DE102018215779A1

DE102018215779A1 - Verfahren und Anfahrsystem zum Anfahren einer Wechselbrücke

Info

Publication number: DE102018215779A1
Application number: DE102018215779.0A
Authority: DE
Inventors: Patrick Kniess; Alexander Banerjee
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-03-19
Also published as: WO2020057862A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Wechselbrücke (10) mit einem Wechselbrückenfahrzeug (100), mit den Schritten: Erfassen (S1) von zumindest einem Bereich einer anzufahrenden Stirnseite (24) der Wechselbrücke (10) mit zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug (100) angeordneten Kameras (82, 84), Erkennen (S2) einer Zielmarke (2) in Kamerabildern der zwei Kameras (82, 84) und Bestimmen (S3) einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs (100) zur Wechselbrücke (10) unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkannten Zielmarke (2), wobei die Zielmarke (2) in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen (30) der Wechselbrücke (10) auf dem zumindest einen erfassten Bereich der anzufahrenden Stirnseite (24) angebracht ist. Die Erfindung betrifft zudem ein entsprechendes Anfahrsystem und ein Wechselbrückenfahrzeug (100).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Wechselbrücke mit einem Wechselbrückenfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Anfahrsystem zum Anfahren einer Wechselbrücke mit einem Wechselbrückenfahrzeug. Die Erfindung betrifft zudem ein Wechselbrückenfahrzeug zum Anfahren und Aufnehmen einer Wechselbrücke.
Stand der Technik
Beim Anfahren einer Wechselbrücke mit einem Wechselbrückenfahrzeug kann die Wechselbrücke als solche mit einem auf dem Wechselbrückenfahrzeug angeordneten Sensor bildlich erfasst werden. In der DE 10 2016 111 618 A1 werden von einem Wechselbrückenfahrzeug erfasste Bilder einer Wechselbrücke bei einem Rangieren des Wechselbrückenfahrzeugs verwendet.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anfahren einer Wechselbrücke mit einem Wechselbrückenfahrzeug, welches als einen Schritt ein Erfassen von zumindest einem Bereich einer anzufahrenden Stirnseite der Wechselbrücke mit zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug angeordneten Kameras aufweist.
Das Verfahren umfasst als einen weiteren Schritt ein Erkennen einer Zielmarke in Kamerabildern der zwei Kameras, in welchen der zumindest eine Bereich der anzufahrenden Stirnseite der Wechselbrücke zumindest teilweise mit der Zielmarke abgebildet ist. Das Erkennen der Zielmarke in den Kamerabildern kann mit Methoden einer zweidimensionalen Bildverarbeitung automatisch durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann die Zielmarke visuell in zwei Kamerabildern erfasst und erkannt werden. Die Zielmarke kann auch als Target bezeichnet werden.
Das Verfahren umfasst als einen weiteren Schritt ein Bestimmen einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkannten Zielmarke. Die relative Anfahrlage kann eine relative Position des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke beziehungsweise zur Zielmarke und/oder eine relative Ausrichtung des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke beziehungsweise zur Zielmarke aufweisen. Die relative Ausrichtung kann eine relative Ausrichtung einer Längsachse des Wechselbrückenfahrzeugs zu einer Achse der Wechselbrücke, beispielsweise zu einer Längsachse der Wechselbrücke, aufweisen. Die relative Ausrichtung des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke kann ferner eine entsprechende Orientierung des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke aufweisen.
Beim Anfahren kann das Wechselbrückenfahrzeug rückwärtsfahren. Zum Anfahren kann basierend auf der relativen Anfahrlage eine Anfahrtrajektorie berechnet werden. Das kamerabasierte Verfahren kann zudem ein Unterfahren und ein Aufnehmen der Wechselbrücke durch das Wechselbrückenfahrzeug aufweisen. Das Verfahren kann so auch als Verfahren zum Unterfahren und/oder Aufnehmen einer Wechselbrücke ausgeführt werden. Das Aufnehmen kann ein Einspuren von Verschlusszapfen der Wechselbrückenfahrzeugs in Langlöcher der Wechselbrücke aufweisen.
Die Zielmarke ist in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen der Wechselbrücke auf dem zumindest einen erfassten Bereich der anzufahrenden Stirnseite angebracht. Die definierte Lage der Zielmarke auf der Stirnseite des Behälters zu den Führungsschienen kann grundsätzlich einen beliebig definierten lateralen Versatz und einen beliebig definierten Höhenversatz zwischen der Zielmarke und jeder der beiden Führungsschienen aufweisen.
