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Die Erfindung betrifft ein fahrerloses flurgebundenes, einer auf einer Fahrbahn befindlichen fortlaufenden Markierung folgendes Fahrzeug mit einer optischen Sensoreinrichtung zur Erfassung der fortlaufenden Markierung sowie mit einer elektronischen Auswerteeinheit zur Verarbeitung und Umwandlung der erfassten Werte in Steuersignale für eine Steuereinheit des Fahrzeuges.
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Derartige Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bereits in zahlreichen Ausführungsformen bekannt und werden insbesondere für den innerbetrieblichen Materialtransport in Produktions- oder Distributionsbetrieben eingesetzt, wobei sich die Navigation der Fahrzeuge durch Spurführung mit kontinuierlicher Leitlinie als bewährtes, preiswertes und robustes Verfahren herausgestellt hat.
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Zur Versorgung des Fahrzeuges mit streckenspezifischen Informationen, beispielsweise betreffend die genaue Position des Fahrzeuges oder im weiteren Verlauf der vorbestimmten Fahrstrecke befindliche Abbiegungen oder Haltepunkte, wobei diese Informationen in der Auswerteeinheit des Fahrzeuges in entsprechende Steuersignale für die Steuereinheit des Fahrzeuges umgewandelt werden, sieht der Stand der Technik einzelne, neben oder auf der fortlaufenden Markierung befindliche Hinweismarkierungen vor, die beim Überfahren bzw. Passieren durch die optische Sensoreinrichtung des Fahrzeuges ausgelesen werden.
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So beschreibt die
DE 295 20 515 U1 ein Transportsystem bestehend aus einem Wagen, der einer Führungsbahn folgt, wobei der Wagen zur Erkennung der Führungsbahn eine Sensoranordnung aufweist. Zur Ermittlung der genauen Position des Fahrzeuges werden neben oder auf der Führungsbahn vorgesehene Streckenkennzeichen, beispielsweise in Form einer Strichcodierung bzw. eines Barcodes, als vorteilhaft beschrieben, wobei dunkle oder schwarze Streifen als Kennzeichen auf der beispielsweise als blanke Metalloberfläche ausgeführten Führungsbahn herausgestellt werden.
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Die
DE 34 33 555 C2 zeigt ein Steuersystem für ein automatisch gelenktes Fahrzeug zum Fahren desselben entlang einer einen Fahrweg vorgebenden Leitlinie mit einer auf der Fahrzeugunterseite angeordneten Sensoreinrichtung zum Abtasten von Wegmarkierungen und einer arithmetischen Einheit zur Auswertung des von der Sensoreinrichtung abgegebenen Sensorsignals. Die zu erfassenden Wegmarkierungen sind vorliegend als Streifen ausgebildet, die quer, also im Wesentlichen senkrecht zur Leitlinie verlaufen. Die arithmetische Einheit ist vorrangig zum Zählen der Streifen und Vergleichen der Summe der Zählimpulse mit vorgegebenen Referenzwerten vorgesehen.
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Ferner offenbart die
DE 68 908 259 T2 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugführungs- und Steuersystems, welches ein Fahrzeug, ein Navigationssystem und eine Lasereinrichtung umfasst. Die Navigation des Fahrzeuges erfolgt über die laserbasierte optische Erfassung von auf über ein Gelände verteilt beabstandeten Reflektorkarten befindlichen, Barcodes bildendenden reflektiven und nichtreflektiven Streifen.
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Die genannten Ausführungsformen der fahrerlosen flurgebundenen Fahrzeuge verbindet der Nachteil, dass durch die Herstellung, Anordnung, Wartung und das gesonderte Auslesen der Hinweismarkierungen ein zusätzlicher Aufwand sowie damit verbundene zusätzliche Kosten entstehen. Um den Zusatzaufwand und die Kosten für die Hinweismarkierungen gering zu halten, werden diese nur punktuell der fortlaufenden Markierung hinzugefügt und somit nur an zwingend notwendigen Stellen des vorgesehenen Fahrweges des Fahrzeuges codierte Steuerinformationen bereitgestellt.
