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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Serviceroboter zum Ausführen einer Servicefunktion. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug sowie ein System und ein Verfahren zum Ausführen einer Servicefunktion.
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Moderne Fahrzeuge (Autos, Transporter, Lastwagen, Motorräder etc.) umfassen eine Vielzahl an Systemen, die dem Fahrer Informationen zur Verfügung stellen und einzelne Funktionen des Fahrzeugs teil- oder vollautomatisiert steuern. Über Sensoren werden die Umgebung des Fahrzeugs sowie andere Verkehrsteilnehmer erfasst. Basierend auf den erfassten Daten kann ein Modell der Fahrzeugumgebung erzeugt werden und auf Veränderungen in dieser Fahrzeugumgebung reagiert werden. Der Einfluss und der Wirkungsbereich solcher Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) werden immer größer und es wird davon ausgegangen, dass kurzfristig komplett autonome Fahrzeuge auch ohne menschlichen Bediener Personen und Waren transportieren können.
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Besorgungen und Einkauf von Lebensmittel und anderen Waren sind Aktivitäten, die innerhalb einer Woche mindestens ein- bis mehrmalig anfallen und sehr zeitintensiv sind. Solche Tätigkeiten können teilweise durch autonome Fahrzeuge übernommen werden. Dafür ist allerdings zu klären, wie die Einkäufe dann die letzte Wegstrecke vom autonomen Fahrzeug zum Verwendungsort überwinden können. Eine Herausforderung besteht in diesem Zusammenhang darin, einen möglichst durchgängigen und dennoch kosteneffizienten und zuverlässigen Ansatz für den Warentransport bereitzustellen.
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In der
WO 2018/024851 A1 wird ein Fahrzeug zum Aufnehmen einer Zahl von Servicerobotern in einen Laderaum des Fahrzeugs beschrieben. Das Fahrzeug weist eine Fixiervorrichtung zum automatischen individuellen Fixieren der Serviceroboter im Laderaum auf. Das Fahrzeug weist weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren des Fahrzeugs mit den Servicerobotern und mehrere Ladeschnittstellen zum individuellen automatischen Aufladen von Energiespeichern der Serviceroboter im Laderaum auf.
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Derartige Ansätze bieten eine Möglichkeit, ein Fahrzeug weitgehend automatisch zu Be- und Entladen und so einen durchgängigen Warentransport auch zwischen Stellen zu ermöglichen, die nicht von einem Fahrzeug erreicht werden können. Nachteilig an der Verwendung eines Serviceroboters sind die vergleichsweise hohen Kosten sowie der hohe Aufwand, den der Transport des Serviceroboters mit sich bringt.
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Ausgehend hiervon stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, einen durchgängigen Ende-zu-Ende-Transport von Waren zu ermöglichen. Insbesondere soll ein Warentransport zwischen Stellen ermöglicht werden, die nicht mit einem teil- oder vollautonomen Fahrzeug angefahren werden können. Hierbei sollen die Herstellungs- und Betriebskosten möglichst gering gehalten werden.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem Aspekt einen Serviceroboter zum Ausführen einer Servicefunktion, mit:
- einem Gehäuse, das dazu ausgebildet ist, reversibel in einem Aufnahmeraum eines Fahrzeugs aufgenommen zu werden;
- einer Sensorschnittstelle zum Empfangen von Sensordaten mit Informationen zu Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs, wobei die Sensordaten vorzugsweise Radar-, Lidar-, Kamera- und/oder Ultraschallsensordaten umfassen;
- einer Prozessoreinheit zum Ermitteln eines Steuersignals mit Informationen über ein auszuführendes Fahrmanöver des Fahrzeugs basierend auf den empfangenen Sensordaten; und
- einer Fahrzeugschnittstelle zum Übermitteln des Steuersignals an eine Fahreinheit des Fahrzeugs.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug zum Ausführen einer Servicefunktion, mit:
- einem Aufnahmeraum zum reversiblen Aufnehmen eines Serviceroboters;
- einer Roboterschnittstelle zum Empfangen eines Steuersignals von einer Prozessoreinheit des Serviceroboters; und
- einer Fahreinheit zum Ausführen eines Fahrmanövers des Fahrzeugs basierend auf dem empfangenen Steuersignal.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Transportieren einer Ware mit einem Serviceroboter wie zuvor beschrieben und einem Fahrzeug wie zuvor beschrieben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausführen einer Servicefunktion, mit den Schritten:
- reversibles Aufnehmen des Serviceroboters in einem Aufnahmeraum eines Fahrzeugs;
- Empfangen von Sensordaten mit Informationen zu Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs, wobei die Sensordaten vorzugsweise Radar-, Lidar-, Kamera- und/oder Ultraschallsensordaten umfassen;
- Ermitteln eines Steuersignals mit Informationen über ein auszuführendes Fahrmanöver des Fahrzeugs basierend auf den empfangenen Sensordaten in einer Prozessoreinheit des Serviceroboters; und
- Übermitteln des Steuersignals an eine Fahreinheit des Fahrzeugs.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Serviceroboter, das Fahrzeug, das Verfahren, das System sowie das Computerprogrammprodukt entsprechend der für den Serviceroboter und das Fahrzeug in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass ein Serviceroboter in ein Fahrzeug aufgenommen werden kann. Bevorzugt handelt es sich bei dem Serviceroboter um einen autonomen Roboter, der seine Funktion autonom, also ohne Bedienereingabe, ausführen kann. Vorzugsweise kann sich der Serviceroboter autonom bewegen. Insbesondere ist der Serviceroboter als Lieferroboter zum Transportieren einer Ware ausgebildet. Der Serviceroboter bewirkt den Transport zwischen dem Fahrzeug und einer Position, die das Fahrzeug nicht erreichen kann. Beispielsweise kann der Serviceroboter Einkäufe aus dem Fahrzeug in eine Wohnung eines Bestellers transportieren. Zudem kann der Serviceroboter Waren aus einem Lager in das Fahrzeug bewegen. Erfindungsgemäß teilen sich der Serviceroboter und das Fahrzeug dabei eine Prozessoreinheit. In einer Prozessoreinheit des Serviceroboters werden Fahrmanöver des Fahrzeugs ermittelt. Hierzu werden Sensordaten, die beispielsweise von einem Radar-, Lidar-, Kamera- und/oder Ultraschallsensor empfangen werden, ausgewertet und eine Reaktion des Fahrzeugs auf Objekte in der Umgebung ermittelt. Ein Fahrmanöver kann beispielsweise dabei einen Brems-, Beschleunigungs- oder Ausweichvorgang umfassen.
