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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage, welche mindestens ein autonomes Fahrzeug umfasst, wobei das autonome Fahrzeug mindestens einen Laserscanner zur Aufnahme von Laserscans zur Erfassung von Gegenständen aufweist, und wobei das autonome Fahrzeug über eine Karte der technischen Anlage verfügt.
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Bei der technischen Anlage handelt es sich insbesondere um eine industrielle Anwendung, beispielsweise ein Produktionswerk, eine Industriehalle oder ein Logistikzentrum. Autonome Fahrzeuge dienen beispielsweise zum Transport von Material innerhalb der technischen Anlage. In der technischen Anlage befinden sich auch weitere Gegenstände, beispielsweise Wände, Säulen, Produktionsmaschinen, Paletten, Kisten, Container oder Transportwagen, aber auch Personen sowie weitere autonomen Fahrzeuge. Die autonomen Fahrzeuge weisen auch Sensoren, insbesondere Laserscanner zur Aufnahme von Laserscans, zur Erfassung von solchen Gegenständen auf.
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Den Gegenständen in der technischen Anlage, beispielsweise Wände, Säulen, Produktionsmaschinen, Paletten, Kisten, Container oder Transportwagen, oder Produktionsmaschinen, sind Objekte zugeordnet, die in der Karte verzeichnet sind. Wenn von einem Laserscanner eines autonomen Fahrzeugs ein Gegenstand in der technischen Anlage erkannt wird, so ist durch Vergleichen des erkannten Gegenstandes mit einem Objekt, welches in der Karte verzeichnet ist, ein Standort des autonomen Fahrzeugs in der Karte bestimmbar.
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Aus der
DE 10 2021 000 349 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer technischen Anlage bekannt, welche mindestens ein mobiles System aufweist. Es wird eine Karte der technischen Anlage erzeugt, welche Informationen über mindestens einen befahrbaren Bereich und mindestens einen gesperrten Bereich aufweist.
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Aus der
DE 10 2019 110 528 A1 ist eine Technik zur Positionsbestimmung bekannt. Dabei wird anhand von LIDAR-Daten eine Intensitätskarte generiert und eine Fahrzeugposition auf Grundlage eines Vergleichs der Intensitätskarte mit einem Graustufenbild geschätzt.
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Aus der
DE 10 2018 009 114 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines bewegbaren Mobilteils bekannt. Das Mobilteil weist dabei einen Laserscanner zur Erfassung von Objekten und ein odometrisches System auf.
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Aus der
US 11,348,269 B1 ist ein Verfahren zum Kombinieren von Daten zur Erzeugung einer Karte bekannt. Ein Sensor eines Roboters nimmt mehrere Daten einer Umgebung von verschiedenen Positionen auf, wobei die Daten Merkmale der Umgebung und Entfernungen zu Objekten in der Umgebung enthalten.
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Aus der
DE 10 2019 001 253 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage bekannt, welche mindestens ein mobiles System aufweist, das auf einer Verkehrsfläche der technischen Anlage verfahrbar ist. Das mobile System erfasst mit Hilfe von entsprechenden Sensoren Objekte in der technischen Anlage. Die Positionen der so erfassten Objekte werden dabei mit vermuteten Positionen von Objekten gemäß einer Karte der technischen Anlage verglichen.
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Problematisch ist es, wenn in der Karte Objekte verzeichnet sind, welche beweglichen Gegenständen, beispielsweise Kisten, Container oder Transportwagen, zugeordnet sind. Ein solcher Gegenstand befindet sich möglicherweise nicht an dem gleichen Ort, an welchem das zugeordnete Objekt in der Karte verzeichnet ist. Ein Vergleich eines erkannten Gegenstandes mit einem derartigen Objekt, welches in der Karte verzeichnet ist, kann daher zu einer fehlerhaften Bestimmung des Standorts des autonomen Fahrzeugs in der Karte führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage weiterzubilden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer technischen Anlage vorgeschlagen. Die technische Anlage umfasst mindestens ein autonomes Fahrzeug, wobei das autonome Fahrzeug mindestens einen Laserscanner zur Aufnahme von Laserscans zur Erfassung von Gegenständen aufweist, und wobei das autonome Fahrzeug über eine Karte der technischen Anlage verfügt. Die technische Anlage umfasst mindestens einen Gegenstand, dem ein Objekt zugeordnet ist, welches in der Karte verzeichnet ist.