Die Zielmarke kann mittig beziehungsweise zentrisch zu und oberhalb von den Führungsschienen der Wechselbrücke an der Stirnseite des Behälters angebracht sein. Mit anderen Worten kann die Zielmarke in gleichem lateralen Abstand zu den Führungsschienen beziehungsweise horizontal gleichbeabstandet zu diesen angebracht sein. Die Zielmarke kann so vertikal über einer Mittelachse eines Führungstunnels angebracht sein, wobei der Führungstunnel in einem Bereich unterhalb einer Unterseite des Behälters und zwischen den Führungsschienen ausgebildet sein kann. Die Mittelachse kann im Wesentlichen parallel und vertikal unter der Längsachse der Wechselbrücke verlaufen. Die Zielmarke kann ferner oberhalb eines Anschlags an der Stirnseite des Behälters angebracht sein.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte des Erkennens der Zielmarke und des Bestimmens der relativen Anfahrlage unter Berücksichtigung einer einzigen, auf der Stirnseite angebrachten Zielmarke durchgeführt. Die beschriebene Zielmarke kann hierfür als einzige Zielmarke vorgesehen sein. Die relative Anfahrlage zur Zielmarke, zum Führungstunnel beziehungsweise zu dessen Mittelachse und/oder zu den Führungsschienen kann auf einer relativen Position beziehungsweise einer relativen Ausrichtung des Wechselbrückenfahrzeugs zu der einzigen Zielmarke basieren.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt des Bestimmens der relativen Anfahrlage ein Bestimmen einer Distanz zwischen dem Wechselbrückenfahrzeug und der Wechselbrücke auf. Die Distanz kann basierend auf den beiden Kamerabildern photogrammetrisch zu der Zielmarke bestimmt werden. Hierfür können die Positionen und die Ausrichtungen der beiden Kameras auf dem Wechselbrückenfahrzeug in einem Fahrzeugkoordinatensystem bekannt beziehungsweise eingemessen sein. Aus der Distanz und der definierten Lage der Zielmarke kann eine Distanz zu den Führungsschienen abgeleitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Bestimmen der Distanz unter Berücksichtigung eines geometrischen Verhältnisses des zumindest einen erfassten Bereichs der Stirnseite der Wechselbrücke und/oder der erkannten Zielmarke in den Kamerabildern durchgeführt. Das geometrische Verhältnis kann ein Flächenverhältnis der Stirnseite der Wechselbrücke und/oder der Zielmarke in den Kamerabildern aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das geometrische Verhältnis ein Verhältnis von Dimensionen, beispielsweise ein Höhen und/oder ein Breitenverhältnis, der Wechselbrücke und/oder der Zielmarke in den Kamerabildern aufweisen. Hierfür kann der Anordnungsabstand der beiden Kameras auf dem Wechselbrückenfahrzeug bekannt beziehungsweise eingemessen sein.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Bestimmen der Distanz mit mindestens einem an dem Wechselbrückenfahrzeug oder an der Wechselbrücke angeordneten Distanzmesser durchgeführt. Der mindestens eine Distanzmesser kann eine Distanz zu der Zielmarke messen. Der mindestens eine Distanzmesser kann einen Lasersensor aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Distanzmesser eine Distanz zu einem anderen Punkt auf der Stirnseite, welcher nicht auf der Zielmarke liegt, messen. Hierfür kann die Position und Ausrichtung des Distanzmessers in dem Fahrzeugkoordinatensystem bekannt sein. Somit können auch zwei Distanzen, eine Distanz zur Zielmarke und eine Distanz zu einem von der Zielmarke beabstandeten Punkt, bestimmt werden. Daraus kann zusätzlich zur Position der Zielmarke auch die Orientierung der Stirnseite abgeleitet werden.
Eine abzufahrende Entfernung zur Wechselbrücke beim Anfahren derselben mit dem Wechselbrückenfahrzeug entlang einer Anfahrtrajektorie kann mit einer der bestimmten und/oder mit der gemessenen Distanz ermittelt werden. Die relative Anfahrlage zur Zielmarke, zum Führungstunnel beziehungsweise zu dessen Mittelachse und/oder zu den Führungsschienen kann somit auf einer der bestimmten und/oder auf der gemessenen Distanz basieren.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt des Bestimmens der relativen Anfahrlage ein Bestimmen einer relativen Ausrichtung des Wechselbrückenfahrzeugs zu der Wechselbrücke auf. Die relative Ausrichtung kann eine relative Orientierung von Wechselbrückenfahrzeug und Wechselbrücke oder eine Winkellage zwischen Wechselbrückenfahrzeug und Wechselbrücke aufweisen. Die relative Ausrichtung kann basierend auf den beiden Kamerabildern photogrammetrisch zu der Zielmarke bestimmt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Bestimmen der relativen Ausrichtung unter Berücksichtigung von jeweiligen Bildkoordinaten der Zielmarke in den Kamerabildern der zwei Kameras durchgeführt. Sind die Positionen und Ausrichtungen der beiden Kameras auf dem Wechselbrückenfahrzeug in einem Fahrzeugkoordinatensystem bekannt beziehungsweise eingemessen, können aus den Bildkoordinaten der Zielmarke die Koordinaten der Zielmarke im Fahrzeugkoordinatensystem abgeleitet werden. Aus den Koordinaten lässt sich der laterale Versatz der Zielmarke zur Fahrzeuglängsachse und der Längsversatz entlang der Fahrzeuglängsachse bestimmen, wobei das Fahrzeugkoordinatensystem an der Fahrzeuglängsachse ausgerichtet sein kann. Es kann auch der laterale Versatz und der Längsversatz der Zielmarke an der Position von jeder Kamera bestimmt werden. Die relative Ausrichtung kann so aus lateralem Versatz und Längsversatz beziehungsweise aus den beiden lateralen Versätzen an den Kamerapositionen ermittelt werden. Hierfür kann der Längsabstand der beiden Kameras, welcher aus als eine Kamerabasis in Längsrichtung verstanden werden kann, bekannt sein.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt des Bestimmens der relativen Anfahrlage ein Bestimmen einer Höhendifferenz zwischen dem Wechselbrückenfahrzeug und der Wechselbrücke auf. Die Höhendifferenz kann basierend auf den beiden Kamerabildern photogrammetrisch zu der Zielmarke bestimmt werden. Basierend auf der definierten Lage der Zielmarke auf der Stirnseite des Behälters zu den Führungsschienen, welche einen definierten Höhenversatz zwischen der Zielmarke und jeder der beiden Führungsschienen aufweisen kann, kann die Höhendifferenz zu den Führungsschienen abgeleitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Bestimmen der Höhendifferenz unter Berücksichtigung von jeweiligen Bildkoordinaten der Zielmarke in den Kamerabildern der zwei Kameras durchgeführt. Sind die Positionen und Ausrichtungen der beiden Kameras auf dem Wechselbrückenfahrzeug in einem Fahrzeugkoordinatensystem bekannt beziehungsweise eingemessen, können aus den Bildkoordinaten der Zielmarke die Koordinaten der Zielmarke im Fahrzeugkoordinatensystem abgeleitet werden. Das Fahrzeugkoordinatensystem kann als dreidimensionales Koordinatensystem ausgebildet sein. Aus den Koordinaten lässt sich ein Höhenversatz der Zielmarke zu einem Fahrzeugniveau bestimmen, wobei das Fahrzeugniveau in dem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt sein kann.
