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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung selbstfahrender Fahrzeuge nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus der
EP 3 159 121 A1 ist bereits ein fahrbarer Roboter bekannt, der kontinuierlich eine Karte ergänzt. Änderungen in dieser Karte können daher für die Steuerung des Roboters herangezogen werden.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung selbstfahrender Fahrzeuge mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat dem gegenüber den Vorteil, dass bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen, die jeweils eine für diesen Fahrzeugtyp vorgesehene digitale Karte für die Steuerung verwenden, zwischen den verschiedenen digitalen Karten für die unterschiedlichen Fahrzeugtypen Informationen ausgetauscht werden. Insbesondere werden Veränderungen, die in der einen digitalen Karte vorgenommen werden, dazu benutzt, auch Veränderungen in anderen digitalen Karten für andere Fahrzeugtypen vorzunehmen. Es werden so alle zur Verfügung stehenden Informationen von verschiedenen Fahrzeugtypen genutzt, um eine bestmögliche Karte für jeden einzelnen Fahrzeugtyp zur Verfügung zu stellen. Es kann so die Steuerung der selbstfahrenden Fahrzeuge über die Grenzen der jeweiligen Fahrzeugtypen hinweg verbessert werden. Insgesamt wird so eine bessere Steuerung der selbstfahrenden Fahrzeuge erreicht.
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Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Sensoren in mindestens einem Fahrzeugtyp, der Messwerte erzeugt, aufgrund derer die digitalen Karten verändert bzw. ergänzt werden. Es wird so durch laufende Messungen kontinuierlich eine Karte erzeugt, die auf einem aktuellen Stand ist. Die Sensoren sind dabei nicht nur zu Erfassung der Positionen der Fahrzeuge, sondern auch zur Erfassung der Umgebung der Fahrzeuge ausgebildet. Es können so durch die Fahrzeuge eine möglichst genaue und aktuelle Karte des Bereiches in dem sich die Fahrzeuge bewegen erzeugt werden. Zusätzlich zu den Positionsdaten können dabei Beschreibungsinformationen gespeichert werden. Durch diese Beschreibungsinformationen werden die einzelnen von der digitalen Karte erfassten Positionen näher bezeichnet. Insbesondere können so den Positionsdaten Funktionen zugewiesen werden. Mit derartigen zugewiesenen Funktionen lassen sich dann auch entsprechende sinnvolle Handlungen der selbstfahrenden Fahrzeuge steuern. Die digitalen Karten müssen jedoch nicht ausschließlich aus Informationen aufgebaut sein, die von den selbstfahrenden Fahrzeugen ermittelt wurden. Insbesondere können diese Karten auch Planungsdaten oder Daten von Fahrzeugen, die von Menschen bedient werden, enthalten. Es werden so alle möglichen Informationsquellen ausgewertet, um zu einer möglichen realistischen, aktuellen und vollständigen digitalen Karte zu gelangen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 bis 4 jeweils verschiedene digitale Karten.
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Beschreibung der Erfindung
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In der 1 wird eine erste Karte graphisch dargestellt. Die Karte der 1 zeigt die äußeren Umrisse einer Fertigungshalle 1 im leeren Zustand. In der Fertigungshalle 1 sind Stützmauern 2 enthalten, in denen alle notwendigen Leitungen und Anschlüsse für Fertigungsmaschinen wie elektrischer Strom, Datenleitungen, Wasser, Pressluft und dergleichen angeordnet sind. Weiterhin wird noch ein Referenzpunkt 3 gezeigt, der den Ausgangspunkt für alle Positionen innerhalb der Halle 1 darstellt. In der Karte der 1 sind in der Fertigungshalle 1 bis auf die Stützmauern 2 keinerlei weitere Gegenstände angeordnet, d.h. die Fertigungshalle 1 ist leer. Die Positionsdaten einer derartigen leeren Fertigungshalle können beispielsweise Planungsunterlagen, wie sie typischerweise von Architekten verwendet werden, entnommen werden. Eine digitale Karte dieser Fertigungshalle 1 besteht dann aus den Daten der äußeren Umrisse der Fertigungshalle 1 und den Positionen der Stützmauern 2. Diese werden dabei jeweils relativ zum Ausgangspunkt 3 angegeben, d.h. die Positionsdaten der Stützmauern 2 bestehen aus Positionsdaten, die angeben, wie weit nach rechts und nach unten ein bestimmter Punkt der Stützmauer 2 von dem Ausgangspunkt 3 entfernt ist. Alternativ können auch andere Formen der Speicherung verwendet werden, beispielsweise können die Stützmauern 2 nur anhand der Eckdaten und Angaben, dass diese Eckdaten durch Linien miteinander verbunden sind, abgespeichert werden. Besonders einfach ist jedoch eine Datenstruktur, die einfach nur Positionsdaten angibt, das heißt Angaben, wie weit nach rechts und nach unten die Stützmauern 2 von dem Ausgangspunkt 3 entfernt sind. Ebenso wird die äußere Abmessung 1 der Fertigungshalle relativ zum Ausgangspunkt 3 angegeben, wobei bei der gezeigten Lage des Ausgangspunktes 3 in der 1 auch Angaben links und oberhalb des Ausgangspunkts 3 für die äußere Wand der Fertigungshalle 1 möglich sind.
