AT509118A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETECTING THE POSITION OF A VEHICLE IN A DEFINED AREA - Google Patents
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges (4) in einem definierten Bereich, wobei eine absolute Referenzposition (3) des Fahrzeuges (4) und eine Relativbewegung (8) des Fahrzeuges erfasst werden, wobei zum Erfassen der Referenzposition (3) ein digitales Bild (1') der Umgebung des Fahrzeuges (4) aufgenommen wird, in dem digitalen Bild (1') zumindest eine visuelle Markierung (2) ermittelt wird und die Referenzposition (3) des Fahrzeuges (4) in Bezug auf die ermittelte visuelle Markierung (2) bestimmt wird.Method and device for detecting the position of a vehicle (4) in a defined area, wherein an absolute reference position (3) of the vehicle (4) and a relative movement (8) of the vehicle are detected, wherein for detecting the reference position (3) a digital Image (1 ') of the environment of the vehicle (4) is recorded, in the digital image (1') at least one visual mark (2) is determined and the reference position (3) of the vehicle (4) with respect to the determined visual mark (2) is determined.
Description
• * · · * · · · • ff · * · « ··* Ι·Ι• * · · * · · · · ff · * · «·· * Ι · Ι
ff«·*· ff » · « I ···«· ff ff«·· • ff ffff ff ff ff* ff* - 1 -ff «· * · ff» · «I ···« · ffff «·· • ff ff ff ff * ff * - 1 -
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich, wobei eine absolute Referenzposition des Fahrzeuges und eine Relativbewegung des Fahrzeuges erfasst werden, sowie eine Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich, wobei eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer absoluten Referenzposition des Fahrzeuges und eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Relativbewegung des Fahrzeuges vorgesehen sind.The invention relates to a method for detecting the position of a vehicle in a defined area, wherein an absolute reference position of the vehicle and a relative movement of the vehicle are detected, and a device for detecting the position of a vehicle in a defined area, wherein a sensor device for detecting a absolute reference position of the vehicle and a sensor device for detecting a relative movement of the vehicle are provided.
Die Erfassung der aktuellen Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich ist in den verschiedensten Anwendungen von hoher Bedeutung. Beispielsweise ist die Positionsbestimmung von Flurförderfahrzeugen (z.B. von Gabelstaplern) im Bereich der Lagerlogistik (Lagerverwaltung) von großer Bedeutung, da hierdurch eine automatische Chargenverfolgung ermöglicht wird. Hierzu sind verschiedenste Verfahren bzw. Vorrichtungen bekannt, wobei es insbesondere bekannt ist, eine absolute Referenzposition des Fahrzeuges zu erfassen ebenso wie die Relativbewegung des Fahrzeuges und somit die aktuelle Position des Fahrzeuges mit Hilfe eines Koppelnavigationssystems zu bestimmen.The detection of the current position of a vehicle in a defined range is of great importance in a wide variety of applications. For example, determining the position of industrial trucks (for example, forklifts) in the field of warehouse logistics (warehouse management) is of great importance, since this enables automatic batch tracking. For this purpose, a variety of methods and devices are known, it is particularly known to detect an absolute reference position of the vehicle as well as the relative movement of the vehicle and thus to determine the current position of the vehicle using a dead reckoning system.
So ist beispielsweise aus der WÖ 01/13192 Al ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Fahrzeuges bekannt, bei welchem an der Decke einer Lagerhalle zuvor reflektierende Markierungen angebracht werden müssen, welche von dem Fahrzeug beim Unterfahren einer Markierung erfasst werden können, so. dass hierdurch zu diesem Zeitpunkt eine Referenzposition erfasst und gespeichert werden kann. Zudem ist gemäß der W0-Schrift ein Rad-Encoder vorgesehen, der in zeitlichen Abständen die vom Fahrzeug zurückgelegte Strecke erfasst; weiters wird mittels eines Gyroskops der Drehwinkel des Fahrzeuges erfasst. Die aktuelle Position des Fahrzeuges kann sodann mittels Koppelnavigation aus Referenzposition und der mittels Vektoraddition ermittelten relativen Wegstrecke bestimmt werden. Nachteilig ist hier insbesondere, dass die Montage der reflektierenden Markierungen im Deckenbereich einer Lagerhalle sehr aufwändig und kostenintensiv ist und zudem das Erfassen der Referenzposition nicht immer zuverlässig gewährleistet ist. Weiters ergeben sich bei der Messung der Relativbewegung mittels des Rad-Encoders und eines Gyroskops Probleme bei Schlupf und Drift (z.B. Durchdrehen der Räder) des Fahrzeuges, so dass häufig eine unrichtige relative Wegstrecke ermittelt wird.For example, from WÖ 01/13192 Al a method and a device for detecting the position of a vehicle is known, in which on the ceiling of a warehouse previously reflective markings must be attached, which can be detected by the vehicle when driving under a marker, so , that thereby a reference position can be detected and stored at this time. In addition, according to the W0 font, a wheel encoder is provided which detects at intervals the distance covered by the vehicle; Furthermore, the angle of rotation of the vehicle is detected by means of a gyroscope. The current position of the vehicle can then be determined by means of dead reckoning from the reference position and the relative distance determined by means of vector addition. The disadvantage here in particular that the installation of the reflective markers in the ceiling area of a warehouse is very complex and expensive and also the detection of the reference position is not always guaranteed reliable. Further, in the measurement of the relative motion by means of the wheel encoder and a gyroscope, problems of slippage and drift (e.g., wheel spin) of the vehicle arise, so that an incorrect relative distance is often detected.
