DE102010021042A1 - Method for computer-assisted controlling of vehicle, particularly driverless transport vehicle, involves fitting laser scanner in vehicle, where measured value tuple is detected by laser scanner in scanner layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur rechnergestützten Spurführung von Fahrzeugen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.The invention is directed to a method for computer-assisted tracking of vehicles of the type specified in the preamble of
Um Produkte oder Teile davon in Produktionsstätten zu fördern, werden vielfach fahrerlose Fahrzeuge (FTF) eingesetzt, die über besondere Hilfsmittel verfügen, um sich von einem Punkt zu einem anderen in der Ebene zu bewegen und dabei ihre Fahrspur möglichst genau einzuhalten und Kollisionen zu vermeiden, sei es bei leblosen oder lebenden Hindernissen.In order to promote products or parts thereof in production facilities, there are often driverless vehicles (AGVs) which have special means of moving from one point to another in the plane while keeping their lane as accurately as possible and avoiding collisions. be it with lifeless or living obstacles.
Die hier zu entwickelnden Techniken sind sehr vielfältig, so gibt es die Navigation mit induktiver Spurführung (
Eine Navigation mittels Linienraster zeigt die
Ein Laserscanner zur Ermöglichung eines Geradeauslaufes bei einer Fertigungsmaschine zeigt die
Zu den bekannten Verfahren hier noch einige zusätzliche Hinweise:
Ein seit langem bekanntes und weit verbreitetes physisches Spurführungsverfahren ist die induktive Spurführung oder Leitdrahtführung, bei der ein Draht im Boden verlegt wird und von einem Wechselstrom durchflossen wird. Das sich um den Draht ergebende Wechselfeld kann von einer „Antenne”, die aus zwei Spulen besteht, in denen jeweils eine Spannung induziert wird, detektiert werden. Ein anderes, ebenfalls übliches, aber gegen Umwelteinflüsse empfindlicheres Verfahren ist die optische Spurführung. Hierbei wird die Leitspur als farbiger Strich mit ausreichendem Farb- und Helligkeitskontrast zum umgebenden Fußboden auf den Boden gemalt oder in Form eines farbigen Gewebe-, Metall- oder Plastikbandes auf den Boden geklebt. Mittels Kamera kann der bestehende Farb- und/oder Helligkeitskontrast ausgewertet werden.Among the known methods here are some additional hints:
A long-known and widely used physical tracking method is the inductive tracking or guidewire guidance, in which a wire is laid in the ground and is traversed by an alternating current. The alternating field which results around the wire can be detected by an "antenna" consisting of two coils in each of which a voltage is induced. Another, also common, but more sensitive to environmental influences method is the optical tracking. Here, the guide track is painted as a colored line with sufficient color and brightness contrast to the surrounding floor on the floor or stuck in the form of a colored fabric, metal or plastic tape on the floor. The existing color and / or brightness contrast can be evaluated by means of a camera.
Bekannt ist auch ein Verfahren, bei dem die optische Leitspur oberhalb des Fahrweges, also unter der Hallendecke, angebracht wird, um sie dadurch gegen Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen. Ein weiteres Verfahren setzt ein metallisches, magnetisierbares Band ein, das auf den Boden geklebt oder gedübelt wird und von einer entsprechend geeigneten Sensorik am Fahrzeug detektiert wird.Also known is a method in which the optical guide track above the track, so under the hall ceiling, is attached to protect them against pollution or damage. Another method uses a metallic, magnetizable tape which is glued or dowelled to the ground and is detected by a suitably suitable sensors on the vehicle.
In allen Fällen wird von der am Fahrzeug montierten Spurführungssensorik ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Wert die seitliche Abweichung der Mitte der Spurführungssensorik von der zu verfolgenden Spur repräsentiert. Ein Ausgangswert „Null” könnte dabei dem Idealfall „mittig auf der Spur” entsprechen, ein von Null abweichender positiver oder negativer Wert entspricht dann einer mehr oder weniger großen Abweichung zur linken oder rechten Seite.In all cases, an output signal is generated by the vehicle mounted tracking sensor, the value of which represents the lateral deviation of the center of the tracking sensor from the track to be tracked. A starting value "zero" could correspond to the ideal case "center on the track", a non-zero positive or negative value then corresponds to a more or less large deviation to the left or right side.
