DE102021212781A1

DE102021212781A1 - Verfahren zum Aufnehmen, Befördern und Abladen eines unterfahrbaren Objekts durch ein autonomes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021212781A1
Application number: DE102021212781.9A
Authority: DE
Inventors: Lukas Michiels; Eduardo Neiva
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-05-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Aufnehmen, Befördern und Abladen eines unterfahrbaren Objekts durch ein autonomes Fahrzeug, das Verfahren umfassend die Schritte (a) Annähern des autonomen Fahrzeugs an die Position des aufzunehmenden Objekts, sodass das autonome Fahrzeug mit einer Vorderseite dem aufzunehmen-den Objekt zugewandt ist; (b) Erkennen des aufzunehmenden Objekts und dessen exakte Position mittels eines frontalen Sensorsystems des autonomen Fahrzeugs, sowie das Speichern der exakten Position des aufzunehmenden Objekts; (c) Überprüfen einer Zugänglichkeit des aufzunehmenden Objekts mittels einer 2D-Distanzmessung; (d) Drehen des autonomen Fahrzeugs um eine Hochachse, sodass das autonome Fahrzeug nach dem Drehen mit einer Rückseite dem aufzunehmenden Objekt zugewandt ist; (e) Positionieren des autonomen Fahrzeugs zu einer Aufnahmeposition, wobei das autonome Fahrzeug hierfür rückwärts das aufzunehmende Objekt unterfährt; (f) Aufnehmen des aufzunehmenden Objekts, Verlassen der Ausnahmeposition und Befördern des aufzunehmenden Objekts zu einer Abladezone.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufnehmen, Befördern und Abladen eines unterfahrbaren Objekts durch ein autonomes Fahrzeug. Insbesondere findet das Verfahren in der Intralogistik seine Verwendung, also dem logistischen Material- und Warenfluss innerhalb eines Betriebsgeländes - beispielsweise in einem Gebäude.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu verschiedene Lösungsansätze bekannt, insbesondere im Zusammenhang mit dem Konzept des „Digital Warehouse“. So betrifft beispielsweise EP 2 044 495 A2 ein Verfahren zum Transportieren von Inventargegenständen, umfassend das Bewegen einer mobilen Antriebseinheit zu einem ersten Punkt innerhalb eines Arbeitsbereichs. Der erste Punkt ist ein Standort eines Inventarinhabers. Das Verfahren umfasst ferner das Andocken der mobilen Antriebseinheit an den Inventarhalter und das Bewegen der mobilen Antriebseinheit und des Inventarhalters zu einem zweiten Punkt innerhalb des Arbeitsbereichs. Zum Andocken der mobilen Antriebseinheit unterfährt diese den Inventarhalter und stellt beispielsweise durch Anheben eine Verbindung mit dem Inventarhalter her. Der zweite Punkt ist mit Förderanlagen verbunden. Das Verfahren umfasst ferner das Bewegen des Inventarhalters zu einem dritten Punkt innerhalb des Arbeitsbereichs unter Verwendung der Förderausrüstung.
US 2018 319 594 A1 beschreibt ein System zum Betrieb eines autonomen Flurförderfahrzeugs zum Transport von Teppich-Rollen. Dabei verfügt das Fahrzeug in einer Ausführungsform nur über einen Navigationssensor zur Ermittlung der Position der zu entnehmenden Rolle. Der Sensor bestimmt die Position der Rolle beim Vorbeifahren. Zum Entnehmen dreht das Fahrzeug, nimmt rückwärts-fahrend die Teppich-Rolle auf und verlässt den Ladeplatz in Vorwärtsfahrt.
