹具构件来减轻杆的向前延伸，其中，夹具构件单独地接合拖车的前面。在这样的布置中，板向前浮动以适应拖车面。还可以明确设想其他布置，其中，夹具与拖车底部的狭槽接合，并由此固定包含连接器的竖板。
[0219]
在替代实施例中，可使用(例如)紧固件将拖车上的接收器安装在拖车前面的优选可用位置，紧固件可以是相互接合的织物片和/或胶带紧固件，包括但不限于工业级钩环带/ 片和/或dual-lock
tm
可重复使用紧固件(可从明尼苏达州明尼阿波利斯市的3m公司购买) 或类似的机构，以作为可当场拆卸(或永久固定)的设备。在一实施例中，接收器还标记有边界识别图案，测距/定位软件可利用该图案定位机械臂(robotic arm)并对准耦合设备，其中，机械臂可拆卸地承载av堆场卡车的连接器/探针/耦合臂。
[0220]
为描述本说明的其他部分，通过非限制性示例进一步描述图21所示的拖车2100。拖车后部2150可以包括平开门或滚动门等多种类型的门(未示出)。在主体的后下方设置有车底保护结构2160。邻近后部2150示出了车架布置(bogey arrangement)2170形式的一组车轮2172。可移动起落架组件2180设置在拖车底部2130的靠前方的位置。主销2190 位于底部2130靠近前面2140的位置。
[0221]
d.改进的气动接头(glad hand)连接器及其用途
[0222]
图23至图25描绘了用于本文的气动连接布置的各种实施例中的改进的气动接头连接器2300。大体上，气动接头被改进成夹具，以便能够使用统一可接受的气动接头自动连接到拖车。由此，当前的绝大多数拖车，无论其型号/品牌都无需进行特殊改装就能够与本文所述的av堆场卡车及其自动拖车连接系统集成在一起。与常规的气动接头兼容的改进夹具包括带有橡胶索环2320的基座2310，基座2310可选地包括从标准橡胶索环2320突出的中空中心锥体(虚线构件2322)(用于插入气动接头、与气动接头对齐，并允许空气通过)。在替代实施例中，可以省去中心锥体，而使用当与相对的气动接头索环接合时会更多地被压缩的常规索环几何结构或另一种改进的几何结构(例如，具有更明显轮廓)。
[0223]
拇指状夹具(或“拇指”)2330被设置在改进的气动接头2300的入口2340处的旋转u 形夹2332(双箭头2334)上，由此，在被锁定时朝着索环2320旋转，在被释放时旋转远离索环2320。特别如图25中所示，改进的气动接头2300与标准气动接头2500(例如拖车气动系统的一部分)互连。如图所示，拇指2330压紧标准气动接头2500的顶部2510，并且不使用传统的通过旋转锁定的锁定肩部2530，因此改进的气动接头省略该构件。相反，在该实施例中，通过拇指2330的加压接合来确保相对气动接头之间的密封。通过适当的旋转驱动机构在接合位置(如图所示)和释放位置(未显示，其旋转脱离了与标准气动接头的接合)之间驱动拇指2330，旋转驱动机构可以是直接驱动器或齿轮旋转的螺线管和/或步进电动机2350，其包括位置锁或旋转气动致动器。替代地，可以将线性致动器或其他力转换机构与适当的连杆、齿轮装置等一起使用。当建立或释放连接时，致动器2350从车辆的整体控制系统的适当控制
器接收信号。
[0224]
在进一步的实施例中，可以磁化气动接头主体(或其一部分)或与磁体一起提供(例如强大稀土)，从而通过磁辅助与拖车气动接头对准并实现强制压力密封。这种磁性连接也有助于其他类型的连接器(例如上述探针和接收器的连接器组件)的连接和对准。
[0225]
在各种实施例中，改进的气动接头可直接用于av堆场卡车的气动系统与自动挂接/脱离拖车的互连。可以使用多种机制来执行该操作。同样，可以与适当的引导机构/系统配合使用上述连接或其他连接形式，引导机构/系统可以与各种传感器或卡车后面(例如相机、 lidar、雷达等)集成在一起。
[0226]
在本文描述的任意实施例中，可以预期的是，接收器可以与常规的(例如，气动接头) 连接器和/或电连接器共存。y形连接器(未显示)可以被连接至接收器和常规拖车连接器，常规拖车连接器的示例有与otr卡车或常规堆场卡车上的常规空气系统集成的标准或定制的气动接头。y形连接器可以包括适当的阀门和通风装置，从而在需要时进行密封，但也可以让空气逸出以适当降低系统压力。可以采用常规设计的电池供电的空气阀或与电气系统连接的空气阀(例如线性或旋转螺线管驱动的阀)。这使得接收器组件可以充当真正的改装套件(retrofit kit)，其可以被安装在拖车上，并且在拖车离开堆场时与拖车保持在一起，或者对于本实施例的频繁进出自动化设施的拖车而言，可以在场外安装在拖车上。
[0227]
e.拖车气动和电气连接器的自动引导
[0228]
图26示出了具有常规底盘底座2610的av堆场卡车2600，底盘底座2610具有牵引座 2612，并且，驾驶室2620位于底盘底座2610前面。牵引座2612前面的区域2630具有足够的空间(在驾驶室2620的后面2622和挂接的拖车(未显示)的前面之间)来容纳机械框架(robotic framework)2640。在该示例实施例中，框架2640包括固定至底盘底座2610 适当位置(例如如图所示偏向左侧)的立柱2642。立柱2642可以固定成保证机械框架2640 稳定性的各种方式，例如，如图所示通过螺栓连接至法兰2644来实现固定。立柱2642提供使水平杆2646沿其垂直移动(双箭头2648)的轨道。可以通过驱动螺钉、齿条和小齿轮系统、线性电动机或允许在预定距离(例如，每个方向上约1-2英尺)内移动的任何适当的电气和/或气动机构来提供运动。水平杆2646还可以支撑指向后方的伸缩臂2650，使其(相对于卡车2600)从左向右水平/横向移动(双箭头2652)。臂可以使用本领域技术人员公知的各种机制从前到后水平移动(双箭头2654)，从而在预定运动范围内将末端执行器2656(“耦合设备”)精确置于x，y，z轴坐标(轴2660)。末端执行器可以携带如上所述的改进的气动接头或探针，从而附接到拖车的气动接头或(例如)接收器。安装在末端执行器上的耦合设备2658具有侧端气动软管2662，即软管本身与驾驶室2620的后面2622 的车辆端口2664相连。即，末端执行器2656通过控制器2670移动，该控制器2670接收来自上述类型和功能的传感器2672(相机、激光测距仪等)的输入。这些传感器确定拖车连接器在3d空间中的位置(例如完成挂接后)。
[0229]
在操作中，可以通过2d或3d相机形式的传感器2672使用机械框架2640来部分地引导伸缩的末端执行器2656及相关联的连接器2658(例如改进的气动接头)的对准。还可以使用(例如)qr码/条形码或其他适当的可扫描id码、rfid或其他数据显示系统从拖车上读取有关拖车类型和接收器精确位置的更详细信息。该嵌入值可以提供接收器的精确x、 y、z坐标位置，并且可选地，可以提供分别绕x，y和z轴的旋转的θx、θy和θz。在一实施例中，可以根据固定点来计算位置，固定点例如代码标签本身、主销、拖车主体边缘和/或拐角等。在另一
实施例中，接收连接器被无源反射贴纸(passive reflectivestickers)的特定图案围绕，无源反射贴纸可固定在接收连接器的特定位置上。
[0230]
如上所述，可将常规或定制的无源或有源rfid贴纸/应答器或其他可跟踪信号设备直接放置在拖车连接器(例如，气动接头)上，以帮助末端执行器2656将连接器2658精确地输送到对准位置。可以在警卫室登记时设置贴纸，也可以在otr连接器断开时由驾驶员设置贴纸。
[0231]
图26a中示出了安装在av堆场卡车2660的后部的机械手(robotic manipulator)2670 的另一实施例。机械手2670还适合处理av堆场卡车的服务连接器(例如紧急制动气动线路连接器)，并定义了三个正交的运动轴。它由水平的、基本线性致动器或电动机2672组成，致动器或电动机2672携带往复运动件2674向前和向后运动足够的距离，以便向后到达拖车(未显示)上的接收器，向前消除拖车的摆动(例如，在典型的实现方式中，至少运动大约1-4英尺)。往复运动件2674支撑垂直线性电动机2676，垂直线性电动机2676 向上和向下(如垂直移动大约1-3英尺)移动正交布置的水平线性第三电动机2678。第三电动机2678包括安装板2680，安装板2680包括夹持器或其他手柄组件，夹持器或其他手柄组件在一个或多个自由度(例如1-3英尺)内移动，并选择性地夹紧服务连接器从而将其插入拖车接收器/耦合器。线性电动机可以通过多种技术来实现。例如，每个可在一端包括驱动丝杠(lead screw)的步进电动机或伺服电动机2682。可以在替代布置中使用例如齿条和小齿轮系统的其他机构。与本文的其他机械手相同，每个轴的运动范围或自由度应足够确保在卡车运输过程中，包括在转弯过程中拖车发生摆动时，机器人不会干扰正常操作，并且，在挂接和勾起期间，还要确保机器人的气动接头或末端执行器可以触及连接器/ 耦合器，并将携带的连接器/耦合器插入拖车的相应接收件/接收器。
[0232]
图27示出了根据另一实施例的具有自动连接系统2710的av堆场卡车2700。系统2710 采用u形框架2720，u形框架2720具有位于驾驶室后面2730的相对两侧的相对立柱2722，以及安装在底盘2732上的底杆2724。立柱2722分别承载齿轮架，齿轮架通过伺服或步进驱动的小齿轮接合在横杆2740的各相对侧上。横杆2740基于来自控制器2750的控制输入而上下移动(垂直地，如双箭头2742所示)，控制器2750通过后向安装在驾驶室的相机 2752和/或合适的传感器类型来接收拖车连接器的位置信息。具有适当末端执行器2764(和 /或直接与臂相连的连接器/气动接头)的伸缩臂2760基于控制器来使用(例如)丝杠驱动器、线性电动机或齿轮和小齿条系统横向移动(水平地，如双箭头2762所示)。由本领域技术人员公知的另一种电动机或致动系统提供伸缩，从而提供至少三个运动自由度。末端执行器2764可选地包括铰接接头、转向节和/或其他本领域技术人员公知的动力/移动结构 (在本实施例和图26的实施例中)。框架系统2710可以是定制的，或者完全/部分基于现有市售系统，例如印刷伺服框架(printing servo frame)。
[0233]
简要地参考图28，自动连接布置2800可以包括市售的(或定制的)，适于外部/极端环境的多轴机器人2810。这样的机器人的设计和功能对于本领域技术人员而言是公知的。大体上，机器人2810安装在卡车驾驶室2822后面的底盘2820上。机器人2810与从一个或多个传感器2832接收输入的控制器2830通信。如上所述，传感器2832可用于识别拖车连接器及其相关联的3d位置、末端执行器2840的3d位置以及相关联的由该末端执行器携带的连接器2842的3d位置。如图所示，连接器2842连接到软管2844，即同样地连接到卡车的气动和/
或电气系统。末端执行器是充分铰接的(例如5轴或6轴)机械臂(robot arm) 2850和基座2852的远端部分。其由来自控制器2830的命令伺服(即，使用感官反馈对其进行引导)。在采用2d或3d相机传感器时(在此处的任何实施例中)，它们可以被连接到视觉系统2860。可以使用各种市售的视觉系统(通常基于图案识别)进行操作，并根据(例如)3d数据模型进行训练。可从许多供应商处获得此类系统，例如马萨诸塞州内蒂克的康耐视公司(cognex corporation)。这些系统包括用于机器人控制的模块。
[0234]
当使用全铰接的多轴机器人时，可以使用改进的或常规的(例如标准旋转锁定气动接头)连接器2842。当使用常规连接器时，可以训练机器人2810沿其多个轴移动包含连接器的末端执行器，并且其中，机械臂2850和基座2852被训练成在连接过程中将气动接头对齐并旋转(例如)至安全锁定/密封位置，并在断开连接时反向旋转/解锁气动接头。
[0235]
图28a至图28c描绘了根据另一实施例的自动连接布置2860。布置2860包括水平，左右定位的线性致动器或螺杆驱动基座2862(同样如上文大体描述，如参见图26a)，致动器/螺杆驱动基座2862具有安装在其上的基板2863，从而跨卡车2865的背部(例如大约1-3英尺)横向移动(双箭头2864)。具有铰接的末端执行器(也称为“手柄”)2867的液压或气动大活塞2866附接到基板2863上，末端执行器2867保持在可释放的耦合器组件 2868上(例如参见图8b至图8e中连接器880的母部分)，在末端执行器/手柄2867被缩回之后，耦合器组件2868可以保持与拖车接收器的连接。侧端气动线路/软管2869也与耦合器2868相关，线路/软管2869连接回主av堆场卡车空气系统。气动线路2869引导的电力用于操作空气连接布置上的致动设备(例如图8b至图8e中的螺线管套筒892)，并且可选地，可将电力连接到拖车2870(如上所述，如参见图8a)。除了主要用于选择性地将末端执行器2867朝向拖车2870伸出(例如1-4英尺)并将末端执行器从拖车2870缩回(双箭头2871)的大活塞2866之外，还有一个液压或气动小活塞2872，其可旋转地固定在基板和大活塞2866的腹侧。小活塞2872的运动(双箭头2873，3-9英寸)通过引导围绕基座枢轴2874的旋转来使整个布置上下移动。更具体地，可以协调三个离散致动器的运动以允许末端执行器2867及其夹持的连接器2868在两个正交方向上移动，即垂直(双箭头2876) 移动和水平(向前/向后-双箭头2878)移动。即，当大/主活塞2871向内和向外摆动时，通过改变较小活塞2872的位置(对前后位置的影响也较小)来维持适当的高度。旋转致动器2880改变末端执行器2867的相对角度(双弯曲箭头2881)，以使被夹持的连接器2868 与拖车接收器1430(如上所述)保持水平对齐。即，当小活塞2872改变大活塞2866相对于卡车的角度时，旋转致动器重新调平末端执行器。可以采用适当的运动传感器、加速计、陀螺仪和其他位置/姿态传感器来保持水平。这样的传感器可以位于末端执行器上和/或布置2860上的其他位置。替代地或额外地，利用步进电动机、差动控制器等，可以基于两个活塞2866、2872的相对位置来计算末端执行器2867的角度定向，并且可以调节旋转致动器2880以使末端执行器2867保持水平(以本领域技术人员公知的方式)。
[0236]
在一实施例中，常规或定制的相机2882和测距设备2884被安装在末端执行器的顶部 (或在末端执行器上的其他位置)。这些部件通过有线或无线方式互连到处理器(例如av 堆场卡车控制器2886或其模块)，该处理器操作视觉系统以帮助耦合器/接收器对准(如上所述)。上述任何可选部件或布置(例如相对于已知位置的参考位置、反光图案贴纸等)也有助于测距和对准。
[0237]
在操作中，在av堆场卡车2865在控制器2886的操作下挂接到拖车2870之后，图28a 至图28c的布置2860启动功能。然后，控制器(或另一个处理器/模块)2886指示夹持着耦合器2868的末端执行器2867从缩回位置朝向拖车上的接收器1430移动。相机2884和测距仪2882使用在此说明的各种技术来获取接收器1430。卡车后面2888的其他相机同样有助于定位接收器。布置2860上的控制器2886或局部运动模块/处理器对线性电动机2862 进行伺服，以使末端执行器2867和耦合器2868与接收器横向(左右)对齐。随后或同时，在旋转致动器2880旋转以保持水平角时，大活塞2866和小活塞2872(大活塞向外，小活塞向内)运动，从而使耦合器2868与接收器1430接合。接合后，耦合器中的电子锁定螺线管断电，并导致快速断开(例如母)接头弹性地锁定在接收器(例如公)接头上。末端执行器2867随后释放，并且该布置返回到卡车底盘后部的缩回位置，以避免与拖车发生干扰接触。该连接仅由柔性气动线路2869实现，在正常行驶过程中，当拖车相对于卡车摆动时，柔性气动线路可以自由弯曲和伸展。
[0238]
如上所述，将相互耦合的连接器1430、2868断开过程与连接过程相反。即，末端执行器向后移动以与耦合器2868接合并进行夹持。耦合器中的螺线管通电，从而可以从接收器的接头中解锁。活塞2866、2872和旋转致动器2880相互协调运动以收回耦合器并将其移动到中立(缩回)位置。线性致动器2862也可以适当地移动到中立位置。然后以上述方式解下拖车。
[0239]
iii.av堆场卡车的操作
[0240]
除了上述av堆场卡车的一般操作外，一旦指定的拖车被成功地固定/挂接至av堆场卡车(气动线，可选的电气连接和主销)，就会通过控制器的操作来升起牵引座，以使起落架离开地面，然后拖走拖车。图29的框图示出了用于执行上述步骤的功能和操作部件的布置 2900，特别涉及将拖车挂接到av堆场卡车。如图所示，处理器/控制器2910协调各种功能和部件的操作。av堆场卡车被指示驶入并倒入包括拖车的滑道(slip)。该运动可以基于本地或全球导航资源(例如基于卫星的gps和/或基于堆场的射频(rf)信标2920)。当在光学范围内，相机和/或其他传感器(例如基于rf/rfid)2930可以将拖车的图像传输到视觉系统过程(处理器)2912，从而定位拖车的接收器或类似的连接器。当识别出接收器/ 连接器时，卡车和/或机械手(例如，机械框架，机械臂等)2940可以被视觉系统操纵，从而尝试将末端执行器和相关的卡车探针/连接器与拖车接收器/连接器对准。这可以包括各种运动命令(表示为“cmd”)，包括将框架/臂向左2942、向右2944、向上2946，和向下2948移动，以及伸展/缩回2950机械手的(例如)伸缩臂/部件，以将卡车探针/连接器移动到所需的3d位置并进行所需的连接运动，即将探针插入接收器。当手臂部件移动时，可将当前臂位置(例如，计算步进电动机/编码器的步数，提供伺服反馈和/或通过引导相机组件使用视觉跟踪)的适当知识(表示为“pos-meas(已测值)”)返回到处理器2910。此时可以释放臂(方框2952)，以使卡车和拖车的气动连接(以及可选的电气连接)能够随着车辆的转向而弯曲。一旦连接，控制器打开卡车的气动压力(方框2960)。然后，当在卡车上使用适当的液压/气动(在本文中通常称为“流体”)压力致动器时，控制器还会升起牵引座，以抬起拖车起落架使其离开地面，并将其拖至堆场的其他位置。
[0241]
iv.车门的打开
[0242]
如果拖车配备了由otr驾驶员(请参见上文)或其他人员固定在打开位置的卷门或
