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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Betreiben einer selbsttätig mobilen Plattform sowie für dieses Verfahren eingerichtete mobile Plattformen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät.
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Stand der Technik
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In verschiedenen Bereichen kommen selbsttätig mobile Plattformen zum Einsatz. Beispielsweise werden in Krankenhäusern autonome Transportroboter eingesetzt, die selbsttätig den Transport verschiedener Materialien oder Proben übernehmen. Die Roboter bewegen sich frei innerhalb der Räumlichkeiten, wie z.B. in Gängen, Fluren oder Aufzügen. Auch beispielsweise in industriellen Fertigungshallen werden Transportsysteme mit frei beweglichen Einheiten eingesetzt, die als mobile Plattformen den Transport verschiedener Güter in autonomer Weise vornehmen. Derartige fahrerlose Transportsysteme, Serviceroboter, Transportroboter oder Ähnliches sind mit dem Risiko von Kollisionen verbunden. Kollisionen mit Menschen bergen ein erhebliches Verletzungsrisiko. Es kann dabei zu einer direkten Kollision mit einem Menschen kommen, indem die mobile Plattform beispielsweise nicht rechtzeitig anhält. Auch indirekte Kollisionen, z.B. nach einem Umkippen der mobilen Plattform an einer Unebenheit, einem Umstürzen an einer Stufe oder Ähnliches, sind nicht auszuschließen.
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Um diese Risiken zu mindern, sind mobile Plattformen in der Regel mit einer Sensorik, beispielsweise einem Laserscanner, ausgestattet, der den Fahrweg überwacht. Darüber hinaus ist es in der Regel vorgesehen, dass die mobile Plattform nur so schnell fährt, dass der voraussichtliche Anhalteweg, bei dem die Bremskraft der mobilen Plattform, das maximal zulässige Gewicht der Plattform inklusive der Beladung, die Reaktionszeit usw. berücksichtigt werden müssen, ausreicht, um eine Kollision mit einem Menschen im Fahrweg zu verhindern. Weiterhin sind Sensoren bekannt, die das nähere Umfeld und insbesondere die Bodenbeschaffenheit evaluieren, so dass beispielsweise Unebenheiten wie Stufen oder Treppen erkannt werden können. Im Allgemeinen ist das Gesamtgewicht einer mobilen Plattform, die beispielsweise als fahrerloses Transportsystem oder als Transportroboter eingesetzt wird, wegen der möglichen Beladung, der erforderlichen Aktorik, der erforderlichen Recheneinheit und HRI-Schnittstellen (z.B. Display) verhältnismäßig hoch und kann beispielsweise im Bereich zwischen 50 kg bis mehrere 100 kg oder, bei fahrerlosen Transportsystemen/Flurförderzeugen, auch mehrere Tonnen, betragen. Eine Reduzierung der Geschwindigkeit führt zu einem niedrigeren Impuls der mobilen Plattform und vermindert damit das Verletzungsrisiko und auch die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen, da durch die niedrigere Geschwindigkeit ein kürzerer Anhalteweg gegeben ist. Vor allem in unübersichtlichen Einsatzgebieten einer mobilen Plattform, beispielsweise in öffentlichen Gebäuden mit vielen Räumen und Kreuzungen, ergeben sich aus diesen Gründen starke Einschränkungen beim Betrieb der mobilen Plattform, vor allem in Bezug auf die maximale Geschwindigkeit. Die Reduzierung der Geschwindigkeit der mobilen Plattform geht mit einer Verringerung der Effektivität der mobilen Plattform, beispielsweise der Transportleistung, einher.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben einer selbsttätig mobilen Plattform bereit, mit dem das Risiko von Kollisionen mit Menschen oder anderen Hindernissen im Fahrweg der mobilen Plattform erheblich gemindert werden kann. Gleichzeitig ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die selbsttätig mobile Plattform in sehr effektiver Weise zu betreiben, ohne dass die Geschwindigkeit der Plattform aus Sicherheitsgründen erheblich reduziert werden müsste. Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei insbesondere von einer selbsttätig mobilen Plattform aus, deren Bewegungspfad unter Berücksichtigung von Hindernissen in an sich bekannter Weise geplant und errechnet wird. Die selbsttätig mobile Plattform kann beispielsweise auch für die Ausübung von bestimmten Tätigkeiten, wie beispielsweise dem Aus- oder Einräumen eines Regals vorgesehen sein, wobei die entsprechenden Bewegungsabläufe geplant und gesteuert werden. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der selbsttätig mobilen Plattform, die im Rahmen der Erfindung auch als Muttereinheit bezeichnet wird, wenigstens eine weitere mobile Plattform (Hilfsplattform), die im Rahmen der Erfindung als Tochtereinheit bezeichnet wird, zugeordnet ist. Die Tochtereinheit ist kleiner und/oder leichter als die Muttereinheit und erfüllt gewissermaßen die Funktion einer Erkundungseinheit. Die Tochtereinheit ist mit einer eigenen Sensorik ausgestattet. Die Tochtereinheit kommuniziert direkt oder indirekt mit der Muttereinheit. Die Muttereinheit, also beispielsweise eine schwere Transportplattform, steht also in Kontakt mit der oder den leichten, mobilen Tochtereinheiten. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere aus den abhängigen Ansprüchen.