Ferner beschreibt auch EP 1 799 540 A2 ein System zum Transportieren von Inventar. Dabei umfasst das System einen Inventarhalter und eine mobile Antriebseinheit. Der Inventarhalter umfasst einen Rahmen, der Inventargegenstände aufnehmen kann, und eine Andockplatte, die einen Andockkopf von unten aufnehmen kann. Die mobile Antriebseinheit umfasst einen Andockkopf, der an die Andockplatte gekoppelt werden kann, und ein Antriebsmodul, das die mobile Antriebseinheit antreiben kann. Die mobile Antriebseinheit ist außerdem in der Lage, den Inventarhalter zu bewegen, wenn der Andockkopf mit dem Inventarhalter verbunden ist. Hierzu unterfährt die mobile Antriebseinheit den Inventarhalter und koppelt den Inventarhalter mit einem Andockkopf der mobilen Antriebseinheit durch Anheben eben dieses Andockkopfes, sobald die mobile Antriebseinheit mitsamt des Andockkopfes korrekt unter dem Inventarhalter positioniert ist.
Ausgehend von den zuvor genannten Lösungsansätzen ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, ein verbessertes Verfahren zum Aufnehmen, Befördern und Abladen eines unterfahrbaren Objekts durch ein autonomes Fahrzeug bereitzustellen.
Die Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Alternative Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zunächst ein Annähern eines autonomen Fahrzeugs an eine Position eines aufzunehmenden Objekts, sodass das autonome Fahrzeug mit einer Vorderseite dem aufzunehmenden Objekt zugewandt ist. Ferner sind ein Erkennen des aufzunehmenden Objekts und dessen exakter Position mittels eines frontalen Sensorsystems des autonomen Fahrzeugs sowie das Speichern der exakten Position des aufzunehmenden Objekts umfasst. Anschließend erfolgt ein Überprüfen einer Zugänglichkeit des aufzunehmenden Objekts mittels einer 2D-Distanzmessung. Dem folgt ein Drehen des autonomen Fahrzeugs um eine Hochachse, sodass das autonome Fahrzeug nach dem Drehen mit einer Rückseite dem aufzunehmenden Objekt zugewandt ist. Für ein Positionieren des autonomen Fahrzeugs zu einer Aufnahmeposition nähert sich das autonome Fahrzeug dem aufzunehmenden Objekt zunächst rückwärts und unterfährt das dieses dann ebenfalls rückwärts. Danach erfolgt ein Aufnehmen des aufzunehmenden Objekts, ein Verlassen der Ausnahmeposition und ein Befördern des aufzunehmenden Objekts zu einer Abladezone.
Während sich das autonome Fahrzeug rückwärts bewegt folgt es einem Zielpfad bzw. einer Zieltrajektorie anhand der gespeicherten Position des aufzunehmenden Objekts, ohne dass zusätzliche Sensorinformation über das aufzunehmende Objekt notwendig sind. Hierzu ist es erforderlich, dass eine Position des autonomen Fahrzeugs in Bezug auf ein globales Koordinatensystem - beispielsweise das Gebäude, in welchem sich das autonome Fahrzeug und das aufzunehmende Objekt befinden - und in gleicher Weise die gespeicherte Position des aufzunehmenden Objekts in diesem globalen Koordinatensystem bekannt und zugeordnet sind.
Das autonome Fahrzeug ist dabei beispielsweise mit einem frontalen Sensorsystem ausgestattet. Hierunter ist zu verstehen, dass an einer Vorderseite des autonomen Fahrzeugs geeignete Sensoren angebracht sind, beispielsweise auf Grundlage von Lidar-Technik oder eines Kamera-Systems. Mittels dieses Sensorsystems können nicht nur die Position des aufzunehmenden Objekts, sondern auch Hindernisse in einem Fahrweg des autonomen Fahrzeugs und/oder Hindernisse zwischen aufzunehmendem Objekt und autonomen Fahrzeug erfasst werden. Ferner ist das Sensorsystem geeignet, die Zugänglichkeit des aufzunehmenden Objekts zu erfassen. Soweit ein Zugang durch andere Objekte behindert ist, wird so eine Kollision vermieden. Das aufzunehmende Objekt kann beispielsweise in Form eines Grundgestells oder Geräteträgers, eines Bodenrollers, Containers etc. ausgebildet sein.