平开门，则可以将负载引导至预先指定的装卸站台。然而，如果拖车的平开门关闭在闭合位置，则期望提供一种自动机构以自动方式打开车门。在一实施例中，如图30大体所示，可以将挂接在一起的卡车和拖车3010向后移至被重新设计的空装载区或独立的站点(例如墙壁)3000，该站点被改造成包括网络连接相机3020和作为机械组件3030的一部分的一组铰接臂3032。远程操作员和/或处理器3040(可以包括视觉系统和机器人伺服模块)可以通过使用相机3020来对铰接臂3032进行操作，并能够夹持门闩3052(以虚线显示)从而把门3050打开，将门3050旋转大约270度，并固定到拖车的侧面3054。每个铰接臂3032 可包括用作夹持设备的铰接的末端执行器3034。说明性地，代替固定大多数拖车门装置上的常规挂钩和吊环螺栓，可以通过传递独立的夹紧机构3060的机械臂来将门3050固定到拖车3010的侧面3054，如图所示，可以展开夹紧机构3060从而临时将门固定到拖车车体的底部。图30a示出了示例性夹紧机构的更详细视图。夹具可以由柔性聚合物和/或金属制成，该金属具有可以可移除地进行挤压的分离或一体式弹簧构件。由此，夹具相对于每一侧摩擦性地偏压车门的下边缘，并不会发生滑动，但这种摩擦可以通过夹持并移除夹具来克服。大体上，机器人和臂应该允许车门在打开和关闭状态之间存在一定间隙(例如大约 3到6英尺)。
[0243]
作为非限制性示例，可以在市场上购得的多臂机器人组件可以为操纵门的机械手提供基础。图31中非限制性地示出了市售机器人3100。它由连接到中央基座3120的两个独立移动臂组件3110构成。可以考虑多种替代布置，并且根据需要，这种布置可以促进各种自由度的运动，以执行锁定-解锁、摆动和固定功能。
[0244]
在操作中，在车门站将车门打开后，av堆场卡车可以将敞开的拖车倒进主动卸货区。同样，当装满拖车并准备离开堆场时，则可以采用相反过程。换言之，堆场卡车挂接拖车并将其从装卸区拖走，然后返回至车门站。机器人布置3030用于松开车门，将车门旋转至关闭状态并固定门闩。
[0245]
在图32所示的另一实施例中，车门站3200针对每个离散任务采用独特的机构。每个机构(基本杆，杆组或带有末端执行器的杆)负责执行特定任务。车门站3200包括地板基座3210和由一对间隔开的(u形)龙门架构件3220(例如，间隔约8-14英尺，长8-14英尺，高6-14英尺)组成的直立框架3212。图32a进一步示出了框架3212结构以及整个车门站的分解视图。框架3212支撑垂直移动的(双箭头3232)横梁或滑动件3230。每个框架构件3220上的顶梁3222供线性滑动件(沿向前/向后方向-双箭头3224)滑动。线性滑动件3226包括(例如)横杆3228，横杆3228承载间隔开的垂直柱3234。垂直柱3234至少间隔开拖车3240的宽度。垂直柱3234承载并允许横梁或滑动件3230垂直移动(双箭头 3232)。应注意，可以通过本领域技术人员公知的各种机制来实现本文的各种滑动组件的线性运动(垂直、水平、上/下，前/后，左/右-参考轴3233)，包括齿条和小齿轮系统、从动丝杠、线性电动机、气动/液压(流体)活塞。
[0246]
横梁/滑动件3230包括多个机构，这些机构可以(可选地)沿着横梁3230水平移动并根据需要延伸(通过线性滑动件3226的前/后运动)来接合拖车3240的后部3242。应注意，存在可以被站台锁或其他安全机构夹紧的底部杆3241，对此将在下文进一步描述。这些安装在横梁的机构包括门解锁机构3250和对打开的门进行固定的锁定/固定机构3260 (分别位于横梁3230的相对两侧)。门解锁机构3250采用一对向前延伸，向上弯曲的钩或其他合适的末端执行器(例如夹持爪，电磁体等)3254，末端执行器3254通过向前/向后移动的线性滑
动件3226和上/下运动的横梁3230的协调运动进入各个门闩下方。当钩住门闩时，将门闩抬起并且钩3254向后移动以旋转被抬起的门闩，从而旋转和解锁(通常是常规的)拖车门杆。
[0247]
在解锁门闩后，使用位于地板基座3210的开门机构3270将门旋转打开。值得注意的是，在该实施例的开门机构3270中限定了一对立柱或杆3272，立柱或杆3272各自独立地从地板基座3210上的两个(左右)月牙形弯曲槽3274中突出(双箭头3276)，并且当与相应部分的平开门3244(已解锁)内部接合时，沿着路径以弧形运动，以使每扇门靠拢或接近靠拢拖车3240的侧面3282。应注意，沿着半圆形路径(由狭槽3274限定)来摆动打开车门的立柱3272还可以沿部分多边形、椭圆形、不规则弯曲和/或直线路径将门移动到拖车的侧面。此外，当立柱可以延伸/缩回时，可以在替代实施例中使用另一种结构，例如具有抬升立柱的凸轮或类似布置。而且，虽未示出，可以通过旋转驱动板、摆动臂、弯曲齿条和小齿轮或本领域技术人员清楚的各种其他机械系统在地板下方驱动立柱3272。
[0248]
当立柱3272将车门沿着拖车的侧面移动到摆动打开位置时，如图32所示，在拖车侧面位置，单独的设备3260分别被安装在横梁3230的相对两侧，设备3260递送柔性橡胶(或类似)的马蹄形或夹子形夹具3280使其分别夹住车门3244和拖车侧面3282，以防止车门摆动关闭，并保持与拖车侧面3282的接合。
[0249]
特别参照图32b至图32g，更详细地示出了根据一实施例的拖车平开门的保持打开机构的结构和操作。图32b示出了夹具3280的平面图。夹具3280由耐用柔性材料制成，例如合成橡胶或天然橡胶、尼龙、abs或复合材料(例如玻璃纤维尼龙)。可替代地，夹具可以全部或部分地由具有足够弹簧常数或集成弹簧部件的金属制成。夹具3280具有长度lc (例如4-15英寸)，长度lg应足够将夹具3280牢固/摩擦接合至来回摆动的拖车门并不会发生打滑。夹具3280的形状类似于晒衣夹，具有一对相对的尖齿3286，尖齿3286具有相对的、锥形的自由(远端)端3288。自由端3288有助于将夹具引导到摆动打开的车门。尖齿3286之间的宽度wc应取决于被夹住的车门和侧面的厚度td(图32e)。例如，宽度 wc约为2-5英寸。如图所示，尖齿3286的内表面3289相互平行，但其中一个或全部可被替代为多边形(非平面)和/或弯曲的内表面，以利于将向后摆动的车门夹紧和保持在拖车侧面。可以改变(例如1-3英寸)夹具的厚度(垂直于附图页面的方向)，也可以改变(例如1-3英寸)每个尖齿3286的宽度wt。这些参数有助于确定夹具的耐用性和弹簧常数。夹具3280的近端连接端3291包括t形螺柱3290，t形螺柱3290的尺寸和布置被设置为可由水平移动(图32d中的双箭头3295)的夹持器选择性地夹持(图32c)或释放。可以使用驱动致动器(例如螺线管)的电连接器3296在夹持状态和释放状态之间操作夹持器3294。也可以通过本领域技术人员清楚的方式在夹持器3294中使用适当的弹簧和其他机构。夹持器3294以及车门站的其他功能元件可以与本地车门站控制器3292互连，本地车门站控制器3292也连接到设施内的整体自动系统(例如服务器120)。
[0250]
应注意，本文所述的车门站布置有效地解决了车门的解锁和打开任务的自动化，更普遍地减少或消除了由于每次打开平开门时需要驾驶员离开卡车驾驶室而造成的时间浪费，燃料浪费和安全隐患。因此，此处的车门站布置不仅适用于自动堆场操作，而且还可以扩展到需要处理拖车平开门的常规人工维护的堆场。
[0251]
说明性地，车门站布置可以被定位在拖车堆场中的一个或多个指定位置(例如，在登记拖车的警卫棚附近或指定的停车位中)。更为普遍地，上述布置可以是高架龙门架或便
携系统的一部分。
[0252]
根据车门站布置的平开门系统可以由现场操作员或由负责大范围操作多个系统的远程操作员进行操作。在训练过程中，相关的视觉系统可以使用可用的(或定制的)图案识别和机器人伺服视觉工具(使用可以固定和/或位于布置的机械手/横梁上的相机)来了解如何打开不同配置的平开门。门可以使用普遍市售的配置，可以包括2、3或4个锁杆/门闩、处于不同高度的把手以及具有/不具有后车门空气动力学结构等(例如可从德克萨斯州朗维尤的stemco lp公司获得的著名的后折叠空气动力学结构)。在说明性的操作环境中，受过训练的系统可能会使用多个(例如数十个，数百个，数千个)车门站在世界各地的堆场自动运行。该系统可以包括手动超控(override)功能，以防需要或强制要求人工操作员(即坐在远程控制位置的远程操作员)相应地接管并控制车门站及机械手和/ 或通知车门站所在特定场地的现场人员。可以想到的是，车门站和本文所述的任何其他自动化系统可以包括紧急停止开关或其他手动控制装置，它们易于接近并且在发生紧急情况时可以停止操作。可以采用其他安全措施，例如检测动物/人存在的检测器(依赖于形状、热信号和/或其他生物特征数据)来确保自动化系统不会伤害生物体。
[0253]
在操作中，如图32e所示，当立柱3272将平开门打开时，线性滑动件3226在顶梁3222 上向前移动(箭头3297)从而将夹具3280(被锁定/固定机构3260在夹持器3294夹紧) 朝向摆动打开的车门3244的边缘3248移动。然后，在图32f中，线性滑动件3226的向前运动将夹具3280偏压在边缘3248上，并将其与向后摆动打开的车门3244和拖车侧面3282 接合。夹具尖齿3286(图32b)之间的间隙宽度wc的小于堆叠/夹在一起的车门和侧面的厚度td的至少一部分，使得当在边缘3248上驱动夹具3280时，尖齿向外弯曲(弹性变形)。夹具材料和尖齿的弹性变形共同产生摩擦保持力，从而在向后摆动方向上将车门3244保持在侧面3282。现在，由于门已经被夹具3280固定，可以将立柱3272缩回(箭头3299)到地板基座3210(相对于车门和其他拖车部件保持足够间隙)。并且，如图32g所示，线性滑动件3226向后移动(箭头3298)以提供相对于拖车3240的间隙，并准备下一个拖车进入车门站3200。此时，夹具夹持器3294是空的，可以从仓库或其他来源(未显示)重新装入新的夹具(3280)。
[0254]
应注意，在替代实施例中，可以对夹具3280的几何形状和材料进行多种变化，例如，其可以具有更像c形夹的外观，且具有有限表面的接触垫。它也可以由铰链连接的两个分开的夹紧件构成，并包括例如分开的机械(例如包裹)弹簧。同样，可以以多种方式操作夹持器组件，并采用多种机械原理来将夹具输送和可释放地附接到向后平开门上。系统(使用所示的夹具3280或另一种类型的夹具)可以包括动力和/或非动力释放机构，例如，当滑动件3226被充分驱动到门边缘3248上时释放夹具的机构。大体期望该车门站向后摆动打开车门，然后施加保持装置，当不再需要(例如在完成装载之后)时，可以通过机器人或手动操作员移除保持装置。
[0255]
在替代实施例中，可以使用移动开门机构来实现车门站的功能和/或操作。可以在(例如)警卫棚将该机构安装在的拖车上，或者该机构可以被集成到拖车中。
[0256]
可以在部署到拖车上的移动基座(例如，市售或定制的移动机器人)上提供另一种形式的机械装置，并且，在(例如)挂接或脱离av堆场卡车时，该机械装置执行与车门站相同的功能。可以通过车载传感器自动运行机器人，和/或由操作员引导机器人。这样的机器人当前被用于军事、执法和其他需要远程操纵的任务中，也可以适用于本实施例。
[0257]
v.将拖车锁定到站台
[0258]
在操作中，av堆场卡车通过使用例如视觉相机、lidar、雷达和/或其他车载传感设备等传感器来实现倒车，并将拖车与预先指定的装卸站台对齐。av堆场卡车上的传感器可安全地引导卡车和拖车在装卸台坡道向下形式，并将拖车牢固地抵靠在装卸门上。固定好后，可以在装卸站台上激活站台锁(dock-lock)(如有)，然后开始进行装卸。
[0259]
在各种实施例中，所谓的站台锁可以是市售系统，其位于装载站台表面的下方，并且在将拖车固定以进行装载/卸载时展开夹具。可以自动启动该系统，也可以通过装卸平台操作员启动。大体上，站台锁夹具与适当固定在拖车后部的结构相接合(例如车底保护结构/ 杆组件(请参见图21中的结构2160))。在被配置后，特定市售系统将运行可见指示灯系统。当被锁定时，在装载区内亮绿灯，外部亮红灯。相反，当被解锁时，内部亮红灯，外部亮绿灯。与系统服务器(图1中的120)集成在一起的av堆场卡车相机和/或设施相机可适用于识别灯的类型和颜色，并以此来指导av堆场卡车的运动—例如阻止搬运拖车直到读取到外部亮绿灯为止。替代地或附加地，可以将传感器直接设置在锁定机构上，并直接向与av堆场卡车和/或设施服务器互连的rf或其他类型的接收器提供状态信息。
[0260]
大体上，在停靠并锁定拖车后，可以根据当前的服务需求进行编程以使av堆场卡车保持在原位或断开连接并执行其下一个任务，稍后再返回以重新连接。而且，当(卸载)操作人员完成任务后，其中一位操作人员可以指定准备好移动的拖车。av堆场卡车传感器读取站台锁定装置的信号，从而安全离开。离开站台后，如果需要，可以用前面提到的任意选项关闭拖车门。然后，根据堆场协议，av堆场卡车将把拖车带回到暂存区或另一个预先指定的位置，断开连接，随后可以进行另一次目视检查，并可以完成yms的更新。
[0261]
vi.其他av堆场卡车设备和操作
[0262]
a.二次压力源
[0263]
为了简化堆场卡车与拖车的连接，以应对可能存在的服务连接位置的较大变化，一种选择是生产可以应用于任何配置的适配器连接器，从而在任意拖车上产生通用的连接位置。可以在警卫室提供和/或连接该连接器，或在otr断开期间，由驾驶员提供和/或连接该连接器。此外，在断开连接时，可以通过otr驾驶员将提供至通用空气线路连接适配器 (universal connection air-line adapter)的气动接头连接到拖车的已有气动接头系统。由此可以实现更适合av卡车连接的多种选择。而且，除了通用适配器之外，该系统还可以包括一个圆锥体，该圆锥体可以覆盖通用连接器，并降低对于对准精度方面的要求。圆锥体可以物理辅助服务线路连接的引导和对准。
[0264]
为避免从av堆场卡车到拖车的任意服务(气动等)连接的需要，在另一种布置中，可以将压缩机或预压缩空气罐固定至拖车(例如，在警卫室或在otr断开连接期间由驾驶员)。当av堆场卡车的主销连接件感应到拖车现已挂接在卡车上时，此时产生的信号或物理紧密接触能够使压缩空气释放拖车的紧急制动器。然后，当拖车通过警卫室离开堆场时，可以移除该系统。根据需要，可以重新填满罐，以备在将来通过堆场内的压缩机系统重新使用。
[0265]
b.车轮滑动台架(dolly)
[0266]
可以避免将av堆场卡车连接到服务连接上的另一种选择是采用拖车车轮滑动台架。 otr驾驶员将拖车倒入放置有两个独立的车轮滑动台架的指定位置。然后，驾驶员将拖
3310时，将跟踪唯一特征，并测量拖车距离，由此提供相对于堆场卡车的唯一特征的连续位置测量。当堆场卡车3320后退至拖车3310时，牵引座3340被升高。如果牵引座3340 与拖车3310适当地接合，则拖车的前端3342将升离地面，并且被跟踪特征的位置将反映该高度变化。在图33b的图示3390中，这由两个并排图像框3391和3392表示。左框3391 代表在被牵引座接合之前的拖车前端3342图像，其在第一水平位置处被放置在起落架上。该水平由相应水平线表示(被跟踪特征3394的3393线)。在牵引座接合并升高拖车前部 3342之后，视觉系统识别右框3392中的被跟踪特征3394的高度变化(线3395)。通过被跟踪特征3394位置的垂直分量的高度变化来计算牵引座将起落架抬离地面的高度。此外，跟踪特征的水平高度还允许堆场卡车系统在将拖车退入装卸站台时，将拖车逐渐降低至离地面较近的位置(或在离开装卸站台时进行抬升)，以避免损坏敏感设备和踢脚板。更一般地，控制器和/或服务器可以提供有关站台高度的信息，并且高度控制过程可以通过升高和降低牵引座来适应拖车的高度，以确保拖车的顶部足够低于特定的站台(或其他突出的障碍物)。
[0272]
d.拖车位置
[0273]
在物流配送中心中非常需要确定拖车的未知位置。在许多情况下，卡车驾驶员有责任驾驶经过多辆停放的拖车来找到指定的待拖曳的特定拖车。卡车驾驶员寻找每辆拖车(例如，沿着正面)的唯一拖车标识号，然后将其与他/她的货单上分配的拖车号进行比较由此做出决定。在物流场中操作的自动驾驶卡车可以适于执行类似任务，并采用感测设备和软件算法来提取拖车标识号(或其他识别标记)，然后可以将其与系统服务器、yms等提供的指定拖车编号进行比较。除了确定拖车的位置以及随后的堆场库存和地图之外，该移动计算和感测平台还可以执行其他独立任务。这些任务包括：(a)检测堆场中的异常情况；(b) 检测不遵守交通规则(例如，超速、违规停放、在道路/路线的错误一侧行驶等)的情况；以及(c)检测堆场中的碰撞/冲突(轻微或严重)。
[0274]
说明性地，并且参考图34的场景3400，当av堆场卡车穿过所描绘的拖车3412、3414 和3416的停车区3410时，lidar(光检测和测距)被用于定位(相对于av堆场卡车的位置)正在经过的每辆拖车。在开始拖车定位后，位于卡车车载处理器或远程互连计算机/ 服务器上的计算机视觉系统可以分别处理拖车前面板3422、3424、3426的相机成像，以寻找包含唯一拖车识别标记的潜在区域。举例来说，在每辆拖车前面3422、3424、3426的不同位置上识别标记3428。这些标记可以由一串字母数字字符或唯一的视觉编码基准(唯一的标记，例如qr码，其他id码和/或ar标签)组成。作为背景，增强现实(ar，augmentedreality)标签(通常被称为“artag”)是一种用于支持增强现实以及其他用途的基准标记系统。这样的标签可以使虚拟对象、游戏和动画在真实世界中出现。ar标签通常提供视频跟踪功能，该功能可实时计算相机相对于物理标记的位置和方向。当知道了相机的位置，就可以将虚拟相机放置在同一点，从而在ar标签的位置显示虚拟对象。因此，它可以在 av堆场卡车/自动驾驶汽车中提供视觉系统，该系统具有视点跟踪和虚拟对象交互。ar标签通常是印刷在表面上的正方形图案，单个相机很容易识别这些标签的角，因此可以自动计算标签表面的单应性。标签的中心还包含一个独特的图案，用于识别图像中的多个标签。校准相机并确定标记的大小后，即可通过实际距离单位计算标签的姿态。在图34a中通过非限制性示例示出了多个ar标签3430。在使用(例如)常规视觉系统过程来识别这些唯一id代码之后，可以使用适当的id解码过程来确定标签/代码中包含的任何底层字母数字 (或其他符号)数据。可以通过例如
马萨诸塞州内蒂克的康耐视公司等供应商购得适当的 id查找和解码过程/软件。
[0275]
图34b示出了示例性的av堆场卡车3440，其具有自动提取拖车标识信息的传感器系统。该系统可以包括安装在(例如)驾驶室顶部3444的多扫描lidar 3442，以及安装在 av堆场卡车驾驶室的适当位置(例如，相对的左右两侧)的一个或多个相机3446和3448，以在堆场周围运动期间对拖车进行适当成像。如图所示，lidar 3442可以扫描大约360度的视场3450，而每个相机3446和3448可以分别对向外发散的(例如扩散的锥形)视场3452 和3454进行成像。最终的视场可以捕获在av堆场卡车3440的任一侧以及卡车稍微靠前及靠后位置经过的拖车(以及那些相对于每个相机的光轴oa1和oa2以不同的非垂直角度放置的拖车正面)。还可以根据需要向卡车3440提供前部和/或后部相机(未示出)，以确保适当的大约360度的视觉覆盖。或者，可以将一个或多个相机安装在定期更改位置的移动支架上，以足够的速率随时间从多个角度获取图像，以确保以卡车的行进/通过速度识别物体。
[0276]