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Herkömmlicherweise ist eine mobile Plattform, also beispielsweise ein fahrerloses Transportsystem, ein Serviceroboter oder ein Transportroboter, mit einer umfassenden Sensorik ausgestattet. Hierbei kommen vor allem Laserscanner und/oder Kameras zum Einsatz. Um ein mögliches Hindernis im Fahrweg detektieren zu können, sind diese Sensoren jedoch auf einen direkten "Sichtkontakt" angewiesen. Hindernisse, die plötzlich im Fahrweg auftauchen, wie z.B. Menschen, die zügig aus einem Zimmer auf den Gang laufen oder plötzlich bei einer Kreuzung oder Abbiegung in den geplanten Fahrweg treten, können möglicherweise nicht mehr rechtzeitig erkannt werden, so dass der Anhalteweg zu kurz ist, um eine Kollision zu vermeiden. Weiterhin kann insbesondere bei einem Transportroboter oder einem fahrerlosen Transportsystem die Ladung aus Sichtgründen die Überwachung des Umfeldes erschweren, da beispielsweise eine hoch aufragende Ladung das Sichtfeld der Sensorik einschränkt. Die Erfindung löst dieses Problem, indem eine oder mehrere kleine, mobile Tochtereinheiten eingesetzt werden, die das Umfeld der Muttereinheit in autonomer Weise überwachen und erkunden können. Auf diese Weise kann eine gegebenenfalls erforderliche Korrektur des Bewegungspfades oder beispielsweise eine Drosselung der Geschwindigkeit vorgenommen werden. Im Prinzip ist es auch möglich, dass das System aus Muttereinheit und Tochtereinheit(en) so ausgestaltet ist, dass ausschließlich die Tochtereinheit oder die Tochtereinheiten mit einer Sensorik ausgestattet sind und bei der Muttereinheit auf eine Sensorik verzichtet wird. In diesem Fall wird die Steuerung und Koordination der Muttereinheit vollständig über die Sensorik der Tochtereinheit(en) gesteuert.
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In besonders bevorzugter Weise erfolgt die Kommunikation zwischen Tochtereinheit und Muttereinheit drahtlos, beispielsweise über Bluetooth-Schnittstellen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Tochtereinheit(en) frei beweglich sind und nicht beispielsweise durch eine Kabelverbindung mit der Muttereinheit in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt ist/sind. Die Kommunikation bzw. eine Datenübertragung zwischen Tochtereinheit und Muttereinheit kann direkt erfolgen. Weiterhin ist eine indirekte Kommunikation bzw. Datenübertragung möglich, beispielsweise über einen zentralen Rechner in einem Warenmanagementsystem oder Ähnliches. Der Kommunikationsweg kann dabei beispielsweise so aussehen, dass die Messdaten von der Tochtereinheit an eine zentrale Recheneinheit kommuniziert werden. In der zentralen Recheneinheit erfolgt gegebenenfalls eine weitere Verrechnung der Messdaten, die beispielsweise in eine Korrektur des Bewegungspfades der Muttereinheit einfließen. Die daraus resultierenden Informationen werden dann von der zentralen Recheneinheit an die Muttereinheit kommuniziert.
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Vorzugsweise ist die oder sind die Tochtereinheit(en) so klein und leicht, dass eine Kollision mit einem Hindernis, insbesondere mit einem Menschen oder beispielsweise mit einer anderen Transporteinheit, kein großes Schadensrisiko trägt. Eine solche Kollision ist zwar nicht erwünscht, wäre aber gegebenenfalls tolerierbar.