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In der 2 wird eine digitale Karte gezeigt, die von einem scannenden selbstfahrenden Robotersystem erstellt wurde. Ein derartiges System weist einen selbstfahrenden Roboter auf, der kontinuierlich seine eigene Position relativ zum Ausgangspunkt 3 ermittelt und zusätzliche durch einen Laserscanner die Position von Objekten relativ zum Roboter ermitteln. In Kenntnis der eigenen Position und der durch den Laserscanner ausgemessenen Positionen der Objekte kann ein derartiger selbstfahrender Roboter ein Abbild der Fertigungshalle 1 mit den darin angeordneten Objekten erstellen. In der Kartenansicht der 2 ist zu erkennen, dass neben der Stützmauern 2 weitere Einrichtungen in der Fertigungshalle 1 vorhanden sind. Es handelt sich dabei um Fertigungsmaschinen, Fördereinrichtungen, Lagerflächen, Regalflächen, Schränke und dergleichen relativ um die Stützmauern 2, wie sie in der 1 gezeigt wurden, angeordnet sind.
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In der 3 wird eine weitere Karte de Fertigungshallte 1 gezeigt, wie sie beispielsweise von einem selbstfahrenden Transportsystem verwendet würde, welches sich an einem Fahrstreifen 30 orientiert. Dazu ist der Fahrstreifen 30 auf oder im Boden der Fertigungshalle 1 angeordnet. Es kann sich beispielsweise bei dem Fahrstreifen 30 um eine auf dem Boden aufgebrachte optische Markierung handeln, die von einem Kamerasystem erkannt wird. Alternativ kann es sich bei dem Fahrstreifen um ein magnetisches Material handeln, welches von einem entsprechenden Sensor eines selbstfahrenden Fahrzeugs erkannt wird. Das selbstfahrende Fahrzeug ist so ausgebildet, dass es sich nur entlang des Fahrstreifens 30 bewegen kann. Weiterhin weist der Fahrstreifen 30 Haltemarkierungen 31, 32, 33... auf, die beispielsweise aus entsprechend optischen Markierungen oder magnetischen Markierungen bestehen können. Dies Haltemarkierungen oder Stationsmarkierungen 31, 32, 33 dienen dazu, um bestimmte Haltepunkte für das selbstfahrende Fahrzeug zu definieren.
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Dem Fahrzeug kann dann einfach Fahrauftrag gegeben werden: „Fahre vom Haltepunkt 31 zwei Stationen vorwärts zum Haltepunkt 33“. Eine derartige Fertigung 1 mit einer Fahrlinie 30 kann als digitale Karte einfach so ausgebildet sein, dass einfach die Anzahl der Stationsmarkierungen angegeben wird. Eine Bewegung des Fahrzeugs wird dann einfach dadurch bewirkt, dass angegebene wird um wieviel Stationen vor- oder zurück sich das Fahrzeug bewegen soll. Alternativ kann natürlich die digitale Karte auch die Position der Fahrlinie 30 in der Fertigungshalle 1 enthalten und es kann auch ein Fahrzeug vorgesehen sein, welches Positionen zwischen den Stationsmarkierungen 31, 32, 33, ... beispielsweise durch Messungen der Radumdrehungen erkennen und einnehmen kann.