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Dadurch, dass sich Serviceroboter und Fahrzeug eine Prozessoreinheit teilen, können Kosten eingespart werden. Erfindungsgemäß wird es ausgenutzt, dass sich der Serviceroboter in den allermeisten Anwendungsfällen im Fahrzeug befindet, wenn sich das Fahrzeug bewegt. Daher ist es nicht notwendig, in Serviceroboter und Fahrzeug Hardware und/oder Software in doppelter Ausführung vorzusehen, die in beiden verwendet wird. Ein gleichzeitiger Betrieb ist nicht notwendig. Es wird möglich, dass lediglich eine einzelne Prozessoreinheit erforderlich ist, um autonome Fahrfunktionen auszuführen. Da im normalen Betrieb lediglich der Serviceroboter oder das Fahrzeug bewegt werden ist es ausreichend, wenn die notwendige Prozessorkapazität für einen autonomen Betrieb nur einmal vorhanden ist. Es ist nicht erforderlich, eine teure Einheit in zweifacher Ausfertigung im Fahrzeug und im Roboter vorzusehen, wenn Fahrzeug und Roboter nicht parallel verwendet werden. Über die Fahrzeugschnittstelle werden die notwendigen Steuersignale vom Serviceroboter an das Fahrzeug übermittelt. Beispielsweise wird ein durchgängiger Warentransport ermöglicht, der im Vergleich zu bisherigen Ansätzen einen geringeren Hardwareaufwand bedingt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Serviceroboter einen Robotersensor zum Erfassen von Objekten in der Umgebung des Serviceroboters. Der Robotersensor ist dabei dazu ausgebildet, Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen, wenn der Serviceroboter in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs aufgenommen ist. Die Sensorschnittstelle ist zum Empfangen von Sensordaten von dem Robotersensor ausgebildet. In anderen Worten wird also ein Umgebungssensor am Roboter (Robotersensor) ebenfalls sowohl vom Serviceroboter als auch vom Fahrzeug verwendet. Hierzu wird der Serviceroboter im Aufnahmeraum so ausgerichtet, dass über den Robotersensor die Umgebung des Fahrzeugs erfasst werden kann. Dann ist es möglich, die Fahrmanöver des Fahrzeugs basierend auf Daten des Robotersensors zu ermitteln. Es ergibt sich eine weitere Kostenersparnis, da ein für eine Ermittlung eines autonomen oder teilautonomen Fahrbetriebs notwendiges Sensorset zumindest teilweise nur in einfacher Ausfertigung am Serviceroboter und am Fahrzeug vorhanden sein muss. Ein Umgebungssensor wird sowohl für das Fahrzeug als auch für den Serviceroboter benutzt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Sensorschnittstelle zum Empfangen von Sensordaten von einem Umgebungssensor des Fahrzeugs ausgebildet. Wenn Sensordaten von einem Umgebungssensor des Fahrzeugs vorliegen, können diese über die Sensorschnittstelle an die Prozessoreinheit im Serviceroboter übermittelt werden. Der Serviceroboter greift insoweit sozusagen auf den Umgebungssensor des Fahrzeugs zu und wertet die entsprechenden Sensordaten aus. Eine Auswertung der Sensordaten im Fahrzeug ist nicht notwendig und kann eingespart werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Serviceroboter einen Manipulatorarm zum Greifen einer Ware, zum Einbringen des Serviceroboters in den Aufnahmeraum und/oder zum Befestigen des Serviceroboters in dem Aufnahmeraum. Die Prozessoreinheit ist zum Ansteuern des Manipulatorarms ausgebildet. Der Manipulatorarm kann mehrere Funktionen ausführen, sodass der Hardwareaufwand verringert werden kann. Dadurch, dass derselbe Manipulatorarm zum Greifen der Ware sowie zum Einbringen und Befestigen des Serviceroboters verwendet wird, ergibt sich zudem eine Platzersparnis, da eine geringere Dimensionierung des Serviceroboters möglich wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Gehäuse einen Fahrzeugverkleidungsabschnitt, der sich in eine Front- oder Heckverkleidung des Fahrzeugs integriert, wenn der Serviceroboter in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs aufgenommen ist. Dadurch, dass ein Teil des Gehäuses als Fahrzeugverkleidungsabschnitt ausgebildet ist, kann eine direkte Verbindung zwischen Serviceroboter und Umgebung des Fahrzeugs bestehen. Hierdurch können beispielsweise Sensoren am Serviceroboter eine Umgebung des Fahrzeugs erfassen. Zudem wird der Gesamtmaterialaufwand verringert, wodurch sich Gewichts- und Kosteneinsparungen ergeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Serviceroboter eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten eines Umfelds des Serviceroboters, wobei die Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten eines Umfelds des Fahrzeugs ausgebildet ist, wenn der Serviceroboter in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs aufgenommen ist. Zusätzlich zu der geteilten Prozessorressource (Prozessoreinheit) ist es auch möglich, dass sich Fahrzeug und Serviceroboter eine Beleuchtungsvorrichtung teilen. Beispielsweise kann eine gemeinsame Front- oder Heckbeleuchtung verwendet werden. Hierdurch ergeben sich weitere Kosteneinsparpotentiale.