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Von dem mindestens einen Laserscanner des autonomen Fahrzeugs wird ein Laserscan von einem Teil der technischen Anlage aufgenommen. Der Laserscan wird mit mehreren Teilen der Karte verglichen, indem für jeden Teil der Karte jeweils eine Korrelation von in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit in dem Teil der Karte verzeichneten Objekten berechnet wird. Eine Pose des autonomen Fahrzeugs wird in der Karte anhand desjenigen Teils der Karte bestimmt, dessen berechnete Korrelation mit dem Laserscan den höchsten Wert aufweist. Die Pose des autonomen Fahrzeugs beinhaltet dabei den Standort und die Orientierung des autonomen Fahrzeugs.
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Eine Ausführung der Korrelation ist beispielsweise ein zeitunabhängiges Suchverfahren über die gesamte Karte. In einer anderen bevorzugten Ausführung ist die Suche zeitabhängig und für die Definition des Suchbereichs werden zuletzt berechnete Posen benutzt; damit wird weniger Rechenleistung benötigt.
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Falls alle in dem Laserscan erfassten Gegenstände in einem Teil der Karte vollständig mit den in diesem Teil der Karte verzeichneten Objekten übereinstimmen, so ist die Korrelation für diesen Teil der Karte maximal. In diesem Fall wird die Pose des autonomen Fahrzeugs in der Karte anhand dieses Teils der Karte bestimmt.
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In der Regel liegt jedoch für keinen Teil der Karte eine vollständige Übereinstimmung vor. Die Ursache dafür ist insbesondere, dass Gegenstände, beispielsweise Paletten, Kisten, Container oder Transportwagen, in der technischen Anlage bewegt werden. Es ist also denkbar, dass Gegenstände in der technischen Anlage vorhanden sind, denen in der Karte kein Objekt zugeordnet ist. Ebenso ist denkbar, dass in der Karte Objekte verzeichnet sind, die keinem Gegenstand in der technischen Anlage zuordenbar sind. Ferner ist denkbar, dass ein Objekt, das einem Gegenstand zugeordnet ist, an einem falschen Ort in der Karte verzeichnet ist.
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In solchen Fällen stimmen die in dem Laserscan erfassten Gegenstände in keinem Teil der Karte vollständig mit den in diesem Teil der Karte verzeichneten Objekten überein. Die Korrelation ist somit für keinen Teil der Karte maximal. In dem Teil der Karte mit den meisten Übereinstimmungen weist die berechnete Korrelation, verglichen mit den anderen Teilen der Karte, den höchsten Wert auf. Durch die Bestimmung der Pose des autonomen Fahrzeugs in der Karte anhand dieses Teils steigt die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Bestimmung der Pose.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die technische Anlage mindestens einen statischen Gegenstand, dem ein statisches Objekt zugeordnet ist, welches in der Karte verzeichnet ist, und die technische Anlage umfasst mindestens einen semi-dynamischen Gegenstand, dem ein semi-dynamisches Objekt zugeordnet ist, welches in der Karte verzeichnet ist. Statische Gegenstände sind beispielsweise Wände, Säulen sowie Produktionsmaschinen. Statische Gegenstände verbleiben in der Regel an einem festen Ort in der technischen Anlage, werden also nicht bewegt. Semi-dynamische Gegenstände sind beispielsweise Paletten, Kisten, Container sowie Transportwagen. Semi-dynamische Gegenstände verbleiben temporär, beispielsweise einige Stunden, an einem Ort in der technischen Anlage und werden anschließend von dem Ort weg bewegt.