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Aufgrund dieser punktuellen Informationsversorgung sind die Fahrzeuge nach dem Stand der Technik mit einer gewissen Störanfälligkeit behaftet, da diese wichtige Hinweismarkierungen verfehlen bzw. unvollständig auslesen oder beispielsweise Verschmutzungen der Fahrbahn als Hinweismarkierungen fehlinterpretieren können. Zudem sind längere Streckenabschnitte ohne eine Bestätigung der vorhergehenden Steuerinformationen zu absolvieren, sodass Erfassungs- oder Auswertefehler über einen längeren Abschnitt erhalten bleiben und somit einen Stillstand oder gar eine ungewollte Abweichung des Fahrzeuges von seinem vorgesehenen Fahrweg verursachen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, das fahrerlose flurgebundene Fahrzeug so auszuführen, dass dieses nach einem wirtschaftlicheren und deutlich weniger fehleranfälligen Prinzip mit Strecken- bzw. Steuerinformationen versorgt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein Fahrzeug vorgesehen, dessen Auswerteeinheit zum periodischen, insbesondere kontinuierlichen Vergleich der zweidimensionalen Ausdehnung der erfassten fortlaufenden Markierung und/oder Unterbrechungen der Markierung mit in einem elektronischen Speicher abgelegten, mit vordefinierten Steuerinformationen verknüpften Referenzwerten der Ausdehnungen sowie zum Übertragen der daraus abgeleiteten Steuerinformationen auf die Steuereinheit des Fahrzeuges ausgeführt ist.
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Somit wird es auf überraschend einfache Weise möglich, das Fahrzeug stetig und genau mit Steuerinformationen zu versorgen und auf zusätzliche und vergleichsweise aufwendige Hinweismarkierungen zu verzichten. Auf diese Weise ist lediglich die gezielt gestaltete Aufbringung bzw. Bearbeitung der fortlaufenden Markierung, der das Fahrzeug auf seinem Fahrweg folgt, notwendig. Durch die vergleichsweise einfache Bearbeitung der fortlaufenden Markierung ist nicht nur eine für Betriebe schnelle und unkomplizierte Nachrüstung möglich, sondern es wird auch eine Option für die ständige individuelle Anpassung der fortlaufenden Markierung an Veränderungen der Umgebung oder des Fahrweges des Fahrzeuges eröffnet. Durch die beliebig häufige oder gar kontinuierliche Erfassung der zweidimensionalen Ausdehnung der erfassten fortlaufenden Markierung und/oder Unterbrechungen der Markierung kann die Fehleranfälligkeit der Navigation minimiert werden, insbesondere werden Verschmutzungen oder ähnliche Fehlerquellen als solche identifiziert und ignoriert.
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Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäße Fahrzeug derart ausgeführt, dass sich dieses entlang einer vorgegebenen Fahrstrecke bewegt, indem es einer auf der Fahrbahn angebrachten fortlaufenden Markierung folgt, welche durch variierende Ausdehnungen sowie durch gezielt eingebrachte Unterbrechungen der Markierung optische und durch die Auswerteeinheit des Fahrzeuges verarbeitbare Codes enthält. Diese Codes werden durch die Sensoreinheit des Fahrzeuges erfasst, mit der Auswerteeinheit durch einen Vergleich der Messwerte mit Referenzwerten elektronisch verarbeitet und die Ausgabe des Ergebnisses an die Steuereinheit des Fahrzeuges weitergeleitet, sodass dieses an der Position des ausgelesenen Streckencodes vorgesehene Steuermanöver, beispielsweise Kurvenfahrten oder Beschleunigungen bzw. Verzögerungen, durchführt.
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Als vielversprechende Ausgestaltung der Erfindung hat es sich ergeben, dass die im elektronischen Speicher abgelegten Referenzwerte der Ausdehnungen der Markierung und/oder der Unterbrechungen der Markierung sich insbesondere hinsichtlich der vordefinierten Breite der Markierung oder hinsichtlich der Breite und/oder Länge der Unterbrechungen der Markierung unterscheiden, sodass die erfassten Ausdehnungswerte der fortlaufenden Markierung in diesen Merkmalen mit den Referenzwerten verglichen werden. Die Breite der fortlaufenden Markierung ist hierbei gleichzusetzen mit deren Ausdehnung quer zur Längserstreckung der Markierung und somit üblicherweise quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Sobald eine Unterbrechung der Markierung vorliegt, wird diese hinsichtlich ihrer Breite sowie Länge in Richtung der fortlaufenden Markierung bzw. Fahrtrichtung vermessen – oder auch anders gesagt, wird hierbei durch die Sensoreinrichtung der Abstand zwischen vorliegenden Markierungsabschnitten erfasst.
