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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer Schutzeinrichtung an einem autonomen Flurförderzeug.
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Autonom fahrende Fahrzeuge (Automatic Ground Vehicles AGV) sind zur Kollisionsverhinderung mit einem oder mehreren Hinderniserkennungseinrichtungen, insbesondere Laserscannern oder Ultraschallsystemen ausgestattet. Die eingesetzten Laserscanner basieren auf dem Prinzip, dass für einen ausgesendeten Lichtimpuls die Laufzeit des reflektierten Lichts erfasst wird. Aus der Laufzeit des Impulses nach Verlassen des Laserscanners bis zu seiner Rückkehr kann ermittelt werden, in welchem Abstand sich ein Objekt relativ zum Laserscanner befindet. Indem der Laserscanner mit einer Scanbewegung die Richtung des ausgesendeten Laserstrahls variiert kann nicht nur der Abstand sondern auch Richtung des reflektierenden Gegenstandes bestimmt werden.
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Im Prinzip nimmt die Empfindlichkeit des Laserscanners mit dem Abstand zwischen Objekt und Scanner ab. Daher geben Hersteller von Laserscannern einen Abstand an, bis zu dem ein Objekt mit einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit zuverlässig erkannt werden kann. Jenseits dieses Abstands wird die Erkennung nicht mehr zugesichert, so dass der Scanner nur bedingt eingesetzt werden kann und folglich für die Personenerkennung nicht mehr eingesetzt werden darf.
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In der Praxis hat es sich als wirksam herausgestellt, von dem Laserscanner zu überwachende Flächen zu definieren. Für diese Flächen wird festgestellt, ob ein Gegenstand oder eine Person sich innerhalb des überwachten Bereichs befindet. Die Überwachungsbereiche des Flurförderzeugs hängen dabei von der Geschwindigkeit und dem Lenkwinkel ab, können aber auch von anderen Faktoren, wie Eigen- oder Lastgewicht, abhängen. Häufig wird diese Abhängigkeit zur Verringerung der Komplexität von Geschwindigkeit und Lenkwinkel in Bereichen zusammengefasst, wobei sich dann innerhalb eines durch ein Geschwindigkeitsintervall und/oder einen Lenkwinkelbereich vorgegebenes Intervall die Ausrichtung und die Abmessungen des Überwachungsbereichs nicht ändern.
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Normen schreiben vor, dass die Wirksamkeit der Kollisionsverhinderung vor einem Inverkehrbringen des Fahrzeugs nachgewiesen werden muss. Entsprechend müssen zu vorgegebenen Geschwindigkeits- und Lenkwinkelbereichen Tests unter realen Bedingungen durchgeführt werden. Solche Tests sind in zeitlicher Hinsicht sehr aufwendig.
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Neben dem Nachweis, dass das System überhaupt in der Lage ist, ein Objekt zu erkennen und durch Auslösen eines Signals das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen, muss auch nachgewiesen werden, dass die Geometrie des Überwachungsbereichs ausreichend bemessen ist. Dem Überwachungsbereich liegen im Hinblick auf seine Ausrichtung zum Fahrzeug und seine Abmessungen einige Annahmen zu Grunde, beispielsweise zur Verzögerung und zur Bremsstrecke des Fahrzeugs, diese Annahmen müssen für die Praxis ausreichend groß bemessen sein. Dies geschieht in praktischen Versuchen, bei denen Prüfobjekte an exponierten Punkten aufgestellt und von dem Fahrzeug mit der für den zu prüfenden Überwachungsfall gewählten Geschwindigkeit und Lenkwinkel angefahren werden. Die Schwierigkeiten bei der praktischen Durchführung dieses Tests besteht in der vorausgehenden Berechnung der Position des Prüfobjekts in Relation zur Startposition des Fahrzeugs, in der Vermessung der Position und in der Ausrichtung des Fahrzeugs in der Ausgangsposition. Insbesondere bei einstelligen Lenkwinkeln und hohen Geschwindigkeiten führen Abweichungen von wenigen Grad dazu, dass das Fahrzeug die Position des Prüfobjekts verfehlt, so dass der Test wiederholt werden muss.