In vorteilhafter Weise kann durch den Schritt des Drehens des autonomen Fahrzeugs um seine Hochachse auf ein äquivalentes Sensorsystem auf der Rückseite verzichtet werden, was eine besonders energieeffiziente und kostengünstige Ausgestaltung des autonomen Fahrzeugs und eine ebenso effiziente Durchführung des Verfahrens ermöglicht. Auf der Rückseite kann entweder kein oder zumindest ein weniger komplexes Sensorsystem vorgesehen werden.
Das Aufnehmen des aufzunehmenden Objekts kann in vorteilhafter Weise durch eine entsprechende Kupplung oder Vorrichtung erfolgen, wobei beispielsweise eine Kupplung an dem autonomen Fahrzeug durch ein Anheben mit einer dazu korrespondierenden Aufnahme an dem aufzunehmenden Objekt in Verbindung gebracht wird und anschließend ein Anheben des aufzunehmenden Objekts erfolgt, insbesondere um dieses befördern zu können.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird bei einem Annähern an die Abladezone diese Zone gescannt und eine exakte Abladeposition wird bestimmt. Dabei erfolgt anschließend ein Drehen des autonomen Fahrzeugs um die Hochachse - ähnlich des vorherigen Drehens im Rahmen des Aufnehmens des aufzunehmenden Objekts, sodass das autonome Fahrzeug mit der Rückseite der Abladeposition zugewandt ist. Anschließend wird die Abladeposition rückwärts angefahren, das aufzunehmende Objekt abgeladen und das autonome Fahrzeug verlässt anschließend die Abladezone vorwärts. Danach kann das Verfahren wiederholt werden, beispielsweise indem die vorherigen Schritte zur Aufnahme eines weiteren aufzunehmenden Objekts an einer anderen Position bzw. Ladezone ausgeführt werden. Auch kann nach verstreichen einer Wartezeit das zuvor abgeladene aufzunehmende Objekt erneut aufgenommen werden, beispielsweise da dieses an der aktuellen Position nicht mehr benötigt wird oder zu einer anderen Abladeposition verbracht werden soll.
Durch das Scannen der Abladezone wird insbesondere ermittelt, ob die Abladezone für das Abladen geeignet ist. Dies betrifft vor allen Dingen die Überprüfung dahingehend, ob die gewünschte und/oder zugewiesene Abladezone frei und nicht durch ein anderes Objekt belegt ist.
Für das Erkennen des aufzunehmenden Objekts kann beispielsweise ein maschinelles Lernverfahren verwendet werden. Insbesondere können entsprechende Algorithmen angewendet werden, um das Erkennen aufzunehmender Objekte zu verbessern. Ferner kann für das Erkennen des aufzunehmenden Objekts in vorteilhafter Weise ein Konturabgleich einer 2D-Signatur oder einer 3D-Signatur erfolgen.
Alternativ oder in Ergänzung dazu können spezielle optische Merkmale vorgesehen werden, welche das Erkennen des Objekts (Objektvalidierung) und auch die Position des aufzunehmenden Objekts ermöglichen oder verbessern. Beispielsweise können hierzu QR-Codes, Barcodes oder auch RFID-Tags an dem aufzunehmenden Objekt angebracht sein, welche durch das Sensorsystem erfasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der 1 bis 9 beschrieben, wobei die jeweiligen Figuren einzelne Zustände bzw. Verfahrensschritte abbilden.