In der Mehrheit der Fälle wird als Ausgangssignal eine analoge Spannung erzeugt, andere Arten der Ausgabe des Spurführungssignales, also des Wertes der seitlichen Abweichung, z. B. mittels Feldbus (z. B. CAN-Bus) oder mittels serieller Schnittstellen übertragene Datentelegramme, sind ebenfalls möglich und üblich, erfordern aber beim Empfänger der Daten entsprechend mehr Auswertungsaufwand.In the majority of cases, an analog voltage is generated as an output signal, other types of output of the tracking signal, ie the value of the lateral deviation, z. B. by fieldbus (eg CAN bus) or transmitted by serial interfaces data telegrams are also possible and common, but require the receiver of the data correspondingly more evaluation effort.
Ein analoges Spannungssignal, beispielsweise im Bereich von –10 V bis +10 V, kann in sehr einfacher Weise, also ohne Software und Rechnertechnik, genutzt werden, um entsprechend verstärkt und vorzeichenrichtig einen Lenkmotor anzusteuern, der eine Korrekturbewegung erzeugt, die zu einer Verringerung der festgestellten seitlichen Abweichung führt.An analog voltage signal, for example in the range of -10 V to +10 V, can be used in a very simple manner, ie without software and computer technology, to correspondingly amplified and correct sign drive a steering motor, which generates a correction movement, which leads to a reduction of determined lateral deviation leads.
Auf diese Weise kann ein Fahrzeug mittels eines rein auf Hardware-Komponenten aufgebauten Regelkreises entlang eines durch die Leitspur vorgegebenen Weges geführt werden.In this way, a vehicle can be guided by means of a control circuit built purely on hardware components along a predetermined path through the guide track.
Die beschriebene Spurführung mittels physischer Leitlinie dient zur Minimierung der seitlichen Abweichung des Fahrzeuges von der vorgegebenen Fahrspur. Um eine Minimierung des Fehlers in Längsrichtung (Positionierfehler) zu erreichen, werden weitere physische Merkmale entlang des Fahrweges und insbesondere in der Nähe der gewünschten Zielpositionen benötigt und montiert. Hier kommen beispielsweise optische, metallische oder magnetische Marken sowie RFID-Transponder zum Einsatz, die wiederum durch geeignete Sensorik am Fahrzeug detektiert werden und bei deren Erkennen bzw. Überfahren ein Stopp-Impuls für die Fahrzeugsteuerung ausgelöst wird.The described tracking by physical guideline serves to minimize the lateral deviation of the vehicle from the given lane. In order to minimize the longitudinal error (positioning error), additional physical features are needed and mounted along the route, and especially near the desired target positions. For example, optical, metallic or magnetic marks as well as RFID transponders are used here Use, which in turn are detected by suitable sensors on the vehicle and in their detection or driving over a stop pulse is triggered for the vehicle control.
Der unbestrittene Vorteil solch einer physischen Spurführung liegt darin, dass ohne Fahrzeugrechner und Software mit relativ einfachen und preiswerten Komponenten eine robuste Lösung aufgebaut werden kann.The undisputed advantage of such a physical tracking is that without a vehicle computer and software with relatively simple and inexpensive components, a robust solution can be built.
Der wesentliche Nachteil der physischen Spurführung liegt für den Anwender darin, dass die Leitspur und die Positioniermarken im oder auf dem Boden angelegt werden müssen, was mit Zeitaufwand und Kosten verbunden ist und unter Umständen, z. B. aufgrund von einzuhaltenden Hygiene- oder Reinraumbedingungen, nicht erlaubt oder nur mit erheblichem Aufwand für Staubschutzmaßnahmen möglich ist. Weiter sind die entsprechenden Spurführungskomponenten und die Sensoren zur Erkennung der Positioniermarken für das Fahrzeug zu beschaffen und am Fahrzeug zu montieren und zu justieren.The main disadvantage of the physical tracking is for the user in the fact that the guide track and the positioning marks must be created in or on the ground, which is associated with time and costs and under certain circumstances, for. B. due to maintain hygienic or clean room conditions, not allowed or only with considerable effort for dust protection measures is possible. Further, the corresponding tracking components and the sensors for detecting the positioning marks for the vehicle to obtain and mount on the vehicle and adjust.
Ein weiterer Nachteil der physischen Spurführung ergibt sich aus dem Umstand, dass solchermaßen einfach ausgestattete Fahrzeuge ausschließlich dort automatisch operieren können, wo eine entsprechende Leitspur vorhanden ist. Einem flexiblen Einsatz der Fahrzeuge sind damit enge Grenzen gesetzt.Another disadvantage of the physical tracking arises from the fact that such a simple equipped vehicles can only operate automatically where a corresponding guide track is available. A flexible use of the vehicles are thus set narrow limits.