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Bei der Positionierung des Prüfobjekts entstehen durch die Abstände im Bereich mehrerer Meter zwischen dem Fahrzeug und dem Testobjekt zu Testbeginn in der Praxis Messabweichungen. Hinzu kommen Fehler durch eine Fehlausrichtung des Fahrzeuges auf der Startposition und der damit verbundenen fehlenden Rechtwinkligkeit der Achsen für die Abstandsmessung zum Prüfobjekt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Prüfung einer Schutzeinrichtung an einem autonomen Flurförderzeug bereitzustellen, das die Vorgehensweise für die Tests vereinfacht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen und bestimmt, eine Schutzeinrichtung an einem autonomen Flurförderzeug zu prüfen. Die Schutzeinrichtung weist mindestens eine Hinderniserkennungseinrichtung auf, die ein Hindernis in seinem Überwachungsbereich erfasst und ein Hindernissignal an eine Fahrzeugsteuerung absetzt. Die Fahrzeugsteuerung kann ansprechend auf das Hindernissignal einen entsprechenden Bremsvorgang an dem Flurförderzeug auslösen. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass ein Wert für den Abstand des Prüfobjekts von dem Fahrzeug mit mindestens einer Hinderniserkennungseinrichtung erfasst wird und dass abhängig von dem erfassten Abstandswert die Position des Prüfobjekts relativ zu dem Flurförderzeug bestimmt und/oder eine Prüffahrt des Fahrzeugs relativ zu dem Prüfobjekt ausgeführt wird. Ein wichtiger Aspekt ist hierbei, dass die vorhandenen Abstandswerte der Hinderniserkennungseinrichtung ausgewertet werden. In einer Ausgestaltung helfen die Abstandswerte der Hinderniserkennungseinrichtung dabei, die Position des Prüfobjekts relativ zu dem Flurförderzeug zu erfassen und so das Prüfobjekt in der gewünschten Position zu platzieren. In der anderen Ausgestaltung wird die Position des Prüfobjekts erfasst und eine entsprechende Prüffahrt des Flurförderzeugs relativ zu dem Prüfobjekt berechnet und durchgeführt. Beide Ausgestaltungen beruhen auf dem gemeinsamen Gedanken, Abstandswerte aus dem Laserscanner zu benutzen, um das Prüfen der Schutzeinrichtung zu erleichtern. Selbstverständlich ist es auch möglich, beide Verfahren miteinander zu kombinieren, also beispielsweise, abhängig von dem erfassten Abstand, das Prüfobjekt relativ zu dem Flurförderzeug zu positionieren und zugleich eine Prüffahrt des Fahrzeugs relativ zu dem Prüfobjekt zu planen und/oder auszuführen.
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In einer bevorzugten Weiterführung des Verfahrens, wird das Prüfobjekt in einem Abstand zu dem Flurförderzeug positioniert, wobei die Fahrzeugsteuerung aufgrund des erfassten Werts für den Abstand die aktuelle Position des Prüfobjekts bestimmt und mit dessen Sollposition vergleicht. Als Hilfestellung für eine korrekte Positionierung des Prüfobjekts wird eine Abweichung zwischen aktueller Position und Sollposition angezeigt. Diese Anzeigen helfen mit, für das Prüfobjekt die richtige Position zu finden, ohne dass aufwendig mit einem zusätzlichen Messmittel manuell die Position des Prüfobjekts relativ zu dem Fahrzeug ausgemessen werden muss.
