DE102019123783A1

DE102019123783A1 - Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens eines sich autonom bewegenden Roboters

Info

Publication number: DE102019123783A1
Application number: DE102019123783.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heitzmann; Romain Demarets; Benoit Guillermain
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11
Also published as: WO2021043667A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens eines sich autonom bewegenden, selbstfahrenden Roboters (10) von einem Ausgangspunkt (A) durch eine quirlige Fußgängerumgebung zu einem Ziel (B), durch Auswählen und Folgen eines oder mehrerer bestimmter Führungs-Fußgänger (12a, 12b), umfassend die folgenden Schritte:Detektieren einer Umgebung, durch ein Sensorsystem des Roboters (10), und Bestimmen eines oder mehrerer Führungs-Fußgänger (12a, 12b), durch ein Rechensystem;Folgen des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b), wobei dies entlang einer Trajektorie (T) geschieht, wobei die Trajektorie (T) durch das Rechensystem bestimmt wird, und wobei die Trajektorie (T) auf den Bewegungsablauf des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b) ausgerichtet ist;Detektieren der Umgebung, durch das Sensorsystem, während es dem einen oder den mehreren Fußgängern (12a, 12b) folgt, und Bestimmen eines oder mehrerer sich bewegender Hindernisse (14a, 14b) durch das Rechensystem;Bestimmen der Bewegungsparameter des Roboters (10) durch das Rechensystem, so dass ein oder mehrere Führungs-Fußgänger (12a, 12b), wenn möglich, zwischen dem Roboter (10) und einem oder mehreren sich bewegenden Hindernissen (14a, 14b) angeordnet sind, um eine Kollision mit dem einen oder den mehreren sich bewegenden Hindernissen (14a, 14b) zu vermeiden.Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einRoboterbewegungsunterstützungssystem, das Mittel zum Ausführen der Schritte des Verfahrens, einen Roboter (10) unter Verwendung desRoboterbewegungsunterstützungssystems, ein Computerprogramm mit Anweisungen, die, wenn das Programm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen, ein Datenträgersignal, das das Computerprogramm sendet, ein computerlesbares Medium mit Anweisungen, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens eines sich autonom bewegenden, selbstfahrenden Roboters, von einem Startpunkt durch eine quirlige Fußgängerumgebung bis hin zu einem Ziel, durch Auswählen und Folgen eines oder mehrerer bestimmter Führungs-Fußgänger.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Roboterbewegungsunterstützungssystem, das Mittel zum Ausführen der Schritte des Verfahrens umfasst.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Roboter mit dem Roboterbewegungsunterstützungssystem.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Verfahrens auszuführen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Datenträgersignal, das das Computerprogramm überträgt.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, Schritte des Verfahrens auszuführen.
Roboter als Fahrzeuge, die in einer Serviceumgebung arbeiten, müssen oft autonom in engen Räumen arbeiten, ohne mit Fußgängern zu kollidieren. Ein mobiler Roboter, der eine vordefinierte Trajektorie durch eine quirlige Fußgängerumgebung navigiert, kann den Verkehrsfluss von Fußgängern stark beeinträchtigen und zu Kollisionen mit Fußgängern führen. Umgekehrt wird ein mobiler Roboter, der durch eine quirlige Fußgängerumgebung navigiert, indem er umliegende Fußgänger vermeidet, es schwierig, wenn nicht gar unmöglich finden, erfolgreich zu einem gewünschten Endpunkt zu navigieren. So kann beispielsweise ein mobiler Roboter, der herkömmliche Algorithmen zur Kollisionsvermeidung einsetzt, möglicherweise keinen kollisionsfreien Weg identifizieren, da Wechselwirkungen zwischen Fußgängern zu einer hochdynamischen Fußgängerumgebung führen. In einigen Beispielen gehen herkömmliche Kollisionsvermeidungsalgorithmen ungenau davon aus, dass sich einzelne Fußgänger mit konstanter Geschwindigkeit bewegen. Eine unsachgemäße Navigation eines mobilen Roboters durch eine quirlige Fußgängerumgebung kann zu einer gefährlichen Situation führen, da der mobile Roboter in unmittelbarer Nähe zum Menschen arbeitet. Besonders problematisch ist es, wenn der mobile Roboter schwere Nutzlasten trägt und zu hohen Beschleunigungsmanövern fähig ist.
