DE102019204661A1 - Localization and mapping for an off-road vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Aktualisieren einer Umfeldkarte für ein Offroad-Fahrzeug (50) und/oder zum Lokalisieren des Fahrzeugs (50), umfassend: Einlesen von Sensordaten, die von einer an einer Decke (62) eines vom Fahrzeug (50) befahrbaren Raumes (60) angebrachten Umfeldsensorik (20) beim Erfassen des Raumes (60) erzeugt sind; Einlesen einer vorgespeicherten Umfeldkarte betreffend den Raum (60); und Aktualisieren der Umfeldkarte und/oder Lokalisieren des sich im Raum (60) befindlichen Fahrzeugs (50) basierend auf den Sensordaten.A method for updating a map of the surroundings for an off-road vehicle (50) and / or for locating the vehicle (50), comprising: reading in sensor data from a room (60) on a ceiling (62) of a vehicle (50) attached environment sensors (20) are generated when capturing the room (60); Reading in a pre-stored map of the surroundings relating to the room (60); and updating the surroundings map and / or localizing the vehicle (50) located in the room (60) based on the sensor data.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der autonom beziehungsweise teilautonom fahrenden Offroad-Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal.The present invention relates to the field of autonomously or partially autonomously driving off-road vehicles. In particular, the present invention relates to a device, a method, a computer program product, a computer-readable storage medium and a data carrier signal.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Bei autonom bzw. teilautonom fahrenden Fahrzeugen ist es eine wünschenswerte Funktionalität und zugleich eine Herausforderung für die Umfelderfassung und Fahrzeugsteuerung, das Fahrzeug mit der gebotenen Genauigkeit und Schnelligkeit zu lokalisieren. Dies dient der Navigation des Fahrzeugs. Insbesondere für Offroad-Fahrzeuge, etwa Industrie- und Landfahrzeuge, die geregelten und häufig vordefinierten Routen befahren, können die Transport-, Konstruktions- bzw. landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsprozesse mittels einer genauen und schnellen Fahrzeuglokalisierung sicherer und effizienter gestaltet werden.In the case of autonomous or semi-autonomous vehicles, it is a desirable functionality and at the same time a challenge for the environment detection and vehicle control to localize the vehicle with the required accuracy and speed. This is used to navigate the vehicle. In particular for off-road vehicles, such as industrial and land vehicles, which travel on regulated and often predefined routes, the transport, construction and agricultural management processes can be made safer and more efficient by means of precise and fast vehicle localization.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Kartendatensätze, die für ein bestimmtes Umfeld bzw. Gelände erstellt sind, einzulesen und basierend auf einer Umfelderfassung mittels einer Umfeldsensorik zu aktualisieren. Ein Verfahren zur Aktualisierung eines Kartendatensatzes einer von mobilen Einrichtungen mit Umgebungssensoren befahrenen, begrenzten Umgebung ist beispielsweise aus
Dennoch sind die bekannten Verfahren hinsichtlich der Genauigkeit der Kartenaktualisierung und Fahrzeuglokalisierung beschränkt. Der Erfassungsbereich und -genauigkeit der Umfeldsensorik ist durch die physikalische Beschaffenheit limitiert und kann nur bedingt und mit hohem Kostenaufwand erweitert werden.However, the known methods are limited in terms of the accuracy of the map update and vehicle localization. The detection range and accuracy of the environment sensor system is limited by the physical nature and can only be expanded to a limited extent and at great expense.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine genauere Kartenaktualisierung und Fahrzeuglokalisierung ohne hohen Kostenaufwand zu ermöglichen.The present invention is therefore based on the object of enabling a more precise map update and vehicle localization without high costs.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, ein Verfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal gemäß den unabhängigen Ansprüchen.The object is achieved by a device, a method, a computer program product, a computer-readable storage medium and a data carrier signal according to the independent claims.