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Mit besonderem Vorteil kann mittels der Sensorik der wenigstens einen Tochtereinheit der geplante Bewegungspfad der Muttereinheit überwacht werden. Die Tochtereinheit(en) kann/können mit besonderem Vorteil in Bewegungsrichtung vor der Muttereinheit das Einsatzgebiet, also den geplanten Bewegungspfad durchlaufen, und dabei die Befahrbarkeit des geplanten Bewegungspfades auch in unübersichtlichen Einsatzgebieten sicherstellen. Die Tochtereinheit(en) kann/können beispielsweise in einen Kreuzungsbereich einfahren und detektieren, ob der ursprünglich geplante Weg der Muttereinheit frei ist bzw. voraussichtlich frei sein wird. Ist der Weg frei, muss die Muttereinheit vor der Kreuzung nicht die Geschwindigkeit drosseln. Ist der Weg nicht frei, kann die Muttereinheit rechtzeitig die Geschwindigkeit drosseln. Weiterhin kann mittels der Sensorik der Tochtereinheit oder der Tochtereinheiten eine gegebenenfalls vorhandene Störung im geplanten Bewegungspfad der Muttereinheit festgestellt werden und von der Tochtereinheit an die Muttereinheit kommuniziert werden. Daraufhin kann, sofern erforderlich, der geplante Bewegungspfad der Muttereinheit korrigiert und angepasst werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Sensorik der wenigstens einen Tochtereinheit eine Redundanz für die Sensorik der Muttereinheit bereit. Durch diese Redundanz können gezielt funktionale Schwächen der Plattform-montierten Sensorik der Muttereinheit ausgeglichen werden, so dass die Präzision der Sensorik insgesamt erhöht wird. Darüber hinaus oder alternativ kann die Sensorik der wenigstens einen Tochtereinheit eine Erweiterung für die Sensorik der Muttereinheit darstellen. Die Erweiterung der Sensorik durch die Sensorik der Tochtereinheit erlaubt die Wahrnehmung oder Überwachung in sonst für die Muttereinheit unzugängliche Bereiche oder Winkel.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die wenigstens eine Tochtereinheit zur Lokalisierung der Muttereinheit eingesetzt werden. Die Lokalisierung von selbsttätig mobilen Plattformen ist allgemein eine zentrale Aufgabe bei dem Betreiben von derartigen Systemen, da für verschiedene Aufgaben, beispielsweise für Transportaufgaben, die Position der mobilen Plattform ermittelt werden muss. Die Lösung dieser Aufgabe basiert herkömmlicherweise auf verschiedenen Ansätzen, wobei entweder auf eine Sensorik der mobilen Plattform selbst oder/und auf andere Infrastrukturmaßnahmen, wie beispielsweise die Installation von Kameras, zurückgegriffen wird. Erfindungsgemäß kann die Lokalisierung der mobilen Plattform, also der Muttereinheit, erheblich verbessert werden, indem für die Lokalisierung alternativ oder zusätzlich auf die Tochtereinheiten zurückgegriffen wird. Hierbei kann beispielsweise die Sensorik der Tochtereinheiten für Lokalisierungsaufgaben genutzt werden. Weiterhin können auch andere Infrastrukturmaßnahmen, wie z.B. Kameras, die die Tochtereinheit(en) erkennen und lokalisieren können, genutzt werden. Mit der Lokalisierung der Tochtereinheit(en) kann dann auch die Muttereinheit lokalisiert werden, die sich in räumlicher Nähe zu der/den Tochtereinheit(en) befindet.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Sensorik der wenigstens einen Tochtereinheit zur Absicherung einer durch die Aktivität der Muttereinheit gefährdeten Zone eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise relevant, wenn die Muttereinheit Aufgaben zu verrichten hat, bei denen es sicherheitstechnisch wichtig ist, dass keine Personen in der Nähe sind. Das kann beispielsweise beim Beladen eines hohen Regals der Fall sein oder auch beim Aufladen von Gefahrstoffen oder in einer engen Zone, wo Quetschgefahr besteht. In diesem Fall kann durch den Einsatz der mobilen Tochtereinheit(en) ein abgesicherter Raum um die Mutterplattform herum geschaffen werden, bei dem sichergestellt ist, dass sich keine Menschen in ihm aufhalten. Zu diesem Zweck kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Lichtschrankensystem durch die Tochtereinheit(en) aufgebaut wird. In einer weiteren Ausgestaltung kann die wenigstens eine Tochtereinheit im Sinne einer Wand verwendet werden, die leicht für die Muttereinheit detektierbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Sensorik der wenigstens einen Tochtereinheit zur Erfassung von Zuständen eingesetzt werden, die für einen Einsatz der Muttereinheit relevant sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Zustände, die für die Sensorik der Muttereinheit schwer erfassbar oder nicht erfassbar sind. Für diesen Aspekt der Erfindung ist/sind die Tochtereinheit(en) mit einer Sensorik ausgestattet, die ergänzende oder möglicherweise genauere Informationen über Zustände erfassen kann, die für die Tätigkeit der Muttereinheit relevant sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die Tochtereinheit(en) so ausgebildet sind, dass sie gewissermaßen Hilfstätigkeiten für die Muttereinheit ausüben können.
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Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Tochtereinheiten Hindernisse beseitigen und beispielsweise aus dem Weg schieben können, die sich im geplanten Bewegungspfad der Muttereinheit befinden. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Tochtereinheit beispielsweise so ausgestaltet sein, dass sie Warnhinweise oder einen Aufruf abgeben kann, um Personen dazu aufzufordern, den geplanten Bewegungspfad der Muttereinheit freizuhalten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Tochtereinheit zumindest zeitweilig an der Muttereinheit angedockt ist. Beispielsweise kann die Tochtereinheit im Ausgangszustand an der Muttereinheit angedockt sein. Auf diese Weise kann die Tochtereinheit oder die Tochtereinheiten zusammen mit der Muttereinheit fahren und nur bei Bedarf gelöst werden, so dass die Tochtereinheit(en) das Umfeld der Muttereinheit erkunden kann/können. Während der Andockphase kann z.B. eine Energieaufladung eines Akkumulators der Tochtereinheit erfolgen.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Muttereinheit mehrere Tochtereinheiten zugeordnet sind. Bei einer Bewegung der Muttereinheit kann beispielsweise eine dieser Tochtereinheiten der Muttereinheit vorauslaufen. Wenn sich eine Gefahrenstelle ankündigt, beispielsweise wenn die vorauslaufende Tochtereinheit einen Kreuzungsbereich in der Nähe detektiert, können weitere Tochtereinheiten von der Muttereinheit gelöst werden und in Richtung des geplanten Bewegungspfades der Muttereinheit ausschwärmen, um weitere Einzelheiten der Situation detektieren und an die Muttereinheit kommunizieren zu können.