Ein Höhenunterschied zwischen Wechselbrückenfahrzeug und Wechselbrücke beim Anfahren derselben mit dem Wechselbrückenfahrzeug kann mit der bestimmten Höhendifferenz ermittelt werden. Ein Höhenniveau des Wechselbrückenfahrzeug kann beim Anfahren mit einer Druckluftfederung an ein Höhenniveau des Führungstunnels der Wechselbrücke angepasst werden. Die relative Anfahrlage zur Zielmarke, zum Führungstunnel beziehungsweise zu dessen Mittelachse und/oder zu den Führungsschienen kann somit ferner auf der bestimmten Höhendifferenz basieren. Das Wechselbrückenfahrzeug kann so basierend auf der relativen Anfahrlage periodisch oder kontinuierlich angesteuert werden, um Führungsrollen des Wechselbrückenfahrzeugs in den Führungstunnel einzuführen. Mit anderen Worten kann das Wechselbrückenfahrzeug hierfür beim Anfahren zentriert, ausgerichtet und/oder nivelliert werden.
Bei einem Anfahren der Wechselbrücke mit dem Wechselbrückenfahrzeug kann die Distanz zwischen dem Wechselbrückenfahrzeug und der Wechselbrücke beziehungsweise der Zielmarke und/oder die relative Ausrichtung des Wechselbrückenfahrzeugs zu der Wechselbrücke beziehungsweise zu der Zielmarke periodisch oder kontinuierlich bestimmt werden. Eine Anfahrtrajektorie des Wechselbrückenfahrzeugs zu der Wechselbrücke kann basierend auf der Distanz und/oder der relativen Ausrichtung berechnet werden, wobei das Anfahrziel als ein Endpunkt der Trajektorie ein passgenaues Einführen der Führungsrollen des Wechselbrückenfahrzeug in den Führungstunnel der Wechselbrücke ermöglichen kann. Das Wechselbrückenfahrzeug kann entlang der berechneten Trajektorie gesteuert werden. Ein Wechselbrückenmaneuver kann somit effizient durch kamerabasiertes Erfassen und Auswerten einer einzigen Zielmarke mittels der beschriebenen Sensorik und entsprechender Aktuatorik durchgeführt werden.
Die relative Anfahrlage kann ferner auf einer räumlichen Ausrichtung beziehungsweise Orientierung der Wechselbrücke basieren. Die relative Ausrichtung des Wechselbrückenfahrzeugs kann hierfür als relative Ausrichtung der Längsachse des Wechselbrückenfahrzeugs zur Längsachse der Wechselbrücke beziehungsweise zur Mittelachse des Führungstunnels bestimmt werden. In einer Anfahrposition vor dem Unterfahren der Wechselbrücke können die Achsen so eingefluchtet und nivelliert sein, dass die Führungsrollen zwischen die Führungsschienen eingeführt werden können. Die räumliche Ausrichtung der Wechselbrücke kann aus mindestens einem Kamerabild abgeleitet werden. Hierbei kann der zumindest eine Bereich der anzufahrenden Stirnseite der Wechselbrücke selbst oder die in dem mindestens einen Kamerabild abgebildete Zielmarke als solche verwendet werden.
Zum Bestimmen der relativen räumlichen Ausrichtung der Wechselbrücke zum Wechselbrückenfahrzugs kann eine geometrische Verzerrung der tatsächlich rechtwinkligen Stirnseite oder der tatsächlich rechtwinkligen Zielmarke in einem Kamerabild ermittelt werden. Aus der bildlichen Verzerrung kann auf einen Winkel zwischen einer Fahrzeugachse, beispielsweise der Fahrzeuglängsachse, und einer Wechselbrückenachse, beispielsweise der Mittelachse des Führungstunnels geschlossen werden. Somit kann die Wechselbrücke bezogen auf die räumliche Ausrichtung des Führungstunnels richtungsbezogen angefahren werden, um das Wechselbrückenfahrzeug zum Unterfahren der Wechselbrücke vor der Wechselbrücke derart zu positionieren, dass die Führungsrollen entlang der Führungsschienen und parallel zu diesen eingeführt werden können.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist als weiteren Schritt ein Kommunizieren der bestimmten relativen Anfahrlage mit einem Logistiksystem auf, welches das Wechselbrückenfahrzeug zum autonomen Anfahren der Wechselbrücke ansteuern kann. Das Wechselbrückenfahrzeug kann hierfür als ein autonom betreibbares Wechselbrückenfahrzeug ausgebildet sein. Das Anfahren der Wechselbrücke kann somit ein autonomes Anfahren sein. Das Logistiksystem kann als Routingsystem fungieren, welches mindestens ein Wechselbrückenfahrzeug ansteuert.
