CN107539191A - 包括操纵系统的车辆 - Google Patents

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CN107539191A CN201710486343.7A CN201710486343A CN107539191A CN 107539191 A CN107539191 A CN 107539191A CN 201710486343 A CN201710486343 A CN 201710486343A CN 107539191 A CN107539191 A CN 107539191A
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Abstract

在一种包括操纵系统的车辆(1)中，所述操纵系统用于将所述车辆的预定部分(7)操纵到由目标物体(2)提供的目标位置中，其中，所述操纵系统包括：第一光学传感器设备(3)，所述第一光学传感器设备安排在所述车辆处，以用于捕获所述目标物体；以及计算设备，所述计算设备用于在由所述第一光学传感器设备(3)捕获的所述目标物体的图像的帮助下计算所述车辆的所述预定部分(7)进入所述目标位置中的轨迹，应当通过对操纵过程的改善监测以及对所述车辆(1)的所述预定部分(7)进入所述目标位置中的所述轨迹的改善计算来促进快速且安全的操纵，其结果是，避免事故以及对人、车辆和商品的损坏。借助于包括第二光学传感器设备(4)的所述操纵系统来实现这一点，所述第二光学传感器设备以在所述车辆(1)的纵向方向上相对于所述第一光学传感器设备(3)有所偏移的方式安排在所述车辆(1)处。

Description

包括操纵系统的车辆
技术领域
本发明涉及一种包括操纵系统的车辆，所述操纵系统用于将所述车辆的预定部分操纵到由目标物体提供的目标位置中，其中，所述操纵系统包括：第一光学传感器设备，所述第一光学传感器设备安排在所述车辆处，以用于捕获所述目标物体；以及计算设备，所述计算设备用于在由所述第一光学传感器设备捕获的所述目标物体的图像的帮助下计算所述车辆的所述预定部分进入所述目标位置中的轨迹。
背景技术
在运输和物流行业中，对商品的快速且安全处理非常重要。供运输的商品经常储存在货物集装箱(如例如，集装箱、防滚架或交换箱体)中，商用车辆或成组装运自动导引车在所述货物集装箱下面行驶并且接收所述货物集装箱以用于向前运输。在所述过程中，必须将用于接收商品的车辆操纵到待接收的货物集装箱下面。为此目的，快速且安全的操纵是决定性的。目前，经常在传感器设备的帮助下执行操纵，所述传感器设备紧固到车辆上并且能够捕获目标物体并借助于计算设备来计算车辆进入由目标物体给出的目标位置中的轨迹。
现有技术已经公开了用于在物体下面进行传感器辅助操纵和行驶的各种方法和装置。因此，DE 195 26 702 A1描述了一种用于向后操纵以及用于处理交换集装箱的系统，其中，对齐到向后行驶方向的区域上的相机紧固到道路车辆或拖车上，在向后操纵进入预定目标位置中以便处理集装箱期间，对所述道路车辆或拖车的操舵由调节设备自动调节。
DE 10 2006 035 929 A1描述了一种用于借助于商用车辆在物体(具体地，交换箱体)下面进行传感器辅助行驶的方法，其中，由安排在商用车辆的后端处的至少一个传感器捕获周围信息，并且在所捕获的周围信息的基础上确定物体与商用车辆之间的相对位置。
DE 10 2006 057 610 A1还描述了一种用于对目标物体与车辆进行图像辅助对接的方法和装置。此处，借助于紧固到车辆的后端上的图像传感器来捕获距车辆周围环境的距离信息。距离信息用于确定车辆与目标物体之间的距离并且执行闭环车辆高度控制以便对接目标物体。
在这些方法和装置中，将传感器设备置于车辆上经常是有问题的。特别地，如果例如照射到光学传感器设备上的阳光很弱，则无法全面地监测在目标物体下面行驶的同时进行的感测过程或者在某些情况下根本不可能执行所述感测过程。对于工作相对定位，必须也有可能至少感知到目标物体。如果情况不是这样(例如，由于眩光)，则通常无法执行所述过程。事故以及对车辆、货物集装箱和商品的损坏可能是后果。
发明内容
以此为出发点，本发明因此基于以下目的：提供用于通过对操纵过程的改善监测以及对车辆的预定部分进入目标位置中的轨迹的改善计算的方式来促进快速、安全且稳健操纵的选项。这应当避免事故以及对货物集装箱、车辆和商品的损坏，并且应当在实践中独立于环境影响而获得高可用性商。