Aufgrund dieser Restriktionen wurden in der Vergangenheit Verfahren mit virtueller Leitspur entwickelt (beispielsweise Rasternavigation oder Lasernavigation), die es erlauben, mit deutlich weniger oder sogar ganz ohne Bodeninstallation automatisch zu fahren. Dieser Vorteil erfordert aber einen erheblichen Aufwand an teurer Sensorik sowie Fahrzeugrechner mit aufwendiger Auswertesoftware: Die Software muss einerseits in der Lage sein, in Echtzeit aus den Sensorinformationen die aktuelle Fahrzeugposition entweder im absoluten Koordinatensystem der Einsatzumgebung oder zumindest relativ zur gewünschten Sollbahn zu bestimmen.Because of these restrictions, virtual lane techniques have been developed in the past (such as raster navigation or laser navigation) that allow for driving with significantly less or even no ground installation automatically. However, this advantage requires a considerable outlay on expensive sensors and vehicle computers with complex evaluation software. On the one hand, the software must be able to determine the current vehicle position in real time from the sensor information either in the absolute coordinate system of the operating environment or at least relative to the desired reference path.
Weiter müssen aus der als Software-Modell, also virtuell im Fahrzeugrechner vorhandenen Sollbahn, die aktuell erforderliche Soll-Position, Soll-Richtung und Geschwindigkeit ermittelt, mit den aktuellen Ist-Werten verglichen und aus der Abweichung die Korrekturbewegung errechnet werden, aus denen dann die Geschwindigkeits-Sollwerte für den oder die Fahr- und Lenkmotor(en) zu bestimmen sind. All dies kann von den oben beschriebenen Fahrzeugen mit einfacher Steuerung nicht geleistet werden.Furthermore, the currently required setpoint position, setpoint direction and speed must be determined from the setpoint path, which is present in the vehicle computer virtually as a software model, compared with the current actual values and from the deviation the correction movement is calculated, from which then the Speed setpoints for the drive and steering motor (s) are to be determined. All of this can not be done by the simple-control vehicles described above.
Aus dem Bereich der autonomen Mobil-Robotik sind Fahrzeuge und Verfahren bekannt, bei denen die Ortung der Fahrzeuge auf der Auswertung von Daten basiert, die mit Hilfe geeigneter Sensoren über die Umgebung gewonnen werden. Hier werden beispielsweise 2D- und 3D-Kameras oder Laserscanner eingesetzt, um solche Umgebungsdaten zu gewinnen.In the field of autonomous mobile robotics, vehicles and methods are known in which the location of the vehicles is based on the evaluation of data that are obtained with the aid of suitable sensors about the environment. Here, for example, 2D and 3D cameras or laser scanners are used to obtain such environmental data.
Die Auswertung erfolgt dabei innerhalb der Fahrzeugsteuerung beispielsweise nach dem Prinzip des Scan-Matching: Zunächst wird, in der Regel während einer automatischen oder manuell geführten Lernfahrt, durch geeignete Software eine Karte der Einsatzumgebung erstellt, indem aus der großen Menge der Messwerte wichtige Merkmale (Wände, Säulen, Türen, Abzweigungen etc.) extrahiert und in einem mathematischen Umgebungsmodell gespeichert werden. Im Automatikbetrieb wird dann versucht, die aktuellen Messdaten mit den in der Karte enthaltenen Informationen zu matchen, d. h. die zuvor extrahierten Merkmale wiederzufinden und dadurch auf die aktuelle Fahrzeugposition zu schließen. Dieses Verfahren ist sehr rechenzeitintensiv und stellt, da es zur Laufzeit und während des Betriebes des Fahrzeuges/Roboters ausgeführt wird, hohe Anforderungen an die Auswertehard- und -software.The evaluation is carried out within the vehicle control, for example, according to the principle of scan matching: First, usually by an automatic or manually guided learning drive, created by suitable software a map of the environment of use by the large amount of measurements important features (walls , Columns, doors, branches, etc.) are extracted and stored in a mathematical environment model. In automatic mode, an attempt is then made to match the current measured data with the information contained in the card, d. H. recover the previously extracted features and thereby close to the current vehicle position. This process is very time-intensive and, since it is carried out at runtime and during operation of the vehicle / robot, places high demands on the evaluation hardware and software.