Um diese Nachteile bei der Erfassung der Relativbewegung zu beseitigen, wird in der EP 1 916 504 A2 vorgeschlagen, digitale Bilddaten einer Referenzfläche von aufeinander folgenden diskreten Frames zu erfassen, sodann den ersten von zwei aufeinander folgenden Frames in mehrere Makroblöcke zu unterteilen, um diese Makroblöcke darauffolgend im zweiten Frame zu ermitteln, wobei in Abhängigkeit der Verschiebungsvektoren der Positionen der Makroblöcke die Relativverschiebung des Fahrzeuges bestimmt werden kann. Hierdurch können zwar die Messungenauigkeiten, die beim Ermitteln der Relativbewegung mittels eines Rad-Encoders und eines Gyroskops auftreten, beseitigt werden, jedoch handelt es sich nachteiligerweise um ein relativ aufwändiges Bildverarbeitungsverfahren, welches vergleichsweise langsam ist und einen hohen Speicherbedarf aufweist. Nachteilig ist jedoch insbesondere, dass zur Erfassung der absoluten Referenzposition auch gemäß der EP 1 916 504 nach wie vor die sehr aufwändige und kostenintensive Montage von reflektierenden Markierungen im Deckenbereich erforderlich ist.In order to eliminate these disadvantages in the detection of the relative movement, EP 1 916 504 A2 proposes to acquire digital image data of a reference surface of successive discrete frames, then to divide the first of two consecutive frames into a plurality of macroblocks around these macroblocks subsequently to be determined in the second frame, wherein the relative displacement of the vehicle can be determined as a function of the displacement vectors of the positions of the macroblocks. In this way, although the measurement inaccuracies that occur when determining the relative movement by means of a wheel encoder and a gyroscope can be eliminated, but it is disadvantageous to a relatively complex image processing method, which is relatively slow and has a high memory requirement. However, it is particularly disadvantageous that, according to EP 1 916 504, the very complex and expensive installation of reflective markings in the ceiling area is still required to detect the absolute reference position.
Ein ähnliches Verfahren bzw. eine ähnliche Vorrichtung zur Erfassung einer Referenzposition eines Fahrzeuges in einer Lagerhalle ist weiters aus der US 2007//0143006 Al bekannt. Hier werden eine Vielzahl von Transpondern am Hallenboden angebracht, mit deren Hilfe sodann eine Referenzposition des Fahrzeuges ermittelt werden soll. Auch hierbei handelt es sich um ein technisch sehr komplexes System mit einer Vielzahl von Sensoren, die vor allem bei flächenmäßig großen definierten Bereichen einen, äußerst hohen Installations- und Investitionsaufwand verursachen .A similar method or a similar device for detecting a reference position of a vehicle in a warehouse is further known from US 2007 // 0143006 Al. Here are a variety of transponders attached to the hall floor, with the help then a reference position of the vehicle to be determined. Again, this is a technically very complex system with a variety of sensors that cause, especially in area-large defined areas an extremely high installation and investment costs.
In der DE 103 46 596 Al wird ebenfalls die Erfassung einer absoluten Referenzposition mit Hilfe von zuvor verlegten Messstreifen vorgeschlagen. Weiters wird mit Hilfe einer Inkrementalpositions-Erfassungseinheit durch vektorielle Summation inkrementaler Bewegungsvektoren eine relative Positionsbestimmung vorgenommen, wobei ein Parameter zum Anzeigen der Qualität der erfassten Absolutposition ermittelt wird. In Abhän- φ # φ φDE 103 46 596 A1 also proposes the detection of an absolute reference position with the aid of previously installed measuring strips. Furthermore, a relative position determination is carried out by means of an incremental position detection unit by vectorial summation of incremental motion vectors, wherein a parameter for indicating the quality of the detected absolute position is determined. In dependency φ φ
• φ φ φ φφ φ φ φφ φφ φ φ φφφ φφφ φ φ φ φ φ φ φ φ φ φ 3 gigkeit von der Qualität dieses Parameters wird die Position des Fahrzeuges im vorgegebenen Bereich entweder im Absolutmodus oder jedoch im Inkrememtalmodus ausgegeben, d.h. nachteiligerweise werden hier die absoluten und relativen Messergebnisse nicht miteinander verschmolzen, sondern es wird die Messung schlechterer Qualität zur Gänze verworfen.Depending on the quality of this parameter, the position of the vehicle in the predetermined range is output either in the absolute mode or in the incremental mode, i. E. Unfortunately, the absolute and relative measurement results are not merged with each other, but the measurement of poorer quality is completely discarded.