根据本发明，通过独立权利要求的主题来实现所述目的。在从属权利要求中指定了本发明的有利配置。
因此，根据本发明，提供了一种包括操纵系统的车辆，所述操纵系统用于将所述车辆的预定部分操纵到由目标物体提供的目标位置中，其中，所述操纵系统包括：第一光学传感器设备，所述第一光学传感器设备安排在所述车辆处，以用于捕获所述目标物体；以及计算设备，所述计算设备用于在由所述第一光学传感器设备捕获的所述目标物体的图像的帮助下计算所述车辆的所述预定部分进入所述目标位置中的轨迹，其中，所述操纵系统包括第二光学传感器设备，所述第二光学传感器设备以在所述车辆的纵向方向上相对于所述第一光学传感器设备有所偏移的方式安排在所述车辆处。对第二光学传感器设备的偏移安排促进了对操纵过程的改善监测以及对车辆的预定部分进入目标位置中的轨迹的改善计算。
在当前情况下，光学传感器设备被理解为指捕获在从紫外线到红外线的范围内的电磁波并将这些电磁波转换成电信号的系统。对由物体反射或发射的光进行检测。原则上，在有源传感器与无源传感器之间进行区分，其中，有源传感器自身发射光，并且无源传感器仅被提供用于对光进行检测。
在本发明的有利配置中，光学传感器设备是相机和/或LIDAR传感器和/或飞行时间相机和/或立体相机。在此方面，在当前情况下，术语“图像”指可以使用这种光学传感器来捕获的所有事物。原则上，对这些类型的传感器设备的任何组合是可能的。前述光学传感器设备允许以2D或3D来进行对整个场景的距离的类图像表示。术语LIDAR表示“光检测和测距”并且表示用于光学距离和速度测量的方法。这种方法优选地在无人驾驶运输车辆中用于识别障碍物并避免与可能横穿自动驾驶路径的人员发生事故。
TOF(飞行时间(Time-of-flight)，也被称为ToF)相机是使用飞行时间方法来测量距离的3D相机系统。为此目的，借助于光脉冲来照亮待测量场景，并且，对于每个像素，相机对光到达物体并再次返回所需的时间进行测量。所需时间与距离成正比。因为前述传感器设备能够针对每个像素而捕获成像于其上的物体的距离，所以它们是特别有利的。因此，可以借助于对记录图像的图像分析来识别物体，并且可以借助于计算设备来计算车辆的预定部分进入目标位置中的理想轨迹。
原则上，可以将光学传感器设备安排在同一高度处。然而，以沿着车辆的竖直轴线有所偏移的方式将传感器设备有利地紧固到车辆上。坐标系的z轴被称为竖直轴线。有可能通过对传感器设备的沿着车辆的竖直轴线的偏移安排的方式以改善的方式来监测不同区域，并且因此可以以改善的方式来监测操纵过程，并且可以更精确地计算轨迹。除其之外或作为其替代方案，根据本发明的优选改进规定了这两个光学传感器设备具有不同俯仰角，即，沿着车辆的横轴在不同程度上旋转。
原则上，可以以牢固且刚性的方式来安装光学传感器设备。然而，优选地，规定所述光学传感器设备中的至少一个光学传感器设备的高度是可调节的，优选地，两个光学传感器设备的高度均是可调节的。高度调节有利于使光学传感器设备适应于各种情形并且由此促进对待由每个光学传感器设备捕获的目标物体的最佳观看。此外，在车辆的预定部分改变的情况下，高度调节可以是权宜的。通过示例的方式，车辆的预定部分可能由于所述改变而改变，并且可以使用另一侧来将车辆操纵到由目标物体提供的目标位置中。这可能是权宜的，特别是在被配置成用于在货物集装箱之下行驶并使用其纵向方向的两个端来接收货物集装箱的自主运输车辆的情况下。因此，可以通过对光学传感器设备的简单高度调节来避免费劲地将车辆操纵到不同位置中。
根据本发明的进一步配置，可以规定所述第一光学传感器设备紧固到所述车辆的所述预定部分上并且所述第二光学传感器设备紧固到所述车辆上所述第二光学传感器设备能够从其中捕获所述目标物体的所述图像的这样位置上，针对操纵，所述位置与关于所述第一光学传感器设备的位置升高了的位置相关。对光学传感器设备的这种安排确保两个光学传感器设备都能够以理想的方式捕获目标物体。用于运输商品的运输车辆经常具有平坦的装载区，所述装载区平行于道路延伸并且被配置成用于接收货物集装箱。
由于第二光学传感器设备的升高位置，有可能不仅确保对目标物体的理想捕获而且确保对装载区的监测。因此，可以及时地识别在接收货物集装箱时可能是障碍的位于装载区上的障碍物，并且可以避免事故。此外，确保了如果借助于第一光学传感器设备来捕获目标物体是不可能的，则可以借助于第二光学传感器设备来捕获目标物体。作为其替代方案或除其之外，可以规定所述第一光学传感器设备的观看角度不同于所述第二光学传感器设备的观看角度。对于捕获目标物体而言，不同的观看角度可能是有利的。