Fahrzeuge, die auf der Basis von Umgebungsinformationen und Messwerten über natürliche, also nicht künstlich erzeugte und montierte, Umgebungsmerkmale ihre aktuelle Position in ihrer Einsatzumgebung bestimmen, verfügen über Bahnplanungs- und Bahnführungsalgorithmen, die es erlauben, online eine virtuelle Bahn vom aktuellen Standort zu dem vorgegebenen Zielpunkt zu planen, die Ausführung der Fahrt ständig zu überwachen sowie basierend auf den jeweils aktuellen Messwerten ggf. ständig zu korrigieren und neu zu berechnen.Vehicles that determine their current position in their deployment environment based on environmental information and measurements of natural, not artificially generated and mounted, environmental features have pathway and path guidance algorithms that allow a virtual orbit from the current location to be predefined online To plan the target point, constantly monitor the execution of the trip and based on the current measurement values, if necessary, constantly correct and recalculate.
Auch ist es möglich, aufgrund von vor dem Fahrzeug erkannten Hindernissen die zuvor geplante Bahn in Echtzeit zu modifizieren und dadurch beispielweise um das Hindernis herumzufahren.It is also possible, due to obstacles detected in front of the vehicle, to modify the previously planned path in real time and thereby, for example, drive around the obstacle.
Mit den zuvor beschriebenen, einfach aufgebauten Fahrzeugen, die lediglich in der Lage sind, einer physisch vorhandenen und sensorisch einfach detektierbaren Leitlinie zu folgen und an Positionen zu stoppen, die durch eine physische und damit sensorisch detektierbare Positioniermarke gekennzeichnet sind, kann solch ein Ortungs- und Navigationsverfahren mangels leistungsfähigen Auswerterechners und -software nicht realisiert werden.With the above-described, simply constructed vehicles, which are only able to follow a physically existing and sensory easily detectable guideline and stop at positions that are characterized by a physical and thus sensorically detectable positioning mark, such a tracking and Navigation methods are not realized due to the lack of efficient evaluation computer and software.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei Flurförderfahrzeugen in der Regel ohnehin vorhandene Bauelemente so zu nutzen, dass ein Spurführungssignal erzeugt wird und so zur Steuerung des Fahrzeuges herangezogen werden kann.The object of the invention is to use in forklifts usually already existing components so that a tracking signal is generated and can be used to control the vehicle.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass wenigstens zwei vom Laserscanner in seiner Scanner-Ebene erfassten Messwert-Tupel, bestehend aus einem Winkelwert und dem zugehörigen Entfernungswert, aufgenommen und einem am oder im Fahrzeug vorgesehenen Rechner, beispielsweise einem Mikrocontroller, zugeführt werden, diese Messwerte in einem Rechnerprogramm unter Berücksichtigung von programmierten Festwerten, wie Fahrzeuglänge, Achsabstand u. dgl., ausgewertet werden und aus den gewonnenen und umgerechneten Werten Spurführungsdaten des Fahrzeuges ermittelt werden. Diese Daten können mit einem Sollwert verglichen und darüber die Fahrzeugsteuerung beeinflusst werden. With a method of the type described above, this object is achieved according to the invention in that at least two recorded by the laser scanner in its scanner level measured value tuple, consisting of an angle value and the associated distance value, recorded and provided on or in the vehicle computer, For example, a microcontroller, fed these measurements in a computer program under consideration of programmed fixed values, such as vehicle length, center distance u. Like., Are evaluated and determined from the obtained and converted values tracking data of the vehicle. These data can be compared with a setpoint and the vehicle control can be influenced via this.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, durch Auswertung von Sensordaten eines durch einschlägige Sicherheitsvorschriften vorgeschriebenen und daher praktisch an allen Flurförderfahrzeugen bereits vorhandenen Sicherheitslaserscanners ein Spurführungssignal zu erzeugen, welches insbesondere einfach aufgebaute Fahrzeuge anstelle des durch eine Spurführungsantenne oder eine Spurführungskamera erzeugten Signales nutzen können.With the method according to the invention, it is possible to generate a tracking signal by evaluating sensor data of a safety laser scanner provided by relevant safety regulations and therefore practically present on all industrial trucks, which vehicles can in particular use simply constructed vehicles instead of the signal generated by a tracking antenna or a tracking camera.
