CN104238557A - 无人驾驶运输车辆和运行无人驾驶运输车辆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人驾驶运输车辆(1)和一种运行无人驾驶运输车辆(1)的方法。当到达目标点(33)时，无人驾驶运输车辆(1)根据对与利用至少一个传感器(6)检测的周围环境(35)相对应的信号或数据和与无人驾驶运输车辆(1)在目标点(33)的设定位置或设定地点相对应的信号或数据的比较来运动，从而使实际位置或实际地点至少在预设的容许公差范围内与设定位置或设定地点相吻合。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶运输车辆和一种运行无人驾驶运输车辆的方法。
背景技术
无人驾驶运输车辆是一种具有自己的驱动器的自动控制的地面输送车辆。无人驾驶运输车辆的英文名称为自动导引车辆(automated Guided Vehicle,AGV)，其例如可以是移动机器人。特别是可以将无人驾驶运输车辆设计为，自动地驶向目标点并停在那里。
发明内容
本发明的目的在于提出一种运行无人驾驶运输车辆的方法，该方法能够使无人驾驶运输车辆在目标点上更好地采取其设定位置或设定地点。本发明的另一目的在于提出一种相应的无人驾驶运输车辆。
本发明的目的通过一种运行无人驾驶运输车辆的方法来实现，该方法包括以下方法步骤：
a)特别是借助于无人驾驶运输车辆的控制装置可控地使无人驾驶运输车辆从起始点向目标点自动运动，
b)在无人驾驶运输车辆在目标点上自动停止之后，利用无人驾驶运输车辆的至少一个传感器自动检测目标点的周围环境，
c)特别是借助于无人驾驶运输车辆的控制装置，将与利用至少一个传感器检测的周围环境相对应的信号或数据和与无人驾驶运输车辆在目标点上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据进行比较，
d)根据对与利用至少一个传感器检测到的周围环境相对应的信号或数据和与无人驾驶运输车辆在目标点上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据的比较，特别是通过所述控制装置可控地使无人驾驶运输车辆自动运动，使得至少在预设的容许公差范围内实际位置或实际地点与设定位置或设定地点相吻合。
本发明的另一方面涉及一种无人驾驶运输车辆，其具有：车体；多个可相对于车体转动地受到支承的车轮，用于使无人驾驶运输车辆运动；至少一个与至少一个车轮联接的驱动器，用于驱动相应的车轮；用于存储与无人驾驶运输车辆在目标点上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据的存储器；以及至少一个传感器，在此将该传感器设计用于检测目标点的周围环境，以获得与无人驾驶运输车辆的实际位置或实际地点相对应的信号或数据；和与所述至少一个驱动器，存储器和至少一个传感器联接的控制装置，该控制装置用于控制至少一个车轮，以使无人驾驶运输车辆执行根据本发明的方法。
优选根据本发明的无人驾驶运输车辆是全向无人驾驶运输车辆，其基本上可以沿行驶平面的所有方向运动。相应地，优选根据本发明的无人驾驶运输车辆的一个或多个车轮是万向轮。万向轮也被称为Mecanum轮。这种车轮包括例如可转动地受到支承的边框，多个滚动体无驱动地支承在该边框上。该边框可以通过驱动器驱动。
在根据本发明的无人驾驶运输车辆的一种变形中，无人驾驶运输车辆具有至少一个机器人臂，该机器人臂具有多个依次设置并通过关节连接的节肢。优选机器人臂借助无人驾驶运输车辆的控制装置运动。
在根据本发明的方法中，无人驾驶运输车辆自动地从起始点向目标点运动。优选这种运动借助于相应地控制无人驾驶运输车辆的车轮的控制装置来实现。无人驾驶运输车辆的这种从起始点向目标点的自动运动例如借助于路径规划来实现。路径规划本身是为本领域专业人员所熟知的。这种路径规划需要在无人驾驶运输车辆启动之前，例如利用无人驾驶运输车辆的控制装置或者中央控制装置来实现。在使用多个无人驾驶运输车辆的情况下，采用中央实现的路径规划是非常有利的。这种路径规划例如是以起始点到目标点之间的路线的数字地图为基础的，该数字地图例如存储在存储器中。这种数字地图可以例如在步骤a)之前根据以下方法步骤建立：
手动地使无人驾驶运输车辆从起始点向目标点运动，
在手动运动无人驾驶运输车辆期间，利用无人驾驶运输车辆的至少一个传感器检测周围环境，以获取起始点与目标点之间的路线的数字地图，