作为其替代方案或除其之外，此外可以规定至少一个光学传感器设备是可旋转的和/或可转动的，优选地，两个光学传感器设备均是可旋转的和/或可转动的，并且因此，所述光学传感器设备中的至少一个光学传感器设备的观看角度是可调节的，优选地，两个光学传感器设备的观看角度均是可调节的。由于可旋转和/或可转动地安排的光学传感器设备，总是有可能获得尽可能好的到待捕获目标物体上的观看角度。此外，因为旋转和/或转动允许减小传感器的数量，所述这可能是有利的。通过示例的方式，如果对车辆的意图是使用其纵向方向的另一端来接收货物集装箱，则可以通过简单的转动和/或旋转来将光学传感器设备重新对齐到目标物体上。
在本发明的优选配置中，对所述光学传感器设备进行配置，其方式为使得所述光学传感器设备允许彼此独立地但是当然与所述计算设备一起计算所述车辆的所述预定部分进入所述目标位置中的轨迹。具体地，如果光学传感器设备之一不能再用于计算轨迹，则对轨迹的独立计算可能是有利的。通过示例的方式，在意图是在所述物体之下行驶的情况下或在不良可见度的情况下，如果光学传感器设备故障或如果光学传感器设备被物体覆盖，则情况可能是这样。进一步地，不用于计算轨迹的光学传感器设备可以用于进一步物体，例如，作为防撞预警系统。
具体地，可以规定所述光学传感器设备中的至少一个光学传感器设备沿着所述车辆的纵向方向可移位，优选地，两个光学传感器设备都均沿着所述车辆的纵向方向可移位。作为其替代方案或除其之外，可以规定所述光学传感器设备中的至少一个光学传感器设备沿着所述车辆的横轴可移位，优选地，两个光学传感器设备均沿着所述车辆的横轴可移位。坐标系的被安排成垂直于行驶方向和纵轴的y轴被称为横轴。如果待接收的货物集装箱未被标准化或者如果其大小发生变化，则沿着纵向方向或沿着车辆的横轴对光学传感器设备进行移位可能是有利的。以此方式，可以针对不同货物集装箱容易地设置操纵系统。通过示例的方式，在相对长的车辆和相对小的集装箱的情况下，对光学传感器设备的移位可能是有意义的，以便在目标物体上获得尽可能好的观看角度。此处，还可以在操纵过程期间对光学传感器设备进行移位以便因此获得对目标物体的尽可能好的捕获。
此外，本发明涉及一种用于将车辆的预定部分操纵到由目标物体提供的目标位置中的方法，所述方法包括以下步骤：
使用安排在所述车辆处的第一光学传感器设备来捕获所述目标物体，
使用安排在所述车辆处的第二光学传感器设备来捕获所述目标物体，所述第二光学传感器设备以在所述车辆的纵向方向上相对于所述第一光学传感器设备有所偏移的方式安排在所述车辆上，以及
在由所述第一光学传感器设备捕获的所述目标物体的图像的帮助下以及在由所述第二光学传感器设备捕获的所述目标物体的图像的帮助下计算所述车辆的所述预定部分进入所述目标位置中的轨迹。
优选地，规定所述第一光学传感器设备是2D LIDAR传感器，并且所述第二光学传感器设备是3D LIDAR传感器，所述3D LIDAR传感器安排在所述车辆处在比所述第一光学传感器设备更低且进一步朝向后方的位置中。
进一步地，根据本发明的优选改进，以对应3D LIDAR传感器的形式提供两个第二光学传感器设备，所述3D LIDAR传感器分别安排在所述车辆的右后边缘和左后边缘的区域中。优选地，在这种情况下，在所述3D LIDAR传感器之间安排立体相机。
最后，确实，所述两个光学传感器设备中的至少一个光学传感器设备捕获所述目标物体是否横向地和/或沿着其纵轴倾斜。具体地，为此目的，在操纵期间可能存在重新调节。
参考了以下事实：对车辆的上述优选改进可以类似地应用于根据本发明的方法，并且对所述方法的上述优选改进可以类似地应用于根据本发明的车辆。
附图说明
以下，将参照附图在优选示例性实施例的基础上更详细地解释本发明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的第一优选示例性实施例的包括操纵系统的车辆的示意性侧视图，
图2示意性地示出了根据本发明的第二优选示例性实施例的车辆的升降台的平面图，
图3示意性地示出了根据本发明的第二优选示例性实施例的车辆的侧视图，
图4示意性地示出了根据本发明的优选示例性实施例的操纵，
图5示意性地示出了交换箱体的正视图，并且
图6示出了根据本发明的优选示例性实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一优选示例性实施例的包括操纵系统的车辆的侧视图，其中，车辆1在目标物体2的方向上指向到由目标物体2提供的目标位置中，其中，车辆1的预定部分7旨在用于进行操纵。此处，目标物体2被示出为交换箱体。