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Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jeweils eine erste Teilkorrelation von in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit in dem jeweiligen Teil der Karte verzeichneten statischen Objekten berechnet, und es wird jeweils eine zweite Teilkorrelation von in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit in dem jeweiligen Teil der Karte verzeichneten semi-dynamischen Objekten berechnet. Die Korrelation von den in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit den in dem jeweiligen Teil der Karte verzeichneten Objekten wird jeweils als Summe der ersten Teilkorrelation multipliziert mit einem ersten Gewichtungsfaktor und der zweiten Teilkorrelation multipliziert mit einem zweiten Gewichtungsfaktor berechnet wird.
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Durch geeignete Wahl der Gewichtungsfaktoren ist es beispielsweise möglich, statische Objekte bei der Berechnung der Korrelation anders, insbesondere stärker, zu gewichten als semi-dynamische Objekte. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Bestimmung der Pose.
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Vorzugsweise ist der erste Gewichtungsfaktor größer ist als der zweite Gewichtungsfaktor, insbesondere zwischen zweimal und zehnmal so groß. Durch eine stärkere Gewichtung der statischen Objekte bei der Berechnung der Korrelation steigt die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Bestimmung der Pose.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Karte eine Mehrzahl von Zellen. Die erste Teilkorrelation wird als Übereinstimmung von in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit von statischen Objekten belegten Zellen berechnet, und die zweite Teilkorrelation wird als Übereinstimmung von in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit von semi-dynamischen Objekten belegten Zellen berechnet. Die Unterteilung in Zellen führt zu einer erhöhten Genauigkeit bei der Berechnung der Korrelation. Vorzugsweise sind die Zellen quadratisch ausgebildet und zweidimensional unmittelbar nebeneinander in der Karte angeordnet. Vorzugsweise entspricht eine Seitenlänge einer Zelle einer Strecke von etwa 4 cm in der technischen Anlage.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Zellen, die von einem statischen Objekt belegt sind, als belegt markiert, und Zellen, die von einem semi-dynamischen Objekt belegt sind, sind als belegt markiert, und Zellen, die frei von Objekten sind, sind als leer markiert. Jede Zelle nimmt somit einen binären Wert, beispielsweise null oder eins, an. Zusätzlich enthält eine belegte Zelle eine Information über die Art des belegenden Objekts, beispielsweise ob es ein statisches Objekt oder ein semi-dynamisches Objekt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird derjenige Teil der Karte, dessen berechnete Korrelation mit dem Laserscan den höchsten Wert aufweist, aktualisiert, wenn Abweichungen zwischen den in dem Laserscan erfassten Gegenstände und den in diesem Teil der Karte verzeichneten Objekten erkannt werden. Insbesondere werden dadurch die Positionen von semi-dynamischen Gegenständen, die seit der Erstellung der Karte bewegt wurden, korrigiert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die technische Anlage mindestens einen dynamischen Gegenstand, dem ein dynamisches Objekt zugeordnet ist, welches in der Karte verzeichnet ist. Dabei wird keine Teilkorrelation von in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit in dem Teil der Karte verzeichneten dynamischen Objekten berechnet. Dynamische Gegenstände sind beispielsweise Personen sowie weitere autonomen Fahrzeuge. Dynamische Gegenstände verbleiben nur kurzzeitig, beispielsweise wenige Sekunden oder Minuten, an einem Ort in der technischen Anlage und bewegen sich anschließend von dem Ort weg. Somit sind dynamische Objekte nicht zur Bestimmung der Pose des autonomen Fahrzeugs geeignet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Karte eine Mehrzahl von Zellen. Dabei sind Zellen, die von einem dynamischen Objekt belegt sind, als belegt markiert, und Zellen, die frei von Objekten sind, sind als leer markiert. Jede Zelle nimmt somit einen binären Wert, beispielsweise null oder eins, an. Zusätzlich enthält eine belegte Zelle eine Information über die Art des belegenden Objekts, insbesondere, ob es ein dynamisches Objekt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die technische Anlage mindestens einen dynamischen Bereich, dem eine dynamische Zone zugeordnet ist, welche in der Karte verzeichnet ist. Dabei wird keine Teilkorrelation von in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit Objekten berechnet, die in einer dynamischen Zone der Karte verzeichnet sind. Dynamische Bereiche sind beispielsweise Wege, auf denen sich Fahrzeuge oder Personen bewegen, insbesondere schnell bewegen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Karte eine Mehrzahl von Zellen. Dabei sind Zellen, die in einer dynamischen Zone angeordnet sind, als leer markiert. Jede Zelle nimmt somit einen binären Wert, beispielsweise null oder eins, an.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Erfassung eines Gegenstandes von dem mindestens einen Laserscanner eine Entfernung zu dem Gegenstand erfasst, und eine Richtung, in welcher sich der Gegenstand befindet, wird erfasst.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das autonome Fahrzeug eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung, eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung sowie eine Kommunikationsvorrichtung zur drahtlosen Kommunikation über ein Netzwerk auf. Die Antriebseinrichtung umfasst beispielsweise einen Elektromotor, ein Getriebe und Antriebsräder. Der elektrische Energiespeicher ist insbesondere eine wiederaufladbare Batterie.