Aus der US 2007/0150111 Al ist noch ein omnidirektionaler Roboter bekannt, der bodenseitig einen so genannten „Optical flow"-Sensor aufweist, mit welchem die Relativbewegung des Roboters erfasst wird. Die Erfassung einer Referenzposition in einem vordefinierten Bereich ist hierbei jedoch nicht vorgesehen.Another omnidirectional robot is known from US 2007/0150111 A1, which has on the bottom side a so-called "optical flow" sensor with which the relative movement of the robot is detected. However, the detection of a reference position in a predefined area is not provided here.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angeführten Art zu schaffen, wobei der Installations- und Investitionsaufwand zum Erfassen einer absoluten Referenzposition gering gehalten werden kann, zugleich jedoch eine genaue Positionsbestimmung des Fahrzeuges im definierten Bereich gewährleistet ist.The aim of the present invention is therefore to provide a method and an apparatus of the type mentioned, wherein the installation and investment costs for detecting an absolute reference position can be kept low, but at the same time an accurate positioning of the vehicle is guaranteed in the defined range.
Erfindungsgemäß wird dies bei dem Verfahren der eingangs angeführten Art dadurch erzielt, dass zum Erfassen der absoluten Referenzposition ein digitales Bild der Umgebung des Fahrzeuges aufgenommen wird, in dem digitalen Bild zumindest eine.. visuelle Markierung ermittelt wird und die Referenzpositio.rt des Fahrzeuges in Bezug auf die ermittelte visuelle Markierung bestimmt wird. Durch die Aufnahme eines digitalen Bilds der Umgebung des Fahrzeuges, d.h. eines lokalen Ausschnitts aus dem vorab definierten Bereich und der Ermittlung einer visuellen Markierung in dem digitalen Bild, wobei die Position dieser visuellen Markierung im definierten Bereich unverändert bleibt, kann auf einfache Weise die Position des Fahrzeuges in Bezug auf die detektierte visuelle Markierung bestimmt werden und aufbauend auf der bekannten Position der visuellen Markierung in dem definierten Bereich somit eine absolute Referenzposition des Fahrzeuges laufend ermittelt werden, ohne dass hierfür spezielle reflektierende Markierungen, Transponder oder dergl. vorab in den definierten Bereich verlegt werden müssen. Vorteilhafterweise kann beispielsweise bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Lagerlogistik von bereits bestehenden visuellen « · · # · · «·· ι·· • * · · · » · · « « • · · · * I · ι · · ·· ·· φ · #· «# - 4 -According to the invention this is achieved in the method of the type mentioned in that for detecting the absolute reference position, a digital image of the environment of the vehicle is recorded, in the digital image at least one .. visual mark is determined and the Referenzpositio.rt of the vehicle with respect determined on the determined visual mark. By capturing a digital image of the surroundings of the vehicle, i. a local section of the predefined area and the determination of a visual mark in the digital image, wherein the position of this visual mark remains unchanged in the defined range, the position of the vehicle with respect to the detected visual mark can be easily determined and constructive Thus, an absolute reference position of the vehicle can be continuously determined on the known position of the visual marking in the defined area, without the need for special reflective markings, transponders or the like. Must be laid in advance in the defined area. Advantageously, for example, when using the method according to the invention in the storage logistics of existing visual «· · · · # · · · ··················································································. · Φ · # · «# - 4 -
Markierungen, wie beispielsweise im Lager bereits vorhandenen Markierungen am Boden (z.B. Lagerplatz-Nummerierung), an den Wänden oder an den Decken des Lagers, Gebrauch gemacht werden.Markings, such as floor markings already present in the warehouse (e.g., storage bin numbering), on the walls or ceilings of the warehouse, are utilized.
In diesem Fall sind demzufolge überhaupt keine Investitionen zu Anbringung der visuellen Markierungen erforderlich.In this case, no investment is required at all to attach the visual markers.
Um zusätzlich zu der absoluten Referenzposition auf einfache Weise eine relative Positionsbestimmung in Echtzeit vorzunehmen, ist es von Vorteil, wenn zum Erfassen der Relativbewegung des Fahrzeuges ein erstes digitales Bild eines Ausschnitts des definierten Bereichs in der Umgebung des Fahrzeugs aufgenommen wird, in dem ersten digitalen Bild zumindest ein markantes Muster ermittelt wird, anschließend ein zweites digitales Bild eines zweiten Ausschnitts in der Umgebung des Fahrzeugs aufgenommen wird, und in dem zweiten digitalen Bild das markante Muster ermittelt wird, so dass aus der Verschiebung des markanten Musters zwischen dem ersten und dem zweiten Bild die Relativbewegung des Fahrzeuges ermittelt wird. Selbstverständlich wird auch in dem zweiten digitalen Bild sodann wiederum zumindest ein markantes Muster ermittelt, welches anschließend in einem weiteren digitalen Bild zu einem späteren Zeitpunkt ermittelt wird. Dieses Verfahren, d.h. die relative Positionsbestimmung mittels Erfassung der Relativbewegung wird - ebenso wie jenes zur Bestimmung der absoluten Referenzposition - laufend wiederholt. Grundsätzlich sind derartige Verfahren zum Erfassen von Relativbewegungen in der Bildverarbeitung bzw. in der optischen Messtechnik bekannt und werden, als so genannte „Optical flow"-Messverfahren bezeichnet .In order to easily perform a relative position determination in real time in addition to the absolute reference position, it is advantageous if, for detecting the relative movement of the vehicle, a first digital image of a section of the defined area in the surroundings of the vehicle is taken in the first digital image at least one striking pattern is determined, then a second digital image of a second section in the vicinity of the vehicle is taken, and in the second digital image, the distinctive pattern is determined, so that from the displacement of the distinctive pattern between the first and the second image the relative movement of the vehicle is determined. Of course, at least one distinctive pattern is then also determined in the second digital image, which is subsequently determined in a further digital image at a later time. This method, i. The relative position determination by detecting the relative movement is - as well as that for determining the absolute reference position - continuously repeated. In principle, such methods for detecting relative movements in image processing or in optical measurement technology are known and are referred to as so-called "optical flow" measuring methods.
