CN110268351A - 具有限定的路径和安全措施的机器人车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种被操作以沿路径移动的机器人车辆，其中，该车辆可以用于修剪草坪或用于农业目的，该机器人车辆具有在不平整表面上操作的操作部分。该车辆的控制装置包括用于核查该车辆是否已经无意地离开其路径的安全器件。

Description

具有限定的路径和安全措施的机器人车辆
本发明涉及一种被操作用于沿限定的路径移动的机器人车辆，其中，该车辆可以用于修剪草坪或用于农业目的，该机器人车辆具有在不平整表面上操作的操作部分。该车辆的控制装置包括用于核查该车辆是否已经无意地离开其路径的安全器件。
背景技术
当自主移动车辆在其可能遇到生物的环境中操作时，确保安全是必要的。当车辆具有潜在地可能造成明显损害的操作器件(例如，割草机的切割器)时，这是尤其重要的。当车辆是大型的、例如具有的尺寸与具有在米的范围内的长度和宽度的汽车相当时，这更加重要。
当通过从位置识别系统(GPS等)接收的数据来控制车辆处于限定的路径时，出于某些原因，该车辆可能接收到关于其实际位置的错误信息，并且因此被引导到其可能具有损害生物、物体和/或自身的风险的位置。
本发明的目的是确保在位置识别系统的控制之下行驶的有待沿所限定的路径行驶的车辆将基本上不会偏离这个限定的路径，即使根据位置识别系统出现在轨道上，也不会发生上面这种风险情况。
发明内容
该目的通过引入车辆的额外安全控制得以解决，额外安全控制包括独立于位置识别系统的数据，如权利要求中给出的。
该解决方案包括机器人车辆通过位置识别系统进行操作以引导其到限定的下一位置，其中，到所述下一位置的路径与所述车辆的期望的运行状况相关联，其中，车辆进一步包括用于测量所述车辆的实际运行状况的器件，所述器件被定位在所述车辆上并且独立于所述位置识别系统，并且当车辆到达与所述下一位置相距限定的距离内时，控制器将实际运行状况与期望的运行状况进行比较。因此，车辆遵循从当前位置到下一限定位置的轨迹、或限定的路径，其中，这个位置可以在车辆经过当前位置时进行限定，并且其沿该路径到下一限定位置的期望的运行状况可以在此限定。当车辆到达至少在距所述下一限定位置的给定距离内时，这将是新的当前位置，并且以重复的过程限定下一位置。
在实施例中，其中，路径被限定成包括复数个位置，该复数个位置各自与车辆在其从先前位置运动时的期望的运行状况相关联。因此，在启动车辆之前，可以预定义路径，或者到达位置时，然后可以限定与运行状况相关联的复数个下一位置。
在实施例中，区域被限定成使得这些区域各自与车辆经过区域时期望的运行状况相关联。在实施例中，这可以是这样的区域，其中，期望车辆操作的区域被划分成复数个区域，并且其中，区域之间的运动是根据区域的拓扑结构的先验知识进行限定的。
测量实际运行状况的器件将在以下意义上独立于位置识别系统：在车辆上直接测量实际测量数据本身，来自位置识别系统的唯一可能影响是将数据与特定位置相关联。
为了处理和比较数据，控制器可以包括用于存储路径数据、每个位置的期望的运行状况和/或每个位置的测量的实际运行状况的器件。进一步，其可能包括：用于处理数据、与位置识别系统装置进行通信的任何器件，以及用于测量车辆的实际运行状况的器件。
在实施例中，如果某一位置处的实际运行状况与期望的运行状况的差异大于偏差规则下规定的差异，则其可以指示车辆的实际位置与期望的位置不相匹配，并且因此可以启用安全程序，在一个实施例中，该安全程序像停止车辆那么简单。
在实施例中，控制器包括第一控制器和第二控制器，该第一控制器与该车辆的转向相关联，该第二控制器与该安全程序相关联并且包括用于存储每个位置的期望的运行状况和每个位置测量的实际运行状况的器件，该第二控制器因此独立于该第一控制器运行，该第一控制器可选地、单独地与核查安全程序的这个路径相关联。
在实施例中，位置识别系统包括第一部分和第二部分，该第一部分被适配成与第一控制器协作，该第二部分被适配用于与第二控制器协作。第二部分被适配用于与第二控制器协作，该第二控制器提供位置输入，该位置输入是车辆的实际运行状况与所期望的运行状况的比较。在一个实施例中，它们通过同一位置识别装置(例如GPS)通信并且在可替代的实施例中，它们通过单独的位置识别装置通信。