在操作中，如图34c的基于图像的流程图3460所示，lidar 3442用于感测av堆场卡车3440(框3462)每一侧的各个拖车3461、3463和3467。分析lidar扫描以定位框3464 中的候选拖车特征集。这种定位(由特定拖车3467周围的边界框3466表示)可能需要将从lidar接收到的信号与在处理系统中训练的已知签名进行比较。当确定了相对于堆场卡车的拖车位置，就可以对由相机3446、3448获取的图像进行视觉处理。如果分析涉及提取现有的拖车标识号，则识别所获取的拖车图像的前面板3474上的候选文本3470、3472的潜在位置(框3468)。当识别出这些候选文本区域时，使用(例如)光学字符识别(ocr，optical character recognition)(可以是视觉系统过程/软件包的一部分)分析包含候选区域的相应子窗口(例如边界框)以提取这些区域中的实际文本(框3478)。将文本与已知类型进行比较，丢弃任何不符合拖车标识编号的识别/解码文本并留下最可能的选项3480 (框3482)。如果在拖车上以及在该过程中使用ar标签来替代提取拖车标识号，则使用一组类似的处理步骤/框识别拖车位置，但是计算机视觉算法将查找ar标签候选对象而不是文本候选。应注意，ar标签具有非常独特的外观，因此应具有很少的模糊候选图像子区域。一旦识别出该子区域，则可以将ar标签转换为其相应的数字标识符。
[0277]
e.装卸站台通信
[0278]
从安全的角度来看，与人工驾驶一样，需要在av堆场卡车系统和相关的装卸站台人员 (在此定义为包括自动化仓库环境中的控制器、机器人和机械系统)之间提供协调的切换允许，以实现拖车的移动/牵引。在一实施例中，通信系统协调自动系统与站台人员之间的安全切换，以确保未经站台人员的明确许可，av堆场卡车不会与站台发生分离。该系统还可以与其他系统(例如，站台锁或自动车轮止动系统)相互操作，以协调拖车最初停在站台时的物理固定，来防止拖车在装卸过程中意外移动。此外，通信系统还有助于通知站台人员拖车到达站台，从而提高装卸效率。
[0279]
根据现有技术的手动装卸站台操作依赖于视觉信号，该视觉信号被传输到堆场卡车操作员。下面在图35中示出了这种信号系统3500和相关的照明单元3510的基本示意图。示例性信号单元3510由红灯3520、绿灯3530，以及在此显示的(例如)三位置拨动开关组成，通过三位置拨动开关手动输入锁定状态，其选项包括(a)拖车被止动(站台上为绿色)； (b)未止动的拖车(站台上为红色)，以及(c)站台关闭(站台上为红色，以及可选地在站台外为红色)。如果拖车当前未进行装载过程，并且可以被安全地拖走，则将亮起绿色信号灯3530。
如果拖车没有被拖走，则亮起红色信号灯3520。应注意，堆场卡车的驾驶员(在此非自动化示例中)还可以通过移动三位置拨动开关3540向车轮止动状态提供输入，从而指示拖车车轮已静止、未静止，或者站台未运行以进行维护。信号单元3510经由线束或其他电力/数据链路3550连接到建筑物/堆场基础设施3560，以与站台门位置信号以及站台设施内部的内部控制和状态灯相互操作。
[0280]
在图36所示的实施例中示出了类似于图35的手动操作的布置3500的信号布置3600。信号单元3610可以被类似地或相同地构造，并且包括红灯3620、绿灯3630、三位置开关 3640和线束/链路3650。说明性地，通过线束/链路3672在(例如)常规信号单元3610(可以是改装实施中的预先存在的元件)与建筑物/堆场基础设施(3660)之间连接电子通信设备(接口)3670。如虚线框3671进一步所示，通信设备3670包含处理器3674、主进程/ 软件应用3676、与建筑物/堆场基础设施3660的接口3678，与(例如)常规信号单元3610 的接口3680，通过无线数据广播/链路3681连接到av堆场卡车的接口3682(如上所述)，以及可选地，如果有相应配置，则还具有通过线束/链路3685连接到任意装卸站台/止动器锁定系统的接口3684(如本文所述)。应该清楚的是，通过使用通信设备/接口3670来实现现有(例如，已安装的或现成的)信号单元的使用。站台通信电子设备负责从建筑物/ 堆场中读取安全运动信号，并通过软件接口通过无线数据链路将这些信号提供到自动系统。另外，利用来自自动系统(例如，在服务器上)和可选的站台/止动器锁定系统的反馈，站台通信电子设备可以向建筑物/堆场基础设施提供锁定/止动或未锁定/未止动的状态。然而，布置3600通常不能改变现有信号单元上的物理开关状态。本实施例读取安全状态的电子读数，并且无需经由传感器感测灯的状态就可将该读数提供给自动系统，传感器例如外部相机，该外部相机感测当前灯的颜色或照明信号在成像单元中的位置(即上面为红色，下面为绿色等)。
[0281]
图37示出了另一种布置3700，其中信号单元3710是使用本文所述的集成接口部件专门构建(定制)的，或者是使用常规信号单元作为改装基础来改进的集成部件。在该实施例中，如图37所示，信号单元3710包括在信号单元3710内部(与之集成)的站台通信电子设备3770。在功能上与框3671(图36)的部件相似或相同，集成电子设备3770可以包括处理器、主进程、与建筑物/堆场基础设施3760的接口(具有关联的线束/链路3772)、信号单元电路(内部)接口、av堆场卡车接口、在信号单元3710的外壳上的无线广播链路3781以及可选的站台/止动器锁定接口(带有相关的线束/链路3785)。如图所示，简化 /减少了线束的总体布置，并且(通常)有一个物理单元集成在站台上(即集成信号单元 3710)。通过按钮3790将关于锁定/止动或未锁定/未止动的用户输入集成到单元3710中，使得手动输入状态与自动输入状态((a)拖车被止动(站台上为绿色)；(b)未止动的拖车 (站台上为红色)，以及(c)站台关闭(站台上为红色，以及可选地在站台外为红色)保持一致。
[0282]
图38示出了用于使用常规信号单元(例如图35中的上述信号单元3510)的另一说明性布置3800。在该实施例中，系统使用根据本文实施例安装在av堆场卡车3820(或与之相关的)上的一个或多个传感器3830来观察该常规信号的照明状态(红色3520或绿色 3530)。传感器类型的一个示例是适当设计的彩色或灰度光电相机。但也可以考虑在该布置中使用其他类型的一个或多个传感器，例如带有仅允许一种形式的光(红色或绿色)通过的滤光器的光电探测器。通过卡车的无线数据链路3840，由av场卡车控制器3850或远程处理器(例如服务器)内的过程(处理器)和/或软件应用对来自传感器3830的数据3842 进行分析和解
释，以确定亮起了红色和/或绿色信号灯(这与堆场卡车的操作员确定系统状态的方式相同)。分析和解释的结果将被提供给av堆场卡车系统。可以设想，安装传感器 (相机3830)使得当卡车位于可以及时且方便地接收此类信息的适当位置时，信号灯3520、 3530将保持在其工作范围和感测/视场3860的范围内，卡车的适当位置例如，卡车与站台对齐以牵引、挂接和/或解开拖车3870。
[0283]
以上，对站台信号系统进行了概括，其中，在获得适当授权之前，可以禁止在堆场或往返驱动装置中操作机器人系统的动作。这些通用授权概念可以更好地集成到堆场和往返车操作中，并为与人、车辆和其他物料搬运设备协同工作的机器人提供灵活性。
[0284]
可以广泛考虑可以被禁止的动作，包括与其他部件、车辆、工人、机器人、设备、基础设施部件、调度(命令和控制)等的物理运动和虚拟交互。这些动作包括在堆场和往返运行环境中运行的机器人系统可能进行的所有物理或虚拟交互。非限制性示例有：a)进入并通过十字路口的权限；b)进入并通过人行横道的权限；c)在起重机、侧装载机或其他物料搬运设备周围或下方移动的权限；d)进出特定区域(例如充电站、维修区等)的权限； e)在进行维护、建造或修理工作的区域附近操纵的权限；f)接近或离开平开门开/合站的权限；g)进入或离开其他机械系统(平开门开/合站)的权限；h)连接到现场基础设施数据网络的权限。
[0285]
设想了几种提供授权的机制，包括物理机制、虚拟机制和感应机制。物理机制是人为了提供或删除授权而参与的输入。这些机制包括但不限于例如瞬时或拨动开关之类的开关。以电子方式读取这些输入的状态，并通过无线数据通信提供给机器人。虚拟机制是通过软件接口与机器人以及软件用户接口应用程序进行交互的输入。感测机制是指机器人可以通过其机载传感器套件获得(或不获得)授权，而不是通过无线数据向机器人提供状态数据。可以实现为各种机制，包括对信号灯状态的传感测量，感测和识别人员做出的手势等。
[0286]
可以由人直接向授权机制进行输入，也可以通过堆场和往返环境中的其他设备(无论是否有机器人)提供输入。人员包括操作环境中的其他工人以及安全操作员或观察员，他们可以位于机器人上、车辆中或在地面上的下车地点。
[0287]
在机器人上，读取或感测到授权机制的状态，然后由机器人来确定启动或禁止特定动作。这些行为可能与机器人要完成的主要目标或外围交互和行为紧密相关。未经授权，机器人将不会执行需要授权的动作。在收到授权后，机器人可以继续执行授权执行的动作。
[0288]
f.充电用户接口
[0289]
电动车辆需要定期充电以补充电池能量用于移动车辆并为辅助设备提供动力。对于由受管理系统控制的一台或多台自动驾驶电动汽车组成的自动系统而言，希望将充电状态的知识纳入系统的操作中，以正确利用车辆(例如将当前电池资源有效分配至任务)，并在操作中协调每台设备的充电时机，以最大限度地提高运营效用。
[0290]
图39示出了用于指定给自动驾驶电动车辆(例如根据本文的各个实施例的说明性av 堆场卡车)充电的理想时间的用户接口(user interface，ui)布置3900的实施例。通过利用系统组织和指定理想充电时间，自动系统(具有在一个或多个计算机系统(例如pc、笔记本电脑、服务器、平板电脑和/或云计算环境等)3910上运行的通用自动过程(处理器)3930以及关联的处理器3920)可以参考这些时间来确定何时将车辆返回充电站。这样的组织/指定允许将充电时间(何时以及持续多长时间)纳入站点的运营计划中，由此避免例如
充电车辆停机时间与运营所需正常运行时间之间的冲突，并将此信息提供至自动系统。在设施的计算机系统3910的处理器3920上执行的充电管理/调度过程(处理器)/软件应用程序包含用户接口屏幕3950(或(例如)用于便携式屏幕的网页生成器，便携式屏幕例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑)，以显示和输入单个车辆(行3954)的理想充电时间(列3952)。操作者输入期望的充电时间(被指定为“chg”3960)，并且自动系统过程 (处理器)3930响应于来自充电管理/调度过程(处理器)3940的通信，通过将车辆返回到指定充电站以满足充电时隙。ui可以选择性地显示当前的充电状态(列3970)，并为操作员显示选项使操作员可以异步地命令车辆返回充电站(列3980)。如果车辆具有足够的电量并且操作员选择不考虑充电时隙，则该系统仍将允许特定指定的车辆在其指定充电时隙中执行其他任务。如果车辆电量不足，则电动车辆除了能被导航到充电站之外，无法接受新的移动任务。
[0291]
在另一实施例中，可以通知人员何时达到一定的充电水平，何时将车辆手动连接到充电基础设施，以及何时可以将车辆移除充电基础设施。如上所述，这些通知可以可选地显示在位于设施的ui屏幕3950上的屏幕上。其他通知选项可以包括自动电子邮件、文本消息和其他通知方法(提示3992)，并通过网络和/或通信链路以及相关的过程(处理器)3990 通知站点人员。
[0292]
充电接口的另一实施例中，可以在任务计划软件中包括调度功能以进行自动车辆运动。任务计划系统接收该调度作为输入，并在计算自动驾驶车辆的运动计划时将指定的充电时隙作为约束条件。
[0293]
另一实施例包括将当前充电状态以及理想充电时间的可选规则结合到任务计划中用于自动驾驶车辆运动的过程(处理器)/软件3994。任务计划系统通过无线遥测从其提供任务计划的车辆中接收当前充电状态的反馈。充电状态是任务计划系统必须满足的约束条件。因此，任务计划系统除了将车辆保持在健康的充电状态外，还负责管理动作。如上所述，可以通过理想的充电时隙规则来指导任务计划系统，以便为任务计划系统计算出的计划提供指导。
[0294]
另一实施例自动记录所请求的车辆运动、充电状态以及实际充电时隙和持续时间。所记录的信息用作输入数据，以支持分析站点的业务流程以及管理车辆的充电状态。这些分析支持操作模型的完善，包括但不限于更新车辆的所需充电时间。
[0295]
当上述充电/充电监测过程指示返回充电站时，可以设想通过用户手动将车辆插入端口进行车辆充电，或者通过机械手按照类似于连接拖车服务连接的过程，找到充电端口并连接来自充电站的充电导线。可替代地，车辆可与地板或墙壁触点对齐，该触点与车辆上的适当的垫接合，或者可以采用根据本领域技术人员布置的感应(无线)充电形式。应该清楚的是，当通过上述过程自动或手动使车辆返回时，可以采用各种自动充电装置。相关地，除了调度理想的充电时间以最大化车辆和任务效率之外，还构想了可以在不同操作阶段减少自动驾驶车辆的功率消耗的方法。特别是对于基础电动汽车(ev)而言，延长充电之间的时间可以直接提高堆场和往返车的运营效率。通过选择性地启用自动硬件，包括但不限于计算机、传感器和致动器，可以节省功率。除了对硬件组件进行各种低功耗和暂停状态设置外，启用还涉及直接施加或移除电源。这些启用由运行条件和任务段的执行情况所决定。例如，如果车辆在向前行驶，则与感测车辆后方的关注项目相关的感测和处理则不太重要，因此根本不需要供电和执行，或者可以大大降低其精度。由此，在这种情况下自动系统
可以使用很少功率来节省电力。该策略可以应用于自动系统的整个操作控制中，以识别在不使用时可以断电或置于低功耗/暂停状态的组件。当配备自动驾驶系统时，尤其对于电动汽车而言，可以为基础车辆节省更多的电力。由于自动系统了解操作控制和任务段，因此可以有选择地为基础车辆上的设备供电，或在未使用时将其置于低功率/暂停状态。例如，当自动系统确定车辆应保持静止时，它可以命令完全施加制动器，并将基础车辆配置为完全从驱动电动机上断开动力的状态。
[0296]
综上，配备有自动系统的车辆可以通过上述方式进行命令来节省动力。同样，在基础车辆是电动汽车的情况下，节电非常重要。例如，可以计划和执行任务，从而优化再生制动(与使用摩擦制动机制相比)的使用，由此降低整个系统的功率消耗。
[0297]
g.自动化的“牵引测试(tug-test)”[0298]
卡车牵引测试的原理如下：在拖车的制动器仍处于接合状态下，将卡车置于前进档并相对于拖车进行拉动，由此确认卡车与拖车的牵引座的连接。如果卡车遇到强大阻力，则证明牵引座接合成功。
[0299]
从安全角度来看，期待通过自动驾驶(例如av堆场)卡车来进行该牵引测试。参照图 40的过程4000，自动驾驶卡车牵引测试过程4000假定在被激活之前，卡车的位置使得整个牵引座位于拖车地板/防滑板的前边缘下方(拖车物理上置于卡车的牵引座上)，牵引座与拖车的地板/防滑板之间没有间隙，并且牵引座已被充分抬起，使得拖车的起落架脱离地面(避免起落架在测试期间发生损坏)。此外，在没有来自牵引座解锁控制阀的任何反馈的情况下，自动驾驶卡车牵引测试过程4000能够检测牵引座的适当机械耦合，从而指示牵引座上的主销爪是否处于打开位置。
[0300]
在开始自动驾驶卡车牵引测试过程4000以确认牵引座与拖车的正确机械连接之前，卡车上的自动系统将卡车的牵引座连接到拖车主销，并使卡车处于以下状态：a)未施加油门 (throttle)；b)对卡车施加充分的行车制动器(full service brake)；c)方向盘指向正前方；以及d)没有空气供应至拖车制动器(前提条件方框4002)。
[0301]
自动驾驶卡车牵引测试过程4000如下：首先在步骤4004中，命令变速箱转换到前进挡(或行使)。一旦变速箱通过控制器返回状态值来指示其处于前进挡(判断步骤4006)，则在步骤4008中，自动驾驶卡车牵引测试过程4000完全释放行车制动器，并且当得到确认时(判断步骤4010)，通过命令施加预设油门，使得自动驾驶卡车牵引测试过程4000向前驱动卡车(步骤4012)，并监测(a)牵引车纵向加速度，以及(b)牵引车向前行驶的距离。另外，根据卡车上的传动系，自动驾驶卡车牵引测试过程4000还监测驱动电动机电流和/或发动机转速(rpm)。在施加预设油门时，如果过程(处理器)确定卡车系统的实际向前运动与没有牵引拖车的卡车前进运动控制量(profile)不匹配(或相比基于当前和未来测试的实验百分比小)时(步骤4014)，自动驾驶卡车牵引测试过程得出结论，牵引座与拖车成功完成机械耦合(步骤4018)，过程4000结束(步骤4020)，并通知系统连接成功。相反，如果在步骤4012之后，卡车运动并且其前进运动控制量与未连接拖车时相同/ 相似(判断步骤4014)，则自动驾驶卡车牵引测试过程4000得出结论：牵引座与拖车的机械耦合失败(步骤4022)，并在释放卡车油门并充分施加行车制动器的同时立即通知系统 (步骤4024)。该过程再次在步骤4020处结束，等待重新尝试挂接拖车和/或操作员干预。
[0302]
在各种实施例中，多次牵引测试程序可以包括连续的单次牵引测试。成功完成初
始牵引测试后，以及在将气缆和电缆连接到拖车之后，命令牵引座将拖车提升至行驶高度，并向前移动以确保拖车后部不会拖拽卸货门的挡风雨条。在将拖车抬升到行驶高度后，一些客户和应用区域会希望执行额外的最后一次牵引测试，进一步检查牵引车和拖车是否完成机械配合。在这种情况下，由于已经向拖车提供空气使得紧急制动器得到解除，因此，必须去除该空气以重新接合紧急制动器，或者必须在行车制动器上向拖车提供空气。随后，向牵引车施加短暂的向前油门或推进力，以牵引拖车，并确保牵引车与拖车保持接合。
[0303]
参照图40a的过程4030，自动驾驶卡车牵引测试过程4030假定在被激活之前，卡车的位置使得整个牵引座在拖车地板/防滑板的前边缘下方(拖车物理上置于卡车的牵引座上)，牵引座与拖车地板/防滑板之间没有间隙，并且牵引座已被充分抬起，使得拖车的起落架脱离地面(避免起落架在测试期间发生损坏)。此外，在没有来自牵引座解锁控制阀的任何反馈的情况下，自动驾驶卡车牵引测试过程4000能够检测牵引座的适当机械耦合，从而指示牵引座上的主销爪是否处于打开位置。
[0304]
在开始自动驾驶卡车牵引测试过程4030以确认牵引座与拖车的正确机械连接之前，卡车上的自动系统a)已将牵引车后退至拖车以挂接拖车，以使系统认为拖车的主销已被插入牵引车的牵引座的挂接件中；b)没有与拖车进行空气线路(紧急或行车制动器)连接； c)牵引车处于静止状态，并施加了行车制动器(前提条件方框4032)。
[0305]