用于捕获目标物体2的第一传感器设备3被紧固到车辆1的预定部分7上。第一传感器设备3以可旋转且可转动的方式安装。这使得有可能确保可以使其观看角度适应于所述情形并且始终确保对目标物体2的最佳可能的捕获。如果在进行操纵以便接收目标物体2期间(例如，当在交换箱体下面行驶时)第一传感器设备3被目标物体覆盖，则可以修改第一传感器设备3的观看角度，其方式为使得其能够监测目标物体2下面的区域。因此，有可能识别人和物体，并且可以避免事故和碰撞。
进一步地，规定第一传感器设备3的高度是可调节的。为了能够以理想的方式来捕获目标物体2，以在车辆1的纵向方向上偏移的方式相对于第一传感器设备3将第二传感器设备4安排在车辆1上。第二传感器设备4紧固到车辆1上所述第二传感器设备能够从其中捕获目标物体2的图像的这样位置上，针对操纵，所述位置与关于第一传感器设备3的位置升高了的位置相关。这确保了有可能监测整个操纵过程。附带地，当阳光很弱时，这可能通过目标物体2而实现对第一传感器设备3的一定量的遮挡，从而使得甚至是在第二传感器设备4被阳光目眩并且不能记录可用图像的那些情形下使操纵成为可能。
借助于高度可调紧固设备5以高度可调的方式来将第二传感器设备4紧固到车辆1的驾驶室6的区域中。还可以通过对两个传感器设备3、4的高度调节来实现的是(例如，在自动驾驶成组装运自动导引车的情况下)，将使用车辆的纵向方向的两端来将车辆操纵到由目标物体2提供的目标位置中。
从图2(所述图示意性地示出了根据本发明的第二优选示例性实施例的车辆1的升降台9的平面图)中，清楚的是，采取2D LIDAR传感器形式的第一光学传感器3安排在车辆1的驾驶室14附近的升降台9上。2D LIDAR传感器在升降台上的安排是可移动的。在每种情况下，采取对应3D LIDAR传感器形式的第二光学传感器4安排在升降台9的后方拐角处。因此，3D LIDAR传感器各自具有270°的视场。立体相机8位于其中间。从图3(所述图示意性地示出了车辆1的侧视图)中，2D LIDAR传感器的安排以及3D LIDAR传感器的安排变得甚至更清楚。3D LIDAR传感器比2D LIDAR传感器更低并且更远于后方地放置在车辆1上。
以下在使用图2和图3中所示出的车辆1的情况下参考图4、图5和图6解释根据本发明的优选示例性实施例的操纵方法。初始地，2D LIDAR传感器对由支腿13上的交换箱体形成的目标物体2的边缘进行测量。随后，将升降台9向下移动至与交换箱体的轨道12齐平。在正确定位的情况下，从2D LIDAR传感器中出现固定扫描轮廓。此处，2D LIDAR传感器将导轨用作准直器。因此，有可能非常精确地确定车辆1相对于交换箱体的位置。
在通过立体相机8和3D LIDAR传感器的方式来进行大致定位之后，对升降台9进行提升，直到识别到交换箱体的前方(第一提升高度10)。现在，在2D扫描的基础上，首先有可能检查定位是否足够准确。通过交换箱体的外边缘的方式来执行这一点。随后，将升降台9放低，直到使得交换箱体的轨道12可能承载有2D LIDAR传感器(第二提升高度11)。在对升降台9和车辆1的正确定位的情况下，以下内容必须适用：借助于LIDAR测量来确定的长度大于或等于交换箱体的长度加上2D LIDAR传感器距交换箱体前方的距离。距交换箱体前方的距离通过对用于大致定位的3D测量而出现。
附图标记说明
车辆 1
目标物体 2
第一传感器设备 3
第二传感器设备 4
紧固设备 5
驾驶室 6
车辆的预定部分 7
立体相机 8
升降台 9
第一提升高度 10
第二提升高度 11
轨道 12
支腿 13
驾驶室 14

Claims (15)

1.一种包括操纵系统的车辆(1)，所述操纵系统用于将所述车辆的预定部分(7)操纵到由目标物体(2)提供的目标位置中，其中，所述操纵系统包括：第一光学传感器设备(3)，所述第一光学传感器设备安排在所述车辆(1)处，以用于捕获所述目标物体(2)；以及计算设备，所述计算设备用于在由所述第一光学传感器设备(3)捕获的所述目标物体(2)的图像的帮助下计算所述车辆的所述预定部分(7)进入所述目标位置的轨迹，其特征在于，所述操纵系统包括第二光学传感器设备(4)，所述第二光学传感器设备以在所述车辆的纵向方向上相对于所述第一光学传感器设备(3)有所偏移的方式安排在所述车辆(1)处。
2.根据权利要求1所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，所述光学传感器设备(3，4)是相机和/或LIDAR传感器和/或飞行时间相机。