位置识别系统包括位置识别装置(多个)，其中，在实施例中，该位置识别系统是卫星导航系统。
因为限定的路径通常是曲折的、频繁地改变方向，所以车辆经常改变其方向和速度并且因此还改变加速度，因此在实施例中车辆的期望的运行状况的自然的选择包括车辆的加速度、速度、和/或方向。
在实施例中，位置的期望的运行状况数据与沿路径的一组预定义的测量数据有关，因此该位置处、或至少在该位置附近的实际运行状况的一个测量值是与此位置相关联的一组相似的所期望的运行状况数据有关。
在实施例中，这些位置中的每个位置与沿路径的子区段的一组预定义的测量数据有关，因此对于这些位置中的每个位置，车辆的期望的运行状况数据与沿在多个位置处限定的路径的子路径的复数个测量值有关，例如给出总计或平均数，或简单地将沿子区段的各测量实际运行状况数据中的每个数据与所期望的运行状况数据进行比较。
本发明进一步涉及一种用于控制机器人车辆的方法，所述方法使用位置识别系统来引导机器人车辆至限定的下一位置，其中，到所述下一位置的路径与所述车辆的期望的运行状况相关联，其中，车辆进一步包括用于测量所述车辆的实际运行状况的器件，所述器件被定位在所述车辆上并且独立于所述位置识别系统，并且当车辆到达与所述下一位置相距限定的距离内时控制器将实际运行状况与期望的运行状况进行比较。
附图说明
图1在诸如GPS的位置识别系统的输入下在不平整表面上操作的机器人车辆。
图2沿路径控制的机器人车辆。
图3在第一实施例中的机器人车辆的两个部分控制系统。
图4在第二实施例中的机器人车辆的两个部分控制系统。
图5在第三实施例中的机器人车辆的两个部分控制系统。
图6在第六实施例中的机器人车辆的两个部分控制系统。
图7在包括预定义的区域的边界内控制的机器人车辆。
图8展示了安全程序在控制车辆时的方法的流程图。
具体实施方式
图1展示了机器人车辆(1)，该机器人车辆通过任何类型的位置识别系统(2)(例如GPS、GLONASS等卫星导航系统(2))进行操作。
车辆(1)可以是自主移动装置，该自主移动装置具有在不平整表面(3)(例如地面表面)上工作的操作部分。此机器人车辆可以是机器人割草机，该操作部分是用于割草的切割器，但是还可以是用于农业目的的车辆(例如用于切割农作物、通常的收割、耕田等等)。
在根据限定的路径(4)(见图2)控制车辆(1)时，这对于确保车辆(1)保持足够接近此路径并且不会到达其潜在地可能伤害物体、尤其是生物、或甚至其自身的地方是必要的。这对于例如像割草机或用于农业目的、具有操作部分(例如是切割工具)的车辆(1)来说是特别重要的。
图2展示了沿限定的路径(4)行驶的机器人车辆(1)，该限定的路径可以是存储在数据记录系统中的路径并且可以以任何可能的方式(如，在一些形成和存储位置测量值的初始化过程期间使车辆(1)沿该路径物理运行)产生，该路径还可以通过在电子地图上绘制路径、或以任何其他方式完成。
沿限定的路径(4)限定复数个位置(5)，其中，这些位置(5)中的每个位置与所述车辆(1)的期望的运行状况相关联。这些位置(5)将路径(4)划分成在任意两个相邻位置(5)之间限定的子区段，关于车辆(1)沿所述路径(4)的期望的运动可以看出。所期望的运行状况可以是车辆(1)在位置(5)处的加速度，使得如果在位置(5)处测量的实际加速度与期望值、或与位置(5)相关联的期望的运行状况(例如期望的加速度)相比较，并且它们的差异大于偏差规则下规定的差异，则启用车辆(1)的安全程序。可替代地或另外地，所期望的运行状况可以是或者包括速度或与车辆(1)的运动相关联的任何其他可想象的运行状况。
这种偏差规则可以是任何像所期望的运行状况与实际运行状况的两个值之间的确定且限定的实际差阈值，确定且限定的百分比差，或可以以任何方式与车辆(1)的加速度、速度(可能包括车辆(1)的方向)、位置、与水平面以上的高度等有关，其例如是在对于这些位置(5)中的每个位置具体限定的一些规则下所限定的差异。