In 1 ist ein autonomes Fahrzeug 1 dargestellt, wobei dieses eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist. Dabei ist die Vorderseite mit der spitz zulaufenden Kontur dargestellt, während sich die Rückseite diametral dazu an dem autonomes Fahrzeug 1 befindet. Nicht dargestellt ist ein Sensorsystem, welches sich an der Vorderseite des autonomen Fahrzeugs 1 befindet. Mit dem Richtungspfeil wird eine Zieltrajektorie F dargestellt, vorliegend zum Annähern an eine Position eines aufzunehmenden Objekts 2. Das aufzunehmende Objekt 2 befindet sich dabei in einer mittels Strichlinien dargestellten Ladezone 3.
2 zeigt den Schritt des Erkennens des aufzunehmenden Objekts 2 in der Ladezone 3. Mit Strichpunktlinien ist dabei ein Erfassungsbereich 4 des Sensorsystems dargestellt. Neben der Erkennung des aufzunehmenden Objekts 2 wird auch dessen exakte Position bestimmt und gespeichert. Ferner erfolgt in diesem Zusammenhang eine Überprüfung hinsichtlich einer Zugänglichkeit des aufzunehmenden Objekts 2 mittels einer 2D-Distanzmessung. In der hier gezeigten Darstellung befinden sich keine Hindernisse zwischen aufzunehmendem Objekt 2 und autonomen Fahrzeug 1.
Anschließend erfolgt eine in 3 dargestellte Drehung um eine Hochachse des autonomen Fahrzeugs 1, was mittels Drehrichtungspfeil D angedeutet wird. Im Ergebnis ist nach der Drehung anstatt der Vorderseite - wie mittels gepunkteter Linie dargestellt - anschließend die Rückseite des autonomen Fahrzeugs 1 der Ladezone 3 und dem aufzunehmenden Objekt 3 zugewandt.
4 zeigt den Schritt des Positionierens des autonomen Fahrzeugs1 zu einer Aufnahmeposition des aufzunehmenden Objekts 2. Hierzu bewegt sich das autonome Fahrzeug rückwärts entlang einer Zieltrajektorie F auf das aufzunehmende Objekt 2 zu, was erneut mit dem entsprechenden Richtungspfeil dargestellt ist.
5 bildet den erfindungsgemäßen Schritt (f) ab, in welchem das aufzunehmende Objekt 2 durch das autonome Fahrzeug 1 zunächst aufgenommen wird und anschließend das autonome Fahrzeug 1 mit dem aufgenommenen Objekt 2 die Aufnahmeposition bzw. die Ladezone 3 verlässt, um das aufzunehmende Objekt 2 zu einer Abladezone 3 zu befördern. Beispielsweise erfolgt das Aufnehmen durch ein Anheben des autonomen Fahrzeugs 1 oder einer nicht weiter dargestellten Vorrichtung bzw. Kupplung, welche in eine dazu korrespondierende Aufnahme in dem aufzunehmenden Objekt 2 eingreift.
Eine Ladezone 3 und eine Abladezone 3 unterscheiden sich dabei lediglich dadurch, dass sich in der Ladezone 3 das aufzunehmende Objekt 2 befindet, während in einer Abladezone kein Objekt vorhanden ist, vielmehr das aufzunehmende Objekt 2 dort abgeladen werden soll. Somit unterscheiden sich Ladezone 3 und Abladezone 3 in ihren technischen und körperlichen Eigenschaften nicht, vielmehr sind sie diesbezüglich identisch. Daher werden diese auch mit gleichem Bezugszeichen und mittels Strichlinien dargestellt.
5 zeigt ferner erneut eine Zieltrajektorie F, welcher das autonome Fahrzeug 1 nach dem Aufnehmen des aufzunehmenden Objekts 2 folgt. In 6 hat das autonome Fahrzeug 1 die Ladezone 3 entsprechend der Zieltrajektorie F verlassen und befördert das aufzunehmende Objekt 2 zu einer hier nicht dargestellten Abladezone 3.