Ein Verfahren und ein Roboterbewegungsunterstützungssystem des vorgenannten Typs sind beispielsweise aus dem US-Dokument US 2018/0129217 A1 bekannt. Dieses Offenlegungsdokument legt ein Verfahren und ein System zur Navigation eines mobilen Roboters durch eine quirlige Fußgängerumgebung offen, indem ein bestimmter Führungs-Fußgänger ausgewählt und verfolgt wird Einerseits weist ein Navigationsmodell einen mobilen Roboter an, einem Führungs-Fußgänger zu folgen, basierend auf der Position und Geschwindigkeit der nahen Fußgänger und der aktuellen und gewünschten Position des mobilen Roboters in der Serviceumgebung. Der mobile Roboter fährt zum gewünschten Ziel, indem er dem ausgewählten Führungs-Fußgänger folgt. Durch wiederholtes Abtasten der Positionen und Geschwindigkeiten von Fußgängern in der Nähe und der aktuellen Position leitet das Navigationsmodell den mobilen Roboter zum Endpunkt. In einigen Beispielen wählt und folgt der mobile Roboter eine Folge von verschiedenen Fußgängern, um zum gewünschten Endpunkt zu navigieren. Andererseits bestimmt das Navigationsmodell, ob das Folgen eines bestimmten Führungs-Fußgängers zu einer Kollision mit einem anderen Fußgänger führt. Wenn ja, wählt das Navigationsmodell einen anderen Führungs-Fußgänger aus, dem es folgen soll. Gemäß diesem Offenlegungsdokument liegt der Schwerpunkt daher darauf, dass der Roboter einem Führungs-Fußgänger von hinten folgt. Insbesondere wird in den Absätzen [0067] und [0068] offenbart, dass der Roboter in einem Abstand hinter dem ersten Führungs-Fußgänger folgt. Die Situation einer Straßenkreuzung ist hier problematisch. Ein Führungs-Fußgänger kann mit seiner Intuition eine Situation so beurteilen, dass er nicht von einem Fahrzeug angefahren wird, das auf der Straße fährt. Ein Roboter hingegen ist der Gefahr ausgesetzt, von einem Fahrzeug getroffen zu werden, wenn er dem Führungs-Fußgänger folgt, der die Straße überquert. Ein Grund dafür ist, dass der Fußgänger die Straßenüberquerung für sich selbst sicher gestaltet, aber nicht für einen ihm folgenden Roboter.
Im Allgemeinen können einige Situationen für den Roboter knifflig sein, z.B. das Bewegen in einer dichten, quirligen Umgebung oder sogar das Überqueren eines Fußgängerüberwegs.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens eines sich autonom bewegenden, selbstfahrenden Roboters, ein Roboterbewegungsunterstützungssystem, einen Roboter, ein Computerprogramm, ein Datenträgersignal und ein computerlesbares Medium anzugeben, die den Roboter sicher durch eine quirlige Fußgängerumgebung führen und den Roboter sicher über eine quirlige Straße führen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Insbesondere bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens eines sich autonom bewegenden, selbstfahrenden Roboters, von einem Startpunkt durch eine quirlige Fußgängerumgebung zu einem Ziel, durch Auswählen und Folgen eines oder mehrerer bestimmter Führungs-Fußgänger, umfassend die folgenden Schritte des Roboters:

Detektieren einer Umgebung, durch ein Sensorsystem des Roboters, und Bestimmen eines oder mehrerer Führungs-Fußgänger, durch ein Rechensystem;
Folgen des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger, wobei dies entlang einer Trajektorie geschieht, wobei die Trajektorie durch das Rechensystem bestimmt wird, und wobei die Trajektorie (T) auf den Bewegungsablauf des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger ausgerichtet ist;
Detektieren der Umgebung, durch das Sensorsystem, während des Folgens des einen oder der mehreren Fußgänger, und Bestimmen eines oder mehrerer sich bewegender Hindernisse durch das Rechensystem;
Bestimmen der Bewegungsparameter des Roboters, durch das Rechensystem, so dass sich, wenn möglich, ein oder mehrere Führungs-Fußgängerzwischen dem Roboter und einem oder mehreren sich bewegenden Hindernissen befinden, um eine Kollision mit dem einen oder den mehreren sich bewegenden Hindernissen zu vermeiden. Vorzugsweise wird der letzte Schritt des erfinderischen Verfahrens im Roboter durchgeführt.
Je nach Ausführungsform kann der Roboter über ein Navigations- und/oder ein Kommunikationssystem verfügen.

Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Roboterbewegungsunterstützungssystem vor, das Mittel zum Ausführen der Schritte des Verfahrens umfasst.
Die vorliegende Erfindung sieht auch einen Roboter vor, der das Roboterbewegungsunterstützungssystem umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Computerprogramm mit Anweisungen bereit, die, wenn das Programm von einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Ein Computerprogramm ist eine Sammlung von Anweisungen zur Ausführung einer bestimmten Aufgabe, die dazu bestimmt ist, eine bestimmte Klasse von Problemen zu lösen. Die Anweisungen eines Programms sind so konzipiert, dass sie von einem Computer ausgeführt werden können, und es ist erforderlich, dass ein Computer Programme ausführen kann, damit er funktioniert.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Datenträgersignal zur Verfügung, das das Computerprogramm überträgt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein computerlesbares Medium dar, das Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen.
