DE102021114067A1 - Industrial truck with an optical monitoring device - Google Patents

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Abstract

Flurförderzeug mit einer optischen Überwachungseinrichtung, die mindestens einen Projektor und mindestens eine Kamera aufweist, wobei der Projektor ein Muster, bestehend aus einer Vielzahl von Musterelementen aussendet, dessen Abbild auf einem Gegenstand von der Kamera erfasst und ausgewertet wird, wobei das projizierte Muster derart orientiert ist, dass mehr Musterelemente mit horizontalen und vertikalen Kanten zusammentreffen als bei einer regulären Orientierung.Industrial truck with an optical monitoring device that has at least one projector and at least one camera, the projector emitting a pattern consisting of a large number of pattern elements, the image of which on an object is captured and evaluated by the camera, the projected pattern being oriented in this way , that more pattern elements meet with horizontal and vertical edges than with a regular orientation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flurförderzeug mit einer optischen Überwachungseinrichtung. Flurförderzeuge mit optischen Überwachungseinrichtungen können sowohl bei autonom fahrenden Fahrzeugen als auch bei manuell geführten Fahrzeugen eingesetzt werden. Die optische Überwachungseinrichtung kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Aufgaben erfüllen, so beispielsweise die Positionierung des Fahrzeugs relativ zu einer Last oder zu einem Regal unterstützen oder ein Hindernis oder dergleichen erkennen. Für die optische Überwachungseinrichtung ist es wichtig, dass dreidimensionale Daten in zuverlässiger Form gewonnen werden können.The present invention relates to an industrial truck with an optical monitoring device. Industrial trucks with optical monitoring devices can be used both in autonomous vehicles and in manually operated vehicles. The optical monitoring device can fulfill a large number of different tasks, for example supporting the positioning of the vehicle relative to a load or a shelf or detecting an obstacle or the like. It is important for the optical surveillance device that three-dimensional data can be obtained in a reliable form.

Zur Ermittlung von 3D-Daten mit nur einer Kamera kann ein bekanntes Muster auf das Zielobjekt projiziert werden. Das Muster kann aus Linien, Kreisen, Punkten oder sonstigen Musterelementen bestehen. Das Licht mit solchen Mustern wird auch als codiertes Licht bezeichnet. Durch die Höhenunterschiede auf dem Zielobjekt wird das projizierte Muster insbesondere an Kanten verformt. Anhand dieser Verzerrung kann auf Höhenunterschiede zurückgerechnet werden, wenn die Musterelemente dem Ursprungsmuster zugeordnet werden können. Bei Linien nutzt man beispielsweise ein barcode-ähnliches Prinzip, um die Eineindeutigkeit der projizierten Linie zu gewährleisten. Linien erlauben beispielsweise eine gute Kantenerkennung an dem Zielobjekt, da die Linien an den Kanten ihre Orientierung ändern. Bei der Verwendung von Punkten als Musterelemente können beispielsweise über Korrelationen zu benachbarten Punkten diese im Raum identifiziert werden. Je höher die Dichte der Informationen in dem projizierten Bild ist, desto genauer kann das Objekt in seiner Dreidimensionalität aufgelöst werden, wobei natürlich die Dichte der Informationen durch die optische Auflösung begrenzt ist.A known pattern can be projected onto the target object to obtain 3D data with just one camera. The pattern can consist of lines, circles, dots or other pattern elements. The light with such patterns is also referred to as coded light. Due to the height differences on the target object, the projected pattern is deformed, especially at edges. This distortion can be used to calculate differences in height if the pattern elements can be assigned to the original pattern. For lines, for example, a principle similar to a barcode is used to ensure that the projected line is unambiguous. For example, lines allow good edge detection on the target object, since the lines change their orientation at the edges. When using points as pattern elements, these can be identified in space, for example via correlations to neighboring points. The higher the density of the information in the projected image, the more precisely the object can be resolved in its three-dimensionality, the density of the information being of course limited by the optical resolution.