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Serviceroboter eine Energieschnittstelle zum Verbinden eines Energiespeichers des Serviceroboters mit einem Energiespeicher des Fahrzeugs, wenn der Serviceroboter in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs aufgenommen ist. Ebenfalls ist es möglich, dass Serviceroboter und Fahrzeug ihre Energiespeicher teilen. Beispielsweise kann der Energiespeicher des Serviceroboters als Range-Extender für das Fahrzeug verwendet werden. Bei gleicher Reichweite ergeben sich Kosteneinsparpotentiale, da eine geringere Dimensionierung verwendet werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Serviceroboter eine Verbindungseinheit zum Empfangen eines Kommunikationssignals von einer Steuervorrichtung. Die Prozessoreinheit ist zum Ermitteln eines Verhaltens des Serviceroboters basierend auf dem Kommunikationssignal ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist die Prozessoreinheit zum Ermitteln des Steuersignals basierend auf dem Kommunikationssignal ausgebildet. Weiterhin zusätzlich oder alternativ ist die Fahrzeugschnittstelle zum Übermitteln des Kommunikationssignals an das Fahrzeug ausgebildet. Insoweit teilen sich Serviceroboter und Fahrzeug eine Verbindungseinheit (Connectivity ECU), durch die eine Kommunikation mit anderen Einheiten hergestellt werden kann. Dadurch, dass lediglich eine gemeinsame Verbindungseinheit verwendet wird und das Kommunikationssignal notwendigenfalls vom Serviceroboter an die Fahrzeugschnittstelle übermittelt wird, können Kosten reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug einen Umgebungssensor zum Erfassen von Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs. Die Roboterschnittstelle ist zum Übermitteln von Sensordaten des Umgebungssensors an eine Sensorschnittstelle des Serviceroboters ausgebildet. Es ist möglich, dass das Fahrzeug einen eigenen Umgebungssensor umfasst, und dass dessen Daten über die Roboterschnittstelle an den Serviceroboter übermittelt werden. Im Serviceroboter wird dann die Verarbeitung der Daten in der Prozessoreinheit durchgeführt, um das Steuersignal zu ermitteln. Eine Datenauswertung der Daten des Umgebungssensors des Fahrzeugs im Fahrzeug kann eingespart werden. Neben dem Empfang der Sensordaten ist auch das Senden von ausgewerteten Sensordaten (z.B. Lokalisierung, occupancy Grid, etc.) oder Steuerbefehlen umfasst.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Fahrzeugs ist der Aufnahmeraum in einem Bereich des Fahrzeugs angeordnet, der zwischen Crash-Lastpfaden des Fahrzeugs liegt. Zusätzlich oder alternativ ist der Aufnahmeraum in einem Kofferraum des Fahrzeugs angeordnet. Durch die Anordnung zwischen Crash-Lastpfaden des Fahrzeugs können Beschädigungen des Serviceroboters bei Unfällen des Fahrzeugs vermieden werden. Hierdurch können Kosten eingespart werden. Ein Kofferraum des Fahrzeugs bietet zumeist einen ausreichenden Aufnahmeraum, um einen Serviceroboter unterzubringen. Es ergibt sich eine Möglichkeit, ein entsprechendes System bzw. einen entsprechenden Serviceroboter auch nachträglich in ein bestehendes Fahrzeug zu integrieren durch vergleichsweise geringe Umbaumaßnahmen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug einen Umgebungssensor zum Erfassen von Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs. Zudem umfasst das Fahrzeug eine Reserve-Prozessoreinheit zum Ermitteln eines Notsteuersignals mit Informationen über eine auszuführende Notbewegung des Fahrzeugs basierend auf Sensordaten des Umgebungssensors, wenn der Serviceroboter nicht in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs aufgenommen ist. Die Notbewegung weist dabei einen gegenüber einem vollständigen Bewegungsumfang des Fahrzeugs reduzierten Bewegungsumfang auf. In anderen Worten ist es möglich, dass eine Reserve-Prozessoreinheit im Fahrzeug vorgesehen ist, durch die das Fahrzeug in einem Notbetrieb bewegt werden kann. Beispielsweise kann dieser Notbetrieb eine geringe Geschwindigkeit und/oder eine eingeschränkte Bewegungsfähigkeit des Fahrzeugs erlauben. Das Fahrzeug kann auch ohne den Serviceroboter in dem Aufnahmeraum einige wenige Funktionen erfüllen. In der Handhabung ergeben sich Vorteile.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug mindestens einen weiteren Aufnahmeraum zum reversiblen Aufnehmen mindestens eines weiteren Serviceroboters. Zudem umfasst das Fahrzeug ein Vernetzungssystem zum Vernetzen der Serviceroboter in den Aufnahmeräumen, um Sensordaten und/oder Steuersignale zwischen den Servicerobotern auszutauschen. Wenn mehrere Serviceroboter in ein einzelnes Fahrzeug integrierbar sind, können diese vernetzt werden, sodass es beispielsweise möglich ist, dem Fahrzeug eine erhöhte Prozessorleistung zur Verfügung zu stellen. Die erhöhte Prozessorleistung ergibt sich dabei aus einer Kombination der Prozessoreinheiten der mehreren Serviceroboter. Hierdurch ergeben sich weitere Kosteneinsparpotentiale, da kein einzelner Serviceroboter die volle benötigte Prozessorkapazität zum Ermitteln der Fahrmanöver des Fahrzeugs aufweisen muss.