Da sich aus der bei der relativen Positionsbestimmung aufgrund der Relativbewegung notwendigen Integration über die Zeit eine kontinuierlich anwachsende Abweichung ergeben kann, ist es günstig, wenn die Relativbewegung des Fahrzeuges in Bezug auf die zuletzt erfasste absolute Referenzposition ermittelt wird und aus einer Kombination von absoluter Referenzposition und Relativbewegung die Position des Fahrzeuges im definierten Bereich bestimmt wird. In dem Fall, dass keine absolute Referenzposition ermittelt werden kann (weil in dem aufgenommenen digitalen Bild gerade keine visuelle Markierung ermittelt werden kann), wird demnach auf die ermittelte Relativbewegung und die zuvor ermit- • · t f • * t « • · « · · ♦ » « « · «V ·· · • t · • #·· ··· • · · · · • · « · · • ·· ·· 5 telte absolute Referenzposition zurückgegriffen. Durch die Verschmelzung der beiden Datenströme ist auf einfache Weise eine vorbestimmte Messgenauigkeit gewährleistet.Since from the necessary in the relative position determination due to the relative movement integration over time can result in a continuously increasing deviation, it is advantageous if the relative movement of the vehicle is determined with respect to the last detected absolute reference position and from a combination of absolute reference position and Relative movement, the position of the vehicle is determined in the defined range. In the event that an absolute reference position can not be determined (because no visual marking can currently be detected in the recorded digital image), the determined relative movement and the previously determined position are thus determined. ♦ «· V V V V • • • • • • • • • • 5 5 5 5 5 5 5 5 5. By merging the two data streams, a predetermined measurement accuracy is ensured in a simple manner.
Um auf einfache Weise auf die von den visuellen Markierungen vordefinierten absoluten Referenzpositionen zugreifen zu können, ist es günstig, wenn die Positionen der visuellen Markierungen innerhalb des definierten Bereichs in einer Datenbank abgespeichert werden.In order to be able to access the absolute reference positions predefined by the visual markings in a simple manner, it is advantageous if the positions of the visual markings within the defined area are stored in a database.
Um die Ermittlung der visuellen Markierung in dem digitalen Bild zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit der ermittelten Relativbewegung eine wahrscheinliche Position vorherbestimmt wird und die dieser Position zugehörige visuelle Markierung in dem aufgenommenen Bild gesucht wird. Demnach kann die Kenntnis der aktuellen Position des Fahrzeuges aus der Rela-tivbewegung zur Verfahrensbeschleunigung verwendet werden. Es wird jedoch nicht nur die Geschwindigkeit des Positionserfassungsverfahrens beschleunigt, sondern auch die Stabilität des Verfahrens erhöht. Sofern aus einem aktuellen Bild nämlich keine visuelle Markierung eindeutig identifizierbar sein sollte, so kann sie aufgrund des Rückgriffs auf die ermittelte Relativbewegung dennoch mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit identifiziert werden und dem Fahrzeug demzufolge eine absolute Referenzposition zugeordnet werden.In order to speed up the determination of the visual mark in the digital image, it is advantageous if a probable position is predetermined in dependence on the determined relative movement and the visual mark associated with this position is searched in the recorded image. Accordingly, the knowledge of the current position of the vehicle from the relative movement to the process acceleration can be used. Not only does it speed up the speed of the position sensing process, it also increases the stability of the method. If a visual image can not be clearly identified from a current image, it can still be identified with a very high probability due to the recourse to the determined relative movement, and the vehicle can therefore be assigned an absolute reference position.
Sofern das Fahrzeug, dessen Position mit Hilfe des erfinduhgsge-mäßen Verfahrens erfasst wird, eine Ware aufnimmt, ist es günstig, wenn ebenso eine Kennzeichnung der von dem Fahrzeug aufgenommenen Ware erfasst wird. Alternativ bzw. zusätzlich können auch andere Eigenschaften der aufgenommenen Ware, wie z.B. Form, Verpackung oder Farbe der Ware, erfasst werden. Dadurch kann z.B. mit Hilfe eines angeschlossenen Lagerverwaltungs- oder Staplerleitsystems, welches die Daten des aufgenommenen Artikels speichert, auf die aktuelle Position geschlossen werden und somit ein weiterer Rückschluss auf die absolute Position des Fahrzeuges erzielt werden, wodurch wiederum das Messverfahren plausibilisiert wird.If the vehicle, the position of which is detected by means of the method according to the invention, picks up a product, it is favorable if an identification of the goods picked up by the vehicle is also detected. Alternatively or additionally, other properties of the picked-up product, such as e.g. Shape, packaging or color of the goods. Thereby, e.g. with the help of a connected warehouse management or stacker control system, which stores the data of the recorded article, are closed to the current position and thus a further conclusion on the absolute position of the vehicle can be achieved, which in turn makes the measurement process plausible.