牵引测试的准备工作包括在牵引车上施加行车制动器、命令fnr(前进、空、后退挡位)至前进挡，以及释放油门/推进力(步骤4034)。系统确认以下条件：a)牵引车静止 (速度为零)；以及b)fnr处于前进挡(判断步骤4036)。如果不满足条件，则过程返回到步骤4034。如果满足条件，则该过程随后在步骤4038中尝试移动，包括：a)记录导航数据(例如位置、里程表)；b)在预定秒数(y)内施加预定百分比(x％)的油门/推进力控制量。在判断步骤4040中，过程基于导航数据确定牵引车是否移动。如果牵引车移动，则牵引测试失败，并且该过程在步骤4042结束，等待再次尝试挂接拖车和/或操作员干预。如果牵引车没有移动，则过程前进至判断步骤4044，并通过检查牵引装置的状态来确定拖车是否脱离。如果拖车脱离，则过程在步骤4046处结束，等待再次尝试挂接拖车和/或操作员干预。如果拖车没有脱离，则过程成功通过反复牵引测试并在步骤4048处结束。
[0306]
如图40b所示，过程4030可以作为多次牵引测试过程4050的反复执行部分而重复执行。在判断步骤4052中，系统确定挂接件是否报告主销已插入。如果挂接件报告未插入主销，则过程在步骤4054结束，并等待再次尝试挂接拖车和/或操作员干预。如果挂接件报告已插入主销，则过程前进到步骤4056以第一次执行单次牵引测试过程4030。如果通过第一次的单次牵引测试并在4048处结束(图40a)，则在步骤4058中，多次牵引测试过程 4050将牵引座升高小的预定距离。在将牵引座升高预定的小距离之后，在步骤4060中，多次牵引测试过程4050第二次执行单次牵引测试过程4030。如果通过第二次牵引测试并在4048处结束(图40a)，则在步骤4062中，多次牵引测试过程4050进行拖车的空气和/ 或电连接。在建立连接之后，在步骤4064中，a)向拖车供应空气；b)将变速箱置于驻车挡位；c)松开行车制动器；d)将拖车提升至行驶高度；以及(可选地)e)牵引车稍微向前拉动拖车使其远离装卸区。然后可以在步骤4066中移除拖车空气供应。在步骤4068中，多次牵引测试过程4050可以第三次也是最后一次执行单次牵引测试过程4030。如果在步骤4068中通过了单次牵引测试过程4030，则该过程在步骤4070结束，并且将通知系统成功。
[0307]
不同的客户和任务环境需要选择和定制自动化牵引测试。可以根据实施单次牵引并选择测试的参数来配置自动牵引测试。
[0308]
h.自动模式到驾驶员模式的更改
[0309]
自动驾驶车辆能够在有人驾驶、无人驾驶和有安全操作员的无人驾驶之间无缝安全地更改模式的能力，是其在指定操作环境中成功运行的关键。现有自动驾驶汽车上用于模式更换的控制输入几乎都是安装在车辆上的开关、旋钮或按钮，并且可以被任意操作员切换、转动或推动。尽管这很方便，但由于允许未经授权的人员接近车辆并更改其模式，这并不安全。
[0310]
与车辆线控驱动系统互操作的车辆自动控制器(如上所示和上文所述)可适于安全地改变自动车辆(即配备有人工操作驾驶室/控制系统的自动车辆)的操作模式，同时防止在未经授权、意外、偶然或某些情况下恶意更改模式。该系统和相关的模式转换过程为自动驾驶汽车(例如av堆场卡车)提供了额外的安全保护，以确保只有经过授权的人员才能有意安全地更改其操作模式。
[0311]
现在参考图41的过程4100，其可以在自动驾驶车辆(例如av堆场卡车)内操作，并通过驾驶室内或外门(从而限制对驾驶室的访问)上的触摸屏显示器等适当的接口呈现给潜在的用户/驾驶员。配备有该系统的自动驾驶车辆包含或访问预先授权的用户列表(例如，查看预编程的查询表或通过无线链路查询服务器数据库)，这些用户被允许改变车辆的操作模式。另外，该系统可以存储或访问标识数据(例如人体生物特征数据，例如声纹、指纹或视网膜扫描)，并通过适当的接口(例如视觉和/或音频输入)询问用户，或者可以要求用户输入唯一存储的密码和/或任何其他唯一标识参数。这些标识数据被存储并向每个授权用户请求这样的标识数据来进行认证以改变车辆操作模式。为了命令更换操作模式，用户输入具有唯一标识参数的他/她的凭证(步骤4110)，向系统进行认证并输入更改模式命令 (子步骤4112)。然后，系统查询所存储的数据，并尝试通过对照允许更换车辆操作模式的得到授权的用户来对用户进行验证(判断步骤4120)。如果用户是授权用户，则过程4100 通过查询标识数据并将其与输入版本进行比较来确定用户标识本身是否有效(判断步骤 4130)，在步骤4130中，可以使用各种可用和/或定制的验证软件、硬件和技术。如果用户得到充分验证和识别，则过程4100确定模式更换是否是有意且被允许的(判断步骤4140)。该判断可能涉及一个或多个允许或阻止模式改变的标准，包括但不限于：车辆位置(即车辆是否可能需要或期望操作员，或者对操作员构成危险？)；车辆是否正在移动(例如，被拦截还是操纵)；当前车辆负载(例如负载是否有价值，安全等？)；车辆是否损坏或需要充电/维护；哪里需要人工干预。如果模式更换不存在障碍和/或模式更换是有意的，则在步骤4150中执行模式更换并且该过程结束(步骤4160)，其中，用户使用线控手动控制来接管驾驶功能。
[0312]
然而，在过程4100中，如果用户未被授权驾驶车辆，则判断步骤4120分支到步骤4170 并且不接受输入。位于设施和/或另一适当位置(例如，警卫棚、安全设施等)的服务器被通知未经授权用户尝试输入模式更换，并且过程4100结束(步骤4160)。如果用户被授权但未成功认证，则判断步骤4130分支到步骤4180。用户被通知身份标识参数无效，并且 (可选地)给与一次或多次重新输入正确授权数据的机会(通过步骤4110等)。在超过预定尝试次数(例如三次)之后，过程4100还可以通知设施服务器、警卫室等(步骤4184)。车辆的位置是通过自动系统及其固有的跟踪过程得知的，因此可以提高位置的安全性。可替代地，车辆
可以被锁定，并且搭载用户并自动驾驶到安全位置。如果模式改变被验证为无意的或不允许的(判断步骤4140)，则步骤4190拒绝模式改变并且过程结束(步骤4160)。根据拒绝的情况，可以采取其他措施，例如通知设备、安全设施等。
[0313]
应当清楚的是，在图41的模式更换过程4100中可以采用各种各样的附加和/或替代过程步骤。步骤可以提供其他选项，例如物理锁定和解锁门以及使车辆停止的特定控制。还可以提供手动车辆紧急停止功能(例如车辆内部或外部的大按钮)作为需要或不需要授权的手动超控的基本形式。可以将适当的通知发送给设施和其他有关方面。
[0314]
i.铁路联运集装箱排序(ordering)
[0315]
av堆场卡车技术的一个重要用途与联运货运设施有关。这种设施现在与使用iso标准运输集装箱(通常长度为20英尺或40英尺，一端具有双锁平开门)的铁路货运相关，在许多应用中已取代了厢式车。集装箱的使用使货物可以在很远的地点被装载，例如，在中国的工厂被装到船上，在港口卸下后被运上轨道车。然后，通过铁路将集装箱运送到离港口很远的目的地，并最终在铁路运输平台被卸载到专用拖车上，以使用陆运卡车从铁路站运输至最终目的地(例如，仓库、配送中心等)。轨道车(在本文中也称为井车(well-car)) 适于在单层中或以两层的堆叠方位(通常)运载一至三个适当长度的集装箱。轨道车通常采用低矮的结构，带有凹陷的井床(well-bed)，以便在穿过隧道和横贯轨道的电线、立交桥、桥梁等下方时提供额外的间隙。
[0316]
图42至图44描绘了轨道车自动检测和映射系统和方法，其允许自动驾驶车辆沿着火车正确定位拖车、带有集装箱的集装箱底盘和/或空的集装箱底盘，以在联运铁路环境中装卸至轨道车。图42示出了具有示例性轨道车(井车)4210的布置4200的俯视图。轨道车包含井4220和4230(在两个井的配置中也标记为a和b)，用于将至少两个联运集装箱存放在轨道车4210中。如图所示，轨道车在其前部4240和后部4250上分别装有无线识别装置或其他离散的识别基准(例如，视觉id标签)。在一实施例中，用于轨道车的前后标识符包括所描绘的射频标识符(rfid)标签4260、4270。应注意，这些标签由堆场或轨道车操作员提供，并且注册在系统中，或者从在线服务器访问(例如通过互联网)。这些rfid 可以报告有关车辆和/或货物的各种标识数据，或者可以只限于提供方向数据，即哪个是前部，哪个是后部。
[0317]
分别考图43和图44中的布置4300和4400。当具有单个井4330、4332两个井4210 (如上所述)或三个井4334的火车4310(由发动机4320拉动)进入目标铁路堆场时，堆场操作员不需要知道井车的顺序和位置。了解每个轨道车井的特定位置是为了自动输送集装箱，集装箱由起重机或其他机构装载到相邻的井车上。另外，对于有多个井的轨道车/ 井车(两个井时被标记为a、b；三个井时被标记为a、b和c)，应该知道车的方向，以使系统确定每个井的位置。
[0318]
特别参考图43，检测过程(处理器)4310可以是整个服务器120的一部分和在系统服务器和卡车之间传递的(例如，无线)数据160的一部分，检测过程(处理器)4310确定每个轨道车以及每个轨道车内所有井的位置和方向，以实现集装箱的自动交付。该过程输出停放位置列表，其详细列出火车的每个井的适当集装箱位置。该过程包括至少两个主要步骤，包括(a)确定井位置和(b)计算停放位置列表。
[0319]
确定井位置的一种技术需要使用上述的rfid布置。每个轨道车的前后都安装有rfid 标签。如上所述，rfid标签可以指示轨道车的离散id以及标签是安装在车的前部还是
后部。可以为每辆车提供一个或多个rfid。在安装最少个数时，单个rfid可以表示前部或后部中的任一个，并且通过系统推断相对的未标记的另一端。如上所述，可以通过rfid编码或其他方式(例如数据库)获得有关每辆轨道车的其他信息。该附加信息可以包括但不限于：(a)总长度；(b)井的个数；(c)从轨道车前部到每个井中心的距离；以及(d)每个井的长度。当轨道车进入轨道堆场时，轨道侧扫描仪4350(位于一个或多个适当的入口点并与过程(处理器)过程4310相互操作)读取标签并按到达顺序填入轨道车列表。列表中的每个条目还可以指示是前部先到达还是后部先到达，从而报告在火车4310内的相对方向。该扫描和处理的结果是井的有序列表4312，因已经知道了方向，也可以确定轨道车内的井的顺序。
[0320]
当火车停止时，则通过车载gps 4360高精度确定发动机4320的位置，gps 4360将数据报告给系统服务器120和(过程)处理器4310。处理器4310沿着井顺序向下移动，基于对发动机4320的当前位置与经过固定位置扫描仪4350的车rfid标签之间的跟踪比较来沿着轨道确定发动机到每个井的距离。沿轨道的第一井的位置被存储为发动机位置加上从第一轨道车的前部到第一井中心的距离。可以基于所指示的车长度(通过rfid)以及前和 /或后rfid的相对位置来确定车的中心。用同样的方法确定第一轨道车中的剩余井位置(如果有)。然后，可以基于先前轨道车的井位置以及每辆车的车尺寸和井数的知识来计算下一个轨道车的第一井位。
[0321]
当过程了解了每个井沿轨道的位置，则通过以垂直/正交于轨道延伸方向的可配置距离 dop(如图44中的配置4400所示)偏移井位来记录停放位置4410(在此编号为1-7)的清单，停放位置4410对应于每个轨道车4330、4332、4334和4210中的井位置。每个停放位置(例如1-7)都被唯一地识别，从而可以在轨道侧附近交付集装箱，由此将集装箱装载到相邻的井中。
[0322]
图44a进一步详细示出了用于执行井排序和位置检测处理的上述过程4420。如图所示，火车到达堆场(步骤4422)并拉动示例性的轨道车/井车(步骤4424)。当车经过扫描仪时，在步骤4426中读取车上的第一rfid(或其他基准)。在步骤4428中，过程根据rfid确定轨道车的方位(前/后)，并将轨道车的id记录/存储在系统中(步骤4430)。然后，在步骤4432中，扫描仪根据火车的运动来读取经过的第二/下一个rfid。在步骤4434中，由于每个标签表示轨道车的相对前/后方位，这允许过程(处理器)验证轨道车的方位。然后在步骤4436中，将扫描/识别的轨道车及其相对规格(如上所述)添加到过程列表中。可以从id本身提取这些轨道车的规格/身份，和/或可以从远程(例如，基于网络或基于互联网的)数据库4438中访问(基于车id)。随着火车中的更多轨道车(如果有)经过，扫描仪和过程(处理器)轮询更多轨道车，如果存在更多轨道车(通过判断步骤4440)，则该过程重复步骤4424到步骤4436，直到对所有轨道车进行扫描。然后，过程4420(通过判断步骤4440)分支到步骤4442，在该步骤中，系统接收当前基于gps(或其他跟踪系统，例如蜂窝三角测量)的发动机位置。应注意，在使用多个单元拉动火车时，可以报告火车中的多个发动机位置。但至少一个通常是最靠近轨道车的发动机将用作参考。
[0323]
然后，过程4420分支到步骤4444，过程(处理器)使用例如火车中的轨道车的列表和相关规格来计算相对于发动机的位置的每个井的位置。基于此计算，在步骤4446中，过程(处理器)在相关的垂直偏移处构建相邻的轨道旁停放位置(点)的对应列表。然后，在步骤4448中，用存储的唯一/离散标识符标记这些已识别和定位的每一个停放位置。提供该信息
以完成供av堆场卡车系统使用的停放位置清单(步骤4450)。可选地，驾驶员可以使用该系统通过车载接口(例如固定屏幕、平板电脑或智能手机)来定位给定的井和停放位置。在自动布置的情况下，使用系统导航控件和相关的位置确定系统(例如gps、三角测量、嵌入式传感器等)将卡车引导至停放位置。在由人驾驶的情况下，可以使用带有系统输入的有关停放位置地理位置数据的类似的导航辅助来帮助已分配到停放位置的驾驶员。导航系统以本领域技术人员公知的方式使用适当的反馈将驾驶员引导至现场。
[0324]
用于确定每个轨道车中的井位的另一种技术是利用感知技术，通常在火车静止时运行。在图43中示意性示出了感知系统4370，感知系统4370可以由各种传递相关联的数据4372 的物理形式和基于rf的传感器形式组成，包括但不限于相机、gps以及潜在的lidar。这些传感器可以共同安装在移动平台上(例如手动推车或自动驾驶车辆(例如堆场卡车))。在操作中，在火车停止后，感知系统4370沿着平行于轨道堆场中的轨道的火车的长度方向移动(双箭头4374)。由此，感知系统4370可以感测每个轨道车的位置和范围。范围将暗示每辆车的井数。感知系统在每个轨道车的范围内搜索轨道车id和井位标识符。相对于轨道车范围的每个井标识符的位置指示方向。
[0325]
随着检测和处理轨道车和井的标识符，每个井都被添加到顺序列表中，以在列表中创建总体井顺序。如果由于涂鸦或损坏等原因而无法定位或读取任意标识符，则可以对该井进行标记以实现人为跟进。当确定井后，就可将信息添加到顺序列表中。
[0326]
图44b描绘了过程4460，其使用感知系统(图43中的4370)来执行上述井的顺序和位置检测过程。过程4460在火车停在堆场中的适当位置(例如装货/卸货区)时开始(步骤4462)，然后在手动或自动控制的系统服务器的控制下沿火车移动以使用适当的传感器扫描车(步骤4464)。在步骤4466中，传感器可用于感测轨道车的范围，并且基于感测到的范围，感知系统(和相关的过程(处理器)4312)计算每个轨道车中存在的井的数量(步骤4468)。然后在步骤4470中，根据感测到的轨道车位置来计算每个井的位置，轨道车位置是通过将感知系统的车载位置(例如gps、三角测量等)与检测到的轨道车相关联比较来确定的。然后，在步骤4472中，感知系统会使用适当的感应方式(例如，rfid、光学条形码扫描等)读取感测的轨道车id。然后，在步骤4474中，系统读取井位置标识符(id)，并可以基于相对于轨道车范围的井id来确定轨道车的方位(步骤4476)。然后，系统在步骤4478中将轨道车及其关联的井位置添加到列表中。随着感知系统沿着火车的长度依次沿火车移动时，通过判断步骤4480重复步骤4464至4478，直到扫描最后一辆车并组织到列表中。当检测完火车(没有其他车或火车结束指示/id)时，判断步骤4480分支到步骤4482，并且过程(处理器)4310使用以适当的偏移距离垂直于轨道的相关位置来构建停放位置清单(步骤4482)。然后，在步骤4484中，过程使用系统内的唯一/离散id标记每个新的停放位置，并且存储完成的与停放的火车相关联的相关清单(步骤4486)。
[0327]
在替代实施例中，预期上述移动感知系统和各种感测模式可以与固定和/或单独的固定基础读取器组合，例如上述rfid传感器布置。可以使用上文所述的各种技术并且以本领域技术人员清楚的方式来组合从各种传感器获得的数据，以生成用于与手动和自动驾驶的堆场卡车一起使用的井位置和停放位置清单。
[0328]
还应注意，可以使用适当的起重机、叉车等在堆场拖车和井车之间手动装卸集装箱。可以基于位置确定和视觉系统过程以及其他数据源(包括井和停车空间的输入位置)来
引导集装箱的接合、抬升、移动和下降(拾取和放置)。
[0329]
j.气动接头粗略(gross)检测
[0330]
再次参考图23至图25的实施例描述的基于改进的气动接头的连接系统，根据本文所述的实施例可以设想，拖车前面的常规(即，未改进的)气动接头连接可以用于相对于av 堆场卡车来互连气动线路。可以在最小程度的修改或实质上不进行修改的情况下与本文的 av堆场卡车相互操作的拖车，无论在理论上还是商业上都十分有利。图45至图47的实施例有助于促进这种操作。更特别地，期望提供粗略检测拖车的前侧上的常规气动连接(通常配置为气动接头)的机构。
[0331]
可以参考图45的示例性拖车4500。当使用机械手(在上文与下文中均有描述)操纵包括气动连接(可兼容气动接头)的末端执行器到拖车4500的前面4510上的相应的气动接头4520、4522时，气动接头4520、4522的粗略位置有助于缩小末端执行器的连接搜索。气动接头被安装在面板4530上，面板4530可以位于拖车前面4510的任意位置，通常，位于下部(例如，虚线方框4540)。在本实施例中，提供了用于粗略检测气动接头(或类似的安装在拖车上的气动和/或电气连接)的系统和方法。在本实施例中，该系统和方法通常基于传感器来估计位于拖车前面的气动接头面板的位置。
[0332]
当气动接头面板4530位于拖车4500的前面4510时，可将末端执行器大致定位成与其对齐。此后，连接系统可以开始对末端执行器进行精细操作，以使气动接头与安装在末端执行器上的基于卡车的连接器实际接合。安装在末端执行器上的传感器(例如视觉系统相机)可用于精细地引导连接器与拖车的气动接头接合。来自传感器/相机组件4610的数据被提供至机器视觉系统4650，并如下所述地确定气动接头的位置。
[0333]
进一步参考图45和图46，在自动驾驶卡车4620上提供可用来寻找拖车4500前面4510 的气动接头面板4530的单色相机或彩色相机和3d成像传感器4610的组合。用于检测气动接头面板4530的传感器4610可以静态地安装在卡车4600上(例如驾驶室4630的车顶4620 上)。安装传感器4610使其覆盖相邻的拖车前面(当被挂接后或正在挂接时)的设置有气动接头的期待区域。传感器覆盖范围显示为图46中的拖车前面4510的阴影区域4650。
[0334]