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Serviceroboter einen Innenraumsensor zum Erfassen von Innenraumdaten mit Informationen über Objekte in einem Innenraum des Fahrzeugs. Die Prozessoreinheit ist vorzugsweise zum Ermitteln des Steuersignals basierend auf den Innenraumdaten ausgebildet. Der Laderaum und die Ware im Laderaum des Fahrzeugs oder auch andere Objekte im Fahrzeug können überwacht werden. Die Fahrmanöver des Fahrzeugs können basierend auf dieser Überwachung angepasst werden. Beispielsweise können abrupte Fahrmanöver vermieden werden, wenn schwere oder schlecht gesicherte Ware transportiert wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug eine Verschlussblende zum Verschließen einer Öffnung des Aufnahmeraums des Fahrzeugs, wenn der Serviceroboter nicht in dem Aufnahmeraum aufgenommen ist. Es ist also möglich, dass der Aufnahmeraum geschlossen wird, um hierdurch beispielsweise Vandalismus oder Wetterschäden vorzubeugen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Serviceroboter zum Ausführen von Haushaltstätigkeiten ausgebildet, wenn der Serviceroboter nicht in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs aufgenommen ist. Üblicherweise wird weder der Serviceroboter noch das Fahrzeug benötigt, wenn sich Serviceroboter und Fahrzeug an einer Wohnung eines Besitzers befinden. In diesem Fall ist es möglich, dass der Serviceroboter Haushaltstätigkeiten ausführt und seine Prozessorkapazität zu diesem Zweck einsetzt.
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Unter einem Fahrzeug wird hierin insbesondere ein (voll-) autonomes Fahrzeug verstanden, das sich ohne Bediener fortbewegen kann. Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs können Personen, Fußgänger, Straßen, Bäume, andere Verkehrsteilnehmer, etc. sein. Sensordaten des Robotersensors sowie Sensordaten des Umgebungssensors des Fahrzeugs können insbesondere Daten eines Radar-, Lidar-, Kamera- und/oder Ultraschallsensors umfassen. Hierbei können Sensordaten auch Daten mehrerer Sensoren bzw. eines ganzen Sensorsets umfassen. Ein Fahrmanöver eines Fahrzeugs kann insbesondere ein Abbremsen, Beschleunigen, Ausweichen oder Lenken des Fahrzeugs umfassen. Um ein auszuführendes Fahrmanöver zu ermitteln, werden die Sensordaten ausgewertet und basierend auf Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs ein angemessenes Verhalten des Fahrzeugs bestimmt. Ein Serviceroboter ist insbesondere als Lieferroboter zum Transportieren einer Ware ausgebildet. Ein Serviceroboter kann aber auch eine andere Servicefunktion ausführen. Beispielsweise kann eine Servicefunktion eine Putz-, Transport-, Abhol-, Sicherungs- oder Unterstützungsfunktion sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Ausführen einer Servicefunktion;
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Serviceroboters;
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs;
- 4a, 4b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Serviceroboters beim Verlassen eines Aufnahmeraums;
- 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems; und
- 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System 10 zum Ausführen einer Servicefunktion dargestellt. Das System 10 umfasst einen Serviceroboter 12 sowie ein Fahrzeug 14. Das erfindungsgemäße System 10 dient im dargestellten Beispiel dazu, einen autonomen Ende-zu-Ende-Transport von Waren zu ermöglichen. Die Waren können dabei zwischen Stellen transportiert werden, die nicht direkt von einem autonomen Fahrzeug erreichbar sind. Im dargestellten Anwendungsbeispiel ist der Serviceroboter 12 in ein autonomes Fahrzeug 14 integriert. Zum Laden und Entladen der Ware in das Fahrzeug 14 klinkt sich der Roboter aus und bringt die Ware autonom oder in einem Follow-me-Modus zu einem gewünschten Zielort. Beispielsweise kann der Serviceroboter 12 Einkäufe in eine Wohnung eines Besitzers bringen, wenn das Fahrzeug 14 vor dem Haus parkt.
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Der erfindungsgemäße Serviceroboter 12 umfasst ein Gehäuse 16, das dazu ausgebildet ist, reversibel in einem Aufnahmeraum 18 des Fahrzeugs 14 aufgenommen zu werden. Der Serviceroboter 12 kann sich also im Fahrzeug 14 befinden, dieses aber auch verlassen. Beispielsweise kann sich der Serviceroboter 12 in den Aufnahmeraum 18 einklinken, um während der Fahrt des Fahrzeugs 14 mit dem Fahrzeug 14 verbunden zu sein.