Die Vorrichtung der eingangs angeführten Art ist dadurch gekenn- • · f i > · · » ·»! ««» «9·»« * «*·* ·»··· · Φ · « · ·« tl · * ·· ·· - 6 - zeichnet, dass eine bildgebende Sensoreinrichtung zum Bestimmen der Referenzposition vorgesehen ist. Durch das Vorsehen einer bildgebenderi Sensoreinrichtung zur Bestimmung der Referenzposition ergeben sich die bereits in Zusammenhang mit dem vorstehend genannten erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Vorteile, so dass zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehende Ausführungen verwiesen wird. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, wenn als bildgebende Sensoreinrichtung eine Digitalkamera vorgesehen ist. Hierbei kann beispielsweise ein Modell der Modellserie DMK der Firma The Imaging Source verwendet werden, welches eine Bildauflösung von 640 x 480 Pixel und eine Aufnahme von Graustufenbildern (8 Bit pro Pixel) ermöglicht. Farbaufnahmen sind keinesfalls zwingend erforderlich, doch wäre es bei Verwendung einer farbigen Digitalkamera möglich, die visuellen Markierungen nicht nur anhand ihrer Form, sondern auch anhand ihrer Farbe zu unterscheiden.The device of the type mentioned at the outset is characterized by this • • f i > · · »·»! It is characterized in that an imaging sensor device is provided for determining the reference position. By providing an imaging sensor device for determining the reference position, the advantages already explained in connection with the abovementioned method according to the invention result, so that reference is made to the above statements in order to avoid repetition. In particular, it is advantageous in this case if a digital camera is provided as the imaging sensor device. In this case, for example, a model of the model series DMK The Imaging Source can be used, which allows an image resolution of 640 x 480 pixels and a recording of grayscale images (8 bits per pixel). Color images are by no means absolutely necessary, but it would be possible to use a color digital camera to distinguish the visual markings not only by their shape but also by their color.
Ebenso ist es günstig, wenn eine bildgebende Sensoreinrichtung, insbesondere eine Digitalkamera, zum Erfassen der Relativbewegung des Fahrzeuges vorgesehen ist. Hierzu kann beispielsweise die gleiche Digitalkamera verwendet werden, welche vorstehend zur Bestimmung der absoluten Referenzposition verwendet wird. Vorteilhafterweise wird hierbei alle 16 ms ein digitales Bild gemacht, um die Relativbewegung auch bei höheren Geschwindigkeiten genau nachverfolgen zu können.It is also favorable if an imaging sensor device, in particular a digital camera, is provided for detecting the relative movement of the vehicle. For this purpose, for example, the same digital camera can be used, which is used above to determine the absolute reference position. Advantageously, a digital image is taken every 16 ms in order to be able to precisely track the relative movement even at higher speeds.
Wenn die bildgebenden Sensoreinrichtungen zum Bestimmen der absoluten Referenzpositiog und/oder zum Erfassen der Relativbewegung auf eine bodenseitige Fläche, auf welcher das Fahrzeug bewegt wird, gerichtet sind, kann beispielsweise bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Lagerverwaltung auf Markierungen im Bodenbereich zurückgegriffen werden, da in Lagern üblicherweise Bezeichnungen von Lagerplätzen oder Lagerbereichen, z.B. AB17, am Boden angebracht sind. Selbstverständlich können jedoch auch Begrenzungsstreifen zum Kennzeichnen der Fahrwege im Lager als visuelle Markierungen erfasst werden; auch das Erfassen von visuellen Markierungen an einer Lager- bzw. Hallendecke ist möglich.If the imaging sensor devices for determining the absolute Referenzpositiog and / or detecting the relative movement on a bottom surface on which the vehicle is moved, are directed, for example, when using the device according to the invention in the field of inventory management markings in the ground area are used in warehouses usually designations of storage areas or storage areas, eg AB17, are attached to the ground. Of course, however, boundary strips for identifying the routes in the camp can be detected as visual markers; It is also possible to record visual markings on a warehouse or hall ceiling.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen « # · • · • · · • ·The invention will be described below with reference to a drawing in the drawings, in which:
• · · « • 9 999 999 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 99 99 7 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels, auf das sie jedoch keinesfalls beschränkt sein soll, noch näher erläutert.9 9 999 999 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 99 99 7 shown preferred embodiment, to which it should not be limited, however, explained in more detail.
Im Einzelnen zeigen in den Zeichnungen:In detail, in the drawings:
Fig. 1 ein Flussdiagramm der Schritte eines Verfahrens zur Erfassung der Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich;1 shows a flowchart of the steps of a method for detecting the position of a vehicle in a defined area;
Fig. 2 eine Ansicht eines Gabelstaplers mit zwei bildgebenden Sensoreinrichtungen;Figure 2 is a view of a forklift with two imaging sensor devices.
Fig. 3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Gabelstaplers samt visueller Markierungen.Fig. 3 shows schematically a perspective view of a forklift including visual markings.