Auch ist es nach der Erfindung möglich, ohne Zusatz besonderer Mittel einen Positionier-/Stopp-Impuls zu erzeugen, der einem Fahrzeug die exakte Positionierung vor einer gewünschten Zielposition, beispielsweise einem Regalfach, ermöglicht.Also, it is possible according to the invention, without the addition of special means to generate a positioning / stop pulse that allows a vehicle the exact positioning in front of a desired target position, such as a shelf.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, dabei kann vorgesehen sein, dass entlang des Fahrweges Markierungen für den Scanner, insbesondere reflektierende Markierungen, vorgesehen sind, deren Positionen als Fixwerte im fahrzeugeigenen Rechenprogramm abgelegt sind.Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, it can be provided that markings for the scanner, in particular reflective markings, are provided along the track, whose positions are stored as fixed values in the vehicle's own computer program.
Mit Hilfe derartiger Positioniermarken, wie beispielsweise ein Reflektor oder ein von der seitlichen Fahrwegbegrenzungsfläche deutlicher erhabener Körper in Höhe der Scanner-Ebene des Laserscanners, z. B. an einem Regal montiert oder an einer Hallenwand cd. dgl., kann ein vom Auswerteverfahren nach der Erfindung sich ergebendes Signal erzeugt werden, sobald diese Marke unter einem gewünschten Winkel, beispielsweise rechts querab, detektiert wird.With the help of such positioning marks, such as a reflector or one of the lateral Fahrwegbegrenzungsfläche clear raised body at the level of the scanner level of the laser scanner, z. B. mounted on a shelf or on a hall wall cd. Like., A signal resulting from the evaluation process according to the invention can be generated as soon as this mark is detected at a desired angle, for example right across.
Das System kann auch zusätzlich zu einer bereits vorhandenen physischen oder virtuellen Spurführungstechnik eingesetzt werden, um beispielsweise einem FTF einen neuen, zusätzlichen Arbeitsbereich zu erschließen, der zuvor nicht erreichbar war, weil das erste und/oder andere Spurführungssystem dort nicht eingesetzt werden kann. Beispielhaft sei hier ein FTF genannt, das mittels Lasernavigation (Laser-Triangulation mittels stationärer Reflektormarken) auf einer virtuellen Leitlinie geführt wird. Die Laser-Triangulation kann innerhalb enger Regalgassen wegen der fehlenden Möglichkeit zur Montage ausreichend vieler und ausreichend gut sichtbarer Reflektormarken nicht eingesetzt werden. Das neuartige System ermöglicht solch einem FTF ohne zusätzliche Infrastrukturmaßnahmen oder Zusatzsensorik das Befahren von schmalen Regalgassen.The system can also be used in addition to an existing physical or virtual tracking technology, for example, to open up a new additional work area to an AGV, which was previously unavailable because the first and / or other guidance system can not be used there. An example of this is an AGV, which is guided on a virtual guideline by means of laser navigation (laser triangulation by means of stationary reflector markers). The laser triangulation can not be used within narrow rack aisles because of the lack of ability to install sufficient and sufficiently well visible reflector marks. The innovative system enables such a AGV to drive through narrow aisles without additional infrastructure measures or additional sensors.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass alle im Sichtbereich des Scanners, insbesondere die in Fahrtrichtung voraus rechts oder links liegenden Winkel- und Entfernungsmesswerte in die Berechnung mit einbezogen werden und/oder dass zur Berechnung des Verdrehwinkels des Fahrzeuges relativ zur gewünschten Bewegungsbahn körperlich vorhandene Fahrwegbegrenzungsflächen als Messwertgeber zur Berechnung des Spurführungssignales des Fahrzeuges einbezogen werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that all in the field of view of the scanner, in particular in the direction of travel ahead right or left angle and distance measured values are included in the calculation and / or that for calculating the angle of rotation of the vehicle relative to the desired trajectory physically present Fahrwegbegrenzungsflächen be included as a transmitter for calculating the tracking signal of the vehicle.
Wie oben schon erwähnt, sieht das Verfahren auch vor, dass über den Laserscanner ein Positionier-Stopp-Impuls durch entsprechende Positioniermarken erzeugt und zur Fahrzeugsteuerung übertragen wird.As already mentioned above, the method also provides that a positioning stop pulse is generated by the laser scanner by corresponding positioning marks and transmitted to the vehicle control.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, diese zeigt in einer räumlichen Prinzipdarstellung ein fahrerloses Transportfahrzeug in einer angedeuteten Regalgasse.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example, this shows in a three-dimensional schematic representation of a driverless transport vehicle in an indicated rack alley.