Wird eine zweite Kamera an einem bekannten Ort hinzugefügt, ergeben sich zwei weitere Vorteile. Einerseits kann die zweite Kamera aus einem anderen Blickwinkel verdeckte Linien erfassen, welche die erste Kamera nicht auswerten kann. Zum anderen können durch die stereoskopische Sicht auf das Objekt zusätzliche Informationen über dessen Dreidimensionalität gewonnen werden.Adding a second camera at a known location provides two additional benefits. On the one hand, the second camera can capture hidden lines from a different angle, which the first camera cannot evaluate. On the other hand, the stereoscopic view of the object can provide additional information about its three-dimensionality.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flurförderzeug mit einer optischen Überwachungseinrichtung bereitzustellen, das in einer Lagerumgebung mit einfachen Mitteln zuverlässig Objekte und Gegenstände erkennt.The object of the invention is to provide an industrial truck with an optical monitoring device that reliably detects objects and objects in a warehouse environment using simple means.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Flurförderzeug mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.According to the invention, the object is achieved by an industrial truck with the features of claim 1. Advantageous configurations form the subject matter of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Flurförderzeug ist mit einer Überwachungseinrichtung ausgestattet, die mindestens einen Projektor und mindestens eine Kamera aufweist. Der Projektor sendet ein Muster, bestehend aus einer Vielzahl von Musterelementen aus. Das Abbild des Musters auf einem Gegenstand wird von der mindestens einen Kamera erfasst und ausgewertet. Bevorzugt ist das Muster mit seinen Musterelementen derart orientiert, dass möglichst viele Musterelemente mit horizontalen und vertikalen Kanten zusammentreffen. Das Zusammentreffen eines der Musterelemente mit einer horizontalen oder vertikalen Kante ergibt eine deutliche Veränderung in dem projizierten Musterelement, die gut von der Kamera ausgewertet werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung zur Ausrichtung der optischen Überwachungseinrichtung beruht auf der Erkenntnis, dass Flurförderzeuge in ihrer Umgebung in der Regel mit vertikalen und horizontalen Kanten konfrontiert sind. Insofern ist es möglich, eine Orientierung für das projizierte Muster zu wählen, bei der viele Musterelemente mit horizontalen und vertikalen Kanten zusammentreffen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mehr Musterelemente mit horizontalen und vertikalen Kanten zusammentreffen als in einer regulären Orientierung, also einer horizontalen oder vertikalen Orientierung. Es wird also angestrebt, dass ein zumindest lokales Maximum für das Zusammentreffen der Musterelemente mit den Kanten erzielt werden kann, wenn keine reguläre Orientierung vorliegt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass in einer Lagerumgebung überwiegend vertikale und horizontale Kanten vorgesehen sind. Von daher ist es möglich, allgemein eine solche, von der regulären Orientierung abweichende Orientierung zu finden, bei der möglichst viele Musterelemente auf vertikale oder horizontale Kanten stoßen.The industrial truck according to the invention is equipped with a monitoring device that has at least one projector and at least one camera. The projector emits a pattern consisting of a large number of pattern elements. The image of the pattern on an object is captured and evaluated by the at least one camera. The pattern with its pattern elements is preferably oriented in such a way that as many pattern