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Der Serviceroboter 12 umfasst weiterhin eine Sensorschnittstelle 20, über die Sensordaten mit Informationen zu Objekten in der Umgebung des Fahrzeugs 14 empfangen werden können. Diese Sensordaten können insbesondere Radar-, Lidar-, Kamera- und/oder Ultraschallsensordaten umfassen. Hierzu kann die Sensorschnittstelle 20 an einen entsprechenden Radar-, Lidar-, Kamera- und/oder Ultraschallsensor angebunden sein. Einerseits ist es möglich, dass über die Sensorschnittstelle 20 Daten von einem Robotersensor 22, der sich am Serviceroboter 12 befindet, empfangen werden. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass über die Sensorschnittstelle 20 des Serviceroboters 12 und über eine Roboterschnittstelle 29 des Fahrzeugs 14 Sensordaten von einem Umgebungssensor 24, der sich am Fahrzeug 14 befindet, empfangen werden. Auch eine Anbindung anderer Sensoren, beispielsweise an einem Mobilgerät, ist denkbar.
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Zur Verarbeitung der Sensordaten umfasst der Serviceroboter 12 eine Prozessoreinheit 26, in der basierend auf den Sensordaten ein Steuersignal mit Informationen über ein auszuführendes Fahrmanöver des Fahrzeugs 14 ermittelt wird. Die Sensordaten werden ausgewertet und es erfolgt eine Berechnung eines Fahrmanövers in Reaktion auf die Umgebung des Fahrzeugs 14. Beispielsweise kann ein Brems-, Beschleunigungs- und/oder Ausweichmanöver des Fahrzeugs 14 eingeleitet werden. Um dieses Fahrmanöver auszuführen, ist die Prozessoreinheit 26 im Serviceroboter 12 über eine Fahrzeugschnittstelle 28 des Serviceroboters 12 und über eine Roboterschnittstelle 29 des Fahrzeugs 14 an eine Fahreinheit 30 des Fahrzeugs 14 angeschlossen. Über die Fahreinheit 30 des Fahrzeugs 14 werden entsprechende Aktoren (Bremse, Motor, Lenkung etc.) des Fahrzeugs 14 angesteuert. Fahrzeugschnittstelle 28 und Roboterschnittstelle 29 können beispielsweise als Steckverbindung ausgebildet sein.
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Während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs 14 ist der Serviceroboter 12 Bestandteil des Fahrzeugs und die Prozessoreinheit 26 des Serviceroboters 12 wird zur Steuerung einer Fahrfunktion des Fahrzeugs 14 verwendet. Steht das Fahrzeug 14 auf einem Parkplatz (z.B. eines Warenhauses), so kann der Serviceroboter 12 ausgeklinkt werden und Transportaufgaben übernehmen. Im ausgeklinkten Zustand des Serviceroboters 12 kann die Prozessoreinheit 26 dazu verwendet werden, einen autonomen Fahrbetrieb des Serviceroboters 12 zu ermöglichen. Wenn der Serviceroboter 12 im Fahrzeug 14 ist, wird ein autonomer Fahrbetrieb des Fahrzeugs 14 ermöglicht. Dadurch, dass sich insoweit Fahrzeug 14 und Serviceroboter 12 sozusagen eine gemeinsame Prozessoreinheit 26 teilen, kann eine Kostenersparnis realisiert werden. Dadurch, dass es weiterhin möglich ist, auch das Sensorset teilweise oder vollständig zu teilen, indem der Robotersensor 22 des Serviceroboters 12 verwendet wird, um einen autonomen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 14 zu realisieren, ergeben sich weitere Kosteneinsparpotenziale.
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Die Einheiten und Schnittstellen des Serviceroboters 12 und des Fahrzeugs 14 können einzeln oder kombiniert in Soft- und/oder in Hardware ausgeführt sein.
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In der 2 ist schematisch eine Ausführungsform des Serviceroboters 12 dargestellt. Der Serviceroboter 12 ist im dargestellten Beispiel mit treppensteigfähigen Rädern am Gehäuse 16 ausgerüstet. Ebenfalls ist es möglich, Ketten oder Beine zu verwenden, um auch schwer zugängliche Zielorte erreichen zu können. Der Serviceroboter 12 umfasst im dargestellten Beispiel einen Manipulatorarm 32 zum Greifen einer Ware 34. Die Ware 34 kann in einer entsprechenden Haltevorrichtung 36 auf dem Serviceroboter 12 abgestellt werden. Die Steuerung des Manipulatorarms 32 erfolgt vorzugsweise ebenfalls über die Prozessoreinheit 26 des Serviceroboters 12. Der Serviceroboter 12 kann mittels seines Manipulatorarms 32 Schubladen öffnen und Waren derselben Kategorie an die gleiche Stelle stellen.
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Der Robotersensor 22 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kamera. Zur Objekterkennung und korrekten Platzierung der Ware 34 am Zielort sowie im Fahrzeug kann insbesondere ein Algorithmus des maschinellen Lernens oder ein Künstliche-Intelligenz-Ansatz verwendet werden.
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Die Fahrzeugschnittstelle 28 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Steckverbindung ausgebildet, die eine Anbindung an ein entsprechendes Gegenstück im Aufnahmeraum 18 des Fahrzeugs 14 ermöglicht.