Vor einem mit
Anhand der durch den Laserscanner bzw. die entsprechenden Reflexionen erfolgten Abstands- bzw. Positionsberechnung ist das Fahrzeug
Die Erfindung sieht auch vor, dass durch entsprechende Informationen seitens des Laserscanners die Fahrzeuggeschwindigkeit den jeweiligen Fahrstrecken anpassbar ist, z. B. Schnelllauf bei hemmnisfreier Geradeausfahrt und langsame Fahrt bei Kurven od. dgl.The invention also provides that by appropriate information from the laser scanner, the vehicle speed is adapted to the respective routes, z. B. high-speed running in trouble-free straight ahead and slow ride at turns od. Like.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist die folgende:
Zentraler Bestandteil des Systems ist ein Auswerterechner- beispielweise ein Mikrocontroller-, an den ein Winkel- und abstandmessender Laserscanner angeschlossen wird. Mit Hilfe der Software, die auf diesem Auswerterechner läuft, werden die vom Laserscanner ständig gelieferten Messwerte, die Abstandsinformationen zu reflektierenden Objekten in der Umgebung und in der Scan-Ebene des Laserscanners enthalten, analysiert. Die Messwerte werden vom Scanner in Polarkoordinaten, bezogen auf seinen Mittelpunkt, geliefert. Ein Messwert-Tupel besteht dabei aus einem Winkelwert und dem zugehörigen Entfernungswert, unter dem eine Reflexion des Laserstrahles erfolgt ist.The operation of the invention is the following:
A central component of the system is an evaluation computer, for example a microcontroller, to which an angle and distance measuring laser scanner is connected. With the aid of the software running on this evaluation computer, the measured values constantly supplied by the laser scanner, which contain distance information on reflecting objects in the environment and in the scanning plane of the laser scanner, are analyzed. The measured values are supplied by the scanner in polar coordinates relative to its center point. A measured value tuple consists of an angle value and the associated distance value, below which a reflection of the laser beam has taken place.
Da der Laserstrahl durch einen rotierenden Spiegel in der Messebene abgelenkt wird (deshalb „Scanner”), liefert ein vorn am Fahrzeug montierter Sensor Messwerte innerhalb einer horizontal parallel zum Boden liegenden Scan-Ebene von der rechten Seite (Laserstrahl verläuft parallel zur Vorderseite des Fahrzeugs) über den gesamten Bereich vor dem Fahrzeug bis hin zur linken Seite (Laserstrahl verläuft wieder parallel zur Vorderseite des Fahrzeugs), d. h. der Laserstrahl überstreicht einen in diesem Fall Scanbereich von 180°. Wird der Laser an einer Ecke des Fahrzeuges montiert, ist sogar ein Scanbereich von 270° möglich.Since the laser beam is deflected by a rotating mirror in the measurement plane (hence "scanner"), a sensor mounted on the front of the vehicle delivers measured values within a scan plane lying horizontally parallel to the ground from the right side (laser beam runs parallel to the front of the vehicle) over the entire area in front of the vehicle to the left side (laser beam is again parallel to the front of the vehicle), d. H. The laser beam covers a scan area of 180 ° in this case. If the laser is mounted on a corner of the vehicle, even a scanning range of 270 ° is possible.
Befinden sich das Fahrzeug und der Sensor in einer Gasse, die rechts und links durch Wände oder andere Begrenzungselemente gebildet wird, und wertet man nun beispielsweise den ersten (ganz rechten) und den letzten (ganz linken) Messwert aus, so kann durch Vergleich der beiden Entfernungswerte ein Ausgangssignal erzeugt werden, das der Abweichung der Sensorposition von der Mitte der Gasse entspricht. Bei mittiger Anordnung des Lasersensors am Fahrzeug entspricht dies dann auch der Abweichung der Fahrzeugmitte von der Mitte der Gasse.If the vehicle and the sensor are located in an alley which is formed on the right and left by walls or other delimiting elements, and if, for example, the first (very right) and last (leftmost) measured value are evaluated, the two can be compared Distance values are generated an output signal corresponding to the deviation of the sensor position from the center of the alley. In the case of a central arrangement of the laser sensor on the vehicle, this then also corresponds to the deviation of the vehicle center from the center of the alley.