为了测量实际运行状况，车辆(1)包括能够进行这种测量的器件(9)，该器件例如用于测量车辆(1)的加速度和/或速度。这种装置在本领域中是众所周知的，例如任何类型的加速度计，存储在数据记录器件(8)(见图3)中的数据(如所测量的实际运行状况)。
在图2中还可见边界(6)，该边界限定用于车辆(1)的运动的所允许的最外侧边缘。
图3展示了车辆(1)的控制设置，该控制设置由控制器(7)形成，该控制器包括与车辆(1)的转向相关联的第一控制器(7a)，并且其中，位置识别系统(2)包括被适配成与第一控制器(7a)协作的控制部件(2a)。
第一控制器(7a)操作车辆(1)的转向以遵循限定的路径(4)，从而根据从位置识别系统(2)的控制部件(2a)接收到的位置输入来设置其速度和方向。
控制器(7)进一步包括第二控制器(7b)，该第二控制器与安全程序相关联并且包括器件(8)，该器件存储例如与限定的位置(5)中的每个位置相关联的期望的运行状况(任选地位置自身和/或路径数据)以及针对每个位置(5)的测量的实际运行状况。
如果这些控制器独立地得到它们的信息，则在一个控制器中引起的任何错误将不会被另一个控制器继承，并且因此为车辆(1)形成额外的安全性。如果它们在与所期望的位置(5)相关联的信息‘一致’，则信息、并且因此位置将期望是正确的，否则可能会产生一些错误并且可能必须启动安全程序、例如停止车辆(1)。
控制器(7)可以是单个控制器(该单个控制器具有例如被适配用于作为两个独立控制器(第一控制器(7a)和第二控制器(7b))操作的处理器)、或者可以是分开的控制器/处理器。
此第二控制器(7b)为车辆(1)的操作形成额外的安全性。涉及车辆(1)的控制和转向的位置识别系统(2)的第一部分(2a)在某些时候可能例如给出其实际位置的错误测量值。因此，虽然第一控制器(7a)期望车辆(1)沿限定的路径(4)行驶，但是其实际可能被引导到边界(6)的外侧并且随意接触生物等。
通过引入第二控制器(7b)，该第二控制器从测量器件(9)接收关于车辆(1)的实际运行状况的测量值，然后可以将这些测量值与车辆(1)的所期望的位置(5)处的期望的运行状况进行比较。因为限定的路径(4)通常是曲折的、频繁地改变方向，所以车辆(1)经常改变其方向和速度并且因此还改变加速度。并且，不平整表面(3)的变化可能会影响车辆(1)的运行状况。
因此，因为测量的实际运行状况独立于位置识别系统(2)，将位置(5)处的实际运行状况与期望的运行状况进行比较，如果它们的差异大于一些规则下所允许的差异，则这将给出指示：车辆(1)实际可能位于与根据来自位置识别系统(2)的输入所期望的位置不同的位置，并且因此将启用安全程序，其中，这可能像停止车辆(1)那么简单。
因此沿限定的路径(4)的限定的核查位置(5)将与至少在位置(5)附近的车辆(1)的一个测量位置处的所期望的运行状况数据相关联，但是还可能与沿路径(4)的子区段或整个路径的一组测量值有关，例如给出总计或平均数，或简单地将沿子区段的单独测量的实际运行状况数据中的每个数据与所期望的运行状况数据进行比较。
在图4展示的实施例中，基本上与如图3中展示的系统相同，但是除了用于测量实际运行状况的器件(9)之外还额外地具有位置识别系统(2)，该位置识别系统包括被适配用于与第二控制器(7b)协作的安全部件(2b)。
所述位置识别系统(2)的控制部件(2a)和安全部件(2b)可以形成同一位置识别装置(例如GPS)的一部分，第一控制器(7a)和第二控制器(7b)各自包括它们自己的分开的位置识别装置(GPS等)或与它们自己的分开的位置识别装置通信，或者它们各自可以自己分开成一个、或只从分开且独立的路径获得信息。它们可以独立地操作，使得安全数据独立于操作、或控制数据，使得一个中的错误不会在另一个中重复。
位置识别系统(2)的安全部件(2b)向第二控制器(7b)给出额外的信息作为额外的安全信息。因此，这也可以在期望的运行状况中包括期望的位置，例如车辆(1)在期望的时间实际处于位置(5)。