Das Vorrichtung zum Aktualisieren einer Umfeldkarte und/oder zum Lokalisieren des Fahrzeugs kann ein Steuergerät oder ein Teil hiervon sein. Das Steuergerät kann eine elektronische Steuer- oder Regeleinheit (engl. ECU = Electronic Control Unit), ein elektronisches Steuer- oder Regelmodul (ECM = Electronic Control Module) oder eine Steuer-/Regeleinheit für autonomes Fahren (z.B. ein „Autopilot“) handeln. Die Vorrichtung kann am Fahrzeug oder außerhalb bzw. teilweise außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Kommunikation zwischen der Vorrichtung und dem Fahrzeug kann drahtlos, etwa über Bluetooth, Infrarot, Nahfeld-Kommunikation (Engl.: NFC), Funk, Internet, Intranet, Cloud-Systeme und/oder verdrahtete Systeme erfolgen.The device for updating a map of the surroundings and / or for locating the vehicle can be a control device or a part thereof. The control unit can act as an electronic control or regulation unit (ECU = Electronic Control Unit), an electronic control or regulation module (ECM = Electronic Control Module) or a control / regulation unit for autonomous driving (e.g. an "autopilot"). The device can be arranged on the vehicle or outside or partially outside the vehicle. Communication between the device and the vehicle can take place wirelessly, for example via Bluetooth, infrared, near-field communication (NFC), radio, internet, intranet, cloud systems and / or wired systems.
Das Fahrzeug ist ein Offroad-Fahrzeug, vorzugsweise ein Industriefahrzeug, ein Konstruktionsfahrzeug oder ein Landfahrzeug. Insbesondere handelt sich hierbei um ein fahrerloses Transportsystem, einen selbstfahrenden Roboter, einen Mobilkran, einen Gabelstapler oder einen Traktor. Das Offroad-Fahrzeug ist vorzugsweise ein autonom oder teilautonom fahrendes Fahrzeug.The vehicle is an off-road vehicle, preferably an industrial vehicle, a construction vehicle or a land vehicle. In particular, this is a driverless transport system, a self-propelled robot, a mobile crane, a forklift or a tractor. The off-road vehicle is preferably an autonomous or partially autonomous vehicle.
Die Umfeldsensorik zum Erzeugen von Umfelddaten kann einen oder mehrere Umfeldsensoren umfassen. Die Umfeldsensoren umfassen vorzugsweise einen Radarsensor (z.B. einen Breitbandradarsensor oder einen Bodenradarsensor, Engl.: Ground Penetrating Radar, GPR), einen Lidarsensor, einen Ultraschallsensor und/oder eine Kamera, etwa eine Stereokamera oder 3D-Kamera oder eine Infrarotkamera, umfassen. Die Umfeldsensorik ist an einer Decke eines vom Offroad-Fahrzeug befahrbaren Raum angeordnet, vorzugsweise befestigt. Der Raum kann ein Warenhaus, eine Industriehalle oder ein Parkhaus sein. Die Umfeldsensorik kann zu einer zentralen Überwachungseinrichtung zum Überwachen des Raumes gehören. Die mehreren Umfeldsensoren der Umfeldsensorik können an unterschiedlichen Positionen der Decke angeordnet sein. Die Sensordaten können von der Umfeldsensorik selbst, einem Speichermedium oder einem Server, einem Cloud-System, einem Blockchain-System eingelesen werden.The environment sensor system for generating environment data can comprise one or more environment sensors. The environment sensors preferably include a radar sensor (e.g. a broadband radar sensor or a ground penetrating radar sensor, GPR), a lidar sensor, an ultrasonic sensor and / or a camera, for example a stereo camera or 3D camera or an infrared camera. The environment sensor system is arranged, preferably fastened, on a ceiling of a space that the off-road vehicle can drive into. The room can be a department store, an industrial hall or a parking garage. The environment sensors can belong to a central monitoring device for monitoring the room. The multiple environment sensors of the environment sensor system can be arranged at different positions on the ceiling. The sensor data can be read in by the environment sensors themselves, a storage medium or a server, a cloud system, a blockchain system.
Die Umfeldkarte kann von der oben erwähnten Umfeldsensorik oder einer anderen Sensorik erzeugt sein. Die Umfeldkarte kann von der diese erzeugenden Sensorik selbst, einem Speichermedium oder einem Server, einem Cloud-System, einem Blockchain-System eingelesen werden.The environment map can be generated by the above-mentioned environment sensor system or another sensor system. The environment map can be read in by the sensor system itself, a storage medium or a server, a cloud system, a blockchain system.