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Vorzugsweise erfolgt eine Berechnung des Bewegungspfades oder des Tätigkeitsprofils der Muttereinheit und/oder der wenigstens einen Tochtereinheit in einer Recheneinheit der Muttereinheit und/oder gegebenenfalls in einer externen Recheneinheit, wie beispielsweise in einem zentralen Warenmanagementsystem, in einer Cloud oder Ähnlichem. Dies hat den Vorteil, dass die Tochtereinheit nicht zwingend mit einer Recheneinheit ausgestattet sein muss, so dass das Gewicht der Tochtereinheit gering gehalten werden kann, was sich vorteilhaft auf die Mobilität der Tochtereinheit auswirkt. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Tochtereinheit mit einer eigenen, vorzugsweise einer verhältnismäßig kleinen, Recheneinheit ausgestattet ist, so dass in der Tochtereinheit eine erste Verarbeitung von Messergebnissen der Sensorik der Tochtereinheit erfolgen kann, beispielsweise eine Errechnung von gemittelten Messwerten, die dann direkt oder indirekt an die Muttereinheit kommuniziert werden.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine mobile Hilfsplattform als Tochtereinheit, die zur Zuordnung zu einer Muttereinheit eingerichtet ist. Bei der Muttereinheit handelt es sich in der oben beschriebenen Weise um eine selbsttätig mobile Plattform mit einem Fahrwerk und einer entsprechenden Aktorik. Die Tochtereinheit ist kleiner und/oder leichter als die Muttereinheit, wobei die Tochtereinheit vorzugsweise deutlich kleiner als die Muttereinheit ist. Die Tochtereinheit ist mit einer eigenen Sensorik, beispielsweise einem Laserscanner, einer Kamera und/oder Empfängern für drahtlose Signalübertragungen ausgestattet. Weiterhin ist die mobile Hilfsplattform, also die Tochtereinheit, für eine direkte oder indirekte Kommunikation mit der Muttereinheit eingerichtet, indem eine entsprechende Schnittstelle zur Muttereinheit oder zu einer zentralen Recheneinheit vorhanden ist, beispielsweise eine Bluetooth-Anbindung. Die Tochtereinheit ist ebenso wie die Muttereinheit mit einem eigenen Fahrwerk und einer eigenen Aktorik für das Fahrwerk ausgestattet. Alternativ oder zusätzlich zu einem Fahrwerk kann die Tochtereinheit auch mit einem Flugwerk im Sinne beispielsweise eines Quadrocopters ausgestattet sein. Die Ausstattung mit einem Flugwerk hat den besonderen Vorteil, dass die Umgebung und insbesondere der Bereich des geplanten Bewegungspfades der Muttereinheit auch aus der Luft beobachtet werden kann, wodurch gegebenenfalls bessere Einsichtmöglichkeiten in die Umgebung der Muttereinheit möglich sind und ab einer bestimmten Flughöhe Kollisionen beispielsweise mit Menschen vermieden werden.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Tochtereinheit mit wenigstens einer Signaleinrichtung ausgestattet ist, die dazu geeignet ist, Personen in der Umgebung der Tochtereinheit auf die Tochtereinheit aufmerksam zu machen. Hierdurch kann vermieden werden, dass eine Person auf die Tochtereinheit tritt oder anderweitig mit der Tochtereinheit kollidiert. Beispielsweise kann die Tochtereinheit mit einer optischen Signaleinrichtung, insbesondere einem Wimpel und/oder wenigstens einem Signallicht, vorzugsweise einem Blinklicht, ausgestattet sein. Zusätzliche oder alternative Möglichkeiten sind beispielsweise akustische Signaleinrichtungen (Warntöne etc.).
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Bezüglich weiterer Merkmale der Hilfsplattform wird auf die obige Beschreibung verwiesen. In besonders vorteilhafter Weise ist die Tochtereinheit zur Verwendung in dem oben beschrieben Verfahren eingerichtet.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine selbsttätig mobile Plattform, wobei es sich bei dieser Plattform um eine Muttereinheit handelt, die zur Zuordnung von wenigstens einer Tochtereinheit in der oben beschriebenen Weise eingerichtet ist. Insbesondere ist die Muttereinheit ist zur direkten oder indirekten Kommunikation mit der Tochtereinheit eingerichtet, wobei die Tochtereinheit eine mobile Hilfsplattform ist, die kleiner und/oder leichter als die Muttereinheit ist, und die mit einer eigenen Sensorik ausgestattet ist. Bei der selbsttätig mobilen Plattform bzw. bei der Muttereinheit handelt es sich z.B. um einen Transportroboter, einen Serviceroboter oder ein fahrerloses Flurförderzeug. Bezüglich weiterer Merkmale der Muttereinheit und auch der Tochtereinheit wird auf die obige Beschreibung verwiesen. Vorzugsweise ist die Muttereinheit zur Verwendung in dem oben beschriebenen Verfahren eingerichtet.