在操作过程中，对拖车面位置的了解限制了在传感器数据中搜索气动接头面板的范围。在示例性实施例中，传感器组件4610可以仅包括2d彩色相机。使用所获取的包括拖车4500 的场景的彩色图像，该过程识别出哪些图像像素与前面4510相关联以及哪些图像像素是背景像素。前面高度结构化，并且，当使用通常市售的机器视觉应用的边缘处理工具时倾向于产生具有明显对比度的边缘。根据边缘信息和卡车前部面板的(通常)均匀颜色，可以在图像中识别拖车前面4510。
[0335]
在另一个示例性实施例中，传感器组件4610包括密集的3d感测，其使用拖车前面的已知/得到训练的3d几何特征(例如具有规定高宽比的矩形)来检测拖车4500的前面4510。可以使用各种布置来完成三维感测，包括但不限于立体相机、飞行时间传感器、有源三维 lidar，和/或激光位移传感器。这些2d和/或3d感测模式各自返回拖车前面的大体位置和边界，并且，还可能返回距卡车参考点的范围。
[0336]
在对拖车前面进行定位和界定之后，粗略检测过程的下一步是将气动接头面板4530定位在拖车前面4510的边界内。参考图47，在整个成像场景4700中示出了包括拖车前面4510 图像的得到缩小的搜索区域4710。在得到缩小的搜索区域4710内，基于所知的气动
接头面板4740位于拖车前面的底部(虚线搜索方框4730)来识别气动接头面板4740的期待多边形(例如矩形)区域。
[0337]
如上所述，基于在采集的一个或多个图像中识别拖车前面的轮廓/边缘，粗略检测过程如下：
[0338]
(a)对在所识别的拖车前面内，但在存在气动接头的期待区域之外的区域(颜色样本区域4750)，对像素进行多种颜色采样。这将提供拖车背景颜色特征的颜色采样。
[0339]
(b)然后，将背景颜色样本与气动接头面板4740的期待搜索区域(虚线框4730)内的像素颜色进行比较。由于气动接头面板通常具有与拖车背景颜色不同的颜色/纹理，因此气动接头像素将产生较低的颜色匹配响应。
[0340]
(c)在气动接头的期待搜索区域内，对颜色匹配响应进行阈值处理，然后使用(例如) 连通区域分析将其分组，由此形成像素分组。分组表示气动接头的可能位置。
[0341]
(d)然后分析像素分组的形状属性，并丢弃不具有结构化几何矩形的分组。可以使用其他形状属性(例如大小和宽高比)来去除错误的气动接头面板检测。其余分组是最有可能是气动接头面板的候选分组。
[0342]
(e)形状属性还用于对其余候选分组进行评分。得分最高的分组最有可能是气动接头。
[0343]
(f)可选地，在使用密集3d感测的实施例中，如果仍然存在多个气动接头面板可能性高的候选区域，则可以基于气动接头的期望3d特征来通过3d几何线索去除错误的候选。
[0344]
(g)在适当的坐标空间中(例如，基于相对于传感器4610的校准而与卡车的机械手相关的全局坐标空间)，所识别的气动接头面板的相关的气动接头的位置/姿势将被用于在连接到气动接头的过程中由机械手执行的精细定位过程中。
[0345]
(h)可基于粗略运动数据4670移动机械手及其关联的末端执行器，粗略运动数据4670 来源于比较机械手组件的当前位置与所确定的气动接头面板4530和相关联的气动接头的位置。粗略运动数据4670被传递到机械手组件的粗略运动致动器4680，或者以其他方式转换为将末端执行器置于与气动接头/气动接头面板相邻位置的粗略运动。
[0346]
k.气动接头姿势的精确定位
[0347]
当将气动接头(和/或气动接头面板)位置的粗略估计值提供给系统，就可以计算出基于传感器的气动接头连接器位置/姿势的估计值。如将在下文中进一步描述，机械手包含单独的或集成的粗略操纵系统，该系统适于将携带有连接器，以及还携带有机载精细定位传感器/相机的末端执行器放置成与所定位的气动接头面板相面对的关系。由于面板可以放置在拖车前面的任何位置，因此使用粗略操纵系统会缩小机械手的精细调节致动器所需的工作量和移动距离，从而在卡车气动(和/或电气)与拖车的气动(和/或电气)连接过程中提高运行速度和精度。因此，在将机械手移动到粗略调整的位置之后，精细操纵系统处于可以检测面板上的气动接头姿势的位置。可以将已经存储在粗略位置系统的有关连接器姿态的任何信息提供给精细系统，使其可以尝试缩小初始搜索范围。如果该信息不准确，则可以扩大搜索范围，直到精细位置系统找到气动接头为止。
[0348]
图48和图49示出了多轴机械手组件4810，多轴机械手组件4810安装在自动驾驶卡车后部底盘4820上，并与拖车前面4840的气动接头面板4830和气动接头4832、4834相面对。拖车4800已经或正在被挂接至卡车底盘4810的牵引座。
[0349]
如上所述，在该实施例中，机械手组件4810是基于手臂的多轴工业机器人。可以在该应用中使用多种市售的单元。例如，可以使用丹麦universal robots a/s公司提供的ur3 型和/或日本denso robotics公司提供的vs系列。在机器人的臂段之间包括多个运动关节 4910、4920、4930、4940。这些关节4910、4920、4930、4940提供精细的运动调节，以引导末端执行器与气动接头4832接合。基座关节(base joint)4910安装到粗略运动机构，粗略运动机构包括一对预定长度的横向(前后和左右)线性滑轨4960、4970，线性滑轨4960、 4970安装和布置成允许机械手末端执行器4850进入拖车前面4840可能包含气动接头 4832、4834的任何位置。滑轨可允许机械手的基座关节4910根据各种技术移动，包括但不限于螺杆驱动器、线性电动机和/或齿条和小齿轮系统。
[0350]
值得注意的是，根据一实施例，末端执行器4850包括精细运动传感器组件/单元4870。传感器组件4870连接到视觉系统和相关的过程(处理器)4872，视觉系统和相关的过程(处理器)4872可以全部或部分地包含在组件4870中，或者可以实现为单独的计算设备，例如车辆的车载处理器之一。视觉系统可以与粗略系统4650(图47)相同，也可以是独立的单元。粗略和精细视觉系统4650和4872可以视情况交换数据，例如，建立单个全局坐标系并提供从粗略姿势到精细姿势估计的得到缩小的搜索数据。通常，精细视觉系统生成精细运动数据以供机械手组件4810的关节使用，并且该数据以机器人控制领域的技术人员公知的方式被传输至机器人的精细运动致动器4876。应注意，机械手还可以包括力反馈机制和各种安全机制，以确保在移动和/或接合目标时不会施加过大的力或发生断裂。这可以包括用于检测是否存在人或动物对象的机制，以免伤害对象。通常被提供至组件4870，并被安装在移动末端执行器4850上或附近的下面描述的一种或多种传感器类型/布置，可用于精确确定气动接头姿势，并通过反馈线路将机器人操纵到该位置：
[0351]
(a)可以使用传送运动控制硬件来移动带有运动控制的彩色或单色相机，以产生目标区域(气动接头)的多个图像框。框的集合具有已知的运动轨迹(profile)，并且可以执行立体匹配处理并将其与运动轨迹耦合，从而对图像点进行三角测量并由此产生三维范围图像。
[0352]
(b)可以由单个相机定义固定基线立体相机，其中，末端执行器的运动被分开既定已知间隔的两个或更多个相机替代。可以将该布置安装在末端执行器或其他位置，例如基座关节4910或底盘本身。立体匹配处理和三角测量步骤用于生成三维范围图像。
[0353]
(c)可以使用结构化光的立体相机，其包括结合有红外(ir)光图案投影仪的单个相机，投影仪与相机具有已知的相对姿态。立体匹配处理结合了已知的投影图案，以简化处理并允许更密集地覆盖气动接头的无纹理表面。三角测量过程用于生成三维范围图像。
[0354]
(d)近红外相机与近红外滤镜一起使用，从而可以利用近红外照明。使用近红外照明可以放大气动接头中的橡胶垫圈与其余气动接头结构和背景(如下所述)的对比度。
[0355]
(e)短程激光测距仪可以提供气动接头的额外距离信息。
[0356]
(f)此外，还可以在末端执行器4850上安装人工照明装置，以使组件4870中的视觉传感器能够在几乎任何照明或天气条件下对气动接头进行成像。照明可以在可见光谱中，也可以在近红外光谱(或其他光谱或光谱的组合)中，以增强对于气动接头垫圈的检测能力。
[0357]
(g)传感器组件4870还可以包括其他形式的距离测量设备，例如飞行时间传感器
来增强在末端执行器4850与气动接头4832、4834之间的距离测量。
[0358]
精确检测气动接头姿势的方法是使用机器视觉对圆形橡胶垫圈4880进行成像和分析。垫圈4880与气动接头及周围结构具有足够的对比度，能够被反映在相机图像中。精细传感器4870对橡胶垫圈4880的跟踪可以提供相对于末端执行器4850的气动接头位置的大量信息。图50示出了如何将示例性的气动接头4834的检测出的橡胶垫圈4880用于产生精细运动控制命令，以使末端执行器4850与垫圈4880对准。由于橡胶垫圈4880通常是环形的，并具有圆形的内周和外周，可被用于根据图像中所提取形状的变形(图像中心5040)来估计末端执行器相对于(例如)垫圈4880的中心/质心5030的角度偏移(图像中心5040)(其转化为在所获得的2d图像中定义特定长轴和短轴的椭圆)。气动接头上的橡胶垫圈通常具有标准尺寸，因此从图像中提取的垫圈尺寸可以提供到达垫圈的相对距离/范围的度量，也可用于确定气动接头的中心的相对位置。可以在传感器组件4870中提供一个短程激光测距仪(光束4890)，并用于对距离气动接头的末端执行器范围进行第二次测量。
[0359]
使用气动接头垫圈进行的气动接头检测和定位的另一种相关选择是创建定制的成型气动接头密封件，密封件的特征有助于目标姿势识别过程。在聚合物固化过程中，可使用添加剂材料(例如磁性颗粒、uv反应性粒子)浸渍密封件，或将密封件模制成具有其他视觉特征(颜色、图案、形状、标记等)的形状或纹理，从而有助于通过多种方法识别姿势。
[0360]
图50a是示例性气动接头垫圈的立体图，气动接头垫圈的特征有助于提高气动接头垫圈的自动识别、位置和姿势。气动接头垫圈的不同区域可以具有不同特征，因此系统可以通过这些特征轻松识别气动接头垫圈。如图50a中所示，应清楚的是，气动接头垫圈5050 具有四个不同的识别区域5052、5054、5056、5058，但也可以具有更少或更多的识别区域。不同的识别区域5052、5054、5056、5058可以具有不同颜色、磁性颗粒、uv反应性粒子和/或其他特征，从而有助于定位和姿势识别处理。
[0361]
用于检测气动接头姿势的另一种方法是采用三维范围图像。作为非限制性示例，如图 51所示，可以通过精细运动系统使用三维形状匹配来识别示例性气动接头5100的适配器板5110的独特的边缘5120。允许识别该特征的示例性算法基于迭代最近点(iterativeclosest point，icp)算法，并部分地依赖于对相对于气动接头密封件5130的边缘5120 的一致几何结构的约束。由此，能够估计用于精细定位的气动接头密封件5130的相对位置和定向(姿势)。作为背景信息，可以参见besl，p.和n.mckay的3d形状的配准方法，刊载于ieee模式分析与机器智能汇刊，第14卷，第2期,1992年2月，239-256页(besl, p.and n.mckay,a method of registration of 3-d shapes,ieee transactions on patternanalysis and machine intelligence,vol.14,no.2,february 1992,pp.239-256)。
[0362]
在另一实施例中，如图52所示，可以将矩形标签5210粘贴到示例性气动接头5200。标签5210可以位于精细传感器组件常用的气动接头框架上的任何位置。在该实施例中，使用弹簧加载的基座5240将标签5210安装在适配器板5220的外端上。在本示例中，基座上的孔与升起的圆柱形突起5230接合，以将基座5240固定到适配器。作为图52所示布置的替代或补充，可以使用粘合剂、紧固件或其他附接机构。标签5210提供视觉(或其他光谱) 参考，以简化和提高传感器组件对气动接头精细姿势估计的准确性。可以使用所示的夹具基座5240或其他附接机构将标签5210可重复地附接到下面的相关联的气动接头。标签5210 的暴露的(外)表面可以定义已知/存储的尺寸的高对比度矩形(或其他多边形和/或曲线)。可
以由传感器组件和相关的视觉系统通过使用观察到的强度的阈值来提取标签的特征。根据已知技术，可以使用单应性(变换)将所提取的图像像素坐标与标签的平面物理尺寸相关联。该变换可提供标签相对于传感器坐标空间的旋转和平移。传感器和传送坐标系 (delivery coordinate frame)之间的已知转换以及标签和气动接头坐标系之间的已知转换使得能够提供对于气动接头姿势的估计，从而进行精确定位。
[0363]
用作标签5210的单个高对比度矩形的替代方法是使用嵌入在标签5210的边界(例如矩形)区域5250中的可视标记/基准。图53中描绘了此类标记5300的示例。该视觉标记的优点在于在不利环境或标签的一部分被遮挡时，检测和单应性估计更为稳定。这种形式的视觉标签的产生以及检测和姿势估计是本领域的公知，并且在以下参考文献中得到大体描述：garrido-jurado，s.等人，在遮挡条件下自动产生和检测高度可靠的基准标记，模式识别，第47卷，第6期，2014年6月，2280-2292页(garrido-jurado,s.et al.,automaticgeneration and detection of highly reliable fiducial markers under occlusion, pattern recognition,vol.47,issue 6,june 2014,pp.2280-2292)；以及万维网上的软件存储库：https://sourceforge.net/projects/aruco/files/？source＝navbar。如图所示，标记5300可以包含二维id(条形码)图案的矩阵5310，其提供详细的气动接头身份、特征和/或位置信息，以及其他信息(例如拖车的身份、范围和特征)。在替代实施例中，标签可以定义3d形状和/或特征(例如，截头体)，这些3d形状和/或特征(例如，截头体)允许3d传感器更准确地测量气动接头的范围和方向。
[0364]
视觉伺服可用于实现正确的定位，以便在末端执行器承载的气动接头/连接器和拖车气动接头之间进行接合操作。可以在从精细视觉系统4872接收姿势信息的控制回路(controlloop)的操作下，使用比例速度控制来控制末端执行器。随着传感器获取的气动接头橡胶垫圈4880的图像越来越接近期待目标位置，末端执行器与气动接头对齐并准备执行配对操作，此时，机械手关节的被命令的速度驱动末端执行器收敛至零。
[0365]
可以使用盲目运动(绕穿过气动接头垫圈质心的轴旋转)将末端执行器与拖车气动接头匹配。换言之，一旦精细的视觉系统和机械手系统知道了气动接头的位置和姿势，末端执行器就可沿着气动接头的估计的法线盲目运动，从而最终接触到气动接头。因为传感器太靠近目标气动接头而无法产生有用的信息，因此，该动作通常(但不一定)是盲目的。
[0366]
通常如下所述，一旦卡车连接器(例如，气动接头)与拖车气动接头完全配合，末端执行器就通过适当的释放动作释放其对卡车气动接头的夹持。该运动取决于末端执行器夹持机构的几何结构。可以采用各种夹持机构，并且可以通过本领域技术来实现。在释放气动接头后，随着精细和粗略运动机构回到原点，末端执行器返回到中立(neutral)/缩回位置。
[0367]
与本文所述的其他实施例一样，可以按照与附接方式相似的方式将卡车的气动接头从卡车的气动接头中释放。将末端执行器移动到一个粗略位置，然后精细传感器将末端执行器伺服到与配对的卡车气动接头接合的最终位置。然后，末端执行器抓住卡车的气动接头，将其盲目地旋转至解锁位置，然后将其撤回原位。
[0368]
l.粗略操纵系统及其操作
[0369]
如上所述，携带气动接头或其他基于卡车的气动(和/或电动)连接器的末端执行器可以通过机械手组件以初始的粗略运动进行移动，该运动使末端执行器相对靠近(并在精细的传感器范围内)拖车的气动接头。此后，相对靠近的末端执行器被精细操纵系统移
动，以与拖车气动接头接合。
[0370]
当拖车相对于卡车成一定角度使得精细操纵系统无法触及气动接头时，可以采用粗略操纵系统。粗略操纵系统通常用于将精细操纵系统移动至拖车气动接头范围内。在操作中，粗略操纵/运动系统可以在足够长的距离内沿一至三个轴运动，从而使末端执行器在沿着拖车前面的任何期待位置和/或在相对于卡车底盘的拖车的任何旋转方向上与拖车的气动接头接触。通用的粗略操纵系统可以包括：(a)框架，其包括安装到堆场卡车上的结构；(b) 平台，精细操纵组件集成在该平台；(c)x轴操纵机构，其沿x方向(即，车辆的前后方向)移动精细操纵系统；(d)y轴操纵组件，其沿y方向(车辆的左右方向)移动精细操纵系统；(e)z轴操纵组件，其沿z方向(相对于地面垂直)移动精细操纵系统。
[0371]
图54示出了3轴粗略操纵系统5400，其位于自动驾驶卡车底盘5410的侧面。系统5410 包括x轴轨道或滑块5412、y轴轨道/滑块5414和z轴轨道/滑块5416。机械手(所示的多关节臂组件)5420的基座5418沿z轴轨道/滑块5416垂直运动，而z轴轨道沿y轴轨道/滑块5414横向移动。相反，y轴轨道滑块沿x轴轨道/滑块5412前后移动，从而在每个轨道/滑块的范围(长度)内提供臂基座5418的完整三维粗略运动。多轴系统的使用改善了机械手臂5420的整体运动范围，从而允许臂的末端执行器5422沿包括气动接头5440 和5442的拖车前面5430触及更大范围的拖车旋转角度以及气动接头位置。
[0372]
图55和图56示出了示例性3轴系统5400提供的得到改善的粗略运动范围。在图55 中，拖车前面5430相对于卡车底盘以陡峭的角度旋转，使拖车气动接头5440、5442位于较远的后方。机械手臂基座5418分别在x轴轨道/滑块5412和y轴轨道/滑块5414上向后和向左移动至几乎最大距离。由此，即使在所描绘的极端几何结构下，末端执行器5422也能够触及(一个或多个)气动接头5440和5442。同样在图56中，拖车前面5430以相反的陡峭的角度旋转。在该示例中，机械手臂基座5418分别通过x轴轨道/滑块5412和y轴轨道/滑块5414被移动到稍微向前和最右边的位置，使得末端执行器5422到达气动接头 5440和5442，与图55相比，其目前位于底盘更前方且中心的位置。示例性的多轴粗略操纵系统5400可包含一个或多个上述线性致动设备(例如，线性电动机、导螺杆、齿条和小齿轮等)。应注意，基座5418沿z轴轨道/滑块5416的垂直位置应使臂与气动接头5440、 5442的高度保持水平。可以根据气动接头的实际高度调整基座5418的高度/水平，以允许特定机械手臂关节弯曲。
[0373]