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Weiterhin umfasst der Serviceroboter 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Verbindungseinheit 38, über die ein Kommunikationssignal von einer Steuervorrichtung empfangen werden kann. Beispielsweise kann die Verbindungseinheit 38 als Mobilkommunikationseinheit oder als Kurzstrecken-Kommunikationseinheit ausgebildet sein. Über die Verbindungseinheit 38 kann der Serviceroboter 12 mit verschiedenen elektronischen Geräten in Verbindung treten. Über die Verbindung mit einem Smartphone kann dieses beispielsweise als Bedien- und Anzeigeelement genutzt werden. Weiterhin ist es ebenfalls möglich, dass das Fahrzeug 14 oder der Serviceroboter 12 über die Verbindungseinheit 38 ein Software-Update erhalten. Sind Upgrades vorgesehen, die eine Änderung an der Hardware erfordern, kann das Fahrzeug 14 durch den Austausch des Serviceroboters 12 in seiner Leistungsfähigkeit und Funktionalität erweitert werden. Ein Upgrade des Serviceroboters 12 ist unabhängig davon möglich.
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Der Serviceroboter 12 kann über ein eigenes Bedien- und Anzeigeelement verfügen. Über dieses kann dann fehlerhaftes Verhalten gestoppt, korrigiert und/oder der Algorithmus des maschinellen Lernens durch Eingaben trainiert werden. Das vom Serviceroboter 12 beabsichtigte Verhalten kann über das eigene oder über ein verbundenes Bedien-/Anzeigegerät dargestellt werden. Über ein solches sind auch Fernsteuerungsbefehle durch einen Bediener möglich.
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In der 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßes System mit einem Fahrzeug 14 in einer Frontalansicht und einem Serviceroboter 12 dargestellt. Der Serviceroboter 12 ist im dargestellten Beispiel frontseitig zwischen Crash-Lastpfaden des Fahrzeugs 14 angeordnet. Der Aufnahmeraum 18 ist derart im Fahrzeug 14 integriert, dass der Serviceroboter 12 sozusagen einen Teil der Frontverkleidung des Fahrzeugs 14 darstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Serviceroboter 12 einen Fahrzeugverkleidungsabschnitt 40 auf, der sich in die Frontverkleidung des Fahrzeugs 14 integriert, wenn der Serviceroboter 12 in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs 14 aufgenommen ist. Je nach Integration des Serviceroboters 12 im Fahrzeug 14 kann der Roboter bzw. sein Fahrzeugverkleidungsabschnitt 40 beispielsweise im Design des Fahrzeugs 14 (Farbe, Markensymbole etc.) gehalten sein.
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Analog zur dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, den Serviceroboter 12 in einen hinteren Bereich des Fahrzeugs 14 (beispielsweise Stoßfänger) zu integrieren. Der Serviceroboter 12 kann also beispielsweise unterhalb des Kofferraumbodens angeordnet sein. Die Kontur des Serviceroboters 12 kann den Kofferraumboden abdichten. Bei Bedarf kann sich eine Klappe im Kofferraumboden öffnen, um den Serviceroboter 12 direkt aus dem Kofferraum heraus mit Waren zu beladen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen, dass das Fahrzeug 14 eine Verschlussblende 42 aufweist, die den Aufnahmeraum 18 verschließen kann, wenn sich der Serviceroboter 12 nicht im Aufnahmeraum 18 befindet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zudem dargestellt, dass der Serviceroboter 12 eine Beleuchtungsvorrichtung 44 umfasst, mit der das Umfeld des Fahrzeugs 14 beleuchtet werden kann, wenn sich der Serviceroboter 12 im Aufnahmeraum 18 des Fahrzeugs 14 befindet. Fahrzeug 14 und Serviceroboter 12 teilen sich also insoweit eine gemeinsame Beleuchtungseinrichtung (beispielsweise LED-Licht oder Nebelscheinwerfer, Rückfahrscheinwerfer oder Blinker). Das Fahrzeug 14 benutzt sozusagen die Beleuchtung des Serviceroboters 12 mit, wenn sich der Serviceroboter 12 im Fahrzeug 14 befindet. Hierdurch können weitere Kosten eingespart werden.