Die Grundidee der Erfindung ist es, einen Menschen oder ein Objekt, mit einer derzeit gleichen Bewegungsrichtung, wie einen Schild zu benutzen, um sich in einer quirligen oder gefährlichen Umgebung leicht zu bewegen. Auf diese Weise vermeidet der Roboter, von einem anderen Fußgänger und/oder Verkehrsteilnehmer, wie beispielsweise einem Fahrzeug, angefahren zu werden. Dies ermöglicht es dem Roboter auch, sich während der Bewegung an der Seite eines Fußgängers zu bewegen. Zu diesem Zweck ist zumindest davon auszugehen, dass sich der Roboter von einem Startpunkt zu einem Ziel bewegt und dass der Roboter über mindestens ein Sensorsystem verfügt, das dazu ausgebildet ist, andere Fußgänger und Fahrzeuge zu erfassen. Die von diesem Sensorsystem erfassten Umgebungsdaten werden in einer Recheneinheit verarbeitet und eine Trajektorie berechnet, sodass sich der Roboter entsprechend weiterbewegt. Die Idee ist nicht, dass die Fußgänger, die als Schutzschild dienen, zuerst verletzt würden, sondern dass ihre Intuition sie nicht in eine Situation bringen würde, die eine unerwünschte Kollision verursachen würde. Im Sinne der jeweils sichersten Lösung definiert der Führungs-Fußgänger somit entweder eine Trajektorie vor oder dient z.B. beim Überqueren einer Straße als seitliches Zwischenobjekt zwischen dem Roboter und einem vermeintlichen Hindernis. Mit anderen Worten, der Roboter fährt so weiter, dass sich der Führungs-Fußgänger zwischen dem Roboter und dem vermeintlichen Hindernis befindet. Daher besteht der Schutz des Roboters nicht darin, dass er nicht übersehen wird, sondern darin dass der eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger nicht übersehen werden.
Vorzugsweise ist der Roboter ein Auslieferungsroboter, z.B. für Möbel oder Lebensmittel. Lieferroboter, d.h. ein sich autonom bewegender, selbstfahrender Wagen, der eine Ladung zu einem Kunden transportiert. Allerdings haben auch andere Roboter, die in den Anwendungsbereich dieser Erfindung fallen, eine Vielzahl von Verkehrssituationen zu bewältigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Falle eines oder mehrerer sich bewegender Hindernisse, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der entlang zu bewegenden Trajektorie nähern, die Bewegungsparameter des Roboters so angepasst werden, dass sich ein oder mehrere Führungs-Fußgänger seitlich zum Roboter befinden. Die seitliche Anordnung der einen oder mehreren Führungs-Fußgänger ist beispielsweise beim Überqueren einer Straße sehr hilfreich. Ein mögliches Szenario ist, dass ein Roboter einen quirligen, also stark frequentierten, Zebrastreifen überqueren soll. Ein sich bewegendes Fahrzeug, das sich dem Zebrastreifen nähert, wäre also ein sich bewegendes Hindernis. Da Zebrastreifen in der Regel senkrecht zu einer Straße verlaufen, nähert sich das fahrende Fahrzeug im Wesentlichen senkrecht zur Trajektorie des Roboters. Im Wesentlichen vertikal bedeutet dies, dass sich bald zwei Trajektorien kreuzen werden, nämlich die des Roboters und die von mindestens einem sich bewegenden Hindernis. Während der eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger den Zebrastreifen sicher überqueren, ist es wichtig, dass der Roboter nicht übersehen wird. Der eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger können in einer solchen Situation als Seitenschutz verwendet werden. Daher ist der Schutz des Roboters nicht, dass er nicht übersehen wird, sondern dass der eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger nicht übersehen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass nur ein Führungs-Fußgänger bestimmt und vom Roboter verfolgt wird. Dies hält die notwendigen Rechenkapazitäten gering. Es ist davon auszugehen, dass ein Fußgänger immer einen Weg wählt, der ihm nicht schadet. So kann der Roboter mit nur einem Führungs-Fußgänger eigene Bewegungsparameter einstellen, die von dieser Grundannahme bezüglich des Führungs-Fußgängers profitieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei mindestens zwei Führungs-Fußgängern die Bewegungsparameter des Roboters derart angepasst werden, dass sich der Roboter zwischen den mindestens zwei Führungs-Fußgängern bewegt. Es hat sich herausgestellt, dass eine solche Anordnung eine Kollisionsvermeidung des Roboters in Bezug auf andere sich bewegende Hindernisse ermöglicht. So kann in der Situation der Überquerung einer zweispurigen Straße, insbesondere einer Zebrastreifenstraße, das Risiko einer Kollision zwischen einem Fahrzeug und dem Roboter reduziert werden, wenn die beiden Fußgänger seitlich zum Roboter gehen, so dass kein Fahrzeug physisch in der Lage ist, den Roboter zu treffen, ohne dass ein Fußgänger getroffen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bewegungsparameter mindestens die Trajektorie und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters umfassen. Es hat sich herausgestellt, dass dies die zu berücksichtigenden Parameter sind, um eine sichere Bewegung des Roboters mit geringer Rechenleistung zu gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger, wenn möglich, kontinuierlich beibehalten werden. Das bedeutet, dass kein anderer Führungs-Fußgänger