Falls solch eine mittige Anordnung des Lasersensors aus baulichen Gründen nicht möglich ist, der sich deshalb ergebende seitliche Montage-Offset der Auswertesoftware jedoch bekannt gemacht wird, kann das Ausgangssignal durch die Auswertesoftware so skaliert werden, dass trotzdem eine Spurführung in der Mitte der Gasse möglich wird.If such a central arrangement of the laser sensor for structural reasons is not possible, however, the resulting lateral mounting offset of the evaluation software is made known, the output signal can be scaled by the evaluation software so that nevertheless a tracking in the middle of the alley is possible ,
Eine außermittige Fahrt kann sich auch dann ergeben, wenn eine Gasse deutlich breiter als ein Fahrzeug ist, so dass in der Gasse beispielsweise zwei Fahrzeuge gleichzeitig und ohne sich gegenseitig zu behindern auf zwei nebeneinander liegenden Spuren fahren können.An off-center journey can also arise when an alley is significantly wider than a vehicle, so that in the lane, for example, two vehicles at the same time and without interfering with each other can drive on two adjacent lanes.
Weiter ist es nicht zwingend erforderlich, dass sich links und rechts entlang des Fahrweges eine Begrenzungsfläche befindet. Die Auswertung der Messwerte kann auch dann erfolgen, wenn lediglich an einer Seite Reflexionen erfolgen. Das Spurführungssignal entspricht dann der Abweichung von einer virtuellen Linie, die parallel zu dieser einen Fahrwegbegrenzungsfläche verläuft. Möglich ist auch die Fahrt auf eine Wand zu, auf der sich mindestens eine spezielle, vom Laserscanner detektierbare Markierung, beispielsweise ein Streifen aus reflektierendem Material, befindet. Das Spurführungssignal kann dann in der Form errechnet und erzeugt werden, dass das Fahrzeug mit einem einstellbaren seitlichen Abstand auf diese Marke zu fährt. Der Richtungsvektor dieser auf die Wand zu führenden Fahrt muss dabei die Wand nicht unter 90° treffen, jeder beliebige Wert kann vorgegeben werden.Furthermore, it is not absolutely necessary that there is a boundary surface to the left and right along the track. The evaluation of the measured values can also take place if reflections take place only on one side. The tracking signal then corresponds to the deviation from a virtual line that runs parallel to this one track boundary surface. It is also possible to travel to a wall on which there is at least one special mark detectable by the laser scanner, for example a strip of reflective material. The tracking signal may then be calculated and generated in the form that the vehicle travels to this mark with an adjustable lateral distance. The direction vector of this leading to the wall leading drive must not hit the wall below 90 °, any value can be specified.
Das jeweils aktuell gültige Szenario, beispielsweise „gewünschte Fahrspur liegt mittig zwischen zwei Wänden”, „gewünschte Fahrspur liegt außermittig mit einem Abstand von X cm zur linken und Y cm zur rechten Wand”, „gewünschte Fahrspur liegt mit einem Abstand von X cm zur linken Wand, rechte Wand ist nicht vorhanden” oder „gewünschte Fahrspur liegt mit einem Abstand von Y cm zur rechten Wand, linke Wand ist nicht vorhanden” kann mit Hilfe eines Parametrier-Tools erzeugt und anschließend auf den Auswerterechner übertragen werden und steht dann dort auf Abruf zur Verfügung.The currently valid scenario, for example, "desired lane is centered between two walls", "desired lane is off-center with a distance of X cm to the left and Y cm to the right wall," "desired lane is located with a distance of X cm to the left Wall, right wall is not present "or" desired lane is located with a distance of Y cm to the right wall, left wall is not present "can be generated with the aid of a parameterization tool and then transferred to the evaluation computer and is then there on call to disposal.
Da die Messwerte des Laserscanners verrauscht sind, d. h. von statistisch verteilten Fehlern überlagert werden, kann durch Auswertung von mehr als den oben genannten zwei Messwerten und durch anschließendes Anwenden von probabilistischen Filtermethoden die Qualität des Spurführungssignals erheblich verbessert werden.Since the measured values of the laser scanner are noisy, d. H. superimposed on statistically distributed errors, the quality of the tracking signal can be significantly improved by evaluating more than the above two measurements and then applying probabilistic filtering techniques.