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In den 4a und 4b ist schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 10 dargestellt, bei der der Serviceroboter 12 in einem Kofferraum 46 des Fahrzeugs 14 untergebracht ist. Der Aufnahmeraum 18 befindet sich also im Kofferraum 46 des Fahrzeugs 14. Wie dargestellt kann der Serviceroboter 12 zum Einbringen des Serviceroboters 12 in den Aufnahmeraum 18 und/oder zum Verlassen des Aufnahmeraums 18 sowie zum Befestigen des Serviceroboters 12 im Aufnahmeraum 18 den Manipulatorarm 32 einsetzen. Der Serviceroboter 12 entlädt sich sozusagen selbst aus dem Kofferraum 46 des Fahrzeugs 14.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Serviceroboter 12 mit einer lösbaren Verbindung im Kofferraum 46 angeordnet und weist einen an der Karosserie nach außen angeordneten Bereich auf. Dies kann bei einer zweigeteilten Heckklappe beispielsweise der untere Bereich (oberer Rahmen mit Heckscheibe) sein. Der Serviceroboter 12 betätigt die elektrische Kofferraumklappe und ist dann in der Lage, durch einen Faltmechanismus aus dem Kofferraum 46 auf den Fahrbahnboden zu klappen. Der Mechanismus zum Ausladen kann dabei mit dem Manipulatorarm 32 des Serviceroboters 12 integriert sein. Der Mechanismus bzw. der Manipulatorarm 32 können mit der elektrischen Heckklappe verbunden sein, wodurch der Serviceroboter 12 bereits beim Öffnen aus dem Fahrzeug 14 geschwenkt werden kann. Ein fahrzeugseitiger Mechanismus an der elektrisch öffnenden Heckklappe kann aus einem Seilzug bestehen. Vor dem Entriegeln und mechanischen Lösen der Steckverbindung wird die Heckklappe geschlossen (beispielsweise mittels drahtgebundener Signalübertragung) oder nach dem Lösen per Funk (Analogfunkbedienung auf dem Schlüssel oder der Verbindungseinheit) geschlossen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin eine Energieschnittstelle 48 am Serviceroboter 12 gezeigt, durch die ein Energiespeicher des Serviceroboters 12 mit einem Energiespeicher des Fahrzeugs 14 verbunden werden kann, wenn der Serviceroboter 12 in dem Aufnahmeraum 18 des Fahrzeugs 14 aufgenommen ist. Die Energieschnittstelle ist im dargestellten Beispiel mit der Fahrzeugschnittstelle 28 integriert und als gemeinsame Steckverbindung ausgebildet. Der Serviceroboter 12 wird sozusagen im Kofferraum 46 des Fahrzeugs 14 eingesteckt. Es ist dann möglich, den Energiespeicher des Serviceroboters 12 während der Fahrt oder beim Laden des Fahrzeugs 14 zu laden. Umgekehrt ist es ebenfalls möglich, dass die Energiereserve des Serviceroboters 12 zur Verlängerung der Reichweite oder in Notsituationen dem Antrieb des Fahrzeugs 14 zur Verfügung gestellt wird.
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Insbesondere bei einem Aufnahmeraum 18 in einem Kofferraum 46, aber auch in anderen Fällen, ist es zudem vorteilhaft, wenn der Serviceroboter 12 einen Innenraumsensor 50 umfasst, durch den Innenraumdaten mit Informationen über Objekte in einem Laderaum des Fahrzeugs 14 erfasst werden können. Der Serviceroboter 12 verfügt also über zusätzliche Sensorik, die während der Fahrt des Fahrzeugs 14 nicht nach außen gerichtet ist. Beispielsweise können die Umfeldsensoren (Robotersensor) des Roboters verwendet werden. Diese nach innen gerichtete Sensorik kann dann zur Innenraumüberwachung der Ladung oder auch zur Innenraumüberwachung von Passagieren eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Innenraumsensor 50 dabei, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, am Manipulatorarm 32 angeordnet ist. Es ist möglich, den Manipulatorarm 32 des Serviceroboters 12 durch die Prozessoreinheit 26 zu steuern. Der Innenraumsensor 50 kann dann zur Überwachung des Innenraums des Laderaums des Fahrzeugs 14 oder eines anderen Bereichs des Fahrzeugs 14 verwendet werden und in seiner Position variiert werden durch ein Bewegen des Manipulatorarms 32.
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In der 5 ist schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 10 dargestellt. Dabei umfasst das Fahrzeug 14 insgesamt neben dem Aufnahmeraum 18 noch zwei weitere Aufnahmeräume 18', 18", in die zwei weitere Serviceroboter 12', 12" aufgenommen sind. Die drei Serviceroboter 12, 12', 12" sind über ein Vernetzungssystem 52 vernetzt, wenn die Serviceroboter 12, 12', 12" in den Aufnahmeräumen 18, 18', 18" aufgenommen sind. Dabei ist es möglich, dass mehrere Serviceroboter zusammen ein Modul-Fahrzeug bilden. Das Fahrzeug 14 umfasst also mehrere Serviceroboter 12, 12', 12", die zusammen ein bezüglich ihrer verfügbaren Prozessorkapazitäten und/oder bezüglich ihres Sensorsets funktional höherwertiges autonomes Fahrzeug ergeben. Beispielsweise kann durch eine Kombination mehrerer Prozessoreinheiten 26 in mehreren Servicerobotern 12, 12', 12" ein Fahrzeug mit Straßenzulassung erst realisiert werden. Für nichtöffentliche Verkehrsflächen können die Serviceroboter 12, 12', 12" getrennt bzw. vom Fahrzeug 14 separiert werden, um unterschiedliche Ziele anzufahren. Beispielsweise werden zwei Fahrzeuge gekoppelt, die jeweils nur ein halbes Sensorset pro Fahrzeug aufweisen. Dann kann auf einer nichtöffentlichen Verkehrsfläche auf die Beobachtung des rückwärtigen Verkehrs möglicherweise verzichtet werden. Das Fahrzeug 14 kann dann beispielsweise seine Fahrt in eine Richtung fortsetzen, die durch die Sensoren der im Fahrzeug 14 befindlichen Serviceroboter 12, 12', 12" abgedeckt ist. Dieses Prinzip ist auch auf autonom fahrende Containerfahrzeuge im Hafen bis hin zu Flurförderfahrzeugen oder landwirtschaftliche Maschinen übertragbar. Landwirtschaftliche Maschinen benötigen nur für den Transfer bis zum Feld ein Sensorset, welches für die Straße zugelassen ist. Der Arbeitsprozess auf dem Feld erfolgt in festen Bahnen/Abläufen, für die ein reduzierter Sensor- und/oder Prozessorumfang ausreicht.