ausgewählt wird, wenn beispielsweise eine zukünftige Kollision mit einem anderen Fußgänger droht. Stattdessen besteht die Lösung des Roboters darin, sich geschickt so zu positionieren, dass der Führungs-Fußgänger zwischen dem Roboter und dem anderen Fußgänger positioniert ist. Dies ist z.B. dann eine sinnvolle Lösung, wenn der Fußgänger den Roboter mitnehmen möchte. Ein mögliches Szenario dafür könnte sein, dass der Fußgänger ein schweres Möbelstück gekauft hat, das der Roboter vom Möbelhaus zu seinem Zuhause transportieren muss. Bisherige Strategien mit wechselnden Fußgängern haben einen solchen Roboter bisher überfordert. So kann sich der Roboter auch in dicht gedrängten Umgebungen bewegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein oder mehrere andere Führungs-Fußgänger dynamisch ermittelt werden. Während beispielsweise ein Führungs-Fußgänger statisch gehalten wird, hat der zweite Führungs-Fußgänger den Vorteil, dass die Bewegungsparameter des Roboters an die sich ständig verändernde Situation seiner Umgebung angepasst werden. Der statische Führungs-Fußgänger kann beispielsweise eine Person sein, der der Roboter zu einem definierten Ziel folgen soll. Der dynamisch bestimmte Führungs-Fußgänger wird optional verwendet, um das Kollisionsrisiko in einer quirligen Umgebung zu reduzieren, da der Roboter mit zwei Führungs-Fußgängern rechnen kann. Es ist auch möglich, dass kein Führungs-Fußgänger statisch bestimmt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die einen oder mehreren Führungs-Fußgänger nur dann durch einen oder mehrere andere Führungs-Fußgänger ersetzt werden, wenn dies ausdrücklich angeordnet ist und/oder wenn der vorhergehende eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger vom Sensorsystem nicht mehr erkannt beziehungsweise detektiert werden können. Der Austausch kann z.B. durchgeführt werden, um eine bewusste Übergabe des Roboters durchzuführen. Wenn beispielsweise der Roboter seine Lieferung abgeschlossen hat, kann der nächste Führungs-Fußgänger den Roboter zurück zu seiner Basisstation führen. Das Ersetzen eines Führungs-Fußgängers, wenn er vom Sensorsystem nicht mehr erkannt wird, soll verhindern, dass der Roboter ziellos wandert oder stoppt, wenn sein eigentlicher Führungs-Fußgänger in einer quirligen Umgebung plötzlich verloren geht. Je nach Ausführungsform kann der Roboter über ein Navigationssystem verfügen. So kann der Roboter versuchen, das Ziel über eine solche Rückfallebene dennoch zu erreichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sensorsystem mindestens eine Kamera, vorzugsweise eine Frontkamera und/oder eine Surround-Sichtkamera, umfasst. Eine Frontkamera hat den Vorteil, dass sie kostengünstig ist und eine zuverlässige Erkennung des Bewegungsbereichs ermöglicht. Eine Surround-View-Kamera hat den Vorteil, dass sie eine zuverlässige Erkennung rund um den Roboter ermöglicht. Darüber hinaus ermöglicht sie eine bessere Vorhersage der nahen Umgebung in Echtzeit, so dass die Bewegungsparameter in hoher Qualität an sie angepasst werden können. Eine solche Situation kann eintreten, wenn sich ein Hindernis mit hoher Geschwindigkeit von hinten links oder rechts nähert und die ursprünglich geplante Trajektorie des Roboters kollisionsgefährdend durchquert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rechensystem eine vom Roboter physikalisch unabhängige Recheneinheit zum Bestimmen des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger umfasst. Eine separate Recheneinheit hat den Vorteil, dass die Rechenschritte nicht im Roboter durchgeführt werden müssen. Das spart Rechenleistung und damit Energie. Gerade bei schwer beladenen Robotern ist es nachteilig, wenn sie aufgrund von Energiemangel unterwegs stehen bleiben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Recheneinheit von einer mobilen Vorrichtung umfasst ist. Eine mobile Vorrichtung ist z.B. ein Smartphone. Diese kann z.B. von einem Führungs-Fußgänger bedient werden. Es kann auch möglich sein, dass der Führungs-Fußgänger das Ziel angibt oder ändert. Der Vorteil gegenüber einer Steuerung am Roboter besteht darin, dass die mobile Vorrichtung vorzugsweise beim Gehen eingestellt werden kann. Im Gegensatz dazu müsste eine Eingabe am Roboter im Stillstand erfolgen. Dies ist zeitaufwendig und damit nachteilig. So kann beispielsweise eine erforderliche Bestimmung des Führungs-Fußgängers auch in Echtzeit auf einem Bildschirm der mobilen Vorrichtung durchgeführt werden. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Bestimmungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Führungs-Fußgänger ein Mensch und/oder ein sich bewegendes Objekt ist. So kann es sein, dass ein menschlicher Führungs-Fußgänger ein Führungsobjekt mit sich führt, das vom Roboter erkannt und verfolgt wird. Es ist auch möglich, dass ein anderer Roboter als Führungs-Fußgänger dient. Der Roboter kann daher auf vielfältige Weise eingesetzt werden, was seine Wirtschaftlichkeit erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Roboter die Bewegungsparameter des einen oder der mehreren bestimmten Führungs-Fußgänger und/oder des einen oder der mehreren sich bewegenden Hindernisse schätzt, so dass sich der Roboter vorausschauend derart positionieren kann, dass er mit hoher Wahrscheinlichkeit den einen oder die mehreren bestimmten Führungs-Fußgänger zwischen sich und dem einen oder den mehreren sich bewegenden Hindernissen positioniert hat. Diese Vorhersage reduziert das Problem, dass Roboter anhalten müssen, wenn sich bewegende Hindernisse ihre Trajektorie kollisionsgefährdet kreuzen. Dies erhöht die Effizienz und Akzeptanz von Robotern, da sich andere Fußgänger von Robotern nicht belästigt oder bedroht fühlen. Die Auswahl der Parameter für die Datenvorhersage kann individuell eingestellt werden. So können Entfernung, Anzahl der Schritte und/oder Geschwindigkeiten berücksichtigt werden. Beispiele für mathematische Methoden sind Approximations-, Extrapolations- und/oder andere Prognoseverfahren. Eine Approximation ist alles, was bewusst ähnlich, aber nicht genau gleich mit etwas anderem ist. In vielen Fällen basiert ein numerisches Verfahren auf der Idee, eine komplizierte und oft nur implizit bekannte Funktion mit einer einfach zu bedienenden Funktion zu approximieren. Die Approximationstheorie ist daher ein integraler Bestandteil der modernen angewandten Mathematik. Es bietet eine theoretische Grundlage für viele neue und etablierte computerbasierte Lösungsmethoden. Die Extrapolation ist der Prozess des Schätzens des Wertes einer Variablen über den ursprünglichen Beobachtungsbereich hinaus auf der Grundlage ihrer Beziehung zu einer anderen Variablen. Es ist ähnlich wie bei der Interpolation, die Schätzungen zwischen bekannten Beobachtungen liefert, aber die Extrapolation unterliegt einer größeren Unsicherheit und einem höheren Risiko, bedeutungslose Ergebnisse zu erzielen. Die Extrapolation kann auch eine Erweiterung einer Methode bedeuten, vorausgesetzt, dass ähnliche Methoden anwendbar sind. Die Extrapolation kann sich auch auf die menschliche Erfahrung beziehen, um bekannte Erfahrungen in ein Gebiet zu projizieren, zu erweitern oder zu vergrößern, das nicht bekannt oder vorher erfahrungsgemäß ist, um zu einer, in der Regel mutmaßlichen, Kenntnis des Unbekannten zu gelangen, z.B. extrapoliert ein Fahrer Straßenverhältnisse außerhalb seiner Sichtweite während der Fahrt. Auch andere Prognosemethoden sind anwendbar.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert. Einzelne Merkmale, die in den Ausführungsformen offenbart sind, können allein oder in Kombination einen Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellen. Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können von einer Ausführungsform auf eine andere Ausführungsform übertragen werden.
In den Zeichnungen:

1 zeigt eine schematische Draufsicht einer quirligen Fußgängerumgebung, wobei sich ein Roboter mit einem Strom von Fußgängern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bewegt; und
2 zeigt eine schematische Draufsicht einer quirligen Fußgängerumgebung, wobei ein Roboter eine Straße gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kreuzt.

Die 1 und 2 zeigen einen Roboter 10 mit einem Roboterbewegungsunterstützungssystem. Die Abbildungen zeigen den Roboter 10 in zwei verschiedenen Situationen bei einem der Erfindung entsprechenden Verfahren. Dies führt dazu, dass der Roboter 10 konfiguriert werden kann, um die Schritte des Verfahrens nach beiden Figuren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auszuführen. Außerdem kann der Roboter 10 konfiguriert werden, um die Schritte des Verfahrens gemäß 1 gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auszuführen oder um die Schritte des Verfahrens gemäß 2 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auszuführen.
Im Allgemeinen führt der Roboter 10 gemäß beiden Figuren ein Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens des Roboters 10 aus, der ein autonom sich bewegender selbstfahrender Roboter 10 ist, von einem Startpunkt A durch eine quirlige Fußgängerumgebung zu einem Ziel B, durch Auswählen und Folgen eines oder mehrerer bestimmter Führungs-Fußgänger 12a, 12b, umfassend die folgenden Schritte des Roboters 10:

Detektieren einer Umgebung durch ein Sensorsystem des Roboters 10 und Bestimmen eines oder mehrerer Führungs-Fußgänger 12a, 12b durch ein Rechensystem;
Folgen des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger 12a, 12b, wobei dies entlang einer Trajektorie T geschieht, wobei die Trajektorie T durch das Rechensystem bestimmt wird, und wobei die Trajektorie T auf den Bewegungsablauf des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger 12a, 12b ausgerichtet ist;
Detektieren der Umgebung, durch das Sensorsystem, während des Folgens des einen oder der mehreren Fußgänger 12a, 12b, und Bestimmen eines oder mehrerer sich bewegender Hindernisse 14a, 14b durch das Rechensystem;
Bestimmen der Bewegungsparameter des Roboters 10 durch das Rechensystem, so dass sich ein oder mehrere Führungs-Fußgänger 12a, 12b, wenn möglich, zwischen dem Roboter 10 und einem oder mehreren sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b befinden, um eine Kollision mit einem oder mehreren sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b zu vermeiden.