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Die Erfindung umfasst weiterhin ein System von mobilen Plattformen, wobei das System eine selbsttätig mobile Plattform als Muttereinheit und wenigstens eine mobile Hilfsplattform als Tochtereinheit gemäß der obigen Beschreibung umfasst.
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Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das beschriebene erfindungsgemäße Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, und ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung von mobilen Plattformen (eine Muttereinheit, drei Tochtereinheiten) gemäß der Erfindung;
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2 schematische Darstellung des Einsatzes eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Muttereinheit und drei Tochtereinheiten in einem Kreuzungsbereich (Blick von oben);
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3 schematische Darstellung des Einsatzes eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Muttereinheit und drei Tochtereinheiten in einem Gangsystem zur Illustrierung einer Lokalisierung der Muttereinheit (Blick von oben);
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4 schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Plattformensystems (eine Muttereinheit, eine Tochtereinheit) zur Illustrierung der Absicherung eines Gefahrenbereiches (Blick von oben) und
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5 schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Plattformensystems (eine Muttereinheit, zwei Tochtereinheiten) zur Illustrierung einer weiteren Ausgestaltung einer Absicherung eines Gefahrenbereiches (Blick von oben).
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Das erfindungsgemäße Plattformensystem umfasst eine Muttereinheit, die die Hauptaufgaben der mobilen Plattform ausführt, beispielsweise Transportaufgaben oder Ähnliches, und eine oder mehrere Tochtereinheit(en). Da die Muttereinheit, um ihre Hauptaufgaben erfüllen zu können, aus praktischen Gründen in der Regel groß und schwer ist, ist sie in ihrer Bewegung relativ unflexibel und weist vor allem einen verhältnismäßig langen Anhalteweg auf. Erfindungsgemäß sind der Muttereinheit ein oder mehrere wesentlich kleinere und mobilere Tochtereinheiten zugeordnet, die im Sinne von Erkundungseinheiten das Umfeld der Muttereinheit mit einer eigenen Sensorik überwachen und gegebenenfalls auch beeinflussen können. Entweder kann ein Teil der Sensorik der Muttereinheit gewissermaßen auf die kleinen und leichten mobilen Tochtereinheiten übertragen werden oder die vorhandene Sensorik der Muttereinheit wird durch die Sensorik der kleinen und mobilen Tochtereinheiten ergänzt. Vorzugsweise können die Tochtereinheiten hierbei im Sinne eines Schwarms eingesetzt werden, die sich in ihrer Sensorik und in der Erkundung des Umfeldes der Muttereinheit ergänzen. Hierbei kann auch eine Kommunikation der Tochtereinheiten untereinander vorgesehen sein. Allgemein werden die Tochtereinheiten hierbei zur Detektion des Objektzustandes und zur Unterstützung und Planung des Arbeitsvorganges der Muttereinheit eingesetzt.
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1 zeigt ein beispielhaftes Plattformensystem gemäß der Erfindung mit einer Muttereinheit 10 und drei wesentlich kleineren Tochtereinheiten 20. Die Muttereinheit ist mit einer hier nicht näher dargestellten Sensorik und mindestens einer Recheneinheit ausgestattet. Weiterhin weist die Muttereinheit ein Fahrwerk mit mehreren Rädern 11 und einer entsprechenden Aktorik, insbesondere Bremsen, Antrieb usw., auf. Üblicherweise hat eine solche mobile Plattform 10 ein Gewicht von mehr als 50 kg. In diesem Beispiel ist der Muttereinheit 10 mit einem Anhänger 12 ausgestattet, der mittels des Antriebs der Muttereinheit 10 gezogen wird. Der Muttereinheit 10 sind drei kleinere Tochtereinheiten 20 zugeordnet, die jeweils eigenständig mobil sind, indem sie ein eigenes Fahrwerk mit Rädern 21 und eine entsprechende Aktorik aufweisen. Alternativ kann es sich bei den Tochtereinheiten 20 beispielsweise auch um Quadrocopter mit einem Flugwerk handeln. Die Tochtereinheiten 20 sind jeweils mit einer eigenen hier nicht näher dargestellten Sensorik, z.B. einem Laserscanner oder einer Videokamera, ausgestattet. Die Tochtereinheiten 20 sind direkt oder indirekt drahtlos an die Muttereinheit 10, beispielsweise über Bluetooth, angebunden. Die Tochtereinheiten 20 tragen keine eigenen schweren und leistungsfähigen Recheneinheiten. Sie können jedoch mit einer verhältnismäßigen kleinen Recheneinheit für eine erste Verarbeitung von Messergebnissen der Sensorik ausgestattet sein. Weiterhin können sie mit einer eigenen Energieversorgung ausgestattet sein. Insgesamt ist es bevorzugt, dass die Tochtereinheiten 20 ein leichtes oder sehr leichtes Gesamtgewicht aufweisen, beispielsweise in der Größenordnung von einigen 100 g bis wenige kg, so dass die Tochtereinheiten 20 sehr beweglich sind und im Fall einer Kollision, beispielsweise mit Personen, keine gravierende Gefahrenquelle darstellen.