Ein weiterer, den Schritten des Verfahrens zum Anfahren der Wechselbrücke vorgelagerter Schritt kann ein Anbringen einer Zielmarke an der Wechselbrücke aufweisen. Der Schritt kann als Unterschritte ein Anordnen einer Markierungseinrichtung an der Wechselbrücke und ein Ausrichten der Markierungseinrichtung an den Führungsschienen der Wechselbrücke aufweisen, um eine Markierungsposition der Zielmarke auf der Stirnseite des Behälters in der definierten Lage zu den Führungsschienen vorzugeben. Der Schritt kann als einen weiteren Unterschritt ein Arretieren der ausgerichteten Markierungseinrichtung und/oder der Zentriereinrichtung aufweisen. Der Schritt kann ferner ein Markieren der Stirnseite des Behälters mit der Zielmarke an der vorgegebenen Markierungsposition als Unterschritt aufweisen. Das Markieren kann ein Aufbringen oder ein Aufsprühen der Zielmarke aufweisen. Das Aufbringen kann ein klebendes Aufbringen oder ein magnetisches Aufbringen aufweisen. Die Zielmarke kann auch an der Stirnseite der Wechselbrücke festklemmbar sein.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Anfahrsystem zum Anfahren einer Wechselbrücke mit einem Wechselbrückenfahrzeug. Das Anfahrsystem kann ein autonomes Anfahren und ein darauffolgendes autonomes Aufnehmen der Wechselbrücke unterstützen, wobei das Anfahrsystem als ein System zum autonomen Anfahren einer Wechselbrücke ausgebildet sein kann.
Das Anfahrsystem umfasst zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug anordbare Kameras zum Erfassen von zumindest einem Bereich einer anzufahrenden Stirnseite der Wechselbrücke. Bei den Kameras kann es sich um jeden bildgebenden Sensor handeln, welcher beispielsweise ein RGB-Bild erfassen kann. Es können mindestens zwei Kameras vorgesehen sein. Die Kameras können kalibriert sein, wodurch extrinsische und intrinsische Einflüsse beziehungsweise Effekte korrigiert sein können.
Das Anfahrsystem umfasst ferner eine Zielmarke, welche in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen der Wechselbrücke auf dem zumindest einen erfassbaren Bereich der anzufahrenden Stirnseite anbringbar ist.
Das Anfahrsystem umfasst zudem eine Erkennungseinheit zum Erkennen der Zielmarke in Kamerabildern, welche mit den zwei Kameras aufnehmbar sind. Die Erkennungseinheit kann ein photogrammetrisches Auswertemodul aufweisen, mit welchem die Zielmarke automatisch in einem Kamerabild erkannt werden kann, beispielsweise basierend auf einem Bildkorrelator. Die Erkennungseinheit kann wie zum Verfahrensschritt des Erkennens beschrieben die Zielmarke erkennen.
Das Anfahrsystem umfasst außerdem eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkennbaren Zielmarke. Die Bestimmungseinheit kann, wie zum Verfahrensschritt des Bestimmens beschrieben, die relative Anfahrlage bestimmen. Die Bestimmungseinheit kann eine abzufahrende Trajektorie berechnen.
In einer Ausführungsform des Anfahrsystems weist die Zielmarke eine diffus reflektierende Zieloberfläche auf. Mit anderen Worten kann die Zielmarke nicht reflektierend beziehungsweise nicht retroreflektierend ausgebildet sein. So kann die Zielmarke effizient und einfach visuell erfassbar sein. In einfachsten Formen kann die Zielmarke ein Aufkleber oder auf Papier ausdruckbar sein. Die Zielmarke kann auch ein magnetisches Element aufweisen, mit welcher die Zielmarke an einem metallischen Behälter angebracht werden kann. Die Zielmarke kann auch aus Kunststoff oder aus Metall hergestellt sein und mit einer Zielmarkierung beschichtet sein.
Grundsätzlich kann die Zielmarke ein beliebiges Muster, eine beliebige Form und/oder beliebige Farben aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform des Anfahrsystems weist die Zielmarke ein kreuzartiges Zielmuster oder ein ringartiges Zielmuster auf. Durch ein derartiges Muster kann die Zielmarke zuverlässig und präzise visuell erfassbar sein, wobei ein Zielpunkt auf der Zielmarke eindeutig definiert sein kann. Die Zielmarke kann beispielsweise ein schachbrettartiges schwarz-weiß-Muster aufweisen.
Ein Muster der Zielmarke kann auch mit einer Zielmarkenschablone aufsprühbar sein. Die Zielmarke kann bei dem Anfahrsystem daher durch eine Zielmarkenschablone bereitgestellt sein, mit welcher die Zielmarke in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen der Wechselbrücke auf dem zumindest einen erfassbaren Bereich der anzufahrenden Stirnseite anbringbar sein kann. Dabei können beispielsweise nur die schwarzen Felder des schachbrettartigen Zielmusters aufgesprüht werden. Eine derart definierte Zielmarke kann zuverlässig durch Methoden der Bildverarbeitung mit einem kamerabasierten System visuell erfasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Anfahrsystems ist die Zielmarke wiederverwendbar an der anzufahrenden Stirnseite anbringbar. Die Zielmarke kann mit dem magnetischen Element wiederentfernbar anbringbar sein. Das Anfahrsystem kann auch eine Zielmarkenhalterung aufweisen. Die Zielmarkenhalterung kann an der Wechselbrücke derart auf dem zumindest einen erfassbaren Bereich der anzufahrenden Stirnseite anbringbar sein, dass die Zielmarke in der definierten Lage zu den anzufahrenden Führungsschienen aufgenommen werden kann. Eine Zielmarke kann so effizient für ein wiederholtes Anfahren oder für mehrere Wechselbrücken verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Wechselbrückenfahrzeug zum Anfahren und Aufnehmen einer Wechselbrücke. Das Wechselbrückenfahrzeug kann als ein autonomes Fahrzeug zum autonomen Anfahren der Wechselbrücke ausgebildet sein. Das Wechselbrückenfahrzeug kann ein Nutzfahrzeug beziehungsweise eine Zugmaschine sein.