Die und zeigen die Situation in unterschiedlicher Art. 1 zeigt den gleichen Führungs-Fußgänger 12a und den gleichen Roboter 10 in zwei verschiedenen Zuständen, wobei sie sich entlang der Trajektorie T bewegen. Aus diesem Grund sind der Roboter 10 und der Führungs-Fußgänger 12a zweimal dargestellt. zeigt den Roboter 10 und seine Führungs-Fußgänger 12a, 12b in nur einem Moment. Aus diesem Grund werden der Roboter 10 und die Führungs-Fußgänger 12a, 12b nur einmal dargestellt.
Gemäß 1 führt der Roboter 10 das Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens des Roboters 10 aus, der ein autonom sich bewegender selbstfahrender Roboter 10 ist, vom Startpunkt A durch die quirlige Fußgängerumgebung bis zum Ziel B, indem er einen bestimmten Führungs-Fußgänger 12a auswählt und ihm folgt, umfassend die folgenden Schritte des Roboters 10: Detektieren der Umgebung, durch das Sensorsystem des Roboters 10 und Bestimmen der einen Führung für Fußgänger 12a durch das Rechensystem; Folgen des einen Führungs-Fußgängers 12a, wobei dies entlang der Trajektorie T geschieht, wobei die Trajektorie T durch das Rechensystem bestimmt wird, und wobei die Trajektorie T auf den Bewegungsablauf des einen Führungs-Fußgängers 12a ausgerichtet ist;
Detektieren der Umgebung durch das Sensorsystem, während es einem oder mehreren Führungs-Fußgängern 12a, 12b folgt, und Bestimmen einer Vielzahl von sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b, die andere Fußgänger sind, durch das Rechensystem;
Bestimmen der Bewegungsparameter des Roboters 10 durch das Rechensystem, so dass sich der eine Führungs-Fußgänger 12a nach Möglichkeit zwischen dem Roboter 10 und der Vielzahl von sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b befindet, um eine Kollision mit den sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b zu vermeiden.
zeigt andere Fußgänger, als den Führungs-Fußgänger 12a, die sich bewegende Hindernisse 14a, 14b sind. Dies ist ein nicht einschränkendes Beispiel für die Bewegung von Hindernissen 14a, 14b.
Gemäß 1 wird nur ein Führungs-Fußgänger 12a bestimmt und vom Roboter 10 verfolgt. Das bedeutet, dass sich der Roboter 10 so bewegen kann, dass der eine Führungs-Fußgänger 12a ein Schild für den Roboter 10 in Bezug auf die sich bewegenden Hindernisse 14a, 14b ist. So kann sich beispielsweise der Roboter 10, ohne dass dies dargestellt ist, seitlich zur einen Führung Fußgänger 12a bewegen. Die Erfindung ist also nicht auf einen Roboter 10 beschränkt, der in einem Abstand hinter dem Führungs-Fußgänger 12a folgt. Es hat sich gezeigt, dass die Flexibilität hinsichtlich des Mitfahrens mit dem mindestens einen Führungs-Fußgänger 12a den Schutz des Roboters 10 maximiert und ihn von Kollisionen fernhält.
Weiterhin wird der eine Führungs-Fußgänger 12a von 1 kontinuierlich beibehalten, wobei der Führungs-Fußgänger 12a ein Mensch ist.
Gemäß 1 ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Roboter 10 die Bewegungsparameter des einen bestimmten Führungs-Fußgängers 12a und der sich bewegenden Hindernisse 14a, 14b schätzt, so dass sich der Roboter 10 vorausschauend so positionieren kann, dass er mit hoher Wahrscheinlichkeit die Führungs-Fußgänger 12a, 12b zwischen sich und den sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b positioniert hat.
Die Bewegung des Roboters 10, insbesondere die Bewegung entlang einer quirligen Fußgängerzone, kann auch mit mehr als einem Führungs-Fußgänger 12a ausgeführt werden, zum Beispiel mit zwei Führungs-Fußgängern 12a, 12b.