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Ein derartiges fahrliniengebundenes Transportsystem mit einem selbstfahrenden Fahrzeug ist insbesondere dann sinnvoll, wenn nur eine geringe Flexibilität gefordert ist. Durch die Verwendung von Fahrlinien sind Änderungen nur möglich, in dem auch die Fahrlinie 30 auf dem Boden der Fertigungshalle 1 verändert wird. Etwas mehr Flexibilität kann ein derartiges System aufweisen, wenn die Fahrlinie 30 auch Verzweigungen aufweist und es dann möglich ist, auch durch die entsprechenden Verzweigungen unterschiedliche Routen mit Fahrlinien vorzusehen. Es müssen in den selbstfahrenden Fahrzeugen dann aber auch Mittel vorgesehen sein, derartige Verzweigungen zu erkennen und eine Auswahl in die eine oder andere Richtung zu treffen.
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In der 4 wird eine weitere Karte gezeigt, die aus optischen Markierungen besteht, die auf dem Boden der Fertigungshallte 1 aufgebracht sind. Die optischen Markierungen können sowie in der 4 gezeigt wird, in regelmäßigen Abständen voneinander auf dem Boden aufgebracht sein. In der 1 werden diese optischen Markierungen als Kreuze dargestellt, wobei eine erste optische Markierung 1.1 zweckmäßigerweise mit dem Ausgangspunkt 3 übereinstimmen kann. Den Markierungen werden zur Unterscheidung zwei Zahlen zugeordnet, wobei die erste Zahl die Spalte und die zweite Zahl die Zeile darstellt. Die Markierung 1.1 befindet sich links oben in der Fertigungshalle 1 und stimmt mit dem Ausgangspunkt 3 überein. Rechts davon befindet sich der Punkt 2.1, d.h. zweite Spalte erste Zeile und rechts von diesem der Punkt 3.1, d.h. dritte Spalte, erste Zeile. Unterhalb des Punktes 1.1. findet sich in der zweiten Zeile der Punkt 1.2. (erste Spalte, zweite Zeile). Rechts vom Punkt 1.2 befindet sich die Markierung 2.2, d.h. zweite Zeile, zweite Spalte.
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Wie in der Aufsicht der 2 zu erkennen ist, befinden sich die Punkte 2.4, 3.4, 4.4 und 5.4 durch die äquidistante Anordnung in einem Bereich, in dem die Stützmauer 2 vorhanden ist, und diese Markierungen sind daher auf dem Boden nicht sichtbar. Eine Position in dieser Karte nach der 4 würde beispielsweise durch die relative Lage relativ zu den umgebenen vier Markierungen angegeben. Dazu weisen die selbstfahrenden Fahrzeuge Mittel auf, die Position relativ zu den optischen Markierungspunkten auf dem Boden zu bestimmen. Dies kann entweder durch optische Mittel, d.h. Kamerasysteme, die die Abstände relativ zu den Markierungspunkten auf dem Boden ermitteln bestehen, oder aber durch Sensoren, die die Drehbewegungen von Rädern relativ zum Überfahren eines Markierungspunktes ausmessen.
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All diese unterschiedlichen Karten nach den 1 bis 4 sind jeweils für die Anwendung mit bestimmten Fahrzeugtypen vorgesehen. Die Karte nach der 2 ist beispielsweise für ein selbstfahrendes Fahrzeug gedacht, welches einen Laserscanner aufweist. Die Karte nach der 3 ist für ein selbstfahrendes Fahrzeug vorgesehen, welches sich entlang der Führungslinie 30 orientiert. Die Karte nach der 4 ist für ein System gedacht, welches die Markierungen auf dem Boden der Fertigungshalle 1 erkennen kann. Für die Steuerung jedes dieser Fahrzeuge wird die jeweilige Karte verwendet. Einem Fahrzeug wird anhand der Karte eine Position als Fahrauftrag gegeben und die Fahrzeuge melden ihre Position jeweils an die Steuerung zurück.