Das Wechselbrückenfahrzeug weist zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug angeordnete Kameras zum Erfassen von zumindest einem Bereich einer anzufahrenden Stirnseite einer Wechselbrücke auf. Die Kameras sind beabstandet zueinander auf dem Wechselbrückenfahrzeug angeordnet.
Das Wechselbrückenfahrzeug weist zudem eine Erkennungseinheit zum Erkennen einer Zielmarke in Kamerabildern, welche mit den zwei Kameras aufnehmbar sind, und eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkennbaren Zielmarke auf. Die Zielmarke ist hierfür in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen der Wechselbrücke auf dem zumindest einen erfassbaren Bereich der anzufahrenden Stirnseite anbringbar.
In einer Ausführungsform des Wechselbrückenfahrzeug ist eine Kamera der zwei Kameras in einem Heckbereich des Wechselbrückenfahrzeugs angeordnet und die zweite Kamera der zwei Kameras in einem Kabinenbereich oder in einem zu dem Kabinenbereich benachbarten Bereich angeordnet. Die beiden Kameras können so einen Längsversatz bezogen auf eine Fahrzeuglängsachse des Wechselbrückenfahrzeugs aufweisen. Die beiden Kameras können im Wesentlichen entlang der Längsachse angeordnet beziehungsweise am Wechselbrückenfahrzeug eingebaut sein. Mit anderen Worten können die Kameras mittig auf der Längsachse des Wechselbrückenfahrzeugs angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Kameras eine Lateralversatz senkrecht zur Fahrzeuglängsachse des Wechselbrückenfahrzeugs aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform des Wechselbrückenfahrzeugs ist die in dem Heckbereich des Wechselbrückenfahrzeugs angeordnete Kamera zwischen einer Stoßstange des Wechselbrückenfahrzeugs und einer auf dem Wechselbrückenfahrzeug in dem Heckbereich angeordneten Führungsrolle angeordnet. Mit einer solchen Einbaulage einer Kamera ist diese in vorteilhafter Weise vor Beschädigungen geschützt.
In einer weiteren Ausführungsform des Wechselbrückenfahrzeugs ist die in dem zu dem Kabinenbereich benachbarten Bereich angeordnete Kamera an einem Endanschlag des Wechselbrückenfahrzeugs angeordnet. Die Kamera kann in Anfahrrichtung, wobei das Wechselbrückenfahrzeug rückwärtsfahren kann, weniger weit vorstehen als der Endanschlag, wodurch Beschädigungen der Kamera beim Aufnehmen der Wechselbrücke vermieden werden können.
Die Kameras können ein in Anfahrrichtung des Wechselbrückenfahrzeugs gerichtetes Blickfeld aufweisen. Das Blickfeld kann beim Anfahren schwenkbar sein, um den zumindest einen zu erfassenden Bereich der anzufahrenden Stirnseite kontinuierlich zu erfassen. So kann auch bei einer Kurvenfahrt während des Anfahrens der zu erfassende Bereich zuverlässig erfasst werden. Die beiden Kameras können daher auch als Rückfahrkameras ausgebildet sein, welche einen Längsversatz bezogen auf die Längsachse des Wechselbrückenfahrzeugs aufweisen können.
In einer weiteren Ausführungsform des Wechselbrückenfahrzeugs sind die zwei Kameras bezüglich eines Fahrzeugkoordinatensystems kalibriert, wobei eine jeweilige Kameraposition und eine jeweilige Kameraausrichtung in dem Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt sind. Koordinaten einer Zielmarke können so in dem Fahrzeugkoordinatensystem photogrammetrisch bestimmt werden. Das Fahrzeugkoordinatensystem kann einen Bezug zu mindestens einer Fahrzeugachse, beispielsweise der Fahrzeuglängsachse, aufweisen. Das Fahrzeugkoordinatensystem kann ferner einen Bezug zu einem Höhenniveau von Führungsrollen des Wechselbrückenfahrzeugs aufweisen. Die beiden Kameras können so bezüglich eines gemeinsamen Bezugspunkts kalibriert sein.
Figurenliste

1 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Durchführen eines Verfahrens zum Anfahren einer Wechselbrücke mit einem Wechselbrückenfahrzeug in einer Ausführungsform.
2 zeigt ein Wechselbrückenfahrzeug mit Komponenten eines Anfahrsystems zum Anfahren einer Wechselbrücke mit dem Wechselbrückenfahrzeug in einer jeweiligen Ausführungsform.
3 zeigt eine von dem in 2 gezeigten Wechselbrückenfahrzeug aufnehmbare Wechselbrücke mit einer weiteren Komponente des Anfahrsystems.
4 zeigt das Wechselbrückenfahrzeug beim Anfahren einer Wechselbrücke in einer Seitenansicht.
5 zeigt das Wechselbrückenfahrzeug beim Anfahren einer Wechselbrücke in einer Draufsicht.
6 zeigt das Wechselbrückenfahrzeug beim Anfahren einer Wechselbrücke in einer weiteren Draufsicht zur Erläuterung einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke.