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Die gezielt in verschiedenen Breiten ausgeführte fortlaufende Markierung sowie die verschiedentlich gestalteten Unterbrechungen der Markierung bilden eine nahezu beliebig große Menge an möglichen Kombinationsmöglichkeiten bzw. Mustern, sodass auch eine entsprechende Vielzahl von unterschiedlichen und präzisen Steuersignalen für unterschiedlichste Betriebssituationen mit den abgelegten Referenzwerten verknüpft werden kann.
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Die aus den Ergebnissen des Vergleiches zwischen Mess- und Referenzwerten abgeleiteten Informationen für die Auswerteeinheit enthalten neben Positionsangaben insbesondere auch Aussagen über die zulässige bzw. aktuelle Fahrtrichtung, die aktuell zu erreichende oder maximal zulässige Geschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder über bevorstehende Haltepunkte, Abbiegungen, Weichen oder für das Fahrzeug gesperrte Abschnitte. Hierdurch wird eine sehr präzise und differenzierte Navigation des Fahrzeuges ermöglicht, die wiederum eine auf den individuellen Zweck und die jeweilige Ausgestaltung des Fahrzeuges zugeschnittene Steuerung erlaubt. Insbesondere ist eine durch entsprechende Steuerungssignale realisierte Zulassungsbeschränkung für bestimmte Bereiche der Umgebung im Hinblick auf den gleichzeitigen Einsatz unterschiedlicher Fahrzeuge bzw. Fahrzeugtypen mit voneinander abweichenden Aufgaben von Bedeutung.
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Für einen effektiven und flexiblen Betriebsablauf ist es von Vorteil, wenn die Verknüpfung der im elektronischen Speicher des Fahrzeuges abgelegten Referenzwerte mit den entsprechenden Steuersignalen mit wenig technischem Aufwand und ohne unnötige Zeitverzögerungen erfolgen kann. Hierzu kann beispielsweise ein Drahtlosempfänger in den elektronischen Speicher des Fahrzeuges integriert werden, sodass die Datenübertragung auf das Fahrzeug kabellos durchführbar ist. Alternativ kann der elektronische Speicher des Fahrzeuges externe Anschlüsse für die Verbindung mit mobilen Speichergeräten, beispielsweise USB-Sticks oder CD-ROMs, aufweisen. Die bevorzugt fahrzeugexterne, aber selbstverständlich auch direkt über eine Schnittstelle am Fahrzeug mögliche Erstellung bzw. Programmierung der Datensätze erfolgt insbesondere softwarebasiert.
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Durch die auf einem an sich simplen Prinzip basierende Erfindung kann auf komplizierte und aufwendige Kamerasysteme, die beispielsweise das Vorhandensein einer zusätzlichen Hinweismarkierung erkennen und das exakte Auslesen der Hinweismarkierung umsetzen müssen, verzichtet werden. So hat sich als wirtschaftliche, schnell verarbeitende und robuste Ausgestaltung der Einsatz einer insbesondere monochromatischen Zeilenkamera herausgestellt, wobei die Genauigkeit der Erfassung der zweidimensionalen Ausdehnung der erfassten fortlaufenden Markierung und/oder der Unterbrechungen der Markierung durch die Verwendung von Flächenkameras noch gesteigert werden kann.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeuges und der zugehörigen fortlaufenden Markierung;
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2 exemplarisch eine mit einer in Längsrichtung verlaufenden Codierung versehenen Markierung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes fahrerloses, einer auf einer Fahrbahn befindlichen fortlaufenden Markierung 7 folgendes Fahrzeug 1 mit einer optischen Sensoreinrichtung 2 zur Erfassung der fortlaufenden Markierung 7 sowie mit einer elektronischen Auswerteeinheit 3 und einem elektronischen Speicher 4. Die Sensoreinrichtung 2 erfasst periodisch oder kontinuierlich die zweidimensionale Ausdehnung der Markierung 7 und/oder die zweidimensionale Ausdehnung von Unterbrechungen der Markierung 7. Die ermittelten Messwerte werden an die Auswerteeinheit 3 übermittelt, welche die Messwerte mit in dem elektronischen Speicher 4 abgelegten Referenzwerten vergleicht. Die jeweiligen Referenzwerte in dem Speicher 4 sind wiederum mit Steuersignalen verknüpft, die nach Bestimmung des zu dem jeweiligen Messwert zugehörigen Referenzwertes an eine Steuereinheit 6 des Fahrzeuges 1 übertragen werden.