图5和图6展示了与图3和图4相同的系统，只是其中，控制器(7)被展示为由两个独立的控制器形成的‘控制器系统’(7)，第一控制器(7a)用于沿路径(4)控制车辆(1)，并且第二控制器(7b)是安全控制器。然后，两个控制器(7a)和(7b)将完全独立地操作并且包括它们自己的处理器(多个)。
在可替代的或另外的实施例中，位置(5)与预定义路径(4)无关，但是其中，路径(4)应理解为限定的区域，在该限定的区域中车辆(1)的移动受到限制。图7中展示了这样一个实施例，其中，车辆(1)沿路径(4)移动，该路径被限制在由边界(6)给定的区域内。在此，在启动车辆(1)之前可以限定路径(4)，或者该路径可以随着车辆(1)移动而产生，例如通过任意移动、或通过选择路径(4)的下一区段(例如通过选择下一位置(5)作为目标位置)。
然后，这些位置(5)(于是不是关于路径(4)给定)被链接至由边界(6)限定的区域中的实际预定义位置(5)，例如在一个实施例中，被定位在网格中，虽然其还可以以任何其他方式分布在该区域上，例如通过将区域拓扑结构考虑在内。
随着车辆(1)移动，该车辆然后到达与该位置相距限定的距离内，这引起车辆(1)自上次核查以来的所期望的运行状况与实际测量运行状况的新比较。于是，所有这些期望的运行状况可能与网格限定的区域(20)相关联并且根据网格限定的区域预定义。在一个实施例中，这可能是：每个区域(20)于是具有一些已知的拓扑结构，因此当车辆(1)穿过区域(20)时，可以例如基于在位置(5)与其经过的区域的拓扑结构之间所期望的路径上计算期望的运行状况。这然后形成有待与实际运行状况进行比较的所期望的运行状况。
此实施例还将允许车辆(1)不遵循在其移动期间可以给定的路径(4)。在此实施例中，一旦车辆(1)到达限定的位置(5)(或至少在距位置(5)给定的距离内)，可以尽可能通过‘随机’选择来限定下一位置(5)。因此，如关于图2所描述的预定义路径(4)可以仅与当前的和下一个限定的位置(5)之间的区段有关，因此‘预定义’与在此阶段限定的路径和在此阶段例如基于已知技术计算的所期望的运行状况有关。在可替代的实施例中，不限定像这样的路径(4)，但是当车辆(1)经过如关于图7所描述的区域(20)时，这些区域(20)将限定期望的运行状况。
本发明进一步涉及通过位置识别系统(2)来控制车辆(1)，其中图8中展示了实施例。该方法包括：
步骤(10)，根据在给定边界(6)内的表面上的运动，限定车辆(1)期望的运行状况。
根据先前描述的实施例，这种期望的运行状况可以与限定的路径(4)或与限定的区域(20)相关联。
该方法进一步包括步骤(11)，根据从位置(5)到下一位置(5)的路径(4)、通过所述位置识别系统(2)控制车辆(1)。
步骤(12)，将车辆从所述位置(5)到所述下一位置(5)的运动与所述限定的期望的运行状况车辆(1)的运动联系起来。
步骤(13)，测量所述车辆(1)的实际运行状况。
步骤(14)，在每个位置(5)将实际运行状况与所期望的运行状况进行比较。
步骤(15)，其中，如果实际测量的运行状况与所期望的运行状况的差异大于偏差规则下所规定的差异，则启用安全程序。
在实施例中，所述方法的所述期望的运行状况包括加速度、速度、位置和/或方向。
在该方法的实施例中，位置(5)处的所述运行状况(期望的和实际的)与沿路径(4)、例如沿路径(4)在所述位置(5)与先前位置(5)之间的路径(4)的子区段的一组测量数据有关。
在该方法的实施例中，位置(5)处的所述运行状况(期望的和实际的)与所述位置(5)处的所述运行状况有关。
在一个进一步实施例中，机器人车辆(1)包括器件并且被适配成用于以根据先前描述的实施例的机器人模式、或以人为控制模式进行操作。用于人为控制模式的器件可以包括座椅、以及转向器件(例如像操纵杆、方向盘等)。在一个相关联的实施例中，系统(例如控制器(7))记住在例如人为控制模式中已经‘访问过’哪个位置(5)，并且因此在机器人模式的下一次运行中排除这些位置。
以此方式，例如包括树木的区域(其中水池可能会出现和不出现)可以以人为控制模式进行管理，然而，其余区域于是随后可以以机器人模式进行管理。