7 zeigt ein an eine Wechselbrücke angefahrenes Wechselbrückenfahrzeug.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
In 1 sind Verfahrensschritte S1, S2, S3 eines Verfahrens zum Anfahren einer Wechselbrücke mit einem Wechselbrückenfahrzeug in einer zeitlichen Abfolge gezeigt. In einem ersten Schritt S1 wird zumindest ein Bereich einer anzufahrenden Stirnseite der Wechselbrücke mit zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug angeordneten Kameras erfasst. In einem zweiten Schritt S2 wird eine Zielmarke in Kamerabildern, welche von den zwei Kameras aufgenommen werden, erkannt. In einem dritten Schritt S3 wird eine relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs zur Wechselbrücke bestimmt. Dabei wird die in den beiden Kamerabildern erkannte Zielmarke berücksichtigt. Die Zielmarke ist hierfür in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen der Wechselbrücke auf dem zumindest einen erfassten Bereich der anzufahrenden Stirnseite angebracht oder wird in einem weiteren Schritt vor Schritt S1 derart angebracht.
In 2 ist ein Wechselbrückenfahrzeug 100 in einer Draufsicht schematisch gezeigt. Auf dem Wechselbrückenfahrzeug 100 sind vier Führungsrollen 104 paarweise angeordnet. Ein Paar Führungsrollen 104 ist in einem Heckbereich 81 angeordnet und ein weiteres Paar Führungsrollen 104 ist in einem zu einer Kabine 101 benachbarten Bereich 83 in Fahrtrichtung hinter der Kabine 101 angeordnet. Von jedem Paar Führungsrollen 104 befindet sich jeweils eine Führungsrolle 104 rechts und eine Führungsrolle 104 links von einer Fahrzeuglängsachse 102.
Auf dem Wechselbrückenfahrzeug 100 sind zwei Kameras 82, 84 angeordnet. Eine erste Kamera 82 ist in dem Heckbereich 81 angeordnet und eine zweite Kamera 84 ist in dem zu der Kabine 101 benachbarten Bereich 83 angeordnet. Die Kameras 82, 84 sind beabstandet zueinander entlang der Fahrzeuglängsachse 102 angeordnet. Die erste Kamera 82 ist zwischen einer Stoßstange 85 des Wechselbrückenfahrzeugs 100 und dem Paar Führungsrollen 104, welche in dem Heckbereich 81 angeordnet sind, angeordnet. Die zweite Kamera 84 ist zwischen der Kabine 101 und dem Paar Führungsrollen 104, welche in dem zu der Kabine 101 benachbarten Bereich 83 angeordnet sind, angeordnet. Die erste Kamera 82 ist somit als Heckkamera eingerichtet und die zweite Kamera 84 ist als Kabinenkamera eingerichtet, wobei beide Kameras 82, 84 nach hinten, das heißt gegen die Fahrtrichtung F ausgerichtet sind. Verwendete Begriffe „nach vorne“, „nach hinten“, „rechts“ und „links“ beziehen sich auf die Fahrtrichtung F.
Auf dem Wechselbrückenfahrzeug 100 ist zudem eine Erkennungseinheit 110 zum Erkennen einer Zielmarke in Kamerabildern, welche mit den zwei Kameras 82, 84 aufnehmbar sind angeordnet. Die Erkennungseinheit 110 ist hierfür mit beiden Kameras 82, 84 verbunden. Auf dem Wechselbrückenfahrzeug 100 ist außerdem eine Bestimmungseinheit 120 zum Bestimmen einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs 100 zu einer Wechselbrücke unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkennbaren Zielmarke angeordnet. Die Bestimmungseinheit 120 ist hierfür mit beiden Kameras 82, 84 und mit der Erkennungseinheit 110 verbunden. Auf dem Wechselbrückenfahrzeug 100 ist ferner ein Distanzmesser 90 angeordnet zum Messen einer Distanz zu einer Wechselbrücke angeordnet.
In 3 ist eine von dem in 2 gezeigten Wechselbrückenfahrzeug 100 aufnehmbare Wechselbrücke 10 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten gezeigt. Die Wechselbrücke 10 weist einen Behälter 20 auf. An einer Stirnseite 24 des Behälters 20 ist eine Zielmarke 2 angebracht.
Die Zielmarke 2 ist oberhalb von Führungsschienen 30, welche an einer Unterseite 23 des Behälters 20 der Wechselbrücke 10 parallel zueinander angeordnet sind, und oberhalb von einem Anschlag 26 an der Stirnseite 24 angebracht. Die Zielmarke 2 ist dabei mittig zu den Führungsschienen 30 oberhalb des Anschlags 26 auf der Stirnseite 24 angebracht. Die Zielmarke 2 weist ein schwarz-weiß-Zielmuster 5 mit einer schachbrettartig eingefärbten Zieloberfläche 3 auf. Die Zielmarke 2 ist zur besseren Übersicht in 3 nochmals in einer größeren Darstellung abgebildet.
Ein Anfahrsystem 200 zum Anfahren der Wechselbrücke 10 mit dem Wechselbrückenfahrzeug 100 weist in 2 und 3 gezeigte Komponenten auf. In 2 sind die beiden Kameras 82, 84 als fahrzeugseitig Komponenten des Anfahrsystems 200 gezeigt. Zudem sind in 2 die Erkennungseinheit 110 und die Bestimmungseinheit 120 als fahrzeugseitig Komponenten des Anfahrsystems 200 gezeigt. In 3 ist die Zielmarke 2 als wechselbrückenseitige Komponente des Anfahrsystems 200 gezeigt.
In den 4 und 5 ist das Wechselbrückenfahrzeug 100 beim Anfahren der Wechselbrücke 10 schematisch in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht gezeigt. Die erste Kamera 82 weist ein erstes nach hinten gerichtetes Kamerablickfeld 86 auf. Die zweite Kamera 84 weist ein zweites nach hinten gerichtetes Kamerablickfeld 88 auf. Beide Kameras 82, 84 nehmen so ein Kamerabild eines Bereich (nicht gezeigt) der Stirnseite 24 der Wechselbrücke 10 auf, in welchem die Zielmarke 2 abgebildet ist.