In dem Flussdiagramm gemäß Fig. 1 ist ersichtlich, dass mit einer Digitalkamera 1 eine Aufnahme 1' der Umgebung eines Fahrzeuges 4 (vgl. Fig. 2 und 3) getätigt wird. Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine visuelle Markierung 2 ermittelt, deren absolute Position in dem definierten Bereich bekannt ist. In Abhängigkeit der Position des Fahrzeuges 4 zu der detektierten Markierung wird sodann die absolute Referenzposition 3 des Fahrzeuges 4 bestimmt. Diese Ermittlung einer absoluten Referenzposition 3 wird laufend wiederholt.It can be seen in the flow chart according to FIG. 1 that a recording 1 'of the surroundings of a vehicle 4 (compare FIGS. 2 and 3) is made with a digital camera 1. Subsequently, in a further method step, a visual marking 2 is determined whose absolute position in the defined area is known. Depending on the position of the vehicle 4 to the detected mark then the absolute reference position 3 of the vehicle 4 is determined. This determination of an absolute reference position 3 is repeated continuously.
Zugleich werden mit einer weiteren Digitalkamera 5 eine digitale Aufnahme 5' zu einem Zeitpunkt tl und eine digitale Aufnahme 5'' zu einem Zeitpunkt t2 (Zeitpunkt tl liegt zeitlich vor dem Zeitpunkt t2). getätigt. In dem digitalen Bild 5' wird sodann im nächsten Verfahrensschritt ein markantes Muster 6 gemäß dem so genannten „optical flow"-Verfahren ermittelt. Anschließend wird dieses in der Aufnahme 5' detektierte markante Muster im Verfahrensschritt 7 im digitalen Bild 5*' ermittelt und in einem weiteren Schritt die Relativbewegung 8 und somit die relative Position des Fahrzeuges aus der Verschiebung (Bewegung) des Musters zwischen dem Bild 5' und dem Bild 5'' ermittelt. In einem weiteren Verfahrensschritt 9 werden die absolute Referenzposition und die Relativposition miteinander verschmolzen und somit die Position 10 des Fahrzeuges 4 in dem definierten Bereich bestimmt . • · » • ι · · • · · · · « » « ι «At the same time with another digital camera 5 a digital recording 5 'at a time tl and a digital recording 5' 'at a time t2 (time tl is earlier than the time t2). made. In the next step, a distinctive pattern 6 is determined in the digital image 5 'according to the so-called "optical flow" method. Subsequently, this striking pattern detected in the receptacle 5 'is determined in method step 7 in the digital image 5 *' and in a further step the relative movement 8 and thus the relative position of the vehicle from the displacement (movement) of the pattern between the image 5 'and Figure 5 "determined. In a further method step 9, the absolute reference position and the relative position are merged with one another and thus the position 10 of the vehicle 4 in the defined area is determined. • • • · · · «« «
Μ ·« I * # · • ·*· ·#· « · · · » • · » # · • ·* ·· 8· «* · · · · · · · · · · · 8 8 8 8 8 8
In Fig. 2 und 3 ist jeweils ein Fahrzeug bzw. ein Gabelstapler 4 skizziert, der mit einer Digitalkamera 1 zum Bestimmen seiner absoluten Referenzposition ebenso wie mit einer Digitalkamera 5 zur Ermittlung der Relativbewegung und somit der Relativposition des Fahrzeuges 4 versehen ist. Die Digitalkamera 1 zur Ermittlung der Referenzposition ist hierbei im Dachbereich des Fahrzeuges 4, die Digitalkamera 5 zum Erfassen der Relativbewegung im Bereich des hinteren Bereichs des Fahrzeuges 4, d.h. bodennahe, angeordnet (die Anordnung der Digitalkameras 1, 5 kann auch an anderen Stellen des Fahrzeuges 4 erfolgen). Die Positionsbestimmung des Fahrzeuges 4 in dem definierten Bereich, d.h. beispielsweise einer Lagerhalle, ist in der Lagerlogistik von großer Bedeutung, um z.B. eine automatische Identifikation von Waren in einem Lager und damit verbunden eine automatische Chargenverfolgung zu gewährleisten. Wie in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, nehmen die beiden Digitalkameras 1, 5 jeweils einen lokalen Äüsschnitt 11, 12 des definierten Bereichs auf, wobei die beiden Digitalkameras 1, 5 beim bevorzugten Ausführungsbeispiel auf den Boden 13 gerichtet sind. Die von den beiden Digitalkameras 1, 5 aufgenommenen Bilder werden sodann zu einer Datenverarbeitungsanlage 15 übertragen, mit welcher in weiterer Folge die Auswertung der von den Digitalkameras 1, 5 aufgenommenen Bildern 1', 5', 5'1 erfolgt, wie bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Das Fahrzeug 4 kann hierbei eine Ware 14 aufnehmen, der ebenfalls eine visuelle Kennzeichnung 14' zugeordnet ist; zudem können auch andere visuelle Eigenschaften, wie z.B. Form, Verpackung, Farbe der Ware 14, erfasst werden.In FIGS. 2 and 3, a vehicle or a forklift 4 is sketched in each case, which is provided with a digital camera 1 for determining its absolute reference position as well as with a digital camera 5 for determining the relative movement and thus the relative position of the vehicle 4. The digital camera 1 for determining the reference position is here in the roof area of the vehicle 4, the digital camera 5 for detecting the relative movement in the region of the rear area of the vehicle 4, i. near the ground, arranged (the arrangement of the digital cameras 1, 5 can also be done at other locations of the vehicle 4). The position determination of the vehicle 4 in the defined area, i. for example, a warehouse, is of great importance in warehouse logistics, e.g. to ensure automatic identification of goods in a warehouse and, consequently, automatic batch tracking. As can be seen in FIGS. 2 and 3, the two digital cameras 1, 5 each receive a local section 11, 12 of the defined area, the two digital cameras 1, 5 being directed to the floor 13 in the preferred embodiment. The images taken by the two digital cameras 1, 5 are then transmitted to a data processing system 15, with which subsequently the evaluation of the images 1 ', 5', 5'1 recorded by the digital cameras 1, 5 takes place, as already described in connection with FIG Fig. 1 described. The vehicle 4 can in this case receive a product 14, which is also associated with a visual identification 14 '; In addition, other visual properties such as e.g. Form, packaging, color of the goods 14, to be recorded.