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In einer Weiterbildung verfügt das Flurförderzeug über einen vorbestimmten Satz von Sollpositionen für das Prüfobjekt. Hiermit kann sichergestellt werden, dass kritische Punkte der zu überwachenden Bereiche tatsächlich auch richtig geprüft werden. Der vorbestimmte Satz an Sollpositionen ist in dem Fahrzeug abgelegt und stellt sicher, dass auch alle relevanten Punkte in einem praktischen Test überprüft werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Prüfobjekt in einem Abstand zu dem Flurförderzeug positioniert, wobei die Fahrzeugsteuerung aufgrund des erfassten Wertes für den Abstand die aktuelle Position des Prüfobjekts bestimmt und für die Prüffahrt eine Anfahrtrajektorie berechnet, mit der das Flurförderzeug das Prüfobjekt unter einem vorbestimmten Lenkwinkel und/oder mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit anfährt. Mit der Anfahrtrajektorie können Lenkwinkel und Geschwindigkeit des Fahrzeugs festgelegt werden, so dass der Test unter realistischen Bedingungen erfolgt und auch die Annahmen über Verzögerung und Bremsweg des Fahrzeugs prüft. Die Variation von Anfahrwinkel und Anfahrgeschwindigkeit erlaubt es auch, eine Schutzeinrichtung zu testen, bei der die Überwachungsbereiche, abhängig von Lenkwinkel und Fahrgeschwindigkeit variieren. Bei der Weiterbildung des Verfahrens wird also für eine gegebene Position des Prüfobjekts eine Anfahrtrajektorie bestimmt, mit der unter einem bestimmten Lenkwinkel und einer bestimmten Geschwindigkeit, das Prüfobjekt in den Schutzbereich des Laserscanners eintreten und so das Hindernissignal auslösen kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein vorbestimmter Satz von Anfahrtrajektorien für das Prüfobjekt vorgesehen, der der Reihe nach genutzt wird. Hierdurch können die an dem Fahrzeug vorgesehenen Schutzbereiche, die mit Fahrgeschwindigkeit und Lenkwinkel variieren können, einzeln getestet werden. Für diesen Test kann das Prüfobjekt an seiner einmal gewählten Position verbleiben, da das Fahrzeug seine Anfahrtrajektorien jeweils anpassen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ebenfalls vor, dass für den mindestens einen Laserscanner, dessen Orientierung am Fahrzeug geprüft wird, indem das jeweils erfasste Messfeld mit einem Sollmessfeld verglichen wird. Durch diesen Vergleich kann ausgeschlossen werden, dass der Laserscanner an dem Fahrzeug verkantet oder schräg montiert ist und es so zu einer falschen Messung der Abstände für das Prüfobjekt kommt.
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Die vorstehende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1a, b die Bestimmung eines Schutzbereichs für ein Flurförderzeug,
- 2a, b die Ausrichtung von Laserscannern relativ zu einer Hochachse,
- 3 die Ausrichtung der Scanebene in horizontaler Richtung,
- 4 die Überprüfung der Laserscanner in ihrer Position relativ zueinander und
- 5 das beispielhafte Anfahren eines ortsfesten Prüfobjekts.
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Die 1a, b zeigen ein Flurförderzeug 10, das mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2 m/s fährt und mit einem Winkel von +/- 5° lenkt. Bei einem Lenkwinkeleinschlag von 5° erreicht das Fahrzeug die Kontur 12, während es beim Lenkwinkeleinschlag von -5° sich zu der Kontur 14 bewegt. Für die gegebene Geschwindigkeit von 2 m/s ergibt sich also insgesamt ein Schutzbereich 16. Fährt das Fahrzeug mit einer größeren Geschwindigkeit, so wird der Schutzbereich 16 insgesamt größer, da das Fahrzeug in gleicher Zeit eine größere Strecke zurücklegt. Werden stärkere Lenkwinkel als +/- 5° zugelassen, so wird der Schutzbereich 16 insgesamt breiter, da das Fahrzeug eine größere Kurve fahren kann. Die Fläche des Schutzbereichs 16 ist also durch die Konturen des Fahrzeugs, die Geschwindigkeit, die Fahrtrichtung, den Lenkwinkel die Reaktionsgeschwindigkeit des Sicherheitssystems und der Fahrsteuerung und auch die Verzögerung und den Bremsweg definiert. In der Regel wird der Schutzbereich 16 mit einer ausreichenden Sicherheitsreserve gewählt, da es bei der Verarbeitung eines Hindernissignals zu Verzögerungen kommen kann.