Die Kameras 82, 84 weisen eine Höhenversatz auf, wobei die erste Kamera 82 im Heckbereich 81 unterhalb der zweiten Kamera 84 im zur Kabine 101 benachbarten Bereich 83 an einem Leiterrahmen 105 beziehungsweise an der Kabine 101 des Wechselbrückenfahrzeugs angeordnet ist. Die erste Kamera 82 ist zudem im Wesentlichen unterhalb der Führungsrollen 104 auf dem Leiterrahmen 105 und die zweite Kamera 84 ist zudem oberhalb der Führungsrollen 104 an der Kabine 101 angeordnet.
Aus den Kamerabildern (nicht gezeigt) der Kameras 82, 84 wird eine Höhendifferenz h zwischen den Führungsschienen 30 der Wechselbrücke 10 und den Führungsrollen 104 auf dem Wechselbrückenfahrzeug 100 ermittelt. Das Wechselbrückenfahrzeug 100 ist in den 4 und 5 parallel zur Wechselbrücke 10 ausgerichtet. Die in den 4 und 5 nicht gezeigten Längsachsen des Wechselbrückenfahrzeugs 100 und der Wechselbrücke 10 sind zueinander parallel. Zum Einführen der Führungsrollen 104 in den von den Führungsschienen 30 und der Unterseite 22 des Behälters 20 der Wechselbrücke 10 aufgespannten Führungstunnel 32 (in 5 gezeigt) fährt das Wechselbrückenfahrzeug 100 die Wechselbrücke 10 gerade nach hinten an, wobei der Höhenversatz durch Absenken beziehungsweise Anheben des Fahrzeughöhenniveaus angepasst wird.
In 6 ist das Wechselbrückenfahrzeug 100 beim Anfahren der Wechselbrücke 10 in einer weiteren Draufsicht gezeigt, wobei die Fahrzeuglängsachse 102 nicht parallel zur Brückenlängsachse 12 der Wechselbrücke 10 ist. Zum Bestimmen der relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs 100 zur Wechselbrücke 10 werden Kamerabilder der Kameras 82, 84 und eine Distanzmessung des Distanzmessers 90 verwendet. Die zwei Kameras 82, 84 sind bezüglich eines Fahrzeugkoordinatensystems FKS kalibriert, wobei eine jeweilige Kameraposition KP und eine jeweilige Kameraausrichtung KA (nach hinten) in dem Fahrzeugkoordinatensystem FKS bestimmt sind. Auch die Lage des Distanzmessers 90 im Fahrzeugkoordinatensystem FKS ist bestimmt.
Basierend hierauf wird eine Distanz d vom Wechselbrückenfahrzeug 100 zur Zielmarke 2 beziehungsweise zur Wechselbrücke 10 aus den Kamerabildern abgeleitet. Daneben wird eine Ausrichtung a als Winkel zwischen der Fahrzeuglängsachse 102 und der Brückenlängsachse 12 abgeleitet. Die Distanz d und die Ausrichtung a beschreiben die relative Lage des Wechselbrückenfahrzeugs 100 zur Zielmarke 2 beziehungsweise zur Brückenlängsachse 12. Zur Ableitung der Ausrichtung a wird mit dem Distanzmesser 90 eine weitere Distanz d' auf die Stirnseite 24 der Wechselbrücke 10 gemessen. Beim Anfahren der Wechselbrücke 10 wird eine Anfahrtrajektorie basierend auf der Distanz d und der Ausrichtung a berechnet.
Basierend auf der relativen Anfahrlage, welche beim Anfahren kontinuierlich bestimmt und zum Steuern des Wechselbrückenfahrzeugs 100 entlang der Anfahrtrajektorie verwendet werden kann fährt das Wechselbrückenfahrzeug 100 die Wechselbrücke 10 so an, dass dieses wie in 7 gezeigt so ausgerichtet und höhenangepasst ist, dass es die Wechselbrücke 10 unterfahren und diese aufnehmen kann. In 7 sind zudem unterschiedliche Wechselbrücken 10 mit einer jeweiligen Zielmarke 2 gezeigt, welche alle von dem Wechselbrückenfahrzeug 100 anfahrbar sind.