Wie in den Fig. 2 und 3 ersichtlich, können als visuelle Markierungen 2 insbesondere Bezeichnungen von Lagerplätzen oder Lagerbereichen verwendet werden, die vorwiegend auf dem Boden 13 bzw. auch auf der (nicht gezeigten) Lager- bzw. Hallendecke angeordnet sein können. Wie in Fig. 3 ersichtlich, können die visuellen Markierungen 2 auch auf einer Wand 13' oder einem Pfeiler angeordnet sein, wobei hier jedoch die Gefahr besteht, dass derartige visuelle Markierungen von in dem Lager befindlichen Waren verdeckt sind.As can be seen in FIGS. 2 and 3, designations of storage areas or storage areas can be used as visual markings 2, which can be arranged predominantly on the floor 13 or also on the storage or hall ceiling (not shown). As can be seen in FIG. 3, the visual markings 2 can also be arranged on a wall 13 'or a pillar, but here there is a risk that such visual markings are concealed by goods located in the warehouse.
Wie insbesondere in Fig. 3 ersichtlich, können als visuelle Mar- • * • · · *As can be seen in particular in FIG. 3, visual marks may be used as visual marks.
• · # * * · · • ·* ·· • ♦ · · · • * I · · Μ I« » 9 kierungen 2 insbesondere mittels eines Farbauftrags vorgesehene Ziffern (und Buchstaben) vorgesehen sein. Diese Ziffern (Buchstaben), deren Position in dem definierten Bereich, d.h. in der Lagerhalle, bekannt ist und deren Koordinaten in einer Datenbank gespeichert sind, sind vorteilhafterweise mit einer rechteckigen Umrandung 2' versehen. Die Kanten der rechteckigen Umrandung 2' können hierbei zur Bestimmung der relativen Orientierung der Markierung zum Fahrzeug 4 herangezogen werden, wobei die Ziffern zur Identifikation der visuellen Markierung 2 und zur Auflösung der inhärenten Symmetrie der rechteckigen Umrandung 2' dienen.2, and in particular by means of a paint application, numbers (and letters) are provided. These numbers (letters) whose position in the defined area, i. in the warehouse, is known and whose coordinates are stored in a database, are advantageously provided with a rectangular border 2 '. The edges of the rectangular border 2 'can hereby be used to determine the relative orientation of the marking to the vehicle 4, the numbers serving to identify the visual marking 2 and to resolve the inherent symmetry of the rectangular border 2'.
Die Identifikation einer visuellen Markierung 2 erfolgt z.B. mit bekannten Muster-Erkennungsverfahren (so genanntes „pattern mat-ching") oder kann aufgrund der Position relativ zu anderen visuellen Markierungen erfolgen. Die Position der visuellen Markierungen 2 relativ zum Fahrzeug 4 kann aufgrund der geometrischen Eigenschaften der einzelnen Markierung - z.B. deren dominanter Achse - oder durch die geometrischen Eigenschaften von mehreren visuellen Markierungen 2, d.h. deren Anordnung zueinander, bestimmt werden.The identification of a visual mark 2 is made e.g. with known pattern recognition techniques (so-called "pattern mat-ching") or may be due to position relative to other visual markers. The position of the visual markings 2 relative to the vehicle 4 may be due to the geometrical characteristics of the individual mark - e.g. their dominant axis - or by the geometric properties of multiple visual marks 2, i. their arrangement to each other, are determined.
Die Kamera 5 hingegen ermittelt markante Muster 6, welche grundsätzlich in jedem Objekt mit einer Oberflächenstruktur Vorkommen. Der Boden 13 eines Lagers bzw. einer Halle weist üblicherweise eine solche kontinuierliche, sich ändernde Oberflächenstruktur auf, die sich äußerst gut als Objekt zur Auffindung von markanten Mustern 6 eignet. Um die Bewegung und damit die Positionsveränderung des Fahrzeuges 4 relativ zur definierten Umgebung zu ermitteln, werden - wie in Zusammenhang mit Fig. 1 bereits beschrieben - zwei aufeinander folgende digitale Bilder 5', 5'1 von der Digitalkamera 5 miteinander verglichen und auf übereinstimmende markante Muster untersucht. Aus der Bewegung dieser markanten Muster und der zwischen den Aufnahmen vergangenen Zeit kann auf die relative Bewegung zwischen Fahrzeug 4 und der definierten Umgebung geschlossen und somit die relative Position des Fahrzeuges 4 bestimmt werden.On the other hand, the camera 5 detects prominent patterns 6, which basically occur in every object with a surface structure. The floor 13 of a warehouse usually has such a continuous, changing surface structure, which is extremely well suited as an object for finding distinctive patterns 6. In order to determine the movement and thus the change in position of the vehicle 4 relative to the defined environment, two consecutive digital images 5 ', 5'1 of the digital camera 5 are compared with each other and matched to one another, as already described in connection with FIG Pattern examined. From the movement of these striking patterns and the time passed between the recordings can be closed on the relative movement between the vehicle 4 and the defined environment and thus the relative position of the vehicle 4 can be determined.