图57示出了粗略操作系统5700的另一实施例。在该布置中，系统被安装在自动驾驶卡车的驾驶室5710后面的直立框架5720上。平台5730安装在铰链5732上。平台在顶端支撑精细操纵系统5740，并且适于在铰链5732上向下旋转以将精细操纵系统5740朝向拖车前面5750可调节地延伸(弯曲的箭头5734)。可以使用(例如)上述任何可接受的线性致动器来完成该旋转延伸。在所描绘的示例性实施例中，流体(例如液压或气动)活塞5760 用于延伸和缩回铰接的平台5730。活塞可旋转地安装在直立框架5720和铰接的平台5730 之间。如图44所示，延伸活塞柱塞5762使平台5730向下铰接。这将机械手臂系统5740 移动至靠近拖车前面5750的位置。如图57所示，当柱塞5762缩回到活塞5760中时，机械手臂系统5740向上并朝着驾驶室5710缩回。由此，在不使用时不会干扰拖车。活塞5760 和铰接平台5730沿x轴和z轴方向协调运动。平台的几何结构和臂的运动特性在整体设计中相互协调，以允许末端执行器5780在可能的位置和拖车方向的范围内接近气动接头4410 和4412。尽管未示出，铰链轴5732(或系统5700中的另一元件)可以包括y轴滑块/轨道 (例如，促进y轴(侧向)运动的
螺纹杆、线性电动机或齿条和小齿轮系统)。在示例性实施例中，y轴组件可以是机电驱动的，而x/z轴组件可以流体驱动的(液压/气动)。
[0374]
在另一实施例中可以期待粗略操纵机构可以是单独车辆的一部分。这种单独的车辆可以手动驾驶的，也可以包括自动驾驶机器人车辆(未显示)，该机器人车辆可以类似于从各种供应商购买的用于危险环境等的机器人。精细操纵臂组件安装在车辆/机器人上。车辆/ 机器人可以沿着卡车的长度方向移动，并提供对卡车软管和拖车的气动接头的精细操作。独立的车辆可以与堆场卡车和/或系统服务器通信，并可以根据需要执行连接或分离命令。
[0375]
m.精细操纵和运送卡车气动接头的系统
[0376]
在感测到拖车前面的气动接头位置时，可以使用精细和/或粗略操纵系统的组合来将被操纵的卡车气动接头接口连接到固定位置的拖车气动接头上。根据上述基于传感器的气动接头感测系统使用精细操纵系统(请看见k部分)。
[0377]
精细操纵系统的一实施例包括可严格控制的多轴机械手(多关节臂)，该多轴机械手可以补偿拖车相对于卡车的旋转角度的变化、拖车前面的气动接头位置、相对于拖车前面的平面的气动接头角度，以及整体拖车高度。该系统能够存放/释放和夹持/恢复气动接头接口。多轴机械手系统可包含线性移动的任意或所有模式，包括使用一个或多个电动机移动系统部件的机电驱动，其中，电动机可包括使得机器人控制器监控相对于给定坐标空间运动的集成或一体的运动反馈设备(例如步进电动机，编码器等)。图59示出了这种机电机械手系统的示例。可以从上述的universal robotics公司和denso公司等多个供应商购得可严格控制的六轴机械手臂5900。机械手臂5900包括附接到适当平台(例如，如上所述的粗略机械手)的基座5910。基座可以使第一横向关节5920绕第一竖直轴线ax1旋转。第一关节5920绕第二横向轴线ax2旋转，从而使细长臂段5930弧形摆动。在臂段5930的远端安装有另一个关节5940，关节5940绕横向轴线ax3旋转以使互连的臂段5950弧形摆动。臂段5950的远端包括三个关节5960、5970和5980，它们以手腕的方式使末端执行器 5982绕三个正交轴线ax4、ax5和ax6旋转。末端执行器5982可以包括各种致动机构，包括所描绘的进入和离开夹持配置的夹持手。在实施例中，可以使用专用的末端执行器来夹持和释放卡车的气动接头接口。末端执行器5982可以在机器人控制器5990的控制下使用电动、气动或液压动力来实现致动(机器人控制器5990还移动并监测关节5910、5920、 5940、5960、5970、5980)。替代地，与精细感测系统5992通信的单独的控制器也可以驱动末端执行器。
[0378]
在替代实施例中，机械手可以适当地定义不同数量的运动轴，以执行期望的夹持和释放任务。在另外的替代实施例中，可以用不同的机构和/或动力来操作部分或全部机械手运动元件，包括但不限于使用液压来使活塞在气缸中伸出或缩回的液压驱动和/或使用气压来使活塞在气缸中伸出或缩回的气压驱动。
[0379]
n.气动接头接口机制和操作方法
[0380]
如上所述，可以使用各种机构在卡车的气动系统(和/或电气系统)与安装在拖车前面的完全或实质上常规的气动接头之间建立压力密封连接。连接机构/接口的一部分实施方式在卡车气动线路上使用类似的常规气动接头几何结构，而其他实施方式采用改进的连接方式。
[0381]
一个系统采用改进的卡车气动接头，以提供一个有利的接口，该接口可实现杠杆
作用以及与机器人末端执行器的集成，以将气动接头扭转并锁定到位置上。该系统由以下部分组成：(a)拖车上的常规气动接头连接器；(b)气动接头适配器，其包括将气动接头连接至杠杆的机构；(c)杠杆，其包括较长的延伸部分，以提供将气动接头扭转到位置上的有利的杠杆作用；(d)末端执行器接口，其为末端执行器提供了夹持和旋转移动杠杆的位置。
[0382]
图60和图60a中大体示出了的另一种技术，采用了提供一致的力并密封气动接头面的具有致动器6020的夹具6010。旋转致动器或线性致动器可提供线性力以将夹具从打开的分离位置(图60)关闭到闭合的密封位置(图60a)，其中顶部夹具垫6030是环形的，并连接到卡车气动线路6040上。夹具垫面对并密封拖车的气动接头6050和相关的密封件 6060。更具体地，底部夹具垫6070抵靠在拖车气动接头6050的中央筒6080上。夹具6010 主体由两个旋转连接的l形部分6012、6014组成，每个部分各自带有夹具垫6030、6070。夹具垫6030、6070被承载在各自的旋转基座6072、6074上。上部基座6072接收螺纹连接器6076。致动器驱动的夹紧动作用于加压接合和分离拖车的气动接头6050。在替代实施例中，可以采用旋转致动器代替所描绘的线性致动器，旋转致动器用于驱动夹紧和松开该布置的丝杠。
[0383]
图61和61a提供了另一种夹紧机构6100，用于使卡车气动源/线路6110与常规的拖车气动接头6120选择性地接合和脱离。该实施例采用具有一对旋转夹具构件6132、6134 的弹簧加载夹具主体6130。夹具构件6132、6134被弹簧加载以在预定夹紧压力下保持正常闭合方向。正常闭合时(图61a)，每个构件6132、6134上的相对夹具垫6142、6144压靠在拖车气动接头6120的相对侧上。在该方向上，上部夹具垫6132包括环形通道，该环形通道以类似于上述图60和图60a的夹具6000的方式密封拖车气动接头密封件6050并允许空气进入拖车气动接头密封件6050。如上所述的。精细的机械手末端执行器可通过上述伺服技术和传感器反馈将夹紧机构传递到与拖车气动接头对齐的位置。
[0384]
如图61所示，每个夹具构件6132和6134分别包括相应的外部接口表面6162、6164，其可以包括纹理化表面和/或产生摩擦的材料。如图61所示，精细机械手的末端执行器6170 可以夹持接口表面并迫使夹具打开。在该方向上，可以使夹具与拖车气动接头6120对准和不对准。末端执行器释放夹具构件6132、6134上的压力，从而使内部弹簧(例如，传统的扭力缠绕弹簧)转动夹具构件，使其靠近并与拖车气动接头6120密封接合。使用精细机械系统打开弹簧加载夹具，并将其朝向气动接头的中心孔。在弹簧加载夹具6100与拖车的气动接头适当对齐时释放弹簧加载夹具6100时，弹簧加载夹具6100会自动接合拖车的气动接头。
[0385]
图62和图62a示出了用于相对于常规拖车气动接头6210密封卡车气动源/线路6220 的布置6200的另一实施例。该实施例采用了锥形塞6230，其被压入拖车气动接头6210的环形密封件6240以提供适当的密封。塞可以限定可选的台阶6232，该台阶穿过气动接头密封件孔，并且用作相对于气动接头密封件孔的保持倒钩，以便提供额外的保持强度。作为另一种选择(未显示)，可以使用外部夹具来夹持拖车的气动接头的后部，并提供充分的压力以进行密封。使用精细机械手上具有适当形状的末端执行器将塞对准并压入到位置上。塞可包括支架接口(未显示)供末端执行器施加和取下锥形体。
[0386]
图63示出了用于常规拖车气动接头6310和卡车气动源/线路6320之间的连接的布置 6300的又一实施例，气动线路包括进入气动接头环状密封件的孔中的可充气的探针/塞 6330。塞围绕存在于出口6350的内部线路得到密封。未膨胀的塞的几何结构使其可以自由地进出气动接头密封件孔。然而如图所示，当响应于接合命令而膨胀时(插入之后)，塞的内
部膨胀以抵靠环形密封件6340的边缘密封。当膨胀的塞正确位于气动接头袋6360中后，可以通过端口6350向系统提供正压。塞可以由在充气压力下会膨胀的耐用的弹性材料(例如天然或合成橡胶)制成。可以采用适当的适配器和/或支架以使精细操纵系统的末端执行器相对于气动接头环形密封件携带、插入和拔出塞。
[0387]
图64示出了另一种连接布置6400，其中，根据常规的旋转夹紧运动，拖车气动接头 6410配备有半永久性附接的卡车气动接头6420。卡车气动接头连接器6420包括工业互换气动连接器(快速断开)6450。卡车气动接头适配器6420可包括一个或多个基准6430(例如，带有嵌入信息的id代码)，其可以被粗略和/或精细的操纵感测系统/相机轻松识别。互换连接适配器6450可以布置成旋入卡车的气动接头6420，由此安装在卡车气动线路(未示出)的端部的相应的工业互换连接器实现连接，以及实现由精细的机械手末端执行器进行接合的连接。也可以按照类似于图52描述的方式将基准承载在托架上。更具体地，基准可以定义使用相机提供姿势估计的aruco标记图像。基准也可以是反射点排列的一部分：反射点定义可以通过传感器相机显现的反射或高对比度涂层。
[0388]
图65和图66示出了用于将基于卡车的气动接头连接器6510附接到拖车气动接头6520 的另一布置6500，拖车气动接头6520与拖车前面6524的第二气动接头6522串联安装。气动接头连接器6510是改进的常规气动接头单元。气动接头6510包括可滑动的金属薄板固定器6530，该金属薄板固定器6530在致动器组件6536的驱动下在轨道6532上移动(双箭头6534)。如图65所示，当气动接头6510与拖车气动接头对齐时，传感器系统可以操作致动器组件。在该方向上，拖车气动接头的薄板固定器6540与卡车气动接头的凸缘6542 接合。致动器6532使改进的卡车气动接头6510的金属薄板固定器6530与对齐的拖车气动接头6520的固定器6530选择性地接合和脱离。当接合固定器6530时，末端执行器6560 旋转(弯曲箭头6620)气动接头6510使其与拖车气动接头6520平行，从而使它们各自的密封件6570和6572接合并配合(见图66)。因此，在操作中，末端执行器6560以非平行角度ag接近拖车气动接头6520，该非平行角度ag允许凸缘6542在固定的拖车气动接头固定器6540下方滑动，同时密封件6570、6572彼此远离(如图65所示)。然后，末端执行器旋转气动接头6510使其与拖车气动接头6520平行。在该步骤期间，致动器6536滑动固定器6530使其与拖车气动接头的凸缘6550接触，以将两个密封件6570、6572可压缩地结合在一起(如图52所示)。末端执行器6560可以将附接的气动接头6510从夹持基座6580 释放，然后返回到卡车底盘的中立位置(neutral position)。从拖车的气动接头6520上断开和移开气动接头6510是相反的过程，即操纵末端执行器6560并驱动其与气动接头夹持基座6580接合；致动器6536释放固定器6530，并且末端执行器6560旋转气动接头6510 使其相对于拖车气动接头6520成角度ag；然后，将气动接头6510从拖车机械手6520移至中立位置，等待下一个连接循环。该布置6500允许使用机械手相对简单地附接和移出气动接头。它避免(不需要)常规气动接头相互接合所需的复杂运动，即不需要围绕密封件质心轴旋转。应注意，气动接头夹持基座还可作为适配器供压缩空气通过。致动器组件6536 可包括所示的旋转关节6538和线性致动器6544。致动器可以利用电动、液压或气动动力。可以提供到致动器的适当的线路连接(未示出)用于提供动力，并且可以平行于卡车的气动线路(同样未示出，但通常连接到夹持基座6580上，以将压缩空气输送至气动接头连接 6590)。
[0389]
图67和图67a示出了使用上述连接实现方式之一将卡车的气动(或电气)连接附接
到拖车气动接头的粗略和精细定位和操作的大体过程6700。首先，过程6700在系统接收到连接命令之后寻找拖车面(步骤6710)。过程6700确定相对于卡车底盘的拖车枢轴/挂接角度是否可用(判断步骤6712)。如果角度可用，则提供几何数据以从粗略检测传感器获取的图像中检测拖车面(步骤6714)。相反，如果角度数据不可用，则粗略传感器组件可以在所采集的拖车前面的图像中使用(例如)颜色对比度来检测其位置和尺寸(步骤6716)。一旦确定了拖车的位置和尺寸，过程6700就将搜索区域缩小到可能存在气动接头/气动接头面板的拖车底部区域(步骤6720)。
[0390]
接下来，过程6700尝试在得到缩小的搜索区域中定位气动接头面板，这可能需要也可能不需要3d感测(判断步骤6722)。如果粗略感测系统使用了3d感测，则在步骤6724中，系统将定位与拖车面具有几何差异的区域，并存储由此产生的图像特征。如果未采用3d感测，则过程6700可通过在拖车面图像上识别并存储与周围环境不同的颜色特征来尝试定位气动接头面板(步骤6726)。根据通过步骤6724或步骤6726或(可选地)两者识别的特征信息，过程6700接下来对拖车面上的位置按照气动接头/面板可能性(步骤6730)从高到低的顺序进行排序。该排序可以基于多种因素，包括气动接头/面板候选特征的普遍性、特定颜色或形状的强模式匹配或其他标准。可以根据本领域技术来使用得到训练的图案识别软件。在步骤6732中，选择排名最靠前的位置作为机械手和承载卡车连接的末端执行器的粗略位置移动的目标。
[0391]
然后在步骤6734中，使用粗略定位系统将该位置数据用于引导机械手和末端执行器。末端执行器靠近/邻近候选位置，由此携带的精细传感器(例如相机，3d扫描仪等)组件的末端执行器和/或机械手可以检查该候选位置是否存在气动接头特征(步骤6736)。如果精细感测系统验证该位置存在气动接头特征，则过程将该位置用于精细操纵过程(判断步骤6738)。相反，如果结合精细感测的视觉系统未识别出可辨认气动接头特征或图案，则选择下一个排序最高的特征集，并且(如果需要)，机械手再次移动到步骤6734以检查下一个位置(步骤6736)。重复此过程，直到找到气动接头或找不到气动接头为止(此时过程报告错误或采取其他措施)。一旦确认了气动接头的位置，则过程6700(通过判断步骤 6738)根据由精细感测系统获取的图像来估计气动接头的姿势。这可以包括从颜色相机、立体相机、近红外相机或激光测距仪以及其他形式的组合导出的图像数据(步骤6750)。精细机械手朝着拖车气动接头的已识别坐标移动，并朝与其3d姿势匹配的方向移动。应注意，所携带的基于卡车的连接器具有已知的姿势，该姿势与拖车的气动接头的确定姿势相关联，以使它们能够接合。在机械手接近拖车气动接头时，基于视觉/传感器的反馈可用于对其进行伺服(步骤6760)。在步骤6762中，拖车的气动接头最终被末端执行器和携带的连接器以适当的方向接合。一旦接合，可根据上述任意实施例或其他适当的连接机制，使用基于卡车的连接器的适当运动和/或驱动来对连接进行固定，包括在机械手被改装的情况下，通过常规卡车气动接头的常规旋转连接。对连接进行测试以确定安全性和成功性(判断步骤6780)。这样的测试可以包括视觉测试和/或测试气动系统是否保持压力。如果成功，则过程6700发出成功信号，并且机械手可以脱离基于卡车的连接器并返回至空档位置(步骤6790)。如果连接测试不成功(判断步骤6780)，则该过程可以指示机械手接合和/或恢复基于卡车的连接器(步骤6782)。然后，将精细机械手从拖车前面退回至足够的位置(步骤6784)，并重复精细操纵步骤6760、6762、6770和6780直到连接测试成功为止。如果测试在给定的尝试次数后失败，则
该过程将停止并向人员发送警报，和/或采取其他适当的措施。
[0392]
o.自动驾驶卡车/拖车操作的倒车辅助系统和方法
[0393]
在连接拖车时，av堆场卡车所面临的一个独特挑战是倒车时的安全性。这主要是由于在拖车后面存在盲点。安装在牵引车上的视觉和传感器系统可能被(通常高高或细长的) 拖车遮挡，导致其效率降低。通常不希望用单独的传感器系统来对拖车进行改装来辅助倒车过程，并且堆场中可能存在各种各样的拖车，因此无法改装所有可能遇到的堆场车辆或其自动驾驶车辆。另外，在拖车安装专门的传感器会增加成本，并且这在道路操作中容易损坏和破损。倒车传感器的一些示例性类型可以包括相机、lidar、雷达和/或声纳。
[0394]
图68示出了用于使用自动机器人在自动驾驶卡车环境中提高倒车安全性的布置6800。在检测和安全系统的实施例中，可以采用无人飞行机(unmanned aerial vehicle，uav) 6810或无人地面车辆(unmanned ground vehicle，ugv)/探测车6820。无人车辆6810、 6820配备有上述传感器设备(例如相机/传感器6812，相机/传感器6822、6824)中的一个或任意组合，并链接到堆场卡车系统和/或堆场的数据卡车控制器，可以从堆场卡车部署无人机，并协助从空中或地面进行观察。如下所述，此类系统还可以部署在拖车顶部，以将传感器数据中继回堆场卡车的自动导航系统。
[0395]
在说明性的无人地面车辆实施例(图68)中，ugv使用车载传感器将自身定位在预定标记之外(例如，沿着驾驶员侧拖车框架6830的外边缘)，并通过与堆场卡车通信，ugv 可以随着拖车的移动自动操作，并在倒车和拖车定位过程中使用自身的视觉/传感器系统来增强av堆场卡车的视觉/传感器系统。如图所示，传感器6822可以抬起看向卡车的车架，以根据其范围进行确定和引导。当卡车倒退时，它可以通过跟踪拖车的后边缘6840向后移动。ugv传感器6824可以向后看，并确定是否存在障碍物或其他危险，例如车辆/人员进出拖车路径。它以类似于大多数现代汽车上的备用系统的方式运行。
[0396]
图69和图70示出了布置6900，其通过机械提升系统6950(例如动臂、臂等)从堆场卡车6930被部署到拖车/集装箱6920的车顶6922上(不使用时，存放在底盘6932和/或驾驶室6934以防干扰)。升降系统可以在卡车行驶过程中适当地伸缩。ugv使用其传感器确定拖车/集装箱车顶6922的边缘，并沿着拖车6920的从前6952到后7010(图70)的(例如)中心线行进。ugv 6910使用适当的传感器6960锁定其轮胎/轨道6970，并以适当的波长7020提供后视/感测和/或照明。轮胎或轨道应提供足够的摩擦力，以防止ugv在拖车运动时发生打滑。在各种实施例中，为了加强安全和/或在驾驶室和ugv之间传输数据/电力， ugv可以包括从卡车驾驶室延伸的系绳。