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In dieser Ausgestaltung sind die Tochtereinheiten 20 jeweils mit einem Wimpel 22 ausgestattet, so dass Personen, beispielsweise Fußgänger, auf die kleinen Tochtereinheiten 20 aufmerksam gemacht werden und eine versehentliche Berührung oder Kollision mit den Tochtereinheiten 20 vermieden wird. Andere Beispiele für derartige Signaleinrichtungen können Blinklichter oder akustische Signalgeber sein.
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Die Muttereinheit 10 ist in dieser Ausgestaltung mit einer Andockmöglichkeit 13 ausgestattet, die ein Andocken einer oder mehrerer der Tochtereinheiten 20 ermöglicht. Während der Andockphase kann eine Energieaufladung der Tochtereinheiten 20 erfolgen.
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Eine Berechnung des Bewegungspfades der Tochtereinheiten 20 kann gegebenenfalls auf einer Recheneinheit der Tochtereinheiten 20 selbst erfolgen. In besonders bevorzugter Weise erfolgt die Berechnung des Bewegungspfades der Tochtereinheiten 20 jedoch auf einer Recheneinheit der Muttereinheit 10 oder gegebenenfalls auf einer externen Recheneinheit, beispielsweise in einem zentralen Warenmanagementsystem, in einer Cloud oder Ähnlichem. Dies hat den Vorteil, dass in diesem Fall auf eine komplexe Recheneinheit in den Tochtereinheiten 20 verzichtet werden kann, so dass das Gewicht der Tochtereinheiten 20 gering gehalten werden kann.
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2 zeigt in schematischer Weise den Einsatz der Tochtereinheiten 20 im Zusammenspiel mit der Muttereinheit 10 in einem Kreuzungsbereich. Dargestellt sind mehrere Wände 200, die einen Kreuzungsbereich in einer Ansicht von oben definieren. Die Muttereinheit 10 mit dem Anhänger 12 nähert sich in Pfeilrichtung dem Kreuzungsbereich. Hierbei lösen sich die Tochtereinheiten 20 sukzessive von der Andockposition an der Muttereinheit 10 und schwärmen in Richtung der Kreuzung aus. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass mindestens eine Tochtereinheit 20 ständig der Muttereinheit 10 vorausläuft und die übrigen Tochtereinheiten 20 jeweils bei Bedarf ausschwärmen. Die Tochtereinheiten 20 erreichen damit vor der Muttereinheit 10 den Kreuzungsbereich und können den Kreuzungsbereich mittels der jeweils eigenen Sensorik erfassen und gegebenenfalls vorhandene Hindernisse detektieren. Die Messergebnisse können gegebenenfalls leicht vorverarbeitet werden und z.B. als gemittelte Messwerte an die Muttereinheit 10 direkt oder indirekt (beispielsweise auch in Form einer Korrektur des geplanten Bewegungspfades), gegebenenfalls über ein zentrales Warenmanagementsystem oder eine Cloud, kommuniziert werden. In diesem Beispiel nähert sich eine Person 210 in Pfeilrichtung dem Kreuzungsbereich. Dieses potenzielle Hindernis wird von einer Tochtereinheit 20 mittels der eigenen Sensorik detektiert. Dieses Hindernis kann direkt oder indirekt an die Muttereinheit 10 kommuniziert werden, wobei es auch möglich ist, dass das Hindernis an eine zentrale Recheneinheit kommuniziert wird, die daraufhin den geplanten Bewegungspfad und das Bewegungsprofil (z.B. die Geschwindigkeit) der Muttereinheit 10 anpasst und diese Information an die Muttereinheit 10 kommuniziert. Die Anpassung des Bewegungspfades und des Bewegungsprofils kann auch in einer Recheneinheit der Muttereinheit 10 berechnet werden. Vorzugsweise kann die Geschwindigkeit der Muttereinheit 10 reduziert werden oder der Bewegungspfades kann geändert werden, so dass die Muttereinheit 10 dem Hindernis ausweicht. Beispielsweise kann die Muttereinheit 10 an den Rand des Ganges ausweichen, wo die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes reduziert ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine verbesserte Lokalisierung der Muttereinheit mithilfe der Tochtereinheiten. 