Durch Auswertung von mindestens zwei Messwert-Tupeln kann zusätzlich der Verdrehwinkel des Fahrzeugs um die Hochachse relativ zur rechten oder linken Begrenzungsfläche ermittelt werden. Dieser Winkel kann zusätzlich zu der Information über die seitliche Abweichung in geeigneter Form zum Fahrzeugrechner übertragen werden und ermöglicht dadurch eine schnellere und qualitativ bessere Ausregelung des Fahrzeugs parallel zur seitlichen Begrenzungsfläche.By evaluating at least two measured value tuples, the angle of rotation of the vehicle about the vertical axis relative to the right or left boundary surface can additionally be determined. This angle can be transmitted in addition to the information about the lateral deviation in a suitable form to the vehicle computer and thereby allows a faster and better quality control of the vehicle parallel to the lateral boundary surface.
Weiter ist die Auswertesoftware in der Lage, aus dem errechneten Verdrehwinkel des Fahrzeuges sowie der Kenntnis über die Länge bzw. den Radstand des Fahrzeuges die seitliche Abweichung von der gewünschten Spur für den hinteren Bereich des Fahrzeuges zu errechnen und in gleicher Form wie das erste Spurführungssignal auch für den hinteren Lenkantrieb ein Spurführungssignal auszugeben, ohne dass im hinteren Fahrzeugbereich ein weiterer Laserscanner montiert sein muss.Next, the evaluation software is able to calculate from the calculated angle of rotation of the vehicle and the knowledge of the length or the wheelbase of the vehicle, the lateral deviation of the desired track for the rear of the vehicle and in the same form as the first tracking signal also to output a tracking signal to the rear steering drive without having to mount another laser scanner in the rear area of the vehicle.
Da der Laserscanner zusätzlich zu jedem Winkel- und Entfernungsmesswerte-Tupel ein Maß für die Reflektivität der vom Messstrahl getroffenen Oberfläche liefert, kann die Auswertesoftware zusätzlich zu dem beschriebenen Spurführungssignal auch einen Positionierimpuls erzeugen, wenn beispielsweise ein Reflexstreifen unter einem bestimmten, zuvor festgelegten Winkel erkannt wird. Möglich ist auch die Verwendung einer Positioniermarke, die sich nicht durch erhöhte Reflektivität auszeichnet, sondern die deutlich erhaben gegenüber der Fahrwegbegrenzungsfläche ist und dadurch vom Laserscanner erkannt werden kann. Es ist lediglich erforderlich, der Auswertesoftware durch entsprechende Parametrierung den eingesetzten Typ der Positioniermarke bekannt zu machen.Since the laser scanner provides a measure of the reflectivity of the surface struck by the measuring beam in addition to each angle and distance measurement value tuple, the evaluation software can additionally provide the described tracking signal also generate a positioning pulse when, for example, a reflective strip is detected at a certain predetermined angle. It is also possible to use a positioning mark, which is not characterized by increased reflectivity, but which is significantly raised relative to the track boundary surface and can be detected by the laser scanner. It is only necessary to make known to the evaluation software by appropriate parameter setting the type of positioning mark used.
Zusätzlich kann der Abstand in Fahrtrichtung zwischen Fahrzeug und Positioniermarke ermittelt werden und in geeigneter Form zum Fahrzeugrechner übertragen werden. Dadurch kann ein Positioniervorgang schneller ablaufen, da der ansonsten übliche und erforderliche Schleichfahrtanteil, anderen Ende der Positionierimpuls zu einem unvermittelten Stopp des Fahrzeuges führt, deutlich verkürzt werden oder sogar ganz entfallen kann.In addition, the distance in the direction of travel between the vehicle and positioning mark can be determined and transmitted in a suitable form to the vehicle computer. This allows a positioning run faster because the otherwise usual and required creep rate, other end of the positioning pulse leads to a sudden stop of the vehicle can be significantly shortened or even eliminated altogether.
Wenn das Fahrzeug mit zwei Laserscannern (beispielsweise vorn und hinten) ausgestattet ist und der Auswerterechner die Signale von beiden Laserscannern auswertet, können zwei Spurführungssignale, beispielsweise für einen vorderen und einen hinteren Lenkantrieb, erzeugt werden. Außerdem ist die Auswertesoftware in der Lage, durch Analyse und Bewertung der Daten des vorderen und hinteren Laserscanners die Qualität beider Spurführungssignale zu verbessern.If the vehicle is equipped with two laser scanners (for example front and back) and the evaluation computer evaluates the signals from both laser scanners, two tracking signals, for example for a front and a rear steering drive, can be generated. In addition, the analysis software is able to improve the quality of both tracking signals by analyzing and evaluating the data from the front and rear laser scanner.
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