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Erfindungsgemäß wird jetzt vorgeschlagen, bei Änderungen in einer Karte nach bestimmten vorgegebenen Mechanismen diese Informationen auch in anderen Karten zu Verfügung zu stellen. Wenn beispielsweise das Fahrliniensystem nach der 3 das Transportfahrzeug auf die Position 36 bewegt, so könnte die Position dieses Transportfahrzeugs auch in der Karte nach der 2 dargestellt werden, obwohl noch keine Scaninformation dieses Bereichs der Fertigungshalle 1 vorliegt. Da die äußeren Abmessungen des Fahrlinienfahrzeugs, welches die Karte nach der 3 nutzt, bekannt ist, kann dies auch entsprechend in der Karte nach der 2 dargestellt werden. Die Steuerung eines selbstfahrenden Fahrzeugs, welches sich der 2 bedient, kann daher erkennen, dass ein entsprechender Fahrweg vorbei an der Position 36 der Fahrlinie 30 versperrt ist, und kann daher eine entsprechende Planung eines Fahrwegs für einen Fahrzeugtyp der sich der Karte nach der 2 bedient, entsprechend anders steuern.
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Wenn also in einer Fertigungshallte 1 verschiedene selbstfahrende Fahrzeuge unterwegs sind kann die Funktionalität der einzelnen selbstfahrenden Fahrzeuge verbessert werden, in dem Informationen zwischen den von den jeweiligen Fahrzeugtypen verwendeten Karten ausgetauscht werden. Entsprechendes gilt beispielsweise auch, wenn eine bauliche Veränderung in der Fabrikhalle erfolgt, die dann zu einer entsprechenden Veränderung der aus Planungsdaten gewonnenen Karte 1 führt. Entsprechend können dann Änderungen in den anderen Karten erfolgen, beispielsweise dahingehend, dass eine bestimmte Position der Fahrlinie 30 nicht mehr anfahrbar ist, oder dass bestimmte Bereiche dies in einem System mit optischen Markierungen nach der 4 angefahren werden sollen, nicht mehr angefahren werden können.
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Weiterhin können diese Informationen genutzt werden, um vorausschauend eine gegenseitige Behinderung der einzelnen selbstfahrenden Fahrzeuge in einer Fertigungshalle 1 zu regeln. Beispielsweise kann ein Fahrzeug mit einem Laserscanner nach der 2 so gesteuert werden, dass ein selbstfahrendes Fahrzeug, welches sich in einer Fahrlinie 30 orientiert, erst vorbeigelassen werden muss.
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Besonders interessant wird ein Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Karten, wenn die Karten nicht nur Positionsdaten, sondern zusätzlich zu den Positionsdaten Beschreibungsinformationen enthalten. Diese Beschreibungsinformationen dienen insbesondere dazu, bestimmten Positionen Funktionen zuzuweisen, die diese für die in der Fertigungshalle 1 ablaufendenden Fertigungsprozesse haben. Beispielsweise können bestimmte Bereiche als Fahrweg gekennzeichnet werden, die daher von den Gegenständen freizuhalten sind. Beispielsweise sollten in Abhängigkeit von der Größe des selbstfahrenden Fahrzeugs zu beiden Seiten entlang einer Fahrlinie 30 Bereiche als Fahrwege definiert werden, um so einen kollisionsfreien Betrieb der selbstfahrenden Fahrzeuge, die sich an den Fahrlinien 30 orientieren, sicherzustellen. Weiterhin können so Bereiche definiert werden, die als Lagefläche oder Regalfläche verwendet werden. Es kann so für alle Fahrzeuge verbindliche Regeln aufgestellt werden, die von allen unterschiedlichen Fahrzeugtypen berücksichtigt werden.
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Weiterhin kann in einer Fertigungshalle 1 auch Fahrzeuge verwendet werden, die von Menschen bedient werden. Die Positionen derartiger Fahrzeuge, die von Menschen bedient werden, können beispielsweise mit dem bezüglich der 4 diskutierten Orientierungssystems erfasst werden. Auch die Positionen dieser Fahrzeuge, die von Menschen bedient werden, können dann in den anderen digitalen Karten dargestellt werden und entsprechend für die Steuerung der entsprechenden Fahrzeugtypen herangezogen werden. Wenn beispielsweise aufgrund von Wartungsarbeiten bestimmte Bereiche der Fertigungshalle 1 bereits durch ein von Menschen gesteuertes Fahrzeug belegt sind, so sollte diese bei der Steuerung der anderen selbstfahrenden Fahrzeuge berücksichtigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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