将数字地图存储在特别是与无人驾驶运输车辆的控制装置联接的存储器中。
在利用无人驾驶运输车辆的至少一个传感器检测周围环境期间，无人驾驶运输车辆也可以处于停止状态。
当到达目标点时，通常无人驾驶运输车辆并不占据所期望的设定位置或设定地点(设定位置加上设定方向)。为了无人驾驶运输车辆能够在目标点上更好地占据设定位置或设定地点，在无人驾驶运输车辆到达并停止在目标点上之后，利用至少一个传感器对目标点的周围环境进行自动检测。在此应当将“检测”理解为对目标点的周围环境进行扫描或获取目标点周围环境的图像。特别是利用控制装置可以例如通过图像数据处理对来自至少一个传感器的信号或数据进行处理或分析。
该至少一个传感器例如包括至少一个激光扫描仪和/或至少一个照相机。该至少一个传感器包括例如2D激光扫描仪，3D激光扫描仪，RGBD照相机和/或TOF照相机。TOF照相机是3D照相机系统，其利用实时方法测量距离。
随后，特别是通过无人驾驶运输车辆的控制装置，将与借助于至少一个传感器检测的周围环境相对应的信号或数据和与无人驾驶运输车辆在目标点上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据进行比较。当存在两维图像数据(zeidimensionale Bilddaten)时，这种对信号或数据的比较例如可以通过基于网格的相关扫描匹配(Scanmatching)或通过普通的扫描匹配来实现。在三维的情况下，对信号或数据的比较可以通过所谓的ICP(迭代最近点)算法或所谓的特征匹配来实现。
因此例如可以识别出无人驾驶运输车辆在目标点上的错误位置或错误地点，驱动器根据这些错误控制车轮，从而至少能够减少这种错误。
根据本发明，随后无人驾驶运输车辆基于对信号或数据的比较特别是受控制装置控制地运动，从而使实际位置或实际地点至少在预设的容许公差范围内与设定位置或设定地点相吻合。这例如可以借助位置或地点调节装置(Positions-oder Lageregelung)进行。
在根据本发明的方法的一种实施方式中，位置调节装置或地点调节装置的控制参数对应无人驾驶运输车辆的设定位置或设定地点，而位置调节装置或地点调节装置的调节参数对应无人驾驶运输车辆在目标点上的实际位置或实际地点。
为了使无人驾驶运输车辆在目标点上的实际位置或实际地点位于预设的容许公差范围内，可以相应地经常重复执行步骤b)到步骤d)。
在根据本发明方法的一种实施方式中，为了获取与目标点上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据，可以在步骤a)之前附加地执行以下方法步骤：
手动地使无人驾驶运输车辆移动到目标点并调整无人驾驶运输车辆的方向，使其占据设定地点，
利用无人驾驶运输车辆的至少一个传感器检测目标点的周围环境，以获取与无人驾驶运输车辆在目标点上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据，以及
将这些与无人驾驶运输车辆的设定位置或设定地点相对应的信号或数据存储起来，特别是存储在无人驾驶运输车辆的与控制装置联接的存储器中。
基于根据本发明的方法，特别是能够仅仅通过利用业已存在的导航和防撞用传感器所获得的数据就可以实现无人驾驶运输车辆在其目标点上的定位。为此，这些传感器特别是2D激光扫描仪，其例如用于对无人驾驶运输车辆的定位；或是3D传感器，其例如用于车辆保护或防撞。由此可以降低用于传感装置的成本。
根据本发明的方法的实施方式，可以首先对以后无人驾驶运输车辆应该以相对较高的精度重复驶入的位置或地点进行示教。为此将无人驾驶运输车辆引入到该位置(目标点)上，然后优选记录所有在该位置上可用的传感器数据。这些传感器数据例如是距离测量值，其可以是二维的或三维的。
根据本发明的方法的实施方式，可以执行以下步骤：
1.定位：例如在无人驾驶运输车辆运行期间，操作人员将无人驾驶运输车辆放置在空间中以后无人驾驶运输车辆要精确地重复驶入的位置(目标点)上。
2.教导：在该步骤中，操作人员现在可以例如通过专用的用户界面记录(学习)优选全部可供无人驾驶运输车辆使用的传感器数据和位置信息。这些数据可以包括至少一个传感器的当前测量，在环境地图或数字地图中定位的位置，传感器(如照相机)的数据。
3.驶入：无人驾驶运输车辆独立地按照例如路径规划驶向所学习到的位置，即目标点。
4.参考测量：在无人驾驶运输车辆停止之后，将之前在教导步骤中对应于该位置所存储的信号或数据与当前由传感器所提供的信号或数据进行比较。由此例如可以提供几何或数学计算计算出偏移或误差。