在一个实施例，位置(5)被‘排除’不意味着机器人车辆(1)不会穿过这些位置(5)，因为当在‘未访问过’的位置(5)之间移动时这可能是需要的，但是这些不会形成有待由机器人车辆(1)管理的部分位置(5)。在可替代的或另外的实施例中，这些位置(5)中的全部或一些位置被完全移除并且因此将不会在机器人模式时被机器人车辆(1)访问。

Claims (15)

1.一种机器人车辆(1)，该机器人车辆通过位置识别系统(2)操作以引导其至限定的下一位置(5)，其中，到所述下一位置(5)的路径(4)与所述车辆(1)的期望的运行状况相关联，其中，该车辆(1)进一步包括用于测量所述车辆(1)的实际运行状况的器件(9)、以及控制器(7)，所述器件(9)被定位在所述车辆上并且独立于所述位置识别系统(2)，该控制器在该车辆(1)到达与所述下一位置(5)相距限定的距离内时将该实际运行状况与该期望的运行状况进行比较。
2.根据权利要求1所述的机器人车辆(1)，其中，路径(4)被限定成包括复数个位置(5)，在该车辆(1)在其从先前位置(5)运动时，该复数个位置各自与该车辆的期望的运行状况相关联。
3.根据权利要求1所述的机器人车辆(1)，其中，区域(20)被限定成各自与该车辆(1)经过区域(20)时期望的运行状况相关联。
4.根据权利要求1、2或3所述的机器人车辆(1)，其中，该控制器(7)包括器件(8)，该器件用于存储数据，例如路径数据、期望的运行状况数据和/或测量的实际运行状况数据。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人车辆(1)，其中，如果该实际运行状况与期望的运行状况的差异大于偏差规则下规定的差异，则启用安全程序。
6.根据权利要求5所述的机器人车辆(1)，其中，该控制器(7)包括第一控制器(7a)和第二控制器(7b)，该第一控制器与该车辆(1)的转向相关联，该第二控制器与该安全程序相关联并且包括用于存储每个位置(5)的期望的运行状况和每个位置(5)的测量的实际运行状况的该器件(8)。
7.根据权利要求6所述的机器人车辆(1)，其中，该位置识别系统(2)包括控制部件(2a)和安全部件(2b)，该控制部件被适配用于与该第一控制器(7a)协作，该安全部件被适配用于与该第二控制器(7b)协作。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机器人车辆(1)，其中，该位置识别系统(2)包括卫星导航系统。
9.根据权利要求7和8所述的机器人车辆(1)，其中，所述位置识别系统(2)的所述控制部件(2a)和所述安全部件(2b)中的每一者都包括卫星导航系统。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机器人车辆(1)，其中，该期望的运行状况包括加速度和/或速度。
11.根据权利要求8所述的机器人车辆(1)，其中，该期望的运行状况进一步包括方向。
12.根据权利要求10或11所述的机器人车辆(1)，其中，该车辆(1)包括用于测量该车辆(1)的加速度和/或速度的器件(9)，数据作为测量的实际运行状况存储在该器件(8)中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的机器人车辆(1)，其中，这些位置(5)中的每个位置与沿该路径(4)的一组预定义的测量数据有关。
14.根据前述权利要求中任一项所述的机器人车辆(1)，其中，这些位置(5)中的每个位置与沿该路径(4)的子区段的该组预定义的测量数据有关。
15.一种用于控制机器人车辆(1)的方法，所述方法使用位置识别系统(2)来将该机器人车辆引导至限定的下一位置(5)，其中，到所述下一位置(5)的路径(4)与所述车辆(1)的期望的运行状况相关联，其中，该车辆(1)进一步包括用于测量所述车辆(1)的实际运行状况的器件(9)、以及控制器(7)，所述器件(9)被定位在所述车辆上并且独立于所述位置识别系统(2)，该控制器在该车辆(1)到达与所述下一位置(5)相距限定的距离内时将该实际运行状况与期望的运行状况进行比较。
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