3 illustriert ein verzweigtes Gangsystem, das durch die Wände 300 definiert wird, und in dem sich die Muttereinheit 10 mit dem Anhänger 12 in Pfeilrichtung bewegt. In Bewegungsrichtung vor der Muttereinheit 10 laufen drei Tochtereinheiten 20, die in diesem Beispiel auch für Lokalisierungszwecke verwendet werden. Die Sensorik der Tochtereinheiten 20, wie beispielsweise Laserscanner, Kameras oder WIFI-Empfänger, leiten die gegebenenfalls leicht verarbeiteten Messergebnisse an eine Recheneinheit der Muttereinheit 10 oder an eine externe Recheneinheit, beispielsweise eine Recheneinheit in einem zentralen Warenmanagementsystem, weiter. Die Abstände und die Position der Tochtereinheiten 20 relativ zur Muttereinheit 10 können beispielsweise bekannt und definiert sein oder sind gegebenenfalls über die Sensorik ermittelbar. Beispielsweise kann der relative Abstand über Bluetooth-Anbindungen der Tochtereinheiten 20 detektiert werden. In einem anderen Beispiel können die Tochtereinheiten 20 und die Muttereinheit 10 mit besonderen farblichen Markierungen versehen sein, so dass sich die Tochtereinheiten 20 und die Muttereinheit 10 gegenseitig beispielsweise per Kamera erkennen können. Eine andere Möglichkeit zur gegenseitigen Erkennung ist die Laufzeitmessung eines bestimmten optischen oder akustischen Signals. Es ist beispielsweise möglich, dass die Tochtereinheiten 20 eine Markierung oder ein anderes für die Lokalisierung nützliches Feature wahrnehmen können, das für die Muttereinheit 10 nicht detektierbar ist. Mittels des bekannten relativen Abstands zwischen Tochtereinheiten 20 und der Muttereinheit kann dadurch die Muttereinheit 10 sicher lokalisiert werden. Durch diesen Aspekt der Erfindung kann es in bestimmten Situationen überhaupt erst möglich sein, eine verlässliche Lokalisierung der Muttereinheit zu realisieren. Im Allgemeinen wird durch die Unterstützung der Lokalisierung durch die Tochtereinheiten 20 die Lokalisierung der Muttereinheit 10 wesentlich stabiler und zuverlässiger.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Absicherung einer gefährdeten Zone, die durch die Tätigkeit der Muttereinheit entsteht. Wenn die Muttereinheit beispielsweise Gefahrstoffe bewegt oder ein hohes Regal belädt oder entlädt, können die Tochtereinheiten oder die Tochtereinheit das Umfeld der Muttereinheit aus sicherheitstechnischen Gründen absichern. Beispielsweise können sich die Tochtereinheiten hierbei so aufstellen, dass sie den gesamten Gefährdungsraum überwachen können. So kann erkannt werden, ob sich eine Person in dem Gefährdungsraum aufhält oder sich diesem nähert. In diesem Fall kann ein entsprechendes Signal an die Muttereinheit oder eine zentrale Recheneinheit übermittelt werden. Die Muttereinheit kann daraufhin einen lokal sicheren Zustand einnehmen, sobald beispielsweise ein Mensch die Gefahrenzone betritt. In diesem Fall kann beispielsweise der Beladungsvorgang abgebrochen werden.
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4 illustriert die Absicherung eines Gefahrenraums mittels der Sensorik einer Tochtereinheit 20. Die Muttereinheit 10 steht vor einem Regal 400, das von der Muttereinheit 10 be- oder entladen wird. Die Tochtereinheit 20 ist mit einem Abstand zur Muttereinheit 10 und zum Regal 400 positioniert. Dabei erfasst das "Sichtfeld" 420 der Sensorik (z. B. eine Kamera) der Tochtereinheit 20 sowohl die Muttereinheit 10 als auch den Gefährdungsraum. Sobald eine Person oder beispielsweise eine "fremde" andere mobile Plattform in das Sichtfeld 420 der Tochtereinheit 20 eindringt, wird dies detektiert und kann direkt oder indirekt an die Muttereinheit 10 kommuniziert werden, so dass die gefährdende Tätigkeit der Muttereinheit 10 unterbrochen werden kann.