elements as possible meet with horizontal and vertical edges. The meeting of one of the pattern elements with a horizontal or vertical edge results in a clear change in the projected pattern element, which can be well evaluated by the camera. The solution according to the invention for aligning the optical monitoring device is based on the knowledge that industrial trucks are generally confronted with vertical and horizontal edges in their environment. As such, it is possible to choose an orientation for the projected pattern where many pattern elements with horizontal and vertical edges meet. According to the invention it is provided that more pattern elements meet with horizontal and vertical edges than in a regular orientation, ie a horizontal or vertical orientation. It is therefore sought that an at least local maximum for the coincidence of the pattern elements with the edges can be achieved if there is no regular orientation. The invention is based on the finding that vertical and horizontal edges are predominantly provided in a storage environment. It is therefore possible to generally find an orientation that deviates from the regular orientation, in which as many pattern elements as possible encounter vertical or horizontal edges.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die optische Überwachungseinrichtung zwei Kameras auf, die auf einen gemeinsamen Bildbereich gerichtet sind, in den das Muster projiziert wird. Die zwei Kameras erlauben einen stereoskopischen Blick auf den Gegenstand und auf das projizierte Muster auf dem Gegenstand.In a preferred embodiment, the optical monitoring device has two cameras, which are aimed at a common image area into which the pattern is projected. The two cameras allow a stereoscopic view of the object and of the projected pattern on the object.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Kameras derart gegeneinander geneigt, dass Epipolarlinien geneigt zu vertikalen und/oder horizontalen Kanten in dem Bild verlaufen. Die Epipolarlinie ist die Linie, die in einer Bildebene zwischen dem Epipolarpol und dem entsprechenden Bildpunkt verläuft. Die Punkte auf einer Epipolarlinie entsprechen einer Reihe von Objektpunkten, die auf der entsprechenden anderen Bildebene nicht aufgelöst werden können, sondern auf einem Strahl liegen, der auf das Kamerazentrum der anderen Kamera verweist. Indem darauf geachtet wird, dass die Epipolarlinien geneigt zu vertikalen und/oder horizontalen Kanten in dem Bild verlaufen, wird sichergestellt, dass die Kante auch von beiden Kameras aufgenommen werden kann. Je nach Ausgestaltung können Epipolarlinien parallel angeordnet sein. Grundsätzlich funktioniert Stereoskopie auch ohne eine parallele Anordnung der Epipolarlinien, allerdings ist dann der betrachtete Bildbereich kleiner.In a preferred embodiment, the two cameras are inclined towards one another in such a way that epipolar lines run inclined to vertical and/or horizontal edges in the image. The epipolar line is the line that runs in an image plane between the epipolar pole and the corresponding pixel. The points on an epipolar line correspond to a series of object points that cannot be resolved on the corresponding other image plane, but lie on a ray that is on the camera center of the other camera. By making sure that the epipolar lines run inclined to vertical and/or horizontal edges in the image, it is ensured that the edge can also be recorded by both cameras. Depending on the configuration, epipolar lines can be arranged in parallel. In principle, stereoscopy also works without a parallel arrangement of the epipolar lines, but then the observed image area is smaller.