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2a, b zeigen das Flurförderzeug 10 mit einem Fahrzeugkörper 18. An dem Fahrzeugkörper 18 sind auf den von den Lastgabeln 24 fortweisenden Ende, also dem rückwärtsgewandten Ende, zwei Laserscanner 20, 22 an den Ecken des Fahrzeugkörpers 18 montiert, so dass diese in Fahrzeuglängsrichtung und seitlich dazu den Bereich um das Fahrzeug überwachen können. 2a zeigt an einem Beispiel zwei korrekt eingestellte Laserscanner 20, 22, deren Scanbereich 26, 28 keinen Überlapp mit dem Fahrzeugkörper 18 besitzen. 2b zeigt einen Scanbereich 26', der einen Überlapp mit dem Fahrzeugkörper 18 aufweist. Hierdurch entsteht ein toter Winkel 30 für den Laserscanner 20. Die Einstellung der Scanbereiche 26, 28 erfolgen im Wesentlichen durch eine Ausrichtung des Laserscanners um eine Hochachse.
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Neben der vorstehenden Ausrichtung der Scanbereiche relativ zu dem Fahrzeugkörper 18 zeigt 3 die Ausrichtung der Scanebene 32, die nach Möglichkeit sowohl lateral als auch frontal horizontal ausgerichtet sein soll. 3 zeigt im linken Teil des Bildes das Fahrzeug 10 in einer Ansicht von der Seite, die die frontale Ansicht der Scanebene 32 zeigt. Der rechte Teil von 3 zeigt den Antriebskörper 18 in einer frontalen Ansicht und somit auch die laterale Ansicht der Scanebene 32. In der Regel ist das Flurförderzeug mit einer lateralen und einer frontalen Einstellhilfe ausgestattet, um die horizontale Ausrichtung der Scanebene 32 sicherzustellen. Die in den 2 und 3 gezeigten Einstellungen der mit einem Laserscanner ausgestatteten Hinderniserkennung sind Voraussetzung für eine korrekte Positionsmessung mit diesen.
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4 zeigt einen weiteren Test, mit dem die korrekte Einbauposition der Laserscanner 20, 22 geprüft werden kann. Um sicherzustellen, dass die Laserscanner 20, 22 in ihrer vorgesehenen Einbauposition am Fahrzeug korrekt ausgerichtet sind, wird ein Testobjekt 34 in den Scanbereich der Laserscanner 20, 22 gebracht. Das Testobjekt 34 befindet sich im Sichtfeld der Laserscanner 20 und 22. Jeder der Scanner kann die Position des Testobjekts bestimmen. Da die relative Einbauposition „D“ der Scanner zueinander und zur Fahrzeugkontur bekannt ist, kann über die entsprechende geometrische Beziehung berechnet werden, ob die Laserscanner 20, 22 korrekt zueinander positioniert und richtig ausgerichtet sind. Fehler hierbei können aus der relativen Positionierung der Laserscanner am Fahrzeug stammen, aber auch auf Toleranzen im Fahrzeugrahmen zurückgehen. Größere Abweichungen bei der Bestimmung des Prüfobjekts 34 müssen auf jeden Fall für einen sicheren Betrieb korrigiert werden.