Die Auswerteeinheit kann eine Zentralprozessiereinheit (Engl.: Central Processing Unit, CPU) oder eine Graphische Prozessiereinheit (Engl.: Graphic Processing Unit, GPU) umfassen. Alternativ kann es sich bei der Auswerteeinheit um eine ECU oder ein ECM handeln. In diesem Fall ist die Steuervorrichtung eine der ECU bzw. dem ECM übergeordnete Einrichtung/Anordnung.The evaluation unit can comprise a central processing unit (CPU) or a graphic processing unit (GPU). Alternatively, the evaluation unit can be an ECU or an ECM. In this case, the control device is a device / arrangement that is superordinate to the ECU or the ECM.
Die Auswerteeinheit dient zum Aktualisieren der eingelesenen Umfeldkarte und/oder zum Lokalisieren des Offroad-Fahrzeugs im Raum. Unter Katenaktualisieren wird auch das Erweitern bzw. Abändern der Umfeldkarte basierend auf den Sensordaten verstanden. Das Lokalisieren des Offroad-Fahrzeugs bezieht sich auf die ursprüngliche Umfeldkarte, die noch nicht basierend auf den eingelesenen Sensordaten aktualisiert worden ist. Alternativ kann sich das Lokalisieren des Offroad-Fahrzeugs auf die aktualisierte Umfeldkarte beziehen. Das Fahrzeuglokalisieren und/oder Kartenaktualisieren basiert vorzugsweise auf Simultaneous Localizing and Mapping (SLAM) oder Monte Carlo Localization (MCL). Alternativ oder zusätzlich kann das Lokalisieren des Offroad-Fahrzeugs mittels Triangulation erfolgen.The evaluation unit is used to update the map of the surroundings that has been read and / or to localize the off-road vehicle in space. Updating data is also understood to mean expanding or changing the map of the surroundings based on the sensor data. The localization of the off-road vehicle relates to the original map of the surroundings, which has not yet been updated based on the sensor data that has been read. Alternatively, the localization of the off-road vehicle can refer to the updated map of the surroundings. The vehicle localization and / or map updating is preferably based on Simultaneous Localizing and Mapping (SLAM) or Monte Carlo Localization (MCL). Alternatively or additionally, the off-road vehicle can be localized by means of triangulation.
Dadurch, dass die Umfeldsensorik nicht am Offroad-Fahrzeug, sondern an der Decke des vom Fahrzeug befahrenen Raumes angeordnet bzw. angebracht ist, vergrößert sich der Erfassungsbereich. Außerdem können dynamische Veränderungen der im Raum befindlichen Objekte und Personen, insbesondere deren Bewegungen, mit höherer Genauigkeit und Schnelligkeit erfasst werden. Die hieraus gewonnenen Sensordaten ermöglichen daher eine präzise Aktualisierung der Umfeldkarte sowie eine zuverlässige und sicherer Lokalisierung des Offroad-Fahrzeugs.Because the environment sensor system is not arranged or attached to the off-road vehicle, but rather to the ceiling of the area in which the vehicle is traveling, the detection area is enlarged. In addition, dynamic changes in the objects and people in the room, in particular their movements, can be recorded with greater accuracy and speed. The sensor data obtained from this therefore enable the map of the surroundings to be updated precisely as well as reliable and safe localization of the off-road vehicle.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments are specified in the subclaims.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein erster Marker auf einer der Decke zugewandten Oberseite des Fahrzeugs angeordnet.According to one embodiment, a first marker is arranged on an upper side of the vehicle facing the ceiling.
Der erste Marker kann somit auf einfache Weise von der an der Decke angeordneten Umfeldsensorik erfasst werden, woraus sich eine genauere Lokalisierung des Offroad-Fahrzeugs ergibt.The first marker can thus be recorded in a simple manner by the environment sensor system arranged on the ceiling, which results in a more precise localization of the off-road vehicle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein zweiter Marker auf einer Bodenfläche des Raumes oder auf einer Oberfläche eines im Raum befindlichen Objektes angeordnet.According to a further embodiment, a second marker is arranged on a floor surface of the room or on a surface of an object located in the room.