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In der Figur sind beispielhaft verschiedene Ausdehnungsformen der fortlaufenden Markierung 7 dargestellt, um die Verknüpfung der optischen Informationen mit den an die jeweilige Fahrsituation angepassten Steuersignalen zu verdeutlichen. Das dargestellte Fahrzeug 1 bewegt sich hierbei entlang der fortlaufenden Markierung 7 in die durch den Pfeil 8 verdeutlichte Fahrtrichtung. Hierbei ist zu erkennen, dass das Fahrzeug 1 einen Abschnitt der fortlaufenden Markierung 7 mit der Breite b1 passiert hat und auf einen Abschnitt der fortlaufenden Markierung 7 mit der Breite b2 trifft. Die durch die optische Sensoreinrichtung 2 gemessenen Breiten b1 und b2 können durch die Auswerteeinheit 3 beispielsweise mit unterschiedlichen Steuerinformationen in Bezug auf die zulässige Geschwindigkeit des Fahrzeuges 1 und somit mit Beschleunigungs- oder Verzögerungssignalen verknüpft werden, sodass das Fahrzeug 1 beispielsweise von einem mit der Markierungsbreite b1 gekennzeichneten Abschnitt vergleichsweise höherer Geschwindigkeit in einen durch die Markierungsbreite b2 gekennzeichneten Abschnitt mit geringerer zulässiger Fahrgeschwindigkeit gelangt – das Fahrzeug 1 wird folglich bei der Erfassung der Breite b2 durch die Auswerteeinheit 3 mittels der Steuereinheit 6 des Fahrzeuges 1 abgebremst.
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Gelangt das Fahrzeug 1 in einen Abschnitt, in welchem die fortlaufende Markierung 7 gezielt unterbrochen wird, erfasst die Sensoreinrichtung 2 die zweidimensionale Ausdehnung der Unterbrechung, sodass der hieraus abgeleitete Messwert von der Auswerteeinheit 3 mit den gespeicherten Referenzwerten verglichen und die zugehörigen Steuerinformationen für die Steuereinheit 6 ermittelt werden. In dem in der Figur gezeigten Beispiel könnten die Unterbrechungen der Markierung 7 in ihrer speziellen Ausprägung, hier verdeutlicht durch die Länge l1 der fortlaufenden Markierung 7 in Verbindung mit einer bestimmten Länge l2 einer Unterbrechung, eine bevorstehende Abbiegung des Fahrweges nach rechts ankündigen. Die sich an die Abbiegung anschließende Strecke der fortlaufenden Markierung 7 weist eine Breite b3 auf, welche über die gespeicherten Referenzwerte mit einem weiteren zulässigen Geschwindigkeitswert des Fahrzeuges 1 verknüpft sein könnte.
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Von Bedeutung können weiterhin durch die besondere Gestaltung der fortlaufenden Markierung 7 angezeigte Zulassungsbeschränkungen sein, die es ermöglichen, bestimmte Fahrzeuge oder Fahrzeugarten für definierte Bereiche zu sperren, während andere Fahrzeuge oder Fahrzeugarten den gekennzeichneten Abschnitt passieren dürfen. Hierzu sind lediglich die für die verschiedenen Fahrzeuge und deren jeweilige Zwecke vorliegenden Steuerinformationen mit den im elektronischen Speicher 4 hinterlegten Referenzwerten individuell zu verknüpfen. In der Figur ist eine solche beispielhafte Kennzeichnung einer Zulassungsbeschränkung durch die Einbringung einer horizontalen sowie einer vertikalen Unterbrechung mit einer Breite b4 vorgesehen.