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Das erfindungsgemäße Testverfahren dient dazu, die geschwindigkeits- und lenkwinkelabhängigen Schutzbereiche 16 zu testen. Es ist möglich, dabei auf ein manuelles Positionieren des Prüfobjekts im Raum zu verzichten und stattdessen das Prüfobjekt an einer ortsfesten Position zu belassen. Das Prüfobjekt kann in dieser Position von dem Fahrzeug aus unterschiedlichen Richtungen mit variabler Geschwindigkeit und entsprechendem Lenkwinkel angefahren werden.
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5 zeigt das Flurförderzeug 10, das über die Positionen A, B und C entlang einer Trajektorie 36 sich bewegt. Das Prüfobjekt 34 steht hierbei im Raum und kommt in der Position C mit dem Schutzbereich 16 in Berührung. Getestet wird die Funktionsweise des Schutzbereichs 16 dadurch, dass das Fahrzeug rechtzeitig nach Eintreten des Prüfobjekts 34 in den Schutzbereich stoppt. Wie bereits oben erläutert, ist der Schutzbereich 16 abhängig von der Geschwindigkeit und dem Anfahrwinkel. Dadurch kann das Flurförderzeug bei seiner geplanten Anfahrt an das Prüfobjekt seine Anfahrtrajektorie 36 so wählen, dass die zu prüfende Geschwindigkeit und der zu prüfende Lenkwinkel bei der Anfahrt vorliegen. Die Bestimmung der Anfahrtrajektorie ist möglich, da das Fahrzeug beispielsweise in seiner Position A, also Fahrzeug 10a in 5 die Position des Prüfobjekts 34 aus seinen Scannerdaten bestimmen kann. Die so ermittelte Position dient dann der Berechnung der Anfahrtrajektorie. In der Fachliteratur wird dieser Vorgang auch als inverse Kinematik bezeichnet, in dem, ausgehend von der Position 10A, die Steuerung für das Fahrzeug berechnet, dass dieses mit dem gewünschten Lenkwinkel und der gewünschten Geschwindigkeit auf das Prüfobjekt 34 stößt. Ist ein Erfassen des Prüfobjektes von der Position 10A nicht möglich, beispielsweise weil der Abstand zwischen Fahrzeug und Prüfobjekt zu groß ist, kann auch zunächst ein Erfassen des Prüfobjektes in der Position 10C erfolgen, woraufhin sich das Fahrzeug in die Position 10A bewegt und von dort aus die Testfahrt startet. Die Fahrt von der Position 10C zur Position 10A kann beispielsweise mittels entsprechender Sensoren z.B. kalibrierter Lenkwinkelsensoren erfolgen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung für den Test der Schutzfelder nutzt den Umstand, dass der Laserscanner die Position des Testobjekts ermitteln kann. Betrachten wir beispielsweise in 5 das Fahrzeug 10C als stehendes Fahrzeug mit seinem Schutzbereich 16. Der Laserscanner des Fahrzeugs kann den Probekörper 34 auch außerhalb des Schutzbereichs in seiner Position erfassen. Indem einer Bedienperson mit Hilfe der von dem Laserscanner erfassten Daten angezeigt wird, wie weit die tatsächliche Position des Prüfobjekts 34 von seiner Sollposition entfernt ist, kann der Probekörper positioniert werden, ohne dass die Bedienperson selber die relative Lage zu dem Fahrzeug 10C berechnen oder vermessen muss. Auf diese Weise kann beim bestehenden Fahrzeug oder auch wenn das Fahrzeug anfährt, die Position des Prüfobjekts 34 überprüft werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Flurförderzeug
- 10A-C
- Position des Flurförderzeuges
- 12
- Kontur
- 14
- Kontur
- 16
- Schutzbereich
- 18
- Fahrzeugkörper
- 20
- Laserscanner
- 22
- Laserscanner
- 24
- Lastgabeln
- 26
- Scanbereich
- 26'
- Scanbereich
- 28
- Scanbereich
- 30
- Toter Winkel
- 32
- Scanebene
- 34
- Prüfobjekt
- 36
- Anfahrtrajektorie