Ist das Blickfeld der Digitalkamera 5 groß, so kann nicht nur eine Verschiebung, sondern auch die Orientierungsänderung aus sukzessiven Bildern bestimmt werden, ansonsten kann die Rotation des Fahrzeuges 4 entweder aus mehreren Sensoren, die in größerem • · · · • ·« · • · · « 4 9 9 ♦ Μ ·« • * ♦ · • 9 499 944 • · 9 ·· 9 • · 9 4 9 9 • 9 99 49 10If the field of view of the digital camera 5 is large, then not only a shift but also the change in orientation can be determined from successive images, otherwise the rotation of the vehicle 4 can either be made up of a plurality of sensors arranged in a larger scale. ····································································································································································
Abstand zueinander am Fahrzeug 4 montiert sind, bestimmt werden, oder aus den kinematischen Einschränkungen des Fahrzeuges 4 hergeleitet werden.Distance to each other on the vehicle 4 are mounted, determined, or derived from the kinematic limitations of the vehicle 4.
Die Ermittlung der absoluten Referenzposition und der Relativbewegung und daraus resultierend der relativen Position des Fahrzeugs ist abhängig von den jeweils vorliegenden Eigenschaften des definierten Bereichs (Anzahl und Position der visuellen Markierungen 2, Ausprägungen der Oberflächenstruktur des Bodens 13 zur Mustererkennung) und den Fahrwegen des Fahrzeuges 4. Demzufolge werden jeweils Positionsmessungen mit unterschiedlicher Frequenz und Qualität ermittelt. Je mehr visuelle Markierungen 2 durch das absolute Messverfahren detektiert werden, desto genauer lässt sich die absolute Position des Fahrzeuges 4 bestimmen, da nicht nur eine Mittelung der Messfehler erfolgen kann, sondern auch die relativen Positionen der Markierungen 2 zueinander bekannt sind. Je kontinuierlicher und ausgeprägter die Oberflächenstruktur bei der relativen Positionsbestimmung durch das relative Messverfahren ist, desto exakter lässt sich die relative Bewegung und damit die relative Position des Fahrzeuges 4 bestimmen. Die bei diesem Messverfahren notwendige Integration über die Zeit kann bei suboptimalen Eigenschaften des definierten Bereichs eine mögliche kontinuierlich anwachsende Abweichung (Integration Drift) von der tatsächlichen Position des Fahrzeuges 4 bewirken.The determination of the absolute reference position and the relative movement and, as a result, the relative position of the vehicle is dependent on the respectively present properties of the defined area (number and position of the visual markings 2, characteristics of the surface structure of the floor 13 for pattern recognition) and the travel paths of the vehicle 4 Consequently, position measurements with different frequency and quality are determined in each case. The more visual markings 2 are detected by the absolute measuring method, the more accurate the absolute position of the vehicle 4 can be determined, since not only an averaging of the measurement errors can take place, but also the relative positions of the markers 2 are known to each other. The more continuous and pronounced the surface structure is in the relative position determination by the relative measuring method, the more precisely can the relative movement and thus the relative position of the vehicle 4 be determined. The integration over time, which is necessary in this measurement method, can lead to a possible continuously increasing deviation (integration drift) from the actual position of the vehicle 4 in the case of suboptimal properties of the defined region.
Um demzufolge eine Positionsbestimmung innerhalb des definierten Bereichs mit einer konstanten Genauigkeit zu erzielen, werden, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, die beiden Messverfahren miteinander kombiniert, d.h. dass zwischen zwei Zeitpunkten, bei welchen die absolute Referenzpositionsbestimmung durch das absolute Messverfahren erfolgt, zur Bestimmung der absoluten Position jeweils die zuletzt gemessene Referenzposition auf die in der Zwischenzeit gemessene Relativbewegung aufsummiert wird. Zur Verschmelzung der Messdaten sind verschiedene Verfahren bekannt, wobei bei Daten mit statistischem Fehler häufig der Einsatz eines erweiterten Kalman-Filters erfolgt.Consequently, in order to obtain a position determination within the defined range with a constant accuracy, as described in connection with Fig. 1, the two measuring methods are combined with each other, i. in that, between two points in time at which the absolute reference position determination is carried out by the absolute measuring method, in order to determine the absolute position, in each case the last measured reference position is summed up to the relative movement measured in the meantime. Various methods are known for merging the measurement data, with data with statistical errors frequently using an extended Kalman filter.
Mit Hilfe dieses Verfahrens kann somit ohne hohe Investitionskosten auf einfache und genaue Weise die Position eines Fahrzeuges in einem definierten Bereich bestimmt werden.With the help of this method can thus be determined without high investment costs in a simple and accurate way, the position of a vehicle in a defined range.
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