Das Objekt kann z.B. eine Palette in einem Warenhaus. Der zweite Marker kann von der an der Decke angeordneten Umfeldsensorik erfasst werden. Die Position und/oder Orientierung des Offroad-Fahrzeugs kann daher relativ zum zweiten Marker bzw. zu mehreren zweiten Markern besonders genau bestimmt werden.The object can e.g. a pallet in a warehouse. The second marker can be detected by the environment sensors arranged on the ceiling. The position and / or orientation of the off-road vehicle can therefore be determined particularly precisely relative to the second marker or to a plurality of second markers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Vergleichen der Sensordaten mit Daten, die von einer am Fahrzeug angebrachten Sensorik beim Erfassen des Raumes erzeugt sind.According to a further embodiment, the method further comprises comparing the sensor data with data which are generated by a sensor system attached to the vehicle when the space is recorded.
Aus dem Vergleich kann die an der Decke angeordnete Umfeldsensorik oder die fahrzeugeigene Sensorik kalibriert werden. Hierbei können die Daten einer der beiden Sensorik als Referenz für die Kalibrierung der anderen Sensorik verwendet werden kann. Es kann außerdem ein Warnsignal bei einer Abweichung zwischen den beiden Datensätzen erzeugt werden, wobei sich die Abweichung auf eine aus den Datensätzen abgeleitete Größe, etwa die Position und/oder Orientierung des Offroad-Fahrzeugs oder die Entfernung zwischen dem Offroad-Fahrzeug und einem im Raum befindlichen Objekt, beziehen kann. Das Warnsignal kann erst ausgelöst werden, wenn die Abweichung einen vordefinierten Grenzwert erreicht.The environment sensors arranged on the ceiling or the vehicle's own sensors can be calibrated from the comparison. Here, the data from one of the two sensors can be used as a reference for calibrating the other sensor. A warning signal can also be generated in the event of a discrepancy between the two data sets, the discrepancy being based on a variable derived from the data records, such as the position and / or orientation of the off-road vehicle or the distance between the off-road vehicle and one in space located property. The warning signal can only be triggered when the deviation reaches a predefined limit value.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Navigieren des Fahrzeugs mittels der aktualisierten Umfeldkarte.According to a further embodiment, the method further comprises navigating the vehicle using the updated map of the surroundings.
Das Navigieren des Offroad-Fahrzeugs umfasst das Lokalisieren des Fahrzeugs beim Fahren im Raum. Die aktuelle Position und/oder Orientierung des Fahrzeugs kann auf der aktualisierten Umfeldkarte hervorgehoben werden. Es kann eine Entfernung zwischen der aktuellen Position des Fahrzeugs und einer Zielposition berechnet und angezeigt werden. Insbesondere kann die an der Decke angeordnete Umfeldsensorik eine Veränderung des Belegungszustandes eines Teilbereiches im Raum detektieren. Die Auswerteeinheit kann diese Veränderung (z.B. das Entfernen einer Palette von einer Stelle in einem Warenhaus oder die Änderung der Dichte von Paletten) bei der Aktualisierung der Umfeldkarte berücksichtigen.Navigating the off-road vehicle involves locating the vehicle while driving in space. The current position and / or orientation of the vehicle can be highlighted on the updated map of the surroundings. A distance between the current position of the vehicle and a target position can be calculated and displayed. In particular, the environment sensors arranged on the ceiling can detect a change in the occupancy status of a sub-area in the room. The evaluation unit can take this change (e.g. the removal of a pallet from a point in a department store or the change in the density of pallets) into account when the map is updated.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist ausgeführt, in einen Speicher eines Computers geladen zu werden und umfasst Softwarecodeabschnitte, mit denen die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.The computer program product according to the invention is designed to be loaded into a memory of a computer and comprises software code sections with which the method steps of the method according to the invention are carried out when the computer program product is running on the computer.