3.根据权利要求1或2所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，所述光学传感器设备(3，4)以沿着所述车辆(1)的竖直轴线有所偏移的方式紧固到所述车辆(1)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，所述光学传感器设备(3，4)中的至少一个光学传感器设备的高度是可调节的，优选地，两个光学传感器设备(3，4)的高度均是可调节的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，所述第一光学传感器设备(3)被紧固到所述车辆的所述预定部分(7)上，并且所述第二光学传感器设备(4)被紧固到所述车俩(1)上所述第二光学传感器设备(4)能够从其中捕获所述目标物体(2)的所述图像的这样位置上，针对操纵，所述位置与关于所述第一光学传感器(3)的位置升高了的位置相关。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，所述第一光学传感器设备(3)的观看角度不同于所述第二光学传感器设备(4)的观看角度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，至少一个光学传感器设备(3，4)是可旋转的和/或可转动的，优选地，两个光学传感器设备(3，4)均是可旋转的和/或可转动的，并且因此，所述光学传感器设备(3，4)中的至少一个光学传感器设备的观看角度是可调节的，优选地，两个光学传感器设备(3，4)的观看角度是均可调节的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，对所述光学传感器设备(3，4)进行配置，其方式为使得所述光学传感器设备允许彼此独立地与所述计算设备一起计算所述车辆(1)的所述预定部分(7)进入所述目标位置中的轨迹。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，所述光学传感器设备(3，4)中的至少一个光学传感器设备沿着所述车辆(1)的纵向方向可移位，优选地，两个光学传感器设备(3，4)均沿着所述车辆(1)的纵向方向可移位。
10.根据权利要求1所述的包括操纵系统的车辆，其特征在于，所述光学传感器设备(3，4)中的至少一个光学传感器设备沿着所述车辆(1)的横轴可移位，优选地，两个光学传感器设备(3，4)均沿着所述车辆(1)的横轴可移位。
11.一种用于将车辆(1)的预定部分(7)操纵到由目标物体(2)提供的目标位置中的方法，所述方法包括以下步骤：
使用安排在所述车辆(1)处的第一光学传感器设备(3)来捕获所述目标物体(2)，
使用安排在所述车辆(1)处的第二光学传感器设备(4)来捕获所述目标物体(2)，所述第二光学传感器设备以在所述车辆的纵向方向上相对于所述第一光学传感器设备(3)有所偏移的方式安排在所述车辆(1)上，以及
在由所述第一光学传感器设备(3)捕获的所述目标物体(2)的图像的帮助下以及在由所述第二光学传感器设备(4)捕获的所述目标物体(2)的图像的帮助下计算所述车辆的所述预定部分(7)进入所述目标位置中的轨迹。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一光学传感器设备(3)是2DLIDAR传感器，并且所述第二光学传感器设备(4)是3D LIDAR传感器，所述3D LIDAR传感器安排在所述车辆处在比所述第一光学传感器设备(3)更低且进一步朝向后方的位置中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，以对应3D LIDAR传感器的形式提供两个第二光学传感器设备(4)，所述3D LIDAR传感器分别安排在所述车辆(1)的右后边缘和左后边缘的区域中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，立体相机(8)安排在所述3D LIDAR传感器之间。
15.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述两个光学传感器设备(3，4)中的至少一个光学传感器设备捕获所述目标物体(2)是否横向地和/或沿着其纵轴倾斜。
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