[0397]
在成功停放拖车后，会向服务器/卡车控制器发送信号，指示ugv 6910沿拖车6920的车顶从后部7010返回到前部6952。服务器/卡车控制器指示提升机构6950接合并恢复ugv6910，并将其收回到堆场卡车6930上。
[0398]
将传感器系统部署到附接的拖车后部的另一个实施方式是通过使用固定在堆场卡车上的伸缩悬臂或交叉悬臂(未显示)，悬臂能够将具有集成安全照明系统的独立的视觉/传感器设备递送至拖车的后部。
[0399]
另一实施例(未示出)包括例行了控制，该例行的控制在连接之前将堆场卡车引导至拖车的后部，并通过机载输送机构利用适当的夹具、磁性固定单元等将安装在卡车的展开机构上的传感器系统临时固定至拖车的后部。
[0400]
另一实施例(未示出)采用安装在卡车上的机械臂，该机械臂配备有传感器组件以在倒车期间观察拖车边缘。机械臂可以将任意传感器数据传送回堆场卡车。
[0401]
另一实施例(未示出)中，当拖车位于车门开启站(如在iv部分和图30中大体描述) 时，可以将可展开的传感器系统集成到拖车的后部。
[0402]
1.滑动台架布置
[0403]
图71和72示出了另一种布置7100，其提供分离式滑动台架拖车7110以在倒车操作拖车时辅助视觉/感测。拖车7110由在前端接合的一对导轨7112构成，前端包括牵引座挂接件。导轨足够坚硬使其沿几乎与传统拖车一样长的长度保持其形状。它包括布置在与卡车的转向架类似的(除了没有横向轴之外)转向架上的多个车轮7114，从而允许导轨7112 之间的内部宽度wsd可以洞前端7150的后面敞开。滑动台架拖车7110连接到堆场卡车的 7120牵引座。当后退时，滑动台架沿停放的陆运(otr)拖车7140的两侧同时向下行驶(箭头7130)，直到otr拖车7140的前缘7142适当地位于分离式滑动台架拖车的前部7150(参见图72)。应注意，所示导轨7112清除了在拖车车轮7162前的拖车底盘系统。如图所示，导轨的后端可以向下倾斜，以将拖车底部引导到其上。
[0404]
在分离式滑动台架拖车轨道7112的后部7152可以安装适当的视觉/传感器系统和照明装置7210。系统7210将信息传输到在如上所述的倒车操作期间使用的系统服务器和/或堆场卡车控制器。当对齐(图72)时，可以通过服务器或卡车控制器的命令来部署沿着滑动台架长度的旋转臂或伸缩臂(未显示)，以均匀分配otr拖车的重量，并进行固定使拖车不受侧向移动的影响。车载气动(气囊)或液压系统(活塞)可以抬起滑动台架7110的框架，直到将otr拖车的起落架7160和轮胎7162完全抬离地面。此时，滑动台架的车轮7114支撑拖车7140。分离式滑动台架拖车7110的另一个特征是齿轮传动的伸缩设备，其可使框架伸展或收缩以适应拖车的不同长度和车轴位置(用双箭头7170表示)。在以上述方式识别拖车范围后，系统服务器可以调节分离式拖车长度。该范围用于引导拖车滑动台架7110 上电动机(例如，齿条和小齿轮或丝杠系统)延长或缩回导轨。可以使用本领域技术人员公知的各种伸缩机构或滑动机构来调节导轨长度。通常，所设置的长度应使当拖车7140与分离式滑动台架7110完全接合时，拖车车轮7162位于距离分离式滑动台架7114后方几英寸或几英尺的间隙中(如图72所示)。在安装拖车之后，自动驾驶卡车可以根据上述用于装载、卸载等的编程路径将拖车引导到堆场中的另一个位置。有利地，该实施例不需要将电气线路或气动线路连接到拖车，因此，可以从堆场卡车中省略自动连接机构。可以在每个导轨的分离式滑动台架的后部附近安装尾灯，并且，可以以本领域技术人员公知的方式将车轮制动器安装到滑动台架的车轮上。大体上，分离式滑动台架在递送拖车后仍可以保持挂接在自动驾驶卡车上，并且可以作为半永久性附件在堆场中使用。堆场工作人员可以使用传统的气动接头将其制动器和电气装置连接起来。
[0405]
图73和图74示出了滑动台架布置7300，其结合了ugv和拖车车轮滑动台架。更具体地，配置了与系统服务器和/或堆场卡车自动控制系统通信的两个自动滑动台架(示出了驾驶员侧滑动台架7310)，两个自动滑动台架在相邻拖车7320的两侧对齐。它们分别与拖车 7320的两侧的车轮7322和相关的后轴7324对准。每个滑动台架7310由视觉和其他相关联的传感器组件7312引导，这些组件可以进行操作从而半自动地驱动滑动台架7310躲避障碍物并将其引导至拖车车轮。或者，滑动台架可以将所有传感器和控制数据传输到在卡车或服
务器上实例化的视觉系统，并远程接收控制命令。滑动台架7310包括安装在坚固的 u形框架7315上的多个重型脚轮7314。从动轮7316由安装在框架7315上的中央壳体7318 中的电动机提供动力(通过齿轮、带等)。从动轮7316适当地操纵并移动滑动台架7310。外壳7318可以提供一种提升机构，当接合时，该机构可以在通过液压或气动方式支撑并抬升拖车轮胎(图74)。以这种方式，拖车7320的车轮7322被抬离地面，而滑动台架作为替代接触地面。可以在滑动台架壳体7318上安装灯(未示出)(例如沿着朝向后方的面)。大体上，滑动台架的照明设备、倒车视觉/传感器和制动器都通过堆场卡车控制系统进行控制，由于电气和倒车传感器由滑动台架提供，因此不需要将拖车直接连接到堆场卡车，也可以仅连接制动器。这部分取决于滑动台架制动系统的坚固性，即，如果滑动台架制动器足够强大，则可通过滑动台架进行制动，如果不足以强大，则通过上述自动连接系统在卡车和拖车之间进行制动气动连接。
[0406]
作为进一步的背景，已经认识到在向堆场环境提供自动拖车输送系统的重大挑战在于如何克服停靠拖车上已经锁定的紧急弹簧制动器。所有陆运otr拖车都包括紧急制动系统，该系统保持弹簧接合，直到向气动接头的空气线路提供气压从而启动并释放紧急制动系统为止。为了实现堆场卡车的自动移动，非常需要一种用于解锁车轮并允许拖车的后部以自动地自由移动的技术。
[0407]
图74a示出了处于预接合方位的自动滑动台架布置7410，其中自动驾驶堆场卡车7412 采用可展开的机械滑动台架7414，并具有与电源和滑动台架控制器7418互连的系绳和/或脐带式(umbilical)管线7416。系绳7416还可以通过与动力和/或数据(控制)线路捆绑在一起的适合的空气软管来与车辆加压空气供应7419互连。替代地，系绳7416可以是没有电力、数据和/或空气的简单电缆或线路，并且滑动台架可以由车载电池/电力单元供电，并且可以通过卡车7412和/或系统服务器无线地接收控制信号。在这样的布置中，在其他示例性实施例中可以省去系绳(如上所述)。
[0408]
在示例性实施例中的基于卡车的滑动台架控制器7418(图74a)可以与车辆的主控制器和通信收发器7421集成或互连。可展开滑动台架7414可以包括具有相关的控制器7420 的cpu，如下所述，控制器7420利用自动驾驶卡车和/或系统服务器提供的信号协调本地滑动台架的操作。滑动台架7414可以附接到卡车7412的底盘7422，或者当未展开时可以按照适当的间隔距离跟随卡车。可以使用适当的钩子、臂、吊车、坡道等使滑动台架7414 接合卡车7412的底盘。滑动台架7414包括多个从动轮(在本实施例中为四个车轮7423)，可以通过例如一个或多个电动机和适当的变速箱来以各种布置独立地或共同地驱动从动轮。车轮可以通过转向机构转向，该转向机构以本领域技术人员清楚的方式旋转车轮和/ 或向每个车轮施加差速动力。
[0409]
图74b的俯视图进一步示出了可展开滑动台架7414，其尺寸(总高度hdd、总宽度wdd，和总长度ldd)与所描绘的拖车7424具有相同比例，随着使用弹簧加载或动力卷轴或其他本领域公知的适当绕线/缠绕系统从卡车7412放下系绳7416，滑动台架7414向后移动(箭头7425)远离卡车并朝向拖车7424。卡车7412可包括视觉和/或其他类型的空间传感器 7433，以将滑动台架7414引导朝向拖车7424并与其中心线对准。另外地或可替代地，滑动台架可以包括这样的视觉和/或空间传感器7433(和相关联的感知系统)来寻找拖车7424 并与其对准。更具体地，总宽度wdd的小于拖车轮胎7426之间的宽度wtt。同样，高度hdd 小于
轮胎7426(即车架(bogey)组件)之间的轮轴7429的高度，并且这种滑动台架的几何形状允许其进入拖车7424的底侧7431下方，并在起落架组件7427和拖车挂接件7428 之间以及下方通过。可以使用其传感器7433将滑动台架引导至相对于后轴7429的位置并与其对准(例如使用机器视觉和图案标识来识别平行轴7429的形状)，以便如下所述地接合轮胎7426。
[0410]
可展开滑动台架7414由包含cpu 7420和其他机电系统的中央主体/外壳7430组成。多个可移动的夹持机构7432、7434从主体7430向外延伸，并分别接合拖车轮胎7426的外边缘和内边缘。当接合时，气动、液压或电动致动器使夹持机构7432、7434向上提起轮胎，使轮胎脱离与地面7436的接合。接合操作可以使夹持机构7432、7434从轮胎7426之间的非干扰位置向外延伸(箭头7433)至图74c所示的干扰位置。以这种方式，滑动台架的总宽度大于轮胎间内宽度wtt。
[0411]
当被接合并抬升时，拖车后部受到滑动台架7414及其车轮7423的控制。这些滑动台架轮7423可通过卡车控制器独立地制动，以便根据需要提供适当的紧急制动和行车制动操作。根据需要，滑动台架7414还可包括各种制动和行驶尾灯(例如标记灯和倒车灯-未示出)。如本文大体所述，使用自动或手动辅助技术将拖车7424挂接堆场卡车7412上。可以在滑动台架7414将车轮7426抬离地面7436之前或之后进行挂接。然后，滑动台架可以通过适当的控制命令/信号配合卡车的运动操作。滑动台架车轮可以靠惯性滑行(除施加期待的制动时外)，并且仅依靠卡车的驱动力，和/或可以为挂接的卡车和拖车组件提供额外的驱动力和/或转向辅助。
[0412]
图74d示出了类似于图73和图74中描述的另一种布置7440。在该实施例中，一对机械滑动台架7441(为清楚起见仅示出了左侧)适于从侧壁7442的外侧接合左右两组拖车轮胎7426。因此，该滑动台架被布置为开放式框架7443，其中，动力和控制壳体7444被安装至外部细长的支撑梁7446，支撑梁7446将相对的驱动轮7445连接在一起。如上所述，滑动台架7441可被拴住或不被拴住。轮胎7426的前面和后面被一些楔形构件7447支撑。通过使用驱动轮7445进入接合状态后，通过使用液压/气动活塞或电动齿轮电动机(致动器)7448协同操作，通过相应的轮胎7426组将拖车的两侧抬离地面，以保持平衡和控制。在完成拖车的抬升和移动任务后，滑动台架7441可以返回到堆场卡车，也可以到相关的站台以进行充电(假设在示例性实施例中滑动台架未被拴住，并使用直接充电连接，感应充电等完成充电)，或者，滑动台架7441可以行使或停靠在邻近停靠站或停车区的便利充电站，直到下一个堆场卡车要求协助吊起和运输拖车。
[0413]
参照图74e至图74g所示的另一实施例，其中自动龙门架和车轮系统7450用于跨至拖车7424的后端7451，并固定在拖车车轮7426或拖车框架的底侧7431上，以便将拖车7424 的后端抬离地面。如图所示，系统7450定义了一个垂直(双箭头7454)移动的支撑框架 7452，该支撑框架7452附接到系统7450前后的相对立柱7455。在一实施例中，龙门架系统7450可以限定总长度tgl，总长度tgl通常(但不是必须)大于拖车7424的总长度，以使立柱分别位于拖车的前侧和后侧的前后。在替代实施例中，龙门架可以小于该“全长”设计。支撑框架适于接合拖车7424的底侧7431。在该实施例中，立柱包括使用搭载(例如，可充电)电源来驱动和/或转向的车轮7457。通过可以与堆场卡车通信来提供运动和感测信息的控制单元和收发器7456来控制系统的运动。后部感测和照明吊舱(pod)(或多个吊舱/单元)7458可用于提供行驶灯和制动灯以及感知系统信息，以用于将系统7450引导到拖车上。如图74f所
示，系统7450可以移动到与拖车7424对准的位置，而支撑框架 7452位于拖车的底侧7431下方。然后，在图74g中，抬起支撑框架以使拖车车轮7426和起落架7427离开地面7436。然后，龙门架系统7450可以朝堆场卡车(在该示例中未示出) 移动，或者堆场卡车可以朝向系统移动。龙门架系统7450的前部被布置成允许卡车通过前立柱7455挂接到拖车上(或直接挂接到系统7450本身)，从而将接合的拖车牵引至堆场内的期望位置。在牵引过程中，该系统与堆场卡车通信，并且能够独立制动(在部分或全部车轮7457上)、实现后方感应辅助、后方标记灯和信号灯。在另一实施例中，可以通过上面大体描述的方式将系统7450拴到堆场卡车上，并且可以被堆场卡车牵引或跟随堆场卡车围绕堆场移动。备选地，龙门架系统7450可以被独立自动化，并结合自主推进、感测和自动操作，由此不需要独立的堆场卡车。在任意实施例中，可以使用在操作和/或功能上类似于上述堆场卡车的传感器的额外传感器来促进独立操作(例如面向前方的传感器)。
[0414]
如上所述，可以在设施设置中采用可部分或完全省略堆场卡车来移动拖车的替代系统和方法。在一实施例中，如图74h至图74j所示，如上所述的全尺寸卡车被自供电(电动、内燃机等)微型牵引车7460代替，微型牵引车7460配置有传感器7464(用于感知系统)；智能平台7463，其允许自动连接到拖车7424的主销7428，并通过车轮7461以及cpu的控制在堆场里导航；以及收发器7462，通过无线数据链路与系统服务器通信(如上文中参考堆场卡车大体描述)。牵引车7460可包括加强型底盘7465，底盘适当地下降主体以在拖车 7424下方操纵(即，最大高度htt小于拖车7424的前部下侧与地面7436之间的离地间隙 tgc)。该构造还应位于起落架7427的前面，以避免与其发生干扰。取决于堆场的条件和/ 或其他因素，可以用履带代替车轮7461。如图74h所示，自动微型牵引车7460可以使用传感器7464接近拖车前部，传感器以上述方式向感知系统提供数据。因此，它可以由系统服务器调度，以从远程位置(例如充电区和/或等候区)在堆场里找到特定的拖车。车辆 7460使用感知系统与拖车中心线对齐并在其前部下方通过。
[0415]
如图74i所示，牵引车7460随后与拖车主销对齐7428。然后，如图74j所示，平台 7463和垂直延伸的立柱7466，以及牵引座能够与拖车主销7428互锁，并抬起拖车7424的前部，以使起落架以传统卡车与主销接合的方式远离地面。底盘可以包括储气罐和/或压缩机以及相关联的阀组件，阀组件适于通过一个或多个气动接头连接7468来加压卡车制动系统。机械臂7469附接到底盘。它可以包括搭载传感器，传感器允许其末端执行器7470接合气动接头7468并完成压力连接。臂和/或传感器的操作可以类似于本文对堆场卡车实施例的描述。在替代实施例中，可以在底盘7465上使用包括自引导快速断开连接(如上所述) 的其他连接机制。如图74h和图741所示，臂7469可以在行进和对准期间缩回，然后在主销接合期间或之后延伸以与卡车连接。该臂还可以用于连接拖车电子设备，以便牵引车7460 可以适当地运行行驶灯和制动灯。例示性牵引车构造的显着优点是能够围绕主销旋转360 度，因此具有出色的拖车操纵能力。
[0416]
在替代实施例中，如图74k至图74m所示，牵引车7480省略了单独的气动连接(机械) 臂，并与其他拖车轮提升系统(例如上述滑动台架组件7482中的一个)相互操作。如上所述，滑动台架可以包括驱动轮7485和适当的后照明和感测组件(示例性吊舱7483)。如图 74k所示，当牵引车到达拖车7424时，拖车7424后端已经被滑动台架装置7482抬离地面 7436。前端仍停靠在起落架7427上。牵引车7480使用传感器(和关联的感知系统)与主销
7428对准，其中，传感器通过cpu和收发器7484与系统服务器通信。由cpu 7484处理的数据引导牵引车车轮7485(或轨道)行使和转向。当牵引车平台7486与主销7428对齐时(图74l)，垂直立柱7487延伸以接合主销7428并提起拖车，使得起落架7427离开地面7436。牵引车可以旋转(例如)180度，以使传感器7483面向前方，并且牵引车7480 可以将拖车与滑动台架布置7482一起驱动到目的地。可以通过牵引车7480来控制(类似于堆场卡车的实施例)滑动台架，或者由系统服务器直接(例如无线)控制滑动台架。在实施例中，滑动台架可以被拴系到牵引车或从其分开，并且也可以牵引车辆或来自较远的位置(例如，充电区和/或等候区)。
[0417]
可以通过多种方式组合上述多种功能。作为非限制性示例，图74n是具有集成的牵引车的分离式滑动台架拖车的立体图。由于分离式滑动台架拖车7490和被集成牵引车提供了各种制动和信号功能，分离式滑动台架拖车7490和被集成牵引车7492可按照在otr拖车与卡车之间没有电气或气动连接的方式接收和运输otr拖车。
[0418]
可以想到的是，上述任意滑动台架、龙门架或牵引车实施例中的任一个可以结合根据本领域技术布置的电动、气动和/或液压转向和动力传动系部件。同样，可以根据本领域技术来采用各种定制设计的组件，以适应系统的特定性能和/或负载处理要求。
[0419]
2.设施布置
[0420]
在另一实施例中，堆场或设施站点装有感测设备，包括视觉系统相机和其他感测模式 (例如雷达、lidar、激光测距仪等)来代替安装在拖车的系统(或除拖车之外)。相机和传感器可以安装成静止状态，覆盖作为操作一部分的需要拖车倒车的每个潜在位置。与安装在拖车的系统一样，这些传感器需要进行通信以将传感器数据中继到堆场卡车的自动导航系统。
[0421]
作为非限制性示例，图75示出了包括安装在站点的感测模式，例如包括能够在潜在的倒车位置之间进行侧向运动(箭头7520)的传感器7510，例如通过沿着附接到建筑物7540 侧面(例如具有一系列装卸门7542的装卸平台)的电线或轨道7530运动来覆盖“盲点”区域7544的传感器。示例性传感器组件7510与(例如无线)通信系统连接，该通信系统将传感器数据中继到堆场卡车的自动导航系统或系统服务器。传感器响应于到达或离开的卡车进入卡车所在区域以覆盖卡车操作。如果期望多辆卡车以相对较近的时间间隔彼此移动，则可以在一个或多个轨道、电线等上设置多个传感器。在一实施例中，这些移动传感器组件的传感器可以适于独立于站点基础设施移动，从而实现上述的uav或ugv实施。
[0422]
应注意，在实施例中可以提供附加的安装在站点的的感测操作，其可以包括地面安装的雷达或lidar传感器和/或相机，它们适于检测堆场中的非卡车运动，并向系统服务器报告。这可用于安全和保障，并且跟踪潜在的危险和障碍物，以及在堆场周围移动的人员，这些人可能会因行驶中的车辆而受到伤害。
[0423]