In einer Umgebung, in der Flurförderzeuge eingesetzt werden, hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, für das Muster Linien als Musterelemente zu verwenden, die parallel zueinander verlaufen. Die Linien sind schräg in einem Winkel gegenüber der Horizontalen angeordnet und schneiden so sowohl jede horizontale als auch vertikale Linie.In an environment in which industrial trucks are used, it has proven to be particularly advantageous to use lines as pattern elements for the pattern, which run parallel to one another. The lines are slanted at an angle to the horizontal, thus intersecting every horizontal and vertical line.

Alternativ hat sich auch als vorteilhaft herausgestellt, als Musterelemente Pixelpunkte zu verwenden. Die Pixelpunkte sind untereinander codiert und die relative Positionsveränderung der Pixelpunkte zueinander kann erfasst werden.Alternatively, it has also turned out to be advantageous to use pixel points as pattern elements. The pixel points are encoded among one another and the change in position of the pixel points relative to one another can be detected.

Die vorstehende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Flurförderzeug in der Ansicht von oben mit zwei Kameras und einem Projektor am Rücken des Gabelträgers,
  • 2 ein Flurförderzeug in der Ansicht von oben mit zwei Kameras und einem Projektor benachbart zueinander an einer Seite des Gabelrückens angeordnet,
  • 3 ein Flurförderzeug in der Ansicht von oben mit zwei Kameras und einem Projektor in den Gabelspitzen,
  • 4 eine schematische Ansicht zur Verwendung von codiertem Licht mit zwei Kameras,
  • 5 eine Prinzipansicht zur Detektion eines Streifens mit Hilfe einer Kamera,
  • 6 die Projektion auf einen Palettenträger mit Streifen und
  • 7 die Rekonstruktion der Epipolarlinien bei eine Stereosicht.
The above invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. Show it:
  • 1 an industrial truck viewed from above with two cameras and a projector on the back of the fork carriage,
  • 2 an industrial truck viewed from above with two cameras and a projector arranged adjacent to one another on one side of the back of the fork,
  • 3 an industrial truck viewed from above with two cameras and a projector in the fork tips,
  • 4 a schematic view for using coded light with two cameras,
  • 5 a schematic view of the detection of a strip with the help of a camera,
  • 6 the projection onto a pallet carrier with stripes and
  • 7 the reconstruction of the epipolar lines in a stereo view.

1 zeigt ein Flurförderzeug 10 in einer schematischen Ansicht von oben. Das Flurförderzeug besitzt zwei Radarme 12, 14, zwischen denen ein Gabelträger 16 angeordnet ist. Der Gabelträger 16 besitzt eine Lastgabel 18, 20 sowie einen Gabelrücken 22. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Gabelträger 16 zwischen den Radarmen in der Höhe verfahren. Die Kraft zum Heben und Senken des Gabelträgers 16 greift hierbei an der Gabelrückwand 22 an. Auf der Oberseite der Gabelrückwand 22 ist jeweils außenliegend eine Kamera 24, 26 angeordnet. Jede der Kameras 24, 26 besitzt ein Blickfeld 28 oder 30, das in der dargestellten Situation auf einen Gegenstand 32 gerichtet ist. Ein Projektor 36 mit seinem Projektionsfeld 38 ist mittig zwischen den Kameras 24, 26 angeordnet. 1 shows an industrial truck 10 in a schematic view from above. The truck has two wheel arms 12, 14, between which a fork carriage 16 is arranged. The fork carriage 16 has a load fork 18, 20 and a fork back 22. In the illustrated embodiment, the fork carriage 16 is moved between the wheel arms in height. The force for raising and lowering the fork carriage 16 acts on the rear wall 22 of the fork. On the top of the fork rear wall 22, a camera 24, 26 is arranged on the outside. Each of the cameras 24, 26 has a field of view 28 or 30 which is directed towards an object 32 in the situation shown. A projector 36 with its projection field 38 is arranged centrally between the cameras 24 , 26 .

2 zeigt eine leicht abgewandelte Anordnung für Projektor und Kamera. Die Kameras 26', 24' sind an einer Seite des Gabelrückens 22 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Projektor 36' zwischen den Kameras 24' und 26' angeordnet. Der Projektor 36' kann auch an einem beliebigen anderen Punkt in der Gabelrückwand 22 angeordnet sein. Durch die benachbarte Anordnung der Kameras 24' und 26' ist der Blickwinkel beider Kameras auf den Gegenstand 32 ähnlich groß. Andererseits erlaubt die seitliche Anordnung beider Kameras einen Blick auf den Gegenstand 32, der nicht so schnell durch eine aufgenommene Last verdeckt werden kann. Insbesondere bei einem mittig angeordneten Projektor 36 besteht die Gefahr, dass eine zentral aufgenommene hohe Last diesen verdeckt. 2 shows a slightly modified arrangement for the projector and camera. The cameras 26', 24' are arranged on one side of the back of the fork 22. In the illustrated embodiment, the projector 36' is positioned between the cameras 24' and 26'. The projector 36' can also be arranged at any other point in the rear wall 22 of the fork. Due to the adjacent arrangement of the cameras 24' and 26', the viewing angle of both cameras onto the object 32 is of a similar size. On the other hand, the lateral arrangement of both cameras allows a view of the object 32, which cannot be covered so quickly by a load that has been picked up. In particular in the case of a centrally arranged projector 36 there is a risk that a high load taken up centrally will cover it.