Ein Programm gehört zur Software eines Daten verarbeitenden Systems, zum Beispiel einer Auswerteeinrichtung oder einem Computer. Software ist ein Sammelbegriff für Programme und zugehörigen Daten. Das Komplement zu Software ist Hardware. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausrichtung eines Daten verarbeitenden Systems. Ein Computer ist eine Auswerteeinrichtung. A program belongs to the software of a data processing system, for example an evaluation device or a computer. Software is a collective term for programs and associated data. The complement to software is hardware. Hardware denotes the mechanical and electronic alignment of a data processing system. A computer is an evaluation device.
Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt den oben beschriebenen erfinderischen technischen Effekt hervor.Computer program products generally comprise a sequence of instructions which, when the program is loaded, cause the hardware to carry out a specific method that leads to a specific result. When the program in question is used on a computer, the computer program product produces the inventive technical effect described above.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist Plattform unabhängig. Das heißt, es kann auf jeder beliebigen Rechenplattform ausgeführt werden. Bevorzugt wird das Computerprogrammprodukt auf einer erfindungsgemäßen Auswertevorrichtung zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs ausgeführt.The computer program product according to the invention is platform independent. That means it can run on any computing platform. The computer program product is preferably executed on an evaluation device according to the invention for detecting the surroundings of the vehicle.
Die Softwarecodeabschnitte sind in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben, zum Beispiel in Python.The software code sections are written in any programming language, for example Python.
Das computerlesbare Speichermedium ist beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches oder magneto-optisches Speichermedium.The computer-readable storage medium is, for example, an electronic, magnetic, optical or magneto-optical storage medium.
Das Datenträgersignal ist ein Signal, welches das Computer-Programm-Produkt von einem Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt gespeichert ist, auf eine andere Entität, beispielsweise ein anderes Speichermedium, einen Server, ein Cloud-System oder eine Daten verarbeitende Einrichtung, überträgt.The data carrier signal is a signal which the computer program product from a storage medium on which the computer program product is stored to another entity, for example another storage medium, a server, a cloud system or a data processing facility , transmits.
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform; -
2 eine schematische Darstellung eines Offroad-Fahrzeugs mit einer Vorrichtung aus1 in einem vom Fahrzeug befahrbaren Raum; -
3 eine schematische Draufsicht eines Warenhauses, in dem sich ein Gabelstapler befindet; und -
4 eine schematische Darstellung eines Markers.
-
1 a schematic representation of a device according to an embodiment; -
2 a schematic representation of an off-road vehicle with a device1 in a space that the vehicle can drive; -
3 a schematic plan view of a warehouse in which a forklift is located; and -
4th a schematic representation of a marker.
In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.In the figures, the same reference symbols relate to the same or functionally similar reference parts. The relevant reference parts are identified in the individual figures.
In einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte umfassen:
- - Erzeugen von Sensordaten mittels einer an
einer Decke 62 eines vomFahrzeug 50 befahrbaren Raumes 60 angebrachten Umfeldsensorik 20 ; - - Einlesen der Sensordaten;
- - Einlesen einer vorgespeicherten Umfeldkarte betreffend
den Raum 60 ; und - - Aktualisieren der Umfeldkarte und/oder Lokalisieren des sich
im Raum 60 befindlichen Fahrzeugs 50 basierend auf den Sensordaten.
- - Generation of sensor data by means of a on a
ceiling 62 one from thevehicle 50 navigable space 60 attached environment sensors20th ; - - Reading in the sensor data;
- - Reading in a pre-stored map of the surroundings relating to the
room 60 ; and - - Updating the environment map and / or locating yourself in the
room 60 locatedvehicle 50 based on the sensor data.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- erste Schnittstellefirst interface
- 1414th
- zweite Schnittstellesecond interface
- 1616
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 1818th
- dritte Schnittstellethird interface
- 2020th
- UmfeldsensorikEnvironment sensors
- 2222nd
- ErfassungsbereichDetection area
- 3030th
- fahrzeugeigene Sensorikin-vehicle sensors
- 5050
- Fahrzeugvehicle
- 5252
- OberseiteTop
- 5454
- erster Markerfirst marker
- 5656
- zweiter Markersecond marker
- 6060
- Raumroom
- 6262
- Deckeceiling
- 6464
- BodenflächeFloor area
- 6666
- BegrenzungLimitation
- 6868
- Palettepalette
- 7070
- WarenhausDepartment store
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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