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Die Absicherung einer Gefährdungszone kann beispielsweise auch durch Ausbildung eines Lichtschrankensystems zwischen mehreren Tochtereinheiten realisiert werden, wie es beispielsweise anhand von 5 illustriert ist. Hierbei ist die Muttereinheit 10 in einer Nische positioniert, die von drei Wänden 500 definiert ist. In diesem Bereich verrichtet die Muttereinheit 10 eine Tätigkeit, beispielsweise ein Beladen oder Entladen von Regalen, so dass diese von den Wänden 500 gebildete Nische eine Gefahrenzone darstellt. An der offenen Seite der Nische sind zwei Tochtereinheiten 20 positioniert, die zwischen sich eine Lichtschranke 25 installieren. Sobald eine Person diese Lichtschranke durchquert, wird dies von den Tochtereinheiten 20 erkannt und kann direkt oder indirekt an die Muttereinheit 10 kommuniziert werden, so dass die gefährdende Tätigkeit der Muttereinheit 10 unterbrochen werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Anwendungsmöglichkeit der Erfindung werden die Tochtereinheiten oder die Tochtereinheit als mobile Wände eingesetzt, die von der Muttereinheit leicht detektierbar sind. Die Tochtereinheit oder die Tochtereinheiten bilden hierbei gewissermaßen eine virtuelle Wand, die die Tätigkeit der Muttereinheit lenkt. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn sich die Muttereinheit schnell bewegen soll, wobei die von der oder den Tochtereinheiten gebildeten virtuellen Wände dann einen sicheren Rahmen für die Bewegung der Muttereinheit bilden. Dieser Aspekt der Erfindung ist beispielsweise auch dann vorteilhaft, wenn sich die Muttereinheit in einer Richtung bewegen soll, für die die Muttereinheit keine geeignete Sensorik aufweist. Die Tochtereinheiten, die für diese Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßigerweise eine zusätzliche Sensorik aufweisen, können sich in diesem Bereich besser orientieren und dann so positionieren, dass sich die Muttereinheit an den Tochtereinheiten orientieren kann. Dieser Aspekt der Erfindung kann beispielsweise im Zusammenhang mit Staubsaugerrobotern vorteilhaft sein.
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Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Erfindung kann zum Einsatz kommen, wenn die Muttereinheit sich beispielsweise relativ zu einem gegebenen Hindernis oder Objekt sehr genau positionieren muss. Die Sensorik der Tochtereinheiten erlaubt dabei eine genaue Überwachung der lokalen Situation, beispielsweise im Bereich der Räder der Muttereinheit. Mittels der Sensorik der Tochtereinheit oder der Tochtereinheiten kann dann eine sehr genaue Positionierung der Muttereinheit vorgenommen werden. Die Sensorik der Muttereinheit allein könnte dies nicht realisieren, da das Sichtfeld der Sensorik der Muttereinheit in bestimmten Bereichen eingeschränkt ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Erfassung von Zuständen durch die Tochtereinheiten, die für die Tätigkeit der Muttereinheit relevant sind. Für diese Zustände ist die Muttereinheit gegebenenfalls nicht mit einer geeigneten Sensorik ausgestattet oder die Tochtereinheiten sind durch ihre größere Flexibilität im Vergleich mit der Muttereinheit besser in der Lage, diese Zustände zu detektieren. Ein Anwendungsbeispiel für diesen Aspekt der Erfindung sind Rasenmäherroboter oder Staubsaugerroboter. Hierbei kann/können die Tochtereinheit(en) Bereiche erkennen, die von der Muttereinheit, also beispielsweise dem eigentlichen Rasenmäher oder dem eigentlichen Staubsauger, noch nicht bearbeitet wurden. Die Koordinaten dieser Bereiche können von der/den Tochtereinheit(en) direkt oder indirekt an die Muttereinheit mitgeteilt werden. Beispielsweise kann/können die Tochtereinheit(en) die Höhe des Grases detektieren und dann der Muttereinheit mitteilen, an welchen Positionen ein Mähvorgang notwendig ist. Dies hat den Vorteil, dass die Muttereinheit nicht eine gesamte Fläche umfahren und bearbeiten muss, sondern sich auf die Bereiche konzentrieren kann, bei denen eine Bearbeitung tatsächlich erforderlich ist. Dadurch kann beispielsweise ein Mähvorgang oder ein Staubsaugvorgang effizienter und energiesparender gestaltet werden. Hierbei wird die größere Flexibilität und Mobilität der Tochtereinheiten gegenüber der Muttereinheit genutzt. Weiterhin können die Tochtereinheiten mit einer erweiterten Sensorik ausgestattet sein, die ergänzende und möglicherweise genauere Informationen zu den relevanten Zuständen liefern kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Möglichkeit, dass die Tochtereinheit oder die Tochtereinheiten gewissermaßen Hilfstätigkeiten für die Muttereinheit durchführen können, beispielsweise können die Tochtereinheiten Hindernisse detektieren und dann auch beseitigen. Hierfür sind die Tochtereinheiten zweckmäßigerweise für entsprechende Tätigkeiten, z. B. dem Schieben von Objekten, eingerichtet. Weiterhin können die Tochtereinheiten mit einer Einrichtung ausgestattet sein, um Personen zum Freihalten des Weges oder zum Freihalten eines Bereiches aufzufordern, beispielsweise durch akustische Signale. Bei diesem Aspekt der Erfindung werden die Tochtereinheiten gewissermaßen zur Vorbereitung des Weges oder des Einsatzortes für die Muttereinheit eingesetzt. Wenn beispielsweise auf dem geplanten Bewegungspfad der Muttereinheit ein Hindernis detektiert wird und Versuche, das Hindernis zu entfernen, scheitern, kann dann der Bewegungspfad der Muttereinheit geändert oder die Geschwindigkeit gedrosselt werden.