3 zeigt eine Anordnung der Kameras 24" und 26" in der Lastarmspitze. Hierdurch wird verhindert, dass eine aufgenommene Last die Sicht der Kameras behindert. Zudem besteht der Vorteil, dass die Kameras 24" und 26" näher an das zu erfassende Objekt 32 herankommen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Projektor 36" für das codierte Licht zusammen mit der Kamera an einem Gabelträger angebracht. Selbst verständlich kann der Projektor auch an einem anderen Ort angebracht werden, wenn beispielsweise nicht genügend Platz in einer Radarmspitze für Kamera und Projektor sein sollte. 3 shows an arrangement of the cameras 24" and 26" in the tip of the load arm. This prevents a picked-up load from obstructing the view of the cameras. There is also the advantage that the cameras 24″ and 26″ come closer to the object 32 to be captured. In the exemplary embodiment shown, the projector 36" for the coded light is attached to a fork carriage together with the camera. Of course, the projector can also be attached to another location if, for example, there is not enough space in a wheel arm tip for the camera and projector.

4 zeigt eine schematische Ansicht zur Messung mit codiertem Licht. Der Projektor 36 projiziert ein Muster 38, das aus parallel verlaufenden Linien 40 besteht. Die Linien 40 aus dem Muster 38 treffen auch auf einen quaderförmigen Gegenstand 42. Die projizierten Linien 40 ändern ihren Verlauf auf dem quaderförmigen Gegenstand 42. Die beiden Kameras 24 und 26 nehmen ein Bild des projizierten Musters auf. Bei der in 4 dargestellten Anordnung der Kameras unterscheiden sich die Bilder insofern, als dass der Gegenstand 42 von den Kameras abgewandte Seiten besitzt und zudem auch ein Teil des Untergrundes verdecken kann. 4 shows a schematic view for measurement with coded light. The projector 36 projects a pattern 38 consisting of parallel lines 40 . The lines 40 from the pattern 38 also meet a cuboid object 42. The projected lines 40 change their course on the cuboid object 42. The two cameras 24 and 26 record an image of the projected pattern. At the in 4 In the arrangement of the cameras shown, the images differ in that the object 42 has sides facing away from the cameras and can also cover part of the background.

5 zeigt einen einzelnen Laser 44, der einen Streifen 46 auf einen Untergrund 48 projiziert. Ein Bild 50 wird von einer Kamera aufgezeichnet. Deutlich zu erkennen ist, dass der projizierte Streifen im Bild einen Absatz besitzt, der Informationen über den beschaffenen Untergrund 48 trägt. Das Licht des Lasers 44 wird als Lichtquelle über ein entsprechendes optisches Element zu einem Streifen verwendet. In dem dargestellten Beispiel ist der projizierende Laser 44 und das Bild der Kamera 50 in einem Gehäuse dargestellt. Dies ist eine mögliche Ausgestaltung, aber keineswegs erforderlich. Grundsätzlich können Projektor und Kamera unabhängig voneinander an dem Flurförderzeug montiert sein. 5 FIG. 1 shows a single laser 44 projecting a stripe 46 onto a background 48. FIG. An image 50 is recorded by a camera. It can be clearly seen that the projected strip in the image has a paragraph that carries information about the nature of the subsurface 48 . The light of Laser 44 is used as a light source via a corresponding optical element to form a strip. In the example shown, the projecting laser 44 and the image from the camera 50 are shown in one housing. This is a possible refinement, but by no means required. In principle, the projector and camera can be mounted on the industrial truck independently of one another.