Gemäß 2 führt der Roboter 10 das Verfahren zum Steuern des Bewegungsverhaltens des Roboters 10 aus, der ein autonom sich bewegender selbstfahrender Roboter 10 ist, vom Startpunkt A durch eine quirlige Fußgängerumgebung zu einem Ziel B, durch Auswählen und Folgen von zwei speziellen Führungs-Fußgängern 12a, 12b, umfassend die folgenden Schritte des Roboters 10:

Detektieren der Umgebung durch das Sensorsystem des Roboters 10 und Bestimmen der beiden Führungs-Fußgänger 12a, 12b durch das Rechensystem;
Nach den beiden Führungs-Fußgängern 12a, 12b, wobei dies entlang der Trajektorie T geschieht, wobei die Trajektorie T durch das Rechensystem bestimmt wird, und wobei die Trajektorie T auf den Bewegungsablauf der beiden Führungs-Fußgänger 12a, 12b ausgerichtet ist;
Detektieren der Umgebung durch das Sensorsystem, während es den beiden Führungs-Fußgängern 12a, 12b folgt, und Bestimmen einer Vielzahl von sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b, die andere Fußgänger und Fahrzeuge sind, durch das Rechensystem;
Bestimmen der Bewegungsparameter des Roboters 10 durch das Rechensystem, so dass sich die beiden Führungs-Fußgänger 12a, 12b möglichst zwischen dem Roboter 10 und, wie in 2 dargestellt, beispielsweise zwei Fahrzeugen befinden, die die sich bewegenden Hindernisse 14a, 14b sind, um eine Kollision mit den beiden sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b zu vermeiden.

zeigt andere Fußgänger als die beiden Führungs-Fußgänger 12a, 12b und Fahrzeuge als sich bewegende Hindernisse 14a, 14b. In diesem Beispiel sind zwei Fahrzeuge als sich bewegende Hindernisse 14a, 14b dargestellt. Ziel des Roboters 10 ist es, eine Kollision mit diesen beiden Fahrzeugen als sich bewegende Hindernisse 14a, 14b zu vermeiden, während der Roboter 10 den Zebrastreifen überquert. Dazu verwendet der Roboter 10 einen der Führungs-Fußgänger 12a als Schild gemäß dem unten gezeigten Fahrzeug als erstes sich bewegendes Hindernis 14a und den anderen Führungs-Fußgänger 12b als Schild gemäß dem oben gezeigten Fahrzeug als zweites sich bewegendes Hindernis 14b. Dies ist ein nicht einschränkendes Beispiel für die Bewegung von Hindernissen 14a, 14b.
Die beiden Fahrzeuge nähern sich als sich bewegende Hindernisse 14a, 14b im Wesentlichen senkrecht zu der entlang zu bewegenden Trajektorie T. Aus diesem Grund werden die Bewegungsparameter des Roboters 10 so angepasst, dass sich die beiden Führungs-Fußgänger 12a, 12b seitlich zum Roboter 10 befinden.
Gemäß sind, bezogen auf das Beispiel mit den beiden Führungs-Fußgängern 12a, 12b, die Bewegungsparameter des Roboters 10 so angepasst, dass sich der Roboter 10 zwischen den beiden Führungs-Fußgängern 12a, 12b bewegt. Auf diese Weise bewegen sich der Roboter 10 und seine beiden Fußgänger 12a, 12b in einer Reihe. Zum besseren Verständnis kann beispielsweise eine projizierte Linie vom ersten sich bewegenden Hindernis 14a, durch den ersten Führungs-Fußgänger 12a, durch den Roboter 10, durch den zweiten Führungs-Fußgänger 12b bis zum zweiten sich bewegenden Hindernis 14b gezogen werden. Diese projizierte Linie ist nur eine fiktive Linie und nicht in 2 gezeichnet.
Weiterhin werden die beiden Führungs-Fußgänger 12a, 12b von 2 kontinuierlich beibehalten, wobei jeder Führungs-Fußgänger 12a, 12b ein Mensch ist.
Gemäß 2 ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Roboter 10 die Bewegungsparameter der beiden speziellen Führungs-Fußgänger 12a, 12b und der sich bewegenden Hindernisse 14a, 14b schätzt, so dass sich der Roboter 10 vorausschauend so positionieren kann, dass er mit hoher Wahrscheinlichkeit die beiden Führungs-Fußgänger 12a, 12b zwischen sich und einem oder mehreren sich bewegenden Hindernissen 14a, 14b positioniert hat.
Die Bewegung des Roboters 10, insbesondere die Überquerung des quirligen Zebrastreifens, kann auch mit nur einem Führungs-Fußgänger 12a ausgeführt werden.
In beiden Figuren umfassen die Bewegungsparameter mindestens die Trajektorie T und die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters 10.
Es ist auch möglich, aber in keiner Abbildung dargestellt, dass ein oder mehrere andere Führungs-Fußgänger 12a, 12b dynamisch durch das Rechensystem bestimmt werden.
Vorzugsweise werden die einen oder mehreren Führungs-Fußgänger 12a, 12b nur dann durch einen oder mehrere andere Führungs-Fußgänger 12a, 12b ersetzt, wenn dies ausdrücklich angewiesen ist und/oder wenn die vorhergehenden einen oder mehrere Führungs-Fußgänger 12a, 12b vom Sensorsystem nicht mehr erkennbar sind. Dies ist in 1 oder 2 nicht der Fall.
Vorzugsweise, aber nicht im Detail dargestellt, umfasst das Sensorsystem mindestens eine Kamera, vorzugsweise eine Frontkamera und/oder eine Surround-Sichtkamera.