In 7 hat sich das autonome Fahrzeug 1 der Abladezone 3 angenähert und scannt diese mittels des Sensorsystems. Dabei ist dessen Erfassungsbereich 4 erneut mittels Strichpunktlinien dargestellt. Durch das Scannen wird eine exakte Abladeposition in der Abladezone 3 bestimmt. Soweit dies abgeschlossen ist, erfolgt die in 8 mit Drehrichtungspfeil D dargestellte Drehung um die Hochachse, wodurch das autonome Fahrzeug 1 in Bezug auf die Abladezone 3 von der anfänglich mit der Vorderseite zugewandten Ausrichtung (gepunktete Kontur des autonomen Fahrzeugs 1) in eine mit der Rückseite zugewandten Ausrichtung wechselt. Danach folgt das autonome Fahrzeug 1 der Zieltrajektorie F indem es rückwärts in die Abladezone 3 einfährt bis es die Abladeposition erreicht. Danach wird das aufzunehmende Objekt 2 abgeladen, beispielsweise durch Absenken des autonomen Fahrzeugs 1 oder der entsprechenden Kupplung oder Vorrichtung.
In 9 ist dabei die Abladeposition in der Abladezone 3 erreicht, und nach dem Abladen des aufzunehmenden Objekts 2 verlässt das autonome Fahrzeug 1 die Abladezone 3, indem es der Zieltrajektorie F folgt.
Bezugszeichenliste

1: autonomes Fahrzeug
2: aufzunehmendes Objekt
3: Ab-/Ladezone
4: Erfassungsbereich
D: Drehrichtungspfeil
F: Zieltrajektorie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 2044495 A2 [0002]
US 2018319594 A1 [0003]
EP 1799540 A2 [0004]

Claims

Verfahren zum Aufnehmen, Befördern und Abladen eines aufzunehmenden Objekts (2) durch ein autonomes Fahrzeug (1), das Verfahren umfassend die Schritte (a) Annähern des autonomen Fahrzeugs (1) an eine Position des aufzunehmenden Objekts (2), sodass das autonome Fahrzeug (1) mit einer Vorderseite dem aufzunehmenden Objekt (2) zugewandt ist; (b) Erkennen des aufzunehmenden Objekts (2) und dessen exakter Position mittels eines frontalen Sensorsystems des autonomen Fahrzeugs (1), sowie das Speichern der exakten Position des aufzunehmenden Objekts (2); (c) Überprüfen einer Zugänglichkeit des aufzunehmenden Objekts (2) mittels einer 2D-Distanzmessung; (d) Drehen des autonomen Fahrzeugs (1) um eine Hochachse, sodass das autonome Fahrzeug (1) nach dem Drehen mit einer Rückseite dem aufzunehmenden Objekt (2) zugewandt ist; (e) Positionieren des autonomen Fahrzeugs (1) zu einer Aufnahmeposition, wobei das autonome Fahrzeug (1) hierfür rückwärts das aufzunehmende Objekt (2) unterfährt; (f) Aufnehmen des aufzunehmenden Objekts (2), Verlassen der Ausnahmeposition und Befördern des aufzunehmenden Objekts (2) zu einer Abladezone (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annähern an die Abladezone (3) diese gescannt und eine exakte Abladeposition bestimmt wird, wobei anschließend ein Drehen des autonomen Fahrzeugs (1) um die Hochachse erfolgt, sodass das autonome Fahrzeug (1) mit der Rückseite der Abladeposition zugewandt ist, die Abladeposition rückwärts angefahren, das aufzunehmende Objekt (2) abgeladen wird und das autonome Fahrzeug (1) anschließend die Abladezone (3) verlässt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen des aufzunehmenden Objekts (2) mittels eines maschinellen Lernverfahrens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen des aufzunehmenden Objekts (2) durch einen Konturabgleich einer 2D- und/oder einer 3D-Signatur erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen des aufzunehmenden Objekts (2) anhand spezieller optischer Merkmale erfolgt, wobei die speziellen optischen Merkmale in Form von spezifischen Markern ausgebildet sind.