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Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung einer Karte einer technischen Anlage.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Karte einer technischen Anlage. Bei der technischen Anlage handelt es sich um eine industrielle Anwendung, beispielsweise ein Produktionswerk, eine Industriehalle oder ein Logistikzentrum. Die technische Anlage umfasst mehrere autonome Fahrzeuge 1. In der vorliegenden Darstellung ist lediglich ein solches autonomes Fahrzeug 1 gezeigt. Die autonomen Fahrzeuge 1 dienen insbesondere zum Transport von Material innerhalb der technischen Anlage.
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Das autonome Fahrzeug 1 weist eine Antriebseinrichtung, einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung der Antriebseinrichtung sowie eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtung auf. Ferner weist das autonome Fahrzeug 1 eine Kommunikationsvorrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit anderen autonomen Fahrzeugen 1 sowie mit einem übergeordneten Server in der technischen Anlage auf. Die Kommunikationsvorrichtung des autonomen Fahrzeugs 1 ist beispielsweise zur Datenübertragung mittels WLAN, Bluetooth oder Licht ausgebildet.
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Das autonome Fahrzeug 1 weist zwei Laserscanner 2 auf. Die Laserscanner 2 dienen zur Aufnahme von Laserscans zur Erfassung von Gegenständen in der technischen Anlage. Bei der Erfassung eines Gegenstandes werden von den Laserscannern 2 eine Entfernung zu dem Gegenstand sowie eine Richtung, in welcher sich der Gegenstand befindet, erfasst. Die Laserscanner sind an gegenüberliegenden Ecken des autonomen Fahrzeugs 1 angebracht und erfassen jeweils Gegenstände in einem Winkelbereich von etwa 270°.
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Die technische Anlage umfasst mehrere statische Gegenstände. Statische Gegenstände sind beispielsweise Wände, Säulen sowie Produktionsmaschinen. Statische Gegenstände verbleiben in der Regel an einem festen Ort in der technischen Anlage, werden also nicht bewegt. Jedem statischen Gegenstand ist ein statisches Objekt 4 zugeordnet. Die statischen Objekte 4 sind in der Karte verzeichnet.
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Die technische Anlage umfasst mehrere semi-dynamische Gegenstände. Semi-dynamische Gegenstände sind beispielsweise Paletten, Kisten, Container sowie Transportwagen. Semi-dynamische Gegenstände verbleiben temporär, beispielsweise einige Stunden, an einem Ort in der technischen Anlage und werden anschließend von dem Ort weg bewegt. Jedem semi-dynamischen Gegenstand ist ein semi-dynamisches Objekt 6 zugeordnet. Die semi-dynamischen Objekte 6 sind in der Karte verzeichnet.