5.纠错：现在无人驾驶运输车辆将自动调节至少处于规定公差范围内的测量误差。在完整驱动概念中(例如全向轮)，这种纠错可以通过相对较高精度的位置调节和地点调节来实现。
6.迭代步骤：根据精度要求，可以重复步骤4和5，直至在步骤4中计算出的误差不再显著地降低或已位于预定的公差范围内。
附图说明
在附图中示例性示出了本发明的实施方式。其中：
图1示出了无人驾驶运输车辆的俯视图，
图2示出了无人驾驶运输车辆的侧视图，
图3示出了如图1和图2所示的无人驾驶运输车辆的运动，
图4示出了说明如图1和图2所示的无人驾驶运输车辆的运行的流程图。
具体实施方式
图1示出了无人驾驶运输车辆1的俯视图，而图2示出了无人驾驶运输车辆1的侧视图。
优选将无人驾驶运输车辆1设计为，其可以在所有方向上自由地运动。特别是将无人驾驶运输车辆1设计为可全向运动的无人驾驶运输车辆1。无人驾驶运输车辆1可以是移动机器人，其包括具有多个依次设置的节肢22的机器人臂21，这些节肢通过关节23相连接。机器人臂21特别是包括例如法兰24形式的固定装置，未详细示出的末端执行器可以固定在该固定装置上。
在本实施例中，无人驾驶运输车辆1具有车体2和多个全向轮3，这种全向轮也称为Mecanum轮。这种车轮包括例如可转动地受到支承的边框，多个滚动体无驱动地支承在该边框上。边框可以通过驱动器驱动。在本实施例中，车轮3通过各个电驱动器4驱动。这些电驱动器优选是可调电驱动器。
无人驾驶运输车辆1还包括设置在车体2上的控制装置5，该控制装置与驱动器4相连接。如果需要的话，该控制装置也可以控制机器人臂21(如果存在)的运动。
在控制装置5上有运算程序运行，该运算程序控制驱动器4，使得驱动器4可以使无人驾驶运输车辆1从如图3所示的起始点31例如沿路线32向终点33自动运动。
无人驾驶运输车辆1还包括至少一个与控制装置5相连接并例如设置在车体2上的传感器6。传感器6包括例如至少一个激光扫描仪和/或至少一个照相机，用于检测或扫描无人驾驶运输车辆1的周围环境34、35，或者建立无人驾驶运输车辆1的周围环境34、35的图像。另一方面将控制装置5设计为，例如通过图像数据处理对来自传感器6的信号或数据进行处理或分析。所述至少一个传感器6包括例如2D激光扫描仪，3D激光扫描仪，RGBD照相机和/或TOF照相机。TOF照相机是3D照相机系统，其利用实时方法测量距离。
在本实施例中，将无人驾驶运输车辆1设计为，在设定的环境内特别是沿路线32从起始点31向目标点33自动运动。为此在本实施例中，例如在控制装置5中存储有无人驾驶运输车辆1要在其中运动的环境34、35的虚拟地图或数字地图。该环境34、35例如是一大厅。数字地图例如利用所谓的SLAM方法并根据传感器6的信号或数据和/或根据配属于未详细示出的车轮3的车轮传感器来建立。数字地图例如存储在无人驾驶运输车辆1的存储器7中，其与控制装置5相连接。数字地图也可以附加地存储在中央控制装置36中。
SLAM方法是一种用于同步定位与地图创建(英语：“同步定位与制图(Simultaneous Localization and Mapping)”)的方法。利用SLAM方法可以使无人驾驶运输车辆1建立其周围环境的数字地图，并根据需要在数字地图中估测其位置，附加地还可以估测其方位。
例如，为了实现在线编程，可以手动地使无人驾驶运输车辆1例如物理地沿待行驶的路线32运动，并特别是在手动运动期间将各个位置或地点存储在存储器7中。这种情况的发生例如类似于工业机器人的所谓的示教。无人驾驶运输车辆1可以例如借助于操纵杆手动地运动。
在此情况下将控制装置5设置为，其根据来自传感器6的信号或数据识别当前无人驾驶运输车辆1所在的位置。
但是也可以仅通过例如无人驾驶运输车辆1驶入相应的物理的起始点和目标点31、33上的驶入来示教，即存储起始点和目标点31、33。然后例如将控制装置5设计为，优选在考虑到无人驾驶运输车辆1的行驶性能或行驶能力的情况下自动设立路线32。为此，关于无人驾驶运输车辆1的行驶性能或行驶能力的信息可以存放在控制装置5中。
例如，为了实现离线编程，可以将路线32直接输入到控制装置5中。这例如可以通过将控制装置5与未详细示出的、用于显示数字地图的触摸屏相连接来实现。然后，该路线可以通过相应地点击触摸屏绘制在所示出的数字地图中。考虑到无人驾驶运输车辆1的行驶性能或行驶能力，控制装置5可以根据需要调整路线32。