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Für die Übertragung bzw. Programmierung der mit den Steuerinformationen verbundenen Referenzwerte weist der elektronische Speicher 4 des Fahrzeuges 1 einen Anschluss 5 für externe Speichermedien, beispielsweise einen USB-Anschluss oder ein CD-ROM-Laufwerk, auf.
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In 2 ist beispielhaft eine Markierung 7 mit einer in Längsrichtung verlaufenden Codierung dargestellt. Hierfür stehen in diesem Beispiel sieben Rastereinheiten I, II, III, IV, V, VI, VII zur Verfügung. Dabei definieren die Rastereinheiten 1 und 7 einen linken und einen rechten Rand der Markierung 7. In dem dargestellten Beispiel ist der rechte Rand dadurch eindeutig definiert, dass sich dieser stets über zwei Rastereinheiten VI und VII erstreckt, sodass für das Fahrzeug 1 mittels der Steuereinheit 6 die Fahrtrichtung eindeutig identifizierbar ist. Die Rastereinheiten I, II, III, IV, V, VI, VII sind durch ihre jeweilige farbliche Gestaltung klar gegeneinander abgegrenzt, wobei wie gezeigt in einem oberen Abschnitt A1 die Rastereinheiten I, IV, VI und VII und in einem unteren Abschnitt A2 die Rastereinheiten I, III, VI und VII schwarz ausgefüllt sind. Zwischen dem linken und dem rechten Rand dienen die Rastereinheiten II, III, IV und V der Darstellung codierter Informationen, wie beispielsweise die Ankündigung einer Abbiegung, einer Langsamfahrstrecke oder der Beschränkung der Befahrbarkeit nur für bestimmte Fahrzeuge 1 oder für bestimmte Aufträge.
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Gemäß einer weiteren, hier nicht dargestellten Option können die Rastereinheiten auch farblich codiert sein. Außer schwarz-weißen Codierungen sind auch blau, gelb, grün und rot usw. von Vorteil, wenn beispielsweise eine Sensoreinrichtung 2 mit Farbkameras bzw. mit Farbfiltern eingesetzt wird. Dadurch ist beispielsweise auch für Personen eine Zuordnung entsprechend markierter Fahrzeuge 1 zu der Farbgebung der Markierung 7 ohne Weiteres möglich.
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Zu erkennen ist auch ein Übergang in der Codierung zwischen den Abschnitten A1 und A2, wobei der linke und der rechte Rand unverändert sind. An diesem Übergang kann eine Abzweigung, eine Langsamfahrstrecke oder eine Sperrung für bestimmte Fahrzeuge 1 angekündigt werden. Weiterhin kann die aktuelle Kurve beschrieben bzw. ein Kurvenverlauf angekündigt werden. So kann durch die Codierung festgelegt werden, wann bzw. in welcher Entfernung die Kurve erreicht wird und welchen Radius die Kurve hat. Das ist für die sogenannte Vorsteuerung bei Kurvenfahrt von Vorteil, damit an dem Fahrzeug 1 rechtzeitig, gegebenenfalls auch schon vor der Kurve, die Lenkung betätigt wird. Dadurch kann auch die Art der Kurve, beispielsweise eine sogenannte Klotoide oder eine Kurve mit konstantem Radius und plötzlichem Übergang, bestimmt werden. Zudem kann bei ausreichend langsamer Fahrt der Übergang zwischen den Abschnitten A1 und A2 genau festgestellt werden, sodass eine millimetergenaue Positionierung des Fahrzeugs 1 an dieser Stelle möglich ist.
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Selbstverständlich sind die genannten Ausgestaltungsformen der fortlaufenden Markierung 7 nur beispielhaft gewählt und stellen, wie bereits ausgeführt, nur einen geringen Ausschnitt der Vielfalt an Gestaltungsmöglichkeiten dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29520515 U1 [0004]
- DE 3433555 C2 [0005]
- DE 68908259 T2 [0006]