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Die technische Anlage umfasst mehrere dynamischen Gegenstände. Dynamische Gegenstände sind beispielsweise Personen sowie weitere autonomen Fahrzeuge. Dynamische Gegenstände verbleiben nur kurzzeitig, beispielsweise wenige Sekunden oder Minuten, an einem Ort in der technischen Anlage und bewegen sich anschließend von dem Ort weg. Jedem dynamischen Gegenstand ist ein dynamisches Objekt zugeordnet. In der hier dargestellten Karte ist kein dynamisches Objekt verzeichnet.
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Die Karte umfasst eine Mehrzahl von Zellen. Zellen, die von einem statischen Objekt 4 belegt sind, sind als belegt markiert. Zellen, die von einem semi-dynamischen Objekt 6 belegt sind, sind als belegt markiert. Zellen, die von einem dynamischen Objekt belegt sind, sind als belegt markiert. Zellen, die frei von Objekten 4, 6 sind, sind als leer markiert. Vorliegend sind die Zellen der Karte quadratisch ausgebildet und zweidimensional unmittelbar nebeneinander in der Karte angeordnet. Vorliegend entspricht eine Seitenlänge einer Zelle einer Strecke von etwa 5 cm in der technischen Anlage.
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Das autonome Fahrzeug 1 weist eine Pose in der technischen Anlage auf. Die Pose des autonomen Fahrzeugs 1 beinhaltet dabei den Standort und die Orientierung des autonomen Fahrzeugs 1 in der technischen Anlage. Die Pose des autonomen Fahrzeugs 1 wird mit Hilfe von Laserscans, die von den Laserscannern 2 aufgenommen werden, bestimmt.
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Von den Laserscannern 2 des autonomen Fahrzeugs 1 wird jeweils ein Laserscan von einem Teil der technischen Anlage aufgenommen. In dem Laserscan werden in der technischen Anlage befindliche Gegenstände erfasst, insbesondere statische Gegenstände und semi-dynamische Gegenstände.
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Der Laserscan wird mit mehreren Teilen der Karte verglichen. Dabei wird für jeden Teil der Karte jeweils eine Korrelation von den in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit den in dem Teil der Karte verzeichneten statischen Objekten 4 und semi-dynamischen Objekten 6 berechnet.
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Dabei wird zunächst jeweils eine erste Teilkorrelation von den in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit den in dem jeweiligen Teil der Karte verzeichneten statischen Objekten 4 berechnet. Die erste Teilkorrelation wird dabei als Übereinstimmung von den in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit den von statischen Objekten 4 belegten Zellen berechnet. Die erste Teilkorrelation wird mit einem ersten Gewichtungsfaktor zu einer gewichteten ersten Teilkorrelation multipliziert.
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Auch wird jeweils eine zweite Teilkorrelation von den in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit den in dem jeweiligen Teil der Karte verzeichneten semi-dynamischen Objekten 6 berechnet. Die zweite Teilkorrelation wird dabei als Übereinstimmung von den in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit den von semi-dynamischen Objekten 6 belegten Zellen berechnet. Die zweite Teilkorrelation wird mit einem zweiten Gewichtungsfaktor zu einer gewichteten zweiten Teilkorrelation multipliziert.
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Die erste gewichtete Teilkorrelation und die zweite gewichtete Teilkorrelation werden zu der Korrelation addiert. Die Korrelation von den in dem Laserscan erfassten Gegenständen mit den in dem jeweiligen Teil der Karte verzeichneten Objekten 4, 6 wird somit als Summe der ersten gewichteten Teilkorrelation und der zweiten gewichteten Teilkorrelation berechnet. Der erste Gewichtungsfaktor ist dabei größer ist als der zweite Gewichtungsfaktor, insbesondere zwischen zweimal und zehnmal so groß.
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Die besagte Korrelation wird, wie bereits erwähnt, für jeden Teil der Karte berechnet. Die Pose des autonomen Fahrzeugs 1 in der Karte wird anhand desjenigen Teils der Karte bestimmt, dessen berechnete Korrelation mit dem Laserscan den höchsten Wert aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- autonomes Fahrzeug
- 2
- Laserscanner
- 4
- statisches Objekt
- 6
- semi-dynamisches Objekt