另外，还可以只标示起始点31和目标点33。然后例如将控制装置5设置为，自动计算出路线32。然后例如将控制装置5设置为，优选在考虑到无人驾驶运输车辆1的行驶性能或行驶能力的情况下自动设立路线32。
如果现在无人驾驶运输车辆1应该驶入路线32，则例如使无人驾驶运输车辆1运动到起始点31。这也可以通过以下方式自动完成：例如无人驾驶运输车辆1利用传感器6勾划出其周围环境34，而控制装置5则例如根据对来自传感器6的信号或数据的图像数据分析自动列举出(anfuehren)起始点31。
随后，无人驾驶运输车辆1根据对其位置在数字地图中的定位，也可以在需要时根据来自传感器6的信号或数据，即根据路径规划，自动驶入路线32。该路径规划也可以借助于中央控制装置36进行，在此，路径规划的结果特别是也可以无线地传输到无人驾驶运输车辆1。
当无人驾驶运输车辆1到达目标点33时，停下。但是一般情况下，其不会准确地、至少在预设的容许公差范围内占据设定位置或设定地点。无人驾驶运输车辆1在其停止后的实际地点在图3中以虚线示出。
在本实施例的情况下，在控制装置5上运行有运算程序，其在无人驾驶运输车辆1停止之后将自动运行，以使无人驾驶运输车辆1至少在预设的容许公差范围内在目标点33上占据设定位置或设定地点。这通过相应地控制车轮3的驱动器4来实现。运算程序运行的各个步骤已经总结为如图4所示的流程图。
如上所述，在流程图的步骤A中，无人驾驶运输车辆1首先在其控制装置5的控制下，特别是沿路线32并且尤其是基于路径规划从起始点31向目标点33自动运动。
在流程图的步骤B中，在无人驾驶运输车辆1在目标点33上自动停止之后，至少一个传感器6将在目标点33上自动检测环境35。
然后在流程图的步骤C中，利用无人驾驶运输车辆1的控制装置5，将与利用至少一个传感器6检测到的环境35相对应的信号或数据和与无人驾驶运输车辆1在目标点33上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据进行比较。
在两维图像数据的情况下，对这些信号或数据的比较例如可以通过基于网格的相关扫描匹配或普通的扫描匹配来进行。而在三维情况下，对信号或数据的比较可以通过所谓的ICP(迭代最近点)算法或所谓的特征匹配来完成。
与无人驾驶运输车辆1在目标点33上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据特别是存储在存储器7中。在本实施例中，这些信号或数据将通过以下方式获得：在对无人驾驶运输车辆1进行编程的框架下，特别是将无人驾驶运输车辆手动地运动到目标点33上，然后对其进行定向，以使无人驾驶运输车辆占据其设定位置，优选占据其设定地点。
然后利用至少一个传感器6在目标点33上检测环境35，以获取与无人驾驶运输车辆1在目标点33上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据。这些信号或数据存储在存储器7中。
根据流程图的步骤D，在对所述信号或数据进行比较之后，控制装置5将根据比较的结果来控制车轮3的驱动器4，使无人驾驶运输车辆1自动运动，从而使得无人驾驶运输车辆在目标点33上的实际位置和实际地点至少在预设的容许公差范围内与在目标点33的设定位置或设定地点相吻合。为了实现这一目标，优选在控制装置5中设置位置调节装置或地点调节装置，其控制参数对应无人驾驶运输车辆1的设定位置或设定地点，而其调节参数对应无人驾驶运输车辆1在目标点33上的实际位置或实际地点。
根据需要可以将控制装置5的运算程序设计为，在此期间重复步骤B至步骤D，直至无人驾驶运输车辆1在目标点33上的实际位置或实际地点在预设的容许公差范围内与设定位置或设定地点相吻合。
Claims (10)
1.一种运行无人驾驶运输车辆(1)的方法，该方法具有以下方法步骤：
a)特别是借助于所述无人驾驶运输车辆(1)的控制装置(5)可控地使所述无人驾驶运输车辆(1)从起始点(31)向目标点(33)自动运动，
b)在所述无人驾驶运输车辆(1)在所述目标点(33)自动停止之后，利用所述无人驾驶运输车辆(1)的至少一个传感器(6)自动检测所述目标点(33)的周围环境(35)，
c)特别是借助于所述无人驾驶运输车辆(1)的控制装置(5)，将与利用所述至少一个传感器(6)检测的所述周围环境(35)相对应的信号或数据和与所述无人驾驶运输车辆(1)在所述目标点(33)的设定位置或设定地点相对应的信号或数据进行比较，