6 zeigt wie ein geneigtes Muster 38 auf einen Palettenträger 54 projiziert wird. Deutlich zu erkennen ist, dass der Palettenträger 54 überwiegend aus vertikalen und horizontalen Kanten besteht. Mit dem geneigten Muster 38 verläuft keine der in dem Muster enthaltenen Linien 40 entlang oder parallel zu einer vertikalen oder horizontalen Kante. Stets liegt ein Schnittpunkt zwischen projizierter Linie und Kante vor, der optisch ausgewertet, räumliche Informationen über den Palettenträger enthält. 6 12 shows how an inclined pattern 38 is projected onto a pallet support 54. FIG. It can be clearly seen that the pallet carrier 54 mainly consists of vertical and horizontal edges. With the sloping pattern 38, none of the lines 40 included in the pattern run along or parallel a vertical or horizontal edge. There is always an intersection between the projected line and the edge, which contains optically evaluated spatial information about the pallet carrier.

7 zeigt ebenfalls einen Palettenträger 54, diesmal allerdings, die sich bei einer stereometrischen Sicht auf den Palettenträger ergebenden Epipolarlinien. Bei einer geneigten Anordnung der Kameras, relativ zu dem Palettenträger 54, verlaufen auch die Epipolarlinien 56 schräg geneigt. 7 also shows a pallet carrier 54, but this time the epipolar lines resulting from a stereometric view of the pallet carrier. With an inclined arrangement of the cameras, relative to the pallet carrier 54, the epipolar lines 56 also run obliquely inclined.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Flurförderzeugindustrial truck
1212
Radarmwheel arm
1414
Radarmwheel arm
1616
Gabelträgerfork carriage
1818
Lastgabelload fork
2020
Lastgabelload fork
2222
Gabelrückwandfork rear panel
2424
Kameracamera
24'24'
Kameracamera
24"24"
Kameracamera
2626
Kameracamera
26'26'
Kameracamera
26"26"
Kameracamera
2828
Blickfeldfield of view
3030
Blickfeldfield of view
3232
Gegenstandobject
3636
Projektorprojector
36'36'
Projektorprojector
36"36"
Projektorprojector
3838
Mustersample
4040
Linienlines
4242
Quaderförmiger Gegenstandcuboid object
4444
Laserlaser
4646
Streifenstripes
4848
Untergrundunderground
5050
Bildpicture
5454
Palettenträgerpallet carrier
5656
Epipolarlinienepipolar lines

Claims (5)

Flurförderzeug mit einer optischen Überwachungseinrichtung, die mindestens einen Projektor und mindestens eine Kamera aufweist, wobei der Projektor ein Muster, bestehend aus einer Vielzahl von Musterelementen aussendet, dessen Abbild auf einem Gegenstand von der Kamera erfasst und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das projizierte Muster derart orientiert ist, dass mehr Musterelemente mit horizontalen und vertikalen Kanten zusammentreffen als bei einer regulären Orientierung.Industrial truck with an optical monitoring device, which has at least one projector and at least one camera, the projector emitting a pattern consisting of a large number of pattern elements, the image of which on an object is captured and evaluated by the camera, characterized in that the projected pattern is oriented such that more pattern elements meet with horizontal and vertical edges than with a regular orientation. Flurförderzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung zwei Kameras aufweist, die auf einen gemeinsamen Bildbereich gerichtet sind, in den das Muster projiziert wird.industrial truck claim 1 , characterized in that the monitoring device has two cameras which are aimed at a common image area in which the pattern is projected. Flurförderzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kameras derart gegeneinander geneigt sind, dass die Epipolarlinien geneigt zu vertikalen und/oder horizontalen Kanten in dem Bild verlaufen.industrial truck claim 2 , characterized in that the two cameras are inclined towards each other in such a way that the epipolar lines run inclined to vertical and/or horizontal edges in the image. Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Musterelementen Linien enthält, die unter einem schrägen Winkel verlaufen.Industrial truck according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the plurality of pattern elements includes lines that run at an oblique angle. Flurförderzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster als Musterelemente Pixelpunkte enthält.Industrial truck according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the pattern contains pixel dots as pattern elements.
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