Weiter vorzugsweise, aber nicht im Detail dargestellt, umfasst das Rechensystem eine vom Roboter 10 physikalisch unabhängige Recheneinheit zum Bestimmen der einen oder mehreren Führungs-Fußgänger 12a, 12b. So besteht beispielsweise die Recheneinheit aus einer mobilen Vorrichtung.
Die Merkmale gemäß 2 beschränken sich nicht nur auf die Überquerung eines Zebrastreifens, sondern beispielsweise auch auf die Überquerung verschiedener Straßen.
Bezugszeichenliste

10: Roboter
12a,b: ein oder mehrere Führungs-Fußgänger
14a,b: ein oder mehrere sich bewegende Hindernisse
A: Startpunkt
B: Ziel
T: Trajektorie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2018/0129217 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Bewegungsverhaltens eines sich autonom bewegenden, selbstfahrenden Roboters (10), von einem Startpunkt (A) durch eine quirlige Fußgängerumgebung zu einem Ziel (B), durch Auswählen und Folgen eines oder mehrerer bestimmter Führungs-Fußgänger (12a, 12b), umfassend die folgenden Schritte des Roboters (10): - Detektieren einer Umgebung, durch ein Sensorsystem des Roboters (10), und Bestimmen eines oder mehrerer Führungs-Fußgänger (12a, 12b), durch ein Rechensystem; - Folgen des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b), wobei dies entlang einer Trajektorie (T) geschieht, wobei die Trajektorie (T) durch das Rechensystem bestimmt wird, und wobei die Trajektorie (T) auf den Bewegungsablauf des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b) ausgerichtet ist; gekennzeichnet durch - Detektieren der Umgebung, durch das Sensorsystem, während des Folgens des einen oder der mehreren Fußgänger (12a, 12b), und Bestimmen eines oder mehrerer sich bewegender Hindernisse (14a, 14b) durch das Rechensystem; - Bestimmen der Bewegungsparameter des Roboters (10), durch das Rechensystem, so dass ein oder mehrere Führungs-Fußgänger (12a, 12b), wenn möglich, zwischen dem Roboter (10) und einem oder mehreren sich bewegenden Hindernissen (14a, 14b) angeordnet sind, um eine Kollision mit dem einen oder den mehreren sich bewegenden Hindernissen (14a, 14b) zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines oder mehrerer sich bewegender Hindernisse (14a, 14b), die sich im Wesentlichen senkrecht zu der entlang zu bewegenden Trajektorie (T) nähern, die Bewegungsparameter des Roboters (10) so angepasst werden, dass sich ein oder mehrere Führungs-Fußgänger (12a, 12b) seitlich zum Roboter (10) befinden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Führungs-Fußgänger (12a) bestimmt und vom Roboter (10) verfolgt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei Führungs-Fußgängern (12a, 12b) die Bewegungsparameter des Roboters (10) derart angepasst werden, dass sich der Roboter (10) zwischen den mindestens zwei Führungs-Fußgängern (12a, 12b) bewegt.
Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsparameter mindestens die Trajektorie (T) und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters (10) umfassen.
Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b), wenn möglich, kontinuierlich beibehalten werden.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere andere Führungs-Fußgänger (12a, 12b) dynamisch bestimmt werden.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die einen oder mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b) nur dann durch einen oder mehrere andere Führungs-Fußgänger (12a, 12b) ersetzt werden, wenn dies ausdrücklich angeordnet ist und/oder wenn der vorhergehende eine oder die mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b) vom Sensorsystem nicht mehr detektierbar sind.
Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem mindestens eine Kamera, vorzugsweise eine Frontkamera und/oder eine Surround-Sichtkamera, umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechensystem eine physikalisch vom Roboter (10) unabhängige Recheneinheit zum Bestimmen des einen oder der mehreren Führungs-Fußgänger (12a, 12b) umfasst.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit von einer mobilen Vorrichtung umfasst ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Führungs-Fußgänger (12a, 12b) ein Mensch und/oder ein sich bewegendes Objekt ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (10) die Bewegungsparameter des einen oder der mehreren bestimmten Führungs-Fußgänger (12a, 12b) und/oder des einen oder der mehreren sich bewegenden Hindernisse (14a, 14b) schätzt, so dass sich der Roboter (10) vorausschauend derart positionieren kann, dass er mit hoher Wahrscheinlichkeit den einen oder die mehreren bestimmten Führungs-Fußgänger (12a, 12b) zwischen sich und dem einen oder den mehreren sich bewegenden Hindernissen (14a, 14b) positioniert hat.
Roboterbewegungsunterstützungssystem mit Mitteln zum Steuern eines Bewegungsverhaltens eines sich autonom bewegenden, selbstfahrenden Roboters (10), von einem Startpunkt (A) durch eine quirlige Fußgängerumgebung zu einem Ziel (B), durch Auswählen und Folgen eines oder mehrerer bestimmter Führungs-Fußgänger (12a, 12b), um Schritte eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Roboter (10) mit einem Roboterbewegungsunterstützungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche auszuführen.
Datenträgersignal, das das Computerprogramm nach dem vorstehenden Anspruch überträgt.
Computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche auszuführen.