在实施例中，可以基于来自堆场和/或系统服务器的数据和指令来自动化和增强辅助拖车千斤顶的操作。目前，在配送中心和生产设施中有时会使用单独的千斤顶，以防止因拖车起落架故障而发生拖车倒塌。每次将千斤顶从卡车上解下时，现有方法要求驾驶员或地面人员将其正确定位(然后收回并收起)在拖车前部下方。
[0424]
p.自动千斤顶
[0425]
图76至图78示出了自动千斤顶布置7600，其中拖车千斤顶可在抵靠地面的齐平位
置 (图76)和自动展开位置之间旋转移动，并在其基座7630上旋转(弯曲箭头7612，围绕枢轴7620)。在此垂直展开位置(图77)，在分隔开的千斤顶支腿7650上的千斤顶垫7640 面向拖车7660的底部。然后，垫7640在支腿7650的可伸缩构件7810上向上移动(箭头 7720)直到它们加压接合拖车7660的底部。液压或气动活塞可用于驱动伸缩构件7810。同样，具有适当锁定设备的液压、气动或机电系统可用于将千斤顶从接地方向(图76)旋转到展开方向(图77和图78)。千斤顶垫7640与拖车7660的底部的接合为起落架7670 提供了进一步的支撑，以及以车轮止动件的方式固定拖车以防止其滑离装载区域。对于特定长度的拖车，自动千斤顶可以永久固定在地面上，也可以固定在拖车下方的滑轨上，从而可以通过堆场管理系统或自动驾驶堆场卡车与千斤顶控制器7618进行通信，从而实现可变长度拖车的灵活性，还可控制旋转展开。
[0426]
q.自动止动
[0427]
从安全的角度来看，当在设施站台/装卸区装载或卸载拖车时，许多操作都选择将车轮止动件放置在拖车轮胎的前面。这通常是基于在借助例如叉车之类的车辆进行装卸时，将拖车从站台分离的优先顺序。如果拖车突然向前或向后倾斜，则拖车与底座之间的间隙会导致严重的人身伤害或因撞击导致的死亡。
[0428]
图79和图80示出了根据一实施例的自动止动系统7900。该系统包括位于每个拖车轮组7920下方的基板托盘7910，可以使用螺栓7912(或牢固地固定)将基板托盘7910固定到地面上。托盘7910保留了多个(例如八个)由高密度橡胶或类似性能的化合物(例如，增强织物)制成的直列式气囊7930，其在放气时能够承受和抵抗拖车车轮的影响(图79)。当拖车轮胎被牵引到托盘7910上并被正确放置时(例如，拖车7950的后部7940靠在装卸门上以进行装卸)，可以手动操作或自动触发一个开关，该开关将打开例如针对特定装货区的空气阀(压力源)，例如来自为多个站台提供服务的位于中央的空气压缩机。空气阀的打开将开始对未被拖车轮胎的重量压缩的充气气囊进行充气(参见图80)。气囊的侧截面呈锯齿状(每个齿都定义了一个单独的三角形侧截面)。因此，周围的齿用于捕获车轮并防止车轮向前或向后滚动。在完成拖车的装卸后，设施中的操作员可以通过操作开关来使气囊自动放气(将其返回到图79的扁平状态)，或向自动驾驶车辆系统提供信号，从而远程激活放气机制。每个三角形齿的尺寸高度均可以变化。通常，它们的尺寸和布置应设置成在车轮组的每一侧上提供一个支撑斜面，并且在其间压缩的齿数不超过一个。
[0429]
图81和图82示出了根据一实施例的可充气自动止动系统8100。它由一对刚性框架和安装的硬空气歧管8110组成，每个歧管都位于拖车轮胎8120的外侧附近。如图所示，沿着歧管8110的长度方向有一排独立的管，当拖车抵靠装货区时，可以对独立管进行充气。如图82所示，当启动充气时，所有未被(轮胎8120)阻挡的管8210都被强制填充空气并包围轮胎，从而防止其滚动。被轮胎8120部分或完全阻塞的管8220没有被完全填充(如图82所示)。基于每个管气动回路中的可感知压力阻力的安全阀，或者基于施加到管上的不足以克服拖车轮胎侧壁所产生阻力的压力程度，这些管可以不被充分地充气。放气时，从管8210中抽出压缩空气，并且管从拖车离开的通道中缩回。可以采用抽吸源以确保完全缩回到歧管8110中。可替代地，这些管可以包括弹性材料或内部膨胀弹簧(金属或聚合物)，从而在释放气压时有助于强制缩回。所选择的管的充气压力程度以及材料厚度和耐用性应确保在被充气时拖车可以保持静止。管的圆柱直径可以是大约几英寸到一英尺，长度可以大约等于或大于车
轮组8120中至少一个(通常是两个)轮胎的宽度。
[0430]
图83至图85示出了根据一实施例的另一自动止动布置8300。布置8300由安装在轨道8312上的高强度(例如强金属/金属合金)伸缩管8310组成。使用螺栓或其他紧固机构将轨道8312固定到拖车8330的车轮组8320之间的停车垫。伸缩管8310安装在带有底座 8316的滑块8314上。滑块8314在例如液压电动机/活塞和/或齿轮电动机(例如用于线性运动的齿条和小齿轮)等的坚固的致动器的操作下沿着轨道8312移动。
[0431]
如图所示，在操作中，拖车8330相对于站台或其他停车区域移动。长度lpr小于车轮之间的宽度ww，使得车轮可以不受干扰地越过伸缩管8310。如图84所示，在停靠后，传感系统就会感测到卡车的存在和/或操作员按下开关，从而使伸缩管的内部伸缩端8318沿两侧相反方向向外延伸(箭头8340)，使得整个管8310限定的长度lpe大于内轮宽度ww。伸缩部分使用线性致动器延伸，例如可以根据已知技术实施的液压活塞。活塞可以被嵌入中心管部分。伸缩端8318可通过在去除延伸压力时起作用的反向液压或阻力弹簧力来实现缩回。当传感器或操作员确定车轮前部8420的停放位置时，如图85所示，滑块8314移动 (箭头8420)以沿着轨道8312沿拖车滑动一定长度，直到伸缩端8318接合车轮前部8410。沿着轨道滑动到不同位置的能力使伸缩管8310可以补偿各种可能的拖车轴位置。滑块运动机构可以包括传感器，在滑动的伸缩管与固定拖车轮胎8320接合时，该传感器检测何时会遇到阻力。另外，滑块运动机构可以包括锁定部件(未示出)，该锁定部件进一步将滑块固定至轨道上的期望位置。滑块电动机的保持力也可以根据其设计作为足够的阻力机构。
[0432]
当拖车8330再次准备好运动时，操作员或系统服务器将引导伸缩端8318缩回，并且将滑块8314移回向前的等待位置。拖车车轮8320随后可自由越过布置8300。
[0433]
图86至图88所描述的止动布置8600类似于参照图83至图85描述的布置8300。因此，可以假定功能相似的元件以相似的方式工作。在该实施例中，如上所述，在沿着固定轨道8612移动的滑块8614上设置有固定管8610。在该实施例中，固定管8610是固定单元，其总长度lpf大于车轮的内部宽度ww。滑块包括允许固定管8610绕垂直轴线apf旋转的动力枢轴8618。因此，如图所示，固定管通常使其自身与拖车8630保持纵向(平行) 关系，从而允许车轮经过固定管倒车至停车位。如图87所示，在该方向上，滑块8614比车轮前部8650足够向前，以使枢轴8618将管8610旋转(弯曲箭头8640)90度到其展开位置。在该位置，固定管8610沿两侧相反方向充分延伸以接合车轮前部8650。然后，如图88所示，该系统由传感器和/或操作员控制，以向后移动滑块8614和关联的固定管8610 (箭头8720)，使其与车轮前部8650接合。现在可以安全地止动拖车8630以进行装载或卸载。
[0434]
当拖车8630再次准备好运动时，操作员或系统服务器会指示滑块8614移动到向前的等待位置并旋转管道枢轴8618，以使固定管8610平行于轨道8612。然后，拖车车轮8620 可以自由通过装置8600。
[0435]
随着车轮趋于均匀地支撑在管道的两侧，可以降低枢轴电动机的功率及其锁定能力。通常，在布置8300和8600中，管的横截面可以是任何可接受的规则或不规则形状，例如，如图所示为圆形，多边形或多边形和曲线形状的组合。在一实施例中，管的与车轮接合的前表面可以成形为类似于常规车轮止动件的具有角度的平坦面，以增强其保持能力。
[0436]
r.拖车角度自动检测
[0437]
当牵引拖车时，需要确定拖车相对于牵引车的方向(相对角度)。传统上，由驾驶员
观察拖车前面的方向和角度以得出近似角度测量值。但是由于前面具有可变性(由于存在制冷单元、导流罩等)，使用自动传感器(例如视觉相机、常规lidar等)的效果较差。然而，市售的所谓高分辨率lidar为相对拖车角度确定过程的自动化提供了更多能力。上述高分辨率解决方案可以是市售的加利福尼亚州圣何塞velodyne lidar公司的vls-128型
tm
系统，该系统是用于(例如)自动驾驶车辆及类似应用程序的目前世界上分辨率最高的lidar 之一。该系统使用128个离散结构光(激光)光束在相当大的工作距离中得出3d表面轮廓 /形状。这些光束可以被布置在投影的(projected)同心圆。也可以使用其他竞争公司的高分辨率lidar设备以及包括立体相机等的替代3d传感系统。
[0438]
图89和图90示出了自动驾驶(例如堆场)卡车8910和未挂接拖车8920的布置8900，以检测卡车8910的后底盘(例如，保险杠8930)的平面与拖车8920的中心线clt之间的相对拖车角度ata。说明性地，该布置8900包括安装在卡车后底盘/保险杠8930上，并且向后面向拖车的lidar设备8922。在操作中，lidar设备8922与处理器8924通信，处理器8924是车辆cpu的一部分并且包括角度确定过程(处理器)8926。过程(处理器)8926 检测拖车8920上(例如两个)起落架支腿9010和9012的位置和方向，以便估计拖车相对于卡车8910的后部8930的角度ata。lidar设备8922限定工作角度范围9020，该工作角度范围9020足以在操作期间的预期拖车角度ata范围内捕获支腿9010和9012。如图所示， lidar光束还可以获取车轮组9030、9032、9034和9036中至少一个的前部。所选择的lidar 设备8922与地面8950之间的高度hlt(图89)，应使光束8942在拖车底侧8940下充分行进，以到达起落架支腿9010、9012，并可能到达车轮组9030、9032、9034和9036。由于支腿9010和9012以及(可选)轮胎在拖车9020的任一侧上跨宽度/梁在已知的平行方向定位，并且这些结构具有独特的表面形状，因此可以将它们用作参考来确定相对于卡车和相关联的lidar单元(以及由过程(处理器)8926建立的卡车坐标系)的角度ata。
[0439]
在操作中，并且进一步参考图91，过程(处理器)8926分析从拖车扫描传输的lidar 数据中的至少一个环，以搜索点组9110、9112，其中整体点组大致为相应的起落架支腿的宽度wll。然后，过程(处理器)8926比较所有组以寻找与拖车主销点8960大致等距的成对的组，以及其中两个组9110、9112之间的分隔距离wlg大致为拖车的宽度的成对的组。对于符合条件的组对，过程(处理器)8926将拖车角ata(相对于平行于卡车保险杠的线 9140截取)估计为将两个向量(外角)9120、9122从卡车/拖车挂接点平分到两个点组9110 和9112的相对外边缘的角度。
[0440]
在卡车和拖车之间的极端相对角度下，从lidar传感器的角度来看起落架支腿9010、 9012中的一个可能被遮挡(例如，由于极端角度，被遮挡的支腿可能在后保险杠的前面)。图92中示例性地示出了这种情况，其中，在lidar设备8922的最大感测扇形(锥形)9220 内可以看见拖车8920的起落架支腿9012，但是相对的支腿9010在扇形外部(位于保险杠 9030的前面)并被遮挡。如果未找到代表起落架支腿的点对，并且在预计可能会遮挡(由于支腿现位于最左侧或最右侧)另一条腿的区域中检测到单组点(例如，对应于腿9012的点)，过程(处理器)8926使用预定的拖车宽度wtp来估计被遮挡的支腿9010的位置。然后，过程(处理器)8926将所发现的支腿9012的感测位置和被遮挡的支腿9010的估计位置用作近似对，以用于上述过程。然后，使用该近似对来估计拖车角度,拖车角度是将两个向量从主销平分到近似对中的两个支腿的外边缘的角度。
[0441]
应注意，在特定情况下为了使上述拖车角度确定过程的输出更加平滑并提高鲁棒性，可以提供额外步骤来进行线性二次估算(例如卡尔曼滤波)。
[0442]
再次参考图89，在另一实施例中，确认拖车角度ata或提高拖车角度精度可能是有用的。该过程可以利用拖车8920的前缘的下部外边缘8970。该过程可以通过处理接收到的上部lidar环来检测拖车的外边缘，并且可以用于确认起落架检测的结果，或者在起落架检测过程返回多个解决方案时用于消除误报。
[0443]
在另一实施例中，并且再次参考图91，lidar设备可以用于通过定位相应的点9130和 9134来检测拖车轮9030和9034。该数据可用于确认和/或改善使用起落架检测确定的角度的精度，或者如果起落架检测不是确定性的，则可使用车轮位置单独确定拖车角度。可以将(例如)内侧边缘之间的(存储的)典型宽度wtw与感测到的宽度进行比较，由此建立点组，可以通过这些点组按照类似于上述起落架的方式来计算车轮和角度。
[0444]
s.主销自动检测
[0445]
参考图93和图94，其描绘了进一步协助自动驾驶卡车提取拖车的系统和方法。在执行该操作时，该系统和方法使用可以通过视觉感测和/或本文所述的其他技术来获得的拖车的大致位置。该实施例的系统和方法大体允许卡车后退并成功地连接到拖车。该实施例可以采用上述的lidar设备8922(图89至图92)。在图93和图94适用相似或相同的结构/ 部件，因此采用了类似的附图标记。
[0446]
更具体地，该系统和方法允许在后退操作中将卡车牵引座9310正确地连接至拖车主销 9360。它采用主销位置检测和确定过程(处理器)9320，过程(处理器)9320可以是整个车辆处理器/cpu 8924的一部分，并且互连到lidar设备以及在其上实例化(或与其关联) 的任何搭载过程/处理器。使用系统提供的拖车位置，卡车8910被放置在与拖车8920相邻的位置，然后后退以连接卡车和拖车。在该过程中，非常需要准确确定拖车主销8960的相对位置。由于在整个拖车底部8940中主销8960的结构相对较小，使用安装在卡车后保险杠8930上的lidar设备8922，它仅可识别为由lidar设备8922的光束9330产生的图像特征集。
[0447]
根据一实施例，图95和图96的流程图进一步示出了用于准确确定拖车主销8960的位置的过程9600。过程9600独立地处理(例如，使用过程(处理器)9320)每个lidar环，并将找到的点分离成组(步骤9610)。然后，过程9600搜索三个离散的点组9510、9512 和9520，它们相互分离但却相对邻近(在预定阈值内)，并且中间组9520比其他两个(侧面)组9510和9512更靠近传感器7022(步骤9620)。
[0448]
然后，过程9600的步骤9620在三个点组中进一步消除不是相对平坦且高度大致相同的侧面组9510、9512，和/或宽度或高度明显大于期望主销的中间组。如果三个点组符合所有标准(判断步骤9630)，则过程9600将主销的x，y(或另一坐标系)位置估计为中间组9520中所有点的平均值(步骤9640)。过程9600还报告主销板高度(侧面组9510、9512 的最小高度)hk(图93)，使得系统具有将牵引座74的高度升高多少的度量(步骤9650)。然后，过程9600将x，y位置从传感器坐标空间转换为导航/车辆坐标空间(步骤9660)。然后，过程9660将x，y位置与任何先前检测的坐标进行比较(步骤9670)。如果不匹配 (判断步骤9680)，则将新的x，y位置附加到先前检测的列表中(步骤9682)，并且过程 9600继续搜索(通过步骤9610-步骤9670)。然而，如果存在匹配(判断步骤9680)，则增加对匹配检测的置信度以增加置信度值(步骤9684)。基于在步骤9684中的置信度值的增加，过程9600使用累
积的置信度以及与车辆的接近度来对先前检测的列表进行优先级排序 (步骤9690)。在步骤9690中确定优先级之后，过程9600输出具有最高优先级的检测，以用于通过导航坐标空间引导卡车的后退操作至拖车上。
[0449]
在替代的相关实施例中，该系统和方法采用上述拖车角度确定过程(图89至图92)，该过程检测拖车起落架支腿9010和9012的位置。一旦两个起落架支腿都已被识别和定位，就可以基于已知/标准的通常以x，y坐标之间的关系表示(例如重心)的拖车几何结构来估计主销8960的位置。该估计位置被转换为车辆/导航坐标空间。如图95所示，在跨越拖车底侧/侧边的宽度的相关点组中识别外边缘9550、9552、9560和9562，并且外边缘9550、 9552、9560和9562也可以被作为确定拖车角度的基础。
[0450]
vii.结论
[0451]
应当清楚的是，上述用于在运送堆场中处理和管理拖车的系统和方法，以及用于自动驾驶av堆场卡车的相关设备和操作技术，提供了有效途径来减少人为干预，由此降低成本，并潜在地提高了安全性并减少了停机时间。本文的系统和方法实际上可应用于广泛的电动卡车和燃料卡车以及任何市售拖车装置。更特别地，本文的系统和方法有效地实现了关键堆场操作的自动化，例如卡车和拖车之间的一条或多条气动和电力线路的连接、拖车门的解锁和打开、拖车的安全搭接、带装卸建和装卸们的拖车的导航和停靠、维护装卸间以及车辆的安全，防止未经授权的操作和/或用户，以及自动驾驶车辆的其他方面。这样的系统还增强了在集装箱堆场以及其他繁忙堆场环境中的操作，在这些环境中，可能需要考虑反向行驶，并考虑确保停放车辆的安全。这些新颖的系统、方法和操作，虽然适用于av堆场卡车，但也有助于其他类型的自动运输车辆，并且可以预期，利用本领域技术，可以将其扩展到广泛的非堆场和/或otr车辆。
[0452]
如上对本发明的说明性实施例进行了详细描述。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和增加。可以将上述各实施例的每一个的特征适当地与其他实施例的特征相组合，以在相关联的新实施例中提供多种特征组合。此外，尽管前述内容描述了本发明的装置和方法的多个单独的实施例，然而本文所描述的仅是应用本发明原理的示例。例如，本文所使用的表示方向和定位的术语(及其语法变体)，如“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”、“侧面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“向前”、“向后”等仅用作相对约定，而不用作相对于固定坐标系的绝对方向(例如重力作用方向)。此外，所描绘的过程或处理器可以与其他过程和/或处理器组合或划分为各种子过程或处理器。可以根据本文的实施例将这些子过程和/或子处理器进行各种组合。同样地，可以明确设想使用硬件、由程序指令的非暂时性计算机可读介质组成的软件，或硬件和软件的组合来实现本文中的任何功能、过程和/或处理器。同样，例如“实质上”、“大约”等限定性术语允许与所述测量或值具有合理变化(例如1-5％的变化)，以使元件保持本文所述的功能。因此，该描述仅作为示例，而不是以其他方式限定本发明的范围。

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