Bezugszeichenliste

2: Zielmarke
3: Zieloberfläche
5: Zielmuster
10: Wechselbrücke
12: Brückenlängsachse
20: Behälter
22: Unterseite
24: Stirnseite
26: Anschlag
30: Führungsschienen
32: Führungstunnel
81: Heckbereich
82: erste Kamera
83: zur Kabine benachbarter Bereich
84: zweite Kamera
85: Stoßstange
86: erstes Kamerablickfeld
88: zweites Kamerablickfeld
100: Wechselbrückenfahrzeug
101: Kabine
102: Fahrzeuglängsachse
104: Führungsrolle
105: Leiterrahmen
110: Erkennungseinheit
120: Bestimmungseinheit
200: Anfahrsystem
a: Ausrichtung
d: Distanz
F: Fahrtrichtung
FKS: Fahrzeugkoordinatensystem
h: Höhendifferenz
KA: Kameraausrichtung
KP: Kameraposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016111618 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Anfahren einer Wechselbrücke (10) mit einem Wechselbrückenfahrzeug (100), mit den Schritten Erfassen (S1) von zumindest einem Bereich einer anzufahrenden Stirnseite (24) der Wechselbrücke (10) mit zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug (100) angeordneten Kameras (82, 84), gekennzeichnet durch Erkennen (S2) einer Zielmarke (2) in Kamerabildern der zwei Kameras (82, 84) und Bestimmen (S3) einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs (100) zur Wechselbrücke (10) unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkannten Zielmarke (2), wobei die Zielmarke (2) in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen (30) der Wechselbrücke (10) auf dem zumindest einen erfassten Bereich der anzufahrenden Stirnseite (24) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Erkennens (S2) der Zielmarke (2) und des Bestimmens (S3) der relativen Anfahrlage unter Berücksichtigung einer einzigen, auf der Stirnseite (24) angebrachten Zielmarke (2) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens (S3) der relativen Anfahrlage ein Bestimmen einer Distanz (d) zwischen dem Wechselbrückenfahrzeug (100) und der Wechselbrücke (10) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Distanz (d) unter Berücksichtigung eines geometrischen Verhältnisses des zumindest einen erfassten Bereichs der Stirnseite (24) der Wechselbrücke (10) und/oder der erkannten Zielmarke (2) in den Kamerabildern durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Distanz (d) mit einem an dem Wechselbrückenfahrzeug (100) oder an der Wechselbrücke (10) angeordneten Distanzmesser (90) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens (S3) der relativen Anfahrlage ein Bestimmen einer relativen Ausrichtung (a) des Wechselbrückenfahrzeugs (100) zu der Wechselbrücke (10) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der relativen Ausrichtung (a) unter Berücksichtigung von jeweiligen Bildkoordinaten der Zielmarke (2) in den Kamerabildern der zwei Kameras (82, 84) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens (S3) der relativen Anfahrlage ein Bestimmen eines Höhendifferenz (h) zwischen dem Wechselbrückenfahrzeug (100) und der Wechselbrücke (10) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Höhendifferenz (h) unter Berücksichtigung von jeweiligen Bildkoordinaten der Zielmarke (2) in den Kamerabildern der zwei Kameras (82, 84) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch den Schritt eines Kommunizierens der bestimmten relativen Anfahrlage an ein Logistiksystem, welches das Wechselbrückenfahrzeug (100) zum autonomen Anfahren der Wechselbrücke (10) ansteuern kann, wobei das Wechselbrückenfahrzeug (100) als ein autonom betreibbares Wechselbrückenfahrzeug ausgebildet ist.
Anfahrsystem zum Anfahren einer Wechselbrücke (10) mit einem Wechselbrückenfahrzeug (100), mit zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug (100) anordbare Kameras (82, 84) zum Erfassen von zumindest einem Bereich einer anzufahrenden Stirnseite (24) der Wechselbrücke (10), gekennzeichnet durch eine Zielmarke (2), welche in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen (30) der Wechselbrücke (10) auf dem zumindest einen erfassbaren Bereich der anzufahrenden Stirnseite (24) anbringbar ist, einer Erkennungseinheit (110) zum Erkennen der Zielmarke (2) in Kamerabildern, welche mit den zwei Kameras (82, 84) aufnehmbar sind und einer Bestimmungseinheit (120) zum Bestimmen einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs (100) zur Wechselbrücke (10) unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkennbaren Zielmarke (2).
Anfahrsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (2) eine diffus reflektierende Zieloberfläche (3) aufweist.
Anfahrsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (2) ein kreuzartiges Zielmuster (5) oder ein ringartiges Zielmuster aufweist.
Anfahrsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielmarke (2) wiederverwendbar an der anzufahrenden Stirnseite (24) anbringbar ist.
Wechselbrückenfahrzeug (100) zum Anfahren und Aufnehmen einer Wechselbrücke (10), mit zwei auf dem Wechselbrückenfahrzeug (100) angeordneten Kameras (82, 84) zum Erfassen von zumindest einem Bereich einer anzufahrenden Stirnseite (24) einer Wechselbrücke (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselbrückenfahrzeug (100) eine Erkennungseinheit (110) zum Erkennen einer Zielmarke (2) in Kamerabildern, welche mit den zwei Kameras (82, 84) aufnehmbar sind, und eine Bestimmungseinheit (120) zum Bestimmen einer relativen Anfahrlage des Wechselbrückenfahrzeugs (100) zur Wechselbrücke (10) unter Berücksichtigung der in den beiden Kamerabildern erkennbaren Zielmarke (2) aufweist, wobei die Zielmarke (2) in einer definierten Lage zu anzufahrenden Führungsschienen (30) der Wechselbrücke (10) auf dem zumindest einen erfassbaren Bereich der anzufahrenden Stirnseite (24) anbringbar ist.
Wechselbrückenfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kamera (82) der zwei Kameras (82, 84) in einem Heckbereich (81) des Wechselbrückenfahrzeugs (100) angeordnet ist und die zweite Kamera (84) der zwei Kameras (82, 84) in einem Kabinenbereich oder in einem zu dem Kabinenbereich benachbarten Bereich (83) angeordnet ist.
Wechselbrückenfahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Heckbereich (81) des Wechselbrückenfahrzeugs (100) angeordnete Kamera (82) zwischen einer Stoßstange (85) des Wechselbrückenfahrzeugs (100) und einer auf dem Wechselbrückenfahrzeug (100) in dem Heckbereich (81) angeordneten Führungsrolle (104) angeordnet ist.
Wechselbrückenfahrzeug nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem zu dem Kabinenbereich benachbarten Bereich (83) angeordnete Kamera (84) an einem Endanschlag des Wechselbrückenfahrzeugs (100) angeordnet ist.
Wechselbrückenfahrzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kameras (82, 84) bezüglich eines Fahrzeugkoordinatensystems (FKS) kalibriert sind, wobei eine jeweilige Kameraposition (KP) und eine jeweilige Kameraausrichtung (KA) in dem Fahrzeugkoordinatensystem (FKS) bestimmt sind.