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Weiterhin ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in der 5 gezeigt, dass das Fahrzeug 14 eine Reserve-Prozessoreinheit 54 aufweist. In dieser kann basierend auf Sensordaten des Umgebungssensors 24 ein Notsteuersignal mit Informationen über eine auszuführende Notbewegung des Fahrzeugs 14 ermittelt werden, auch wenn sich der Serviceroboter 12 nicht in dem Aufnahmeraum des Fahrzeugs 14 befindet. Nach dem Ausklinken des Serviceroboters 12 sind also immer noch limitierte, autonome Fahrmanöver möglich. Insbesondere kann beispielsweise im nichtöffentlichen Verkehr ein Fahrmanöver durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Parkmanöver durchgeführt werden, bei dem lediglich auf die fahrzeugseitig fest verbauten Sensoren (Umgebungssensor 24) zurückgegriffen wird.
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Es ist denkbar, dass sich ein Serviceroboter 12 mit einer Differenzgeschwindigkeit ausklinkt, während ein zuvor beschriebenes Fahrmanöver mit geringerer Komplexität durchgeführt wird. Während also das Fahrzeug 14 eine Notbewegung mit einem gegenüber einem vollständigen Bewegungsumfang des Fahrzeugs reduzierten Bewegungsumfang durchführt, klinkt sich der Serviceroboter 12 aus. Der Serviceroboter 12 kann sich beispielsweise beim Parkvorgang ausklinken.
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In anderen Ausführungsformen ist es denkbar, dass der Serviceroboter 12 Einkaufs- oder Zustelldienste im Auftrag Dritter erledigt, die den Fahrzeugbesitzer dafür entlohnen. Diese Dienste können mit einer Online-Handelsplattform verknüpft sein.
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Weiterhin ist es denkbar, dass der Serviceroboter 12 dazu ausgebildet ist, Haushaltstätigkeiten zu erledigen, während das Fahrzeug nicht genutzt wird. Beispielsweise kann der Serviceroboter 12 dazu ausgebildet sein, eine Spülmaschine ein- oder auszuräumen, aufzuräumen, Wäsche aufzuhängen etc. Diese Tätigkeiten sind durch einen Serviceroboter aus dem Consumer Electronic-Bereich nicht realistisch. Dadurch, dass der erfindungsgemäße Serviceroboter eine leistungsfähige Prozessoreinheit aufweist, um die Fahrmanöver des Fahrzeugs ermitteln zu können, sind solche komplexen Aufgaben wirtschaftlich umsetzbar.
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Es ist auch möglich, dass das erfindungsgemäße Prinzip des Verwendens einer in einem ausklinkbaren Roboter integrierten Prozessoreinheit zum Ausführen bzw. Berechnen von Fahrmanövern des Fahrzeugs in anderen Bereichen eingesetzt wird. Beispielsweise kann als Fahrzeug auch eine landwirtschaftliche Maschine oder eine Baumaschine in Betracht gezogen werden. Hierbei kann dann der Serviceroboter 12 als erweitertes oder eigenständiges Anbaugerät, beispielsweise zur Bearbeitung schwer erreichbarer Flächen, ausgebildet sein. Ebenfalls ist es denkbar, dass der Serviceroboter 12 in ein Flurförderfahrzeug integriert ist. Auf langen Gabelschuhen oder Routenzügen werden meist mehrere Transportbehälter mit unterschiedlichen Abladestellen transportiert. Das Vereinzeln und Ausscheren und Abladen eines einzelnen Transportguts kann durch den Serviceroboter 12 erfolgen. Weiterhin ist es denkbar, dass der Serviceroboter 12 in einer Kehrmaschine als Beikehrer eingesetzt wird. Zudem ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Ansatz im Bereich der Robotaxis einzusetzen. Ein Robotaxi umfasst einen integrierten Serviceroboter 12. Dieser kann dazu verwendet werden, das Robotaxi zu beladen. Beispielsweise kann der Serviceroboter 12 am Flughafen das Gepäck der abzuholenden Passagiere abholen und dies zum Fahrzeug transportieren. Aufgrund der Kompatibilität mit Fahrzeugen des gleichen Betreibers müssen gegebenenfalls nicht alle Fahrzeuge mit einem Serviceroboter 12 ausgestattet werden und Passagiere müssen nicht auf ihr Gepäck warten, da die Zustellung auch durch ein anderes Fahrzeug erfolgen kann.
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In der 6 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Transportieren einer Ware dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des reversiblen Ankoppelns S10 eines Serviceroboters 12, des Empfangens S12 von Sensordaten, des Ermittelns S14 eines Steuersignals und des Übermittelns S16 des Steuersignals. Das Verfahren kann beispielsweise in Software implementiert sein und in einem Prozessor eines Roboters ausgeführt werden.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Serviceroboter
- 14
- Fahrzeug
- 16
- Gehäuse
- 18
- Aufnahmeraum
- 20
- Sensorschnittstelle
- 22
- Robotersensor
- 24
- Umgebungssensor
- 26
- Prozessoreinheit
- 28
- Fahrzeugschnittstelle
- 29
- Roboterschnittstelle
- 30
- Fahreinheit
- 32
- Manipulatorarm
- 34
- Ware
- 36
- Haltevorrichtung
- 38
- Verbindungseinheit
- 40
- Fahrzeugverkleidungsabschnitt
- 42
- Verschlussblende
- 44
- Beleuchtungsvorrichtung
- 46
- Kofferraum
- 48
- Energieschnittstelle
- 50
- Innenraumsensor
- 52
- Vernetzungssystem
- 54
- Reserve-Prozessoreinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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