d)根据对与利用所述至少一个传感器(6)检测的所述周围环境(35)相对应的信号或数据和与所述无人驾驶运输车辆(1)的设定位置或设定地点相对应的信号或数据的比较，特别是受所述控制装置(5)控制地使所述无人驾驶运输车辆(1)自动运动，从而使实际位置或实际地点与所述设定位置或设定地点至少在预设的容许公差范围内相吻合。
2.如权利要求1所述的方法，具有以下方法步骤：
所述无人驾驶运输车辆(1)借助于路径规划并根据所述起始点(31)和所述目标点(33)之间的路线(32)的数字地图从所述起始点(31)自动运动到所述目标点(33)，该数字地图特别是存储在与所述无人驾驶运输车辆(1)的控制装置(5)联接的存储器中。
3.如权利要求2所述的方法，在所述步骤a)之前还附加地具有以下方法步骤：
手动地使所述无人驾驶运输车辆(1)从所述起始点(31)向所述目标点(33)运动，
在所述无人驾驶运输车辆(1)手动运动期间，利用所述无人驾驶运输车辆(1)的所述至少一个传感器(6)检测周围环境(34)，以获取在所述起始点(31)与所述目标点(33)之间的路线(32)的数字地图，
将所述数字地图存储在与所述无人驾驶运输车辆(1)的控制装置(5)联接的存储器(7)中。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，还附加地重复所述步骤b)到步骤d)，直至实际位置或实际地点在预设公差范围内与所述设定位置或设定地点相吻合。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，具有以下方法步骤：
根据对与利用所述至少一个传感器(6)检测到的所述周围环境(35)相对应的信号或数据和与所述无人驾驶运输车辆(1)的所述设定位置或设定地点相对应的信号或数据的比较，特别是通过所述控制装置(5)可控地使所述无人驾驶运输车辆(1)自动运动，使得利用位置调节装置或地点调节装置使实际位置或实际地点至少在预设的容许公差范围内与所述设定位置或设定地点相吻合。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述位置调节装置或地点调节装置的控制参数对应于所述无人驾驶运输车辆(1)的所述设定位置或设定地点，而所述位置调节装置或地点调节装置的调节参数对应于所述无人驾驶运输车辆(1)的所述实际位置或实际地点。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，在所述步骤a)之前附加地具有以下方法步骤：
手动地使所述无人驾驶运输车辆(1)运动到所述目标点(33)并调整所述无人驾驶运输车辆(1)的方向，使其占据所述目标地点，
利用所述无人驾驶运输车辆(1)的至少一个传感器(6)检测所述目标点(33)的周围环境(35)，以获取与所述无人驾驶运输车辆(1)在所述目标点(33)的所述设定位置或设定地点相对应的信号或数据，以及
将这些与所述无人驾驶运输车辆(1)的设定位置或设定地点相对应的信号或数据存储起来，特别是存储在所述无人驾驶运输车辆(1)的与所述控制装置(5)联接的存储器(7)中。
8.一种无人驾驶运输车辆，具有：车体(2)；多个可相对于该车体(2)转动地受到支承的车轮(3)，用于使所述无人驾驶运输车辆(1)运动；至少一个与至少一个所述车轮(3)联接的驱动器(4)，用于驱动相应的车轮(3)；存储器(7)，用于存储与所述无人驾驶运输车辆(1)在目标点(33)上的设定位置或设定地点相对应的信号或数据；以及至少一个传感器(6)，该传感器设置用于检测在所述目标点(33)的周围环境，以获得与所述无人驾驶运输车辆(1)的设定位置或设定地点相对应的信号或数据；以及与所述至少一个驱动器(4)、所述存储器(7)和所述至少一个传感器(6)相联接的控制装置(5)，该控制装置设置用于控制所述至少一个驱动器(4)，以使所述无人驾驶运输车辆(1)执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.如权利要求8所述的无人驾驶运输车辆，其中，所述至少一个传感器(6)包括至少一个激光扫描仪和/或至少一个照相机。
10.如权利要求8或9所述的无人驾驶运输车辆，其中，所述至少一个车轮(3)是万向轮，和/或该无人驾驶运输车辆具有至少一个机器人臂(21)，该机器人臂具有多个依次设置并通过关节(23)连接的节肢(22)。
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